室內(nèi)定位是個(gè)待攻克的難題，也是科技巨頭公司們必爭(zhēng)的技術(shù)焦點(diǎn)。為應(yīng)付復(fù)雜多樣的建筑物內(nèi)部環(huán)境，室內(nèi)定位需融合多種前沿技術(shù)。注重技術(shù)儲(chǔ)備的微軟已經(jīng)發(fā)力。

不同于成熟可靠的GPS等依靠衛(wèi)星的室外定位系統(tǒng)，室內(nèi)定位領(lǐng)域尚未出現(xiàn)通用的技術(shù)或事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。微軟、蘋(píng)果和Google等主流科技公司都在該領(lǐng)域增加了投入，不少創(chuàng)業(yè)公司也拿出了有吸引力的解決方案。打通移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代位置服務(wù)的最后100m，才能觸發(fā)新的潛力和商機(jī)，一切蓄勢(shì)待發(fā)。

7月初，我們采訪了來(lái)自微軟亞洲研究院的技術(shù)專(zhuān)家趙春水。他所在的研究小組最近幾年專(zhuān)注于室內(nèi)定位技術(shù)的研究，并且取得許多突破性的進(jìn)展，擁有“世界領(lǐng)先水平”。

基于Wi-Fi的室內(nèi)定位技術(shù)

2010年年初，趙春水參與了一個(gè)研究院內(nèi)部合作的“云計(jì)算交互體驗(yàn)”研究項(xiàng)目。他們開(kāi)發(fā)的“云鼠標(biāo)”與傳統(tǒng)的桌面鼠標(biāo)相比，更像是一個(gè)遙控器。通過(guò)云鼠標(biāo)中集成的加速度感應(yīng)器、陀螺儀和數(shù)字指南針等傳感器，計(jì)算機(jī)可以得到云鼠標(biāo)的“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”，從而幫助用戶(hù)與虛擬世界中的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維互動(dòng)。實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目的過(guò)程中，趙春水和他的同事意識(shí)到“云鼠標(biāo)”的核心技術(shù)可以與慣性導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合，在室內(nèi)定位領(lǐng)域發(fā)揮作用。

這是他們最開(kāi)始的想法。2010年之后，在智能手機(jī)大力發(fā)展的帶動(dòng)下，這幾個(gè)傳感器逐漸成為中高端機(jī)型的標(biāo)配，因此利用手機(jī)內(nèi)部的傳感器跟蹤（tracking）手機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)成為可能。方法是首先指定初始位置，然后通過(guò)加速度計(jì)、陀螺儀（即角速度計(jì)）和電子指南針跟蹤每一步的距離和方向，最后將估測(cè)出的“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”與地圖信息進(jìn)行結(jié)合就可以獲得位置信息。不過(guò)，這種“慣性”跟蹤技術(shù)的最大缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的定位。它使用積分算法，走得越遠(yuǎn)，誤差（漂移）就越大。而且它必須指定初始位置，無(wú)法直接拿出手機(jī)就馬上獲得位置，這使得實(shí)用性大打折扣。

跟蹤技術(shù)成熟之后，他們開(kāi)始主攻基于室內(nèi)Wi-Fi信號(hào)的定位方式。趙春水告訴CHIP，Wi-Fi的優(yōu)勢(shì)在于它廣泛分布，而且可開(kāi)放獲得。在二維空間里，只要有3個(gè)或以上的Wi-Fi信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)定位。此外，Wi-Fi有自身的結(jié)構(gòu)，與建筑物的位置關(guān)系是固定的，它的誤差不會(huì)因?yàn)橛脩?hù)走的距離變大而增大，所以能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位。Wi-Fi定位首先需要采集數(shù)據(jù)，即利用開(kāi)放的Wi-Fi協(xié)議，通過(guò)手機(jī)在采樣點(diǎn)一個(gè)頻段一個(gè)頻段掃描廣播，獲取環(huán)境中所有接入點(diǎn)（AP）的標(biāo)識(shí)和強(qiáng)度。

關(guān)于定位的精度，我們知道民用GPS在室外的定位精度理想狀態(tài)下可達(dá)到10m左右。趙春水稱(chēng)，他們的技術(shù)在室內(nèi)定位也可以做到10m左右。同時(shí)，他很?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)乇硎具@并不意味著在所有Wi-Fi采樣點(diǎn)都能達(dá)到10m的精度，他們看重更具實(shí)用意義的90%采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。另外，具體的定位精度也會(huì)與該建筑物內(nèi)的Wi-Fi分布密度有關(guān)，例如飛機(jī)場(chǎng)的精度通常不如大型商場(chǎng)。

