挖掘千亿级室内定位市场,「知路导航」基于音频打造室内定位方案

刘年华·2021-12-29 17:16
音频感知测距与定位,核心技术全自主研发

位置感知是万物互联的重要一环。在室外,卫星导航定位系统可以轻松实现位置感知,借助差分定位技术,甚至可以将定位精度提高至厘米级。基于位置感知,大众用户可以进行驾驶导航和基于地理位置的服务,提高出行效率和生活品质。在室内,类似的导航和位置服务需求同样存在。然而,由于无线电信号传播到室内空间时受阻挡,基于卫星导航导航定位系统难以直接将服务从室外延伸到室内,导致室内定位及导航成为行业发展的痛点。

「知路导航」是一家以音频感知测距与定位技术研发为主的企业,团队依托武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室平台,致力于解决室外卫星信号对于室内空间的不可达不可用、室内定位精度低的技术难题。依托国家科技部“十三五”重点研发计划项目“高可用高精度室内智能混合定位与室内GIS技术”,团队自主研发了支持大众用户手机终端的高精度音频定位技术,突破了精准测距、窄频带漫游和多源融合定位三个技术瓶颈,并于2021年9月发布全球首款高精度音频定位芯片Kelper A100。知路导航是中国当前唯一一家使用音频解决方案进行室内导航定位的企业。

产业定位,图片来源:知路导航

庞大的室内定位市场

随着经济的发展和人口的迁移,各类室内空间的使用越来越多,尤其在大城市区域。我国的高铁站、机场、地铁等交通枢纽,商场、购物中心、会展中心等大型综合体,各类建筑物的停车库等地下空间,以及各类医院、养老院、工厂甚至居家场所,都蕴含着巨大的室内定位需求。据相关机构统计,上述场景的直接市场规模就达数千亿人民币。

同时,随着智能手机、互联网、大数据、区块链等各类技术的发展,人们越来越多地使用导航电子地图和基于地理位置相关的服务。2020年,我国手机地图用户规模将达8.9亿,与之相关的中国本地生活服务O2O市场规模已超过万亿,包括本地出行、到家服务、到店服务等等。此外,随着无人驾驶、车联网、智能家居等物联网市场的蓬勃发展,也为室内位置服务提供了广阔的增量空间。根据IDC 2021年的数据显示,2020年全球IoT市场规模为749亿美元,年复合增长率12.20%,预计2021年市场规模将超过千亿美元。

面对如此庞大的市场规模,全球各大商业巨头纷纷开始布局室内定位技术:Google先后发布基于计算机视觉的Project Tango和基于WiFi信号的RTT技术;Apple曾经大力推动的蓝牙iBeacon,但目前已改变技术路线,正转而投向UWB技术,不仅在其手机上试水集成UWB芯片,其供应商Qorvo更是收购了主要的UWB芯片供应商Decawave;而从Nokia高精度室内定位团队成立的Quuppa,正在不遗余力地推动蓝牙AOA技术的应用。

但是,由于室内环境比较复杂,WiFi、UWB、蓝牙等技术,在实际室内场景运用中,也都还存在一定的局限,尤其是在分米级定位精度,大众用户手机接入这两个核心问题上。基于视觉的定位存在巨大的算力要求,普通的WIFI指纹定位技术的精度和稳定性较差,无法实现精准定位导航,而WiFi(RTT)技术需要获得软硬件底层的支持,容量也受限。UWB技术定位精度较高,但成本也会随之提高,同时需要使用专用的终端,无法支持大众用户。基于蓝牙Beacon的定位技术稳定性较低,维护成本高,而蓝牙AoA技术应用成本相对较高,其被动的定位模式难以被大众使用,且容量受限。同时,WiFi、UWB、蓝牙等技术均由国外企业主导或控制。

