物联网导论_第4章_定位系统

第4章定位系统•作者：刘云浩著•出版社：科学出版社•在物联网时代，人们憧憬：一切皆可感知，一切皆可定位。•4.1基于位置的服务•4.2定位系统•4.3定位技术2本章内容•互联网+：不断改造传统产业•不单是位置信息•空间+时间+身份•基于位置的服务-LBS地图与导航：百度地图，打车软件休闲娱乐：景点导游，嘀咕生活服务：大众点评，搜房社交：微信，3互联网拓展定位的内涵4基于位置的服务：搜房地图5与传统地图的区别，时间信息•2015年，是互联网+汽车行业相当热闹的一年6基于位置的服务——打车软件7•打车软件出世•2012年8月，“快的”在杭州上线。•2012年9月，“嘀嘀”在北京上线。•自创立起，二者就是死对头，在打车市场争夺第一宝座。•经营模式•创建初期，乘客加价竞标，加价高者优先。•与出租车定价原则不符，引发对打车软件的第一轮声讨。•2013年，北京、上海等城市先后杜绝打车软件加价。8基于位置的服务——打车软件【参考视频】：快的打车•被96106招安•2013年8月，北京市官方打车软件在“96106”平台正式上线运行，滴滴被招安为“96106滴滴打车”。•该平台集合了一批以“96106”电话为核心、联合网络调派的软件。•收取至少5元的电召费，不允许加价，而出租车司机则需确保每车每日执行2单电话叫车业务。•由于其收费过高，不被用户认可。•这个带有行政色彩的官方联盟只持续了4个月便宣告解体。9基于位置的服务——打车软件•蜜月期•2014年2月，为安全起见，北京市规定，司机只许装一款软件，意味着将来只剩一家。•2014年2月，嘀嘀和快的开始烧钱，补贴司机和用户。•截止2015年2月，据称双方共烧掉约20亿，瓜分全部市场。•2015年2月14日，滴滴与快的宣布合并，市场占有率99%以上，已经构成垄断。10基于位置的服务——打车软件•解决各方难题•乘客•上下班，节假日，偏远地区，恶劣天气打车难。•交通部•提高车辆利用率，改善交通拥堵，解决就业问题。•缓解环境污染，提高空气质量。•司机•每天扫街接活，左顾右看，非常疲倦。•长途回程空车，偏远地区拒载。11基于位置的服务——打车软件在风中凌乱的打车者•“专车”打破了这片宁静•2014年8月，神州，易道，一号，滴滴“专车”迅速红遍大江南北。•滴滴和快的在专车市场，继续投入数10亿元。•私家车纷纷加盟(90%以上)•不用交份儿钱，里程单价比出租车贵，还有奖励。•专车司机月收入1.2-1.5万，远超出租车司机的收入。•2015年1月，沈阳、南京等地，发生出租车停运事件。•许多出租车司机表示，正在考虑跳槽，去开专车。12基于位置的服务——打车软件•中央和地方，态度矛盾•2014-2016年，各省交管部门，不断查处作为“专车”违法运营的私家车。•2015年1月，交通部明确表态：“专车”服务对满足运输市场高品质、多样化、差异性需求具有积极作用。•各类“专车”软件公司应当遵循运输市场规则，承担应尽责任，禁止私家车接入平台参与经营。•该表态让很多地方交通监管部门感到措手不及。•为什么地方反对，中央支持？13基于位置的服务——打车软件•份子钱•司机向出租车企业上交的承包金。•1990年代开始，北京等城市，出租车由少数企业特许经营，个人进入受限。•2015年，北京出租车平均4200元/月，睁眼欠140元。•车8年报废，每年5万份钱，风雨无阻，车成本7万元•2015年1月，滴滴专车，向司机收取每天180元。•2016年1月，滴滴顺风车，收取每单5%信息服务费。•顺风车费用，是出租车一半，而且没有黑车的风险基于位置的服务——打车软件•专车到底动了谁的奶酪？•份子钱是压在出租车司机身上的大山。•中央和地方交管部门的矛盾，暴露了真正的受伤者。