高校室内外一体化定位解决方案Word下载.docx
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我国各大企业纷纷支持室内外一体化定位系统的建设和应用推广，中国电信、中国联通开展了定位及服务的示范；
华为、长虹、合众思壮等企业开始研究将北斗信号接入手机应用中，并已取得了良好进展，基于位置的服务市场更是快速发展，例如导航信息提供商高德软件公司2012年已拥有超过1亿手机用户，年增长速度超过100%；
“寻鹿”、“翼周边”等多个位置服务应用平台发展十分迅速。
高精度的信号催生了位置服务的更多应用开发，餐饮、电影、旅游、游戏等领域发展迅速，应用方式和规模快速成长，极大拓展了室内外导航定位的市场空间，并提供了更多的就业机会。
随着位置服务与消费应用的结合，将彻底打通定位信号、位置信息、个人消费这个链条，使虚拟世界与现实世界得到更好的链接。
1.2无线定位技术概述
定位技术是一种获取当前位置信息的技术。
常见的有无线电定位技术、光学定位技术以及声学定位技术。
无线定位技术是指通过对无线电信号在传输过程中的时间、振幅、频率、场强以及相位差的变化进行数学的分析与解算以达到确定目标距离方位的技术。
按定位环境可分为室内定位和室外定位。
1.2.1国内外无线定位技术的发展与现状
无线定位技术是一项由来己久的技术。
国际上对无线定位技术的研究与应用始于20世纪60年代的自动车辆定位CAVL系统，随后该技术在军事、公共交通管理、物流、出租车管理、犯罪跟踪和紧急医疗服务等有限范围内得到了应用。
80年代以来，随着移动通信技术的发展，无线蜂窝网的覆盖面和用户量都已具有相当规模并正在迅速增长，由移动台发起的紧急报警呼叫数量在紧急呼叫中所占的比例也随之上升，而调查表明，约有30%的移动用户在发起紧急呼叫时不知道所处的确切位置，这对及时合理的处理报警带来诸多限制。
因此随着需求的扩大，无线定位技术的发展也越来越迅速，其应用市场也越来越大。
1、室外定位
目前，世界上室外定位采用的定位系统以全球四大卫星定位系统为主，分别是：
美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的Compass（北斗）、欧盟的Galileo系统。
随着全球四大定位系统的逐步发育，未来全球市场份额的占有与争夺，也将趋于白热化竞争状态。
其中俄国的GLONASS还没有形成全球覆盖，欧盟的伽利略系统发展缓慢，且伽利略系统和俄罗斯的GLONASS系统，因为资金、政治等原因，未来命运难测；
美国的GPS发展多年，技术成熟，应用最广，中国的北斗发展最快，二者均处于稳步发展阶段。
根据美国商务部的统计，从1998年到2003年，GPS应用市场从43.5亿美元成长到164亿美元；
根据市场研究机构ABI最新估计，至2008年全球GPS市场将成长至313亿美元；
2008年，GPS在全球的市场产值为600亿美元。
目前我国的北斗在技术方面已与GPS没有太大差距，只要加大技术、人才、资金方面的支持，并且借鉴GPS进入市场的技巧，未来发展将会不可估量。
目前，美国GPS仍是现今最成熟、最挣钱的全球定位系统，但同时据权威部门测算，至2020年，中国在全球市场份额中将占至少三分之一。
2、室内定位
近年来，室内定位技术发展迅速。
目前，在专业环境下，经专业人员和设备进行的测试表明，室内定位的效率和安全已有很大改观。
但同时，在更为广阔的消费领域，如何通过室内定位技术与潜在客户良好互动、实现关键的差异化服务，成为室内技术应用领域值得思考的问题。
目前，室内定位技术尚处于市场萌芽阶段，政府大力提倡室内技术的研究和应用，许多科研机构、企业均投入了大量精力于室内技术开发或应用中。
诺基亚、三星、索尼等厂商组成了室内导航联盟；
GoogleMaps也推出了室内地图应用；
谷歌、诺基亚、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大学均加入了室内定位技术研究或开发的阵营。
随着人们对于室内定位和导航的需求日益增大，定位市场的潜力也越来越大，业内分析公司ABI研究公司预测到2017年，室内定位技术的市场将达50亿美元，将安装超过20万项基础设备，并有超过8亿品牌应用程序的下载量。
1.2.2室内定位的必要性
随着移动互联网的高速发展，越来越多的位置服务应用占据着人们生活的每个角落。
