無縫定位技術(shù)就是指在人類活動(dòng)的地上、地下空間和外層空間范圍內(nèi),能夠聯(lián)合采用不同定位技術(shù)以達(dá)到對各種定位應(yīng)用的無縫覆蓋,同時(shí)保證各種場景下定位技術(shù)、定位算法、定位精度和覆蓋范圍的平滑過渡和無縫連接。泛在計(jì)算對應(yīng)的泛在定位技術(shù),其相對于無縫定位技術(shù)而言,覆蓋的范圍偏向于城市和室內(nèi)空間。集成定位技術(shù)是指兩種或者兩種以上不同的定位傳感器或方法的集成,如GPS和INS兩種不同傳感器之間的集成,或者GPS和電子地圖輔助定位兩種不同方法之間的集成,其覆蓋的范圍可以是外層空間或者某一特定環(huán)境。
常用的無線定位技術(shù)有TOA(到達(dá)時(shí)間)、TDOA(到達(dá)時(shí)間差)、AOA(到達(dá)角度)、SSR(信號強(qiáng)度測距)、NFER(近場電磁測距)。廣泛使用的GNSS因?yàn)樾l(wèi)星時(shí)間同步采用的是高精度的原子鐘,所以基于GNSS的方法一般都是TOA技術(shù)。然而一般的無線通信系統(tǒng)由于基站數(shù)量多,時(shí)間同步精度受限,所以現(xiàn)有的基于無線通信的定位服務(wù)一般采用TDOA技術(shù),當(dāng)然在某些特定場合下也使用AOA技術(shù);現(xiàn)有的短距離無線通信技術(shù)一般采用SSR技術(shù)。多種技術(shù)的聯(lián)合使用使得測距的功能上有更多的自由度,并且增強(qiáng)了定位的精度、可靠性和安全性。
1.1無縫定位面臨的挑戰(zhàn)
具體而言,無縫定位技術(shù)面臨以下幾個(gè)主要的挑戰(zhàn):難以依靠單一的無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)無縫定位,如GNSS技術(shù)無法在封閉空間發(fā)揮其高精度定位的特點(diǎn);各種定位信號無法覆蓋多個(gè)不同區(qū)域,需要解決室內(nèi)外連接區(qū)域的無縫連接問題;無線信號在室內(nèi)外NLOS(非視距傳播)環(huán)境下的復(fù)雜傳播信道;無縫定位系統(tǒng)所需的統(tǒng)一的坐標(biāo)和時(shí)間系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施和軟硬件成本、合適的移動(dòng)定位設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)化問題;公眾無線服務(wù)的定位服務(wù)模式;其他諸如支持開放式服務(wù)的API、電源、隱私安全等問題。
1.2無縫定位的關(guān)鍵技術(shù)
1.2.1無縫定位的框架和軟硬件
[if !supportLists]1)[endif]無縫定位基礎(chǔ)設(shè)施是指各種定位傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的集合,包括GNSS的地面增強(qiáng)和連續(xù)跟蹤站構(gòu)成全球一體化的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,城市的各種無線通信與電視廣播基站,室內(nèi)環(huán)境下已有的各種定位傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等。這既包括利用現(xiàn)有的定位基礎(chǔ)設(shè)施,也包括城市環(huán)境下的多種泛在無線信號源以及根據(jù)實(shí)際需要專門布設(shè)的各種小規(guī)模的定位傳感器網(wǎng)絡(luò)。
2)統(tǒng)一坐標(biāo)系。按照現(xiàn)有的無縫定位基礎(chǔ)設(shè)施層次,可以劃分出若干個(gè)層級:全球框架、區(qū)域框架、城市框架、街區(qū)學(xué)?？蚣堋误w建筑框架和樓層平面框架,依次由上一層坐標(biāo)框架為下一層提供坐標(biāo)基準(zhǔn),也可以采用空間信息網(wǎng)格作為支持。
