室內(nèi)定位系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　2012 年 4 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于 WiFi 射頻信號(hào)強(qiáng)度指紋匹配的移動(dòng)終端定位系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)實(shí) 現(xiàn)了一種基于權(quán)重值選擇的定位算法。該算法為每個(gè)掃描到的 AP 的 RSSI 設(shè)定了選擇區(qū)間，

2、指 紋庫中落在此區(qū)間的所有位置點(diǎn)設(shè)平均權(quán)值， 最后選取權(quán)重值最大者為待定位點(diǎn)的位置估計(jì)， 如 有相同權(quán)重值，則比較信號(hào)強(qiáng)度距離，取最小者，這種算法在一定程度上克服了 RSSI 信號(hào)隨機(jī) 抖動(dòng)對定位的影響，提高了定位的穩(wěn)定性和精度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，此系統(tǒng)在 4 米范圍內(nèi)具有良好的 定位效果?？刹渴鹪谡桂^、校園、公園等公共場所，為客戶提供定位導(dǎo)航服務(wù)。定位算法運(yùn)行于 服務(wù)端，客戶端為配備 WiFi 模塊的 Android 手機(jī)。借助該定位系統(tǒng)，

3、基于 Android 系統(tǒng)的移動(dòng)終端可方便地查詢自身位置，并獲取各種基于位置服務(wù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 接收信號(hào)強(qiáng)度；無線室內(nèi)定位；射頻指紋；Android 操作系統(tǒng) </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper designs and implements an indoor lo

4、cation system based on WiFi for mobile user with Android handset. A locating arithmetic based on Weight-Select is introduced to filter the random noise of RSSI. For each location in Radio Map, a weight is set if the RSSI

5、 of the AP scanned is in the interval preset. Then max-weighted location or the min-RSSI-distance among them will be selected as the estimated position. According to experiments, 4-metre locating precision is available.

6、It can be used</p><p>　　Key words: Received Signal Strength, Wireless Indoor Locating, Radio Map, Android Operating System</p><p>　　第一章 緒 論6</p><p>　　1.1關(guān)于位置信息確定的意義及方法6<

7、/p><p>　　1.1.1位置信息確定的意義及方法6</p><p>　　1.1.2本文主要介紹的定位系統(tǒng)7</p><p>　　1.2本文的主要研究內(nèi)容以及各章安排7</p><p>　　1.2.1主要內(nèi)容7</p><p>　　1.2.2本文安排7</p><p>　　第二章 目前

8、主要定位方式及各種測量方法8</p><p>　　2.1 GPS定位系統(tǒng)介紹8</p><p>　　2.1.1GPS的發(fā)展8</p><p>　　2.1.2 GPS國內(nèi)外動(dòng)態(tài)10</p><p>　　2.2 wifi定位技術(shù)11</p><p>　　2.2.1 wifi的利用原理11</p>

9、<p>　　2.2.2定位需要兩個(gè)先決條件12</p><p>　　2.3定位運(yùn)用的各種測量方法12</p><p>　　2.3.1 通過傳播時(shí)間測量方法13</p><p>　　2.3.2信號(hào)衰減測量方法13</p><p>　　2.3.3改進(jìn)的TOA算法13</p><p>　　2.4本章總結(jié)

10、14</p><p>　　第三章無線定位系統(tǒng)和物聯(lián)定位系統(tǒng)的介紹14</p><p>　　3.1無線定位系統(tǒng)方案14</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)方案14</p><p>　　3.1.2特點(diǎn)與指標(biāo)16</p><p>　　3.2 LocateSYS物聯(lián)定位系統(tǒng)17</p><p>

11、;　　3.2.1系統(tǒng)概述17</p><p>　　3.2.2工作原理18</p><p>　　3.2.3特點(diǎn)與指標(biāo)18</p><p>　　3.2.4產(chǎn)品資料19</p><p>　　3.2.5應(yīng)用領(lǐng)域21</p><p>　　3.3 本章總結(jié)21</p><p>　　第四章基于 W

12、iFi 的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)21</p><p>　　4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)23</p><p>　　4.2.1客戶端設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.2.4. Activity 生命周期24</p><p>　　4.2.5．獲取周邊 AP 信號(hào)強(qiáng)度25</p&g

13、t;<p>　　4.3 程序流程26</p><p>　　4.4. 服務(wù)端軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.4.1. Web 服務(wù)器27</p><p>　　4.4.2. 定位服務(wù)器28</p><p>　　4.5.客戶端與服務(wù)端通信28</p><p>　　4.6. 2算法描述31<

14、;/p><p>　　4.6. 3算法分析31</p><p><b>　　4. 7實(shí)驗(yàn)32</b></p><p>　　4.7. 1實(shí)驗(yàn)過程32</p><p>　　4.7.2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果33</p><p>　　4.8. 總結(jié)33</p><p><b>

15、　　致謝34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p>　　第一章 緒 論</p><p>　　1.1關(guān)于位置信息確定的意義及方法</p><p>　　1.1.1位置信息確定的意義及方法</p><p>　　位置信息在人們的日常生活中扮

16、演著重要的作用。在郊外、展覽館、公園等陌生環(huán)境 中，使用定位導(dǎo)航信息可為觀眾游覽提供更便 捷的服務(wù)；在倉儲(chǔ)物流過程中，對物品進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤將大大提高工作效率；在監(jiān)獄環(huán)境中，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握相關(guān)人員的位置信息，有助于提高安全管理水平，簡化監(jiān)獄管理工作。 目前全球定位系統(tǒng)（ GPS ， Global Positioning System）是獲取室外環(huán)境位置信息 的最常用方式。近年來，隨著無線移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，GPS 和蜂窩網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的

17、 A-GPS（Assisted Global Positioning System）定 [1] 位方式在緊急救援和各種基于位置服務(wù) （LBS，Location-Based Services）中逐漸得到了應(yīng)用。但由于衛(wèi)星信號(hào)容易受到各種障礙物遮擋，GPS/APGS 等衛(wèi)星定位技術(shù)并不適用于室內(nèi)或高樓林立的場合，目前無線室內(nèi)定位 術(shù)迅速發(fā)展，已成為 GPS 的有力補(bǔ)充。</p><p>　　一般來講， 使用無線信號(hào)強(qiáng)

18、度獲取目標(biāo)位置信息的過程，就是建立無線信號(hào)強(qiáng)度和位置信息穩(wěn)定映射關(guān)系的過程。 現(xiàn)有室內(nèi)無線定位系統(tǒng)主要采用紅外、超聲波 [2] 、藍(lán)牙、WiFi （Wireless Fidelity） 、RFID（Radio Frequency Identification）等短距離無線技術(shù)。其中基WiFi網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)由于部署廣泛且低成本較低，因此備受關(guān)注[3,4]。其中由微軟開發(fā)的 RADAR 系統(tǒng)是最早的基于WiFi 網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)。它采用射

