去年12月，華為首發(fā)AIoT生態(tài)戰(zhàn)略，而后今年3月份，小米成立了AIoT戰(zhàn)略委員會(huì)以強(qiáng)化智能物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)布局。從中可以得知，AI與IoT的結(jié)合，已成為物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的重要方向。

我們知道，不管是AI，還是IoT，都離不開對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析處理，而位置定位作為智能化和自動(dòng)化的基礎(chǔ)，目前行業(yè)發(fā)展情況如何？

雷鋒網(wǎng)了解到，由于定位行業(yè)下游應(yīng)用較為零散和垂直化，而定位應(yīng)用本身較難復(fù)制，因此該行業(yè)呈現(xiàn)出各種定位技術(shù)百花齊放的場(chǎng)景。

江蘇唐恩科技有限公司（簡(jiǎn)稱：唐恩科技，DONN），成立于2012年，現(xiàn)已推出了基于UWB、激光、視覺、衛(wèi)星等技術(shù)的高精度定位產(chǎn)品和行業(yè)解決方案，并與南京大學(xué)和南京市政府合作，成立并運(yùn)營(yíng)南京智能制造軟件新技術(shù)研究院。

該研究院于2018年開始運(yùn)營(yíng)，擁有精確定位、智能視覺、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、身份識(shí)別、深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析等軟件新技術(shù)，研發(fā)了基于無線、激光和視覺的精確定位產(chǎn)品，并針對(duì)特殊應(yīng)用場(chǎng)合推出了多模融合定位系統(tǒng)。

UWB在工業(yè)中的定位應(yīng)用以及算法升級(jí)

UWB（Ultra Wide Band，超寬帶），作為近年來興起的高精度定位技術(shù)，其與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異。它不使用傳統(tǒng)通信體制中的數(shù)據(jù)載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或微秒級(jí)以下的極窄脈沖來檢測(cè)時(shí)間，中心頻率可以是3.1~10.6GHz，使用500M以上的頻率帶寬。目前。包括美國(guó)、日本、英國(guó)等在內(nèi)的發(fā)達(dá)國(guó)家都在研究UWB技術(shù)，現(xiàn)階段該技術(shù)已在室內(nèi)無線定位領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，尤其是工業(yè)領(lǐng)域。

UWB技術(shù)的傳輸速率高(可達(dá)1000Mbps以上)，發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)。無論是從定位精度、實(shí)時(shí)性，還是穩(wěn)定性、容量大小等方面考慮，他都完全符合工業(yè)應(yīng)用中的“硬核”標(biāo)準(zhǔn)。

唐恩科技總經(jīng)理李俊表示，“工業(yè)場(chǎng)景里面的位置服務(wù)，主要是對(duì)人員、工具、物料車、成品和半成品等各種生產(chǎn)要素進(jìn)行定位。相比其他定位技術(shù)，UWB技術(shù)更適用于室內(nèi)環(huán)境中需要高精度定位的應(yīng)用場(chǎng)景，比如制造工廠、電廠電站、物流園區(qū)、隧道管廊等?！?/strong>

通過UWB定位系統(tǒng)，可以為企業(yè)提供精準(zhǔn)的位置信息，幫助企業(yè)更好地對(duì)人員、物資進(jìn)行管理。比如幫助化工、電力、能源行業(yè)解決工作區(qū)人員較為分散、承包商管理難、無法約束監(jiān)督巡檢等行業(yè)痛點(diǎn)；此外，也能幫助制造業(yè)解決物資、車輛位置信息含混不清，無法高效統(tǒng)一調(diào)度以及工人管理難等問題。

