摘要:人类利用地磁进行方向辨认和导航亦由来已久,古代人发明的指南车、航海罗盘,都是很好的例证。现如今,随着测量仪器的发展,和对地磁研究的深入,使得地磁定位导航成为了可能。
地磁室内定位技术以其独特的优势在室内定位领域受到广泛关注。通过利用地球的磁场特性,该技术能够实现对室内环境的精准定位。不需依赖卫星导航系统,地磁室内定位在没有GPS信号的地下室、车库等封闭空间也能正常工作。
地磁室内定位原理
地球本身是一个巨大是磁体,在地理南北两极之间形成一个基本的磁场,但这种地球磁场会受到金属物的干扰,特别是穿过钢筋混凝土结构建筑物时,原有磁场被建筑物内金属物质干扰扭曲,使得建筑物内形成一个独特的有规律的“室内磁场”。
而且建筑物内金属结构不发生结构性变化时,室内磁场也固定不变。室内定位技术正是通过采集这种“室内地磁”的规律特征,利用手机端普遍集成的地磁传感器去收集室内的磁场数据,辨认室内环境里不同位置的磁场信号强度差异,从而确认自己在空间的相对位置。
地磁室内定位精度
理论上不同位置的磁场差异性是非常微小的,普通工具无法进行探测,但这种被建筑物改变后的室内磁场,恰恰提升了磁场的差异性,使获取室内数据变的更为有意义,间接性的提升了定位的精度。所以手机获取区域内的磁场特征后,匹配系统中的磁场数据库,完成精确定位,定位精度理想情况下可保持在2米左右。
地磁室内定位的优势
1、无硬件
定位环境不需要部署额外的硬件,完全零施工,也不用采用额外的终端,带有地磁传感器的手机即可部署和体验,不分场景和时间,不需担心设备供电,不需要现场维护等各种问题,方便用户进行大规模推广和应用。
2、无累积误差
作为一种匹配定位算法,地磁导航的误差不会随着时间产生累积效应,非常适合与惯性导航系统进行信息融合,构成组合导航系统,对惯性器件产生的累计误差进行及时的修正。
3、低成本
由于没有了硬件成本,室内地磁定位系统的整体成本也会大大降低。
室内地磁定位的不足
1、地磁数据采集工作
地磁定位技术的使用要始于对现场地磁数据的采集,而且每当室内环境有较大的变动,比如重新装修的情况时,需要重新对现场地磁数据进行采集更新,这相当于给用户带来了较多的工作量。
2、信号干扰
地磁信号本身是容易受到金属物的干扰,室内环境又很难保持一成不变,假如用户周边突然出现驶过一辆汽车,现场磁场受到干扰,对其位置的获取势必有较多影响,因此地磁定位的稳定性值得商榷。
3、初始位置的获取
地磁定位是相对位置,所以单纯依靠地磁来定位是没法立刻获取初始位置的,很多方案都要求用户在使用定位前在室内行走5~8米,以帮助获取初始位置,也有很多方案采取其他定位技术(比如PDR/iBeacon/Wifi)来辅助获取初始位置,这也是室内地磁定位技术最难解决的问题。