19、頻指紋匹配方法，從指紋庫中查找最接近的 K個(gè)鄰居，取它們坐標(biāo)的平 [5] 均作為坐標(biāo)估計(jì)。而文獻(xiàn)介紹的室內(nèi)定位系統(tǒng)則基于RSSI 信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，采用貝葉斯公式，通過計(jì)算目標(biāo)位置的后驗(yàn)概率分布，來進(jìn)行定位。</p><p>　　1.1.2本文主要介紹的定位系統(tǒng) </p><p>　　本文同樣基于WiFi 網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了 一種無線室內(nèi)定位系統(tǒng)， 但與上述定位方法不同，本文采用了基于權(quán)值選

20、擇的定位算法，在一定程度上減少了</p><p>　　RSS.信號(hào)隨機(jī)變化引起的定位誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可獲得較好的定位精度（4 米）。 </p><p>　　1.2本文的主要研究內(nèi)容以及各章安排</p><p><b>　　1.2.1主要內(nèi)容</b></p><p>　　本文研究內(nèi)容為將具有wifi模塊是andr

21、oid手機(jī)作為客戶端、服務(wù)端、定位算法進(jìn)行定位確定。</p><p><b>　　1.2.2本文安排</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　第二章 目前主要定位方式及各種測量方法</p><p>　　第三章 無線定位系統(tǒng)和物聯(lián)定位系統(tǒng)的介紹</p>

22、;<p>　　第四章 基于 WiFi 的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　第二章 目前主要定位方式及各種測量方法</p><p>　　2.1 GPS定位系統(tǒng)介紹</p><p>　　2.1.1GPS的發(fā)展</p><p>　　隨著 GPS 定位技術(shù)的發(fā)展，GPS 技術(shù)已經(jīng)超越了初始的設(shè)計(jì)目標(biāo)。最主要的突破是人們提出了

23、差分 GPS 定位技術(shù)。差分 GPS 定位技術(shù)分為局域差分 GPS 定位技術(shù)和廣域差分 GPS 定位技術(shù)。局域差分 GPS 實(shí)時(shí)定位技術(shù)是由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通訊鏈路和用戶站組成?；鶞?zhǔn)站和用戶站間隔在一定范圍內(nèi)(一般不超過 150km)并同步觀測相同的 GPS 衛(wèi)星。對于同一衛(wèi)星同一歷元的觀測值，基準(zhǔn)站和用戶站包含幾乎相同的誤差。因此，在基準(zhǔn)站計(jì)算出每一顆 GPS 衛(wèi)星的誤差改正信息后，通過數(shù)據(jù)通訊鏈路傳輸至用戶站，用戶站對觀測值進(jìn)行改正，即

24、可提高定位精度。一般用戶站定位精度約為 1- 5m。由于基準(zhǔn)站和用戶站的誤差相關(guān)性與它們之間的距離有關(guān)，因而用戶站定位精度的改善在很大程度上受到基準(zhǔn)站和用戶站之間的距離限制（葉世榕，2002）。廣域差分 GPS 技術(shù)的基本思想是對 GPS 的衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差及電離層延遲等主要誤差源加以區(qū)分，并單獨(dú)對每一個(gè)誤差源分別加以“模型化”，計(jì)算其誤差修正值，然后將計(jì)算出的每</p><p>　　一誤差源的數(shù)值通過數(shù)據(jù)

25、通訊鏈傳輸給用戶，以對用戶 GPS 接收機(jī)的觀測值誤差加以改正，達(dá)到削弱這些誤差源改善用戶定位精度的目的。因而在廣域差分 GPS 系統(tǒng)中，只要數(shù)據(jù)鏈路有足夠能力，基準(zhǔn)站和用戶站間的距離原則上是沒有限制的 。在一般情況下，廣域差分 GPS 的定位精度在1000- 1500km 的范圍內(nèi)約為 1- 5m。局域差分和廣域差分 GPS 定位技術(shù)顯然還無法滿足高精度測量的要求。長期以來，人們在利用載波相位觀測值進(jìn)行定位方面做了大量的卓有成效的研究

26、工作，其中載波相位相對定位技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。類似于碼差分定位技術(shù)，載波相位相對定位采用兩臺(tái)及以上的接收機(jī)進(jìn)行同步觀測。靜態(tài)相對定位的精度一般可以達(dá)到厘米級(jí)或毫米級(jí)。在動(dòng)態(tài)定位方面，人們又提出了RTK 技術(shù)。它是一種實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站載波相位觀測量的差分方法。</p><p>　　載波相位差分可分為兩類：一類是修正法，另一類是差分法。所謂修正法，即將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，以改正用戶接收到的載波相位，再

27、求解坐標(biāo)。所謂差分法即是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)（徐紹銓，2003）。對于單基準(zhǔn)站動(dòng)態(tài)定位，一般要求基準(zhǔn)站和用戶站之間的距離為 10- 15km，定位的精度為厘米級(jí)。為了不受距離的限制，人們又提出了多基準(zhǔn)站RTK，虛擬參考站（VRS）等技術(shù)，利用這些技術(shù)在 50~70 公里內(nèi)可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（葉世榕,2002）。載波相位相對定位雖然可以達(dá)到很高的精度，但通常要受到測站間距離的限制。對于有些應(yīng)用如精密的海

28、洋劃界，精密海洋工程等，原有的定位手段無法滿足需求，需要尋求新的定位方式或技術(shù)（劉焱雄，2005）。</p><p>　　精密單點(diǎn)定位（Precise Point Positioning,PPP）這一概念首先由美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的 Zumberge 等人于 1997 年提出(Zumberge，1997) 在他們開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件 GIPSY 上給予實(shí)現(xiàn)。精密單點(diǎn)定位是一種利 ，用衛(wèi)星精密星歷和衛(wèi)星鐘鐘

29、差數(shù)據(jù)，以及雙頻碼和載波相位觀測值，采用非差模型進(jìn)行精密單點(diǎn)定位的方法。非差定位模式和其它差分模式相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：可用觀測值多；保留了所有觀測信息；能直接得到測站坐標(biāo)；測站和測站之間沒有距離限制；各接收機(jī)不需同步觀測。精密單點(diǎn)定位由于只需要一臺(tái)接收機(jī)就能工作，還具有數(shù)據(jù)采集簡單，效率高，費(fèi)用省等優(yōu)點(diǎn)。而且可以得到全球一致的厘米級(jí)的定位精度。精密單點(diǎn)定位的精度在很大程度上依賴于精密星歷和衛(wèi)星鐘鐘差的精</p><p&

30、gt;　　度。IGS 所提供的優(yōu)于 5cm的 GPS 衛(wèi)星精密軌道和優(yōu)于 0.1ns 的精密衛(wèi)星鐘鐘差數(shù)據(jù)為精密單點(diǎn)定位技術(shù)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)前的精密單點(diǎn)定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是基于GPS 觀測數(shù)據(jù)。但 GPS 作為一種基于衛(wèi)星的定位技術(shù)，系統(tǒng)的可用性、定位結(jié)果的可靠性和精度在很大程度上取決于觀測到的衛(wèi)星的數(shù)量。在有些場合，如城市峽谷、露天礦區(qū)域和山區(qū)，可見衛(wèi)星的數(shù)量往往是不夠的。增加系統(tǒng)的可用性和可靠性的一個(gè)可行的辦法是組合 GPS 和