•打车APP打破了出租车行业垄断壁垒，互联网将利益的重新分配，从少数垄断者手中转移到了百姓手中。•参考资料•••老梁观世界20150123专车服务动了谁的奶酪15基于位置的服务——打车软件•地方管理部门•滴滴，Uber••出租车企业出租车APP专车APP顺风车•份子钱份子钱份子钱•出租车司机专车私家车•老百姓16基于位置的服务——打车软件•O2O(OnlineToOffline)•让互联网成为线下交易的前台。•B2C、C2C与O2O的比较•相同点：在线上支付。•不同点：•B2C、C2C——商品通过物流公司送到你手中。•O2O——用户到线下去接受服务。•请举例？•团购、打车软件、送外卖、58到家网站(上门保洁、美甲、搬家)LBS典型应用：O2O•2014年2月，阿里巴巴全资收购高德•目的：地图是O2O业务的制高点，无缝整合支付宝和地图。18LBS典型应用：O2O•提前到淘宝拍100定金•师傅上门拆卸、运输、安装•计算总费用，网上支付•信用评价比传统实体店好19O2O案例：空调移机•4.1基于位置的服务•4.2定位系统•4.3定位技术20本章内容•主流定位系统•卫星定位GPS•蜂窝基站定位•室内精确定位•WiFi基站定位21现存主流定位系统•车臣——杜达耶夫•1991年11月，在苏联解体的前夕。•杜达耶夫成立车臣共和国，在独立的道路上越走越远。•俄罗斯高科技武器•1996年4月21日，杜达耶夫驱车到野外打卫星电话。•通话时，两枚导弹呼啸而至，杜达耶夫当场被炸死。•俄罗斯预警机，可以在几秒钟内确定耶夫卫星电话的位置，误差只有几米。22卫星定位的应用举例•1973年，美国国防部开始GPS计划•1989年，正式开始发射GPS工作卫星•1994年，卫星组网完成，投入使用•2000年，克林顿下令取消军用/民用定位精度的差别23GPS：发展简史•宇宙空间部分24颗工作卫星•地面监控部分1个主控中心6个监视站•用户设备部分GPS接收机24GPS：系统结构•优点•精度高，实际15米左右•北斗系统，预计2020年实现厘米级精度，超越GPS。•全球覆盖，可用于险恶环境。•缺点•启动时间长，定位速度慢•室内几乎没有信号25GPS：主要优缺点•第一代，仅能提供位置和周边地图•第二代，根据目的地计算“最短”路线•第三代，从交管部门取得路况，找出“最快”路线•……•第N代，物联网时代由“以路为本”转变到“以人为本”综合路况，天气，加油站，厕所，饭店等找出“最佳”路线。26GPS典型应用：汽车导航•GSM蜂窝网络•通讯区域被分割成蜂窝小区•每个小区对应一个基站•设备连接小区对应基站进行通讯27蜂窝基站定位•单基站定位•基站的位置==移动设备的位置•精度取决于基站覆盖范围，100米-几公里。•缺点：如果基站分布疏松，误差巨大。•优点：简单、快速，适用紧急情况。•多基站定位•测量无线信号传播时间，计算到基站的距离。•至少需要三个基站才能定位，稀疏地区不适用。28蜂窝基站定位•百度定位：综合运用了多种技术•美国E-911系统•打911报警电话时，定位并接到最近警局•综合了各种定位技术：ToA，A-GPS等等29应用：紧急电话定位室内环境复杂•主要影响：多径效应•多个障碍物，分别反射电磁波，多重反射波在接收端混叠•电磁波穿透力不同•长波信号，穿透能力弱，传播能力强，不易衰减。•GPS，频率为1575.42MHz和1227.60HMz•波长分别为19.03cm和24.42cm•短波信号，穿透力强，传播能力弱，易衰减•室内应选用？30室内精确定位短波信号•利用已有设备与网络•蓝牙，WiFi，ZigBee，地磁场传感器•部署方便、成本低、精度有限•利用专门设备与网络•红外线、超声波、RFID、超宽带(UWB)等•精度高、部署成本高•【参考视频】•室内定位，indooratlas推地磁场定位系统•百度已经注资1000万美元，提供Android版免费API。