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解密定位技术的算法升级、热门研究方向、多模融合

发布于:2024-06-18 编辑:匿名 来源:网络

去年12月,华为推出AIoT生态战略,今年3月,小米成立AIoT战略委员会,强化智能IoT业务布局。

由此可见,人工智能与物联网的结合已成为物联网未来发展的重要方向。

我们知道,无论是人工智能还是物联网,都离不开海量数据的分析和处理,而位置定位是智能化和自动化的基础。

目前行业发展状况如何?雷锋网了解到,由于定位行业下游应用相对碎片化、垂直化,且定位应用本身难以复制,行业呈现出各种定位技术百花齐放的景象。

江苏唐恩科技有限公司(简称:唐恩科技、DONN),成立于2007年,推出基于UWB、激光、视觉、卫星等技术的高精度定位产品及行业解决方案,并与南京大学合作与南京市政府合作设立并运营南京智能制造软件新技术研究院。

该研究院于2015年开始运营,拥有精准定位、智能视觉、自动驾驶、机器人、身份识别、深度学习、大数据分析等软件新技术。

开发了基于无线、激光、视觉的精准定位产品,针对特殊应用。

针对应用场景推出多模融合定位系统。

UWB定位在行业中的应用及算法升级 UWB(Ultra Wide Band,超宽带)作为近年来兴起的高精度定位技术,与传统通信技术有很大不同。

它不使用传统通信系统中的数据载体,而是通过发送和接收纳秒或微秒级别的极窄脉冲来检测时间。

中心频率可以是3.1~10.6GHz,目前使用M.以上的频率带宽。

美国、日本、英国等发达国家正在研究UWB技术。

现阶段该技术已广泛应用于室内无线定位领域,尤其是工业领域。

UWB技术具有传输速率高(可达Mbps以上)、发射功率低、穿透能力强等特点。

无论是考虑定位精度、实时性、稳定性、容量等,完全满足工业应用中的“硬核”标准。

探根科技总经理李军表示,“工业场景中的定位服务主要对人员、工具、物料车辆、成品、半成品等各种生产要素进行定位。

相比其他定位技术,UWB技术更适合针对室内环境中需要高精度定位的应用场景,如制造工厂、发电厂、物流园区、隧道走廊等。

“UWB定位系统可以为企业提供准确的位置信息,帮助他们更好地管理人员和物资。

管理。

例如,帮助化工、电力、能源行业解决作业区域人员分散、承包商管理困难、监督检查无法约束等行业痛点。

此外,还可以帮助制造业解决物料、车辆位置信息不明确、无法高效统一调度的问题。

以及工人管理上的困难。

对于UWB定位技术为何具有如此高的精度,雷锋网了解到,从底层定位技术来看,用于定位的信号源必须具有很大的带宽。

带宽越大,定位精度越高;如果带宽太小,系统的定位精度就会低。

这是一个基本原则或者说基本限制。

目前UWB信号的带宽一般为1G。

例如,中心频率为6G,发射的无线电波可以具有5.5G至6.5G的带宽。

利用这样带宽的信号进行定位计算,可以实现高精度定位。

利用UWB技术进行定位时,可能存在针对二维空间或三维空间的定位。

一般来说,UWB定位技术有以下几种算法: TDOA(Time Difference of Arrival,时差定位法):利用到达时间差进行定位时,测量确定标签信号到达不同基站的时间差。

站,并使用多组时间差。

,通过二次函数交集求解算法,可以确定信号发射源(标签)的位置。

TOF(Time of Flight):基于测距的定位方法,需要定位标签和各个基站发起测距。

测距完成后,计算位置。

零维模式下,只需用一个基站测量距离;一维模式下,需要至少两个基站进行距离测量;二维模式下,至少需要与三个及以上基站进行距离测量;在特殊模式下,可以测量与两个基站的距离等。

