樓層定位，是如何實現(xiàn)的？

最近這段時間帶娃在外地旅行，使用兒童電話手表（小天才的Z10）比較多。

在查看手表App的時候，我突然發(fā)現(xiàn)一個有意思的細節(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，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，精度達到米級。

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)星定位的補充和輔助。

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

大家都知道，建筑內(nèi)部的衛(wèi)星信號很弱，往往無法借助衛(wèi)星進行定位。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)？

帶著這個疑問，我詳細地查閱了相關(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“基于氣壓計樓層定位方法、裝置及智能手表”的創(chuàng)新專利（專利號：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應(yīng)關(guān)系，從而實現(xiàn)針對樓層的定位判斷。”

這個專利的思路非常具有創(chuàng)新性。事實上，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)。

我們來看看詳細的原理和過程：

首先，在設(shè)備中內(nèi)置氣壓計。根據(jù)氣壓計采集到的氣壓數(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。此時的樓層，被認(rèn)為是“基準(zhǔn)樓層”。設(shè)備會記錄基準(zhǔn)樓層對應(yīng)的氣壓值，即“基準(zhǔn)氣壓值”。

然后，用戶進行垂直移動（坐電梯或爬樓梯），到達新的穩(wěn)定位置，設(shè)備會記錄新的對應(yīng)氣壓值，即“終點氣壓值”。

比較基準(zhǔn)氣壓值和終點氣壓值（樓層越高氣壓越低），可以得到垂直位移的高度差。利用這個高度差，系統(tǒng)就能準(zhǔn)確計算出設(shè)備最后到達的具體樓層，這個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)自動采集該樓層環(huán)境下的無線信號指紋（Wi-Fi信號強度、可見的AP列表、蜂窩信號強度等綜合信息）。

然后，設(shè)備會將這個第一無線信號指紋與該第一目標(biāo)樓層的對應(yīng)關(guān)系，存儲到專門的無線信號指紋庫中。

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)備開機后，會自動采集當(dāng)前環(huán)境的新無線信號數(shù)據(jù)，稱為第二無線信號指紋。

設(shè)備將這個第二無線信號指紋與無線信號指紋庫中存儲的所有樓層的指紋進行匹配（尋找最相似的）。庫中找到的最匹配的指紋所對應(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。

整個過程實現(xiàn)了自動化建庫和高精度樓層識別，不再依賴實時的氣壓變化，而是依靠之前建立的指紋庫，節(jié)省了大量的人力和時間成本（無需大量人工在不同樓層逐個采集信號數(shù)據(jù)）。

基于這項專利技術(shù)，當(dāng)孩子在高層建筑中移動時，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，而是打造了一個龐大的基礎(chǔ)信息庫，然后為每個手表的定位提供支撐。這個庫的信息準(zhǔn)確率，直接影響了定位的準(zhǔn)確率。

根據(jù)資料顯示，小天才的這個專利，是進行了技術(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，進行所有用戶之間的共享。

這個信息庫，本身就是一個數(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、細致，信息庫也會越來越完整，誤差不斷減小。手表用戶的樓層定位體驗，會不斷提升。

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“護城河”。其它廠商即便是模仿了他們的技術(shù)，也會因為用戶基數(shù)不足，無法達到相同的定位精度。這確實是非常精妙的一個布局。

通過引入AI人工智能，可以進一步提升建庫和查詢的效率，讓樓層定位的算法達到更好的效果。

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)將這項技術(shù)應(yīng)用于Z7S、Z10、Z11等多個型號，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，增加安全系數(shù)。

在研究這個樓層定位技術(shù)的過程中，小棗君不禁心生感慨：

很多技術(shù)誕生的時間比較長，隨著時間的推移，技術(shù)性能會越來越難。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，往往會取得更好的效果。

就定位這個技術(shù)場景來看，室外定位和二維平面定位已經(jīng)可以達到很高的精度，針對地下室、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。

需求是推動技術(shù)演進的源動力。相信隨著時間的推移，會有更多的定位技術(shù)創(chuàng)新出現(xiàn)，徹底解決這些痛點。