31、 GLONASS。目前，GLONASS 系統(tǒng)正在改變以前衛(wèi)星數(shù)量嚴(yán)重不足的局面，已經(jīng)有 16 顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行而且根據(jù) GLONASS 系統(tǒng)的現(xiàn)代化計(jì)劃，GLONASS 衛(wèi)星星座很快將擁有 24 顆工作衛(wèi)星，這就為 GPS 和 GLONASS 兩種系統(tǒng)的組合提供了基礎(chǔ)。由于更多的衛(wèi)星資源能被使用以及由此改善的系統(tǒng)可用性，可靠性和定位精度，組合的 GPS/GLONASS 精密單點(diǎn)定位將具有更廣闊的應(yīng)用前景。</p><p

32、>　　2.1.2 GPS國內(nèi)外動(dòng)態(tài)</p><p>　　精密單點(diǎn)定位這一概念最初是由 JPL 的Zumberge 等人于 1997 年提出并在他們開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件 GIPSY 上給予實(shí)現(xiàn)。它是一種利用高精度的 GPS 衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘鐘差數(shù)據(jù)以及雙頻碼和載波相位觀測值采用非差模型進(jìn)行精密單點(diǎn)定位的方法，其單天解的精度為：水平方向±1cm，高程方向?yàn)?#177;2cm(Zumberge，1997)

33、。還有人提出了全球?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位技術(shù)。利用非差雙頻載波相位觀測值，在經(jīng)過一段時(shí)間初始化后進(jìn)行單歷元實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位。試驗(yàn)結(jié)果表明平面位置的定位精度為±（10～20）cm. 加拿大卡爾加里大學(xué)提出了精密單點(diǎn)定位 P1- P2- CP 模型，該模型不像傳統(tǒng)模型那樣在碼和碼之間形成消電離層組合，而是在相位和碼之間形成消電離層組合，試驗(yàn)結(jié)果證明，該模型比傳統(tǒng)模型具有更好的性能。Gao 等也研究了在各種動(dòng)態(tài)環(huán)境下，使用實(shí)時(shí)精

34、密星歷和衛(wèi)星鐘產(chǎn)品精密單點(diǎn)定位的性能。試驗(yàn)結(jié)果表明厘米級(jí)的定位精度是可以獲得的。Gao科研小組還研究開發(fā)了商業(yè)化的精密單點(diǎn)定位軟件(p3)。除此之外，由CODE 研制的著名的 GPS 數(shù)據(jù)處理軟件 Bernese 在 4.2 版本中增加</p><p>　　基于最小二乘估計(jì)的非差相位定軌和定位軟件 EPOS。NRCan 的Heroux 等人也研究了采用非差相位進(jìn)行精密單點(diǎn)定位的方法。國內(nèi)學(xué)者也對精密單點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)

35、行了深入研究。武漢大學(xué)葉世榕在博士論文中利用自行研制的定位軟件進(jìn)行了試算。單天解的精度為：緯度方向優(yōu)于 1cm，經(jīng)度方向優(yōu)于2cm，高程方向優(yōu)于3cm。動(dòng)態(tài)定位時(shí)初始化時(shí)間約為 15min，初始化后單歷元解的精度在緯度經(jīng)度和高程方向的精度均優(yōu)于 20cm,大部分解的精度優(yōu)于 10cm。利用 GPS 的精密預(yù)報(bào)星歷和實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差計(jì)算得到的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的精度為40cm（葉世榕,2002）。武漢大學(xué)張小紅教授也對精密單點(diǎn)定位進(jìn)行了深入研究。張

36、獨(dú)立研發(fā)了后處理精密單點(diǎn)定位軟件 - TriP，并成功的將其應(yīng)用于航空測量，試驗(yàn)結(jié)果表明采用精密單點(diǎn)定位技術(shù)可以獲得幾個(gè)厘米的動(dòng)態(tài)定位精度。香港理工大學(xué)比較了非差，衛(wèi)星間單差，歷元間單差，歷元衛(wèi)星間差，四種不同單點(diǎn)定位差分模型的定位精度和其他指標(biāo)。宋偉偉等研究了精密單點(diǎn)定位中周跳探測與修復(fù)的方法（宋偉偉，2007）。</p><p>　　目前對于GPSS 單點(diǎn)定位的研究主要還是采用測碼偽距觀測值，因而定位精度在米

37、級(jí)。要想達(dá)到厘米級(jí)的定位精度，必須進(jìn)行基于載波相位觀測數(shù)據(jù)的精密單點(diǎn)定位。</p><p>　　2.2 wifi定位技術(shù)</p><p>　　做這項(xiàng)技術(shù)是由一家成立于2003年叫Skyhook Wireless(http://www.skyhookwireless.com/)的公司。在SkyHook主頁上可以下載一個(gè)叫Loki的軟件，是PC上用的，也支持wifi定位，不過好像只能在xp用。

38、還沒升到1.1.3的iphone用戶可以先試試Loki。</p><p>　　2.2.1 wifi的利用原理</p><p>　　1），wifi熱點(diǎn)（也就是AP，或者無線路由器）越來越多，在城市中更趨向于空間任何一點(diǎn)都能接收到至少一個(gè)AP的信號(hào)。（在美國，每個(gè)點(diǎn)收到3、5個(gè)AP信號(hào)的情況相當(dāng)多見。中國也會(huì)越來越多的） 2），熱點(diǎn)只要通電，不管它怎么加密的，都一定會(huì)向周圍發(fā)射信號(hào)。信號(hào)中包

39、含此熱點(diǎn)的唯一全球ID。即使距離此熱點(diǎn)比較遠(yuǎn)，無法建立連接，但還是可以偵聽到它的存在。 3），熱點(diǎn)一般都是很少變位置的，比較固定。       這樣，定位端只要偵聽一下附近都有哪些熱點(diǎn)，檢測一下每個(gè)熱點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)弱，然后把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的Skyhook的服務(wù)器。服務(wù)器根據(jù)這些信息，查詢每個(gè)熱點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫里記錄的坐標(biāo)，然后進(jìn)行運(yùn)算，就能知道客戶端的具體位置了，最后坐標(biāo)告訴客戶端。容易

40、理解的是，收到的AP信號(hào)越多，定位就會(huì)越準(zhǔn)</p><p>　　2.2.2定位需要兩個(gè)先決條件</p><p>　　1），客戶端能上網(wǎng) 2），偵聽到的熱點(diǎn)的坐標(biāo)在Skyhook的數(shù)據(jù)庫里有 第一條不消說了，不管是wifi還是edge，只要能連上Skyhook的服務(wù)器就行。</p><p>　　第二條是Skyhook的金礦所在。對于Skyhook如何知道每個(gè)AP的

