随着全球卫星导航系统（GNSS）、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、计算机科学等相关学科发展，以及手机等便携式智能设备的普及，基于位置服务（LBS，Location Based Service）发展迅速。如今，大多数的定位导航和位置服务都将地点考虑在室外，主要原因是GPS卫星信号在室外能进行精确地定位。
然而据调查，70%的电话拨打在室内，80%的互联网连接发生在室内，人们80%-90%的时间在室内度过。由于卫星定位系统使用的无线信号对于建筑物的穿透性比较差，信号衰减很快，在室内接收到的卫星信号十分弱，难以进行定位；并且墙体等障碍物的存在，电磁波从室外到室内目标体的过程中会发生反射，反射的电磁波质量和精度不高，不能用于室内定位，所以GPS定位在室内发挥的作用有限，实现室内定位必须依靠其他的途径。
1 室内定位技术分类
室内定位技术按射频与否分为非射频（Non-RF）和射频（RF）两大类。非射频的主要技术包括：
1）惯性导航，优点是不依赖基础设施，精度较高，缺点是需要频繁的矫正。2）视觉定位，精度高，但是需要矫正，工作范围受限。
3）超声波定位，设备便宜，精度较高，但对环境噪声敏感，工作范围受限。 4）红外，类似于超声波定位的特点，设备便宜精度高，但是对环境噪声很敏感，工作范围受到限制。
射频的技术主要包括：
1）蜂窝定位，优点是广域室内覆盖，但是定位精度低，需要国际标准的支持。
2）局域网（如WiFi），热点广域室内覆盖，但是依赖热点等基础设施。 3）射频识别（RFID），成本低，但是需要专门设备，工作范围受限。 4）伪卫星（如Locata），定位精度高（能到厘米级），但是需要专用发射与接收机，价格昂贵，难以普及。
5）超宽带（UWB），定位精度高，也需要专用发射与接收机，价格昂贵，难
以普及。
上述介绍室内导航的各种技术和它们的优缺点，下面将较详细介绍几种。
2 几种室内定位技术
室内定位技术方法较多，我们介绍光源定位、音频定位和蓝牙定位三种。
2.1 光源定位技术
光源定位技术（光通讯定位技术）一方面具有较强的抗干扰性，能够满足室内复杂的环境要求，另一方面可利用现成的 LED 设备，降低设备部署的成本。
技术的大致原理是：在室内特定地方布置光源（如LED等），目标体在不同位置受到的光的强度不同，通过事先建立定位区域的光照强度的数据库，当获得目标的大致范围后，通过信号强度进行匹配，得到最终的位置，示意图见图1。
图1 可见光室内定位模型图[1]
陈道钱等人提出一种测距辅助的可见光指纹定位方法（RAFL），首先基于测距方法根据多组光源初步确定定位目标的位置范围，然后采用双线性差值算法构建定位区域指纹，接着在定位目标范围进行指纹匹配，最终获得目标的实际位置
[2]
。实验结果表明该方法在定位精度方面具有优秀的性能。
我认为该方法在一定的场景下具有可行性，但是由于实际室内复杂，不同位
置的光强度受到各种因素的影响，建立初始光强度与位置关系的数据库需要耗费
一定的人力物力，且光强度的变化导致数据库需要不断地更新，否则外界环境的变化可能会导致数据库失效。平常条件下室内定位环境多变，这种光源定位只适用于特定的场合。 2.2 音频定位技术
音频定位的方法类似于光源定位，在室内已知地点布设多个音频接收器，手机利用手机内置扬声器和麦克风发出声，由于声音速度被认为是固定不变的，利用多个接收器的数据和三角交汇的原理可以计算出目标点的位置。音频定位的声波一般在16-21KHz，受人声干扰小。由于音波的传播速度慢，测距时对时钟同步要求低，定位精度可以达到分米级，有效范围在20米左右。
