如何準確定位你的手機「回形針」

只需 200 塊,你就可以在淘寶上買到一枚硬幣大小的 GPS 跟蹤器,插入附贈的 SIM 卡,你就可以輕鬆監控它的實時位置。如果有需要,還可以錄音。

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實際上,今天所有人都隨身攜帶這樣一枚 GPS 跟蹤器 ,就是我們的手機。

GPS 是美國國防部在上世紀 70 年代啟動的全球定位計劃。

發射在 6 個軌道平面的 24 顆衛星,可以保證在地球的任何地點都可以至少收到其中 4 顆的信息。而通過衛星位置、接收時間和時間差,可以在空間中畫出至少三個球面,收取信號的位置就在球面的交匯點上。


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2000 年,美國時任總統克林頓宣佈撤銷對民用 GPS 信號的干擾,使其誤差可以控制在10米左右。開啟了 GPS 的民用時代。


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今天,所有智能手機的 CPU 芯片都集成了 GPS 功能。

基於 GPS 的定位方案已經相當成熟,只需要捕獲信號的和基帶芯片和轉換信號的射頻芯片,就可以組裝一個物美價廉的 GPS 模塊。


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但要在手機上使用地圖定位,首先需要解決的,是中國官方對地圖的加密。

根據中國國家測繪局制定的《導航電子地圖安全處理技術基本要求》,在中國發行電子地圖,必須先交給測繪局做「空間位置技術處理」。


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這種加密處理其實是一種半公開算法,可以讓全球通用的標準座標系統(WGS-84)變為中國的自定義座標系統(GCJ-02)。這兩個座標系統存在偏差,也就是說,如果你用 GPS 直接在中國地圖上定位,會偏移上百米。


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解決這個問題的方法是讓 GPS 數據也同樣經歷一次加密,這樣,偏移的 GPS 定位就和偏移的地圖對上了。


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即便解決了地圖的問題,在高層建築密佈的城市裡,GPS 仍然會經常出現嚴重漂移。

這種環境在業內稱為城市峽谷,衛星信號在玻璃建築垂直光滑的表面發生反射,再被手機接收。於是,設備將錯誤計算信號的傳播時間,進而得出錯誤的位置結論,產生近百米的誤差。


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除了城市峽谷,隧道,高架等複雜場景也會導致GPS 失效。這對於 UBER 和滴滴這類需要實時計價的打車類應用尤其致命,各類解決方案也被研發出來。

通過在 3D 地圖上模擬射線追蹤的方式,UBER 試圖計算每一個位置的 GPS 信號強度,進而建立概率模型,推算出更精確的乘客位置。


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而滴滴使用的 FLP(Fusion Location Provider)方案,則採用了更多定位手段。通過網絡定位,路網定位和車輛航位推算,FLP 方案可以在複雜場景下彌補 GPS 的缺陷,提高定位精確度。


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基於 Wi-Fi 的網絡定位服務 (Geo-Rank) ,是除 GPS 外最常用的定位手段。

打開你的手機 Wi-Fi ,每一個能被搜索到的熱點,都有全球唯一的 MAC 地址。而每一個位置,都有不同數量,不同信號強弱的 Wi-Fi 。這些數據的集合,就能成為這個位置獨一無二的信息。


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這些信息可以幫助滴滴將定位問題轉化為機器學習算法排序問題。

每天,滴滴的上千萬用戶將共同完善這個由 MAC 地址和 GPS 位置構成的熱點數據庫。同時,滴滴也能記錄手機的信號強度、速度和方向,進一步優化網絡定位結果。

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因此,即使 GPS 失效,只要你打開了Wi-Fi 功能 ,就能與雲端數據庫數據比對,進而確定你的位置。

另一方面,滴滴能採集大量路面行駛的車輛定位數據,使網絡定位的結果更偏向於在路上。


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而車輛航位推算和道路匹配可以更有效的解決隧道、高架等場景下 GPS 信號丟失或不準確的問題。

根據手機內置的加速度計、陀螺儀等慣性導航元件,車輛航位推算算法可以推算車輛的速度、航向角等信息,進行位置推算。


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而根據司機的軌跡數據,道路匹配算法可以推算車輛當前和下一時段所在的道路的可能性,將定位點準確綁定在道路上。


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每 1-3 秒,滴滴手機端會上傳一個定位包至實時計價模塊,通過對每個點的降噪和補償,就能得到一個相對準確的數據線路。


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通過這些不同的工具,滴滴可以在城市峽谷、高架、隧道等各種複雜場景下降低誤差,讓用戶獲得更準確的上車點和更可靠的里程計費。

儘管如此,手機定位仍然是一件相當困難的事。

在可預見的未來,也沒有什麼好辦法可以把定位誤差穩定控制在 5 米以內。除非你拿著手機,開著 Wi-Fi,在周圍都是路由器的環境裡網上衝浪。


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