室内定位（WiFi/UWB/蓝牙等）技术方案概述-编程知识

室内无法搜索到卫星，这样常规的GPS/北斗定位都无法使用，常规免费的只有运营商的基站定位LBS，但这个精度实在太差，一般都有几十米到几百米的偏差。因此，室内定位一直是个老大难问题。

截至目前，业界比较成熟的方案就是UWB，但UWB基站的造价实在太贵，就目前而言，只有电厂、监狱等有限的资金充裕的单位才能用得起。

寻找价格低廉的室内定位的技术方案，是业界多年翘首以盼的福音，直到蓝牙信标技术方案耀世而出。

AIoT万物智联，智能安全帽、智能头盔、头盔记录仪、执法记录仪、车载DVR/NVR、布控球、智能眼镜、智能手电、无人机4G补传系统等统一接入大型融合通信可视指挥调度平台VMS/smarteye 。

蓝牙信标定位是一种革命性的技术，它摆脱了昂贵且高密度的定位基站，使得系统造价大幅降低，只要移动（视频/定位）终端支持蓝牙，就可配合蓝牙信标实现定位。

WiFi定位

就目前看来，室内定位最简便易行的就是WiFi定位，无需任何施工工厂，只要有厂区、各个楼层的WIFI路由器的定位图，配合安卓系统的执法记录仪、智能安全帽、三防手机等安卓终端，就可轻松的实现室内定位，定位精度在10米左右，可基本定位人员所在的楼层、房间。WiFi定位是目前室内定位机制里面最简单、最容易实施的方式。

蓝牙定位 vs UWB定位

一、蓝牙典型定位技术路线：蓝牙信标

蓝牙信标严格意义来讲不是一种定位技术，而是一种蓝牙信号空间可及的判断；最大优势就是便宜、简单；适合巡检等结合空间位置的行为管理；

2C侧蓝牙信标应用

采用蓝牙信标作为位置锚点，C端采用手机实现和锚点相关内容的展示；

2B侧蓝牙信标应用

蓝牙信标作为位置锚点，C端采用手机实现巡检打卡应用；
蓝牙信标做位置锚点，采用标签接收信标广播实现定位；

由于锚点没有通讯功能，标签必须支持无线通讯功能，厂家一般提供LORA或NB的方案；LoRa和NB都是窄带物联网通讯方案，带宽十分有限，LORA WAN基本不可行，实时性也没有办法保证，只能采用LORA私有协议，要部署LORA网关；LORA采用轮询的数据通讯机制，大数据量的无线数据通讯肯定不能指望，区域标签的数量不能超过二三十个；基于区域容量和定位效果，这种蓝牙信标做锚点+蓝牙标签（LORA）+LORA网关的解决方案，不建议采用。

采用蓝牙网关+蓝牙标签（蓝牙信标）的方式，蓝牙网关负责通讯；
这个在室内应用比较广泛的，蓝牙网关作为空间位置标识，实时收集空间存在的蓝牙信标设备；
这个在医院、学校等场景十分普遍；
这种方案的优势在于可以基于BLE连接实现类似数据采集的数据通讯；
这种应用的局限性：空间蓝牙设备的的数量建议不要超过几百个，并且由于BLE广播的通讯非可靠性，建议只是做基于蓝牙信号可及的存在性监测，其他所谓的定位算法，就不要去奢求了，完全不切实际。
蓝牙信标做位置锚点，智能手机做采集信息实现巡检等功能；（但是这个功能容易被基于RFID的NFC替代/近距离接触）

蓝牙AOA的局限性：由于必须要水平安装，蓝牙AOA不适用室外环境；其次蓝牙AOA的体验也是一般般，环境干扰因素对于蓝牙AOA也是影响巨大；

基于蓝牙技术推荐的位置服务：

1：蓝牙信标做位置锚点，智能手机做采集信息实现巡检等功能；（但是这个功能容易被基于RFID的NFC替代/近距离接触）

2：蓝牙网关+蓝牙信标；使用类似医院等独立空间部署蓝牙网关；采用蓝牙手环或蓝牙标签的方式，实现对于病人以及设备的空间位置管理，同时可以基于BLE实现目标的数据采集；

其他解决方案不推荐，基本坑比较多，尤其是基于蓝牙RSSI的三角定位；

蓝牙更偏向是无线数据通讯技术，而非无线定位技术；

UWB更偏向是无线定位技术，而非无线数据通讯技术；

二、UWB定位方案：

和所有无线技术相比，UWB应该算是最佳的、表现最好的应用于定位的无线通讯技术；

- - 1. 首先UWB可以选择CH2、CH5、CH9等多个频段；CH2的距离是优势，但是和运营商的5G频段有冲突；CH5基本是ISM非授权频段；CH9近10G频段，一般用于近距离定位；蓝牙普遍选用的就是2.4G的ISM非授权频段，和WIFI有高度重合，2.4G的设备种类以及通讯技术（Zigbee等）也是最多的。
    2. 此外UWB是短脉冲通讯技术，是所有无线通讯技术中TOF测距表现最好、精度最高的。
    3. UWB采用是BPSK无线调制技术，相比FSK和OFDM（蓝牙采用），有更好载噪比表现，同频抗干扰性能更强。