41、坐標(biāo)信息有兩種說法：</p><p>　　1. 有一種說法是靠網(wǎng)友自己搜集，然后發(fā)給Skyhook，Skyhook會(huì)付錢。   2. 不過官方網(wǎng)站上的說法是開著車滿大街轉(zhuǎn)悠，邊走邊采集AP信號(hào)，并用GPS定位，從而就有了坐標(biāo)信息。而且他們會(huì)定期重新開車采集數(shù)據(jù)，以適應(yīng)熱點(diǎn)的變化。相對之下，第2條更靠譜，而且成本并不高。比方說采集北京，設(shè)備上一個(gè)帶GPS和wifi的PDA足以，然后裝到出租車上

42、，每月給司機(jī)200、300的，讓他就正常拉客人。只要有3、5個(gè)司機(jī)合作，數(shù)據(jù)就采集下來了，并不斷地更新。司機(jī)也一定會(huì)很樂呵，這純粹是無成本的額外收入呀，還能享受一下GPS。所以現(xiàn)階段在大陸地區(qū)只有北京能用，不知道在中國有沒有其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)wifi定位。wifi定位精度比GPS要低，受服務(wù)范圍限制，而且沒有方向、速度等數(shù)據(jù)，不能導(dǎo)航，更不能離線使用。不過它有比GPS更優(yōu)越的地方，就是在人口、樓群越密集的地方，使用的效果會(huì)更好。GPS

43、啟動(dòng)時(shí)間長，在室內(nèi)是無效的，天氣不好的時(shí)候表現(xiàn)也欠佳，樓群太密集的地方也不太好用。而這些因素都被wifi定位克服了。</p><p>　　2.3定位運(yùn)用的各種測量方法</p><p>　　2.3.1 通過傳播時(shí)間測量方法</p><p>　　它通過在已知傳播速度的情況下，無線電波傳播的距離與它傳播的時(shí)間成正比。但上述方法存在兩個(gè)問題，影響了方法的使用性：</p

44、><p>　　第一是時(shí)鐘精度。 因?yàn)樗{(lán)牙信號(hào)的傳播速度很快，又考慮到各種延遲，所以為了減小測量誤差必須使用高精度的時(shí)鐘，時(shí)間單位采用ns，這對硬件的要求過高，不實(shí)用。</p><p>　　第二是時(shí)鐘同步。 參與同一個(gè)定位過程的參考點(diǎn)之間必須保證時(shí)鐘的同步，這樣才能保證測量結(jié)果的正確性和精度。</p><p>　　2.3.2信號(hào)衰減測量方法</p><

45、p>　　在理想的傳播環(huán)境下，無線信號(hào)的衰減與1／r2成正比(其中r為傳播距離)。但實(shí)際上，無線信號(hào)在空間傳播時(shí)能量的衰減是多種因素共同作用的結(jié)果，而不單單與傳播距離有關(guān)。在一個(gè)地形地物較為復(fù)雜的環(huán)境中，無線信號(hào)傳播時(shí)的衰減會(huì)受到反射、折射、多徑效應(yīng)等多種因素的影響，所以這種利用能量衰減測量距離的方法不如傳播時(shí)間測量方法精度高。</p><p>　　2.3.3改進(jìn)的TOA算法</p><p

46、>　　從可行性和精度兩個(gè)方面綜合考慮之后，我們決定采用依靠經(jīng)驗(yàn)的定位方法：它同樣是基于無線電波能量來定位的，不同的是它不是根據(jù)能量衰減與距離平方的正比關(guān)系來計(jì)算距離，而是通過一個(gè)數(shù)據(jù)庫來記錄一定數(shù)量的參考位置的信號(hào)強(qiáng)度，然后把待測物體檢測到的信號(hào)強(qiáng)度與之相比而得到待測物體的信號(hào)強(qiáng)度。如果參考位置足夠多的話，這種方法具有很好的精度，并且不受實(shí)際地理位置的影響，因?yàn)閰⒖嘉恢谜菑膶?shí)際的測量中來的。這種方法的一個(gè)缺陷是它要求每次實(shí)施時(shí)要

47、測量大量的參考位置上的信號(hào)強(qiáng)度，并且隨著時(shí)間推移，地理環(huán)境必定會(huì)有所改變，這時(shí)又要對所有的參考位置重新進(jìn)行測量。</p><p>　　如圖4所示，系統(tǒng)從檢測到的有效藍(lán)牙點(diǎn)(通過ID判斷)選取三個(gè)點(diǎn)利用圖3所示方法定位。我們檢測到的信號(hào)強(qiáng)度值在263～230，隨著距離增大而減小，但不是線性變化。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)0～3 m，3～6 m，6～9 m區(qū)間內(nèi)可以近似成三個(gè)線性區(qū)間。于是分別測量并統(tǒng)計(jì)了一些藍(lán)牙點(diǎn)0，3，6，

48、9 m的信號(hào)強(qiáng)度值，用來輔助計(jì)算。藍(lán)牙信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)擬合結(jié)果如圖5所示。</p><p><b>　　2.4本章總結(jié)</b></p><p>　　本章介紹GPS相關(guān)內(nèi)容以及常用的幾種距離算法</p><p>　　第三章無線定位系統(tǒng)和物聯(lián)定位系統(tǒng)的介紹</p><p>　　3.1無線定位系統(tǒng)方案</p><

49、;p><b>　　3.1.1系統(tǒng)方案</b></p><p>　　系統(tǒng)包含三部分：定位標(biāo)簽、定位傳感器和定位引擎軟件。其中：</p><p>　　①定位標(biāo)簽由電池供電，在定位傳感器信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)自由移動(dòng)，發(fā)射和接收CSS射頻信號(hào)，測量與傳感器之間的距離；</p><p>　?、诙ㄎ粋鞲衅魑恢霉潭?，能夠與標(biāo)簽進(jìn)行通訊，對標(biāo)簽進(jìn)行測距和控制

50、。同時(shí)定位傳感器還負(fù)責(zé)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信，回傳系統(tǒng)數(shù)據(jù)給定位軟件平臺(tái)；</p><p>　　③定位引擎軟件管理所有的傳感器和標(biāo)簽，獲取、分析并傳輸位置信息給用戶和其他相關(guān)信息系統(tǒng)。并可對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和性能配置。</p><p>　　圖1典型的系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2 多樓層無縫定位示意圖</p><p>　　3.1.2特點(diǎn)與指

51、標(biāo)</p><p>　　(1) 物聯(lián)（脈沖）定位系統(tǒng)的性能指標(biāo)</p><p>　?、僮罡呔冗_(dá) 60cm的實(shí)時(shí) 2D 定位，數(shù)據(jù)刷新率達(dá)到 5HZ；一般定位精度1-2米。</p><p>　　②支持 2.4G ISM 通訊頻段的定位信號(hào)處理，功耗低于 100mW；</p><p>　?、酃I(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，溫度為-20~60度，IP65防護(hù)等級(jí)；&