就电子地图而言，定位导航的基础功能几乎遍布于各类应用之中，从基本的导航功能衍生出来的如出行路线查询、店铺导航、叫车服务等已经成为人们日常生活中最常用的功能。
目前，室外定位技术的发展已经较为完善，随着北斗和GPS等室外定位技术的日渐成熟，室外定位的精度也在不断提高，各个室外地图提供商如Google、XX、高德都已经拥有成熟的定位技术和商业模式。
但是，室内定位一直不是人们关注的焦点，随着国家数字化、信息化发展的不断加快，政府、企业对室内精准位置信息都提出了相应的需求，室内定位逐渐从幕后走向了台前，人们渐渐意识到以室内定位为基础的应用风暴将成为席卷互联网的下一个爆点。
人们大部分的时间是待在室内，在不涉及人们隐私的前提之下，人群在室内的位置信息将具有极高的商业价值。
在典型的GNSS在此情况下无法提供服务的前提下，精准的室内定位将给人们带来全新的服务体验。
精准的室内定位技术将是向室内用户提供有用的、有针对性市场与服务内容的关键，是一个需要填补的技术缺口。
定位精度越高，服务就越有效。
从这一点出发，由室内定位作为基础技术带来的应用思维是十分庞大的。
从最基本的室内的定位导航发散开来，它可用于管线位置的标定和导航，帮助工作人员进行巡检和有效排查；
也可用于社交网站，帮助用户寻找拥有相同爱好的人；
又可用于人员调度，对人员进行精准定位，为科学地指挥调度提供决策和支持；
或是用于消防反恐演练和实际救援，提高安防水平；
或是引导用户在商场中找到所需产品，为用户提供有效的针对性内容；
或是分析室内人群的信息，使线下服务提供商能更好地把握用户的动态；
或是与照明、制冷等子系统联动，节约电能，提高管理水平。
1.2.3室内技术的发展
室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，用于解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题，从而实现人员、物体等在室内空间中的实时位置监控。
室内定位技术应用的区域是封闭或半封闭的空间，室内不止是通常所说的一半建筑物内部，它还包括地下矿井、密集的高层建筑区等。
室内环境相比较户外要复杂的多，根据不同的环境、应用和需求，用于室内定位的技术主要有：
激光、红外、超声波、蓝牙、射频识别、超宽带、ZigBee、计算机视觉、磁场等。
其中，有些技术经过开发利用，形成了比较系统的定位服务解决发难或成形的商业产品，比如超宽带定位技术，但仍有许多技术尚在研究试验中。
进行室内定位的主要测距方法有到达时间（TOA）、到达时间差（TDOA）、到达角度（AOA）、RSS技术等。
这些技术都能在定位系统中计算有效的距离，其中到达时间、到达时间差、到达角度技术都能提高定位精度。
1992年，英国剑桥ORL（OlivettiResearchLtd.）的ActiveBadge系统是最早的室内定位系统之一。
它是一种使用红外线收发器，无需测距的定位系统。
系统的缺点是不容易部署大规模基站，且红外线容易受到光线的干扰，尤其是在户外。
因此，ActiveBadge系统是一个只能用于室内定位的基于蜂窝单元的定位系统。
1998年，有Microsoft公司开发的RADAR定位系统利用“指纹识别”技术定位，它是局域RSSI技术的室内无线射频定位系统，利用信号传播模型和经验测试相结合的场景法进行定位。
在RADAR定位系统智慧，主要考虑建筑物墙壁对信号传播的影响，从而来计算信号衰减成都和传播距离之间的关系。
在实际应用中，要根据建筑物的不同，测试不同的信号穿墙衰减因子，然后再根据经验模型进行距离的计算，从而得到具体位置的估算。
RADAR定位系统实现了办公室范围内2-3m的实时定位，提出了使用WAF模型替代经验数据来推断节点位置的方法，并作了初步尝试。
但由于其受外界环境影响非常大的缘故，使其只能满足一些区域定位的要求，不能实现精准定位。
1999年出现了Spot0N和精度高达3厘米的BatSystem；
2000年，麻省理工大学研制出Cricket系统；
2001年，基于TDOA测距的AHLOS系统问世；
2002年，加利福尼亚大学的Calamari系统同时采用了TOA和RSSI两种技术进行定位，在系统搭建、设备数量、功耗、成本等方面均做了优化。
除了上面所提到的较为经典的定位系统外，近些年来，国内外很多公司、高校、研究所等也根据具体的应用设计除了许多无线定位系统。
其中应用比较多的无线定位技术有：
