楼层定位，是如何实现的？
最近这段时间带娃在外地旅行，使用儿童手表（小天才的Z10）比较多。
在查看手表App的时候，我突然发现一个有意思的细节，那就是在App的定位界面，竟然可以看到娃所在的建筑楼层：
作为一个通信工程师，我立刻察觉到其中的不简单。
众所周知，电子设备的常用定位手段，包括GPS、北斗、Wi-Fi、基站、蓝牙、UWB等几种。
GPS、北斗，属于GNSS（全球导航卫星系统）定位。通过接收来自卫星的信号，结合内置的定位芯片和算法，可以解算出自身的位置信息，精度达到米级。
Wi-Fi、基站等，属于地面网络定位。它们依据周边的无线信号特征，通过一定的算法解算出设备的位置。这种定位技术通常是卫星定位的补充和辅助。
蓝牙、UWB，是短距离通信技术。最近这几年，经常被用于进行室内定位。
大家都知道，建筑内部的卫星信号很弱，往往无法借助卫星进行定位。采用地面网络定位的话，精度又比较差。即便是实现了定位，也是二维平面定位。
那么，为什么小小的儿童手表，却可以做到难度极高的立体楼层定位呢？它采用的是什么技术？
带着这个疑问，我详细地查阅了相关资料。最后，在一份技术专利说明书上，我找到了答案。
这份名为“基于气压计楼层定位方法、装置及智能手表”的创新专利（专利号：2 .1）由广东小天才科技有限公司提交于2022年4月。其中明确指出——
“可以基于气压传感器能够感知不同楼层间气压差异的特性，建立起气压值与楼层之间的对应关系，从而实现针对楼层的定位判断。”
这个专利的思路非常具有创新性。事实上，它采用了气压传感器，但又不仅仅是气压传感器，还融合了一些特别的算法，甚至引入了大数据技术和人工智能技术。
我们来看看详细的原理和过程：
首先，在设备中内置气压计。根据气压计采集到的气压数据变化，可以判断设备所处的楼层是否发生变化。
当变化趋于稳定，则意味着设备停止移动。此时的楼层，被认为是“基准楼层”。设备会记录基准楼层对应的气压值，即“基准气压值”。
然后，用户进行垂直移动（坐电梯或爬楼梯），到达新的稳定位置，设备会记录新的对应气压值，即“终点气压值”。
比较基准气压值和终点气压值（楼层越高气压越低），可以得到垂直位移的高度差。利用这个高度差，系统就能准确计算出设备最后到达的具体楼层，这个楼层被称为第一目标楼层。
接下来，在确认设备位于第一目标楼层后，系统自动采集该楼层环境下的无线信号指纹（Wi-Fi信号强度、可见的AP列表、蜂窝信号强度等综合信息）。
然后，设备会将这个第一无线信号指纹与该第一目标楼层的对应关系，存储到专门的无线信号指纹库中。
以上，仅仅是数据初始采集和建库的过程。接下来，是真正的定位过程。
当设备开机后，会自动采集当前环境的新无线信号数据，称为第二无线信号指纹。
设备将这个第二无线信号指纹与无线信号指纹库中存储的所有楼层的指纹进行匹配（寻找最相似的）。库中找到的最匹配的指纹所对应的楼层信息，就被确定为设备当前所在的第二目标楼层。
整个过程实现了自动化建库和高精度楼层识别，不再依赖实时的气压变化，而是依靠之前建立的指纹库，节省了大量的人力和时间成本（无需大量人工在不同楼层逐个采集信号数据）。
基于这项专利技术，当孩子在高层建筑中移动时，手表就能较为准确地判断出孩子所在的楼层，大大提升了定位的实用性。
概括来说，手表的楼层定位，不是单次的定位，而是打造了一个庞大的基础信息库，然后为每个手表的定位提供支撑。这个库的信息准确率，直接影响了定位的准确率。
根据资料显示，小天才的这个专利，是进行了技术迭代的——
最开始，算法和模型部署在本地（在手表上）。用户自己使用，越用越精准。
后来，当这套算法更加成熟后，小天才把算法、公域模型和楼层数据放到了云端，进行所有用户之间的共享。
这个信息库，本身就是一个数据集合体。随着使用人数的不断增加，数据就越来越详尽、细致，信息库也会越来越完整，误差不断减小。手表用户的楼层定位体验，会不断提升。
小天才的儿童手表市场占用率长期位于前列，拥有非常庞大的用户基数。这也使得他们的算法和模型能够达到非常好的效果。
换言之，用户数量，成为了定位能力的一个“护城河”。其它厂商即便是模仿了他们的技术，也会因为用户基数不足，无法达到相同的定位精度。这确实是非常精妙的一个布局。
通过引入AI人工智能，可以进一步提升建库和查询的效率，让楼层定位的算法达到更好的效果。
根据资料显示，自从2022年推出楼层定位技术以来，小天才已经将这项技术应用于Z7S、Z10、Z11等多个型号，技术也不断更新迭代，已经发展到楼层定位4.0版本。
结合全场景3D地图，家长们可以直观地看到孩子的位置，大幅降低走失风险，增加安全系数。
在研究这个楼层定位技术的过程中，小枣君不禁心生感慨：
很多技术诞生的时间比较长，随着时间的推移，技术性能会越来越难。但技术的创新是永不停止的。如果既有路线走不通，那么，跳出固定思维，另辟蹊径，往往会取得更好的效果。
就定位这个技术场景来看，室外定位和二维平面定位已经可以达到很高的精度，针对地下室、隧道、室内复杂场所、三维立体空间的定位，仍然是需求痛点。
需求是推动技术演进的源动力。相信随着时间的推移，会有更多的定位技术创新出现，彻底解决这些痛点。
