今天我們所處的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，手機(jī)成了每個(gè)人的生活標(biāo)配。

這些手機(jī)里，安裝了形形色色的APP，提供了各種服務(wù)，徹底改變了我們的生活。

這些服務(wù)里面，就包括我們今天的主角——定位。

每一個(gè)人，每一件物品，在這個(gè)地球上都有一個(gè)空間位置信息，這就是定位。它非常重要，我們靠它來(lái)找到這個(gè)人或這件物。

自從有人類文明開(kāi)始，地圖就被發(fā)明出來(lái)，用于標(biāo)示位置信息。但是，因?yàn)榧夹g(shù)手段的落后，人們只能通過(guò)參照物來(lái)“佛系”定位。

后來(lái)，有了羅盤(pán)、指南針，人類的定位能力不斷進(jìn)步，定位的精度也不斷提升。

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鄭和下西洋，采用“牽星術(shù)”進(jìn)行定位

進(jìn)入現(xiàn)代之后，隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，定位技術(shù)更是突飛猛進(jìn)。我們幾乎可以丈量和定位世界的每一個(gè)角落。

世界地圖

用于定位的設(shè)備和技術(shù)，也逐步從航海航空、測(cè)繪救災(zāi)、軍事國(guó)防等「高大上」的領(lǐng)域，滲透到普通老百姓的生活，成為不可或缺的組成部分。例如車輛導(dǎo)航、物流跟蹤、交通管理等。

那么，大家平時(shí)使用手機(jī)定位服務(wù)的時(shí)候，有沒(méi)有想過(guò)這些問(wèn)題：

手機(jī)到底如何實(shí)現(xiàn)定位的？工作原理是什么？

大家都知道衛(wèi)星定位，那么，是不是只有衛(wèi)星這一種定位方式？為什么有時(shí)候我們沒(méi)有打開(kāi)手機(jī)的衛(wèi)星定位開(kāi)關(guān)，仍然能夠進(jìn)行定位？

如果我們?cè)谑覂?nèi)，沒(méi)有衛(wèi)星信號(hào)覆蓋，是不是就徹底不能定位了？

…

今天這篇文章，小編就將揭曉這些問(wèn)題的答案。

衛(wèi)星定位

定位，我們通常按使用場(chǎng)景，分為室內(nèi)定位和室外定位。

我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)用得最多的室外定位。

目前最主流的室外定位方式，剛才我們已經(jīng)提到了，就是衛(wèi)星定位。

衛(wèi)星定位，是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量的技術(shù)，也是目前使用最為廣泛、最受用戶歡迎的定位技術(shù)。它的特點(diǎn)非常突出，就是精度高、速度快、使用成本低。

但是，目前世界上只有少數(shù)國(guó)家，具備建設(shè)和維護(hù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的能力。

大家所熟知的，包括：美國(guó)的GPS，中國(guó)的北斗(BDS)、歐洲的伽利略(Galileo)、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)。此外，還有日本的準(zhǔn)天頂系統(tǒng)（QZSS）和印度的IRNSS。

我們就拿使用最為廣泛的美國(guó)GPS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)吧。

GPS，英文全名是Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)。

它起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用，1994年徹底布設(shè)完成。

GPS系統(tǒng)的主要建設(shè)目的，是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)搜集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。

該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星構(gòu)成，其中21顆為工作衛(wèi)星，還有3顆是在軌備用衛(wèi)星。它們共同組成了GPS衛(wèi)星星座。

24顆衛(wèi)星距地高度為20200km，運(yùn)行周期為11小時(shí)58分(恒星時(shí)12小時(shí))，均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)。

正常情況下，在地球表面上任何地點(diǎn)任何時(shí)刻，平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆GPS衛(wèi)星，最多可達(dá)10顆衛(wèi)星。

除了天上的衛(wèi)星之外，當(dāng)然還需要地面的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行配合和監(jiān)測(cè)，也就是地面監(jiān)控系統(tǒng)。

GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)控站。

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理，是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。

我們的手機(jī)，內(nèi)置了GPS模塊和天線，相當(dāng)于接收機(jī)，負(fù)責(zé)GPS數(shù)據(jù)的接收和處理。

這些數(shù)據(jù)被手機(jī)操作系統(tǒng)或APP應(yīng)用軟件（例如百度地圖）調(diào)用，起到精確定位的目的。

小提示：大家如果有興趣的話，可以安裝類似“GPS雷達(dá)”這樣的APP，隨時(shí)查看自己的手機(jī)現(xiàn)在能搜到哪幾顆定位衛(wèi)星：

衛(wèi)星定位這個(gè)東西，涉及到國(guó)家安全，當(dāng)然不能完全依賴于國(guó)外。所以，盡管GPS系統(tǒng)非常成熟，我們國(guó)家還是開(kāi)發(fā)了北斗系統(tǒng)。

