深度剖析,手机定位技术详解

版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/c10WTiybQ1Ye3/article/details/84001223

640?wx_fmt=png


今日科技快讯


11月11日凌晨零点,2018年天猫双11全球狂欢节正式开始。根据现场实时数据,双11开场2分05秒破百亿,26分03秒破500亿,1小时47分26秒破千亿,最终双11总成交额达到了2135亿,远超去年的1682亿。阿里巴巴集团董事局主席马云在昨日晚间表示,今年是第十个双11,双11不是打折的日子,是感恩的日子。是一个中国人创造的全世界认同的节日。


作者简介


大家周一好,新的一周继续加油努力!

本篇来自 健身营养爱好者 的投稿,给大家介绍一下定位相关的知识。一起来看看!希望大家喜欢。

健身营养爱好者 的博客地址:

https://www.jianshu.com/u/673ede4a1b70


前言


每一个人,每一件物品,在这个地球上都有一个空间位置信息,计算这个位置的过程,就是定位。定位需要和地理编码和地图结合起来,因为给出一个经纬度你也不知道究竟在哪,所以需要在地图上展示出具体的位置,并给出具体的门牌号,甚至精确到POI,比如百度大厦。

640?wx_fmt=other

基于定位技术,可以实现车辆导航,物流跟踪等。基于位置大数据,又可以挖掘出很多实用的信息。


正文


我们先来看几个上层应用场景:

  • 热力图

它展示了位置的密集程度,所以位置越聚集的地方,颜色越深,比如市区的就比郊区要红些,它也可以反应人口的聚集程度。

640?wx_fmt=other

  • 实时路况图

它展示了位置的实时动态变化,根据位置的密集程度,可以展示出道路的拥挤程度。

640?wx_fmt=other

  • 迁移规律

它展示了一段时间内位置的变化,基于此可以分析人口迁移规律。

640?wx_fmt=other

接下来我给大家介绍一下常见的定位技术。

  • IP定位

640?wx_fmt=other

这是我接触的比较早的一种定位技术,在高中时期,wifi还没有普及,用电脑打开天气软件,就能定位到所在城市并更新天气。另外用QQ时还会装一个插件,这样在面板上就能显示出对方的位置了,但当时还只能定位在城市的中心点,这用的就是IP定位技术。

IP地址在网络系统中都是注册过的,它可以粗略的跟踪到你的位置。运营商申请到IP之后,把某些IP分配在某些机房使用用,这些机房则具备地域属性,因此就可以知道某些IP的位置是哪个省市区。

IP是一种资源,分配公网地址并且宽带稳定的定位精度可以达到几十米,但是IP不足运营商就不会分配公网地址,而分配私网地址,这样定位精度就是城市级别,所以IP定位适合对精度要求不高的场景。

另外IP很容易伪造,搞一个代理就可以把你定位到国外,用手机漫游的会把你定位到归属地,出现很大的误差。

  • 卫星定位

这是最常见的一种室外定位方式,主要的卫星定位系统有GPS,北斗,伽利略等,最常用的就是GPS定位。卫星定位涉及到国家安全,海湾战争时美国人为调低了GPS精度,所以欧盟联合开发了伽利略定位系统,我国也开发了北斗系统,弹到导弹,总不能用的老美卫星来定位吧。

640?wx_fmt=other

GPS系统由三个独立的部分组成:

  • 空间部分:24颗工作卫星,不断的发射卫星信号;

  • 地面控制部分:监测和控制卫星运行,编算卫星星历,保持系统时间;

  • 用户设备:接收GPS卫星信号,获得必要的定位信息,经数据处理,完成定位;

640?wx_fmt=other

640?wx_fmt=other

卫星定位的原理其实是立体几何求解位置,卫星在发射自己位置的时候会加上时间戳,GPS设备接受到信号后,用当前时间减去时间戳,就是数据包在空中传输所用的时间,然后再乘上它的传输速度,就是数据包在空中传输的距离,也就是方程式中的d,数据包是通过无线电波传送的,那么速度就可以认为是光速c。细小的误差乘以光速都会放大,石英时钟每30天都会有1秒的误差,所以要把时钟误差产生的传输距离减去。

GPS系统一共有24颗卫星,但是定位只需要4颗就足够,因为计算位置的过程本质上是解一个四元一次方程组,另外一个变量是时钟误差,主要是有时钟不同步的问题,需要计算时钟误差。

从方程式中可以看出误差可能来自于GPS卫星广播的自己的位置有误差,或者光速有变化,比如天空中飘满乌云,那么定位就会产生偏差,还有就是在特殊时期会有人为的误差。

GPS定位优缺点

优点:精度高,在十米左右,不需要服务端,可以连续定位;

缺点:耗电,易受建筑物影响,在室内几乎接受不到卫星信号,所以一般用于室外定位导航。

GPS定位的问题

第一次使用GPS进行定位时速度可能会很慢,因为GPS定位需要知道至少4颗卫星的位置,所以GPS的启动大致可以分为冷启动和热启动;

  • 冷启动:启动时没有星历信息,需要遍历所有的卫星来判断周围有哪些卫星,需要几分钟;

  • 热启动:模块中已经存储了星历信息,减少遍历的时间,使得定位的速度加快,只需要几秒;

640?wx_fmt=other

所以A-GPS技术诞生了,也就是辅助GPS定位技术,它本质上是将GPS定位和基站定位两种技术相结合,手机通过基站大致定位自己的位置,然后把位置告诉A-GPS服务器,服务器根据这个位置信息,将此时经过你头顶的卫星参数反馈给你的手机,你手机的GPS就可以快速搜索卫星。