對(duì)于UWB定位技術(shù)為何會(huì)有如此高的精度，雷鋒網(wǎng)了解到，從定位底層技術(shù)來講，用于定位的信號(hào)源一定要有很大的帶寬，帶寬越大定位精度就越高；如果帶寬過小，系統(tǒng)的定位精度就會(huì)低，這是一個(gè)基本的原理或者基本的限制?，F(xiàn)在的UWB信號(hào)，一般都有1G的帶寬，比如中心頻率是6G，發(fā)射電波可能是5.5G到6.5G這樣的帶寬，用這樣帶寬的信號(hào)進(jìn)行定位測(cè)算，就能實(shí)現(xiàn)高精度的定位。

在用UWB技術(shù)進(jìn)行定位時(shí)，可能有針對(duì)二維空間的定位，也可能會(huì)有針對(duì)三維空間的定位。一般情況下，UWB定位技術(shù)有如下幾種算法：

• TDOA（Time different of arrival，時(shí)間差定位法）：采用到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行定位時(shí)，通過測(cè)量被定為標(biāo)簽信號(hào)到達(dá)不同基準(zhǔn)站的時(shí)間差，利用多組時(shí)間差，通過二次函數(shù)相交解算算法，就能確定信號(hào)發(fā)射源（標(biāo)簽）的位置。

• TOF（Time of flight，飛行時(shí)間法）：基于測(cè)距的定位方式，需要被定位的標(biāo)簽和每個(gè)基站發(fā)起測(cè)距，測(cè)距完成后進(jìn)行位置計(jì)算。零維模式下，只需要和一個(gè)基站測(cè)距即可；一維模式下，至少需要和兩個(gè)基站測(cè)距；二維模式下，至少要和三個(gè)或以上基站測(cè)距；特殊模式下，則可以和兩個(gè)基站測(cè)距等。

• AOA（Angle of Arriva，到達(dá)角度定位法）：基于相位差的方式計(jì)算出信號(hào)到基站不同天線的到達(dá)角度，即可測(cè)算出被定位標(biāo)簽的大致位置。該算法一般不單獨(dú)使用，由于AOA 涉及到角度分辨率的問題，若單純采用AOA進(jìn)行定位，離基站越遠(yuǎn)，定位精度就越差。

而在唐恩科技主導(dǎo)的淮南電廠UWB定位項(xiàng)目中，需要同時(shí)對(duì)二維空間和三維空間進(jìn)行定位。電廠中的鍋爐，一般有十幾層樓房的高度，我們不但要對(duì)鍋爐旁邊樓梯的每一層進(jìn)行定位，還要對(duì)相鄰樓層之間的樓梯部分實(shí)現(xiàn)定位，這樣才能把工作人員在電廠鍋爐附近的運(yùn)動(dòng)情況全部實(shí)時(shí)地展現(xiàn)出來。

李俊表示，由于電廠鍋爐附近的定位環(huán)境沒有樓層板隔著，導(dǎo)致在某層安裝定位基站時(shí)會(huì)對(duì)其他樓層產(chǎn)生信號(hào)干擾，信號(hào)從上到下全部貫穿，使得定位時(shí)樓層位置的分辨變得特別困難。在用UWB技術(shù)進(jìn)行定位的時(shí)候，通過隨機(jī)森林的分析算法，結(jié)合TOF的測(cè)距算法，可以從信號(hào)時(shí)間差和信號(hào)強(qiáng)度等量值實(shí)現(xiàn)高精度的定位。一般來說，UWB技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候精度大概是在30到50厘米，通過把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)引入到定位算法中，能將該系統(tǒng)的精度穩(wěn)定在十厘米以內(nèi)。

“隨著某個(gè)定位現(xiàn)場(chǎng)的目標(biāo)定位數(shù)據(jù)和定位環(huán)境數(shù)據(jù)不斷上傳到服務(wù)器上，系統(tǒng)會(huì)不斷地用新數(shù)據(jù)去訓(xùn)練定位系統(tǒng)的模型，將定位解算模型訓(xùn)練得更加智能和高效，再返回現(xiàn)場(chǎng)去，讓系統(tǒng)用新的模型去做定位。通過這種方法，可以使得定位系統(tǒng)的精度越來越高。”