截至目前，我們的北斗系統(tǒng)已經(jīng)具備商用能力，配合基準(zhǔn)站，能給客戶提供精確到10米的定位服務(wù)，和GPS不相上下。

同時(shí)，北斗也彌補(bǔ)了GPS的不足，具備短報(bào)文能力（GPS衛(wèi)星是單向廣播的，不具備雙向通信能力，功能略顯單一）。限于篇幅，今天對(duì)北斗不多做介紹，下次專門(mén)開(kāi)專題來(lái)講。

對(duì)于GPS這樣的衛(wèi)星定位系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，影響定位精度的因素主要來(lái)自兩個(gè)方面，一個(gè)是大氣層中的電離層（電離層在太陽(yáng)光的照射下充滿了離子和電子，對(duì)GPS信號(hào)這種電磁波的影響嚴(yán)重），還有一個(gè)是多徑效應(yīng)（以前介紹通信基礎(chǔ)的時(shí)候講過(guò)，因?yàn)榻ㄖ扔绊懀鄙湫盘?hào)和反射信號(hào)抵達(dá)的時(shí)間不同，造成信號(hào)干擾）。

不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，如果天氣OK，GPS的定位精度都不會(huì)太差。

基站定位

好了，說(shuō)完了衛(wèi)星定位，再來(lái)看看地面定位。

說(shuō)到地面定位，大家首先想到了什么？哈哈，是不是雷達(dá)？

確實(shí)，雷達(dá)作為一項(xiàng)搜索定位技術(shù)，廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。但是，畢竟普通手機(jī)數(shù)量非常龐大，加之生活場(chǎng)所障礙物非常復(fù)雜，不管從技術(shù)角度，還是成本角度，都不適合采用雷達(dá)進(jìn)行定位。

那我們采用什么方式呢？

其實(shí)可以用的方法很多，最常用的，是基站定位，也就是常說(shuō)的LBS，Location Based Service（基于位置服務(wù)）。

基站定位的原理和雷達(dá)有相似之處。雷達(dá)定位大家都知道，就是發(fā)射雷達(dá)波，根據(jù)目標(biāo)的反射，進(jìn)行空間位置測(cè)算。

基站定位的話，基站就相當(dāng)于是一個(gè)“雷達(dá)”。

通常，在城市中，一部手機(jī)會(huì)在多個(gè)基站的信號(hào)覆蓋之下。手機(jī)會(huì)對(duì)不同基站的下行導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行“測(cè)量”，得到各個(gè)基站的信號(hào)TOA（到達(dá)時(shí)刻）或TDOA（到達(dá)時(shí)間差）。根據(jù)這個(gè)測(cè)量結(jié)果，結(jié)合基站的坐標(biāo)，就能夠計(jì)算出手機(jī)的坐標(biāo)值。

畫(huà)個(gè)圖，一看就明白了：

清楚了吧，三點(diǎn)一位。

基站定位的精度并不高，誤差大概從100米到上千米。主要誤差原因，是來(lái)自基站的位置和密度。簡(jiǎn)而言之，基站數(shù)量越多，密度越高，定位精度也就越高?；竞褪謾C(jī)之間的障礙物越少，定位精度也會(huì)有所提升。

通常農(nóng)村地區(qū)的基站定位精度低，是因?yàn)檗r(nóng)村基站少，盲區(qū)多，有時(shí)候只有一個(gè)站的信號(hào)，當(dāng)然無(wú)法精確定位了。

一個(gè)站可以定位一個(gè)圈，無(wú)法定位一個(gè)點(diǎn)

除了上面所說(shuō)的基站定位之外，如果你對(duì)定位精度要求不高的話，也可以直接查看手機(jī)當(dāng)前所在的小區(qū)信息，來(lái)確認(rèn)目標(biāo)位置。

我們所有的手機(jī)，只要連接到運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，就相當(dāng)于“登記”在網(wǎng)絡(luò)里。當(dāng)前連接的基站信息，在手機(jī)中都可以查到。

在撥打電話界面輸入 *#*#4636#*#* 查看對(duì)應(yīng)的基站信息

蘋(píng)果的話，輸入*3001#12345#*

在運(yùn)營(yíng)商那邊，也非常容易查到這個(gè)信息。即使你關(guān)機(jī)了，運(yùn)營(yíng)商HSS（負(fù)責(zé)管理用戶數(shù)據(jù)的設(shè)備）都能查到之前你所在的基站小區(qū)。