  • 基站定位

运营商会在全国布基站,手机会扫到周边的基站,距离基站越远,信号越差,根据手机收到的信号强度可以大致估计距离基站的远近,基站的位置是唯一的,当手机同时搜索到三个以上基站的信号时,就可以得到三个基站距离手机的距离,根据三点定位原理,只需要以基站为圆心,距离为半径多次画圆即可,这些圆的交点就是手机的位置,圆圈越多越精确,由于运营商一般不会提供基站的具体位置,因此基站的数据库是从终端用户处搜集到的。

640?wx_fmt=other

基站定位的特点:

  • 优点:覆盖广泛,不受建筑物制约,定位速度快

  • 缺点:基站定位的精度在从100米到上千米,主要取决于基站的位置和密度,基站数量多,密度高,定位精度也就高,农村基站覆盖少,会出现无法定位的情况。

  • Wifi定位

WiFi定位的原理是利用每台路由器独有的Mac地址对用户实现定位,可以从3个方面来理解:

每一个无线AP都有唯一的MAC地址,并且在一段时间内是不会移动的;

设备在开启扫描WiFi的情况下,可以扫描并收集周围的AP信号,并获取到MAC地址,无论是否需要密码,是否连接,甚至信号强度不足以显示在无线信号列表中;

设备将AP数据发送到位置服务器,服务器检索出每一个AP的地理位置,并结合每个信号的强弱程度,计算出设备的地理位置并返回;

640?wx_fmt=other

位置服务商要建立并不断更新补充数据库,方法主要有以下两种:

主动采集

利用街景拍摄车搜集沿途的无线信号,并打上GPS坐标回传至服务器;

640?wx_fmt=other

百度采集车

用户提交

手机会自动收集WiFi的MAC地址,GPS位置信息和基站信息,回传到服务端,比如此刻用户扫描到的WiFi信息会打上一个GPS位置,携带基站信息一起回传回去,因为WiFi定位已GPS做真值,GPS定位会有误差,所以WiFi定位也会有误差,一般在几十米。

WiFi定位的特点

大城市多,小城市少,农村几乎没有,定位精度与WiFi的覆盖范围有关,基本在几十米内,不受建筑物制约,定位速度快,省电,但是需要自己搭建服务端。

  • 地磁定位

地球可以看成一块大磁铁,因此磁场在我们身边是无处不在的,利用磁场可以快速确认南北极,进而确定我们所处的方向,比如古代发明的指南车,航海罗盘,手机中的方向传感器就是这么来的。

磁场很容易受到铁制品的干扰,而建筑物中又到处布满了钢筋和铁制管道,导致室内不同的位置上磁场会有不同的场强,我们可以认为建材的分布在长时间内是不会轻易改变的,这样一来根据场强的变化趋势,就可以形成一个独一无二的指纹。

我们先要去采集室内的磁场分布,建立磁场分布图,定位时通过手机传感器获取的磁场数据去匹配磁场分布图,确定所在位置。

640?wx_fmt=other

地磁定位的特点

地磁定位精度在5米左右,无需硬件,成本较低。

事先需要对现场地磁进行数据采集,比如重新装修的话就要重新更新数据。另外容易受干扰,只要是铁制品,对磁场都是用影响的。例如冰箱或者洗衣机等大型电器,影响有不到半米,像电梯,汽车这种大型移动铁块,对于磁场的影响至少在一米以上。所以地磁定位一般用来进行室内辅助定位,而不是纯地磁定位。

  • 蓝牙定位

蓝牙是一种短距离低功耗的无线传输技术。蓝牙定位需要先部署蓝牙基站,不断发出蓝牙信号,手机等搭载蓝牙模块的终端收到广播报文后,测量出接收功率,代入到功率衰减与距离关系的函数中,测算出距离该蓝牙基站的距离。

蓝牙定位的优点是设备体积小,低功耗,精度高,容易集成在手机等移动设备中。缺点是传送距离短小,需要部署设备的密度大,另外还需要蓝牙基站,所以目前尚未大规模推广。

13年苹果推出了iBeacon,它是基于蓝牙4.0开发的微定位技术,在功耗和效率方面有显著提高,iBeacon一般通过电池供电,有些可用3-5年,这意味着每3-5年就需要更换电池,维护成本也不小。

  • 视觉定位

视觉定位是基于图像识别和图像搜索的技术,比如谷歌推出的VPS定位技术,通过摄像头拍到的照片,去和谷歌街景做匹配查找,并返回结果。

VPS面临的问题:

  1. 拍照要求:光线适宜,对好焦,关键特征点要能拍清楚;

  2. 提前采集好室内精确数据,数据库要经常更新,以免装修后无法定位;

  3. 需要手机网速要快,能把照片上传服务器进行比对,如果只是传特征值就没问题;

  4. 必须有特征,如果在两个一样的房间里,或者长廊下,草原上是无法定位的;

VPS定位精度在厘米级别,目前配合AR应用还是比较合适的,适合在特殊场景下做辅助定位。

  • 其他定位技术

  1. 超声波定位:采用反射式测距法;

  2. RFID定位:基于射频标签读写器;

  3. UWB(超宽带定位)和红外定位;

它们基本上用于室内定位,精度比较高,在厘米级别,都属于短距离传输,和物联网有关联,在仓库货物管理,地下作业中用的比较多,实现精准定位。

最后对比一下几种常见定位方式的特点:

640?wx_fmt=other


欢迎长按下图 -> 识别图中二维码

或者 扫一扫 关注我的公众号

640.png?

640?wx_fmt=jpeg

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/c10WTiybQ1Ye3/article/details/84001223