本文作者：海之航。更多內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注：Map_technology。

　　近來(lái)作者有機(jī)會(huì)參加了不少LBS相關(guān)的會(huì)議和沙龍，很多開(kāi)發(fā)者通過(guò)微信、郵件等形式表示對(duì)室內(nèi)定位所用到的技術(shù)方法很感興趣。由于工作緊張，不能一一回復(fù)大家的問(wèn)題，正好借助“百度地圖技術(shù)團(tuán)隊(duì)”微信公眾號(hào)宣傳普及的機(jī)會(huì)，給大家做一個(gè)系統(tǒng)性介紹，希望對(duì)大家了解和應(yīng)用室內(nèi)定位技術(shù)有所幫助。(文中如有不當(dāng)詞語(yǔ)或者觀(guān)點(diǎn)言論，敬請(qǐng)諒解并聯(lián)系作者以便更正。)

　　引言

　　地圖軟件已經(jīng)成為我們?nèi)粘３鲂斜夭豢缮俚墓ぞ咧唬趯?dǎo)航和搜索上帶來(lái)了很多便捷的幫助。而定位技術(shù)在地圖軟件里的應(yīng)用可謂無(wú)法替代，尤其是在小范圍的室內(nèi)定位環(huán)境下，如何幫助用戶(hù)高精度搜索導(dǎo)航，是百度地圖定位技術(shù)的研究重點(diǎn)。

　　我們一提到定位，大家印象中最熟悉的技術(shù)可能就是GPS定位。其實(shí)更為準(zhǔn)確的說(shuō)法是GNSS(Global Navigation Satellite System)定位，中文含義就是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，而 GPS只是GNSS中的一種實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)是由美國(guó)部署的。另外，還有其他類(lèi)型的定位系統(tǒng)，例如，俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)，歐洲的伽利略和中國(guó)的北斗。大家可能會(huì)有疑問(wèn)，既然這么多國(guó)家投入巨資建設(shè)全球定位系統(tǒng)，是不是就可以直接覆蓋到室內(nèi)定位呢?

　　答案是否定的。簡(jiǎn)單介紹一下原因：衛(wèi)星定位使用的電磁波，屬于L波段，這種信號(hào)穿透建筑物或其他阻擋物時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)被削弱，尤其是在室內(nèi)環(huán)境中，信號(hào)在通過(guò)屋頂、墻壁、窗戶(hù)等障礙物時(shí)，會(huì)由于折射和能量吸收而損耗掉部分能量。最壞的情況下，信號(hào)直接被完全阻塞，也就是GPS檢測(cè)不到任何衛(wèi)星。在一些半開(kāi)放區(qū)域，有一些能夠勉強(qiáng)透射過(guò)來(lái)的信號(hào)，但由于其損耗過(guò)大，信號(hào)所攜帶的偽距和載波精度沒(méi)有參考意義，它們被GPS接收機(jī)接收，精度就會(huì)極差。因此，GPS很難覆蓋到室內(nèi)區(qū)域,要做到室內(nèi)高精度定位，就必須借助其他”高科技”手段，例如：基于LED定位、基于紅外線(xiàn)定位、基于超寬帶定位、基于藍(lán)牙/Wi-Fi定位、基于超聲波定位等。

　　幾何定位算法

　　在介紹那些“高科技”的定位設(shè)備和手段之前，為了便于大家理解，首先給大家介紹一下相對(duì)來(lái)說(shuō)比較“簡(jiǎn)單”易懂的定位方法-幾何求解定位法，目前這種方法已經(jīng)被廣泛用于那些“高科技”定位設(shè)備中，所不同的只是他們所依賴(lài)的設(shè)備和“信號(hào)波”不同而已。