尽管UWB定位实际表现有些差强人意，但是无线定位目前只能依赖UWB；

有很多技术优势的UWB，为啥实际定位差强人意？

- - - 首先无线通讯的普遍问题就是信号干扰，尽管UWB采用BPSK的无线信号调制技术，同类的无线通讯技术属于表现好的，但是实际标签发射天线和基站接收天线方向问题，会导致接收信号弱，尤其距离远的情况，由于天线方向问题导致基本无法收到UWB信号。其次同频干扰的问题（比如5G对于CH2的干扰），也会导致UWB无线信号的检测不到或丢失，这种问题尤其在标签和基站距离比较远的情况，更容易出现。
    - 定位算法选择：有了精度不错的UWB的TOF或到达时间，可以选择基于最小二乘法的TOF或TDOA的三角定位；三角定位要求现场环境没有什么遮挡以及干扰，也可以选择基于TOF测距值的AOA定位，同样要求环境没有什么遮挡以及干扰；这种基于两个测距值或者多个测试值实现的定位，往往对于环境的干扰适应性很差。定位的稳定性差强人意。选择基于TOF测距的模糊匹配算法的精细网格化定位，采用的信号的深度学习和相似度匹配定位算法，对于环境干扰的适应性比传统三角定位和AOA定位要好很多。
    - 功耗和成本：UWB的收发功耗基本是BLE的5倍以上，芯片成本也是5倍以上，导致市场接受度不高。
    - 标准化：UWB的标准化进程不如蓝牙，当然某些应用场景，UWB的非标准化以及链路层协议自定义，在一些特殊领域反而得到了应用机会。

三、BLE+UWB结合的出发点：

- - 1. 2B侧应用基于BLE和UWB信号覆盖相当为基础
    2. 基于BLE的特点实现标签在非UWB定位区域情况下的低功耗
    3. 进入或离开UWB定位区域，采用BLE激活或关闭UWB模块
    4. 基于BLE实现无线数据采集功能
    5. 特别室内独立办公室空间，采用蓝牙AOA实现室内标签精准定位

- - 1. 2C侧应用基于BLE实现远距离覆盖，UWB实现近距离精准定位
    2. UWB通常采用PDOA或AOA的方位定位（角度+距离）

总结：

面对空间位置需求，首先要明确需求和管理目标，如果蓝牙信标定位可以满足，就不用考虑UWB；如果蓝牙信标定位满足不了，那就老老实实采用UWB，没有再好的无线定位技术可以选择了。、

蓝牙信标最大优势就是简单、便宜

蓝牙Beacon的普遍市场价在二十几，而蓝牙+UWB的Beacon价格在两百左右。到底两者有哪些差别，什么场景蓝牙Beacon就足够了，什么场景需要蓝牙+UWB的Beacon呢？

我们先看一下蓝牙Beacon的情况：

防丢器充当蓝牙外设功能，手机充当主设备；防丢器周期性广播，手机扫描发现防丢器，手机建立蓝牙连接并发送命令；

提前绑定手机和防丢器，当手机收不到防丢器的广播，手机报警；由于有很多情况（比如距离和干扰）都会导致收不到防丢器的蓝牙广播，这个功能的实际体验并不乐观。另外蓝牙的测距基于RSSI，这个可信度也很低，同样造成体验不佳的情况。距离、潮湿空气、金属遮挡以及同频干扰都会导致蓝牙广播信号收不到。

蓝牙采用2.4G的非授权频道，包括WiFi等很多设备都在采用这个频段，同频干扰尤其严重。

蓝牙技术的本身不是为为了大量的点到多点的数据通讯（蓝牙MESH除外），主设备支持的从设备数量不建议超过二三十个，意味同一环境下目标设备不超过二十个，这对于一些2B场景应用就存在很大局限性。

UWB有机会解决容量问题，以及相对可靠的数据通讯保障（相比蓝牙，UWB无线通讯抗干扰能力强）和高精度的测距（可视的测距精度可以保证30厘米，有遮挡会带来误差，但是整体测距效果要远远由于基于RSSI的测距）。

在多目标（上百个目标）场景，只能选择UWB技术实现定位；

相比蓝牙技术，基于UWB高精度的测距还是值得信赖的；

实测基于UWB的PDOA的角度测量，实际效果不是很理想，角度误差偏大；导致PDOA推荐10米以内的应用（这个距离很尴尬，没有太多应用场景价值）。

蓝牙信标只支持存在性检测，UWB可实现精细网格化定位

蓝牙信标位置管理只是一个蓝牙信号可及的检测，在复杂的金属环境，信号可及的范围很难确认，体验感不好。

精细网格化定位根据物理空间管理目的，将任意大空间分成不同任意区域，实现目标实时区域管理（Who、What time and Where）。每个区域的边界基于UWB信号建立一个UWB信号学习和匹配的库，采用经典的模式模糊匹配算法，实现目标的区域定位。区域定义十分简单，只需标签在区域边界活动一周就可以。本身是模糊匹配及时路线，对于无线信号的扰动有容忍度和适应性。