熱門定位技術(shù)和研究方向

根據(jù)不同的場(chǎng)景需求，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中要用到的定位技術(shù)多種多樣，而未來定位技術(shù)的趨勢(shì)是朝著更高的精度、更長(zhǎng)的續(xù)航和更大的容量方向發(fā)展。從定位所使用的信號(hào)源劃分，可以分為衛(wèi)星、UWB、藍(lán)牙、可見光、視覺、Wi-Fi、ZigBee、RFID、衛(wèi)星定位等。

李俊表示，“從應(yīng)用方面來看，衛(wèi)星、UWB、藍(lán)牙和慣導(dǎo)這四種技術(shù)應(yīng)用得比較多，并且各自已有擅長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域；而從研究力度來看，可見光定位和視覺定位的關(guān)注度比較高，但兩者現(xiàn)階段主要處于在高校、科研院所的研究階段?！?/strong>

衛(wèi)星定位技術(shù)，是最直接、覆蓋范圍最廣的室外定位技術(shù)。衛(wèi)星定位是通過接收衛(wèi)星提供的無線信號(hào)來進(jìn)行定位，衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有美國(guó)全球定位系統(tǒng)(GPS)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)以及歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)，其中GPS系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分。

雷鋒網(wǎng)了解到，隨著5G進(jìn)入商用落地階段，LoRa和NB-IoT等LPWAN技術(shù)的成熟和普及，這些新的連接技術(shù)很可能對(duì)現(xiàn)有的衛(wèi)星定位技術(shù)有很好的輔助作用，使得未來的室外定位技術(shù)更加完備。

不同于現(xiàn)階段室外衛(wèi)星定位一統(tǒng)天下的情形，各種室內(nèi)定位技術(shù)呈現(xiàn)出百花齊放的盛況，此外，室內(nèi)定位也面臨很多獨(dú)特的挑戰(zhàn)。比如室內(nèi)環(huán)境動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)，室內(nèi)布局多種多樣，室內(nèi)環(huán)境更精細(xì)等情況。

藍(lán)牙定位

基于藍(lán)牙的定位技術(shù)，2014年左右開始在室內(nèi)監(jiān)控定位領(lǐng)域被應(yīng)用；2017年7月，藍(lán)牙Mesh正式推出，在一年半的時(shí)間里，已經(jīng)有超過105種具有藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)功能的產(chǎn)品獲得認(rèn)證。只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位。另外，藍(lán)牙傳輸不受視距的影響，但對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大，且藍(lán)牙器件和設(shè)備的價(jià)格比較貴。

根據(jù)《2019藍(lán)牙市場(chǎng)最新資訊》顯示，位置服務(wù)已成為增長(zhǎng)最快的藍(lán)牙解決方案，預(yù)計(jì)未來五年其年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到43%。

慣導(dǎo)定位

而慣導(dǎo)定位，早在二戰(zhàn)期間，德國(guó)人馮·布勞恩就將慣導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于V-2火箭的制導(dǎo)；2014年，慣導(dǎo)系統(tǒng)從軍事走向民用，國(guó)防科技大學(xué)宣布成功研制了“基于微慣導(dǎo)的人員自主定位系統(tǒng)”，能夠在沒有衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精確定位。

其工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過測(cè)量載體在慣性參考系的加速度，將它對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，且把它變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中，就能夠得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、偏航角和位置等信息，從而實(shí)現(xiàn)定位。目前大熱的無人駕駛技術(shù)中的導(dǎo)航定位，慣導(dǎo)定位技術(shù)是其導(dǎo)航系統(tǒng)不可缺少的一部分，除了可以填補(bǔ)GPS因信號(hào)丟失留下的空缺外，還能與GPS配合一起為激光雷達(dá)的空間位置和脈沖發(fā)射姿態(tài)提供高精度的定位。