52、lt;/p><p>　?、軘U(kuò)展組網(wǎng)通信：傳感器與標(biāo)簽之間的典型通訊距離為60米（視實(shí)際情況會(huì)有所不同），區(qū)域感知范圍為60米，一維定位長度為60米，二維定位面積大小為40米X40米；</p><p>　?。?）超寬帶射頻技術(shù)UWB定位技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　①物三維位置信息，并通知監(jiān)控中心。</p><p>　?、诜涓C狀子區(qū)域定位管理，能夠

53、覆蓋無限空間范圍內(nèi)的人、物。</p><p>　?、勰軐θ藛T的位置、行進(jìn)路線、距離、速度進(jìn)行監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)。 </p><p>　?、苤С?D/3D 定位，在3D 模式下，定位精度達(dá)到15cm。</p><p>　　⑤能對人員的停留時(shí)間、地點(diǎn)到達(dá)次數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。</p><p>　?、薷鶕?jù)客戶的需求生成并存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，為后場館以及客

54、戶管理提供參考依據(jù)。</p><p>　?。?） WIFI、RFID實(shí)時(shí)定位</p><p>　　①在無線信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)，標(biāo)簽自動(dòng)漫游。完成人員及資產(chǎn)實(shí)施定位跟蹤。定位精度可達(dá)3到5米，成本低，施工維護(hù)簡單。</p><p>　　②讀卡器專利技術(shù)，擴(kuò)展能力強(qiáng)，多頻段設(shè)計(jì)，支持以太網(wǎng)、RS485總線、WIFI無線傳輸?shù)?，此外容易和GPS、GPRS、3G等技術(shù)整合，實(shí)現(xiàn)

55、無縫定位。</p><p>　?、凼彝夂w距離： 最遠(yuǎn) 200 米（650 英尺）</p><p>　?、苁覂?nèi)涵蓋距離： 最遠(yuǎn) 80 米（260 英尺）</p><p>　　3.2 LocateSYS物聯(lián)定位系統(tǒng)</p><p><b>　　3.2.1系

56、統(tǒng)概述</b></p><p>　　LocateSYS物聯(lián)定位系統(tǒng)®是采用基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)構(gòu)建的定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)1.5米以內(nèi)的定位精度，這是WIFI、ZigBee和RFID技術(shù)所不能達(dá)到的。系統(tǒng)包含三部分：定位標(biāo)簽、定位傳感器和定位引擎軟件。其中：</p><p>　?、俣ㄎ粯?biāo)簽由電池供電，在定位傳感器信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)自由移動(dòng)，發(fā)射和接收CSS射頻信號(hào)，測

57、量與傳感器之間的距離；</p><p>　?、诙ㄎ粋鞲衅魑恢霉潭ǎ軌蚺c標(biāo)簽進(jìn)行通訊，對標(biāo)簽進(jìn)行測距和控制。同時(shí)定位傳感器還負(fù)責(zé)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信，回傳系統(tǒng)數(shù)據(jù)給定位軟件平臺(tái)；</p><p>　　③定位引擎軟件管理所有的傳感器和標(biāo)簽，獲取、分析并傳輸位置信息給用戶和其他相關(guān)信息系統(tǒng)。并可對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和性能配置。</p><p>　　典型的系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)如圖：<

58、;/p><p><b>　　3.2.2工作原理</b></p><p>　　在該系統(tǒng)中，標(biāo)簽與傳感器之間采用對稱雙邊雙向時(shí)間同步技術(shù)（SDS-TWR：Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging）測量直線距離，獲得標(biāo)簽與多個(gè)固定位置傳感器之間的直線距離，通過專用的算法解算標(biāo)簽的坐標(biāo)。</p><p>　　由于采用

59、基于時(shí)間的測距技術(shù)，確保了較高的定位精度和室內(nèi)應(yīng)用環(huán)境的可靠性，而通常這些室內(nèi)應(yīng)用極具挑戰(zhàn)性：墻壁和金屬物的反射，導(dǎo)致較強(qiáng)的多路徑效應(yīng)。LocateSYS物聯(lián)定位系統(tǒng)通過軟硬件的專門設(shè)計(jì)大大減少了這些影響；</p><p>　　傳感器通常按照蜂窩單元(Cell)的形式進(jìn)行組織，典型的劃分方式是矩形單元，附加的傳感器根據(jù)其幾何覆蓋區(qū)域進(jìn)行增加；每個(gè)定位單元中，主傳感器配合其他傳感器工作，并與單元內(nèi)所有檢測到位置的標(biāo)

60、簽進(jìn)行通訊；通過類似于移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的蜂窩單元組合，能夠做到較大面積區(qū)域的覆蓋；</p><p>　　標(biāo)簽的位置通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)線發(fā)送到定位引擎軟件；定位引擎軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，并通過API接口傳輸?shù)酵獠砍绦蚧騆ocateSYS定位軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空間信息的處理以及信息的可視化；</p><p>　　由于標(biāo)簽?zāi)軌蛟诓煌ㄎ粏卧?Cell)之間移動(dòng)，定位引擎軟件能夠自動(dòng)在一個(gè)主傳感器和下一個(gè)主傳感

61、器之間實(shí)現(xiàn)切換。在建立系統(tǒng)時(shí)，需要對整體的多單元空間結(jié)構(gòu)指定參考坐標(biāo)系。當(dāng)標(biāo)簽在參考坐標(biāo)系內(nèi)的多個(gè)單元中移動(dòng)時(shí)，可視化模塊能夠?qū)崟r(shí)顯示標(biāo)簽位置。</p><p>　　針對實(shí)際的應(yīng)用，LocateSYS通過應(yīng)用的不同環(huán)境和需求設(shè)計(jì)了滿足應(yīng)用需求和物理環(huán)境的系統(tǒng)?？紤]：定位區(qū)域的幾何劃分，不同區(qū)域的定位精度要求，哪些物體附著定位標(biāo)簽，哪一種速度是正常的，期望物體間產(chǎn)生何種的操作與交互行為，哪些是固定或未加標(biāo)簽的物資，

62、電池壽命的需求，供電的方式或以太網(wǎng)通訊的方式，與其他RF系統(tǒng)的融合等等。</p><p>　　3.2.3特點(diǎn)與指標(biāo)</p><p>　?。?）LocateSYS物聯(lián)定位系統(tǒng)的特點(diǎn)為：</p><p>　?、俣ㄎ痪雀撸翰捎脮r(shí)間測距、專用算法和特殊的抗干擾設(shè)計(jì)； </p><p>　　②多種應(yīng)用場合：定位傳感器根據(jù)配置和部署方式的不同，可以實(shí)現(xiàn)

63、區(qū)域感知、一維定位、二維定位三種不同的應(yīng)用。</p><p>　?、鄯秶蓴U(kuò)展：通過多個(gè)定位單元可以擴(kuò)大覆蓋范圍；</p><p>　　部署簡單：定位傳感器之間無需時(shí)間同步；</p><p>　?、芏ㄎ环€(wěn)定：采用到達(dá)時(shí)間測距技術(shù)，不受無線信號(hào)強(qiáng)度值變化的影響；</p><p>　　⑤接口豐富：軟件引擎平臺(tái)提供坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)輸出接口，結(jié)合Lo