　　幾何求解定位法，就是通過(guò)空間中各個(gè)線(xiàn)段測(cè)量，利用空間幾何關(guān)系及公理，求解定位點(diǎn)在空間中的位置。在具體的定位系統(tǒng)中，我們通過(guò)測(cè)量設(shè)備得到準(zhǔn)確的觀(guān)察量：例如，信號(hào)到達(dá)時(shí)間(TOA)、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(TDOA)、信號(hào)到達(dá)角度(AOA)、接收信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)等，然后通過(guò)演算得到線(xiàn)段長(zhǎng)度或者角度測(cè)量，進(jìn)而利用空間幾何知識(shí)求解定位。

　　下面，我們展開(kāi)介紹這幾種定位求解方法。

　　基于TOA定位方法

　　TOA也被稱(chēng)為圓周定位技術(shù)，實(shí)際定位過(guò)程中通過(guò)設(shè)備發(fā)射電磁波測(cè)量得到當(dāng)前定位點(diǎn)到三個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的時(shí)間：t1、t2、t3。根據(jù)電磁波的傳播速度是光速的知識(shí)，很容易得到三邊距離r1,r2,r3。利用平面幾何的兩點(diǎn)距離公式，我們構(gòu)建方程組，求解出定位位置。

　　TOA算法示意圖

　　仔細(xì)看一下上圖，大家都會(huì)發(fā)現(xiàn)，定位過(guò)程中需要對(duì)兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，就是開(kāi)始時(shí)間t0和到達(dá)時(shí)間t1，t2，t3，這四個(gè)時(shí)間變量直接影響測(cè)量距離。由此可見(jiàn)，TOA算法對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間同步要求很高，因?yàn)榧词褂泻苄〉臅r(shí)間誤差，但是乘以光速，誤差就會(huì)被放大很多倍。因此，如何保持各設(shè)備間的時(shí)鐘高精度同步問(wèn)題，是很多專(zhuān)業(yè)定位設(shè)備包括GPS系統(tǒng)中需要解決的重要問(wèn)題。

　　基于TDOA定位方法

　　TDOA也被稱(chēng)為雙曲線(xiàn)定位技術(shù)，其所依賴(lài)的幾何知識(shí)是，如果測(cè)定待定位點(diǎn)到周?chē)鷥蓚€(gè)標(biāo)定點(diǎn)的傳播距離差，則待定位點(diǎn)肯定在以這兩個(gè)標(biāo)定點(diǎn)為焦點(diǎn)，點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離差值為傳播距離差的雙曲線(xiàn)上。

　　TDOA算法示意圖

　　如上圖，ri1為距離差值，通過(guò)對(duì)其計(jì)算公式化簡(jiǎn)，很容易將公式中t0消除，避免了對(duì)t0的測(cè)量誤差引入，這樣定位系統(tǒng)只要保證同時(shí)發(fā)送測(cè)量信號(hào)，然后精確測(cè)量到達(dá)時(shí)間差即可，減少了時(shí)間測(cè)量誤差影響。TDOA技術(shù)常用的算法有Fang算法、Chan算法、Taylor級(jí)數(shù)展開(kāi)算法。若大家對(duì)這些算法感興趣，可以通過(guò)維基百科進(jìn)一步了解。

　　基于A(yíng)OA定位方法

　　TOA也被稱(chēng)為方位角定位技術(shù)。根據(jù)平面幾何知識(shí)，兩條射線(xiàn)平行或相交于一點(diǎn)，通過(guò)設(shè)備測(cè)量待定位點(diǎn)到兩個(gè)標(biāo)定點(diǎn)間的入射角，很容易確定待定位點(diǎn)的位置。

　　AOA算法示意圖

　　如上圖，通過(guò)變化公式，很容易消除變量r，直接求解二元一次方程，很容易得到待定位點(diǎn)位置。

　　相比TOA、TDOA等，AOA機(jī)制不需要時(shí)間同步，實(shí)現(xiàn)同維度的定位任務(wù)所需要的參考節(jié)點(diǎn)數(shù)量最少，例如二維平面定位只需要兩個(gè)基站。但該方法必須有方向性較強(qiáng)的天線(xiàn)陣列支持。

