物聯网基于位置服务关键技术研究及应用平台研发x.docx

物联网基于位置服务关键技术研究及应用平台研发简介基于位置服务（LBS，Location Based Service）将移动人员/设备的位置信息与其它信息相整合，为用户提供各种智能服务。基于位置服务是物联网应用的一个重要发展方向，也是普适计算学科研究的一个最大分支。作为基于位置服务的关键支撑技术，位置感知技术（即定位技术）受到各方面的广泛关注。目前室外开阔环境下的位置感知技术在GPS等卫星定位技术的支持下得到了较大发展，但在室内等封闭环境，位置感知技术受到各种制约因素限制，发展缓慢。本课题针对物联网日益增长的室内外全空间基于位置服务应用需求，将深入研究适用于室内外全空间环境的高精度多模定位技术，探索多重导航信号覆盖下的融合定位框架以及平滑过渡方法以及基于位置服务的隐私保护技术。课题将研制系列低功耗、集成化全空间高精度定位终端产品，并设计及优化实现自适应的多模融合定位引擎软件。国内外相关技术进展分析 （技术先进性和必要性分析）LBS作为普适计算技术研究的最大分支，主要包括位置信息采集（即定位技术）、空间信息采集与处理技术，以及位置隐私等研究内容，其中位置信息是各种开放位置服务的关键基础，而隐私权是解决位置服务不可回避的障碍。目前位置信息采集技术发展迅速，按照使用基础设施的不同，定位技术可细分为基于卫星定位、基于惯导定位、基于蜂窝网络定位、基于短距离无线技术定位以及基于图像定位等。图1显示了现有定位系统的定位性能、定位测量技术与应用环境。可见，不同的定位技术由于使用的定位信号、定位方法不同，导致可获得的定位精度以及适用的环境存在较大差别。在实际应用中，需要根据定位精度、功耗、成本等具体要求进行选择，有时为了满足全空间高精度定位需求，甚至需要对多种定位技术进行融合。下面简要介绍各种定位技术发展现状。2.1卫星定位技术卫星定位导航技术是当前发展最快、应用最广，也最为成熟的无线定位技术，目前主要有美国的全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、俄罗斯的GLONASS卫星定位系统、欧洲的伽利略卫星定位系统以及我国的北斗定位导航系统，其中GPS系统商用最为成功。图1 现有定位系统性能、使用技术与应用环境GPS等卫星定位系统通过利用精确同步卫星时钟提供的授时和测距，采用距离交会定位或差分定位方法对用户进行定位，具有定位精度高、实时性好、抗干扰能力强等优点。虽然GPS定位技术比较成熟，但GPS接收器至少要接收到4个卫星信号才能求解出自身坐标。因此在空旷的室外环境中，GPS接收器可以畅通无阻地接收到足够的卫星信号实现高精度定位，但是当GPS接收器和卫星之间有高山、建筑物、隧道等物体或地面阻挡时，就难以实现有效定位。此外，较高的能耗及成本也限制了GPS在低成本、低功耗领域的应用，在传感器网络中，一般仅用做信标。2.2惯性定位技术与需要使用外界测量信号的各种无线定位技术不同，惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS）仅仅利用安装在载体上的惯性敏感器件获取加速度和角速度等信息，与载体基准方向和初始位置信息相结合，就可自主递推出载体的运动方向、位置以及运动速度。惯性导航不需与外界发生任何声、光、电、磁的联系，具有自主性强、隐蔽性好、可实时定位以及全天候工作等优点，在各种运载体的导航、制导、定位和稳定控制中获得了广泛的应用。现有的惯性导航系统主要有平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两类。其中前者将陀螺仪和加速度计安装在稳定平台上，以平台坐标系为基准测量运载体的运动参数，精度较高，但价格昂贵。此外，由于它采用框架伺服系统，可靠性较差。捷联式惯性导航系统采用数学姿态转换平台，把陀螺仪和加速度计等惯性敏感器直接安装在运载体上，将惯性敏感器输出的量测信息直接送至导航计算机中进行实时姿态矩阵解算，通过姿态矩阵把导航加速度计测量的载体沿机体坐标系轴向的加速度信息变换到导航坐标系，然后进行导航计算。同时，从姿态矩阵的元素中提取姿态和航向信息（如横滚角、俯仰角、航向角等）。在捷联式惯性导航系统中，导航计算机负责完成平台惯导中常平架所具有的稳定平台功能，即用“数学解析平台”取代稳定平台的功能，因此不需要使用稳定平台，具有安装及维修方便、成本较低等优点，应用相对广泛。不过，由于它直接把敏感元件固定在载体上，工作环境较恶劣，导致系统精度较低，需要采取相应的补偿措施。不管惯性器件的精度多高，由于陀螺漂移和加速度计的误差随时间逐渐积累（这是纯惯导系统的主要误差源来源，位置误差累积是时间的三次方函数），惯导系统长时间运行必将导致不可避免的积累误差。因此，目前人们在不断探索提高自主式惯导系统精度的同时，还在寻求引入外部信息的手段，形成组合式导航系统。这是弥补惯导系统不足的一个重要措施。2.3蜂窝网络定位技术在日益增长