山西信息规划设计院有限公司 张逢飞

我国已进入了5G时代，物联网系统精确定位技术已经在各个行业普及，这对人员或设备定位具有非常重要的作用。本文以5G时代物联网系统精确定位技术概述为切入点，首先介绍了5G时代物联网系统的基本情况，详细梳理了定位技术的发展，总结并对比分析各类定位技术的原理和特点，然后阐述定位技术在智能交通、物流、医疗等物联网行业领域的应用现状，最后基于市场发展预测定位技术在物联网中的应用发展前景，并从技术演进角度分析定位技术在物联网环境下发展所面临的挑战。

1 5G时代物联网系统的精确定位

近年来，第五代移动通信系统5G逐渐成为各界人士研究的热门。5G发展主要从两个方面展现：第一，以长期演进技术为主的第四代移动通讯系统4G已全面商业化应用，对下一代技术的探讨提出日程；第二，移动数据需求量大幅度增长，现有移动通信系统很难满足未来需求，急需全面普及新一代5G系统。5G发展来源于社会对移动数据日益增长的需求，随着移动互联网发展，越来越多的设备网络中，出现种类越来越多的新服务和应用。经过有关人员调查发现，最早在2018年全球移动用户就已经突破32亿，如果按照目前移动网络发展趋势，其内在容量将会无法满足流量增长，也无法接受高昂的成本。因此，5G基站应运而生，它主要是为了给5G网络提供服务。按照逻辑功能可将基站分为基带单元和射频单元，两个不同单元之间是通过CPRI以及eCPRI来进行连接。2021年10月19日，电信部新闻发言人、运行监测协调局局长罗俊杰表示，目前我国5G基站已超过一百万个，终端连接已接近4.5亿户。而物联网精确定位能给井下工作人员提供精确定位，便于在发生事故后，有助于工作人员实施应急救援，同时在管理人员作业、建设矿井方面具有非常重要的作用，能给其提供重要的位置信息。

2 系统架构

从技术结构层面来看，物联网主要是由网络层、应用层、感知层三个层面组成。其中，感知层与人类神经末梢功能相似，对物体形状进行感知，同时收集所需要的信息，这其中涉及的范围较广，如音频、化学量、物理量等，并将所收集的信息传输给其他设备。网络层与大脑中枢神经功能一致，主要进行专业的数据收集与传递，是促进物联网交流的重要方式。而应用层是连接物联网与用户之间重要渠道，可根据不同行业发展需求，设计多样化功能，如服务平台、应用支撑平台等。在信息化时代背景下，物联网技术逐渐普及到每个行业，如医疗、学校、物流等，给这些行业带来极大的便利。

图1是精确定位系统在矿井中的应用。井下环境十分特殊，能见度极低，重岩下落几率较大，甚至可能出现易燃易爆有毒气体，这些因素增加了救援难度。因此，我国充分借鉴国际物联网技术，有效解决井下设备和工作人员定位问题。随着我国针对物联网技术研究不断深入，为矿井井下定位提供了可靠的保障。

图1 井下精确定位系统架构图

3 定位技术在物联网中的应用

3.1 智能交通

正常情况下，智能交通是以交通服务设施和基础设施为核心环节，再将物联网处理、信息采集、传输等技术进行多次融合，最终完成汽车与汽车、交通设施之间的通讯工作，为其他人员提供多样化智能服务。从智能交通方面而言，现阶段大部分交通服务都十分依赖车辆位置信息。因此，研究人员可利用A-GPS、GPS等技术来提高车辆实时定位能力，给驾驶人员提供距离最短的行驶路线。而车载导航系统在经历了第一、第二代自助式导航和多媒体导航后，正在朝第三代无线通信导航发展。第三代导航系统能合理利用无线通信技术，给驾驶员提供丰富的道路路况信息，为司机提供最短的出行路线，实现梳堵式导航，尽可能指挥车辆偏离拥堵路段，实现远程故障诊断、防盗、救助等作用。

3.2 智能物流

在实际运用过程当中，智能物流是以物联网技术作为基础，将其智能技术彻底融入到物流行业中，通过最先进的传感技术来获取运输环节、货物存储环节等方面的信息，再利用通信功能将数据传输到数据处理中心，对各种信息进行最专业的分析和处理，为物流管理提供最便捷规划、最合理的决策，有效提升物流运输效率，控制物流成本，实现真正物流信息化发展。智能物流化能有效锁定货物位置信息，而定位技术作为智能物流当中的重要环节，在整个过程当中发挥着极其重要的作用。近年来，随着定位技术不断普及，定位技术被应用于各个环节，如物流车辆监管、仓储管理、货物跟踪等方面。物流公司大多会在货物内安装传感装置，来获得货物的准确位置信息，同时在货物出入仓装卸和经过运输线检查点时，也会收集相关信息，便于监控货物的位置，避免出现物品遗失、误送等问题。除此之外，不仅物流公司能够及时获取货物位置信息，客户同样能利用互联网来获取货物位置。现阶段货物定位信息主要是通过条形码和RFID两种方面来实施，但由于RFID标签成本过于高昂，目前在市场上的占有率较低，再加上其存在条形码识别距离较短、识别成功率较低，必须要人工进行逐一检查，这在一定程度上给物流速度带来极大影响。