　　基于RSSI定位方法

　　RSSI為信號(hào)強(qiáng)度，基于信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行定位。根據(jù)物理知識(shí)，我們能夠知道一些信號(hào)在自由空間傳播遵循固定的衰減模型，通過(guò)該模型我們能夠給出信號(hào)強(qiáng)度與距離遠(yuǎn)近的準(zhǔn)確關(guān)系。如下圖。

　　其中，pd為待定位點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度。p0為距離輻射源d0處的信號(hào)強(qiáng)度。n 為信號(hào)衰減系數(shù)。

　　如上圖，是按照信號(hào)衰減模型繪制出來(lái)的曲線(xiàn)，我們可以看出隨著距離的增加，信號(hào)強(qiáng)度逐漸變?nèi)?，且這種變化程度逐漸變緩。

　　定位過(guò)程中，通過(guò)設(shè)備測(cè)量三個(gè)不同參考點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，依據(jù)模型計(jì)算出三個(gè)距離值，那么采用和TOA類(lèi)似的幾何求解方法，即可以得到定位點(diǎn)。一般的射頻芯片都具有RSSI測(cè)量功能，故RSSI機(jī)制實(shí)施簡(jiǎn)便，但易受信道和噪聲影響，在遠(yuǎn)距離定位時(shí)測(cè)量誤差較大，多用于小范圍定位。

　　基于專(zhuān)業(yè)設(shè)備的定位系統(tǒng)

　　通過(guò)上節(jié)給大家介紹一些簡(jiǎn)單易懂的幾何定位算法，大家可以隱約體會(huì)到，通過(guò)那些幾何知識(shí)，我們可以利用很多物理信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度定位。事實(shí)上，無(wú)論是研究機(jī)構(gòu)，還是工業(yè)界，都已經(jīng)對(duì)很多信號(hào)、設(shè)備做過(guò)研究實(shí)驗(yàn)。接下來(lái)，我給大家做一個(gè)匯總，按照信號(hào)的物理屬性，可以大致分為兩類(lèi)：電磁波、超聲波。

　　電磁波，概念非常寬泛，包含很多種類(lèi)，按照頻率從低到高的順序排列為：無(wú)線(xiàn)電波->紅外線(xiàn)(不可見(jiàn))->可見(jiàn)光(赤橙黃綠青藍(lán)紫)->紫外線(xiàn)(不可見(jiàn))，其頻率范圍大致在3Hz到3000GHz之間。常見(jiàn)的定位方法有：超寬帶定位、Wi-Fi定位、藍(lán)牙定位、ZigBee定位，紅外線(xiàn)定位，LED定位等。

　　超聲波是一種機(jī)械波，區(qū)別與電磁波，它依賴(lài)于物體機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行能量傳輸?shù)模湔駝?dòng)頻率大于20000Hz，超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的上限故被稱(chēng)為超聲波，遵循反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，與可見(jiàn)聲波的規(guī)律沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。常見(jiàn)定位方法有：超聲波定位。

　　下面從精確度、成本、是否需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)缺陷等，穿透性，抗干擾性，布局復(fù)雜程度，成本5個(gè)方面全方位來(lái)比較一下這幾種室內(nèi)定位手段。

　　下面我們簡(jiǎn)單對(duì)上述表中各種方法進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明和介紹。

　　超寬帶定位，是一種基于極窄脈沖無(wú)載波的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，傳輸速率高，發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)，用來(lái)做室內(nèi)定位能夠獲取極為準(zhǔn)確的結(jié)果。利用超寬帶定位需要事先布置好的已知位置的錨節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn)。定位過(guò)程中，已有節(jié)點(diǎn)與新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，利用TDOA技術(shù)來(lái)測(cè)距定位。該方案總體上看，功耗較高，部署成本比較高，精度較高。

