前言
HI，欢迎来到《每周一博》。今天是十月第四周，我给大家介绍一下常见的定位技术。
每一个人，每一件物品，在这个地球上都有一个空间位置信息，计算这个位置的过程，就是定位。定位需要和地理编码和地图结合起来，因为给出一个经纬度你也不知道究竟在哪，所以需要在地图上展示出具体的位置，并给出具体的门牌号，甚至精确到POI，比如百度大厦。
基于定位技术，可以实现车辆导航，物流跟踪等。基于位置大数据，又可以挖掘出很多实用的信息。
我们先来看几个上层应用场景：
A. 热力图
它展示了位置的密集程度，所以位置越聚集的地方，颜色越深，比如市区的就比郊区要红些，它也可以反应人口的聚集程度。
B. 实时路况图
它展示了位置的实时动态变化，根据位置的密集程度，可以展示出道路的拥挤程度。
C. 迁移规律
它展示了一段时间内位置的变化，基于此可以分析人口迁移规律。
接下来我给大家介绍一下常见的定位技术。
1.IP定位：
这是我接触的比较早的一种定位技术，在高中时期，wifi还没有普及，用电脑打开天气软件，就能定位到所在城市并更新天气。另外用QQ时还会装一个插件，这样在面板上就能显示出对方的位置了，但当时还只能定位在城市的中心点，这用的就是IP定位技术。
IP地址在网络系统中都是注册过的，它可以粗略的跟踪到你的位置。运营商申请到IP之后，把某些IP分配在某些机房使用用，这些机房则具备地域属性，因此就可以知道某些IP的位置是哪个省市区。
IP是一种资源，分配公网地址并且宽带稳定的定位精度可以达到几十米，但是IP不足运营商就不会分配公网地址，而分配私网地址，这样定位精度就是城市级别，所以IP定位适合对精度要求不高的场景。
另外IP很容易伪造，搞一个代理就可以把你定位到国外，用手机漫游的会把你定位到归属地，出现很大的误差。
2.卫星定位
这是最常见的一种室外定位方式，主要的卫星定位系统有GPS，北斗，伽利略等，最常用的就是GPS定位。卫星定位涉及到国家安全，海湾战争时美国人为调低了GPS精度，所以欧盟联合开发了伽利略定位系统，我国也开发了北斗系统，弹到导弹，总不能用的老美卫星来定位吧。
GPS系统由三个独立的部分组成：
（1） 空间部分：24颗工作卫星，不断的发射卫星信号；
（2）地面控制部分：监测和控制卫星运行，编算卫星星历，保持系统时间；
（3）用户设备：接收GPS卫星信号，获得必要的定位信息，经数据处理，完成定位；
卫星定位的原理其实是立体几何求解位置，卫星在发射自己位置的时候会加上时间戳，GPS设备接受到信号后，用当前时间减去时间戳，就是数据包在空中传输所用的时间，然后再乘上它的传输速度，就是数据包在空中传输的距离，也就是方程式中的d，数据包是通过无线电波传送的，那么速度就可以认为是光速c。细小的误差乘以光速都会放大，石英时钟每30天都会有1秒的误差，所以要把时钟误差产生的传输距离减去。
GPS系统一共有24颗卫星，但是定位只需要4颗就足够，因为计算位置的过程本质上是解一个四元一次方程组，另外一个变量是时钟误差，主要是有时钟不同步的问题，需要计算时钟误差。
从方程式中可以看出误差可能来自于GPS卫星广播的自己的位置有误差，或者光速有变化，比如天空中飘满乌云，那么定位就会产生偏差，还有就是在特殊时期会有人为的误差。
GPS定位优缺点：
优点：精度高，在十米左右，不需要服务端，可以连续定位；
缺点：耗电，易受建筑物影响，在室内几乎接受不到卫星信号，所以一般用于室外定位导航。
GPS定位的问题：
第一次使用GPS进行定位时速度可能会很慢，因为GPS定位需要知道至少4颗卫星的位置，所以GPS的启动大致可以分为冷启动和热启动；
冷启动：启动时没有星历信息，需要遍历所有的卫星来判断周围有哪些卫星，需要几分钟；
热启动：模块中已经存储了星历信息，减少遍历的时间，使得定位的速度加快，只需要几秒；
所以A-GPS技术诞生了，也就是辅助GPS定位技术，它本质上是将GPS定位和基站定位两种技术相结合，手机通过基站大致定位自己的位置，然后把位置告诉A-GPS服务器，服务器根据这个位置信息，将此时经过你头顶的卫星参数反馈给你的手机，你手机的GPS就可以快速搜索卫星。
3.基站定位
运营商会在全国布基站，手机会扫到周边的基站，距离基站越远，信号越差，根据手机收到的信号强度可以大致估计距离基站的远近，基站的位置是唯一的，当手机同时搜索到三个以上基站的信号时，就可以得到三个基站距离手机的距离，根据三点定位原理，只需要以基站为圆心，距离为半径多次画圆即可，这些圆的交点就是手机的位置，圆圈越多越精确。
