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人類使用地磁信息進行導航具有悠久的歷史。遠有我國古代發(fā)明的指南針、航海羅盤等，近有十四、十五世紀歐洲人使用羅盤進行遠洋航行，發(fā)現(xiàn)新大陸等壯舉，這都與地磁導航是分不開的。

地磁定位技術的基本原理

地磁場在地球近地空間連續(xù)分布，受地球磁性物質(zhì)分布不同，各個地域的地磁場存在差異。地磁場已廣泛應用于艦船和飛機的方位導航，利用指南針、磁羅盤等測量地磁場方位信息，以獲得穩(wěn)定的地球北指向。

與磁航向測量技術不同，地磁定位技術利用地磁場強度隨地理空間位置變化具有不同分布的特性，實現(xiàn)對運動載體的定位。通過安裝在運動載體上的磁場傳感器，實時測量運動航跡(軌跡)上的地磁場數(shù)據(jù)，并提取磁場特征，與事先獲得并存儲的地磁場模型或地磁圖進行匹配，以確定運動載體的實時位置，以用于導航或者定位跟蹤。

因為地磁場的廣泛分布，地磁定位技術可以應用于飛行器、地面車輛、水下潛航器等不同的運動載體，特別在建筑內(nèi)等封閉空間內(nèi)，除了地球磁場外，人工建筑的鐵磁性材料進一步豐富了地磁場的空間分布特征，使磁場的空間差異分辨率可達到10cm，為室內(nèi)位置測量提供了一個天然的坐標系。

在使用磁場定位技術前，需要采集定位區(qū)域的磁場分布，并把采集過的磁場分布制作成地磁圖;當來到有地磁圖的區(qū)域時，通過運動體攜帶(或安裝)定位終端內(nèi)的磁傳感器，測量經(jīng)過區(qū)域的磁場，將實際測量的磁場數(shù)據(jù)與已知的地磁圖進行對比，在地磁圖內(nèi)找到和測量磁場數(shù)據(jù)最相似的數(shù)據(jù)所在的位置，即是運動體所在的位置。

從上述定位原理看出，地磁定位的最大優(yōu)勢是不依賴于外部環(huán)境、不需要事先部署硬件、不需要維護、可以分辨樓層、不易受遮擋和干擾，能夠取得定位精度、成本、可靠性和兼容性的良好平衡，具有非常廣闊的市場應用前景。

但是，要實現(xiàn)穩(wěn)定高精度的地磁定位性能，并不是一件容易的事情，除了需要重點考慮四個方面的因素：第一，地磁圖的制作和定位特征的應用;第二，選擇適合的磁傳感器;第三，與磁傳感器和運動載體相適配的實時測量方法;第四，與應用場景和運動載體相適配的定位算法。

地磁定位技術簡介

1、地磁場特征

地面上任意點地磁場強度矢量T通常可用直角坐標系來描述。設以觀測點為其坐標原點，X、Y、Z三個軸的正向分別指向地理北、東和垂直向下，如圖所示。觀測點的T矢量在直角坐標系內(nèi)三個軸的投影分別為北向分量(X)、東向分量(Y)和垂向分量(Z)。T在水平面內(nèi)投影稱為水平分量(H)，其指向為磁北方向。T和水平面之間的夾角稱為的磁傾角,以I表示,當T下傾時為正,反之為負。通過該點H方向的鉛直平面為磁子午面，它與地理子午面的夾角稱為磁偏角,以D表示,磁北自地理北向東偏，D為正，反之為負。T、Z、X、Y、D及I的各個量都是表示該點地磁場大小和方向特征的物理量，稱為地磁要素。

綜合這七個地磁要素，由圖的幾何關系可得幾個關系式如下式所示。

圖 地磁場要素

地磁定位常用磁傳感器：

目前市面上主流磁傳感器如下表所示。

主流磁傳感器

在實際使用時，通過不同的應用場景，選擇合適的磁傳感器。

2、地磁定位系統(tǒng)組成

地磁定位比較適合大范圍，強金屬遮擋干擾的場景。地磁定位系統(tǒng)主要由定位終端、傳輸網(wǎng)絡和服務端軟件構成。定位終端的用于測量地磁場數(shù)據(jù)，通過4G網(wǎng)絡上傳到本地的定位服務器上完成位置解算。如果工作區(qū)域內(nèi)無線網(wǎng)絡覆蓋不好，則數(shù)據(jù)可以存儲在終端，等到了有網(wǎng)絡覆蓋的地方，可自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。定位服務器實現(xiàn)人員位置的計算，并把時間、終端ID和終端位置數(shù)據(jù)發(fā)送給平臺服務器，在平臺服務器上實現(xiàn)跟位置數(shù)據(jù)相關的顯示、跟蹤、處理、分析和應用。現(xiàn)在大部分手機配備了磁傳感器，定位終端也可以選擇智能手機作為定位感知終端，實現(xiàn)地磁定位。

3、地磁定位實施過程

項目的實施過程包括磁場數(shù)據(jù)采集、磁場數(shù)據(jù)庫制作、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等過程。

由人推著地磁圖采集裝置，或者帶著采集終端，在應用場景內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集，一般只進行一次，其時間周期依據(jù)工作區(qū)域大小以及場地結構的復雜程度而不同。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

磁場數(shù)據(jù)庫制作，主要實現(xiàn)磁場數(shù)據(jù)的處理和后期加工，建立磁場模型。

磁圖的空間分布

現(xiàn)場部署包括定位終端的配置、服務器架設、服務器軟件的安裝等工作;系統(tǒng)聯(lián)調(diào)包括數(shù)據(jù)傳輸情況測試、定位效果測試、系統(tǒng)運行測試、可能出現(xiàn)的風險排查等。

地磁定位市場進展

地磁定位目前市場上的玩家不多，活躍的玩家有北京麥釘艾特科技有限公司，地磁定位也是一種指紋定位模式，不過相比于無線電信號而言，地磁場的信號更加穩(wěn)定，一旦物理環(huán)境確定下來，地磁場的變化就非常小(如果增加墻體或者建筑物會對地磁有較大的影響)，這個特性使得地磁定位非常適用于工業(yè)場景，尤其是金屬較多的環(huán)境，在穩(wěn)定性的條件下，地磁定位還能保持0.5-1m左右的精度。

但是地磁定位項目中需要投入大量的人力采集指紋數(shù)據(jù)，而一旦環(huán)境有較大的改變(不可控)又需要重新采集，這一點不利于該技術大大規(guī)模落地應用，這是限制該技術發(fā)展的一個重要因素。

審核編輯：湯梓紅