　　藍(lán)牙定位，無(wú)線(xiàn)電波的一種，定位系統(tǒng)需要在室內(nèi)安裝的若干個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。定位時(shí)，通過(guò)手機(jī)等設(shè)備測(cè)量當(dāng)前位置點(diǎn)掃描到各個(gè)藍(lán)牙的信號(hào)強(qiáng)度，由信號(hào)衰減模型換算成距離，然后利用三邊測(cè)量等方法推算定位坐標(biāo)?？傮w來(lái)看，該方案實(shí)施成本中等偏高，低功耗，對(duì)復(fù)雜空間環(huán)境，穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大。

　　Wi-Fi定位，無(wú)線(xiàn)電波的一種，此類(lèi)定位系統(tǒng)也需要在室內(nèi)安裝的若干個(gè)wifi設(shè)備。定位時(shí)，利用手機(jī)等設(shè)備對(duì)至少3個(gè)以上的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量，通過(guò)三角定位、指紋等方法進(jìn)行位置定位。Wi-Fi定位可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、檢測(cè)和追蹤任務(wù)，總精度比較高，但用于室內(nèi)定位的精度只能達(dá)到2~6米。

　　Zigbee，無(wú)線(xiàn)電波的一種，是一種新興的高可靠、短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，類(lèi)似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)以接力的方式通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。此類(lèi)定位系統(tǒng)主要包括兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)，一類(lèi)是錨節(jié)點(diǎn)，一般通過(guò)GPS定位或者人工部署的方式知道自身的精確位置。另一類(lèi)是跟蹤節(jié)點(diǎn)，跟蹤節(jié)點(diǎn)通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量其到數(shù)個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離或方位，然后使用三邊測(cè)量等方法來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。該類(lèi)信號(hào)傳輸受多徑效應(yīng)和移動(dòng)的影響很大，定位精度取決于信道物理品質(zhì)、信號(hào)源密度、環(huán)境和算法的準(zhǔn)確性，因此造成定位軟件的成本較高，提高空間還很大。

　　紅外線(xiàn)，一種不可見(jiàn)光。利用其進(jìn)行室內(nèi)定位有兩種，第一種是被定位目標(biāo)使用紅外線(xiàn)IR標(biāo)識(shí)作為移動(dòng)點(diǎn)，發(fā)射調(diào)制的紅外射線(xiàn)，通過(guò)安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位;第二種是通過(guò)多對(duì)發(fā)射器和接收器交織的紅外線(xiàn)網(wǎng)來(lái)覆蓋待測(cè)空間，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位。紅外線(xiàn)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，用于室內(nèi)定位精度相對(duì)較高，但是紅外線(xiàn)只能視距傳播，穿透性極差，當(dāng)標(biāo)識(shí)被遮擋時(shí)就無(wú)法正常工作，也極易受燈光、煙霧等環(huán)境因素影響。另該類(lèi)系統(tǒng)部署比較復(fù)雜，成本較高。

　　Li-Fi屬于可見(jiàn)光通訊，將需要傳輸?shù)男畔⒕幾g成一段調(diào)制信號(hào)，用脈寬調(diào)制的方法附加到LED燈具的驅(qū)動(dòng)電流上，利用室內(nèi)無(wú)處不在的光源作為發(fā)射再提，當(dāng)用戶(hù)進(jìn)入燈具照明區(qū)域，利用智能手機(jī)的前置攝像頭接收并識(shí)別光信號(hào)，解析出燈具發(fā)送的唯一身份識(shí)別信息。利用所獲取的身份識(shí)別信息在地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中確定對(duì)應(yīng)的位置信息，完成定位。

　　超聲波定位，一種基于機(jī)械波的定位方法，定位系統(tǒng)中包含主測(cè)距器、若干個(gè)電子標(biāo)簽等。各個(gè)電子標(biāo)簽需要固定設(shè)置在室內(nèi)空間，定位時(shí)，上位機(jī)發(fā)送相同頻率的信號(hào)給各個(gè)電子標(biāo)簽，待電子標(biāo)簽接收到后將信號(hào)反射傳輸給主測(cè)距器，主測(cè)距器根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算得到定位坐標(biāo)。該方法可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別定位，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。另外，超聲波會(huì)收到傳播損耗衰減影響、加上反射測(cè)距時(shí)受多經(jīng)效應(yīng)和非視距傳播影響很大，造成需要精確分析計(jì)算的底層硬件設(shè)施投資，成本非常高。