64、cateSYS定位軟件平臺(tái)可以提供.NET API接口；</p><p>　　⑥節(jié)能設(shè)計(jì)：標(biāo)簽內(nèi)置靈敏的振動(dòng)傳感器，盡可能節(jié)約電能，延長使用時(shí)間。</p><p>　?。?）LocateSYS物聯(lián)定位系統(tǒng)的性能指標(biāo)：</p><p>　　系統(tǒng)定位精度：室內(nèi)*1二維2.5米，室外*1二維1.5米；</p><p>　　數(shù)據(jù)刷新率：1Hz；<

65、;/p><p>　　標(biāo)簽使用時(shí)間：1000mAH電量，1Hz，標(biāo)簽每天工作6小時(shí)情況下，為一個(gè)月；</p><p>　　定位數(shù)據(jù)延遲：2秒；</p><p>　　擴(kuò)展組網(wǎng)通信：傳感器與標(biāo)簽之間的典型通訊距離為60米（視實(shí)際情況會(huì)有所不同），區(qū)域感知范圍為60米，一維定位長度為60米，二維定位面積大小為40米X40米；</p><p>　　單元覆蓋

66、范圍：開闊環(huán)境60米；</p><p>　　*1室內(nèi)室外均為典型環(huán)境，即沒有大型遮擋物、大面積樹木和金屬，沒有混凝土或磚墻阻隔</p><p><b>　　3.2.4產(chǎn)品資料</b></p><p>　　物聯(lián)定位傳感器WLSENSOR2000</p><p><b>　　室內(nèi)型定位傳感器。</b>&

67、lt;/p><p>　　物聯(lián)定位標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)型WLSENSOR2060-X</p><p>　　物聯(lián)定位標(biāo)簽擴(kuò)展型WLSENSOR2060-EX</p><p>　　可擴(kuò)展定位標(biāo)簽（帶按鍵和語音播報(bào)）</p><p>　　物聯(lián)定位引擎軟件WLLEC</p><p><b>　　3.2.5應(yīng)用領(lǐng)域</b>&

68、lt;/p><p>　　LocateSYS物聯(lián)定位系統(tǒng)憑有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：人員管理、資產(chǎn)管理、倉儲(chǔ)物流、自動(dòng)控制、智能監(jiān)控，其中包括：</p><p>　　※人員管理：人員監(jiān)控、人員定位、醫(yī)療看護(hù)、ICU 管理、病區(qū)管理；</p><p>　　※安全管理：緊急狀況和涉及限制區(qū)域的特殊場所人員管理、跟蹤；</p><p>　　※資產(chǎn)管理：貴重資產(chǎn)

69、、車輛定位等；</p><p>　　※倉儲(chǔ)物流：全自動(dòng)倉庫、貨物監(jiān)控；</p><p>　　※自動(dòng)控制：生產(chǎn)自動(dòng)化、機(jī)械自動(dòng)化控制；</p><p>　　※智能監(jiān)控：閘口控制、人員和機(jī)械監(jiān)控等。</p><p><b>　　3.3 本章總結(jié)</b></p><p>　　主要介紹無線定位和物聯(lián)定位

70、系統(tǒng)的原理、性能、特點(diǎn)。最后歸結(jié)于wifi的室內(nèi)定位系統(tǒng)</p><p>　　第四章基于 WiFi 的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　本系統(tǒng)可為移動(dòng)終端客戶在展館、商場、 校園等應(yīng)用場景提供定位服務(wù)。 鑒于移動(dòng)終端 受到計(jì)算能力、 存儲(chǔ)容量和電池電量等諸多限 制，所以僅完成簡單的

71、信號(hào)采集工作，定位計(jì) 算由定位服務(wù)端完成。 定位系統(tǒng)的架構(gòu)體系如圖 1 所示。</p><p>　　服務(wù)端 主要負(fù)責(zé)定位計(jì)算和響應(yīng)終端的定位請求?；谪?fù)載均衡考慮，響應(yīng)位置請求的 Web 服務(wù) 器和運(yùn)行定位計(jì)算的定位服務(wù)器分離， 數(shù)據(jù)交 換方式采用客戶端和 Web 服務(wù)器相同的數(shù)據(jù) 交換方式。客戶端依附于具體對象，主要負(fù)責(zé) 采集周邊 AP 的無線信號(hào)強(qiáng)度，并向服務(wù)端提 交信號(hào)特征， 服務(wù)器使用客戶端采集的信號(hào)特

72、征進(jìn)行定位計(jì)算，獲得移動(dòng)終端的位置估計(jì)。</p><p>　　客戶端和服務(wù)端通信采用標(biāo)準(zhǔn)的 HTTP 協(xié) 議，編程方便，可擴(kuò)展性好，客戶端程序功能 可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充。</p><p>　　圖 1 定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2 為本定位系統(tǒng)的信息交互流程圖。移動(dòng)終端向 Web 服務(wù)器提交 GET 請求，GET 請 求中包含了信號(hào)強(qiáng)度特征向量， Web

73、服務(wù)器收 到請求后，以同樣的方式傳達(dá)給定位服務(wù)器， 定位服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫， 并進(jìn)行相關(guān)的定位運(yùn) 算操作，從而得到移動(dòng)終端的位置估計(jì)。</p><p>　　圖 2 移動(dòng)終端與服務(wù)器間的信息交互 </p><p><b>　　4.2系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　4.2.1客戶端設(shè)計(jì) </p><p>　　本系統(tǒng)客戶

74、端采用 Android 系統(tǒng)手機(jī)[6]。 Android 系統(tǒng)是 Google 在 2007 年發(fā)布的基于 Linux 平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)。近年來，基 于此平臺(tái)的手機(jī)市場占有率不斷提高， 加上 其良好的開放性和豐富的 API 接口， 可以很 方便地開發(fā)各種應(yīng)用程序。</p><p>　　4.2.2. Android 系統(tǒng)架構(gòu)簡介</p><p>　　Android 系統(tǒng)架構(gòu)見圖 3，它

75、建立于 Linux 內(nèi)核之上，包含了各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)和管理模塊， 囊括了非常齊全的類庫和框架， 包括輕量級(jí)數(shù) 據(jù)庫 SQLite、瀏覽器 Webkit 等。整個(gè)系統(tǒng)建 立在 Dalvik 虛擬機(jī)上，應(yīng)用程序使用 Java 語 言編寫。Android 系統(tǒng)提供了豐富的框架（活 動(dòng)管理、位置管理等）來管理系統(tǒng)的軟、硬件 資源，整合了常用的應(yīng)用程序（聯(lián)系人、電話 本等） ，并開放了很全面的 API 供用戶使用， 整個(gè)平臺(tái)具有良好的開放性和擴(kuò)展性。

76、</p><p>　　圖 3 Android 系統(tǒng)架構(gòu)圖</p><p>　　4.2.4. Activity 生命周期 </p><p>　　Android 系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序一般包含 一個(gè)或多個(gè) Activity，主要由活動(dòng)管理器進(jìn)行 管理，Activity 是 Android 系統(tǒng)分配和管理資 源的基本單位。每個(gè) Activity 都有其對應(yīng)的生 命周期（圖

