定位，即確定方位，無論對于人還是地球上的其他生物來說，都太重要了。例如，經(jīng)過訓練的警犬可以通過嗅覺來確定毒品或者武器的位置，其他很多哺乳動物也可以在短距離范圍內(nèi)靠嗅覺定位；蠑螈、海龜?shù)葍蓷珓游镆部梢酝ㄟ^嗅覺也確定產(chǎn)卵水域的位置；信鴿可通過體內(nèi)生物鐘精確計算太陽位置，可以在遠隔數(shù)百千米之外的陌生地方定位家的位置；很多遷徙的候鳥，在做長途飛行時都能利用地球磁場來進行定位和導航，保持其飛行路線不發(fā)生偏離；大馬哈魚能夠穿越大洋返回自己原來孵化所在的同一條河流里產(chǎn)卵，其大部分旅程依靠太陽的位置、海流、地磁來定位和導航，最后到達淡水附近時，能根據(jù)河水的氣味物質回憶起自己的出生地；蝙蝠、海豚等擁有基于超聲波的聲吶系統(tǒng)，通過回聲定位來覓食、逃避敵害和求偶繁殖。

而對于生活在現(xiàn)代社會中的人們來說，確定自己及相關事物的位置也是至關重要的。事實上，除了通常我們一般所熟知的確定我們自身在地球上的位置外，仔細想想，廣義的定位其實是無所不在的。我們再使用鼠標時，移動鼠標來尋找和點擊屏幕上的圖標，這難道不也是在定位嗎？我們使用智能手機、平板電腦時，觸摸屏也在通過電容、超聲波或紅外等方式來確定我們手指或者手寫筆的位置。我們在用數(shù)碼相機或智能手機來拍照時，也會通過激光、紅外等方式進行對焦，而所謂對焦，也是在確定被攝主體的位置。

當然，本書重點還是在探討人或物體在地球上的位置這一狹義范疇。隨著對衛(wèi)星定位和導航技術研究的不斷深入，人們對基于位置的服務（Location Based Service，LBS）已不再陌生，其中最為人所熟知的最著名的LBS應用就是基于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）的定位和導航服務。近十年來，無線通信技術、互聯(lián)網(wǎng)技術及微電子技術的飛速發(fā)展使得智能手機、平板電腦等移動智能終端也得到了廣泛的普及，基于LBS的應用也呈現(xiàn)了多樣化發(fā)展的趨勢。

根據(jù)定位應用中所應用的定位場景的不同，一般的定位技術可據(jù)此分為兩種：室外定位和室內(nèi)定位。在室外定位中，主要是利用衛(wèi)星技術進行定位和導航的服務，其中應用最為廣泛的就是GPS技術，民用級GPS的定位精度在15 m左右。目前，隨著我國北斗導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）的建設和迅速發(fā)展，BDS已經(jīng)與美國開發(fā)研制的GPS、俄羅斯的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GLONASS）以及歐盟的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Galileo Satellite Navigation System，GSNS）一起，并稱為全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

同時，隨著城市化進程的加快，人際活動大多發(fā)生在室內(nèi)場景中，人們對于LBS的需求也漸漸從室外延伸到了室內(nèi)。由于衛(wèi)星信號在有障礙物遮擋的情況下衰減嚴重，因而在高樓林立、結構復雜的城市間以及室內(nèi)環(huán)境下定位精度很低，無法實現(xiàn)室內(nèi)定位及相關的LBS服務，單純的基于GPS的定位和導航已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的室內(nèi)LBS的需要。因此，定位技術，特別是室內(nèi)定位和室內(nèi)的LBS服務，已成為學術界和產(chǎn)業(yè)界的研發(fā)重點。在室內(nèi)定位的研究領域中，早期的研究方向主要集中在Wi-Fi定位技術、移動蜂窩網(wǎng)絡（Cell）定位技術、紅外線（Infrared）技術、超聲波（Ultrasound）技術、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）定位技術等。由于通信技術和電子制造技術的不斷發(fā)展，研究人員對低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy，BLE）技術、超寬帶（Ultra Wideband，UWB）技術、傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network，WSN）、計算機視覺技術、激光技術等新技術展開了研究，并將這些技術與定位和導航的研究相結合，提出了一些定位精度更高或能耗更低的定位和導航方案。

近年來，世界范圍內(nèi)的高校、研究機構以及各大IT企業(yè)巨頭也都掀起了室內(nèi)定位熱：在國外，杜克大學對生活中的諸多路標進行研究，提出了UnLoc定位系統(tǒng)，美國蘋果公司推出了基于BLE的iBeacon室內(nèi)定位技術，美國谷歌公司推出了基于Wi-Fi技術的室內(nèi)定位系統(tǒng)，芬蘭的IndoorAtlas公司推出了基于純地磁技術的室內(nèi)定位應用；在國內(nèi)，我國以北斗導航系統(tǒng)為基礎，提出了通用于室內(nèi)和室外定位的全天候的定位系統(tǒng)羲和，清華大學劉云浩團隊提出了LiFS定位系統(tǒng)，高德地圖、百度地圖也都相繼推出了具體的室內(nèi)定位地圖和多種定位技術融合的室內(nèi)定位應用等。城市化進程的加快和互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，使得人們在室內(nèi)的活動時間越來越長，越來越多的人際活動都發(fā)生在室內(nèi)場景中，室內(nèi)定位和室內(nèi)LBS的應用具有很大的潛力，值得深入地學習和研究。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術的大力發(fā)展，定位技術已不再局限于單純的室外和室內(nèi)導航領域，物流運輸、倉儲管理、醫(yī)療健康、重要物資監(jiān)控、特種作業(yè)人員定位、消防救援等都需要高效的定位技術，并且上述的這些應用領域大多長時間都是處于室內(nèi)場景中的。

