地下空间精度小于2m，北斗+5G开启融合定位新时代

现在网络已经大部分覆盖了我们生活和工作的区域，“网络已连接”成为了我们日常不可或缺的一部分，但是我们在乘坐高铁、地铁时，仍会出现“网络信号不佳”甚至是“网络已断开”的情况。

在地面，我们通信是通过基站4G、5G组网信号覆盖，导航等也可以直接通过北斗定位，但在地下，由于建筑遮挡导致室内接收的信号波被削弱甚至被阻挡，导致了地下通信信号弱的现象普遍存在。同时，地铁的高速移动让地下信号回传定位更是加大了难度。

3月20日，我国首个地铁北斗定位系统在北京开工建设，此次“超大城市轨道交通系统高效运输与安全服务关键技术”项目采用了室内 北斗+5G 融合的定位技术，来实现室内定位信号的播发，让用户可以接收到导航定位的信号， 使地铁站地下空间的定位精度提高到优于2米 。该系统可用于车辆调度、客运组织、应急处置，同时还能让乘客能够在地下环境使用手机地图，并通过三维立体导航实现地铁站内的定位导航。

北斗+5G魅力何在

北斗卫星导航系统（简称：北斗系统） 主要是为全球用户提供全天候、全天时的定位、导航和授时服务。在2020年7月31日，北斗三号系统建成开通并提供全球服务，北斗系统进入全面推广应用的新阶段。

但北斗系统主要是解决室外的定位需求，在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、救灾减灾、公共安全等方面都得到了基础的应用。其在室外的定位精度在10米左右，且测速精度为02米每秒，授时精度为20纳秒左右。但由于卫星信号无法覆盖室内且对环境免疫性较差，无法满足室内定位以及室外遮挡等复杂区域定位的必要条件，其在室内的应用也被大大限制了。

5G组网 是利用基站部署，具有密集组网、大带宽和多天线等对定位有利的条件，且其空中接口时延低至1ms，移动性支持500km/h的高速移动等，基于5G通信网络的定位技术可在室内实现亚米级甚至分米级的定位精度。

像地铁这类高速通行的地下环境，北斗+5G的深度融合可构建室内外覆盖定位体系，结合 5G大带宽、低时延、广连接 的优势和 北斗系统的导航定位能力 ，大大提高复杂室内环境的定位精度。

地铁北斗定位系统是首次应用在地铁的北斗+5G解决方案，但其实这项融合定位技术早已在市场出现。2021年4月，中国移动开发5G+北斗精准导航系统，并在重庆解放碑地下环道进行试验。

室内定位已是刚需

RFID（射频识别）技术： 利用射频方式，固定天线形成电磁场，附着于物品的标签经过磁场后感应电流生成把数据传送出去，从而进行非接触式双向通信交换数据，实现移动设备识别和定位的目的。它可以在几毫秒内获取厘米级的定位信息，且电磁场具有非视距的优点，RFID室内定位技术也具有传输范围大、成本较低的特征。但其不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善，因而一般应用在物流、仓库定位中。

WiFi技术： WiFi室内定位分为两种，一种是利用移动设备和无线网络接入点组成的无线局域网络，通过差分算法，来比较精准地对人和车辆的进行定位追踪。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过新增设备的信号强度与巨量数据库对比，来完成定位跟踪。WiFi定位最高精确度大约在1米至20米之间，但Wi-Fi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，定位器的能耗也比较高。

ZigBee技术： ZigBee是一种短距离、低速率的无线网络技术。它主要是利用无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。因此ZigBee最显著的特点就是低功耗和低成本，但局限就在于信号传输受多径效应和移动的影响都很大，其衍射能力弱，穿墙能力弱。普遍用于大型的工厂和车间的人员在岗管理系统。

蓝牙技术： 作为一种短距离低功耗的无线传输技术，利用蓝牙接入点与用户连接，通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。蓝牙最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗，容易集成在手机等移动设备中。但对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。然而近些年大火的 蓝牙AOA 以接纳器和发射器为基础，能够在确认的区域内经过多天线丈量信标信号，以及三角形定位法，来核算出信标设备准确方位，精度可高达01里面，但蓝牙AOA的部署环境大部分要求在1-3米的精度场景内。

UWB（超宽带）技术： UWB是近些年兴起的一种传输速率高，发射功率较低，穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线通信技术，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有31~106GHz量级的带宽。UWB定位精度可达到亚米级，多应用于室内静止或者移动的活体定位跟踪，但依然存在功耗和成本需优化的问题。

融合定位是未来之势

前文已提到了常见的六种室内定位技术，但物联网的碎片化现象，使得单一技术无法很好地满足场景需求应用，因此融合定位成为了行业需求的趋势。

在去年中国卫星导航定位协会发布《2021中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》中指出，2020年全行业总产值同比增长169％，达到4033亿元。其中 高精度定位市场增速远超全行业，2020年同比增长475%，总产值达到1104亿元。 从2010年到2020年的11年之间，高精度定位产品年销售收入增长了10倍，年均复合增长率高达26%。

单一的定位技术无法填补海量市场差异化的需求，因此类似于 “北斗+”，“5G+”，“UWB+”等融合定位技术 逐渐被推出，逐步完善产业链。像自动驾驶、智慧交通在技术快速演进阶段，“北斗+5G”技术成为了新型的解决方案；在智慧矿井的人员定位系统中，“UWB+ZigBee”技术比单一运用UWB更灵活等等。融合定位可以在单一定位技术上进行缺陷互补，能在场景应用中将功耗、成本、定位精度进行最优化的把控，打造精细化定位方案。

