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[知识讲座] 【重磅】百度地图定位技术揭秘系列文章(第一期)

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senny_hi 发表于 2016-5-6 16:33:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
手机定位实现原理概要介绍



手机定位的价值
目前智能手机的使用已经越来越普遍,手机定位也是手机上的一个核心基础功能。举一个常见的应用如叫车,司机需要知道你在哪里,同时打车软件也需要基于司机和乘客的位置规划一条路线,让司机更高效的行驶到用户这里。这就是典型的定位服务的应用。当然,除去这种应用,用户位置本身的展示,也是地图产品中不可缺少的。
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那么问题就来了,作为app的用户,你可能会好奇这个app是如何知道你的位置;而作为app的开发者,是如何在程序中得到设备当前的准确位置的呢?
这个问题回答起来,太复杂,我们还是先从定位原理上来解释吧!


 楼主| senny_hi 发表于 2016-5-6 16:37:49 | 显示全部楼层
开发者如何实现定位能力
了解了这些定位方式的“开发者实现方式”,开发者恐怕要浑身冒汗了,千千万万的app难道者都如上述说的,“自行维护基站、WIFI数据库”吗?
答案当然是否定的,在实际的工程实践中,主流的做法是两种:

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 楼主| senny_hi 发表于 2016-5-6 16:38:31 | 显示全部楼层
手段之二:调用第三方定位SDK
对于可以公开读取基站、WIFI信息的Android手机系统,国内的百度、高德等地图厂商自行实现了定位SDK,该定位SDK的作用就是通过系统接口读取到原始定位信息,然后借助于各家自行部署维护的数据库,查询到当前扫描到的基站、WIFI的位置,最终计算出更准确的定位结果,通过SDK的接口,返回给开发者。这么做的好处,在于能够让app的定位能力脱离对手机系统的依赖。
举个例子,一个app他如果只是调用系统定位接口,那么在行货手机,由于手机厂商已经把定位的网络服务器重定向为国内定位服务商,所以肯定可以定位,但是在水货手机上因为系统底层是直接连google服务器的,就会无法定位。但用户就是上帝,出现了这个事情在用户看来,就是不能接受的,为了保证app在所有手机上都可以定位,开发者就会不得不使用第三方的独立定位SDK。

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ztmsky 发表于 2016-5-19 00:28:28 | 显示全部楼层
太涨姿势了,可惜不知道其思路或者技巧能否结合在XS侦查应用中不,本人小白,文章虽能读懂,但还是处在懵懂状态,不懂得如何利用,求版主解答
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 楼主| senny_hi 发表于 2016-5-6 16:35:20 | 显示全部楼层
基站信号:
一个手机能够接打电话、收发短信,说明该手机能与附近基站发起交互,收发信号。特别地,对于智能手机,还可以通过系统的接口得到基站ID。正常情况下,每个基站ID是全球唯一的,这样如果扫到了某个基站ID,我们又知道该基站的位置,便能粗略估计设备的位置。
下图是很容易理解的,一个手机能扫描到三个基站的信号,因此其必然在三个基站的共同覆盖范围内。但现实是很骨感的,在现在的智能手机上,只有极少数的手机可以获取到多个周围的基站ID,而且也无法反算出和这些基站的距离,所以这个算法是没有实战价值的。那么在实战中的做法是什么呢?这个我们以后再介绍。
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 楼主| senny_hi 发表于 2016-5-6 16:38:10 | 显示全部楼层
手段之一:调用系统级定位能力
无论哪个系统(IOS、安卓、WP)都提供了一套系统级定位能力,这样的定位能力,对应着是一套系统级API,这个API一般来说,总是会有如下几个精度的选项:
l  高精度:能搜到GPS卫星,则使用GPS定位,否则,则使用WIFI定位,如果WIFI和GPS都无法定位成功,只能根据基站来给出定位结果了。
l  平衡功耗:禁用GPS(因为它非常耗电),优先使用WIFI,如果WIFI不可用,则用基站来进行定位。
l  低功耗(被动定位):根据不同系统的规定,实现方式也不同,但大体上都是共享其他app的定位结果,即其他app以高精度、平衡功耗的方式得到位置,那么这个位置也一并推送给当前使用“低功耗定位”的app,也就是该app不消耗额外的能耗,就完成了定位。
当然,这种系统级定位能力是有着软肋的,软肋在于以下两点
l  在基站、WIFI定位能力上,系统定位能力取决于系统自己在这方面投入数据收集推算的能力,这个是参差不齐的。举个简单的例子,百度和高德在中国采集了成百上千个公共场所的室内定位信息,使之能达到米级的室内定位,苹果做了吗?谷歌做了吗?微软做了吗?他们怎么和国内的服务商拼效果?居然还有人说苹果定位和谷歌地图在国内定位准,我真是醉了。
l  在中国,google的服务不可用,考虑到基站、WIFI定位必须连接服务端发请求,因而Android的系统级定位能力的可用性也会有很大的影响,至少那些“水货”手机,在中国基本就没法调用系统定位服务了,而行货手机,相应的厂商会改造这个API接口的实现,使得其重定向为请求国内某些定位服务商,从而使得这个接口重新变得可用(对开发者来说,他并不需要知道这个API是如何实现的)。
但是,我们不得不承认,在IOS和WP系统上,因为OS没有开放出读取基站和WIFI的接口,因此实际上操作系统的定位能力已经形成了垄断,开发者也就无法实现自主的定位能力。这也会导致在苹果和WP手机上,所有的app在同一时刻的定位误差,都是一样的。

