关键词：物联网，老人护理，室内定位，深度学习，卫星定位
1 互联网及物联网发展大潮下的社会现状
众所周知，随着社会老龄化程度的加深，空巢老人越来越多，已经成为一个不容忽视的社会问题。当子女由于工作、学习、结婚等原因而离家后，老人独自居住，其中不少独居老人已经部分失去了生活的自理能力，运动能力也在退化，一旦老人在家中出现意外状况，失去行动能力，无法及时和外界取得联系就是相当危险的事情了。由于科技，互联网以及物联网的快速发展，市场上出现了智能摄像机以及各式各样的可穿戴设备，然而智能摄像机存在隐私保护的问题，智能可穿戴设备对于老人而言不仅学习成本很高，而且老人一旦摘下这些设备就失去了监控能力。
2 室外卫星定位
随着航天事业的发展，卫星定位技术的应用已经深入到人们生活的方方面面，例如，航海，测绘以及物流等方面。其基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到距离，然而由于大气等因素的干扰，所得距离往往并不是精确距离，即得到伪距。不过通过卫星定位技术不断地发展改进，测量误差已经能够达到可以忽略的地步。以GPS系统为例，GPS实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗GPS卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。
GPS卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供GPS接收机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离。图中显示了GPS系统的时延原理。
每颗GPS卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪卫星的轨道位置和系统时间。位于科罗拉多州施里弗（Schriever）空军基地内的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗GPS卫星注入校正数据。注入数据包括：星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效。
GPS系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10-13秒。GPS卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作。
卫星导航原理：卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。卫星导航原理如图所示：
虽然卫星定位技术已经如此的完善，但由于光的直线传播，仍无法将该定位技术应用于室内定位。
3 基于深度学习的室内定位
深度学习的概念源于人工神经网络的研究。含多隐层的多层感知器就是一种深度学习结构。深度学习通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。
深度学习是机器学习中一种基于对数据进行表征学习的方法。观测值（例如一幅图像）可以使用多种方式来表示，如每个像素强度值的向量，或者更抽象地表示成一系列边、特定形状的区域等。而使用某些特定的表示方法更容易从实例中学习任务。深度学习的好处是用非监督式或半监督式的特征学习和分层特征提取高效算法来替代手工获取特征。
已有前人实验证实，通过深度学习基于接收信号强弱所获得位置数据信号，可以实现测试者无需佩戴任何接收或感应装置，即可获得测试者的位置信息。我们只需要使用家用无线路由器等可以用作信号发射装置的设备，使用笔记本电脑作为信号接收装置就可以实现。并且通过一定的算法，能够实现误差率降低到可以忽略程度。相对定位精准的卫星定位而言，根据接收信号强弱获取位置信息的方法是不够精确，但通过优化算法以及基于深度学习室内定位是可以实现减小误差的。并且，此方法显然克服了造价高昂，设备架设困难，学习成本高等缺点。
总结：
人工智能时代，科技发展要以人为本。未来基于深度学习的室内定位技术将会受到重视和发展，同时将会带来巨大的社会效益，独居老人的护理工作将会得到质的改善，老人不用担心隐私的泄露，不必为高昂的学习成本而为难，通过技术的不断完善，日后除了定位之外，甚至还将可能通过深度学习接收的数据信号模拟出老人的姿势动作，以便观察者更好地判断老人是否需要帮助。
参考文献：
[1]付韬.GPS工作原理,科普园地,国务院新闻办公室网站,2013.
[2]孙志军,薛磊,许扬名,王正.深度学习研究综述[J].计算机应用研究.2012(08).
[3]王鹏.基于RSSI值的室内定位系统算法研究[A],数据通信,2014(02),30-33.
[4]李再煜,RSSI 定位原理的研究与实现[A],无线电工程,2013第 43 卷,第7期,8-10.
论文作者:刘磊 高书强
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
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