77、4） 。</p><p>　　圖 4 Activity 生命周期 </p><p>　　onCreate()方法在活動(dòng)開始時(shí)調(diào)用，并依 次 調(diào) 用 onStart() 方 法 和 onResume() 方 法 ， Activity 處于運(yùn)行狀態(tài)，如有新活動(dòng)啟動(dòng)，則 調(diào)用 onPause()，活動(dòng)轉(zhuǎn)入后臺(tái)；如內(nèi)存不足，活動(dòng)進(jìn)程則被關(guān)閉。退出程序則會(huì)依次調(diào)用 onStop()和 onDestr

78、oy()。 </p><p>　　活動(dòng)管理器對 Activity 的管理體現(xiàn)在不同 生命周期對以上幾個(gè)方法的調(diào)用上， 用戶可根 據(jù)自己的需要重載這幾個(gè)方法。一般來講，主 程序類繼承 Activity 類，用戶的功能代碼在重 載這些方法中實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.2.5．獲取周邊 AP 信號(hào)強(qiáng)度 </p><p>　　本文采用基于射頻指紋的定位方法， 移 動(dòng)終端

79、需要獲得周圍 AP 的 RSSI 指紋特征， Android 系統(tǒng)提供的接口可以很方便地實(shí)現(xiàn) 這一功能。</p><p>　　參見圖 5 示例代碼片段。 首先建立包含 響 應(yīng) 掃 描 結(jié) 果 的 接 收 器 (reciever) 并 重 載 onReceive()方法，此方法即為收到 WiFi調(diào)函數(shù)，用戶自定義功能在此實(shí)現(xiàn)； 再 通 過 registerReceiver()方法將 receiver 向 Andro

80、id 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 注 冊 ， getSystemService() 方法用于獲得操作 WiFi 設(shè)備的句柄；最后 用 startScan()方法啟動(dòng)掃描，當(dāng)獲得掃描結(jié) 果后，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)注冊的回調(diào)函數(shù)，完成用戶代碼功能。信號(hào)的回</p><p>　　private WifiManager wifi;</p><p>　　private BroadcastReceiver receiver

81、;</p><p>　　receiver = new BroadcastReceiver()</p><p>　　{ public void onReceive(Context context, Intent intent)</p><p>　　{ List<ScanResult> results = wifi.getScanResults(); <

82、;/p><p><b>　　...</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　} //注冊回調(diào)函數(shù) </p><p>　　registerReceiver(receiver, new IntentFilter (WifiManager.SCAN_RESULTS_AVAILAB

83、LE_ACTION));</p><p>　　wifi= (WifiManager) getSystemService (Context.WIFI_SERVICE); //啟動(dòng)掃描 </p><p>　　wifi.startScan(); </p><p>　　圖 5 掃描示例代碼</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從給出掃描指令，至接收 到

84、掃描結(jié)果，耗時(shí)約 400-500ms，考慮到后臺(tái) 服務(wù)器算法運(yùn)算及網(wǎng)絡(luò)通信開銷， 定位過程耗 時(shí)將超過 500ms。 </p><p><b>　　4.3 程序流程 </b></p><p>　　從程序的功能來看， 客戶端需完成 3 個(gè)功 能：定期掃描并獲得周圍 AP 的信號(hào)強(qiáng)度指紋 特征，向服務(wù)器提交指紋特征信息，得到定位 結(jié)果后更新界面顯示。程序流程如圖 6 所示

85、。</p><p>　　首先程序初始化并建立更新回調(diào)函數(shù)， 獲 得 WiFi 服務(wù)句柄后注冊此回調(diào)函數(shù)，最后啟 動(dòng)掃描進(jìn)程周期掃描，直至系統(tǒng)結(jié)束程序。</p><p>　　其中，回調(diào)函數(shù)首先獲取掃描結(jié)果，并格式化為字符串，然后通過 GET 請求提交給服務(wù)端，獲得定位結(jié)果后再更新顯示界面。</p><p>　　圖 6 程序流程圖 </p><p&g

86、t;　　4.4. 服務(wù)端軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.1. Web 服務(wù)器 </p><p>　　Web 服務(wù)器用于對外通信， 接收外界的請 求，并返回相應(yīng)的位置信息。</p><p>　　Web 服務(wù)器運(yùn)行 Apache Tomcat 6.0.20， 響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的定位請求，相應(yīng)的軟件設(shè)置參數(shù) 為： 在%TOMCAT_HOME%\webapps 目錄下建 立目

87、錄：\ExServlet\WEB-INF，建立 web.xml 描述文件和 classes 文件夾， web.xml 文件是描 述文件，classes 存放后臺(tái)處理的類文件。</p><p>　　web.xml 中定義了外部引用此服務(wù)的名字 和對應(yīng)的類文件，內(nèi)容片段如下： </p><p>　　<servlet> </p><p>　　<displ

88、ay-name>ServletRemoteLocate</display-name> <servlet-name>ServletRemoteLocate</servlet-name> <servlet-class>com.ldq.ServletRemoteLocate </p><p>　　</servlet-class> </p>

89、<p>　　</servlet> </p><p>　　<servlet-mapping> </p><p>　　<servlet-name>ServletRemoteLocate</servlet-name> <url-pattern>/ServletRemoteLocate</url-pattern> &

90、lt;/p><p>　　</servlet-mapping></p><p>　　圖 7 web 服務(wù)器 web.xml 代碼片段圖</p><p>　　4.4.2. 定位服務(wù)器 </p><p>　　定位服務(wù)器用于運(yùn)行算法， 硬件配置參數(shù) 為，CPU：Intel Core2 Duo E7500 2.93GHz，內(nèi) 存：2G，網(wǎng)卡：M

91、arvell Yukon 88E8057 PCI-E Gigabit Ethernet Controller。軟件配置參數(shù)為， 操作系統(tǒng)：Windows XP Professional SP3，Web 服務(wù)器：Apache Tomcat 6.0.20。相應(yīng)的軟件配 置參數(shù)與 web 服務(wù)器類似，web.xml 中代碼片段見圖 8。</p><p>　　<servlet> </p><

92、;p>　　<description></description></p><p>　　<display-name>ArithmaticServlets</display-name> <servlet-name>ArithmaticServlets</servlet-name> <servlet-class> com.ldq.