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 楼主| senny_hi 发表于 2016-5-6 16:34:32 | 显示全部楼层
可用于定位的无线信号
很显然,一个功能正常的手机,总是能够受到各种无线信号,这些无线信号的“局部唯一性”,是该设备能定位的关键前提。什么叫局部唯一性?我们再把这些具体的信号来展开解释下你就知道了:
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 楼主| senny_hi 发表于 2016-5-6 16:35:56 | 显示全部楼层
WIFI信号:
现在的智能手机都支持wifi上网了,而我们连接的每个wifi路由器(包括手机做移动热点的那种),都有全球唯一的MAC地址。更重要的是,wifi路由器的部署成本低,因而非常普遍,在一个楼层里就会有很多个wifi热点。因而不难想到,一旦我们有了这个全球每个路由器的实际位置,那么我们就可以确定用户当前的位置。
说到这里,有的朋友会问,如果一个人带着手机,开着移动热点到处行走,那么这种移动热点的mac地址,岂不是就会引起定位的错误?答对了,确实是这样,而且根据统计,这种情形还在愈演愈烈,因此,如何想办法来迅速过滤这种移动热点,是个值得研究的问题。
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 楼主| senny_hi 发表于 2016-5-6 16:36:55 | 显示全部楼层
GPS信号:
如果手机在室外或者窗边,那么就可以接收到天上的定位卫星发射出来的信号,基于这种信号,可以推算手机到每颗卫星的距离、卫星位置,进而推算出手机的位置来。需要注意的是,这个解算是在GPS芯片中完成的,在手机操作系统层面上,可以直接通过API接口得到解算的结果和误差半径。
对于GPS,要注意两点。第一就是GPS的初始定位是很耗时间的,对于老一些的芯片,可能要耗费几分钟才能冷启动定位成功;第二是GPS精度并非是完全可依赖的,在一些地方达到几百米甚至上千米都很正常,这个我们也会在后面的介绍中,细致展开介绍。
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以上三种是最常用的定位方式,此外还有蓝牙/IP /地磁场等手段,对于他们的优缺点,我们汇总如下:
  