最后，關(guān)于現(xiàn)階段主要處于高校、科研院所研究階段的光定位和視覺定位技術(shù)。首先是光定位，該研究方向的可見光定位和激光定位都是目前發(fā)展較好的技術(shù)方向，其定位精度最高能達(dá)到毫米級(jí)，但缺點(diǎn)是光線傳輸過程中不能有遮擋。

例如HTC的Lighthouse室內(nèi)定位技術(shù)屬于激光掃描定位技術(shù)，通過墻上的兩顆激光傳感器識(shí)別佩戴者佩戴的機(jī)身上的位置追蹤傳感器，從而獲得位置和方向信息。具體來說，Lighthouse室內(nèi)定位技術(shù)不需要借助攝像頭，而是靠激光和光敏傳感器來確定運(yùn)動(dòng)物體的位置。

HTC Vive頭盔和手柄上有超過70個(gè)光敏傳感器。激光掃過的同時(shí)，頭盔開始計(jì)數(shù)，傳感器接收到激光后，利用傳感器位置和接收激光時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算相對(duì)于激光發(fā)射器的準(zhǔn)確位置。同一時(shí)間內(nèi)激光束擊中的光敏傳感器足夠多，就能形成一個(gè)3D的模型。不僅能探測(cè)出頭盔的位置，還可以捕捉到頭盔的方向。

其次是視覺定位，該技術(shù)是基于攝像頭捕捉周圍物理環(huán)境，從而為機(jī)器人提供更精準(zhǔn)定位的視覺定位技術(shù)，主要研究方向是精確識(shí)別和位置判定。該技術(shù)不僅有著更精準(zhǔn)的定位精度，而且在平臺(tái)的投入成本方面亦有巨大優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)在不久遠(yuǎn)的未來，這種技術(shù)將在更多的智慧物流平臺(tái)上應(yīng)用，成為智慧物流領(lǐng)域的標(biāo)配對(duì)象。

定位技術(shù)前景分析以及多模融合

如今，定位技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景越來越龐雜，大型商超、化工廠、各類工廠、停車場(chǎng)、綜合性醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)等對(duì)于定位、導(dǎo)航的需求日益增多。例如大型商超尋求室內(nèi)定位技術(shù)為前來購物的消費(fèi)者提供實(shí)時(shí)導(dǎo)引服務(wù)，同時(shí)基于消費(fèi)者所處位置提供對(duì)應(yīng)的營(yíng)銷服務(wù)；而高危化工廠則通過對(duì)人員進(jìn)行定位管理，來減少或避免安全事故的發(fā)生；此外，隧道及城市軌道工程的人員安全管理及考勤問題，由于工程環(huán)境復(fù)雜，人員眾多，這給工程管理帶來許多不便，對(duì)重要隧道路段（如人員進(jìn)出洞+掌子面作業(yè)段）的人員加以精確定位，可以針對(duì)施工的危險(xiǎn)程度確定相應(yīng)的定位路段，在保證效果的同時(shí)，有效地降低方案成本。

在工業(yè)、特殊人員這樣的一些室內(nèi)定位領(lǐng)域，幾乎都是用UWB技術(shù)來實(shí)現(xiàn)定位的。而在商場(chǎng)、超市等一些To C場(chǎng)景的定位，這些應(yīng)用中的定位技術(shù)則大多是基于藍(lán)牙技術(shù)。一般來講，藍(lán)牙定位精度好一點(diǎn)能達(dá)到米級(jí)，目前為止，基于該技術(shù)的定位在商場(chǎng)、超市等場(chǎng)景基本可以滿足要求。

李俊表示，“對(duì)于To C場(chǎng)景定位技術(shù)的未來，其市場(chǎng)前景較好的技術(shù)要么是視覺定位，或者是在手機(jī)上就能實(shí)現(xiàn)定位的技術(shù)，比如藍(lán)牙。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，如果UWB也能夠放到手機(jī)中，那么相信UWB在To C也能像在工業(yè)場(chǎng)景中一樣得到廣泛的應(yīng)用?！?/strong>

