室內(nèi)外一體化無線定位與位置服務(wù)綜合實驗室解決方案背景與意義無線定位實驗室建設(shè)的必要性位置服務(wù)攸關(guān)國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和社會民生，在新一代信息技術(shù)這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，具有舉足輕重和不可或缺的地位，在物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球、節(jié)能減排、救災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)性支撐作用。近年來，隨著智能手機和移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，人們對室內(nèi)外高精度定位導航的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長趨勢。發(fā)展位置信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)對于擴內(nèi)需、穩(wěn)增長具有重大意義，也是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。在當今信息時代，其基礎(chǔ)性和先導性的作用十分明顯，正在深刻改變著人們的生產(chǎn)生活方式，孕育著新的經(jīng)濟增長點。隨著現(xiàn)代信息社會快速發(fā)展，行業(yè)和社會公眾對創(chuàng)新性和綜合性的時空信息服務(wù)需求日益強烈，融合移動通信、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的位置服務(wù)應(yīng)用，將有力推動位置信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，釋放出更加廣闊的市場空間。2012年12月27日，我國宣布北斗導航系統(tǒng)正式提供區(qū)域定位導航服務(wù)，定位精度為10米，成為第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。但是由于起步晚，北斗系統(tǒng)面臨市場占有率低、信號覆蓋有限等方面的問題。在國家科技計劃的支持下，室內(nèi)外定位導航技術(shù)得到了極大的發(fā)展，不僅大幅度提升了我國定位領(lǐng)域的科技水平，還推動了位置信息服務(wù)行業(yè)的發(fā)展，滿足了人們對于全時空高精度定位導航服務(wù)的需求。2015年5月6日，863計劃地球觀測與導航技術(shù)領(lǐng)域“城市室內(nèi)外高精度定位導航關(guān)鍵技術(shù)與服務(wù)示范”主題項目下設(shè)全部三個課題，順利通過了科技部組織的技術(shù)驗收。該課題融合地面基站系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，將北斗導航服務(wù)從室外拓展到室內(nèi)環(huán)境，滿足了人們對于全時空高質(zhì)量位置信息服務(wù)的需求。基于課題研究成果的星地融合廣域高精度位置服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)獲得2014年度國家科學技術(shù)進步獎二等獎。上海市、合肥市、湖南衡陽市政府作為合作城市，百度、京東、中電四創(chuàng)、中興通訊、長虹集團、中電24所等單位作為合作單位都已經(jīng)與北郵簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。這些應(yīng)用與科研成果轉(zhuǎn)化，提升了我國在國際室內(nèi)定位領(lǐng)域的科技實力，對推動社會經(jīng)濟發(fā)展有重大意義。隨著國家的大力推廣和市場的強烈需求，各行業(yè)部門、地方省市提出建設(shè)或更新原有定位系統(tǒng)以形成廣域室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng)；我國各大企業(yè)紛紛支持室內(nèi)外一體化定位系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用推廣，中國電信、中國聯(lián)通開展了定位及服務(wù)的示范；華為、長虹、合眾思壯等企業(yè)開始研究將北斗信號接入手機應(yīng)用中，并已取得了良好進展，基于位置的服務(wù)市場更是快速發(fā)展，例如導航信息提供商高德軟件公司2012年已擁有超過1億手機用戶，年增長速度超過100%;“尋鹿”、“翼周邊”等多個位置服務(wù)應(yīng)用平臺發(fā)展十分迅速。高精度的信號催生了位置服務(wù)的更多應(yīng)用開發(fā)，餐飲、電影、旅游、游戲等領(lǐng)域發(fā)展迅速，應(yīng)用方式和規(guī)?？焖俪砷L，極大拓展了室內(nèi)外導航定位的市場空間，并提供了更多的就業(yè)機會。隨著位置服務(wù)與消費應(yīng)用的結(jié)合，將徹底打通定位信號、位置信息、個人消費這個鏈條，使虛擬世界與現(xiàn)實世界得到更好的鏈接。無線定位技術(shù)概述定位技術(shù)是一種獲取當前位置信息的技術(shù)。常見的有無線電定位技術(shù)、光學定位技術(shù)以及聲學定位技術(shù)。無線定位技術(shù)是指通過對無線電信號在傳輸過程中的時間、振幅、頻率、場強以及相位差的變化進行數(shù)學的分析與解算以達到確定目標距離方位的技術(shù)。按定位環(huán)境可分為室內(nèi)定位和室外定位。國內(nèi)外無線定位技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀無線定位技術(shù)是一項由來己久的技術(shù)。國際上對無線定位技術(shù)的研究與應(yīng)用始于20世紀60年代的自動車輛定位CAVL系統(tǒng)，隨后該技術(shù)在軍事、公共交通管理、物流、出租車管理、犯罪跟蹤和緊急醫(yī)療服務(wù)等有限范圍內(nèi)得到了應(yīng)用。80年代以來，隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，無線蜂窩網(wǎng)的覆蓋面和用戶量都已具有相當規(guī)模并正在迅速增長，由移動臺發(fā)起的緊急報警呼叫數(shù)量在緊急呼叫中所占的比例也隨之上升，而調(diào)查表明，約有30%的移動用戶在發(fā)起緊急呼叫時不知道所處的確切位置，這對及時合理的處理報警帶來諸多限制。因此隨著需求的擴大，無線定位技術(shù)的發(fā)展也越來越迅速，其應(yīng)用市場也越來越大。1、室外定位目前，世界上室外定位采用的定位系統(tǒng)以全球四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)為主，分別是：美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國的Compass（北斗）、歐盟的Galileo系統(tǒng)。隨著全球四大定位系統(tǒng)的逐步發(fā)育，未來全球市場份額的占有與爭奪，也將趨于白熱化競爭狀態(tài)。其中俄國的GLONASS還沒有形成全球覆蓋，歐盟的伽利略系統(tǒng)發(fā)展緩慢，且伽利略系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，因為資金、政治等原因，未來命運難測；美國的GPS發(fā)展多年，技術(shù)成熟，應(yīng)用最廣，中國的北斗發(fā)展最快，二者均處于穩(wěn)步發(fā)展階段。根據(jù)美國商務(wù)部的統(tǒng)計，從1998年到2003年，GPS應(yīng)用市場從43.5億美元成長到164億美元；根據(jù)市場研究機構(gòu)ABI最新估計，至2008年全球GPS市場將成長至313億美元；2008年，GPS在全球的市場產(chǎn)值為600億美元。