基于超宽带的定位技术、基于Wi-Fi的定位技术以及基于ZigBee的定位技术等等，各种定位技术的优劣势如表1-1所示。
表1-1室内定位技术对比
1.2.4超宽带定位技术
超宽带UWB（UltraWideBand）技术又称为冲激无线电技术，其利用频谱极宽的超短脉冲进行通信，是一种无载波通信方式。
超宽带技术的发展可追溯到十九世纪，当时用于传送莫尔斯电码，因射频辐射无法调节而被禁用；
二十世纪六十年代被美国用于军方雷达；
1989年美国国防部首次以“超宽带”这一术语表示脉冲无线电；
第一次海湾战争，美军将超宽带应用于战舰精准资产定位PAL系统；
2002年美国联邦通信委员会开放超宽带技术民用。
自被FCC（国际联邦通信委员会）允许通过（将3.1GHz～10.6GHz的频段免授权分配给商用）以来，超宽带技术一直备受关注，现己成为无线通信领域研究开发的一个热点，并被视为下一代无线通信的关键技术之一。
超宽带技术在诸多应用领域中都体现出极大的优势，在无线定位方面更是优于传统的无线定位方式。
由于现代建筑内部刚体结构较多，障碍物以及设备居多，导致卫星一般无法正常接收，致使GPS和北斗均失效，这时就必须在建筑内部安装一种更为有效的室内定位装置，用来对室内人员和设备进行定位。
而超宽带定位技术由于具有传输速率高（达1Gbit/s）、功耗低、多径分辨率高、信号隐蔽性好、穿透能力强、与现有其他无线通信系统共享频谱，尤其是能提供非常高的定位精度等优点，成为无线定位技术中极具潜力的技术。
因此对超宽带定位系统的研究具有重要的应用价值。
1.2.5室内定位研究和应用现状
近年来，随着定位技术需求的逐渐增多，我国科研教育机构和企业公司在国家倡导扶持下展开了一系列的定位技术研究，在室内外高精度定位导航方面取得了重大突破。
1）突破城市室内外无缝定位技术并建立应用示范系统
在科技部863计划支持下，北京邮电大学等多家机构在广域室内外无缝定位技术方面联合攻关，在通信导航信号体制、地面非视距抑制、多径抗干扰、高精度测距、室内外无缝协同定位、星地组合以及导航通信一体化等关键技术方面取得了突破，提出了TC-OFDM的通信导航融合新体制，实现了基于移动基站的水平3米、垂直1米的室内外无缝高精度定位。
总体技术达到国际领先水平，为国家应急救援、公共安全及广域室内外导航定位服务提供了重要的技术支撑，具有广泛的应用前景。
依托上述研究成果，2011年北京邮电大学在校园开展了示范应用。
2012年下半年，北京邮电大学联合其他单位成功研制出了基于室内外高精度无缝定位的消防应急救援应用平台，并在天津完成了范围在60平方千米的应用示范项目建设，包括室内地理信息系统数据库的构建，基站核心设备及移动定位终端、室内增补系统的研发，网络服务平台的搭建、示范区内的基站建设与增补网络布设，并开始在消防领域进行示范应用。
2013年底将完成覆盖范围达200平方千米的应用，并逐步推广到天津市及全国范围。
前期示范测试结果表明，系统定位精度达到室内外水平精度优于3米、垂直精度优于1米。
十一五期间，在城市大型建筑定位技术研究方面，北京邮电大学牵头完成的863课题“大型建筑物复杂环境室内定位系统关键技术与示范”研究成果成功应用于北京、上海、广州、成都、重庆、深圳、西安等城市的重点区域。
包括首都机场、白云机场等8大机场共22个航站楼的室内位置服务，实现了3-8米精度室内定位；
构建了人员定位和基于位置的资产管理平台及基于位置的旅客个性化服务推送平台，大幅提升了大型建筑精细化管理与安全保障水平；
充分利用机场服务资源，给每个旅客提供个性化的服务指导与宾至如归的机场体验；
还可以大幅提升机场的非航经济效益。
2）初步形成了室内外高精度无缝定位技术标准体系
国内有大量的研究机构和企业从事室内外定位导航研究，室外定位已经形成了相关标准，推动了产业化与位置服务的发展。
随着室内定位及室内外无缝定位关键技术的突破和推广应用，其技术标准体系研究具有十分重要的意义。
在科技部、工信部等多个项目支持下，开展了科学可行的室内外定位技术与服务标准体系研究，重点内容包括基础资源、信息处理、信息服务、用户终端、中间件等，初步形成了室内外高精度无缝定位技术标准体系。
3）室内定位研究队伍加大，应用前景广泛
鉴于室内定位的必要性和重要性，谷歌、诺基亚、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大学、苹果、大疆等均将目光投向室内定位，开发相应的室内定位解决方案。