AOA(Angle of Arriva):基于相位差法,计算信号到达基站不同天线的角度,并得出信号的大致位置可以计算定位标签。

该算法一般不单独使用。

由于AOA涉及角度分辨率问题,如果单纯使用AOA进行定位,距离基站越远,定位精度就越差。

在唐恩科技主导的淮南电厂UWB定位项目中,需要同时对二维空间和三维空间进行定位。

发电厂的锅炉一般高达十多层楼。

我们不仅需要将各层楼梯定位在锅炉旁边,还要将相邻楼层之间的楼梯部分定位,以便工作人员能够到达电厂的锅炉。

所有附近的移动情况都会实时显示。

李军表示,由于电厂锅炉附近的定位环境没有楼层隔开,当某一楼层安装定位基站时,会对其他楼层造成信号干扰。

信号从上到下穿透,定位时难以区分楼层位置。

特别困难。

利用UWB技术进行定位时,通过随机森林分析算法和TOF测距算法,可以从信号时间差和信号强度上实现高精度定位。

一般来说,UWB技术实际应用时,精度约为30至50厘米。

通过在定位算法中引入神经网络和机器学习技术,系统的精度可以稳定在十厘米以内。

“随着某个定位站点的目标定位数据和定位环境数据不断上传到服务器,系统将不断使用新的数据来训练定位系统模型,训练定位解决方案模型更加智能和高效,并且然后回到现场Go,让系统使用新的模型来做定位,通过这种方法,可以让定位系统越来越精准。

”根据不同的场景需求,将流行的定位技术和研究方向运用到物联网应用中。

技术有很多种,未来定位技术的趋势是朝着更高的精度、更长的电池寿命和更大的容量发展。

从定位所使用的信号源来看,可分为卫星、UWB、蓝牙、可见光、视觉、Wi-Fi、ZigBee、RFID、卫星定位等。

李军表示,“从应用角度看,四大技术卫星、UWB、蓝牙、惯导等应用广泛,且各有其应用领域;而从研究强度来看,可见光定位和视觉定位受到的关注度较高,但目前两者都处于大学和科研院所的研究阶段。

“卫星定位技术是最直接、覆盖范围最广的户外定位技术。

卫星定位是通过接收卫星提供的无线信号来进行的。

主要卫星定位系统包括美国全球定位系统(GPS)、中国北斗卫星导航系统、俄罗斯格洛纳斯系统和欧洲伽利略(GALILEO)系统。

其中GPS系统是现阶段应用最广泛、技术最成熟的卫星定位技术。

GPS全球卫星定位系统由空间部分、地面控制部分、用户设备部分三部分组成。

雷锋网了解到,随着5G进入商用实施阶段以及LoRa、NB-IoT等LPWAN技术的成熟和普及,这些新的连接技术很可能会对现有的卫星定位技术产生非常好的支撑作用,使得未来的户外定位技术更加完善。

与目前室外卫星定位一统天下的局面不同,各种室内定位技术正在百花齐放。

此外,室内定位还面临许多独特的挑战。

例如,室内环境非常动态,室内布局多样,室内环境更加精致。

蓝牙定位基于蓝牙定位技术,于2017年左右开始应用于室内监控定位领域。

2019年7月,蓝牙Mesh正式推出。

一年半的时间里,已有10余款具有蓝牙Mesh网络功能的产品获得认证。

只要设备的蓝牙功能打开,就可以定位。

另外,蓝牙传输不受视线影响,但对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰较大,且蓝牙器件和设备相对昂贵。

据《蓝牙市场最新资讯》称,定位服务已成为增长最快的蓝牙解决方案,未来五年其年复合增长率预计将达到43%。

惯性导航定位早在二战期间,德国冯·布劳恩就将惯性导航技术应用到了V-2火箭的制导中; 2000年,惯性导航系统从军用走向民用,国防科技大学宣布研制成功,研制出“基于微惯性导航的自主人员定位系统”,可以在一定环境下实现精确定位没有卫星导航信号。

