在葡萄牙刚刚结束的2018微软室内定位大赛(Microsoft Indoor Localization Competition – IPSN 2018)中，由浙江大学王智教授与西伦敦大学的王新珩教授带领的浙大团队（陈敏麟、张磊等同学）以0.7米、0.71米的定位精度包揽了3D组使用声音技术队伍中的前两名，总排名为第四名和第五名。

微软室内定位大赛是国际最著名的室内定位大赛之一，代表该项技术的最高水平。今年的比赛于4月10日至12日在葡萄牙波尔图的证券交易所宫举行，由来自Microsoft Research、Robert Bosch LLC、University of Oxford、Carnegie Mellon University等企业与大学的专家进行组织和评审，真值精度1～2厘米，共吸引了来自全球学术界和企业界的31支队伍参赛。各个团队均投入百分百的实力，以期望达到最高的定位精度。

比赛场地

比赛中，3D组的团队主要采用了超宽带（Ultra Wideband, UWB）和声音（Sound）两种定位技术。其中UWB是一种定制的、价格高昂的高精度定位技术，适用于需要高精度的工业场合，本次比赛的前两名均采用了UWB技术，冠军来自卡耐基梅隆大学的Miller团队；而声音技术以其低成本，兼容智能手机的优势，有望在更多的商业场合得到应用。

比赛结果

在3D组的比赛中，浙大团队带来的AIDLOC和RA2LOC两套系统以0.7米、0.71米的定位精度包揽了使用声音技术队伍中的前两名，总成绩第四名和第五名，是浙江大学在该比赛所取得的最好成绩。

王智老师表示，参赛的两个声音定位系统分别采用了不用的技术，解决了声波在室内传输中所存在的强干扰、多径效应、声音信号遮挡以及由简易元器件所造成的频率偏移等技术难题，在比赛中达到了与UWB相当的定位精度，并且由于其兼容手机的特点，有望成为最有普适性的高精度室内定位解决方案。

团队成员现场讨论解决方案

团队成员合影

文：陈敏麟 王晓轩

背景：全球最烧脑的赛事：微软室内定位大赛

什么是微软室内定位大赛Microsoft Indoor Localization Competition

微软室内定位大赛是全球最重要的两项室内定位大赛之一，从2014年开始举办，每年一届。吸引大量的公司和高校团队的定位团队参加。各个团队在同一块场地，利用各自不同的技术，来展现他们力所能及的最高定位精度。每次比赛主办方将所有的参赛组分成了3D组和2D组，对于2组的定义，3D是立体定位，要在现场部署网络，要上报三维坐标，2D是平面定位，利用现场的WIFI网络或者传感器，只需要上报平面坐标。

一、3D组定位

3D组需要上报三维的坐标，3D组的技术基本上由激光、UWB、超声波等构成。对于3D组中的几乎所有定位技术，基本都是使用TOA定位技术、TDOA定位技术、AOA定位技术这三种原理中之一来实现。

1、 激光定位

2016年的比赛现场出现了非常牛逼的激光定位装置，由场内几台价值昂贵的激光定位装置。主要由一个不停旋转的雷达以及处理终端构成。工程师把这些设备背在身后，激光雷达通常高于人头，并会不停的从360度发射激光。不停在建筑物内行走，就能完成整个场所的3维建模，同时可利用这些数据进行精确的室内定位。通常，这样的设备能达到极高的室内定位精度，误差基本在厘米级，有的甚至可以达到5厘米的精度。

2、 UWB定位

在3D组中，2015年的UWB定位开始崭露头角，2016年的比赛UWB技术占据了大半江山。UWB技术需要部署额外的UWB基站，和对应的UWB标签一起来标定被定位者的位置。从整个比赛的结果上看，UWB的定位误差精度基本上都在1米以内，国内有一家优秀的UWB公司取得了不错的成绩，获得了第三名，成绩是误差在0.29厘米。从使用模式来看，UWB更适合高精度的行业应用。

4、蓝牙iBeacon定位

也有部分的队伍采用这种定位方式来参数，蓝牙定位原理类似WiFi指纹，iBeacon定位比起Wi-Fi定位的好处在于，可以支持iOS系统，并且可以在微信中使用，结合诸如位置营销、优惠劵分发等产生额外价值。其也是当前国内商用定位技术的主流，各大公司都在部署或试图部署自己的iBeacon网络。但就技术层面，原理大抵也和Wi-Fi指纹相似，精度在大致在3-5米。

3、超声波定位

超声波定位的定位原理基本同激光及UWB，只不过信号的载体变成了超声波。一般而言，精度在1米左右。

二、2D组定位

所谓2D组的定位是不允许部署额外硬件设备，要求必须使用智能手机、平板电脑等个人终端作为定位装置。这也使得这样的定位技术更加具有挑战性，也更难以获得高精度。2D组的定位需要上报二维坐标就行。