　　Wi-Fi的另一用途——室內(nèi)定位

　　ok，終于講到本片文章的核心部分。雖說(shuō)可以通過(guò)那些”高科技”設(shè)備做到高精度的定位，要給全國(guó)所有商場(chǎng)部署特殊硬件，其成本之大是難以接受的。從定位使用者角度來(lái)看，大家不可能隨時(shí)隨地?cái)y帶那些各種標(biāo)簽、發(fā)射器、設(shè)備，那么百度是如何切入做室內(nèi)定位呢?

　　答案就是Wi-Fi。近年來(lái)，中國(guó)公眾對(duì)WiFi網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與發(fā)展的關(guān)注和熱情可以用如火如荼來(lái)形容，全國(guó)大部分商場(chǎng)、公共交通樞紐等場(chǎng)所都已經(jīng)密集部署了Wi-Fi設(shè)備，有了這些Wi-Fi設(shè)備，我們就可以構(gòu)建室內(nèi)高精度定位。

　　那么基于商場(chǎng)中已經(jīng)部署好的Wi-Fi設(shè)備，到底如何構(gòu)建呢?接下來(lái)，我們來(lái)看看Wi-Fi定位的技術(shù)原理。我們將定位過(guò)程進(jìn)行抽象，變成一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，即位置函數(shù)求解: (x,y) = F(ap1,ap2,ap3….apN)。函數(shù)F的輸入數(shù)據(jù)是一系列的掃描到的Wi-Fi的信號(hào)強(qiáng)度，輸出是定位坐標(biāo)。我們知道如果存在函數(shù)F能夠滿(mǎn)足以上關(guān)系，也就是說(shuō)輸入和輸出之間就滿(mǎn)足一定函數(shù)關(guān)系，也可以視之為相關(guān)性。雖然我們不能夠馬上得到函數(shù)F，但可以通過(guò)感性分析和理解，信號(hào)與位置之間有沒(méi)有相關(guān)性?我們看以下分析：

　　離無(wú)線(xiàn)設(shè)備越遠(yuǎn)，信號(hào)越弱。

　　不同位置掃描到不同的Wi-Fi、藍(lán)牙等信號(hào)。

　　設(shè)備固定、各處信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定。

　　通過(guò)以上三個(gè)因素，可以看出信號(hào)與位置之間確實(shí)存在較強(qiáng)相關(guān)性，利用這種相關(guān)性，可以構(gòu)建出一套由無(wú)線(xiàn)電信號(hào)到XY映射的技術(shù)。

　　結(jié)合前半部分講的幾何求解法，我們很容易能夠想到，當(dāng)空間有三個(gè)真實(shí)的位置AP([x1,y1]，[x2,y2]，[x3,y3])，通過(guò)手機(jī)測(cè)量Wi-Fi的信號(hào)強(qiáng)度，按照信號(hào)衰減模型，將信號(hào)強(qiáng)度換算成測(cè)量距離，利用幾何求解法得到定位點(diǎn)。

　　三角定位示意圖

　　總體上來(lái)看，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是模型簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。如果實(shí)際系統(tǒng)使用這個(gè)簡(jiǎn)單的定位模型來(lái)做定位，會(huì)存在很多問(wèn)題。首先我們需要一一標(biāo)注所有AP的準(zhǔn)確位置，其會(huì)帶來(lái)不小的工作量。其次，該模型對(duì)AP信號(hào)輻射分布刻畫(huà)不足，精度不高。