随着室内定位队伍的逐渐扩大，其应用也越来越广泛：
a）室内导航是室内定位主要应用之一，帮助用户到达正在搜寻的兴趣点。
它有助于旅客们找到登机口或站台、参会人员找到他们的会议室或指定席位等。
b）近距离广告和基于位置的优惠券，正在将移动设备转换为一种促成购买举动的工具。
各大品牌视他们的利益和定位而定,可以直接与消费者交流。
地产业主也可就此向零售商铺的业主兜售嵌入式广告，作为传统电子公告和产品目录广告的补充。
c）位置共享，配合社交网站，实现社交平台日益增长的迫切需求。
用户可以实现类似“查找附近好友”的功能，并且LBS社交网络有助于让各个品牌从病毒式营销中获利，提高他们的曝光度，不仅是针对购买者，同时也针对广大的目标群体。
d）针对室内定位引发的消费行为进行数据分析。
由此帮助商家更好地把握顾客，改善用户体验。
e）实时监管，提高安防水平。
基于精准定位系统进行实时监管，对于预防意外发生或实时追踪防丢均具有有效的作用。
1.3实验室建设意义
随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对于定位和导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超时、图书馆、地下停车场、矿井等复杂的室内环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。
室内定位时定位技术的一种，与室外定位技术相比有一定的共性，但由于室内环境的复杂性和对定位精度和安全性的特殊要求，是的室内无线定位技术有着不同于普通定位系统的鲜明特点，而且这些特点是室外定位技术所不具备的。
室内定位范围相对较小，因此对定位的精度要求相对而言较室外定位要求较高。
室内信号微弱，且反射现象严重，故要求定位算法对各种误差的鲁棒性要强。
室内定位的应用场合通常决定了定位设备简单、功耗小、计算量和通信开销也不能太大，在特殊场合还需要考虑不对室内其他设备造成干扰。
相对于较早就发展起来的室外定位，室内定位则起步较晚，但通过近年来研究和努力，也有了明显的进步。
尤其，2001年的美国911事件，大量大楼内的工作人员和后期进入救援的消防人员由于与外界中断通信以及在室内的位置不明确而葬身火海，凸现出室内定位系统的重要性和紧迫性。
自此，各国政府意识到对室内定位系统研究的重要意义，在该项目上都投入了大量的资金：
其中，美国Motorola和Intel分别就室内定位系统的算法、软件和硬件设备进行开发。
室内定位技术和定位算法已成为各国科技工作者研究的热点。
建设基于位置信息的实训室或实验室对于学生、教师、高校都有着极大的好处和重要的科研和实践意义。
1）应用演示与理论实践相结合，培养学生学习兴趣，巩固知识，提高高校教学水平
通过实际系统应用展现，可提高学生的兴趣，使之深入的学习和理解相关知识，激发其创新能力，进一步提高高校人才培养水平。
2）人才培养，提高学生实践水平，提高学生就业率
1响应国家政策，正视社会需求
近年来，“大学生过剩”与“技工严重缺乏”冰火两重天的反差格局，当代大学生普遍存在实践能力不强的问题，与社会需求不符。
教育部副部长鲁昕认为，当前我国高等院校结构中，学术型大学比重过大，而应用技术型大学比重过小的现状，正是大学生就业难的根源所在。
因此2014年，国家教育部进行全国高校改革，此次改革中，全国600多所地方本科院校，转型成为高级别的职业教育院校，重点培养工程师、高级技工、高素质劳动者等，适应社会需求。
2行业需求决定人才需求
当今社会，地震、火灾、矿难等状况频繁发生，餐饮、购物、地铁交通成为人们生活中十分重要的组成部分，这些变化引起人们对室内位置服务的需求正迅速增加。
而公共安全、生产安全、应急救援、公共卫生、物联网、特殊人群监护、大型场馆管理、智慧城市建设等领域都需要使用准确的室内定位信息。
因此，导航与位置服务产业有上万亿的市场空间。
2009年中国导航与位置服务用户数量达到1650万，同比增长70%，2010年用户数量增长超过100%。
2015年导航与位置服务用户超过5亿，产值将超过2千亿元，导航与位置服务成为新的经济增长点和战略性新兴产业，增加就业人口50多万，同时，海外导航与位置服务用户需求也呈现快速增长趋势，我国导航产品每年数千万套地进入国际市场。
因此，定位行业人才缺口巨大，急需拥有相应知识储备和实践能力的人才。