31室内精确定位•原理•通过RFID标签定位，从而定位设备的位置32RFID定位•2014年，刘云浩，杨磊博士•“差分增强全息图”定位方法•克服标签多样性对定位精度的影响，•首次将室内定位精度提高到毫米级。•满足了航空行李分拣系统的需求。•ACMMobicom2014•Tagoram:Real-timeTrackingofMobileRFIDTagstoHighPrecisionUsingCOTSDevicesh•获得大会唯一的最佳论文奖。33RFID定位•WiFi基站定位•原理：利用可见Wi-Fi接入点来定位•优势：在大城市中，无线AP数目多34WiFi基站定位•建立AP位置数据库•现场勘测：通过装载了GPS和WiFi终端的小车四处搜集（方法与google的“街景streetview”类似）•用户主动提交AP信息•精度10米，响应时间1秒•提供专门的开发SDK35WiFi定位系统：Skyhook••提交WiFi地址36WiFi定位系统：Skyhook•4.1基于位置的服务•4.2定位系统•4.3定位技术37本章内容•定位技术原理：•有一个或多个已知坐标的参考点•测量物体与参考点的位置关系（距离）•根据位置关系计算，确定目标位置•常见定位技术：•基于距离的定位（TimeofArrival,ToA）•基于信号特征的定位（ReceivedSignalStrength,RSS）38定位技术•测距方法1：利用波速差•接收端不知道发送时间𝑡0发送端相隔∆𝑡发送电磁波和声波接收端记录两波到达时间：•电磁波到达时刻𝑡𝑟，速度𝑣𝑟•声波到达时刻𝑡𝑠，速度𝑣𝑠距离由于𝑣𝑟远大于𝑣𝑠上式可简化为𝑑=𝑣𝑠𝑡𝑠−𝑡𝑟39基于距离的定位（ToA）rssrrsvvtttdvvrtst𝑣𝑟𝑣𝑠0t发送端接收端0tt电磁波声波•测距方法2：测量往返时间发送端于时刻𝑡0发送波接收端收到波后，等待时间𝛥𝑡后返回同样的波发送端记录收到回复的时间𝑡距离40基于距离的定位（ToA）02vtttd𝑣𝑣0t发送端接收端tt•已知距离，计算位置：•原理：平面上三个圆交于一点•由前面方法，得到目标点到3个参考点的距离•以每个参考点为圆心，目标到参考点的距离为半径，画3个圆，目标必在圆上•三维空间•需要4个以上参考点•ToA缺点•需要额外装置计算距离41基于距离的定位（ToA）参考点1参考点2参考点3目标•基于信号特征的定位原理•信号强度随传播距离衰减，用接收信号强度估计距离•优点：•不需要额外设备。•缺点：•情况复杂，不是理想的圆形衰减。42基于信号特征的定位（RSS）24rrttPddPGG•原理•将信号强度看做“指纹”•预先布置N个参考节点•测出N个参考节点信号的强度，得到一个N维向量•事先测出区域中每个位置的特征向量•将目标测出的特征向量和事先测量值比对，找出位置•缺点•需要预先建立指纹；不能应对环境动态变化43基于指纹特征的定位参考点1的波场衰减“指纹”•当价值成本，就会有公司去做•室内定位的价值？•商业价值，尚待挖掘。•室内定位的成本？•关键点，不在定位技术，而是指纹库的建立和维护。•为全国的大型商场，铺设基站、采集指纹库，是非常浩大的工程，成本高昂。44室内定位何时普及？•位置信息服务，基本概念和典型应用•常用定位系统•卫星GPS，蜂窝基站，WiFi基站•室内精确定位•声音定位，地磁场定位•定位算法•ToA多点距离，RSS信号强度，信号指纹特征45本章小结•1，列举3种以上基于位置服务(LBS)的手机软件，不包括PPT里提到的，并说明他们结合“位置+时间+事件+……”的信息组合模式•2，列举2种近5年内刚刚普及且廉价的IT技术，使得打车软件可以走入普通大众。•提交word文档46作业2