樓層定位，是如何實(shí)現(xiàn)的？

最近這段時(shí)間帶娃在外地旅行，使用兒童電話手表（小天才的Z10）比較多。

在查看手表App的時(shí)候，我突然發(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的細(xì)節(jié)，那就是在App的定位界面，竟然可以看到娃所在的建筑樓層：

作為一個(gè)通信工程師，我立刻察覺到其中的不簡單。

眾所周知，電子設(shè)備的常用定位手段，包括GPS、北斗、Wi-Fi、基站、藍(lán)牙、UWB等幾種。

GPS、北斗，屬于GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）定位。通過接收來自衛(wèi)星的信號(hào)，結(jié)合內(nèi)置的定位芯片和算法，可以解算出自身的位置信息，精度達(dá)到米級(jí)。

Wi-Fi、基站等，屬于地面網(wǎng)絡(luò)定位。它們依據(jù)周邊的無線信號(hào)特征，通過一定的算法解算出設(shè)備的位置。這種定位技術(shù)通常是衛(wèi)星定位的補(bǔ)充和輔助。

藍(lán)牙、UWB，是短距離通信技術(shù)。最近這幾年，經(jīng)常被用于進(jìn)行室內(nèi)定位。

大家都知道，建筑內(nèi)部的衛(wèi)星信號(hào)很弱，往往無法借助衛(wèi)星進(jìn)行定位。采用地面網(wǎng)絡(luò)定位的話，精度又比較差。即便是實(shí)現(xiàn)了定位，也是二維平面定位。

那么，為什么小小的兒童電話手表，卻可以做到難度極高的立體樓層定位呢？它采用的是什么技術(shù)？

帶著這個(gè)疑問，我詳細(xì)地查閱了相關(guān)資料。最后，在一份技術(shù)專利說明書上，我找到了答案。

這份名為“基于氣壓計(jì)樓層定位方法、裝置及智能手表”的創(chuàng)新專利（專利號(hào)：202210439105 .1）由廣東小天才科技有限公司提交于2022年4月。其中明確指出——

“可以基于氣壓傳感器能夠感知不同樓層間氣壓差異的特性，建立起氣壓值與樓層之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)樓層的定位判斷。”

這個(gè)專利的思路非常具有創(chuàng)新性。事實(shí)上，它采用了氣壓傳感器，但又不僅僅是氣壓傳感器，還融合了一些特別的算法，甚至引入了大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)。

我們來看看詳細(xì)的原理和過程：

首先，在設(shè)備中內(nèi)置氣壓計(jì)。根據(jù)氣壓計(jì)采集到的氣壓數(shù)據(jù)變化，可以判斷設(shè)備所處的樓層是否發(fā)生變化。

當(dāng)變化趨于穩(wěn)定，則意味著設(shè)備停止移動(dòng)。此時(shí)的樓層，被認(rèn)為是“基準(zhǔn)樓層”。設(shè)備會(huì)記錄基準(zhǔn)樓層對(duì)應(yīng)的氣壓值，即“基準(zhǔn)氣壓值”。

然后，用戶進(jìn)行垂直移動(dòng)（坐電梯或爬樓梯），到達(dá)新的穩(wěn)定位置，設(shè)備會(huì)記錄新的對(duì)應(yīng)氣壓值，即“終點(diǎn)氣壓值”。

比較基準(zhǔn)氣壓值和終點(diǎn)氣壓值（樓層越高氣壓越低），可以得到垂直位移的高度差。利用這個(gè)高度差，系統(tǒng)就能準(zhǔn)確計(jì)算出設(shè)備最后到達(dá)的具體樓層，這個(gè)樓層被稱為第一目標(biāo)樓層。

接下來，在確認(rèn)設(shè)備位于第一目標(biāo)樓層后，系統(tǒng)自動(dòng)采集該樓層環(huán)境下的無線信號(hào)指紋（Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度、可見的AP列表、蜂窩信號(hào)強(qiáng)度等綜合信息）。

然后，設(shè)備會(huì)將這個(gè)第一無線信號(hào)指紋與該第一目標(biāo)樓層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，存儲(chǔ)到專門的無線信號(hào)指紋庫中。