目前我國的北斗在技術(shù)方面已與GPS沒有太大差距，只要加大技術(shù)、人才、資金方面的支持，并且借鑒GPS進入市場的技巧，未來發(fā)展將會不可估量。目前，美國GPS仍是現(xiàn)今最成熟、最掙錢的全球定位系統(tǒng)，但同時據(jù)權(quán)威部門測算，至2020年，中國在全球市場份額中將占至少三分之一。2、室內(nèi)定位近年來，室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展迅速。目前，在專業(yè)環(huán)境下，經(jīng)專業(yè)人員和設(shè)備進行的測試表明，室內(nèi)定位的效率和安全已有很大改觀。但同時，在更為廣闊的消費領(lǐng)域，如何通過室內(nèi)定位技術(shù)與潛在客戶良好互動、實現(xiàn)關(guān)鍵的差異化服務(wù)，成為室內(nèi)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域值得思考的問題。目前，室內(nèi)定位技術(shù)尚處于市場萌芽階段，政府大力提倡室內(nèi)技術(shù)的研究和應(yīng)用，許多科研機構(gòu)、企業(yè)均投入了大量精力于室內(nèi)技術(shù)開發(fā)或應(yīng)用中。諾基亞、三星、索尼等廠商組成了室內(nèi)導航聯(lián)盟；GoogleMaps也推出了室內(nèi)地圖應(yīng)用；谷歌、諾基亞、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大學均加入了室內(nèi)定位技術(shù)研究或開發(fā)的陣營。隨著人們對于室內(nèi)定位和導航的需求日益增大，定位市場的潛力也越來越大，業(yè)內(nèi)分析公司ABI研究公司預(yù)測到2017年，室內(nèi)定位技術(shù)的市場將達50億美元，將安裝超過20萬項基礎(chǔ)設(shè)備，并有超過8億品牌應(yīng)用程序的下載量。室內(nèi)定位的必要性隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，越來越多的位置服務(wù)應(yīng)用占據(jù)著人們生活的每個角落。就電子地圖而言，定位導航的基礎(chǔ)功能幾乎遍布于各類應(yīng)用之中，從基本的導航功能衍生出來的如出行路線查詢、店鋪導航、叫車服務(wù)等已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫墓δ?。目前，室外定位技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)較為完善，隨著北斗和GPS等室外定位技術(shù)的日漸成熟，室外定位的精度也在不斷提高，各個室外地圖提供商如Google、百度、高德都已經(jīng)擁有成熟的定位技術(shù)和商業(yè)模式。但是，室內(nèi)定位一直不是人們關(guān)注的焦點，隨著國家數(shù)字化、信息化發(fā)展的不斷加快，政府、企業(yè)對室內(nèi)精準位置信息都提出了相應(yīng)的需求，室內(nèi)定位逐漸從幕后走向了臺前，人們漸漸意識到以室內(nèi)定位為基礎(chǔ)的應(yīng)用風暴將成為席卷互聯(lián)網(wǎng)的下一個爆點。人們大部分的時間是待在室內(nèi)，在不涉及人們隱私的前提之下，人群在室內(nèi)的位置信息將具有極高的商業(yè)價值。在典型的GNSS在此情況下無法提供服務(wù)的前提下，精準的室內(nèi)定位將給人們帶來全新的服務(wù)體驗。精準的室內(nèi)定位技術(shù)將是向室內(nèi)用戶提供有用的、有針對性市場與服務(wù)內(nèi)容的關(guān)鍵，是一個需要填補的技術(shù)缺口。定位精度越高，服務(wù)就越有效。從這一點出發(fā)，由室內(nèi)定位作為基礎(chǔ)技術(shù)帶來的應(yīng)用思維是十分龐大的。從最基本的室內(nèi)的定位導航發(fā)散開來，它可用于管線位置的標定和導航，幫助工作人員進行巡檢和有效排查；也可用于社交網(wǎng)站，幫助用戶尋找擁有相同愛好的人；又可用于人員調(diào)度，對人員進行精準定位，為科學地指揮調(diào)度提供決策和支持;或是用于消防反恐演練和實際救援，提高安防水平；或是引導用戶在商場中找到所需產(chǎn)品，為用戶提供有效的針對性內(nèi)容；或是分析室內(nèi)人群的信息，使線下服務(wù)提供商能更好地把握用戶的動態(tài)；或是與照明、制冷等子系統(tǒng)聯(lián)動，節(jié)約電能，提高管理水平。室內(nèi)技術(shù)的發(fā)展室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)位置定位，主要采用無線通訊、基站定位等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系，用于解決衛(wèi)星信號到達地面時較弱、不能穿透建筑物的問題，從而實現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的實時位置監(jiān)控。室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用的區(qū)域是封閉或半封閉的空間，室內(nèi)不止是通常所說的一半建筑物內(nèi)部，它還包括地下礦井、密集的高層建筑區(qū)等。室內(nèi)環(huán)境相比較戶外要復雜的多，根據(jù)不同的環(huán)境、應(yīng)用和需求，用于室內(nèi)定位的技術(shù)主要有：激光、紅外、超聲波、藍牙、射頻識別、超寬帶、ZigBee、計算機視覺、磁場等。其中，有些技術(shù)經(jīng)過開發(fā)利用，形成了比較系統(tǒng)的定位服務(wù)解決發(fā)難或成形的商業(yè)產(chǎn)品，比如超寬帶定位技術(shù)，但仍有許多技術(shù)尚在研究試驗中。進行室內(nèi)定位的主要測距方法有到達時間(TOA)、到達時間差(TDOA)、到達角度(AOA)、RSS技術(shù)等。這些技術(shù)都能在定位系統(tǒng)中計算有效的距離，其中到達時間、到達時間差、到達角度技術(shù)都能提高定位精度。1992年，英國劍橋ORL(OlivettiResearchLtd.)的ActiveBadge系統(tǒng)是最早的室內(nèi)定位系統(tǒng)之一。它是一種使用紅外線收發(fā)器，無需測距的定位系統(tǒng)。系統(tǒng)的缺點是不容易部署大規(guī)?；荆壹t外線容易受到光線的干擾，尤其是在戶外。因此，ActiveBadge系統(tǒng)是一個只能用于室內(nèi)定位的基于蜂窩單元的定位系統(tǒng)。1998年，有Microsoft公司開發(fā)的RADAR定位系統(tǒng)利用“指紋識別”技術(shù)定位，它是局域RSSI技術(shù)的室內(nèi)無線射頻定位系統(tǒng)，利用信號傳播模型和經(jīng)驗測試相結(jié)合的場景法進行定位。在RADAR定位系統(tǒng)智慧，主要考慮建筑物墻壁對信號傳播的影響，從而來計算信號衰減成都和傳播距離之間的關(guān)系。在實際應(yīng)用中，要根據(jù)建筑物的不同，測試不同的信號穿墻衰減因子，然后再根據(jù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行距離的計算，從而得到具體位置的估算。RADAR定位系統(tǒng)實現(xiàn)了辦公室范圍內(nèi)2-3m的實時定位，提出了使用WAF模型替代經(jīng)驗數(shù)據(jù)來推斷節(jié)點位置的方法，并作了初步嘗試。但由于其受外界環(huán)境影響非常大的緣故，使其只能滿足一些區(qū)域定位的要求，不能實現(xiàn)精準定位。