作者：邵樂峰
2013年3月，蘋果(Apple)公司斥資2000萬美元收購了室內導航技術公司WiFiSLAM。如果你認為這只不過是蘋果一次普通的收購行為而已，那就大錯特錯了。因為9個月后，蘋果又宣布在其全美254家零售店全面啟動基于藍牙低功耗技術的iBeacons室內定位方案，這意味著所有到店訪客將根據其地理位置實時獲得商品信息推送、檢測升級資格、自助結賬等服務，實現店內導購目的。
了解一個人在哪里很重要。如果知道一個人的位置，就能更好地為他或和他一起做些事情，這就是基于位置服務(LBS)的基本概念。其實不止是蘋果，谷歌、微軟、百度最近都加大了對各自地圖室內定位功能的支持與拓展。人們甚至開始驚呼，室內定位導航由此開始進入群雄混戰(zhàn)的“戰(zhàn)國時代”。為什么移動領域開始對室內定位技術產生濃厚興趣？它興起的原因又是什么？
室內定位怎么就火了起來？
在精準LBS技術帶來的創(chuàng)新應用方面，有兩個案例其實很值得一提：一是“移動地理圍欄”(mobile geofencing)，二是最近由360公司發(fā)布的采用智能定位(Smart Positioning)技術的首款可穿戴產品“360兒童衛(wèi)士”。精準定位技術與創(chuàng)新型應用未來應該怎樣進行有效整合，才能最大程度提升用戶體驗與黏性，正成為業(yè)界重點思考與討論的話題。
“這兩個案例確實是圍繞智能定位技術做出的非常有趣且有用的應用。”優(yōu)科無線(Ruckus Wireless)定位服務產品營銷總監(jiān)袁佳良稱，當前，該技術發(fā)展的關鍵在于企業(yè)和品牌公司必須設計出符合消費者需求的個性化應用/產品。用戶群越大，智能定位技術越有用，越能形成規(guī)模經濟，自然越能獲得更好的投資回報和品牌價值。
CSR公司定位產品線總監(jiān)Dave Huntingford則表示，人們有70%的時間待在室內，典型的GNSS在此情況下無法提供服務。因此，精準的室內定位技術將是向室內用戶提供有用的、有針對性市場與服務內容的關鍵，是一個需要填補的技術缺口。定位精度越高，服務就越有效用。例如它可用于社交網站，幫助用戶尋找擁有相同愛好的人；或是引導用戶在商場中找到所需產品。關鍵是要提供有效的針對性內容，而不是提供毫不相干的推銷信息，從而給消費者制造垃圾郵件。
“定位技術與其實現的應用之間，絕對存在著協同效應?！备咄▌?chuàng)銳訊(Qualcomm Atheros)產品管理高級總監(jiān)Leslie Presutti說，“但你得知道，并不是所有應用都要求5米的精度，部分應用可能需要優(yōu)化，以提供長時間的電池續(xù)航能力，其它應用則可能具有非常高的時效性需求。一旦開發(fā)者確定應用的使用場景，他們可以利用高通IZat技術平臺，成功實現這些應用標準。”
她認為，推動室內定位技術興起的最重要因素來自于擅長使用智能手機的消費者。因為更多的移動定位服務，例如各種本地搜索、購物、社交及導航應用，會讓他們的生活更輕松、更方便，而這些移動定位體驗要能夠用于室內外各種環(huán)境。
除了增強消費者的移動生活方式外，移動定位應用的日益普及也帶來了許多新的商業(yè)機會。機場、購物中心、會議中心、美術館等公共場所都希望能夠更加高效地服務客戶，并與客戶互動，特別是花費了大量時間和資金的室內環(huán)境。幫助客戶找到相關的人、物和地點，促進社交網絡發(fā)展，簡化客戶的生活。在這些場所提供更優(yōu)異的體驗，可望提高客戶忠誠度、業(yè)務盈利能力及運營效率。但博通(Broadcom)移動與無線集團產品市場總監(jiān)Mohamed Awad也提醒業(yè)界說，行業(yè)標準和室內位置地圖(mapped indoor locations)的缺失，將成為阻礙室內定位技術大規(guī)模普及的主因。