將Wi-Fi定位與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)跟蹤技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，室內(nèi)定位的精度甚至可能達(dá)到驚人的1m～2m。這也是目前趙春水所在的研究小組正在做的事情。下一步，他們還會(huì)結(jié)合地磁信息和手機(jī)3G信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的研究試驗(yàn)。

現(xiàn)實(shí)中的“維護(hù)”難題

不過(guò)，Wi-Fi定位技術(shù)在實(shí)際使用中也面臨著巨大挑戰(zhàn)。首先，在Wi-Fi數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中，他們使用普通手機(jī)加定制的軟件進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)采集，但用戶(hù)最終使用設(shè)備的Wi-Fi芯片參數(shù)各不相同，無(wú)法完全匹配。其次，建筑物內(nèi)的Wi-Fi分布情況有時(shí)也會(huì)有變動(dòng)，事前采集的數(shù)據(jù)在真正使用時(shí)可能已經(jīng)失效。最后，Wi-Fi定位的技術(shù)模型只考慮了理想狀態(tài)，現(xiàn)實(shí)中建筑物中的無(wú)線電波信號(hào)傳輸會(huì)經(jīng)過(guò)墻體出現(xiàn)反射和折射，情況非常復(fù)雜。當(dāng)然，頻繁的Wi-Fi掃描過(guò)程是很耗電的，因此室內(nèi)定位的“效率”也是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

在趙春水看來(lái)，目前各家室內(nèi)定位的技術(shù)原理是相通的，將來(lái)真正的競(jìng)爭(zhēng)拼的是數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)。他說(shuō)，“現(xiàn)在如果不計(jì)成本地采集高密度數(shù)據(jù)，自然可以獲得更高的室內(nèi)定位精度。但后期如何經(jīng)濟(jì)地、高效地去維護(hù)采集來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)才是最后競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。”

室內(nèi)定位的技術(shù)前景

提到室內(nèi)定位的前景，趙春水告訴我們，室內(nèi)定位最早的服務(wù)對(duì)象是消防員。在濃煙滾滾的大型建筑物內(nèi)，消防員靴子中的定位傳感器可以幫助他們找到失火點(diǎn)或逃生路線。而在消費(fèi)層面，與PC相比手機(jī)是隨身攜帶的，因此位置信息是它可提供的基本信息。用戶(hù)的很多購(gòu)買(mǎi)行為與位置信息有關(guān)聯(lián)。目前基于位置的生活服務(wù)信息已經(jīng)讓我們感受到室外“定位”的力量，未來(lái)通過(guò)室內(nèi)定位技術(shù)我們不僅可以直達(dá)某一樓層的店鋪，甚至可以直達(dá)某個(gè)商品，其中蘊(yùn)藏的商機(jī)自然不可小覷。

定位、導(dǎo)航和地圖的關(guān)系

導(dǎo)航是利用地圖和連續(xù)的定位技術(shù)，引導(dǎo)物體沿規(guī)劃路徑從一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)的過(guò)程。也就是說(shuō)，定位技術(shù)是導(dǎo)航的基礎(chǔ)，導(dǎo)航是定位技術(shù)的應(yīng)用，地圖則是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能的必要輔助條件。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

使用加速度計(jì)、陀螺儀和電子指南針可以測(cè)量物體的加速度和角速度，獲取物體在三維空間的位置和姿態(tài)。提供初始位置和速度后，通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器的信息進(jìn)行整合計(jì)算，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以不斷更新當(dāng)前的位置及速度。該技術(shù)不需要一個(gè)外部參考系，常常被用在飛機(jī)、潛艇、導(dǎo)彈和各種航天器上。

聲音

我對(duì)室內(nèi)定位的愿景是，將來(lái)我們?cè)谏虉?chǎng)里逛的時(shí)候，打開(kāi)手機(jī)上的地圖看到的場(chǎng)景跟實(shí)際所處的場(chǎng)景是一樣的。只不過(guò)手機(jī)上是虛擬的，而且包含了很多商品折扣等有用的增強(qiáng)信息。

——趙春水

微軟亞洲研究院硬件計(jì)算組副研究員