地磁定位的由來

眾所周知，我們生活的世界，處處遍布著地球磁場(chǎng)。合理利用這種天賜的資源是生物的本能。

很多鳥類，尤其是遷徙的候鳥，在做長(zhǎng)途飛行時(shí)都能利用地球磁場(chǎng)來保持其飛行路線不發(fā)生偏離，研究發(fā)現(xiàn)這些鳥類有一種特殊的“聯(lián)覺”，可以讓它們“看到”地球磁場(chǎng)中磁力線的分布,就好像它們看到周圍環(huán)境中只有五彩繽紛的圖案一樣。

而人類利用地磁進(jìn)行方向辨認(rèn)和導(dǎo)航亦由來已久，古代人發(fā)明的指南車、航海羅盤，都是很好的例證。現(xiàn)如今，隨著測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，和對(duì)地磁研究的深入，人們可以對(duì)不同空間的地磁場(chǎng)進(jìn)行精確描述和測(cè)量，使得地磁定位導(dǎo)航成為了可能。

室內(nèi)地磁定位是怎么一回事？

地球本身是一個(gè)巨大的磁體，它在地理南北兩極間形成一個(gè)基本的磁場(chǎng)。但這種地球磁場(chǎng)會(huì)受到金屬物的干擾，特別是穿過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物時(shí)，原有磁場(chǎng)被建筑材料(金屬結(jié)構(gòu))擾動(dòng)扭曲，使得每個(gè)建筑物內(nèi)都形成了獨(dú)特的“磁性紋路”，也就是說在室內(nèi)形成了一種有規(guī)律的“室內(nèi)磁場(chǎng)”。

而且，如果建筑物本身不發(fā)生鋼筋體的結(jié)構(gòu)性改變，室內(nèi)磁場(chǎng)的特性也就固定不變。而室內(nèi)地磁定位正式捕捉這種“室內(nèi)地磁場(chǎng)”的規(guī)律特征來實(shí)現(xiàn)的，通過手機(jī)端普遍集成的地磁傳感器去收集室內(nèi)的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，辨認(rèn)室內(nèi)環(huán)境里不同位置的磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度差異，從而匹配自己在空間中的相對(duì)位置。

室內(nèi)地磁定位精度

理論上不同位置的地磁場(chǎng)差異性是微秒的，普通的測(cè)量工具是無法探測(cè)的，但這種被建筑物擾動(dòng)扭曲后的“室內(nèi)地磁場(chǎng)”卻恰恰加強(qiáng)了地磁信號(hào)的差異性，使得室內(nèi)地磁數(shù)據(jù)的獲取變得可能，也間接提高了定位的精準(zhǔn)性。由于室內(nèi)每一小塊空間的磁場(chǎng)紋路都是獨(dú)一無二的，所以當(dāng)手機(jī)獲取了該區(qū)域的磁場(chǎng)特征后，匹配系統(tǒng)中的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫，就能進(jìn)行精確定位，通常精度在2米左右，足夠勝任大部分室內(nèi)環(huán)境的定位需求。

室內(nèi)地磁定位的優(yōu)勢(shì)

1、無硬件

定位環(huán)境不需要部署額外的硬件，完全零施工，也不用采用額外的終端，帶有地磁傳感器的手機(jī)即可部署和體驗(yàn)，不分場(chǎng)景和時(shí)間，不需擔(dān)心設(shè)備供電，不需要現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等各種問題，方便用戶進(jìn)行大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

2、無累積誤差

作為一種匹配定位算法，地磁導(dǎo)航的誤差不會(huì)隨著時(shí)間產(chǎn)生累積效應(yīng)，非常適合與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行信息融合，構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)慣性器件產(chǎn)生的累計(jì)誤差進(jìn)行及時(shí)的修正。

3、低成本

由于沒有了硬件成本，室內(nèi)地磁定位系統(tǒng)的整體成本也會(huì)大大降低。

室內(nèi)地磁定位的不足

1、地磁數(shù)據(jù)采集工作

地磁定位技術(shù)的使用要始于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地磁數(shù)據(jù)的采集，而且每當(dāng)室內(nèi)環(huán)境有較大的變動(dòng)，比如重新裝修的情況時(shí)，需要重新對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地磁數(shù)據(jù)進(jìn)行采集更新，這相當(dāng)于給用戶帶來了較多的工作量。

2、信號(hào)干擾

地磁信號(hào)本身是容易受到金屬物的干擾，室內(nèi)環(huán)境又很難保持一成不變，假如用戶周邊突然出現(xiàn)駛過一輛汽車，現(xiàn)場(chǎng)磁場(chǎng)受到干擾，對(duì)其位置的獲取勢(shì)必有較多影響，因此地磁定位的穩(wěn)定性值得商榷。

3、初始位置的獲取

地磁定位是相對(duì)位置，所以單純依靠地磁來定位是沒法立刻獲取初始位置的，很多方案都要求用戶在使用定位前在室內(nèi)行走5~8米，以幫助獲取初始位置，也有很多方案采取其他定位技術(shù)(比如PDR/iBeacon/Wifi)來輔助獲取初始位置，這也是室內(nèi)地磁定位技術(shù)最難解決的問題。

結(jié)語

對(duì)于大部分商業(yè)場(chǎng)景來說，地磁定位技術(shù)的精度以及穩(wěn)定性已經(jīng)足夠，而且由于是純軟件定位，很容易受到推廣，但對(duì)于想要獲得更穩(wěn)定更精確的定位效果的場(chǎng)景或者用戶來說，單純的地磁定位技術(shù)就顯得沒有太多優(yōu)勢(shì)，個(gè)人認(rèn)為，多種輕定位技術(shù)的融合方案是最值得去研究的，比如iBeacon+地磁或者Wifi+地磁，一方面能夠獲得較高精度，另一方面用戶體驗(yàn)也比較流暢。

總結(jié)

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