1999年出現(xiàn)了Spot0N和精度高達3厘米的BatSystem；2000年，麻省理工大學研制出Cricket系統(tǒng)；2001年，基于TDOA測距的AHLOS系統(tǒng)問世；2002年，加利福尼亞大學的Calamari系統(tǒng)同時采用了TOA和RSSI兩種技術(shù)進行定位，在系統(tǒng)搭建、設(shè)備數(shù)量、功耗、成本等方面均做了優(yōu)化。除了上面所提到的較為經(jīng)典的定位系統(tǒng)外，近些年來，國內(nèi)外很多公司、高校、研究所等也根據(jù)具體的應(yīng)用設(shè)計除了許多無線定位系統(tǒng)。其中應(yīng)用比較多的無線定位技術(shù)有：基于超寬帶的定位技術(shù)、基于Wi-Fi的定位技術(shù)以及基于ZigBee的定位技術(shù)等等，各種定位技術(shù)的優(yōu)劣勢如表1-1所示。優(yōu)點缺點WiFi, 小花園的室內(nèi)定位,成本低?基于信號強度定位,易受到其他信號干擾從而郭響定位精唇?定位器的^耗較高BlUetooth? 適用干小范圍定位? 普及率高定位誤差不穩(wěn)!定受理聲信號干武太有效艮國國愿,接收設(shè)備布設(shè)較部超聲波?結(jié)構(gòu)簡單.成本蛟低,?短足巨離情況可達較好定律精度■受條徑效應(yīng)和白麒距傳播影口吃,傳輔距圖短ZigBee,成本低，便于組網(wǎng),基二信號強宜定位，測■精度低.紅外線? 精度較高，適合短距富傳輸? 易被熒光燈蜻房司內(nèi)的燈光干擾,無穿透性r■ 有效距圖短超寬帶（UWB）,結(jié)構(gòu)簡單.抗多役干擾、功耗性.基于TDQR或IQA定位，定位精度高■目前價格相對糧商■技術(shù)門襤高表1-1室內(nèi)定位技術(shù)對比超寬帶定位技術(shù)超寬帶UWB（UltraWideBand技術(shù)又稱為沖激無線電技術(shù)，其利用頻譜極寬的超短脈沖進行通信，是一種無載波通信方式。超寬帶技術(shù)的發(fā)展可追溯到十九世紀，當時用于傳送莫爾斯電碼，因射頻輻射無法調(diào)節(jié)而被禁用；二十世紀六十年代被美國用于軍方雷達；1989年美國國防部首次以“超寬帶”這一術(shù)語表示脈沖無線電；第一次海灣戰(zhàn)爭，美軍將超寬帶應(yīng)用于戰(zhàn)艦精準資產(chǎn)定位PAL系統(tǒng)；2002年美國聯(lián)邦通信委員會開放超寬帶技術(shù)民用。自被FCC（國際聯(lián)邦通信委員會）允許通過（將3.1GHz?10.6GHz的頻段免授權(quán)分配給商用）以來，超寬帶技術(shù)一直備受關(guān)注，現(xiàn)己成為無線通信領(lǐng)域研究開發(fā)的一個熱點，并被視為下一代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。超寬帶技術(shù)在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中都體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢，在無線定位方面更是優(yōu)于傳統(tǒng)的無線定位方式。由于現(xiàn)代建筑內(nèi)部剛體結(jié)構(gòu)較多，障礙物以及設(shè)備居多，導致衛(wèi)星一般無法正常接收，致使GPS和北斗均失效，這時就必須在建筑內(nèi)部安裝一種更為有效的室內(nèi)定位裝置，用來對室內(nèi)人員和設(shè)備進行定位。而超寬帶定位技術(shù)由于具有傳輸速率高（達1Gbit/s）、功耗低、多徑分辨率高、信號隱蔽性好、穿透能力強、與現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)共享頻譜，尤其是能提供非常高的定位精度等優(yōu)點，成為無線定位技術(shù)中極具潛力的技術(shù)。因此對超寬帶定位系統(tǒng)的研究具有重要的應(yīng)用價值。室內(nèi)定位研究和應(yīng)用現(xiàn)狀近年來，隨著定位技術(shù)需求的逐漸增多，我國科研教育機構(gòu)和企業(yè)公司在國家倡導扶持下展開了一系列的定位技術(shù)研究，在室內(nèi)外高精度定位導航方面取得了重大突破。1）突破城市室內(nèi)外無縫定位技術(shù)并建立應(yīng)用示范系統(tǒng)在科技部863計劃支持下，北京郵電大學等多家機構(gòu)在廣域室內(nèi)外無縫定位技術(shù)方面聯(lián)合攻關(guān)，在通信導航信號體制、地面非視距抑制、多徑抗干擾、高精度測距、室內(nèi)外無縫協(xié)同定位、星地組合以及導航通信一體化等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破，提出了TC-OFDM的通信導航融合新體制，實現(xiàn)了基于移動基站的水平3米、垂直1米的室內(nèi)外無縫高精度定位。總體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平，為國家應(yīng)急救援、公共安全及廣域室內(nèi)外導航定位服務(wù)提供了重要的技術(shù)支撐，具有廣泛的應(yīng)用前景。依托上述研究成果，2011年北京郵電大學在校園開展了示范應(yīng)用。2012年下半年，北京郵電大學聯(lián)合其他單位成功研制出了基于室內(nèi)外高精度無縫定位的消防應(yīng)急救援應(yīng)用平臺，并在天津完成了范圍在60平方千米的應(yīng)用示范項目建設(shè)，包括室內(nèi)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，基站核心設(shè)備及移動定位終端、室內(nèi)增補系統(tǒng)的研發(fā)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺的搭建、示范區(qū)內(nèi)的基站建設(shè)與增補網(wǎng)絡(luò)布設(shè)，并開始在消防領(lǐng)域進行示范應(yīng)用。2013年底將完成覆蓋范圍達200平方千米的應(yīng)用，并逐步推廣到天津市及全國范圍。前期示范測試結(jié)果表明系統(tǒng)定位精度達到室內(nèi)外水平精度優(yōu)于3米、垂直精度優(yōu)于1米。十一五期間，在城市大型建筑定位技術(shù)研究方面，北京郵電大學牽頭完成的3課題“大型建筑物復雜環(huán)境室內(nèi)定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與示范”研究成果成功應(yīng)用于北京、上海、廣州、成都、重慶、深圳、西安等城市的重點區(qū)域。包括首都機場、白云機場等8大機場共22個航站樓的室內(nèi)位置服務(wù)，實現(xiàn)了3-8米精度室內(nèi)定位；構(gòu)建了人員定位和基于位置的資產(chǎn)管理平臺及基于位置的旅客個性化服務(wù)推送平臺，大幅提升了大型建筑精細化管理與安全保障水平；充分利用機場服務(wù)資源，給每個旅客提供個性化的服務(wù)指導與賓至如歸的機場體驗；還可以大幅提升機場的非航經(jīng)濟效益。2）初步形成了室內(nèi)外高精度無縫定位技術(shù)標準體系國內(nèi)有大量的研究機構(gòu)和企業(yè)從事室內(nèi)外定位導航研究，室外定位已經(jīng)形成了相關(guān)標準，推動了產(chǎn)業(yè)化與位置服務(wù)的發(fā)展。隨著室內(nèi)定位及室內(nèi)外無縫定位關(guān)鍵技術(shù)的突破和推廣應(yīng)用，其技術(shù)標準體系研究具有十分重要的意義。在科技部、工信部等多個項目支持下，開展了科學可行的室內(nèi)外定位技術(shù)與服務(wù)標準體系研究，重點內(nèi)容包括基礎(chǔ)資源、信息處理、信息服務(wù)、用戶終端、中間件等，初步形成了室內(nèi)外高精度無縫定位技術(shù)標準體系。3）室內(nèi)定位研究隊伍加大，應(yīng)用前景廣泛鑒于室內(nèi)定位的必要性和重要性，谷歌、諾基亞、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大學、蘋果、大疆等均將目光投向室內(nèi)定位，開發(fā)相應(yīng)的室內(nèi)定位解決方案。