目前的室內(nèi)定位算法及技術在定位精確度、抗噪聲能力、硬件成本及魯棒性等方面仍有較大的提升空間，特別是在定位精度和設備成本開銷之間總是難以取得一個良好的平衡。大多數(shù)室內(nèi)定位機制仍然在使用單一的定位技術，如Wi-Fi、RFID、ZigBee等來進行定位，并且對于單一技術的室內(nèi)定位機制，僅以定位算法為切入點使得定位系統(tǒng)的定位性能得到提高十分困難。一種思路是以多種定位技術的融合定位為研究主題，從定位算法和定位模型兩個方面為切入點，以提出多源數(shù)據(jù)融合的定位算法和定位模型，降低定位設備成本，降低定位誤差，提高定位精度。

本書作者在移動計算、信息網(wǎng)絡、位置服務、室內(nèi)定位等技術領域已經(jīng)有了多年的研究，具有扎實的理論基礎和實踐經(jīng)驗。本書的內(nèi)容主要源于作者所領導的科研團隊承擔的國家自然科學基金、教育部專項研究基金、江蘇省重點研發(fā)計劃、江蘇省高校自然科學基金等資助項目的研究工作和相關成果。

針對目前國內(nèi)對室內(nèi)定位技術的研究需求，本書取材國內(nèi)外最新資料，是在認真總結作者主持相關科研項目等相關科研成果的基礎上，精心組織編寫的。本書詳細、深入地介紹了定位技術和位置服務的發(fā)展和應用現(xiàn)狀、主流的定位算法、室外定位技術及室內(nèi)定位技術，特別詳細地介紹了我們自己提出的一系列室內(nèi)定位領域的研究成果，集中反映了室內(nèi)定位技術的新思路、新觀點、新方法和新成果，具有較高的學術價值和應用價值。本書包含以下內(nèi)容：首先概述了位置服務與定位技術，介紹了位置服務定義、應用情況、歷史背景、發(fā)展現(xiàn)狀，然后介紹了定位技術的發(fā)展情況；其次著，介紹了衡量定位算法的主要性能指標、影響定位的主要因素，深入闡釋了目前主流的定位算法，包括基于測距的定位算法和基于非測距的定位算法；最后在闡釋室內(nèi)定位技術前，本書也花了一定的篇幅介紹室外定位技術，包括基于衛(wèi)星的室外定位技術、基于基站的室外定位技術和混合定位技術。本書的重點是全面、深入地闡述室內(nèi)定位技術，本書介紹了定位場景，然后分析了基于RFID、藍牙、Wi-Fi、UWB、WSN等電信號的室內(nèi)定位技術，以及基于地磁場、慣性傳感器、超聲波、紅外線和視覺信息等非電信號的室內(nèi)定位技術。本書最大的特色在于介紹了本書作者所領導的科研團隊在室內(nèi)定位領域的研究成果，包括基于方差修正指紋距離的室內(nèi)定位算法、基于混合Wi-Fi熱點室內(nèi)定位算法、基于Wi-Fi和RFID數(shù)據(jù)融合的室內(nèi)定位算法、基于慣性測量單元的多源定位模型等。

本書注意從實際出發(fā)，采用讀者容易理解的體系和敘述方法，深入淺出、循序漸進地幫助讀者把握室內(nèi)定位技術的主要內(nèi)容，富有啟發(fā)性。與國內(nèi)外已出版的同類書籍相比，本書選材新穎、學術思想新、內(nèi)容新，體系完整、內(nèi)容豐富，范例實用性強、應用價值高，表述深入淺出、概念清晰、通俗易懂。本書既可作為計算機科學技術學科、電子信息學科以及信息網(wǎng)絡專業(yè)的大學高年級學生、碩士及博士研究生教材，同樣對從事移動計算、網(wǎng)絡應用系統(tǒng)研究和開發(fā)工作的科研人員也具有重要的參考價值。

參與本書編寫的還有唐瑀、王屹進、戎漢中、袁豪、張雷、楊春春，本書融合了項目團隊相關研究人員的研究成果。此外，本書還引用了國內(nèi)外研究人員的諸多研究成果以及網(wǎng)絡上的相關資料，在此一并衷心感謝！

由于編寫時間倉促，加上作者水平有限，書中的錯誤及不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

作 者

2017年7月