這種方式查看位置比較快，但是精度就很低，一個(gè)基站覆蓋的范圍，從幾百米到幾公里不等。

Wi-Fi定位

除了基站定位之外，還有一個(gè)大家可能比較陌生的地面定位方式，就是Wi-Fi定位。

沒(méi)錯(cuò)，Wi-Fi也可以定位喲！

也許你會(huì)認(rèn)為，我所說(shuō)的Wi-Fi定位，就是IP地位定位。其實(shí)并不是哦！

大家都知道，每個(gè)人上網(wǎng)，都會(huì)有一個(gè)公網(wǎng)IP地址。這些IP地位，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中都是有注冊(cè)的，例如屬于南京電信或上海聯(lián)通，之類的。

IP地址確實(shí)可以大致追蹤到你的位置（運(yùn)營(yíng)商可以查得更準(zhǔn)確），但是，這種定位也有局限性。一方面，現(xiàn)在很多運(yùn)營(yíng)商都采用NAT技術(shù)，不一定會(huì)給每個(gè)用戶分配公網(wǎng)地址，另一方面， IP地址很容易欺騙，我如果搞一個(gè)代理地址，你看到的IP，可能是美國(guó)的。

我所說(shuō)的Wi-Fi定位，和上面的IP地址定位完全不同，是根據(jù)Wi-Fi路由器MAC地址進(jìn)行定位。

每一個(gè)無(wú)線AP（Wi-Fi路由器）都有一個(gè)全球唯一的MAC地址，并且一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線AP在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)移動(dòng)。

在開(kāi)啟Wi-Fi的情況下，采集設(shè)備（例如手機(jī)）可以搜到這個(gè)無(wú)線AP的信號(hào)，并且獲取它的MAC地址和信號(hào)強(qiáng)度信息。

采集裝置將這些信息上傳到服務(wù)器，經(jīng)過(guò)服務(wù)器的計(jì)算，保存為“MAC-經(jīng)緯度”的映射。當(dāng)采集的信息足夠多，就在服務(wù)器上建立了一張巨大的Wi-Fi信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

當(dāng)一個(gè)設(shè)備處在這樣的網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，可以將收集到的這些能夠標(biāo)示AP的數(shù)據(jù)發(fā)送到位置服務(wù)器，服務(wù)器檢索出每一個(gè)AP的地理位置，并結(jié)合每個(gè)信號(hào)的強(qiáng)弱程度，計(jì)算出設(shè)備的地理位置并返回到用戶設(shè)備，其計(jì)算方式和基站定位位置計(jì)算方式相似，也是利用三點(diǎn)定位或多點(diǎn)定位技術(shù)。

位置服務(wù)商要不斷更新、補(bǔ)充自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

那么，問(wèn)題來(lái)了，這些AP位置映射數(shù)據(jù)怎么采集的呢？

大致可以分為兩種——主動(dòng)采集和用戶提交。

主動(dòng)采集：

谷歌的街景拍攝車，沒(méi)想到吧？它就是一個(gè)采集設(shè)備。它采集沿途的無(wú)線信號(hào)并打上通過(guò)GPS定位出的坐標(biāo)回傳至服務(wù)器。

Google街景拍攝車

用戶提交

Android手機(jī)用戶在開(kāi)啟“使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位”時(shí)，會(huì)提示是否允許使用Google的定位服務(wù)，如果允許，用戶的位置信息就被谷歌收集到。iPhone則會(huì)自動(dòng)收集Wi-Fi的MAC地址、GPS位置信息、運(yùn)營(yíng)商基站編碼等，并發(fā)送給蘋(píng)果公司的服務(wù)器。

和基站定位一樣，Wi-Fi定位在AP密集的地方有很好的效果。如果AP很少，那也很難定位準(zhǔn)確。

總的來(lái)說(shuō)，Wi-Fi這種定位方式的執(zhí)行難度比較大，可用性和準(zhǔn)確性也不高。所以，主要還是一種輔助性質(zhì)的定位手段。

A-GPS定位

說(shuō)到輔助，我們就要說(shuō)到A-GPS了。

A-GPS，Assisted GPS，輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。從名字就可以看出來(lái)，這是GPS的一個(gè)增強(qiáng)功能。

A-GPS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

這個(gè)技術(shù)，就是將GPS定位和基站定位兩種技術(shù)相結(jié)合。

手機(jī)通過(guò)基站大致定位自己的位置，然后把位置告訴AGPS服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)這個(gè)位置信息，將此時(shí)經(jīng)過(guò)你頭頂?shù)男l(wèi)星參數(shù)（哪幾顆、頻率、位置、仰角等信息）反饋給你的手機(jī)，你手機(jī)的GPS就可以快速搜索衛(wèi)星。