3)時(shí)間系統(tǒng)。時(shí)間作為定位中重要的信息,可以按照統(tǒng)一坐標(biāo)系的層級將GNSS提供的時(shí)間基準(zhǔn)通過無縫定位基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行分層時(shí)間傳遞服務(wù),依次向下一級傳感器網(wǎng)絡(luò)提供時(shí)間基準(zhǔn)。
4)通信設(shè)施。采用現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施以及無縫定位系統(tǒng)自身的通信功能,為各種服務(wù)應(yīng)用和各種定位輔助信息的傳遞提供穩(wěn)定的通信保障。
5)軟硬件的框架。無縫定位硬件層面指不同接口之間的協(xié)同與集成,軟件層面主要是定位軟件的框架結(jié)構(gòu)。
1.2.2無縫定位算法
無縫定位算法主要是針對多種無線定位技術(shù)(GPS、WLAN、ZigBee和UWB等)中多源定位觀測量(RSSI、TOA、TDOA和Cel-l ID等)以及其他類型的定位傳感器(加速度和高度計(jì)等)的定位觀測量構(gòu)建統(tǒng)一的融合定位模型,包括多種技術(shù)共用模式下的自動(dòng)切換、選擇、集成以及平穩(wěn)過渡等相關(guān)技術(shù)的研究;針對城市和室內(nèi)復(fù)雜非視線傳播環(huán)境下對各種無線信號定位產(chǎn)生影響的誤差源進(jìn)行鑒別和消除技術(shù);以及在定位解算過程中需要運(yùn)用到的數(shù)據(jù)處理技術(shù),如最小二乘算法、各種濾波技術(shù)以及相位模糊度解算等。具體可分為以下幾類:(1)測時(shí)、測距和測信號強(qiáng)度相關(guān)的定位算法(TOA、TDOA和RSSI等)。(2)非無線定位傳感器定位算法(航跡推測、加速度和高度計(jì)等)。(3)NLOS環(huán)境下各種誤差源鑒別和消除算法(多路徑消除技術(shù)、NLOS環(huán)境下的無線信道建模)。(4)定位解算與精度評定算法(最小二乘算法、濾波技術(shù)、模糊度解算、精度評定等)。(5)無縫定位算法(不同定位技術(shù)的無縫融合與集成算法)。
1.2.3無縫定位服務(wù)與應(yīng)用模式
無縫定位服務(wù)面向的是廣大的空間信息社會化用戶群,無縫定位系統(tǒng)一旦構(gòu)建實(shí)施,需要有足夠的用戶群體來支撐。無縫定位一方面在系統(tǒng)服務(wù)層面要考慮到終端用戶的各種需求,包括合適的定位精度和與之相匹配的電子地圖顯示模式;還要考慮定位服務(wù)和各種空間數(shù)據(jù)的服務(wù)與收費(fèi)模式。目前比較成熟的網(wǎng)絡(luò)地理數(shù)據(jù)服務(wù),如Google Earth/Maps等產(chǎn)品充分考慮到了用戶的多元化和需求的多樣性,為所有用戶提供快捷、簡便、有效的地理空間信息服務(wù)。無縫定位應(yīng)針對用戶群體多樣化的特征,要求在相應(yīng)的電子地圖顯示模式和終端服務(wù)模式方面考慮到用戶的實(shí)際需求,以最簡單有效的可視化方式、快捷便利的定位技術(shù)來為用戶提供可靠的空間信息數(shù)據(jù)服務(wù)。終端的接入模式也可以根據(jù)需要以用戶終端為主,或者充分利用現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢,將部分的數(shù)據(jù)服務(wù)以網(wǎng)絡(luò)的形式提供給用戶使用。此外,還應(yīng)針對定位技術(shù)和服務(wù)進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化、組件化、網(wǎng)絡(luò)化、自適應(yīng)化、集成化、智能化等方面的研究。
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