lbs的技术定位原理-晟辉智能制造

LBS的核心是“在正确的时间，将正确的信息，以正确的方式，提供给正确的人”，而这一切都离不开对用户位置的精确获取，其技术定位原理可以概括为：通过多种技术手段，测量终端设备与已知参考点之间的某种关系，再通过数学模型计算出终端的地理位置坐标。

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下面我们分步拆解这个过程。

第一步：定位的三大核心要素

无论使用哪种技术,定位都离不开三个基本要素：

定位对象：即需要被定位的终端设备，如手机、车载导航仪、智能手表等。
定位方：负责发起定位请求并计算位置的服务器或网络设备。
参考点：地理位置已知的固定点，是定位计算的基准。
- 蜂窝基站：每个基站的位置都是已知的。
- Wi-Fi接入点：每个AP的MAC地址和其地理位置是已知的，通常由众包或专业测绘完成。
- GPS卫星：卫星的轨道位置是精确已知的。

目前主流的定位技术主要分为四类,其原理各不相同。

这是最广为人知、精度最高的室外定位技术。

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核心原理：三边测量法。
工作流程：
1. 信号发射：天上的多颗GPS卫星（至少4颗）持续不断地向地面广播包含自身精确位置和精确时间的信号。
2. 信号接收：手机等终端设备上的GPS接收器接收到这些信号。
3. 距离计算：设备通过对比信号中卫星的“发送时间”和自己的“接收时间”，计算出信号传播的时间差，由于无线电信号的传播速度是光速（已知），就可以精确计算出设备与每颗卫星的距离。
4. 位置解算：设备获得了与至少3颗卫星的距离后，就可以以这3颗卫星为球心，以距离为半径，画出三个球面，这三个球面会相交于两点，其中一点就是设备所在的位置（另一点通常在太空中，可以忽略），为了同时获得精确的时间和位置，通常需要第4颗卫星。
特点：
- 优点：全球覆盖、精度高（民用可达5-10米）、无成本（不产生流量费）。
- 缺点：在室内、高楼林立的“城市峡谷”、隧道或水下等信号遮挡严重的地方无法工作；首次定位（冷启动）可能需要较长时间；非常耗电。

这是移动网络自身提供的定位能力,精度较低，但覆盖范围广，尤其在GPS不可用时是重要补充。

核心原理：基于信号强度的三角定位法。
工作流程：
1. 测量信号：手机会同时测量与周围多个（至少3个）蜂窝基站的信号强度或信号到达时间差。
2. 位置估算：手机或网络侧的服务器根据这些测量数据，结合基站已知的地理位置信息，通过几何算法（如三角定位）来估算手机的位置。
主要技术：
- Cell ID (CID)：最简单的方法，手机连接到哪个基站，就认为手机位于该基站覆盖的范围内，精度最低，范围从几百米到几公里不等。
- E-OTD (Enhanced Observed Time Difference)：通过测量信号从多个基站到达手机的时间差来定位，精度比CID高。
- A-GPS (Assisted GPS)：这是目前最主流、最高效的定位技术，它结合了GPS和蜂窝网络的优势。
  - 工作原理：手机不需要自己“盲搜”卫星信号，而是通过网络服务器（A-GPS服务器）获取当前卫星的精确星历（轨道数据）和粗略时间，这些“辅助”信息大大缩短了GPS接收器首次锁定卫星的时间（从几分钟缩短到几秒），并能在GPS信号微弱时（如室内）帮助其快速定位。
  - 特点：兼顾了GPS的精度和网络覆盖的广泛性，是目前智能手机的标配。

利用无处不在的Wi-Fi热点进行定位，是室内定位的主要技术。

核心原理：指纹定位法 和 三角定位法。
工作流程：
1. 指纹定位法 (更常用)：
  - 离线阶段（指纹采集）：工作人员拿着装有定位软件的设备，在室内地图的每个点上，记录下此时周围所有Wi-Fi接入点的MAC地址和信号强度，并将这个“信号指纹”与该点的地理坐标绑定，存入一个庞大的数据库。
  - 在线阶段（位置匹配）：当用户需要定位时，设备扫描周围的Wi-Fi信号，形成一个实时的“信号指纹”，将这个指纹与数据库中预先存储的指纹进行比对，找到最相似的一个或多个点，从而确定用户的位置，这就像用“气味”来寻找位置。
2. 三角定位法：与蜂窝网络类似，通过测量与多个已知位置Wi-Fi AP的距离（基于信号强度）来估算位置，精度不如指纹法稳定。
特点：
- 优点：精度较高（室内可达3-15米）、成本较低（利用现有Wi-Fi基础设施）、穿透性好。
- 缺点：需要预先进行指纹采集，维护成本高；用户密集区域信号干扰大；用户不开Wi-Fi时无法定位。

这是一种完全依赖设备自身传感器的“自定位”技术，常作为其他定位技术的补充。

核心原理：航位推算法。
工作流程：
1. 初始位置：需要从一个已知位置（如GPS刚定位成功的点）开始。
2. 数据采集：通过手机内置的加速度计测量行走时的步数和步长，通过陀螺仪和磁力计判断行进的方向。
3. 位置推算：根据“步数 × 步长 = 距离”和“方向”，从上一个位置推算出当前的位置。
特点：
- 优点：不依赖外部信号，可以在GPS/Wi-Fi失效的地下车库、隧道等场景下连续定位。
- 缺点：误差会随时间累积，推算时间越长，位置偏差越大（称为“漂移”）。

在实际应用中,单一技术往往无法满足所有场景的需求，现代LBS系统通常采用融合定位的策略。

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融合定位：将GPS、Wi-Fi、蜂窝网络、传感器等多种定位技术结合起来，通过一个智能的定位引擎来处理数据。
定位引擎的作用：
- 数据融合：接收来自不同传感器的原始数据。
- 场景判断：根据当前环境（如在室外、室内、车内）自动选择或组合最优的定位技术。
- 误差过滤：使用卡尔曼滤波等算法，剔除异常数据，平滑轨迹，减少漂移，提供更稳定、更连续的位置信息。
- 提供统一接口：为上层应用（如地图导航、外卖、共享单车）提供一个标准化的位置服务接口。

LBS的技术定位原理是一个复杂的系统工程,它通过综合利用各种定位技术的优点，并借助智能的定位引擎进行融合与优化，最终在各种复杂环境下为用户提供精准、可靠的位置服务。