因此,寻找新的技术方案,在降低成本的同时提高定位精度,且支持更多类型的终端,尤其是支持大众用户的智能手机,一直是业内许多研发机构和科技公司探索的目标。

工业级技术高精度室内定位技术对比,图片来源:知路导航

核心技术:音频感知测距与定位技术

知路导航研发的音频感知测距技术,通过测算音频发射和到达间的传播时间,可以进行距离测量,达到近乎厘米级的测距精度。在此基础上研发的高精度音频定位技术,利用的是通电即用的基站进行音频定位信号广播,再通过专用终端或大众用户手机进行音频定位信号接收,进而测距并解算位置,可以达到分米级的定位精度。同时,由于广播模式中终端无需与基站进行交互,因此系统不限制用户容量。

音频测距检测报告,图片来源:知路导航

知路导航研发的基于音频感知测距的室内高精度定位技术,具有六大特性:

  • 自主可控:拥有完全自主的核心知识产权,其芯片架构采用RISC-V开源指令集,无需专利授权

  • 精准定位:定位精度可达分米级(0.2-0.8m)

  • 容易布设:基站通电即可用,单基站可覆盖30-50米

  • 手机接入:支持消费级用户的技术,任意智能手机终端可用,应用16.5kHz-23.5kHz环境友好频段,无需改变任何硬件

  • 无限并发:采用类似卫星导航系统的广播模式,基站和终端无需交互,不限用户容量

  • 保护隐私:终端侧解算,用户可自主选择是否共享位置

音频测距检测报告,图片来源:知路导航

基础品类:硬件+软件

在当前国际大环境下,自主可控是我国科技产业发展的核心问题之一。目前,在室内定位领域,诸如UWB等定位的核心技术均由国外团队发起和掌握,音频定位技术是业内为数不多的全自主研发的国产技术,背后的音频定位芯片也尤为重要。

知路导航自主研发的Kelper A100是全球首款基于RISC-V开源架构的音频定位芯片,拥有完全自主的核心知识产权。同时,为了推动音频定位产业生态的快速成型,知路导航打造了一个垂直的音频定位终端硬件产品体系:

  • 音频定位芯片(Kepler A100):音频测距专用芯片,使用28nm制程,包含RISC-V核心,可支持基站和标签两种模式,基站模式可产生并输出特定信号,标签模式可接收并解析信号,或将其集成于现有监控、传感采集等设备

  • 音频定位模组(AM100/AM100S):基于定位芯片和外围关键元器件的核心模组,可供客户灵活搭配其他处理单元

  • 音频定位开发板(AM100-DEV/AM100S-DEV):便于客户验证模块的开发板,仅需一根USB连接线可进行射频处理器的开发和固件烧录,支持蓝牙配对读取

  • 音频定位基站 (AS100):插电即用的基站,可7*24小时不间断向室内广播音频定位信号,配合专用接收终端或手机软件进行使用

  • 音频定位套件(AM100-Kit):开发套件,可直接用于室内搭建小场景验证,实现完整的音频定位系统功能

基于音频定位的核心算法引擎,「知路导航」同时开发了AP100-SDK软件开发支持包,可以为安卓、IOS端、微信小程序等提供技术支持,也可以根据客户需求,配合支持开发终端软件、监控软件、室内电子地图应用等。

硬件产品,图片来源:知路导航

目标用户:人、车、物

基于硬件和软件基础品类,在具体的应用场景中,知路导航通过不同的集成终端,适配在不同应用场景中出现的人、车、物三类目标用户,为不同行业的客户提供音频感知测距与定位能力。

  • 人:在大众化应用中,可以直接通过手机将高精度定位能力递送到用户手中;在行业应用中,可以通过集成音频定位芯片或模组的工牌、工帽等定制终端,将定位结果上传的服务端

  • 车:在车联网或无人驾驶应用中,可以直接将音频定位芯片或模组作为汽车电子元器件的一部分前装到汽车上,最终定位结果提供给驾驶人员或控制系统使用

  • 物:在资产管理应用中,可以基于音频定位芯片或模组定制物品标签,将位置上传到服务端,或通过手机直接查找标签

图片来源:知路导航

四大空间应用:从公共空间到限制空间

按照室内空间的特性,知路导航将室内测距感知与定位应用划分成室内公共空间应用、地下公共空间应用、局域限制空间应用和个域限制空间应用四类:

  • 室内公共空间应用:包括火车站、高铁站、机场航站楼、地铁站等交通枢纽,购物中心、会展中心、商场等大型场馆,体育馆、博物馆、图书馆等中型场馆,以及各类医院、养老院等环境

  • 地下公共空间应用:包括地下环道、隧道,各类建筑物停车库等环境,以及无人驾驶应用

  • 局域限制空间应用:包括工厂、化工厂、仓库、煤矿等工业互联网环境中的定位应用

  • 个域限制空间应用:居家、办公场所中的智慧物联方面的应用

知路导航正重点推动室内公共空间和地下公共空间应用,并正大力探索距离感知和定位在个域限制空间的应用。

如在高铁站、机场等交通枢纽场景下,由于场景空间结构极为复杂,公安、武警、安保等多部门联勤联动困难,应急处突时无法掌握相关人员实时位置,指挥调度不便,同时对旅客而言,大型复杂室内环境寻路极为困难。而音频定位技术拥有定位精度高(分米级)、基站覆盖范围广(30-50m),完美契合交通枢纽高大广的场景特点,一套定位系统可以提供给所有终端使用:既可以帮助站内工作人员实现位置可视化、轨迹数据化、调度一体化,又可以给旅客带来智能化位置导航服务,出行更便捷。而在大型场馆中,除了上述定位服务外,还可以基于上述高精度室内定位功能,做到更精准的数据采集及分析,有针对性的实现数据商用,其中最突出的就是各类会展中,品牌商关注的各类用户数据分析。

在个域居家空间中,可以基于音频感知技术实现在不改变手机终端的前提下,实现手机与物的交互,完成智能家居体验。据悉,知路导航的第二代音频感知芯片正在研发中,新一代芯片将成本和功耗将更低,同时拥有“测距、定位、测角”的功能,具备应用到各类物联感知设备和消费级终端的潜能。

当前,基于UWB、蓝牙AOA形成的室内定位应用市场,大部分关注的是局域限制空间的应用,如UWB应用生态重点关注的就是工厂、化工厂、仓库、煤矿等工业互联网环境中的应用,这类应用多从管理角度出发,定制化需求多,标准化难度较高。知路导航试图通过联合现有室内定位生态下游集成服务商的力量,为局域限制空间的应用提供多一种技术路径选择。

快速推进业务,筹划A轮融资

截止目前,知路导航已在德清国际展览中心建立了大型的室内外一体化高精度音频定位应用测试及示范工程,并与南京南站达成商用合作,已经开始部署相关基础设施,即将为鄂州顺丰花湖机场提供类似服务。除此之外,还有广州、杭州、苏州等地的高铁站、机场等项目合作正在推进中。

同时,知路导航已与河南信息产业投资有限公司达成合作框架协议,就整个河南省域内的城市室内基础设施的位置服务建设,探索服务链整合模式,为公安、企事业单位、大众提供位置服务,并为政府部门提供更多数据服务。另外,知路导航还与多家手机品牌商及车载品牌商就智慧物联方面的应用进行商务合作洽谈,相关合作动态将于近期更新。

团队方面,目前知路导航有40余人,其中包括30多名研发人员,核心成员均来自武汉大学,由武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任陈锐志教授领衔,其中40%以上为博士、90%以上为硕士。团队拥有多项专利,其中国内专利37项,含发明专利27项,国外专利4项,软件著作权已完成登记21项。2018-2020年期间,团队曾4次获得PerfLoc等室内定位领域国际比赛世界冠军。

据悉,知路导航已经以亿元左右的估值完成了天使轮融资,目前正在与多家投资机构接洽中,共同推进A轮融资。

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