定位方法
  
场景
精度
开发者实现方式
GPS
室外或窗边,初次定位需要若干秒锁定等待时间
一般情况下10M内,高楼边和高架下面100M内
芯片实现,系统API提供,开发者直接调用。
基站定位
可以打电话的地方
几百米
系统API提供基站ID获取接口,开发者自行维护基站数据库,自行查询推算位置。
WIFI定位
有WIFI覆盖的地方
几米到几十米均可能,取决于部署密度。
系统API提供周围WIFI的mac地址获取接口,开发者自行维护mac数据库,自行查询推算位置。
IP定位
所有能上网的手机
如果连宽带上网,且宽带IP稳定,则几十米到几百米,否则只能到城市级,在漫游时IP会发生错误。
开发者需要部署一个服务端,在服务端得到手机设备联网的公网ip,并且自行维护一个ip数据库,查询推算位置。
蓝牙定位
有iBeacon部署的区域
5-10M左右,取决于部署密度
系统API提供周围蓝牙信标的设备ID获取接口,开发者自行维护ibeacon数据库,自行查询推算位置。
磁场定位
任意区域。
室内磁场分布多样的区域可达到3M,否则就会变差。
系统API提供磁场强度获取接口,开发者自行维护磁场数据库,自行查询推算位置。注意磁场强度的绝对定位能力弱,须配合WIFI和Ibeacon等绝对定位方式
对于这些定位方法的详细原理,我们会在以后的介绍中,细致介绍。

 楼主| senny_hi 发表于 2016-5-6 16:38:55 | 显示全部楼层
结束语
在本文中,我们讨论了手机定位的价值、各种定位方式的原理与开发者实现定位的工程化手段,希望大家读完本文后,可以结合提示,给出下列问题的回答。
在苹果手机上,微信的定位准、微博的定位不准!(苹果手机的定位能力是谁提供的?)
我们公司搬家了,我在新的公司定位到了老的地方!(先看看你是不是把路由器都带过来了?)
在最新的Nexus6手机上,谷歌地图居然无法定位!(谷歌地图为什么会无法定位?)
在家里居然给我定位到几百米以外了,这个手机太烂了,不是说好GPS精度5米吗?(家里的话GPS可以定位成功吗?)
用陌陌,在三个位置,对同一个好友计算三次距离,即可用“三角定位”锁定好友的位置(如果对方在室内,用的是什么定位?他的定位精确度是多少?你认为这个精度可以做三角定位,还精确到对方的家吗?)
在以后的介绍中,我们会进一步对各种定位硬件的特点、各种定位方式的实现原理进行更细致的揭秘,敬请期待。

杜撰的人 发表于 2016-5-16 17:51:37 | 显示全部楼层
,涨姿势了
lijin3465 发表于 2016-5-19 10:55:01 | 显示全部楼层
senny_hi 发表于 2016-5-6 16:38
结束语在本文中,我们讨论了手机定位的价值、各种定位方式的原理与开发者实现定位的工程化手段,希望大家读 ...

百度定位对模拟定位是一直关闭了吗?测试setEnableSimulateGps  这个开关无效。
百度开放君 发表于 2016-5-19 14:01:28 | 显示全部楼层
关于定位技术原理揭秘的系列文章及百度地图技术揭秘系列文章都会在“百度地图技术团队”这个公众号推送,请大家密切关注 百度地图技术团队.jpg
rrrrxx 发表于 2016-5-31 16:31:02 | 显示全部楼层
差不多都是已经了解的内容
barcelong 发表于 2016-6-1 16:02:55 | 显示全部楼层
好牛的讲解,我一直不知道其它方式要自己维护数据的。
智能感知001 发表于 2016-11-19 23:18:24 | 显示全部楼层
ztmsky 发表于 2016-5-19 00:28
太涨姿势了,可惜不知道其思路或者技巧能否结合在XS侦查应用中不,本人小白,文章虽能读懂,但还是处在懵懂 ...

这方面我有经验。
赤備大将军 发表于 2016-12-16 11:28:20 | 显示全部楼层
涨姿势的好帖~

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