未来，融合定位将会大放异彩。

这个问题，建议你先从底层有个认知，便于理解实质性的区别。

一、技术原理

1）UWB、蓝牙，是一种通信技术于标准，各有其标准协议，两者应用频段也不相同，UWB遵循IEEE 802154A，蓝牙发展至今已到51代标准。

2）AOA、AOD、TOF、TDOA等，皆为定位方法，AOA可配合蓝牙应用，也可配合UWB应用，而蓝牙，目前不会配套TOF，TDOA应用，此点由硬件底层技术决定了。

3）AOA方法：简化理解，就是通过测量标签与基站的角度，进行换算得出两者的距离，因而两者的角度辨识度是关键。

AOA示意

4）TOF、TDOA方法，简化理解，就是通过时间进行测量，什么时间呢，是标签与基站之间的信号飞行时间，无线信号的飞行速度近似光速，所以测量精度要求会高。

TOF示意

二、应用特性

由上可知，UWB技术，通常指的是采用TOF、TDOA方法的，蓝牙AOA，字面已可以理解，采用AOA方法。

1）安装特性：

    安装上，UWB整体更优。UWB采用飞行时间且无线频段基于超宽带脉冲波技术，抗干扰性能更优，安装时环境可选择性更宽，而AOA因与角度有关，基站安装要求具备一定高度范围，否则需要安装的基站数量成倍增长。

2）成本特性：

     成本上，蓝牙通常更优。单体硬件成本而言，UWB的标签成本通常为蓝牙标签成本的2~3倍。单体基站成本差异较小。但遇到高度受限场景，蓝牙所需部署基站激增，则整体成本优势可能逆转。

3）维护特性：

     维护上，蓝牙更优，但对于使用者的影响，多数场景差异不大。通常应用于人的，是充电方式，UWB一次可用1~3个月，蓝牙通常用换电方式，一次半年~1年。对于物品，则基本都可做到1~3年。故依据使用场景不同，对于维护的判定则有所偏倚。

4）群体特性：

    群体上，UWB目前更广泛的适用于工业场景，其工业应用保障性也已经受众多案例验证和认可。蓝牙更多使用于商业环境，目前基于手机都具备蓝牙功能，其也有独特的标签（终端）自由特性，部分场景可自然融入消费者。

5）供应关系特性：

    目前国内乃至全球，UWB方案厂商都基于Decawave芯片研发，故产品性能特性上区别有限，更多的区别是基于落地案例经验而优化的算法及整体服务，如WEWILLS众志基于1200+的落地经验，以物联网大平台及贴地气服务根基。蓝牙AOA，目前国内厂家较少，仍处于萌芽阶段，需要更多的落地案例推动厂家丰富化及技术成熟化。

三、全面性

     另，建议除了UWB及蓝牙AOA，可以全面的了解物联网相关技术，在不同的应用场景，采用单技术或多技术特点融合的方式，将会是更好适配需求的不二法宝。以下共享部分分析。

物联网技术对比

UWB室内定位系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，UWB室内定位技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。例如专注室内定位方案的95POWER（SKYLAB子公司），其自主研发生产的UWB室内定位系统可以达到优于10cm的定位精度。

2UWB室内定位原理：

跟蓝牙和WIFI定位方法不同，UWB室内定位技术位置信息并不是基于信号强度（RSSI）进行计算，而是通过精确无线信号的发送时刻、接收时刻，并通过算法计算的。UWB无线定位系统要实现精确定位，首先要获取与位置相关的变量信息，建立相应的数学模型，然后根据这些变量和参数以及数学模型来解算目标的坐标。

UWB室内定位技术具有超高的时间分辨率，保证了UWB可以准确地获得待定位目标的时间和角度信息，信号飞行的速度是光速（固定值），所以只要知道飞行时间就可以计算出两个设备的距离，结合角度信息利用三角定位等几何定位方法求得待定位目标的位置信息。

在UWB室内定位技术中应用最广泛的是飞行时间测距法（TOF）和到达时间差法（TDOA）。从定位方式来看均属于多点定位，即确定标签与多个已知坐标点的相对位置关系定位。

在物联网技术领域，AOA普遍的含义是：到达角度测距

到达角度测距(Angle-of-Arrival：AOA)：基于信号到达角度的定位算法是一种典型的基于测距的定位算法，通过某些硬件设备感知发射节点信号的到达方向，计算接基站和标签（终端）的相对方位或角度，然后再利用三角测量法或其他方式计算出未知节点的位置。基于信号到达角度(AOA)的定位算法是一种常见的无线传感器网络节点自定位算法，算法通信开销低。

AOA原理示意

应用特性：

      目前AOA主要应用的技术领域有蓝牙、UWB，利用AOA计算方法，可在室内定位应用领域形成较为有效的高精度效果。

       AOA的重点优势是，可利用单基站，进行覆盖区域内的位置定位识别；

       AOA的典型劣势是，因为利用角度进行计算，所以基站与标签的相对高度需要较高，一般4米以上较为优，相对高度决定了单基站的覆盖面积，一般计算方式为：S=π（2h）²。

未来前景：

       AOA具备较为典型的优劣势，所以在不同应用场景展现的效果具有一定差异。因而，目前市面对于高精度定位，使用较多的，是TOF/TDOA方法，但此类方法，基本配套与UWB使用，AOA配合蓝牙使用更有利于其优势发挥。

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