現(xiàn)階段，很多定位技術(shù)的應(yīng)用案例中，存在很多規(guī)模比較大的體系，市場(chǎng)的需求使得我們不能僅僅解決一部分問題，而是要能解決全部的問題。然而，光靠一種定位技術(shù)，往往不一定能解決全部問題，所以我們必須把多種定位技術(shù)進(jìn)行融合，或者聯(lián)合起來形成一個(gè)綜合性的解決方案。

在唐恩科技和上海振華港機(jī)公司合作的全自動(dòng)碼頭項(xiàng)目，該項(xiàng)目里面的AGV需要實(shí)現(xiàn)全程精確定位，這就意味著需要將幾種不同的定位技術(shù)進(jìn)行融合才能夠把這個(gè)問題很好地解決，而單純靠GPS是達(dá)不到要求的。最終的定位解決方案里，不僅包括衛(wèi)星定位、UWB定位、激光定位，還涉及了視覺定位。

在碼頭進(jìn)行作業(yè)時(shí)，部分區(qū)域很可能會(huì)存在衛(wèi)星信號(hào)被遮擋的問題，所以單純用衛(wèi)星進(jìn)行定位其穩(wěn)定性是達(dá)不到要求的；加入U(xiǎn)WB定位技術(shù)以后，可以提供一個(gè)小范圍高精度定位，目前精度已經(jīng)能做到5cm以內(nèi)；而視覺定位，主要是用于AGV防撞，但是視覺定位也存在一個(gè)缺陷，在距離遠(yuǎn)或者刮風(fēng)、下雨和黑夜情況下他的工作情況會(huì)受影響；此外，加上激光定位，可以使得AGV的全程精確定位和防撞安全進(jìn)一步得到保障。

李俊表示，“現(xiàn)在要想真正地解決用戶的問題，很多時(shí)候會(huì)涉及到多種定位技術(shù)的融合。我們必須要掌握兩種及兩種以上的定位技術(shù)，才能夠給用戶提供比較完美的解決方案。”

對(duì)于定位行業(yè)下游應(yīng)用比較零散和垂直化，因此定位行業(yè)未能出現(xiàn)巨頭企業(yè)。雷鋒網(wǎng)了解到，下游應(yīng)用比較零散和垂直化，沒有龍頭企業(yè)的出現(xiàn)，其原因在于定位應(yīng)用本身的服務(wù)很難復(fù)制。這就意味著很多定位企業(yè)都能夠活下來，一起去推進(jìn)定位技術(shù)的發(fā)展，更好地滿足行業(yè)的應(yīng)用需求。

雷鋒網(wǎng)總結(jié)

AIoT時(shí)代正在開啟，基于定位技術(shù)的位置服務(wù)將會(huì)遍布各行各業(yè)，而位置數(shù)據(jù)將成為大數(shù)據(jù)分析中的重要組成部分?，F(xiàn)如今，定位技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層三大數(shù)據(jù)入口之一，其已與眾多萬物互聯(lián)的應(yīng)用場(chǎng)景密不可分。

除了文中提到的這些定位技術(shù)，目前來看定位技術(shù)的種類有幾十甚至上百種，而每種定位技術(shù)都有自己適用的場(chǎng)景。當(dāng)提到工業(yè)領(lǐng)域的定位，很多人會(huì)想到UWB；提到室外定位，很多人會(huì)想到衛(wèi)星；而在一些To C場(chǎng)景的定位，很多時(shí)候會(huì)讓人想到藍(lán)牙。

然而，隨著應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜化和多樣化，很多時(shí)候廠商要想真正地解決用戶的問題，單靠一種定位技術(shù)很難達(dá)到理想的效果，必須要掌握多種定位技術(shù)才能夠給用戶提供比較完美的解決方案。

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