其工作原理基于牛顿力学定律。

通过测量载体在惯性参考系中的加速度,对时间进行积分,变换到导航坐标系中,就可以得到导航坐标系中的速度和偏转。

角度和位置信息实现定位。

导航定位在当前热门的无人驾驶技术中,惯导定位技术是其导航系统中不可缺少的一部分。

除了填补GPS因信号丢失而留下的空缺外,它还可以与GPS一起为激光雷达创造空间。

位置和脉冲发射姿态提供高精度定位。

最后,关于光定位和视觉定位技术,目前主要处于大学和科研院所的研究阶段。

首先是灯光定位。

该研究方向的可见光定位和激光定位是目前成熟的技术方向。

定位精度可达毫米级。

但缺点是光传输过程中必须没有障碍物。

比如HTC的Lighthouse室内定位技术就是激光扫描定位技术。

它利用墙上的两个激光传感器来识别佩戴者佩戴的身体上的位置跟踪传感器,从而获得位置和方向信息。

具体来说,Lighthouse室内定位技术不需要使用摄像头,而是依靠激光和光敏传感器来确定移动物体的位置。

HTC Vive 头盔和控制器上有 70 多个光敏传感器。

当激光扫描时,头盔开始计数。

传感器接收到激光后,利用传感器位置与接收激光的时间之间的关系来计算相对于激光发射器的精确位置。

如果激光束同时照射到足够多的光敏传感器上,就可以形成3D模型。

不仅可以检测头盔的位置,还可以捕获头盔的方向。

二是视觉定位。

该技术基于摄像头捕捉周围的物理环境,为机器人提供更精确的定位。

主要研究方向为精确识别与定位。

该技术不仅具有更精准的定位精度,而且在平台投资成本方面也具有巨大优势。

预计在不久的将来,该技术将应用在更多智慧物流平台上,成为智慧物流领域的标准。

定位技术前景分析与多模式融合 如今,定位技术的应用场景越来越复杂。

大型超市、化工厂、各类工厂、停车场、综合医院、机场等对定位导航的需求越来越大。

例如,大型超市寻求室内定位技术,为前来购物的消费者提供实时引导服务,同时根据消费者的位置提供相应的营销服务;而高风险化工厂则采用人员定位管理,减少或避免安全事故的发生;此外,隧道、城轨工程还存在人员安全管理和考勤问题。

由于工程环境复杂、人员众多,这给项目管理带来很多不便。

它还会影响重要的隧道地段(如人员出入口孔+隧道掌子面)。

通过对作业路段的人员进行精确定位,可以根据施工的危险程度确定相应的定位路段,在保证效果的同时可以有效降低方案成本。

在一些工业、特种人员等室内定位领域,几乎都是采用UWB技术来实现定位。

对于一些商场、超市等To C场景的定位来说,这些应用中的定位技术大多基于蓝牙技术。

一般来说,蓝牙定位精度可以达到米级。

目前,基于该技术的定位基本可以满足商场、超市等场景的要求。

李军表示,“对于To C场景定位技术的未来来说,市场前景较好的技术要么是视觉定位,要么是可以在手机上实现定位的技术,比如蓝牙。

随着技术的进一步发展,如果UWB也可以投入到手机中,所以我相信UWB可以像在工业场景中一样在To C中得到广泛的应用。

”现阶段,很多定位技术应用案例都有很多大规模的系统,市场需求也使得。

就这样。

我们不能只解决部分问题,但必须能够解决全部问题。

然而,仅依靠一种定位技术不一定能解决所有问题,因此必须将多种定位技术集成或组合起来,形成综合解决方案。

在唐恩科技与上海振华港机公司联合开发的全自动码头项目中,项目中的AGV需要实现全程精准定位,这意味着需要集成多种不同的定位技术来解决这一问题。

可以在本地解决,但单纯依靠GPS无法满足要求。

最终的定位方案不仅包括卫星定位、UWB定位、激光定位,还包括视觉定位。

在码头作业时,卫星信号很可能在某些区域被遮挡,因此单纯利用卫星定位的稳定性无法满足要求;添加UWB定位技术后,可以提供小范围高精度定位。

目前精度可以达到5cm以内;视觉定位主要用于AGV避碰,但视觉定位也有缺陷,当距离较远或刮风、下雨、天黑时其工作状况会受到影响;另外,激光定位的加入,可以进一步保证AGV的精准定位和防碰撞安全。

李军表示,“如今,想要真正解决用户的问题,往往会涉及到多种定位技术的融合。

我们必须掌握两种或两种以上的定位技术,才能为用户提供更加完美的解决方案。

”解决方案。

“定位行业下游应用比较分散、垂直,所以定位行业没有出现巨头公司。

雷锋网了解到,下游应用比较分散、垂直,没有龙头公司。

原因是,定位应用本身的服务是难以复制的,这意味着众多定位公司能够生存下来,共同推动定位技术的发展,更好地满足行业的应用需求。

基于定位技术的位置服务将遍及各行各业,而位置数据将成为当今大数据分析的重要组成部分,定位技术作为互联网感知层的三大数据入口之一。

物联网,已经离不开万物互联的很多应用场景。

除了文中提到的定位技术之外,目前定位技术有几十种甚至上百种,每种定位技术都有自己的适用场景。

说到工业领域的定位,很多人都会想到UWB;说到室外定位,很多人都会想到卫星;而说到一些To C场景的定位,人们往往会想到蓝牙。

解密定位技术的算法升级、热门研究方向、多模融合

然而,随着应用场景的复杂化和多样化,很多时候厂商想要真正解决用户的问题,仅依靠一种定位技术很难达到预期的效果。

他们必须掌握多种定位技术才能为用户提供相对完美的解决方案。

解密定位技术的算法升级、热门研究方向、多模融合

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