Định vị lai: WiFi, Bluetooth, 4G

Bài trước kết lại: GPS cần “thấy bầu trời”, nên vào trong nhà hay xuống hầm là gần như bó tay. Vậy mà mở bản đồ trong trung tâm thương mại, chấm xanh vẫn hiện - sai hơn ngoài trời chút, nhưng vẫn biết bạn ở tầng nào, gần cửa hàng nào.

Bí mật: điện thoại không chỉ dựa vào GPS. Nó còn vắt kiệt mọi tín hiệu quanh mình - WiFi, sóng di động, Bluetooth, cả cảm biến chuyển động - rồi gộp lại. Đó là định vị lai (hybrid positioning).

Bật GPS từ trạng thái “nguội”, máy phải dò xem có vệ tinh nào trên đầu rồi chờ nó phát chậm rãi dữ liệu quỹ đạo - có khi cả 30 giây tới vài phút. Thời gian từ lúc bật tới khi có vị trí đầu tiên gọi là TTFF (time to first fix).

A-GPS (GPS có hỗ trợ) rút ngắn việc đó: điện thoại tải sẵn dữ liệu quỹ đạo (ephemeris/almanac - đã gặp ở bài Chòm vệ tinh & tín hiệu) qua mạng 4G/5G, nên không phải chờ vệ tinh phát. Định vị từ vài chục giây xuống còn vài giây.

Đây mới là cứu cánh trong nhà. Mỗi router WiFi liên tục phát ra một địa chỉ riêng (gọi là BSSID, chính là địa chỉ MAC). Điện thoại nghe thấy các router quanh mình - không cần kết nối hay mật khẩu - rồi tra một cơ sở dữ liệu khổng lồ “router này nằm ở đâu” để ước ra vị trí.

• ▸WiFi: nhận ra router theo địa chỉ BSSID, tra cơ sở dữ liệu vị trí - chạy tốt trong nhà.
• ▸Trạm sóng di động (cell tower): thô hơn, nhưng phủ rộng và gần như luôn có.
• ▸Không cần kết nối WiFi - chỉ cần “nghe” thấy là đủ.

Nhiều nơi (siêu thị, bảo tàng, sân bay) gắn các beacon Bluetooth (BLE) phát một mã định danh; điện thoại nghe được thì biết mình đang gần beacon nào. BLE ước khoảng cách theo độ mạnh tín hiệu nên khá thô.

Chính xác hơn nhiều là UWB (siêu băng rộng): nó đo thời gian bay của những xung cực ngắn - đúng tinh thần “khoảng cách từ thời gian” của bài Đo khoảng cách - nên đạt độ chính xác cỡ chục centimet (AirTag, định vị trong nhà dùng UWB).

Vào hầm gửi xe kín mít, không vệ tinh, không WiFi - điện thoại chuyển sang “đoán mò có cơ sở”: dùng cảm biến chuyển động (IMU - gia tốc kế và con quay hồi chuyển) để đếm bước và hướng đi, cộng dồn lại mà suy ra vị trí. Cách này gọi là dead reckoning. Vấn đề: mỗi bước sai một tí, và sai số tích luỹ dần:

import math

# Meo con di trong ham (khong GPS): moi buoc biet HUONG va DAI, nhung huong
# bi lech mot chut -> sai so tich luy khi di cang xa.
duong_di = [(0, 10), (90, 8), (0, 12), (270, 6), (0, 9)]  # (huong dung do, dai m)
lech = 4  # cam bien huong lech 4 do moi buoc

def di(buoc, sai_huong):
    x = y = 0.0
    for huong, dai in buoc:
        rad = math.radians(huong + sai_huong)
        x += dai * math.cos(rad)
        y += dai * math.sin(rad)
    return (x, y)

for n in (1, 3, 5):
    that = di(duong_di[:n], 0)
    doan = di(duong_di[:n], lech)
    print(f"Sau {n} buoc: doan lech vi tri that {math.dist(that, doan):.2f} m")

Sau 1 buoc: doan lech vi tri that 0.70 m
Sau 3 buoc: doan lech vi tri that 1.63 m
Sau 5 buoc: doan lech vi tri that 2.17 m

Đi càng xa càng trôi. Vì vậy IMU chỉ đáng tin ngắn hạn, để “lấp” những khoảng mất sóng, rồi được chỉnh lại ngay khi bắt lại được GPS/WiFi.

Không nguồn nào hoàn hảo, nên điện thoại gộp hết: GPS (khi thấy trời), WiFi và trạm sóng (trong nhà), Bluetooth/UWB (chính xác cự ly gần), IMU (lấp lúc mất sóng) - thành một ước lượng tốt nhất. Dịch vụ làm việc đó gọi là fused location.