? 近年來隨著控制算法的研究進展，無人機、無人車等智能機器人在各領域中發展迅速。研發人員在對智能機器人進行相關研究時，通常需要完成室內環境下的模擬調試實驗，在這些實驗中，確定各智能體自身定位以及與其他智能體的相對位置，即進行精確定位，是十分重要的。

室內定位算法原理

? 目前的定位算法從原理上來說，大體上可以分為以下三種。

? 一、鄰近信息法：利用信號作用的有限范圍，來確定待測點是否在某個參考點的附近，這一方法只能提供大概的定位信息

? 二、場景分析法：測量接收信號的強度，與實現測量的、存在數據庫的該位置的信號強度作對比。

? 三、幾何特征法：利用幾何原理進行定位的算法，具體又分為三邊定位法、三角定位法以及雙曲線定位法。

? 根據上面介紹的定位算法，衍生出了多種室內定位技術。目前的定位技術多要借助輔助節點進行定位，通過不同的測距方式計算出待測節點相對于輔助節點的位置，然后與數據庫中事先收集的數據進行比對，從而確定當前位置。

? 室內定位主要流程為首先在室內環境設置固定位置的輔助節點，這些節點的位置已知，有的位置信息是直接存在節點中，如射頻識別（RFID）的標簽，有的是存在電腦終端的數據庫中，如紅外線、超聲波等。

? 然后測量待測節點到輔助節點的距離，從而確定相對位置，使用某種方式進行測距通常需要一對發射和接收設備，按照發射機和接收機的位置大體可以分為兩種：一種是發射機位于被測節點，接收機位于輔助節點，例如紅外線，超聲波和射頻識別（RFID）；另一種是發射機位于輔助節點，接收機位于被測節點，例如 WiFi、超寬帶（UWB）、ZigBee。

室內定位技術對比

? 下面具體介紹八種室內定位技術所涉及原理與優缺點。

? 一、WiFi定位技術，定位方法是場景分析法，其定位精度由于覆蓋范圍的不同，可以達到2-50m。優點是易安裝、系統總精度相對較高，缺點是指紋信息收集量大、易受其他信號干擾。

? 二、視頻識別（RFID）技術，定位方法是臨近信息法，其定位精度在5cm-5m之間。這一方法的優點是精度較高、造價低、標識體積小，缺點是定位距離短、不便于整合。

? 三、ZigBee定位技術，定位方法是臨近信息法，定位精度在1-2m。優點是低功耗、低成本，缺點是穩定性低、受環境干擾。

? 四、紅外線定位技術，定位方法是臨近信息法，定位精度在5-10m。優點是定位精度較高，缺點是造價高、功耗大、受燈光影響。

? 五、超寬帶定位（UWB），定位方法是三邊定位法，定位精度在6-10cm，優點是穿透性強、精度較高、功耗低，缺點是造價比較高。

? 六、超聲波定位技術，定位方法是三邊定位法，定位精度在1-10cm。優點是精度較高、結構簡單，缺點是多徑效應、受環境溫度影響、信號衰減明顯。

? 七、慣性定位法，是利用慣性傳感器采集到的運動數據，如加速度傳感器、陀螺儀等測量物體運動速度、方向、加速度等信息，通過積分定位方法或者基于航位推測法，經過運算后得到物體的位置信息。其優點是不依賴外界環境，缺點是隨著行走時間的增加，慣性導航定位存在累計誤差，所以一般是與其他傳感器數據融合使用。

? 八、NOKOV室內定位技術，主要用于實時準確測量，記錄物體在真實三維空間中的運動軌跡或姿態。其光學式動作捕捉系統利用多個高速相機，從不同角度監視和跟蹤待捕捉目標上的標志點，根據計算機視覺原理，可以從多個高速攝像機的連續圖像序列里，確定某個點在空間中的位置和運動軌跡，獲取得到的實時剛體位姿數據通過SDK發送到無人機地面站，地面站輸出控制命令進一步控制無人機的運動。考慮到不同的實際情況，動作捕捉工作站也可以將實時剛體位姿數據通過SDK，發送到無人機的控制芯片，利用無人機進行解算數據，實現自主協同控制。

? 通過對比可以發現，在所有室內定位技術中，精度最高的當屬動作捕捉技術，其測量精度高達亞毫米級。NOKOV動作捕捉系統可以獲取目標物的位置、姿態以及速度、加速度等信息，具備技術成熟度高、精度高、采樣頻率高等優點，適用于有高精度定位需求的研究。

NOKOV動作捕捉數據作為真值用于算法驗證

? 對于一些自主導航無人機，如利用激光雷達、雙目攝像頭、深度攝像頭、光流傳感器等機載傳感器作為定位避障的方案，NOKOV動作捕捉系統獲取的數據不參與飛行控制，只提供高精度參考標準位置信息用于分析結果。

? 例如在同濟大學建筑與城市規劃學院開發的無人機集群自主建造系統中，就使用了NOKOV動作捕捉系統。建造系統整體由無人機空間位姿反饋和地面站軌跡規劃控制兩部分組成，系統定位需求分為兩個部分：位姿控制和全局定位控制。盡管NOKOV動作捕捉系統可以對室內剛體進行姿態的解算，且解算精度比機載慣性測量單元好，但由于系統內置的慣性測量單元足以支撐剛體的姿態估計，所以在位姿控制部分，使用的是無人機控制領域常用的解決方案，即利用機載的姿態傳感器、磁力計、氣壓計和空速計等傳感器系統綜合處理無人機實時的局部姿態信息。系統的全局定位控制采用了基于光學紅外相機的NOKOV動作捕捉系統，代替室外常用的GPS定位系統對無人機的實時位置進行跟蹤，以滿足室內無人機穩定懸停的作業要求，同時將無人機坐標信息傳回地面站計算機的可視化界面。

? 這種基于NOKOV動作捕捉系統的無人機自主建造實時控制系統和可視化界面平臺，驗證了無人機用于離散化結構建造的能力，同時利用空間鑲嵌原則提出了無人機砌筑的整體結構形式和離散單元體形式，這一系列成果都為空中集群智能體自主建造提供了進一步的研究思路和方法。