隨著室內(nèi)定位隊伍的逐漸擴大，其應(yīng)用也越來越廣泛：a）室內(nèi)導航是室內(nèi)定位主要應(yīng)用之一，幫助用戶到達正在搜尋的興趣點。它有助于旅客們找到登機口或站臺、參會人員找到他們的會議室或指定席位等。b）近距離廣告和基于位置的優(yōu)惠券，正在將移動設(shè)備轉(zhuǎn)換為一種促成購買舉動的工具。各大品牌視他們的利益和定位而定，可以直接與消費者交流。地產(chǎn)業(yè)主也可就此向零售商鋪的業(yè)主兜售嵌入式廣告，作為傳統(tǒng)電子公告和產(chǎn)品目錄廣告的補充。c）位置共享，配合社交網(wǎng)站，實現(xiàn)社交平臺日益增長的迫切需求。用戶可以實現(xiàn)類似“查找附近好友〃的功能，并且LBS社交網(wǎng)絡(luò)有助于讓各個品牌從病毒式營銷中獲利，提高他們的曝光度，不僅是針對購買者，同時也針對廣大的目標群體。d）針對室內(nèi)定位引發(fā)的消費行為進行數(shù)據(jù)分析。由此幫助商家更好地把握顧客，改善用戶體驗。e）實時監(jiān)管，提高安防水平?；诰珳识ㄎ幌到y(tǒng)進行實時監(jiān)管，對于預(yù)防意外發(fā)生或?qū)崟r追蹤防丟均具有有效的作用。實驗室建設(shè)意義隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速增加，人們對于定位和導航的需求日益增大，尤其在復雜的室內(nèi)環(huán)境，如機場大廳、展廳、倉庫、超時、圖書館、地下停車場、礦井等復雜的室內(nèi)環(huán)境中，常常需要確定移動終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息。室內(nèi)定位時定位技術(shù)的一種，與室外定位技術(shù)相比有一定的共性，但由于室內(nèi)環(huán)境的復雜性和對定位精度和安全性的特殊要求，是的室內(nèi)無線定位技術(shù)有著不同于普通定位系統(tǒng)的鮮明特點，而且這些特點是室外定位技術(shù)所不具備的。室內(nèi)定位范圍相對較小，因此對定位的精度要求相對而言較室外定位要求較高。室內(nèi)信號微弱，且反射現(xiàn)象嚴重，故要求定位算法對各種誤差的魯棒性要強。室內(nèi)定位的應(yīng)用場合通常決定了定位設(shè)備簡單、功耗小、計算量和通信開銷也不能太大，在特殊場合還需要考慮不對室內(nèi)其他設(shè)備造成干擾。相對于較早就發(fā)展起來的室外定位，室內(nèi)定位則起步較晚，但通過近年來研究和努力，也有了明顯的進步。尤其，2001年的美國911事件，大量大樓內(nèi)的工作人員和后期進入救援的消防人員由于與外界中斷通信以及在室內(nèi)的位置不明確而葬身火海，凸現(xiàn)出室內(nèi)定位系統(tǒng)的重要性和緊迫性。自此，各國政府意識到對室內(nèi)定位系統(tǒng)研究的重要意義，在該項目上都投入了大量的資金：其中，美國Motorola和Intel分別就室內(nèi)定位系統(tǒng)的算法、軟件和硬件設(shè)備進行開發(fā)。室內(nèi)定位技術(shù)和定位算法已成為各國科技工作者研究的熱點。建設(shè)基于位置信息的實訓室或?qū)嶒炇覍τ趯W生、教師、高校都有著極大的好處和重要的科研和實踐意義。1）應(yīng)用演示與理論實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學生學習興趣，鞏固知識，提高高校教學水平通過實際系統(tǒng)應(yīng)用展現(xiàn)，可提高學生的興趣，使之深入的學習和理解相關(guān)知識，激發(fā)其創(chuàng)新能力，進一步提高高校人才培養(yǎng)水平。2）人才培養(yǎng)，提高學生實踐水平，提高學生就業(yè)率①響應(yīng)國家政策，正視社會需求近年來，“大學生過?！迸c“技工嚴重缺乏"冰火兩重天的反差格局，當代大學生普遍存在實踐能力不強的問題，與社會需求不符。教育部副部長魯昕認為，當前我國高等院校結(jié)構(gòu)中，學術(shù)型大學比重過大，而應(yīng)用技術(shù)型大學比重過小的現(xiàn)狀，正是大學生就業(yè)難的根源所在。因此2014年，國家教育部進行全國高校改革，此次改革中，全國600多所地方本科院校，轉(zhuǎn)型成為高級別的職業(yè)教育院校，重點培養(yǎng)工程師、高級技工、高素質(zhì)勞動者等，適應(yīng)社會需求。②行業(yè)需求決定人才需求當今社會，地震、火災(zāi)、礦難等狀況頻繁發(fā)生，餐飲、購物、地鐵交通成為人們生活中十分重要的組成部分，這些變化引起人們對室內(nèi)位置服務(wù)的需求正迅速增加。而公共安全、生產(chǎn)安全、應(yīng)急救援、公共衛(wèi)生、物聯(lián)網(wǎng)、特殊人群監(jiān)護、大型場館管理、智慧城市建設(shè)等領(lǐng)域都需要使用準確的室內(nèi)定位信息。因此，導航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)有上萬億的市場空間。2009年中國導航與位置服務(wù)用戶數(shù)量達到1650萬，同比增長70%,2010年用戶數(shù)量增長超過100%。2015年導航與位置服務(wù)用戶超過5億，產(chǎn)值將超過2千億元，導航與位置服務(wù)成為新的經(jīng)濟增長點和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，增加就業(yè)人口50多萬，同時，海外導航與位置服務(wù)用戶需求也呈現(xiàn)快速增長趨勢，我國導航產(chǎn)品每年數(shù)千萬套地進入國際市場。因此，定位行業(yè)人才缺口巨大，急需擁有相應(yīng)知識儲備和實踐能力的人才。③完善實驗設(shè)備，提高人才培養(yǎng)水平高校實驗室是進行實驗教學、科學研究和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要基地，對于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力具有重要的意義。隨著大學擴招計劃的推進和國家政策的引導，落后的實驗設(shè)備已不能滿足日益增多的高校在校學生的需求，學生的實驗以及就業(yè)實訓實驗室都存在巨大的缺口。因此，急需建立基于位置信息的實訓室和實驗室。3）緊跟國家政策和科研趨勢，完善科研設(shè)備，激發(fā)科研創(chuàng)新隨著位置信息服務(wù)的發(fā)展，越來越多的教師和學生在進行基于精準位置信息的物聯(lián)網(wǎng)、定位技術(shù)等相關(guān)應(yīng)用研究，但實驗設(shè)備不完善，導致實踐和理論極易脫節(jié)。科學研究是一項“站在巨人的肩上看世界”的工作，落后的實驗設(shè)施使高校師生無法掌握先進的設(shè)備和技術(shù)，增加了基礎(chǔ)技術(shù)研究的時間，無法高效地利用當代先進技術(shù)和設(shè)備進行進一步開發(fā)和拓展。而建立基于位置信息的實訓室或?qū)嶒炇铱蔀楦咝熒峁┩晟葡冗M的實驗室，使之在應(yīng)用體驗和技術(shù)培訓形結(jié)合的條件下迅速掌握理論和實踐知識并進一步加深理解，通過知識普及和實際操作應(yīng)用，了解行業(yè)動態(tài)和發(fā)展趨勢，激發(fā)其創(chuàng)新能力，進行進一步科研創(chuàng)新、科研項目申報等。4）打造行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先實驗室，人才、科研齊發(fā)展，提高高校影響力大學通過發(fā)揮教學、科研、社會服務(wù)等三大職能，來實現(xiàn)它對社會政治文明、經(jīng)濟發(fā)展、文化繁榮、科技進步等各方面的影響力。從微觀的角度分析，高校影響力主要分為學術(shù)影響力、內(nèi)部管理影響力、學生影響力、社會服務(wù)影響力。