李扬基于小型麦克风阵列实现了一个室内实时声源定位系统，实验结果表明，该系统可得到较高的声源方位角估计精度，而且能基本满足室内定位的实时性要求[3]。骆名治实现基于音频和到达时间差（Time Difference of Arrival，TDoA）的高可用、高精度、高鲁棒性的室内目标定位技术，提出了两种基于二分策略的缩圆定位算法，对由高度和移动速度带来的定位误差提出了两个误差消除方案,并验证了有效性[4]。
我认为音频定位的方法适用于质量要求低、精度不高的室内定位，虽然也要安装固定的设施，但是声波受周围环境的影响比光受到的影响要小一些。声波的传播速度慢，距离估计不稳定，无法满足精确同步的要求。同时缺乏光源定位的先验数据库的建立和后期匹配的过程，定位精度自然没有光源定位高。 2.3 蓝牙定位技术
一般的手机都支持蓝牙功能，所有利用蓝牙定位也是一种可行的思路。定位
目标接受周围蓝牙设备发出的蓝牙信号，根据信号强度的测距模型得出设备与被定位目标的距离，当手机目标接收到三个以上不同蓝牙设备的蓝牙信号且信标的坐标已知的情况下，就可以对这种手机目标进行定位。
但是由于受周围环境的干扰，通过信号强度渐变模型计算得到的距离存在误
差，定位因此受到影响。刘振远等人提出了一种基于低功耗蓝牙信标的室内定位方法，通过应用高斯分布的信号过滤技术，有效提高测距的精度；在此基础上，通过融合步态检测等算法，降低定位算法的误差[5]。2013年，苹果公司基于新一代的低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy，简称BLE)标准，推出了iBeacon技术,
具有低成本、低功耗及快速连接的特点，迅速成为室内位置服务的主流技术之一。许春璐设计基于蓝牙iBeacon模块和信号采集应用程序，搭建了RSSI传播特性研究实验平台，通过手机客户端的实验验证了该蓝牙室内定位系统能准确获取用户的位置信息[6]。
我认为现在无论是安卓机还是苹果机，都有蓝牙的功能，而且启动快捷，使用方便，消耗低，利用蓝牙定位必将成为室内定位的重要方式之一。
3 多源融合混合定位
上文介绍了不同室内定位技术。每种定位方法都有优缺点，如何结合不同的室内定位技术的优点，将它们组合到一起，扬长避短，这是一个值得思考的问题，于是有了多源融合混合定位的概念。
“多源”的意思就是多信号源。由于实际室内场合复杂，场景中存在不止一种信号源，不同场合可能使用的方法和数量不尽相同。根据当前室内场景下现有的信号源的情况，选择不同的信号源组合的方法，叫做多源融合混合定位。在这个过程中，不同的信号源做出不同的贡献，混合定位会让定位结果更加精确可信。多源融合观测值类型可归类为：坐标及其一阶导数、角度及其一阶导数和距离及其一阶导数。主要融合算法包括隐马尔科夫模型、粒子滤波、扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）。
卢志泳在硕士毕业论文中提出室内融合定位方案，采用WiFi RSSI指纹定位、蓝牙定位和高频音频定位进行融合与协作，并运用一系列的融合方案、约束策略等策略和算法，提供一套低成本、高精度的室内定位方案[7]。在该室内融合定位方案中，手机通过扫描和接受附近的WiFi RSSI、蓝牙4.0的RSSI、音频信息，并采用以WiFi指纹定位为主，蓝牙定位和音频定位为辅的融合策略实施定位。实验结果表明室内融合效果比采用单一定位方式的定位效果有较大的改善，定位误差显著降低。
我认为，现在的智能手机都有各种传感器，如加速器、陀螺仪、磁力计、光传感器和摄像头等，可以接受各种射频信号，如蜂窝信号、WiFi、蓝牙、RFID、数字广播信号等。手机硬件能达到需求标准，多源融合混合定位的前景广阔，具有很强的可实用性。
4 室内定位的应用
利用室内定位技术可以获取目标点在室内的位置，基于该位置可以提供不同
的服务应用，包括智能手机无缝定位与导航、室内同步定位与制图（SLAM）、室内智能停车、地理情景的感知计算。
室内智能停车的应用中，“室内”指地下停车场，该应用能实现在线预定车