以上，僅僅是數(shù)據(jù)初始采集和建庫的過程。接下來，是真正的定位過程。

當(dāng)設(shè)備開機(jī)后，會(huì)自動(dòng)采集當(dāng)前環(huán)境的新無線信號(hào)數(shù)據(jù)，稱為第二無線信號(hào)指紋。

設(shè)備將這個(gè)第二無線信號(hào)指紋與無線信號(hào)指紋庫中存儲(chǔ)的所有樓層的指紋進(jìn)行匹配（尋找最相似的）。庫中找到的最匹配的指紋所對(duì)應(yīng)的樓層信息，就被確定為設(shè)備當(dāng)前所在的第二目標(biāo)樓層。

整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化建庫和高精度樓層識(shí)別，不再依賴實(shí)時(shí)的氣壓變化，而是依靠之前建立的指紋庫，節(jié)省了大量的人力和時(shí)間成本（無需大量人工在不同樓層逐個(gè)采集信號(hào)數(shù)據(jù)）。

基于這項(xiàng)專利技術(shù)，當(dāng)孩子在高層建筑中移動(dòng)時(shí)，手表就能較為準(zhǔn)確地判斷出孩子所在的樓層，大大提升了定位的實(shí)用性。

概括來說，手表的樓層定位，不是單次的定位，而是打造了一個(gè)龐大的基礎(chǔ)信息庫，然后為每個(gè)手表的定位提供支撐。這個(gè)庫的信息準(zhǔn)確率，直接影響了定位的準(zhǔn)確率。

根據(jù)資料顯示，小天才的這個(gè)專利，是進(jìn)行了技術(shù)迭代的——

最開始，算法和模型部署在本地（在手表上）。用戶自己使用，越用越精準(zhǔn)。

后來，當(dāng)這套算法更加成熟后，小天才把算法、公域模型和樓層數(shù)據(jù)放到了云端，進(jìn)行所有用戶之間的共享。

這個(gè)信息庫，本身就是一個(gè)數(shù)據(jù)集合體。隨著使用人數(shù)的不斷增加，數(shù)據(jù)就越來越詳盡、細(xì)致，信息庫也會(huì)越來越完整，誤差不斷減小。手表用戶的樓層定位體驗(yàn)，會(huì)不斷提升。

小天才的兒童手表市場占用率長期位于前列，擁有非常龐大的用戶基數(shù)。這也使得他們的算法和模型能夠達(dá)到非常好的效果。

換言之，用戶數(shù)量，成為了定位能力的一個(gè)“護(hù)城河”。其它廠商即便是模仿了他們的技術(shù)，也會(huì)因?yàn)橛脩艋鶖?shù)不足，無法達(dá)到相同的定位精度。這確實(shí)是非常精妙的一個(gè)布局。

通過引入AI人工智能，可以進(jìn)一步提升建庫和查詢的效率，讓樓層定位的算法達(dá)到更好的效果。

根據(jù)資料顯示，自從2022年推出樓層定位技術(shù)以來，小天才已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于Z7S、Z10、Z11等多個(gè)型號(hào)，技術(shù)也不斷更新迭代，已經(jīng)發(fā)展到樓層定位4.0版本。

結(jié)合全場景3D地圖，家長們可以直觀地看到孩子的位置，大幅降低走失風(fēng)險(xiǎn)，增加安全系數(shù)。

在研究這個(gè)樓層定位技術(shù)的過程中，小棗君不禁心生感慨：

很多技術(shù)誕生的時(shí)間比較長，隨著時(shí)間的推移，技術(shù)性能會(huì)越來越難。但技術(shù)的創(chuàng)新是永不停止的。如果既有路線走不通，那么，跳出固定思維，另辟蹊徑，往往會(huì)取得更好的效果。

就定位這個(gè)技術(shù)場景來看，室外定位和二維平面定位已經(jīng)可以達(dá)到很高的精度，針對(duì)地下室、隧道、室內(nèi)復(fù)雜場所、三維立體空間的定位，仍然是需求痛點(diǎn)。

需求是推動(dòng)技術(shù)演進(jìn)的源動(dòng)力。相信隨著時(shí)間的推移，會(huì)有更多的定位技術(shù)創(chuàng)新出現(xiàn)，徹底解決這些痛點(diǎn)。