1、利用现场WIFI的RSSI定位

Wi-Fi定位(iBeacon)的大概原理主要有2种技术方案，一种是需提前获知其AP的位置，然后通过无线信号衰减的物理理论公式，并加上三角定位算法或其他近距离算法，来计算出终端的位置;但由于无线信号在不同环境的衰减并不相同，使得这一方案获得的精度通常具有较高的误差;现在人们普遍使用的定位技术是指纹原理，大概思想是提前在室内的每个位置采集该点的坐标，以及当前能收到的Wi-Fi信号和强度，形成指纹数据库;在定位时，将终端实时到的信号及强度，与数据库中的指纹数据做匹配，相近者则为其大概位置。开发者只需对信号匹配公式进行数学建模，即可完成该算法的开发。各团队的差异基本来自于匹配算法的不同，以及与其他传感器的结合算法等。

一般Wi-Fi定位技术的精度一般在3~5米左右。

所有的基于无线信号强度的定位技术中，有2个因素非常关键，一个是信号源部署密度，另外一个就是无线信号的稳定程度。

2、地磁定位

地磁定位是目前新起的导航技术，是模拟鸽子等生物仿生学的定位方式。

地磁定位是利用建筑内独特的地磁场来作为信号源进行定位，相比起Wi-Fi、iBeacon等，地磁场天然存在，且较为稳定，如果建筑建构不发生大的改变，地磁分布也不会发生改变。建筑内的钢筋结构不同，为每个区域形成了其独特的磁场分布，地磁定位正是利用了这种分布来测算位置。地磁定位技术通常可以达到2米左右的精度。但地磁定位获取初始位置，需要持续行走5-8米左右，这给部分场景带来了一些限制。另外，地磁定位容易受到带磁性的设备，比如汽车等的干扰。

3、 惯性导航定位

惯性导航是仅依据设备的惯性传感器(加速度、陀螺仪等)来进行的导航算法，理论上加速度计2次积分可获得距离、陀螺仪积分可获得角度，由距离及角度，即可知道在特定时间内的行走轨迹。但由于室内定位是人在持有设备，而人的行走姿态比较复杂，加上移动终端传感器的精度受限，加速度2次积分误差较大，所以依照上述方法，误差较大;另外一种替代方案是通过步态检测和深度学习，跟踪一段时间中行走的步数，然后乘以人类的步长，即可获得行走距离;如果该设备绑定在鞋或脚上，这样由人手臂引起的误差即可消除，冠以较高精度传感器，可获得不错结果。但惯性导航的特点在于，短距离内能达到一个比较高的精度，在这过程中没有任何辅助的纠正措施，随着时间的推移，误差会累计增大;如果人行走姿态较为复杂，例如非匀速行走，频繁转身，无意识晃动导航设备等，都会增大误差;且惯性导航无法获知初始位置，所以一般往往用来做辅助导航手段，因此严格的来说，惯性导航并不属于定位技术，而是一种辅助。

通过本次比赛中各个队伍的各种表现，对于今年在比赛中使用的各种技术的优劣，有如下结论：

1、部署定位网络的技术精度远高于2D组;

2、基于无线信号强度的定位，例如Wi-Fi、iBeacon可以通过单点采集大量数据，并对这些数据进行滤波(如kalman滤波)以获得较高精度(1-2米);但此种方式仅适用于单点定位，实时导航的效果就较差;

3、UWB技术从2015年开始显示实力，到2016年能够主宰3D组的比赛，是技术使然，也是历史必然，相比激光定位技术，UWB定位技术不容易收外界环境干扰，定位的精度和激光定位一样都是厘米级别。

2015微软室内定位大赛回顾

2015年的比赛是UWB技术开始崭露头角的那年，Deacwave发布了DW1000芯片组，提供了不可思议的UWB测距和定位技术，而TimeDomain在此基础上研发的UWB系统因此定位精度高，误差低而被评为最佳无线电定位解决方案。

1、微软室内定位大赛背景：

来自44个队伍的48个定位系统入围

28个定位系统晋级

23个系统获得从学院派和工业的角度实际的评估

分成2类

无基础设施，总共7队。他们是没有定位网络的，只能基于会议场地的WIFI和电话传感器

有基础设施的，总共16队。他们是需要部署定位网络的。

2、微软室内定位大赛活动进程：

为期两天的活动

第一天：星期一

团队有7个小时来设置和校准他们的系统

第二天：星期二

要求每个小组提供20个测试点的坐标

测试点的坐标是使用激光测距仪手动测量的

评估制式

20个测试点的平均定位误差

3、微软室内定位大赛场地，2000平方