讓我們把視線聚焦到一個非常引人矚目的行業(yè)—零售業(yè)，它當前正在經歷的劇烈變革，也許能幫我們更清楚的看到智能、精準定位技術所具備的發(fā)展?jié)摿Α囊赃B鎖經濟為代表的傳統實體零售，到以電商為代表的虛擬零售，再到當前虛實結合的線上線下(O2O)模式，全球零售業(yè)正向著更加智能、互聯、融合的方向演進。當前零售店具備的“展示、體驗、廣告、銷售”模式，正快速向支持“數據收集與分析、社交與社區(qū)互動、智能支付、售后服務”，同時整合在線平臺+線下店面用戶體驗功能的未來零售業(yè)發(fā)展。
袁佳良表示，零售企業(yè)若想優(yōu)化實體店體驗，就需要與線上業(yè)務擁有相同的數據：客戶數量、停留時間、對話、交易及其他行為數據，從而幫助營銷人員更好地理解并與客戶互動。另一方面，數字、社交和移動平臺上傳播、廣告和客戶參與項目越來越多，隨著移動設備的激增，該領域的市場營銷與廣告投入對更具創(chuàng)新性、創(chuàng)造性的相關解決方案有著強烈的需求，室內定位技術將幫助他們在這一領域不斷創(chuàng)新。
而在和芯星通市場部導航產品線產品經理高靜波看來，要實現精確室內定位的廣泛應用，需要建立完備的基礎設備或網絡，無論是藍牙、Wi-Fi都需要布設足夠數量的設備提供定位源。目前室內定位已經在部分試點實現，例如北京首都國際機場、上海浦東和虹橋機場，但遠未到普及的程度，基礎設施網絡的建立是最大前提，也是需要克服的主要困難。
室內定位的“戰(zhàn)國時代”
不同于傳統室外依靠GPS、GNSS、北斗等衛(wèi)星系統進行定位，更精準的室內定位可從多種技術中收集實時信息，包括衛(wèi)星系統、多種射頻系統(蜂窩、Wi-Fi、藍牙)、多種MEMS傳感器(加速計、陀螺儀和指南針)等。
以蘋果的WifiSLAM和iBeacons為例，前者利用智能手機中的多種傳感設備進行定位，包括Wi-Fi天線、GPS、陀螺儀、加速計和磁力計，并且通過機器學習和模式識別等算法將這些數據繪制這一張準確的室內陸圖；iBeacons則是與iOS7一同推出的一項功能，基于藍牙4.0 LE協議，室內定位精度以厘米級計算。據稱在紐約第五大道的Apple零售店中就部署了20個iBeacons基地臺，其中不少基地臺還是直接用iPhone或iPad來充當。
Apple也同時考慮到了人們對隱私安全的重視。使用者在升級app之后，可以選擇是否接收來自iBeacons的推送。此外，iBeacons基地臺不儲存用戶的位置信息，但它會記住消費者之前是否有來過，并更新到商家的客戶關系數據庫(CRM)里，商家可以將這個記錄與消費者的消費記錄結合起來。
就在蘋果宣布啟動iBeacons技術后不久，高通也緊隨其后發(fā)布了名為Gimbal的基于相鄰技術的解決方案。作為高通情景感知平臺主打產品，Gimbal采用Bluetooth Smart藍牙定位技術(精確度可達1英尺，約合30.5厘米)，能夠讓商家綜合考慮顧客的位置、活動、時間、興趣等信息構建營銷系統，比如查看顧客入店軌跡、推送促銷活動、折扣等。
為此，高通還專門為開發(fā)者提供SDK和管理平臺，方便他們利用這款芯片開發(fā)短距追蹤應用程序。Gimbal傳感器目前有兩種規(guī)格，分別是28 x 40 x 5.6 mm的10系列，以及95 x 102 x 24mm的20系列。值得一提的是，高通把兩款芯片的價格分別壓縮到了5美元以及10美元，同時10系列的電池壽命長達數月到一年，20系列電池壽命更是長達1-3年。
除Gimbal外，高通精確室內定位技術還包括基于Wi-Fi的IZat方案，可在室內提供3-5米的精確定位；利用全套GNSS衛(wèi)星(包括GPS、GNSS及北斗衛(wèi)星)導航方案，便于由室外轉換到室內；以及在有人進入建筑物、但還沒有建立Wi-Fi連接時，使用傳感器協助定位等。