3.3 智能矿井定位

（1）矿井精确定位结构

井下安全是矿井工作的重中之重，一旦出现任何问题会给矿井作业人员生命带来严重威胁，因此，必须要提高矿井井下的安全性，使其有利于井下工作人员工作安全，在发生事故后，便于救援人员对井下作业人员实施应急救援。矿井井下布置有三种节点特征，如作业人员动态感知节点、大型设备节点、信息传输和感知汇聚节点，都是以多种感知为基础，可为矿井井下安全提供丰富的信息数据，还有效完成了信息传输汇聚，将需要传输的信息数据通过特殊的方式传递给井下大型设备和工作人员。传感技术主要是以传感器作为基础，来收集各方面的信息，如物理信息、生物信息、化学信息等。经过有关人员研究发现，将传感器技术应用在物联网当中，有以下几方面的优势：第一，传感器能以数字技术为载体，将信息转换成为数字从而传递出去，让传递信息量大幅度减少，从而提高传递效率，同时还能提高信息的准确性与完整性。第二，多功能化。在信息化时代背景下，传感器种类多样化，并且可以根据用户要求创新传感器类型，确保各种功能作用能完全发挥。第三，网络化。网络化是通过传感器技术和网络技术，有效收集相关信息数据。感知层由汇聚节点、各种传感器、感知节点等环节构成。传感器一般负责井下数据采集工作，而感知节点负责传输和分析所感知的数据；井下传感器则是由一氧化碳传感器、温度传感器、瓦斯传感器等部分组成，在以上传感器当中，只有视频传感器、人体传感器、井下工作人员WIFI指纹与定位有一定关系。网络层则是通过井下汇聚节点与路由器进行连接，有利于其对矿区各部分进行管理（如图2所示）。

图2 井下精确定位系统硬件分布图

（2）定位算法

为了确保定位精确度，要利用多样本特征提取技术来完成井下作业工作人员和设备的精确定位。人员的特征来源于视频传感器、人体传感器、WIFI指纹的信息数据，将数据信息与井下位置三维地图数据库相结合，能得到实时位置变换矩阵，从而确定实时位置信息，再利用协同定位算法，能精确算出设备设施、井下作业人员三维坐标，整个过程如图3所示。

图3 多源多视角特征提取井下协同定位处理框图

从传统多源感知数据能及时取得大量具有位置特征的实时信息，可辅助设备来获取工作人员实时位置，再结合多源特征数据库，利用多源多视角精确协同定位算法，可以得到井下设备精确定位，从而达到实时精确定位的作用。

4 定位技术在物联网中的发展前景

目前，我国物联网产业经历了技术创新、服务创新、应用创新等时期，已成长为超过万亿的大规模产业。而定位技术作为物联网当中的重要技术，带来巨大的社会效益和经济效益，预计在2022年整体个人市场规模超过100亿。随着物联网行业不断发展，定位技术作为物联网重要组成部分，在各个行业都发挥着极其重要的作用，并且出现不同发展趋势。随着定位技术不断普及在物联网行业内，新兴应用对定位的需求已超出传统的室外应用场景，对室内定位和不同环境的混合定位方面提出了更多更高的要求，如车辆行驶时的室外导航、室内停车场的车位引导等。在以上这些应用当中，涉及到GPS、5G定位、WiFi、RFID等定位方式。要想要完全实现这些应用场景，就要在确保成本的前提下，按照用户身份、出发地和目的地等数据信息，构建健全的定位机制，才能做到满足各种用户要求。

传统定位技术在正常情况下能实现10～100m定位精度，随着各种新型应用的出现，经过创新后，其定位技术能完成5m～10m以内的精确定位。随着定位精度不断提高，将衍生出各种新型应用，甚至会给互联网带来较大变革。目前我国也在积极加强精确定位前沿技术研究，如天基定位技术、北斗地基增强设施等，通过地面卫星辅助定位设施可以将定位精度提升到厘米，甚至是毫米。

结论：在5G时代背景下，精准定位作为5G系统的重要环节，已逐渐普及到各个领域，如智能物流、无人驾驶、智慧工程、矿井工程等，给这些行业带来质的蜕变。为了适应物联网未来发展趋势，未来定位技术要结合不同物联网技术，有效融合各种类型的网络和定位技术，不断提高定位应答速度和进度，才能扩大定位技术的应用范围。