采用A-GPS的話，手機(jī)搜星速度大大提高，幾秒鐘就可以定位。

以上，就是常用的室外定位技術(shù)。

其實(shí)，說(shuō)實(shí)話，最靠譜的方式，還是衛(wèi)星定位。大家經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)自己被定位到河里去，多半都是因?yàn)樾l(wèi)星沒(méi)信號(hào)，然后被基站定位和Wi-Fi定位給坑了。。。

室內(nèi)定位

事實(shí)上，像GPS這樣的定位技術(shù)，雖然精度高，但是有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是無(wú)法穿透建筑物，不能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。

但是，人們對(duì)室內(nèi)定位是有強(qiáng)烈需求的。例如地下車庫(kù)，人們經(jīng)常會(huì)忘記自己的車停在哪里。此外，在大型商場(chǎng)人流較多，找人會(huì)存在困難，小孩走失的話，也會(huì)需要定位。

地下車庫(kù)，非?？简?yàn)一個(gè)人的方向感

在工業(yè)方面，也有定位需求，例如廠房?jī)?nèi)的生產(chǎn)線跟蹤，資產(chǎn)管理等。

現(xiàn)在我們都在說(shuō)“萬(wàn)物互聯(lián)”，那么，物在哪里，你總要知道的吧？

IoT，物聯(lián)網(wǎng)

對(duì)于這種室內(nèi)定位需求，我們應(yīng)該采用什么樣的定位手段呢？

其實(shí)，任何一種通信技術(shù)，本身都會(huì)帶有定位功能。就像我們剛才說(shuō)的基站定位和Wi-Fi定位，本身都是通信技術(shù)，但是通過(guò)測(cè)量時(shí)間差，都能夠進(jìn)行位置測(cè)量。

所以，短距離通信技術(shù)有哪些，室內(nèi)定位技術(shù)，就有哪些。

例如，藍(lán)牙定位、紅外定位、RFID射頻定位、超聲波定位、Zigbee定位、UMB定位，全部都屬于室內(nèi)定位技術(shù)。Wi-Fi定位，其實(shí)也一樣適用于室內(nèi)。

Wi-Fi室內(nèi)定位

我們簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)比較典型的吧。

首先，說(shuō)說(shuō)藍(lán)牙定位。

藍(lán)牙，大家都很熟悉，是一種短距離低功耗的無(wú)線傳輸技術(shù)。

藍(lán)牙定位，就是通過(guò)在指定區(qū)域安裝信標(biāo)（可以發(fā)出藍(lán)牙信號(hào)），實(shí)現(xiàn)精確定位。這些比手機(jī)要小的信標(biāo)，每隔幾米放置一個(gè)，能夠與所有裝有藍(lán)牙模塊的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行通信。

藍(lán)牙定位組網(wǎng)

藍(lán)牙定位的優(yōu)點(diǎn)，是設(shè)備體積小、短距離、低功耗，容易集成在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中。只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開(kāi)啟，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位。?

說(shuō)到藍(lán)牙定位，就要提一下iBeacon，這是蘋(píng)果公司2013年推出的一種低功耗精準(zhǔn)微定位服務(wù)。它比以往普通藍(lán)牙技術(shù)傳輸距離更遠(yuǎn)，精度更高。

另外一個(gè)比較受歡迎的室內(nèi)定位技術(shù)，是UWB超寬帶。

超寬帶（UWB）定位技術(shù)利用事先布置好的已知位置的錨節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn)，與新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，并利用三角定位或者“指紋”定位方式來(lái)確定位置。

UMB室內(nèi)定位技術(shù)

超寬帶通信不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒或納秒級(jí)以下的極窄脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，因此具有GHz量級(jí)的帶寬。

由于UWB技術(shù)具有穿透力強(qiáng)、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)，前景也是相當(dāng)廣闊。

限于篇幅，其它幾種室內(nèi)定位技術(shù)，小編就不一一介紹啦

最后，我要提醒一下大家：定位數(shù)據(jù)屬于重要的個(gè)人隱私信息，不得非法獲取，也不能用于違法目的。

大家一定要保護(hù)自己的位置數(shù)據(jù)，千萬(wàn)不要隨意授權(quán)不靠譜的APP獲得你的位置信息，以免帶來(lái)生命危險(xiǎn)。

嗯，今天就到這里啦，感謝大家的耐心觀看，我們下期再見(jiàn)！

編輯：黃飛

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