3完善实验设备，提高人才培养水平
高校实验室是进行实验教学、科学研究和培养创新人才的重要基地,对于培养学生的动手能力和创新能力具有重要的意义。
随着大学扩招计划的推进和国家政策的引导，落后的实验设备已不能满足日益增多的高校在校学生的需求，学生的实验以及就业实训实验室都存在巨大的缺口。
因此，急需建立基于位置信息的实训室和实验室。
3）紧跟国家政策和科研趋势，完善科研设备，激发科研创新
随着位置信息服务的发展，越来越多的教师和学生在进行基于精准位置信息的物联网、定位技术等相关应用研究，但实验设备不完善，导致实践和理论极易脱节。
科学研究是一项“站在巨人的肩上看世界”的工作，落后的实验设施使高校师生无法掌握先进的设备和技术，增加了基础技术研究的时间，无法高效地利用当代先进技术和设备进行进一步开发和拓展。
而建立基于位置信息的实训室或实验室可为高校师生提供完善先进的实验室，使之在应用体验和技术培训形结合的条件下迅速掌握理论和实践知识并进一步加深理解，通过知识普及和实际操作应用，了解行业动态和发展趋势，激发其创新能力，进行进一步科研创新、科研项目申报等。
4）打造行业技术领先实验室，人才、科研齐发展，提高高校影响力
大学通过发挥教学、科研、社会服务等三大职能，来实现它对社会政治文明、经济发展、文化繁荣、科技进步等各方面的影响力。
从微观的角度分析，高校影响力主要分为学术影响力、内部管理影响力、学生影响力、社会服务影响力。
某大学通过对美国哈佛大学和加州大学伯克利分销两所世界一流研究型大学的发展历程进行分析，并结合研究具有中国本土特色的北京大学、清华大学、香港科技大学的管理经验，分析总结出我国大学影响力的提升策略：
增强学术影响力和管理影响力是提升大学影响力根基；
促进产学研成功结合是提升大学影响力的重要途径；
注重人才培养质量和管理效能是提升大学影响力的关键环节。
在当今信息化时代，打造基于位置信息的实训室或实验室可在学生学习知识、实训开发，教师项目研究、信息化教学等方面提供先进的完善的集硬件、软件、培训于一体的服务，高校提升学校的人才就业率、人才培养水平和整体科研水平，进一步提升高校行业影响力和整体竞争力。
5）发挥高校科研优势，推动信息行业发展
1跟踪国际水平，缩小同国外的差距，并力争在我们定位领域有所突破，推动信息行业发展，为我国的经济发展和国防安全创造条件。
2培养新一代高水平的科技人才；
3通过伞型辐射，带动相关方面的科学技术进步；
4为我国的经济发展和国防建设奠定比较先进的技术基础，并为高技术本身的发展创造良好的条件；
5把阶段性研究成果同其它推广应用计划密切衔接，迅速地转化为生产力，发挥经济效益。
二定位实验室建设
2.1实验室需求现状
随着社会科技化进程的加快，社会对于基于位置信息的产品和服务的需求越来越高，随之对于技术的要求越来越高，而我国定位相关技术与国际先进国家的技术水平还有一定差距，相关技术还有很大的提升空间，而相关技术的人才缺口问题也逐步凸显。
因此，建立基于位置信息的实训室或实验室势在必行，其不仅能够为国家、社会培养相关技术人才，还能解决大学生普遍实践能力弱的现状，提高就业率和就业水平，并能激发新的创新课题，增强科研力量，提高高校整体科研水平和竞争力，缩短与国际先进技术水平之间的差距，加快我国科技化进程。
因此，我公司为以下相关专业（图2.1）提供了几类实训室或实验室，以供高校选择。
图2.1实验室建设相关专业
2.2实验室建设目标
从学生就业发展出发，实验室应该着重提高学生的动手能力，以探索性、设计性实验及工程训练为主，突出学生创新能力和实践能力的培养，对应的培养模式应是“宽口径、厚基础、重实践、求创新”；
从科学研究出发，实验室应以“高领先、高完善、高潜力”为主；
从学校发展出发，应考虑实验室的行业先进性、影响力、发展潜力和空间以及对学生培养的有利性。
因此，基于室内外位置数据的实时视频分析与处理实验室的建设目标应该是：
1满足课程规划的教学需求；
2满足行业应用的实训需求；
3满足科研创新的环境需求。
这些目标可体现在实验室建设的具体需求中：
1、实现教学的可视化，直观化，仪器化，云计算化。
基于室内外定位的分析、开发和研究涉及复杂的有线和无线通讯环节，离不开对各种信号波形的分析，测量观察，也离不开对各种通讯协议的分析和观察，依靠先
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