基站定位的特点：
优点：覆盖广泛，不受建筑物制约，定位速度快
缺点：基站定位的精度在从100米到上千米，主要取决于基站的位置和密度，基站数量多，密度高，定位精度也就高，农村基站覆盖少，会出现无法定位的情况。
4.Wifi定位
WiFi定位的原理是利用每台路由器独有的Mac地址对用户实现定位，可以从3个方面来理解：
（1）每一个无线AP都有唯一的MAC地址，并且在一段时间内是不会移动的；
（2）设备在开启扫描WiFi的情况下，可以扫描并收集周围的AP信号，并获取到MAC地址，无论是否需要密码，是否连接，甚至信号强度不足以显示在无线信号列表中；
（3）设备将AP数据发送到位置服务器，服务器检索出每一个AP的地理位置，并结合每个信号的强弱程度，计算出设备的地理位置并返回；
位置服务商要建立并不断更新补充数据库，方法主要有以下两种：
（1）主动采集：
利用街景拍摄车搜集沿途的无线信号，并打上GPS坐标回传至服务器;
（2）众包构建
手机将在使用LBS应用时扫描的GPS位置和无线信号回传到服务端，就相当于是给WIFI信号打上了位置标签，由于GPS定位会有误差，所以WiFi定位也会有误差，再加上WIFI自身信号不太稳定，所以精度一般在几十米。
WiFi定位的特点：
大城市多，小城市少，农村几乎没有，定位精度与WiFi的覆盖范围有关，基本在几十米内，不受建筑物制约，定位速度快，省电，但是需要自己搭建服务端。
5.地磁定位
地球可以看成一块大磁铁，因此磁场在我们身边是无处不在的，利用磁场可以快速确认南北极，进而确定我们所处的方向，比如古代发明的指南车，航海罗盘，手机中的方向传感器就是这么来的。
磁场很容易受到铁制品的干扰，而建筑物中又到处布满了钢筋和铁制管道，导致室内不同的位置上磁场会有不同的场强，我们可以认为建材的分布在长时间内是不会轻易改变的，这样一来根据场强的变化趋势，就可以形成一个独一无二的指纹。
我们先要去采集室内的磁场分布，建立磁场分布图，定位时通过手机传感器获取的磁场数据去匹配磁场分布图，确定所在位置。
地磁定位的特点：
地磁定位精度在5米左右，无需硬件，成本较低。
事先需要对现场地磁进行数据采集，比如重新装修的话就要重新更新数据。另外容易受干扰，只要是铁制品，对磁场都是用影响的。例如冰箱或者洗衣机等大型电器，影响有不到半米，像电梯，汽车这种大型移动铁块，对于磁场的影响至少在一米以上。
所以地磁定位一般用来进行室内辅助定位，而不是纯地磁定位。
6.蓝牙定位
蓝牙是一种短距离低功耗的无线传输技术。蓝牙定位需要先部署蓝牙基站，不断发出蓝牙信号，手机等搭载蓝牙模块的终端收到广播报文后，测量出接收功率，代入到功率衰减与距离关系的函数中，测算出距离该蓝牙基站的距离。
蓝牙定位的优点是设备体积小，低功耗，精度高，容易集成在手机等移动设备中。缺点是传送距离短小，需要部署设备的密度大，另外还需要蓝牙基站，所以目前尚未大规模推广。
13年苹果推出了iBeacon，它是基于蓝牙4.0开发的微定位技术，在功耗和效率方面有显著提高，iBeacon一般通过电池供电，有些可用3-5年，这意味着每3-5年就需要更换电池，维护成本也不小。
7.视觉定位
视觉定位是基于图像识别和图像搜索的技术，比如谷歌推出的VPS定位技术，通过摄像头拍到的照片，去和谷歌街景做匹配查找，并返回结果。
VPS面临的问题：
（1）拍照要求：光线适宜，对好焦，关键特征点要能拍清楚；
（2）提前采集好室内精确数据，数据库要经常更新，以免装修后无法定位；
（3）需要手机网速要快，能把照片上传服务器进行比对，如果只是传特征值就没问题；
（4）必须有特征，如果在两个一样的房间里，或者长廊下，草原上是无法定位的；
（5）要做到超高精度的VPS，需要在建库时融合其他参考信息，如3D激光点云；
VPS定位精度在厘米级别，目前配合AR应用还是比较合适的，适合在特殊场景下做辅助定位。
8.其他定位技术：
超声波定位：采用反射式测距法；
RFID定位：基于射频标签读写器；
UWB（超宽带定位）和红外定位；
它们基本上用于室内定位，精度比较高，在厘米级别，都属于短距离传输，和物联网有关联，在仓库货物管理，地下作业中用的比较多，实现精准定位。
最后对比一下几种常见定位方式的特点：
结尾：
本周给大家简单介绍了几种常见的定位技术，它们都有各自适用的场景，不能单说谁优谁劣，我们要在合适的条件下选用合适的技术，或者将多种定位方式融合到一起，来平衡它们的优缺点。感谢大家的阅读，我们下周再见。