　　真實(shí)的Wi-Fi信號(hào)是怎樣的呢?Wi-Fi信號(hào)作為一種電磁波，在空間中傳播也會(huì)有散射、衰減、損耗、折射等現(xiàn)象。下圖來(lái)自于某篇論文仿真圖片。左圖是完全按照信號(hào)衰減模型繪制的信號(hào)在空間中分布情況。右圖是通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多點(diǎn)多次采樣而繪制出來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度真實(shí)分布情況。顯而易見(jiàn)，此種分布肯定不符合衰減模型。

　　另外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們也發(fā)現(xiàn)：因?yàn)槭謾C(jī)不同的制造工藝，不同的芯片，不同的機(jī)殼材質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)電信號(hào)RSSI感知的差異，呈現(xiàn)出非線(xiàn)性的規(guī)律。(如下圖)

不同手機(jī)RSSI測(cè)量差異示意圖(本圖來(lái)自于互聯(lián)網(wǎng))

　　上圖不同顏色代表不同的手機(jī)模型，可以看出這些手機(jī)在相同時(shí)間地點(diǎn)所測(cè)量出來(lái)的rssi差異還是挺大的。對(duì)于手機(jī)感知差異問(wèn)題，一般業(yè)界比較推崇的做法是要對(duì)rssi進(jìn)行校正。通過(guò)一些參考場(chǎng)景逐步迭代式優(yōu)化校正參數(shù)，直至收斂穩(wěn)定。

　　基于Wi-Fi的室內(nèi)定位算法系列介紹

　　下來(lái)我們著重介紹一些Wi-Fi相對(duì)復(fù)雜和靠譜的定位方法。之后也會(huì)順便介紹百度目前在用的一種低成本長(zhǎng)期有效的定位方法-地磁定位。

　　真實(shí)模型的逼近-指紋法

　　既然我們很難得到每個(gè)Wi-Fi在空間中的信號(hào)真實(shí)分布模型，那么我們可以直接對(duì)空間中各個(gè)點(diǎn)的進(jìn)行各種信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。用采樣數(shù)據(jù)代表AP復(fù)雜模型。

　　某商場(chǎng)指紋采集識(shí)別圖

　　定位過(guò)程中，手機(jī)發(fā)送當(dāng)前掃描到的Wi-Fi Query指紋，服務(wù)器端直接計(jì)算庫(kù)中與之相似的指紋，按照權(quán)重進(jìn)行加權(quán)中心點(diǎn)計(jì)算，從機(jī)器學(xué)習(xí)角度來(lái)看，該方法實(shí)質(zhì)是KNN。

KNN計(jì)算示意圖　　

　　如上圖是KNN計(jì)算示意圖，一般來(lái)講，KNN適用于分類(lèi)問(wèn)題，在定位問(wèn)題上，我們將Top K個(gè)指紋直接進(jìn)行加權(quán)計(jì)算而不是統(tǒng)計(jì)分類(lèi)。整體上看，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，精度尚可，但是要將所有數(shù)據(jù)和樣本進(jìn)行比對(duì)計(jì)算，消耗存儲(chǔ)空間，計(jì)算量非常大。

　　局部模型+指紋法

　　在實(shí)際采集作業(yè)過(guò)程中，我們很難將商場(chǎng)所有空間區(qū)域都進(jìn)行密集采集，總會(huì)有一些采集不充分，指紋比較稀疏，那么怎么辦呢?在此，我們可以借助局部模型來(lái)生成虛擬指紋。

　　指紋采集稀疏區(qū)域示意圖

　　指紋生成階段：針對(duì)比較稀疏區(qū)域，選擇周?chē)秶鷥?nèi)一定數(shù)量的采集指紋，盡量讓指紋覆蓋到四周分布。訓(xùn)練該區(qū)域中每個(gè)AP的輻射模型和被掃描到概率等特征，針對(duì)稀疏區(qū)域反向推算出每個(gè)AP對(duì)該空間點(diǎn)的輻射信號(hào)強(qiáng)度，最終合并成為虛擬指紋。定位時(shí)可以使用采集指紋和虛擬指紋混合的方式提供定位。

