人工智能——物联网技术丛书--智能机器人定位技术

随着人工智能（AI）技术迅速发展，人们对未来的智慧交通、智慧生活、智慧教育等充满憧憬，基于定位技术的“智慧 ”的相关研究取得了丰硕的成果，并逐步应用到了人们的生产、生活中。国务院《新一代人工智能发展规划》将智能机器人产业列为人工智能领域新兴产业之一，智能机器人将在教育、医疗卫生等各个领域得到广泛应用。智能机器人能够为人们提供多种多样的服务，但它在为人们提供各种服务过程中，需要解决自己目前的具体位置的定位、要去哪个目标位置、如何到达锁定的服务目标位置、为人们提供什么样的服务等一系列问题，这一切都可以理解为基于位置的服务（LBS），这就需要对智能机器人进行定位。定位技术从广义上讲并不是新事物，它经历了上千年的发展及应用。人类社会进入到信息化时代后，定位技术发生了质的飞越，定位技术的含义也发生了很大变化，智能定位与导航技术得到飞速发展。网络信息时代，定位新技术在不同领域都有很好的应用前景。 
在室外定位相关应用中，卫星导航定位系统相对成熟，定位精度也在不断提升，典型的如美国GPS系统和中国北斗卫星导航系统（BDS）等；室外定位系统还包括蜂窝基站定位系统及雷达定位系统等；在室内定位系统研究与开发应用上，基于红外线、超声波、蓝牙、射频识别、超宽带、ZigBee、麦克风阵列、WiFi、SLAM、室内电力线等室内定位技术也已经开始进入人们的生产、生活中。在基于智能体的智能机器人定位中，受目前定位技术手段所限，定位精度有待进一步提高，因此在这方面还有很大的研究与开发空间。 
本书主要研究智能机器人在不同的活动场景中根据具体的服务需要进行定位的原理、方法和实现技术，使智能机器人以方式根据服务需要到达服务目标位置，在指定的区域提供相关服务。在研究中，本书提出了多种定位算法，进行了不同场景下基于RFID、WiFi的无线网络场景构建，实现了预期的定位效果。在提高定位精度方面，利用RFID与WiFi无线异构网络有效融合，实现了定位精度的大幅度提升。 
本书在编写过程中，得到了华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心的余新国教授及其团队的大力支持，也得到了黔南民族师范学院的鼎力资助。孔峰教授对书稿进行了审理。本专著由贵州省教育厅自然科学基金（特色项目）——教育智能体基于位置服务的关键技术研究（黔教合KY字［2019］074）、黔南民族师范学院高层次人才项目基金——移动智能体室内定位技术研究（QNSY2019RC12）、贵州省2022省级教改项目基金——基于“贵州省普通本科专业评估指标体现”下的人才培养模式研究——以物联网工程专业为例（2022SJG005）的共同支持，在此一并表示感谢。 
鉴于编者水平有限，而智能机器人技术及无线定位技术飞速发展，书中难免有疏漏和欠妥之处，希望广大读者给出宝贵的意见和建议，以便及时修订，更好地服务于读者。 

罗文兴 
2022年9月

随着人们对高品质生活的追求和向往，智能机器人开始进入到人们日常生产及生活中。本书主要对智能机器人的无线定位技术进行研究，从定位的概念、定位的分类、系统构成、系统性能比较等开始，对定位的电波传输基本理论、定位技术的理论基础、定位误差分析方法进行了概要阐述，探讨了智能机器人室内WiFi指纹定位和RFID指纹定位的指纹算法研究、网络布局、指纹地图的构建、室内多场景下指纹数据库的构建、指纹室内多场景定位实现等，同时对智能机器人WiFi RFID融合定位进行探讨，对融合定位的优势展开分析，对融合定位技术实现进行验证；本书对智能机器人展厅定位、自主充电定位、投影推送服务、语音交互、扫码链接云平台等多场景下定位实现进行了验证。本书可作为从事智能机器人研发的工程技术人员及科研院所的研发人员的参考用书，也可作为相关爱好者学习用书。