某大學通過對美國哈佛大學和加州大學伯克利分銷兩所世界一流研究型大學的發(fā)展歷程進行分析，并結(jié)合研究具有中國本土特色的北京大學、清華大學、香港科技大學的管理經(jīng)驗，分析總結(jié)出我國大學影響力的提升策略：增強學術(shù)影響力和管理影響力是提升大學影響力根基;促進產(chǎn)學研成功結(jié)合是提升大學影響力的重要途徑；注重人才培養(yǎng)質(zhì)量和管理效能是提升大學影響力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在當今信息化時代，打造基于位置信息的實訓室或?qū)嶒炇铱稍趯W生學習知識、實訓開發(fā)，教師項目研究、信息化教學等方面提供先進的完善的集硬件、軟件、培訓于一體的服務(wù)，高校提升學校的人才就業(yè)率、人才培養(yǎng)水平和整體科研水平，進一步提升高校行業(yè)影響力和整10體競爭力。5）發(fā)揮高?？蒲袃?yōu)勢，推動信息行業(yè)發(fā)展①跟蹤國際水平，縮小同國外的差距，并力爭在我們定位領(lǐng)域有所突破，推動信息行業(yè)發(fā)展，為我國的經(jīng)濟發(fā)展和國防安全創(chuàng)造條件。②培養(yǎng)新一代高水平的科技人才；③通過傘型輻射，帶動相關(guān)方面的科學技術(shù)進步；④為我國的經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)奠定比較先進的技術(shù)基礎(chǔ)，并為高技術(shù)本身的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件；⑤把階段性研究成果同其它推廣應(yīng)用計劃密切銜接，迅速地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，發(fā)揮經(jīng)濟效益。二定位實驗室建設(shè)實驗室需求現(xiàn)狀隨著社會科技化進程的加快，社會對于基于位置信息的產(chǎn)品和服務(wù)的需求越來越高，隨之對于技術(shù)的要求越來越高，而我國定位相關(guān)技術(shù)與國際先進國家的技術(shù)水平還有一定差距，相關(guān)技術(shù)還有很大的提升空間，而相關(guān)技術(shù)的人才缺口問題也逐步凸顯。因此，建立基于位置信息的實訓室或?qū)嶒炇覄菰诒匦校洳粌H能夠為國家、社會培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)人才，還能解決大學生普遍實踐能力弱的現(xiàn)狀，提高就業(yè)率和就業(yè)水平，并能激發(fā)新的創(chuàng)新課題，增強科研力量，提高高校整體科研水平和競爭力，縮短與國際先進技術(shù)水平之間的差距，加快我國科技化進程。因此，我公司為以下相關(guān)專業(yè)（圖2.1）提供了幾類實訓室或?qū)嶒炇遥怨└咝＿x擇。11

地測控技術(shù)與儀器、等地球物理學、空圖2.1實驗室建設(shè)相關(guān)專業(yè)計算機科學與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、數(shù)電子信息工程、電子科學與技術(shù)、信息工程、微電子科學與工程、光字媒體技術(shù)電信息科學與工程電氣工程及其自測繪工程、遙感動化、自動化間科學與技術(shù)科學與技術(shù)、建筑電氣與智能化地球物理學地理科學、地理消防工程、安全工信息科學程、水利水電工程交通運輸、交通地測控技術(shù)與儀器、等地球物理學、空圖2.1實驗室建設(shè)相關(guān)專業(yè)計算機科學與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、數(shù)電子信息工程、電子科學與技術(shù)、信息工程、微電子科學與工程、光字媒體技術(shù)電信息科學與工程電氣工程及其自測繪工程、遙感動化、自動化間科學與技術(shù)科學與技術(shù)、建筑電氣與智能化地球物理學地理科學、地理消防工程、安全工信息科學程、水利水電工程交通運輸、交通工程、飛行技術(shù)實驗室建設(shè)目標從學生就業(yè)發(fā)展出發(fā)，實驗室應(yīng)該著重提高學生的動手能力，以探索性、設(shè)計性實驗及工程訓練為主，突出學生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，對應(yīng)的培養(yǎng)模式應(yīng)是“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重實踐、求創(chuàng)新”從科學研究出發(fā)，實驗室應(yīng)以“高領(lǐng)先、高完善、高潛力”為主；從學校發(fā)展出發(fā)，應(yīng)考慮實驗室的行業(yè)先進性、影響力、發(fā)展?jié)摿涂臻g以及對學生培養(yǎng)的有利性。因此，基于室內(nèi)外位置數(shù)據(jù)的實時視頻分析與處理實驗室的建設(shè)目標應(yīng)該是：1滿足課程規(guī)劃的教學需求；2滿足行業(yè)應(yīng)用的實訓需求；3滿足科研創(chuàng)新的環(huán)境需求。這些目標可體現(xiàn)在實驗室建設(shè)的具體需求中：1、實現(xiàn)教學的可視化，直觀化，儀器化，云計算化?；谑覂?nèi)外定位的分析、開發(fā)和研究涉及復雜的有線和無線通訊環(huán)節(jié)，離不開對各種信號波形的分析，測量觀察，也離不開對各種通訊協(xié)議的分析和觀察，依靠先進的設(shè)備儀器，12可實現(xiàn)教學的可視化，直觀化，儀器化，是降低知識點教學門檻和提高教學質(zhì)量的關(guān)鍵，也是國外高校實施電子信息，嵌入式，互聯(lián)網(wǎng)教學的主要手段。2、實驗實踐環(huán)境多樣化，滿足課程規(guī)劃的教學需求。讓參與學習的學生能夠一邊學習理論知識，一邊認識了解和掌握實驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能和使用方法，通過一系列的驗證型、演示型、自主設(shè)計型、綜合型和創(chuàng)新型實驗，使學生掌握先進的實驗技能，強化對所學知識的理解，以培養(yǎng)學生的動手能力、工程實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神。3、體現(xiàn)實際應(yīng)用案例，滿足行業(yè)應(yīng)用的實訓需求實驗室應(yīng)有多樣化的實訓平臺，這些實訓平臺應(yīng)和實際場景或?qū)嶋H產(chǎn)品應(yīng)該非常接近，能夠體現(xiàn)生產(chǎn)生活中各方面的真實應(yīng)用案例，為學生提供具有真實應(yīng)用場景的實訓系統(tǒng)，在此系統(tǒng)上綜合運用各個課程的知識點，實現(xiàn)所學知識的綜合運用、融會貫通的目的，培養(yǎng)具有項目設(shè)計能力高科技人才。4、體現(xiàn)最新技術(shù)體系，滿足科研創(chuàng)新需求實驗室應(yīng)綜合體現(xiàn)最新技術(shù)點，滿足專業(yè)教師學習和從事數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)研究和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的需要。實驗室應(yīng)涵蓋目前主流的定位測量技術(shù)和設(shè)備，具有良好的可擴展性，具有一定的前瞻性。要求系統(tǒng)能夠模擬先進的應(yīng)用環(huán)境，實驗設(shè)備和實驗內(nèi)容應(yīng)能非常靈活地進行擴展，從而為專業(yè)教師研究當前網(wǎng)絡(luò)最前沿的技術(shù)動態(tài)和發(fā)展提供完善的實驗平臺，并能在此平臺之上從事定位技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)，提高學校整體科研與教學應(yīng)用水平。