　　該方法主要用來(lái)彌補(bǔ)或者增強(qiáng)采集不充分區(qū)域的定位效果，訓(xùn)練過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，定位精度逼近于指紋法，具備一定的魯棒性。

　　位置回歸分析法

　　通過(guò)之前分析，某點(diǎn)掃描到AP集合與當(dāng)前點(diǎn)位置(x,y)形成了一個(gè)映射關(guān)系，我們求解定位位置，其實(shí)就是在做位置的回歸分析問(wèn)題?；貧w的目標(biāo)就是得到x和y。相信了解機(jī)器學(xué)習(xí)的同學(xué)對(duì)接下來(lái)做的事情就很熟悉了。首先我們將掃描到AP集合作為特征向量，訓(xùn)練對(duì)x，y的回歸模型。該模型相當(dāng)于得到那個(gè)非常復(fù)雜的信號(hào)在實(shí)際空間輻射分布模型，所以很難用單一公式表達(dá)，但是通過(guò)回歸分析模型的訓(xùn)練，我們得到其復(fù)雜模型。如下示意圖，整個(gè)模型是由很多復(fù)雜樹(shù)構(gòu)成。

位置回歸分析模型示意圖

　　定位過(guò)程中，我們同樣將Wi-Fi Query上傳到服務(wù)器上，服務(wù)器將其轉(zhuǎn)化為特征向量，然后由回歸模型來(lái)進(jìn)行定位位置預(yù)測(cè)。整體上來(lái)講，該方法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，但模型訓(xùn)練復(fù)雜，需要調(diào)參，有一定難度，精度可以逼近指紋法。

　　地磁定位法

　　地磁信號(hào)來(lái)源于地球本身，因?yàn)榈匦囊?，地磁?chǎng)本身存在。鋼筋結(jié)構(gòu)和地板等物體都會(huì)對(duì)地磁產(chǎn)生影響。地磁強(qiáng)度由于建筑結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，基本上還是比較穩(wěn)定的。如下圖是某個(gè)商場(chǎng)內(nèi)部地磁場(chǎng)強(qiáng)分布示意圖。

某商場(chǎng)地磁場(chǎng)強(qiáng)分布示意圖

　　一般情況下，在一段時(shí)間內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化本身就是一種指紋。例如我們從走廊東頭走到走廊西頭的整個(gè)過(guò)程中，地磁場(chǎng)強(qiáng)變化就很明顯，如下圖，曲線(xiàn)上下變化本身就是一種指紋。

　　某段地磁場(chǎng)強(qiáng)變化示意圖(本圖來(lái)自于互聯(lián)網(wǎng))

　　定位過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算定位地磁序列指紋與指紋庫(kù)中的子序列相似度來(lái)得到最佳匹配位置。這是一個(gè)模糊子序列查找問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，商場(chǎng)地磁指紋數(shù)量比較多，導(dǎo)致實(shí)時(shí)搜索空間巨大，因此會(huì)利用空間索引技術(shù)+粒子濾波提高匹配性能?？偟膩?lái)說(shuō)，地磁定位法的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，需要做地磁校正，但是精度效果優(yōu)秀。

　　寫(xiě)在最后

　　通過(guò)上述各章節(jié)介紹，相信大家對(duì)室內(nèi)定位已經(jīng)有了大體了解。室內(nèi)定位是垂直專(zhuān)業(yè)方向，除了需要信號(hào)處理相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還需要對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)有一個(gè)很深入的了解。因此，真正要做好，需要很長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。百度一直秉持讓大家平等獲取信息的理念，持續(xù)投入資源，支持該方向的技術(shù)研發(fā)。我們的目標(biāo)是做中國(guó)一流的室內(nèi)定位服務(wù)，讓大家隨時(shí)可以獲取到高精度定位體驗(yàn)。

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