随着人们对高品质生活的追求和向往，智能机器人开始进入到人们日常生产及生活中。本书主要对智能机器人的无线定位技术进行研究，从定位的概念、定位的分类、系统构成、系统性能比较等开始，对定位的电波传输基本理论、定位技术的理论基础、定位误差分析方法进行了概要阐述，探讨了智能机器人室内WiFi指纹定位和RFID指纹定位的指纹算法研究、网络布局、指纹地图的构建、室内多场景下指纹数据库的构建、指纹室内多场景定位实现等，同时对智能机器人WiFi RFID融合定位进行探讨，对融合定位的优势展开分析，对融合定位技术实现进行验证；本书对智能机器人展厅定位、自主充电定位、投影推送服务、语音交互、扫码链接云平台等多场景下定位实现进行了验证。本书可作为从事智能机器人研发的工程技术人员及科研院所的研发人员的参考用书，也可作为相关爱好者学习用书。

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第1章 定位技术分类及系统构成 1 
1.1定位概念2 
1.2定位分类2 
1.2.1室外定位2 
1.2.2室内定位18 
1.2.3其他定位技术23 
1.3无线定位系统构成24 
1.4无线定位系统性能比较25 

第2章 定位技术理论基础及误差分析方法 27 
2.1电波传输基本理论28 
2.1.1传播损耗分析30 
2.1.2接收功率分析32 
2.1.3无线传播模型32 
2.2定位技术的理论基础36 
2.2.1参数化室内定位方法36 
2.2.2非参数化室内定位方法43 
2.3定位误差分析方法46 
2.3.1参数化室内定位精度影响因素46 
2.3.2制约现有非参数化室内定位精度的因素47 

第3章 智能机器人室内WiFi指纹定位 48 
3.1WiFi定位基本理论基础49 
3.1.1WiFi技术概述49 
3.1.2WiFi网络结构49 
3.1.3WiFi网络定位50 
3.2WiFi指纹算法研究52 
3.3WiFi网络布局58 
3.4WiFi指纹地图的构建66 
3.5室内多场景下WiFi指纹数据库的构建67 
3.6WiFi指纹室内多场景定位实现74 
3.6.1无障碍细长场景定位74 
3.6.2宽敞而有极少障碍物的场景定位79 
3.6.3宽敞但有极多障碍物的场景定位87 

第4章 智能机器人室内RFID指纹定位 93 
4.1RFID定位基本原理94 
4.1.1阅读器定位94 
4.1.2标签定位95 
4.2RFID指纹定位投影位置定位研究95 
4.2.1投影区域Tags的布局96 
4.2.2智能机器人信号采集方法97 
4.2.3信号处理方法99 
4.2.4基于投影位置的定位实现102 

第5章 智能机器人WiFi RFID融合定位 108 
5.1WiFi RFID融合定位的优势分析109 
5.2WiFi RFID融合定位技术实现110 
5.2.1WiFi定位技术特性110 
5.2.2RFID定位技术特性111 
5.2.3WiFi RFID融合定位111 

第6章 智能机器人多场景定位技术 119 
6.1室内场景的智能机器人定位挑战120 
6.1.1智能机器人室内应用服务需要面对的问题120 
6.1.2智能机器人平台开发121 
6.2特殊场景的智能机器人定位技术实现123 
6.2.1智能机器人展厅定位实现123 
6.2.2智能机器人自主充电定位实现125 
6.2.3智能机器人投影推送服务定位实现129 
6.2.4智能机器人语音交互定位实现129 
6.2.5智能机器人扫码链接云平台定位实现130 

参考文献 132

随着人们对高品质生活的追求和向往，智能机器人开始进入到人们日常生产及生活中。本书主要对智能机器人的无线定位技术进行研究，从定位的概念、定位的分类、系统构成、系统性能比较等开始，对定位的电波传输基本理论、定位技术的理论基础、定位误差分析方法进行了概要阐述，探讨了智能机器人室内WiFi指纹定位和RFID指纹定位的指纹算法研究、网络布局、指纹地图的构建、室内多场景下指纹数据库的构建、指纹室内多场景定位实现等，同时对智能机器人WiFi RFID融合定位进行探讨，对融合定位的优势展开分析，对融合定位技术实现进行验证；本书对智能机器人展厅定位、自主充电定位、投影推送服务、语音交互、扫码链接云平台等多场景下定位实现进行了验证。本书可作为从事智能机器人研发的工程技术人员及科研院所的研发人员的参考用书，也可作为相关爱好者学习用书。

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