實驗室建設(shè)原則實驗室承擔著一個院系甚至多個院系的學生培養(yǎng)工作，作為教師項目科研基地，其設(shè)計原則的正確性和先進性是至關(guān)重要的。本實驗室建設(shè)遵循以下建設(shè)原則：1、全面性實驗室所裝備的教學實驗設(shè)備、建立的課程體系需要具有全面性，覆蓋從數(shù)據(jù)采集、場地測量、定位設(shè)備布設(shè)方案設(shè)計、定位數(shù)據(jù)和泛在信號的采集和分析到位置數(shù)據(jù)分析及開發(fā)研究和視頻圖像、語音等信號的分析研究等一系列實際訓練和創(chuàng)新研究，進行多學科、多專業(yè)知識點的綜合運用，以求融會貫通，應(yīng)用學科可覆蓋電子信息、通信工程、計算機軟件、控制工程、建筑工程、測量測繪、網(wǎng)絡(luò)工程等眾多專業(yè)。132、教學改革由于社會對工程技術(shù)人才的迫切需求，培養(yǎng)具有工程實踐能力的學生，具有項目設(shè)計能力的高科技人才成了高等院校最重要的任務(wù)。因此在實驗室的教學形式上需要有所變革，應(yīng)以項目式教學為主線，側(cè)重于培養(yǎng)學生的工程技術(shù)、創(chuàng)新思維和項目經(jīng)驗。3、軟硬兼容和先進性實時視頻分析與處理實驗室應(yīng)綜合體現(xiàn)現(xiàn)代科技最新技術(shù)點，滿足專業(yè)教師學習和從事通信、信號處理、軟件開發(fā)等技術(shù)研究和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的需要，不僅僅要滿足偏軟件方面學科的需要，也要滿足嵌入式，高頻微波，電工電子，工業(yè)控制等多種偏硬件學科需要。實驗室建設(shè)方案根據(jù)高效現(xiàn)狀和需求，我公司從應(yīng)用、開發(fā)、研究等目的出發(fā)，為高校設(shè)計了以下室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室建設(shè)方案：室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室＞目的：培養(yǎng)定位研究及應(yīng)用方向的人才；基于室內(nèi)外進行智能聯(lián)動和應(yīng)用研究。＞原因：隨著國家數(shù)字化、信息化發(fā)展的不斷加快，室外定位已不能滿足需求，政府、企業(yè)等對室內(nèi)精準位置信息都提出了相應(yīng)的需求，人們漸漸意識到以室內(nèi)定位為基礎(chǔ)的應(yīng)用風暴將成為席卷互聯(lián)網(wǎng)的下一個爆點。＞現(xiàn)狀：學校缺乏完整的室內(nèi)外一體化建設(shè)，需要建設(shè)完善的實驗設(shè)施進行應(yīng)用研發(fā)。＞專業(yè)：測繪、電子信息等＞等級：本科及以上室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室隨著人類社會的進步，人們越來越關(guān)注自身的精準位置信息以及興趣點的定位和導航。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GNSS)提供了有效的室外定位手段，成為很多人出行導航的必備工具。但是衛(wèi)星導航也有它的不足和脆弱性，如衛(wèi)星信號在收到干擾或遮擋時，將失去定位導航的能力，在高樓林立的城市區(qū)域以及大型場館的室內(nèi)，衛(wèi)星定位的精度會大幅度降低，甚至無法定位，然而，大型公共場館內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)復雜、人員密度高、場館內(nèi)設(shè)備數(shù)量大，對室內(nèi)定位的需求十分迫切，定位與位置服務(wù)的“最后一公里”問題日益突出。因此，我國提出了著力發(fā)展室內(nèi)外無縫導航的戰(zhàn)略需求。建立室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室，將加快室內(nèi)外定位導航基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、促進設(shè)備研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，提高高校就業(yè)率和科研水平；并可帶動社會投資和消費需求，為現(xiàn)代服務(wù)業(yè)帶來新的發(fā)展機會；也為通信產(chǎn)業(yè)等結(jié)構(gòu)調(diào)整打下基礎(chǔ)，支撐導航與位置服務(wù)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)14業(yè)發(fā)展，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室建設(shè)的必要性①位置服務(wù)的必要性導航與位置服務(wù)攸關(guān)國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和社會民生，在新一代信息技術(shù)這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，具有舉足輕重和不可或缺的地位，在物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球、節(jié)能減排、救災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)性支撐作用。室內(nèi)定位技術(shù)遇到的主要問題及未來可能的研究熱點隨著智能通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、物流、軍事等領(lǐng)域?qū)τ谌藛T和設(shè)備等定位有著越來越多的需求。盡管目前室外定位技術(shù)已經(jīng)有較為成熟的解決方案，但是在室內(nèi)環(huán)境下，目前尚無比較經(jīng)濟且成熟的技術(shù)，根本原因是室內(nèi)定位存在環(huán)境復雜、定位面積小。高精度室內(nèi)外無縫定位技術(shù)成為發(fā)展趨勢位置基礎(chǔ)信息，它需要更多的人在這個基礎(chǔ)之上建立增值服務(wù)，包括相應(yīng)的運營模式，才能有價值。因此，位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)是開放的，需要不斷地給予和培育，只有當全社會都用某一地理位置服務(wù)時，它的產(chǎn)業(yè)價值才能體現(xiàn)出來。近年來，隨著社會信息化的發(fā)展，人們對于全時空高質(zhì)量位置信息服務(wù)的需求越來越大，單獨的室外定位已不能滿足人們的需求，人們對室內(nèi)外高精度定位導航的需求已呈現(xiàn)爆發(fā)式增強趨勢。高精度室內(nèi)外無縫定位技術(shù)趨向于多系統(tǒng)協(xié)同（1）定位技術(shù)互補融合隨著互聯(lián)網(wǎng)、無線通信、計算機技術(shù)、測繪技術(shù)和設(shè)備制造等關(guān)鍵技術(shù)的飛速發(fā)展，室內(nèi)定位向著多技術(shù)互補融合的方向發(fā)展。通過多技術(shù)融合互補的方式彌補某一項定位技術(shù)的劣勢，如何將不同的技術(shù)融合起來將是研究的熱點。（2）室內(nèi)定位應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展精準的室內(nèi)定位技術(shù)向室內(nèi)用戶提供有用的、有針對性的市場與服務(wù)內(nèi)容的關(guān)鍵，是一個需要填補的技術(shù)缺口。人們大部分時間都是在室內(nèi)，室內(nèi)定位技術(shù)與其實現(xiàn)的應(yīng)用之間，絕對存在著協(xié)同效應(yīng)。2.4.3實驗室建設(shè)方案室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室融合了當下先進的超寬帶高精度實時定位技術(shù)、GNSS實時定位技術(shù)和底層GIS平臺搭建技術(shù)，實現(xiàn)了從地形測量、GIS平臺搭建到室內(nèi)外一體化15