CSR的應對之道則是一款融合多種技術的自學式平臺SiRFusion，目前包括GNSS、MEMS、BT Smart、Wi-Fi技術以及基于云的后端服務器。Dave Huntingford說，SiRFusion的一大優(yōu)勢在于其全面的信息來源，且無需另外安裝新架構，方便用戶更加快速地在全球范圍內實現精準定位。為了顯示SiRFusion室內導航的強大能力，CSR攜手ST在含有SiRFstarV和ST MEMS傳感器的移動電話中裝載了Whatamap.com和VisioGlobe提供的室內應用，這些應用能夠使用來自Navteq和Micello的高質量室內陸圖顯示室內的位置、搜索和行走方向。
“用戶在一個物理場所輕松導航是一回事，企業(yè)/場地所有者能否對其行為實現全面可視化又是另外一回事?！痹蚜颊J為，Ruckus的優(yōu)勢在于它提供了一套基于網絡的解決方案，可幫助企業(yè)、零售店及場地所有者收集、處理并分析移動數據，并同時創(chuàng)造非常有意義的應用(不只是導航應用)，與客戶進行互動。
Ruckus的解決方案主打“簡潔”牌——只要當個人所攜帶的移動設備/智能手機處于開啟狀態(tài)并且Wi-Fi被激活時，服務商就能借助Ruckus提供的智能定位算法檢測到獨立的個人，并確定其位置。它是根據用戶移動設備發(fā)出的射頻信號對用戶位置進行準確預測，盡管這些射頻信號經常波動，但智能算法可以根據概率進行準確評估。
盡管當前仍以提供兼容北斗的GNSS產品為核心業(yè)務，但據高靜波透露，為了提升用戶在定位連續(xù)性和精確性上的體驗，和芯星通將很快推出MEMS傳感器與GNSS組合導航產品，即利用IMU(六軸慣性器件，集成加速度計和陀螺)與衛(wèi)星信號進行組合導航定位。該方案的優(yōu)點在于不需要額外的定位網絡，依靠慣性器件對衛(wèi)星信號無法覆蓋區(qū)域的定位進行補充，能夠在地下車庫、隧道等室內保持連續(xù)、精準定位，非常適用于車載用戶。隨著慣性器件的集成度越來越高、價格越來越低，有望實現規(guī)?；瘧?。
作為一家以“連接一切”為使命的公司，博通對室內定位市場自然有著本能的重視。其重要的舉措包括：通過對接入點、路由器、移動芯片組和軟件的加強，加速驅動零售和企業(yè)級WLAN網絡從802.11n向802.11ac過渡，從而提高定位精度和可靠性；強化GNSS、觸控、傳感器與Wi-Fi/BT/NFC技術的集成以實現真實準確的情景感知。
“情景感知將讓生活變得更簡單、更方便?！盡ohamed Awad說，如果手機知道你在哪里，移動速度有多快，所處位置的海拔有多高，它就可以更準確地監(jiān)控用戶的健康、位置信息，從而為消費者在公共場所帶來一種全新的、定制化的用戶體驗，例如發(fā)現新的商店、規(guī)劃商場、博物館、醫(yī)院線路、推送店鋪打折信息、聯絡朋友等。
室內定位，精度不是唯一考慮因素
GNSS、Wi-Fi與 BT Smart等定位技術因其成熟性、廣泛性部署以及全球性覆蓋等特點，展現出很好的發(fā)展前景。而MEMS則高度適用于手機及平板應用，且支持步行者航位推算(PDR，一種推算步行者行走軌跡的方法)。而在袁佳良看來，選擇部署某種室內定位技術，精度并不是考慮的唯一因素，還必須綜合考慮硬件設施成本、易用性、技術成熟度等多重因素，尤其是成本與維護。
高通認為，基于Wi-Fi的定位技術是最經濟的解決方案，可以實現最快的產品開發(fā)周期。由于Wi-Fi廣泛部署于公共場所，在智能手機中非常普遍，因此基于Wi-Fi的定位不會給場所及手機制造商帶來太多的成本。此外，消費者已經熟悉Wi-Fi，因此學習曲線不會阻礙采用進程。另一方面，對于希望提供更多基于相鄰技術服務的場所，藍牙LE信標(Bluetooth LE beacons)適合作為基于Wi-Fi的室內定位技術的補充或替代方案。藍牙也是消費者熟悉且普遍部署的手機技術，對手機OEM來說非常經濟。
博通同樣更傾向于采用WLAN接入的布局，理由同上，“屬于已經被廣泛使用，并可充分利用現有基礎架構的成熟技術?！倍渌麄溥x技術，由于各自擁有不同標準，往往導致接入點需要進行升級換代才能支持室內定位需求。