位、车道级导航、停车场室内定位导航到预定车位等功能。地理情景感知计算融合人的位置和行为状态、空间地图和属性、群体的信息及社会属性等信息，判断目标情景。例如熊汉江等人针对现有室内定位技术，提出了一种融合人类活动识别、行人航迹推算以及地标匹配修正等技术的室内行人位置推算方法，有效实现了室内用户轨迹的追踪[8]。 4.1 室内路径规划
室内最短路径规划是在室内定位的基础上提出路径参考。邱儒琼等人以室内
电子地图模型为基础，以室内定位技术为支撑，分析和提炼室内电子地图路径模型，根据室内环境和障碍物遮挡情况，设计室内路径规划算法，并以 A* 算法为基础，在 Android 平台上实现室内路径规划的应用[9]。
室内电子地图模型着重表达的是室内通道之间的拓扑关系，由通道Link（线）、通道Node（点）和POI（点）组成。由于室内还有高度信息，不同的楼层之间连通，所以该电子地图模型是三维的。基于WiFi的室内定位技术按原理分为几何测量法和指纹定位法，目前常用的是指纹定位法。它的实施分为离线和在线两个阶段，离线时采集室内空间分布的AP信号值（Access Point，接入点），拟合得出各个参考点RSSI值（Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示）；在线时通过实时测得的RSSI与改点拟合信号进行匹配，通过相关算法得出改点的坐标。
室内路径规划与之前研究的路径规划有很多相似之处，都是给出当前初始点和目的地点，要求做出合理的路径规划，但是两者的尺度不同，通常是大区域的室外旅游信息服务（如武汉市旅游信息服务系统），这里研究的是小区域室内的地理信息服务（如武昌火车站室内导航系统）。大尺度区域内精度要求不高，利用的是GPS定位获得当前位置信息，地图模型是二维的（没有高度信息）；而小尺度区域内精度要求较高，利用的是WiFi进行定位，由于同时具有高度信息，
所以地图模型是三维的。指出由于室内环境的复杂性，室内路径规划在单层楼中
具有较好的应用，但对于全局性的求解问题仍需要进一步探索。
图2 武昌火车站室内路径规划[10]
5 总结
目前室内定位的瓶颈主要有：1）没有统一的标准，由于室内定位起步较晚，方法种类较多，尚未制定统一的标准；2）可用性仍不高，某些方法只适用于某些特定化的场合，难以全面推广。
5G时代的到来将使通讯技术更加成熟，手机等硬件的发展也会使设备性能越来越好，室内定位的精度也势必会提高。未来的趋势将是产品丰富化（产品种类单一到多种类型）、定位一体化（从室外精确定位到室内外一体化精确定位）和方式多源化（从仅依靠GPS定位到利用GPS、蓝牙和WiFi等多种方式混合定位）。
智能化信息时代，室内定位技术必将大有可为！
参考文献
[1][2]陈道钱,吴晓平,华宇婷.一种测距辅助的室内可见光指纹定位方法[J/OL].激光与光电子学进展:1-15[2018-11-20].
[3]李扬. 基于小型麦克风阵列的声源定位系统设计与实现[D].哈尔滨工业大学,2014.
[4]骆名治. 基于音频和到达时间差的室内目标高精度定位研究[D].中国科学技术大学,2018.
[5]刘振远,侯明祥,方维维,李阳阳,路红英.基于低功耗蓝牙信标的室内定位方法研究[J].中国电子科学研究院学报,2018(05):618-624.
[6]许春璐. 蓝牙室内定位系统的研究与实现[D].杭州电子科技大学,2018. [7]卢志泳. 室内融合定位的研究与应用[D].中山大学,2015.
[8]熊汉江,郭胜,郑先伟,周妍.室内行人移动行为识别及轨迹追踪[J].武汉大学学报(信息科学版),2018,43(11):1696-1703.
[9][10]邱儒琼,聂小波,王海侠.基于WiFi的室内位置服务路径规划研究[J].地理空间信息,2017,15(04):31-33+9.
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