定位，再到多樣終端應(yīng)用、二次開發(fā)完整的建設(shè)，在學術(shù)研究、實踐實訓、應(yīng)用開發(fā)、算法研究、科技創(chuàng)新、智能控制等方面均有很好的應(yīng)用和開發(fā)意義。1）實驗室架構(gòu)室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室的架構(gòu)如圖2.2所示:人才培養(yǎng)學習研究智能科技算法研究實踐實訓應(yīng)用開，發(fā)++底層GIS平臺,GNSS室外實時定位系統(tǒng),人才培養(yǎng)學習研究智能科技算法研究實踐實訓應(yīng)用開，發(fā)++底層GIS平臺,GNSS室外實時定位系統(tǒng),室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室,,U-Loc厘米級實時定位系統(tǒng)圖2.2室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室架構(gòu)圖2）實驗室特點:?多樣終端—一支持計算機、平板、手機等終端設(shè)備。?先進性一一實驗內(nèi)容包含了當今通信專業(yè)一些最先進的理論，學生可以在較短的時間內(nèi)掌握當今通信技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)，適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的要求；室內(nèi)外一體化定位系統(tǒng)采用國際領(lǐng)先的定位技術(shù)和優(yōu)化算法，在定位精度、穩(wěn)定性等方面均具有絕對優(yōu)勢。?完善性一一室內(nèi)外一體化開發(fā)實驗室所需設(shè)備均由中海達上市公司協(xié)同聯(lián)睿等子公司研發(fā)制造，保證設(shè)備的兼容性和穩(wěn)定性。綜合性一一集成了大地測量學、超寬帶無線通信、衛(wèi)星導航定位技術(shù)、通信原理、移動通信、數(shù)字信號處理、通信網(wǎng)絡(luò)與交換等門課程理論知識與技術(shù)，利于學生對專業(yè)知識的綜合認識及應(yīng)用能力的提高。層次性：包含底層GIS平臺搭建、定位系統(tǒng)、上層開發(fā)等多個層次，學生可以從大地測量學、定位系統(tǒng)等層次上認識通信系統(tǒng)、定位技術(shù)和測繪知識，擴展學生的認識思路。實用性：促使學生全面而深層次理解感應(yīng)信息的理論知識內(nèi)容，為以后從事室內(nèi)外定位16

導航及應(yīng)用開發(fā)等相關(guān)工作，提高就業(yè)競爭力打下堅實的基礎(chǔ)。開發(fā)性：該實驗系統(tǒng)提供了一些開放的接口平臺，學生及相關(guān)專業(yè)教師可以按照自己的想法進行研究和開發(fā)。3）實驗室介紹室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室的建設(shè)流程為：底層地圖+定位系統(tǒng)+GIS應(yīng)用開發(fā)=行業(yè)應(yīng)用解決方案全站儀室內(nèi)測圖三維激光掃描與—建模——U-Lo室內(nèi)+GNSS室外全站儀室內(nèi)測圖三維激光掃描與—建?！猆-Lo室內(nèi)+GNSS室外定位系統(tǒng)I 定位系統(tǒng)無人機傾斜攝影測量與建模IGIS應(yīng)用開發(fā)應(yīng)用研究-平臺搭建一-r 」行業(yè)解決方案圖2.3實驗室架構(gòu)流程i.底層地圖的建立一一三維地圖建模a）室內(nèi)（小范圍）場景建模①三維激光掃描與建模一一三維矢量地圖模型（具有三維地圖坐標信息）②全站儀室內(nèi)測圖一一被測區(qū)域坐標信息（無地圖坐標信息，需將地圖坐標信息嵌入三維模型）③傾斜攝影與建模一一三維模型（利用無人機拍攝室外實景圖片制作三維模型，需結(jié)合RTK等測量手段嵌入地圖坐標信息）b）室外場景建模CORS+RTK——地圖測量②全站儀地形測量一一地圖測量無人機正射影像+CORS+RTK相控測量一一正射影像圖（平面地圖）無人機傾斜攝影測量與建模+CORS+RTK相控測量一一三維矢量模型（具有三維17地圖坐標信息）.實時定位系統(tǒng)①UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)一一結(jié)合地圖系統(tǒng)可實時定位基站覆蓋區(qū)域內(nèi)目標的精準位置②GNSS室外定位系統(tǒng)一一結(jié)合地圖系統(tǒng)可實時定位室外區(qū)域目標的位置③GNSS室外高精度定位系統(tǒng)（CORS+RTK）——結(jié)合地圖系統(tǒng)可實時定位室外區(qū)域目標的精準位置④UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)+GNSS室外定位系統(tǒng)——結(jié)合地圖系統(tǒng)實時定位室內(nèi)外目標的位置⑤UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)+GNSS室外高精度定位系統(tǒng)——結(jié)合地圖系統(tǒng)實時定位室內(nèi)外目標的精準位置.GIS應(yīng)用開發(fā)（部分拓展應(yīng)用枚舉）地圖導航一一目標精準位置的實時定位，目標位置的線路規(guī)劃和導航等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)一一實訓學習；大數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析；基于位置數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件的開發(fā)等③智能控制一一機器人定位跟蹤和路線規(guī)劃指引；叉車實時定位控制等④聯(lián)動管理一一基于位置信息聯(lián)動控制的智能家居；基于位置信息的視頻監(jiān)控、暖通、照明子系統(tǒng)的聯(lián)動等4）實驗室適研范圍-定位技術(shù)的學習改進；多種定位算法的研究多技術(shù)融合等。a.適合通信、電子、信息、信號、建筑、交通、測量、自動控制、導航、遙控遙測等專業(yè)的專科生、本科生、研究生基礎(chǔ)教學實驗及教學；b.本科生、研究生應(yīng)用開發(fā)；c.畢業(yè)設(shè)計，碩士生、教師課題研究。2.4.4實驗室應(yīng)用拓展a）人才培養(yǎng)結(jié)合應(yīng)用體驗，加深對室內(nèi)外定位等技術(shù)的理解，提高學生興趣，促進師生創(chuàng)新研究，提高學生的知識儲備和實踐能力，提高就業(yè)競爭力。b）科技創(chuàng)新18建立以精準位置信息為基礎(chǔ)的開發(fā)實驗臺，讓學生和老師可以進行室內(nèi)外無縫定位的研究和二次開發(fā)應(yīng)用。c）項目研究預(yù)留多種接口，將定位行業(yè)先進技術(shù)內(nèi)容融入實驗室，可在現(xiàn)有平臺上進行進一步算法優(yōu)化、開拓創(chuàng)新、申報科研項目、多技術(shù)融合、智能聯(lián)動等，實現(xiàn)自身科研水平、社會科技水平和智慧生活方面的大幅度提升。d）提升實力充分利用先進、完善的實驗室可提高高校教學水平，人才培養(yǎng)水平，科研水平，進而提高高校就業(yè)率、綜合實力、領(lǐng)域知名度和影響力。e） 應(yīng)用開發(fā)項目研究預(yù)留多種接口，可在現(xiàn)有平臺上進行進一步二次開發(fā)，并可與其他系統(tǒng)融合，拓展在各個行業(yè)及各個實際項目中的實際應(yīng)用，實現(xiàn)科研成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化。