北斗商用，SoC中支持multi-GNSS已成趨勢
為了展示各自在手持系統上更精確定位的實力，以高通和博通為代表的芯片巨頭在北斗系統上又展開了激烈的競賽。高通最近在移動芯片組中新增對北斗導航支持的消息引起了業(yè)界極大的興趣。據稱，備配高通驍龍(Snapdragon)800移動處理器(MSM8974)的三星GALAXY Note 3(WCDMA 3G公開版SM-N9006及TD-LTE 4G版本SM-N9008V)，將是第一款采用該產品的集成三頻定位平臺。
“為了提升在中國及其他地區(qū)的導航精確度，尤其是在那些城市中受到建筑物和其它障礙物干擾導航性能的地方，增加北斗的支持非常重要?！盡ohamed Awad說。新的GNSS芯片BCM47531被認為是博通反擊高通的利器之一，它可從五個衛(wèi)星同時定位數據，除了支持GPS、GLONASS、QZSS和SBAS(星基增強系統)信號外，博通還為中國的北斗星座集成了額外的頻率支持和數字處理能力。據Awad介紹，借助獨特的三波段調諧電路，BCM47531可讓商業(yè)GNSS市場用戶獲取天上88顆衛(wèi)星的信息，并同時接收所有三個導航波段的信息：GPS(包含QZSS和SBAS)、GLONASS和北斗星，同時無需在各波段之間進行重新配置和跳躍。
博通希望憑借自己獨特的混合定位技術(Hybrid Universal Location Application, HULA)將自己與競爭對手區(qū)別開來。該技術在室外使用GPS/GNSS，當進入GNSS信號覆蓋不好的室內環(huán)境時，則自動切換至WLAN或MEMS傳感器(速度計、陀螺儀、磁力計和高度計)。它能夠將定位誤差縮減至2-5米范圍，從而大幅降低在城市中因GPS“位置跳躍(position jumps)”所帶來的糟糕體驗。目前，博通在所有面向智能手機、平板、PC和便攜式導航產品的芯片中均提供了該技術。
在SoC中支持多重衛(wèi)星導航系統(multi-GNSS)最為突出的優(yōu)勢是定位有效性、可靠性的提升。高靜波認為，在樓宇遮擋嚴重的區(qū)域僅靠單獨GPS可能無法定位，而北斗、GPS組合后衛(wèi)星數量多出了一倍，定位成功率將明顯提高。在因遮擋導致定位精度下降的場景中，多系統亦能改善定位精度，華陽的車載終端應用演示直觀地證明了這一點。當然，從硬件成本來看，多系統可能會比單系統增加一定成本，但通過巧妙的算法設計可以將其控制在微小范圍內，且隨著芯片工藝的發(fā)展，成本不會成為障礙。
和芯星通目前高精度GNSS產品的定位精度可以達到1-2cm，后處理定位精度可達2mm左右。這一成果得益于其自主研發(fā)的多系統多頻點RTK算法，利用北斗、GPS、GLONASS觀測值，建立完善的電離層、對流層、多徑等誤差模型，可在長基線上實現厘米級定位；在中基線上，定位設備可在冷啟40秒、熱啟25秒、重捕10秒內完成RTK初始化、獲得厘米級定位結果。
“支持multi-GNSS的優(yōu)勢主要在于定位精度及定位覆蓋范圍，而難點則是需要在功耗及所需衛(wèi)星數量與定位精度及覆蓋范圍之間實現最佳平衡。” 這是Dave Huntingford給出的觀點。他同時指出，實現室內和室外定位轉換非常具有技術挑戰(zhàn)性。室外GNSS可能不夠精準，無法正確定位某個建筑的入口，且還必須確保GNSS與Wi-Fi或其他基于信號的系統之間實現流暢、精準的轉換。
室內室外定位轉換面臨的另一挑戰(zhàn)則是室內陸圖的可獲得性和標準，包括樓層選擇API。因此，CSR正在不斷集中開發(fā)相關技術以提升多路徑效應，從而提供最佳的定位性能并實現對跟蹤系統資源的動態(tài)控制，以均衡功耗與定位精度。此外，盡管不是所有的設備都配備MEMS，但Huntingford強調稱，在GNSS定位中使用MEMS將有助于大幅提升許多應用案例中的定位精度。
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