2.4,5所需設(shè)備室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室建設(shè)所需主要設(shè)備如下：序號名稱型號備注1U-Loc定位系統(tǒng)定位基站U-BASE230定位標簽U-TAG220無線APTP-LinkPOE交換機華為定位服務(wù)器ULocMFROl定位引擎Loc-Engine2.0.0定位應(yīng)用系統(tǒng)Loc-Platform2.0.12室外定位系統(tǒng)CORSVnet6RTKiRTK3全站儀ATS-320m可根據(jù)客戶需求選配三維激光掃描儀HS450可根據(jù)客戶需求選配193航空攝影測量系統(tǒng)（選配）無人機U90航空影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Pix-4D傾斜攝影測量建模系統(tǒng)DP-Modeler4選配液晶電視圖2-1室內(nèi)外一體化定位及應(yīng)用實驗室建設(shè)主要設(shè)備清單三U-Loc厘米級實時定位系統(tǒng)系統(tǒng)介紹U-Loc室內(nèi)定位系統(tǒng)是一款基于極窄脈沖超寬帶（IR-UWB）技術(shù)，為有效解決室內(nèi)、礦井、隧道等衛(wèi)星信號無法覆蓋區(qū)域的定位而開發(fā)的高精度實時定位產(chǎn)品。工作原理在U-Loc室內(nèi)厘米級實時定位系統(tǒng)中，人員或物品上所佩戴的定位標簽利用UWB脈沖信號發(fā)射出位置數(shù)據(jù)，接收機接收、放大UWB信號，進行時鐘校準，并將位置數(shù)據(jù)傳至后臺服務(wù)器。定位引擎計算出定位標簽信號到達不同接收機的時間差（TDOA），然后采用TDOA等定位算法對標簽位置進行解算，最終傳輸?shù)叫畔⑻幚砑翱刂破脚_。系統(tǒng)組成U-Loc室內(nèi)定位系統(tǒng)主要由三部分組成：1、定位傳感網(wǎng)絡(luò)，包括定位基站（Master和Slave）和定位標簽（Tag）；2、局域網(wǎng)；3、定位信息處理平臺。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。20

定把信息處理平白局域網(wǎng)定恒傳感網(wǎng)絡(luò)從總站定位標短定位標筌主基站一從基站定把信息處理平白局域網(wǎng)定恒傳感網(wǎng)絡(luò)從總站定位標短定位標筌主基站一從基站押圖3.1聯(lián)睿U-Loc室內(nèi)定位系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的各組成部分功能為：⑴定位標簽（Tag）定位標簽配置在待定位人員或設(shè)備上，用于發(fā)射超寬帶定位信號。工作模式：休眠模式、激活模式。休眠模式一一在目標長時間靜止或無需定位時保持休眠，節(jié)省電量激活模式一一在需要定位時對目標進行實時定位標準版定位標簽的技術(shù)參數(shù)如表3-1所示。技術(shù)參數(shù)定位標簽工作頻段超寬帶3.1GHz—7.0GHz供電方式可充電鋰電池工作溫度-20℃?55℃存儲溫度-20℃~60℃工作濕度小于85%續(xù)航能力5個月（1Hz刷新頻率）21表3-1標準版定位標簽的技術(shù)參數(shù)⑵定位基站定位基站分為主基站（Master）和從基站（Slave）,定位基站固定在已知位置，作為位置基準，用于接收標簽發(fā)射的UWB信號，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層，將定位信息傳至定位信息平臺；主基站除具備從節(jié)點接收功能外，還向各從基站發(fā)射同步信號，使各個定位基站獲得統(tǒng)一的時鐘，以便獲得標簽發(fā)射的信號到達不同基站的時間差（TDOA）。標準版定位基站的技術(shù)參數(shù)如表3-2所示。技術(shù)參數(shù)定位基站型號U-BASE230工作頻段3.1GHz—7.0GHz供電方式POE或DC12V安全性能防浪涌，抗電磁干擾工作溫度-40℃~85℃存儲溫度-55℃~125℃工作濕度小于85%功耗5W作用范圍單基站覆蓋范圍為35~150m—尺寸高110mm，直徑310mm表3-2標準版定位基站的技術(shù)參數(shù)⑶局域網(wǎng)22用于定位傳感網(wǎng)絡(luò)和定位信息處理平臺的聯(lián)通，負責將定位傳感網(wǎng)絡(luò)獲得的標簽的位置信息傳送給信息處理平臺。⑷定位信息處理平臺定位信息處理平臺通過優(yōu)化的TDOA定位算法，解算出標簽的實時位置及運動軌跡：可精準快速地進行小區(qū)同步和全局同步；采用時隙劃分、優(yōu)化碰撞等算法，大幅度提高系統(tǒng)的容量、穩(wěn)定性和實時性；同時配置定位基站和定位標簽的工作參數(shù)。U-Loc定位系統(tǒng)可以實現(xiàn)無縫蜂窩連接，將定位空間無限擴展，定位標簽可以在各個單元自由行走，通過定位平臺軟件分析，將定位目標真實地以虛擬動態(tài)實時顯示出來，如圖3.2所示。圖3.2定位信息處理平臺定位標簽位置的軌跡顯示系統(tǒng)流程U-Loc室內(nèi)定位系統(tǒng)的工作流程是：在示范區(qū)域內(nèi)架設(shè)基站，為需定位的設(shè)備、物品以及人員配置定位標簽，定位標簽通過定位基站將實時定位數(shù)據(jù)傳回后臺服務(wù)中心，后臺服務(wù)中心通過優(yōu)化的高精度定位算法，解算出設(shè)備和人員精確的實時位置信息及運動軌跡，并將位置信息在室內(nèi)地圖上顯示，實現(xiàn)實時高精度定位，為室內(nèi)導航路徑規(guī)劃、重點區(qū)域的巡查提供精確的參考基準點。23

圖3.3U-Loc系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)功能U-Loc室內(nèi)定位系統(tǒng)具有傳輸速率高、抗多徑干擾能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、低截獲概率、定位精度高、與現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)共享頻譜等特點。因此，采用U-Loc室內(nèi)定位系統(tǒng)進行室內(nèi)人員和設(shè)備定位將會展現(xiàn)出現(xiàn)有定位產(chǎn)品所無法達到的效果與功能。其主要功能如下：多模式定位：支持多種模式，包括0維（粗略模式），1維（流水線/走廊配置），2維（精精準定位：采用先進的IR-UWB定位技術(shù)，在室內(nèi)可達到10cm-15cm的定位精度。實時定位：0.1Hz-50Hz可調(diào)的刷新速率，確保位置實時更新。全局顯示：可在后臺電子地圖中全局化顯示和查詢區(qū)域內(nèi)所有目標的位置。軌跡顯示：記錄待定位人員的運動軌跡，顯示不同的顏色，便于人員分類管理。24分類跟蹤:對于不同目標，可配置不同等級的標簽以作區(qū)別，達到更大限度的定位需求，使后臺管理更加便利、完善。歷史數(shù)據(jù)查詢：可回放查詢歷史時刻或時間段目標的位置、軌跡、停留時間等信息。安全區(qū)域報警：后臺可劃分定位區(qū)域內(nèi)安全區(qū)電子圍欄、警報區(qū)和禁區(qū)電子圍欄等不同級別和類型的區(qū)域，目標一旦進入便觸發(fā)相應(yīng)級別的報警。終端多樣化:管理人員可通過手機端APP、平板電腦APP、后臺APP進行實時移動查詢。技術(shù)指標U-Loc室內(nèi)定位系統(tǒng)的技術(shù)指標如下：＞定位精度：10-15cm＞頻率范圍：3.1GHz—7.0GHz （中心頻率可調(diào)）＞帶寬：500MHz、1GHz （可調(diào)）＞比特率： 110Kbps、850Kbps、6.81Mbps＞發(fā)射功率譜密度：W-41.3dBm/MHz每個標簽具有全球唯一的64位電子編碼，可用于標識人員或物體＞支持0.1-50Hz多種刷新