93、arithmatic.ArithmaticServlets </p><p>　　</servlet-class> </p><p>　　</servlet> </p><p>　　<servlet-mapping> </p><p>　　<servlet-name>ArithmaticServ

94、lets</servlet-name></p><p>　　<url-pattern>/ArithmaticServlets</url-pattern> </p><p>　　</servlet-mapping></p><p>　　圖 8 定位服務(wù)器 web.xml 代碼片段 </p><p>

95、;　　4.5.客戶端與服務(wù)端通信</p><p>　　客戶端與服務(wù)端都接入 Internet，通過標(biāo) 準(zhǔn)的 HTTP 協(xié)議通信，簡化設(shè)計(jì)的同時(shí)，也為 以后 Web 方式的應(yīng)用留下了設(shè)計(jì)空間。 </p><p>　　服務(wù)端 Servlet 用于響應(yīng)客戶端的請求， 客戶端只需在 GET 請求中提交指紋信息即可 獲得定位結(jié)果。圖9 列出了客戶端從定位服務(wù)器中獲取位置信息的 Java 示例代碼。其

96、中 url 包含了服務(wù)器的 IP 地址和 RSSI 指紋信息， getConnection()方法是向服務(wù)器發(fā)出 GET 請 求，服務(wù)器將返回位置信息，獲得輸入流后讀 出位置信息， 并更新界面顯示即完成整個(gè)通信 過程。由于使用 HTTP 協(xié)議，實(shí)現(xiàn)方法簡單， 適用于多種編程語言。 </p><p>　　try { //建立 url 的連接: </p><p>　　URL url=new U

97、RL(”http://…”); </p><p>　　HttpURLConnection con =</p><p>　　(HttpURLConnection) url.openConnection(); </p><p>　　//如果回應(yīng) OK,則刷新,否，則不刷新 </p><p>　　if (con.getResponseCode()

98、== </p><p>　　HttpURLConnection.HTTP_OK) { </p><p><b>　　//獲得輸入流 </b></p><p>　　InputStream is = con.getInputStream();</p><p>　　//字節(jié)數(shù)據(jù)用于接收 </p><p>

99、;　　byte[] b = new byte[is.available()];</p><p><b>　　//讀入到字節(jié)數(shù)組</b></p><p>　　is.read(b); </p><p><b>　　//轉(zhuǎn)換成字符串 </b></p><p>　　String serverResult =

100、 new String(b);</p><p>　　//關(guān)閉流 is.close(); } </p><p>　　//刷新或進(jìn)一步處理 handler.post(update);</p><p><b>　　... </b></p><p>　　} catch (Exception e) {</p><

101、;p>　　e.printStackTrace(); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　圖 9 客戶端獲取位置信息的通信示例代碼 </p><p>　　4.6.1定位算法 </p><p>　　由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜， WiFi 無線信號(hào)[7]具有 較強(qiáng)的時(shí)變特性圖 10。 無線信號(hào)傳播衰減模型

102、 [8] 難以很好的表征距離與信號(hào)強(qiáng)度間的映射 關(guān)系，本文采用基于射頻指紋匹配定位方法， 它具有較好的定位魯棒性。</p><p>　　圖 10 信號(hào)強(qiáng)度的時(shí)變特性 </p><p>　　指紋匹配方式定位算法 [9] 建立在實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)基礎(chǔ)上， 它主要包括離線訓(xùn)練和在線定位兩 個(gè)階段， 其中離線訓(xùn)練階段的任務(wù)是建立射頻 信號(hào)強(qiáng)度向量和客戶端位置間的一一對應(yīng)關(guān) 系，形成一個(gè)指紋庫(radio

103、map)[10]，定位階段 則使用實(shí)時(shí)采集的信號(hào)強(qiáng)度向量去匹配訓(xùn)練 階段構(gòu)建的指紋庫，從而獲得目標(biāo)的位置估 計(jì)。</p><p>　　現(xiàn)有的基于射頻指紋匹配定位方法主要 包括確定型和概率型兩種。 其中確定型定位算 法一般在指紋庫中選擇與實(shí)時(shí)采集的射頻指 紋距離最小的幾個(gè)點(diǎn)的質(zhì)心作為目標(biāo)的位置 估計(jì)。確定型定位算法的計(jì)算效率較高，但精 度較低。 概率型定位算法一般采用貝葉斯估計(jì) 理論，通過不同的似然函數(shù)，如基于核函

104、數(shù)的 似然函數(shù)[11]，計(jì)算目標(biāo)位置的后驗(yàn)概率，并取 后驗(yàn)概率最大的位置點(diǎn)作為目標(biāo)的最終位置 估計(jì)。 概率型定位算法具有較高的定位精度和 定位魯棒性，但計(jì)算量相對較大。</p><p>　　本文采用快速選擇的定位算法， 訓(xùn)練階段 指紋特征采用 RSSI 均值，定位階段采用逐次 累加的 RSSI 均值與指紋庫匹配的方法，從而 大大降低了運(yùn)算的復(fù)雜度。</p><p>　　4.6. 2算法描述

105、 </p><p>　　指紋特征采用每個(gè) AP 的 RSSI 均值，即</p><p>　　FL =（ AP1， AP 2， ）S S K</p><p>　　也就是， 訓(xùn)練階段對同一位置點(diǎn)采集的每 個(gè) AP 的多次數(shù)據(jù)取平均， 定位階段也是如此， 區(qū)別在于訓(xùn)練階段采集數(shù)據(jù)多， 以便得到盡量 多的信息，定位階段采集的數(shù)據(jù)少，減少定位 延時(shí)，一定程度上提高了實(shí)時(shí)性。

106、指紋匹配采用快速選擇的方式。偽碼如 下：</p><p>　　1： Initialization，F(xiàn)or Each Li Set Ei = 0； </p><p>　　2： For Each AP： </p><p>　　3： Select Li IF RSSIAP∈（RSSI-σ，RSSI+σ） ；</p><p>　　4： n=Count

107、（Li） ； </p><p>　　5： IF Li Selected </p><p>　　6： Ei=1/n； </p><p>　　7： Else 8： Ei=0； </p><p>　　9： End IF 10：End For </p><p>　　11：Return Li Where max（Ei） ；<

108、;/p><p>　　對每個(gè)掃描到的 AP 的 RSSI 值，設(shè)定一 個(gè)選擇區(qū)間[RSSI-σ，RSSI+σ]，σ為多次實(shí) 驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)值， 在指紋庫中查找滿足此區(qū)間范圍 的位置點(diǎn)，若有 n 個(gè)位置點(diǎn)落在此區(qū)間范圍， 則這些位置點(diǎn)分別取權(quán)值為 1/n，其他的位置 點(diǎn)則取權(quán)值為 0；對所有 AP 做如上處理后， 選出權(quán)值最大的位置點(diǎn)為估計(jì)位置。 如有多個(gè) 位置點(diǎn)權(quán)值一樣，則比較信號(hào)強(qiáng)度距離，取最 小者。</p>

109、<p>　　4.6. 3算法分析 </p><p>　　本文的算法是建立在 RSSI 統(tǒng)計(jì)特性相對 穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，從圖 11 中可以看出，RSSI 值 的直方圖分布與正態(tài)分布曲線近似， 因此均值 在一定程度上代表了 RSSI 特征。這也避免了 單次掃描的信號(hào)強(qiáng)度中某個(gè) AP 的 RSSI 不穩(wěn) 定造成的定位結(jié)果偏差。</p><p>　　圖 11 RSSI 的統(tǒng)計(jì)特性</

110、p><p>　　時(shí)間復(fù)雜度分析：一次掃描有 m 個(gè) AP， 前期訓(xùn)練階段有 n 個(gè)位置點(diǎn)，則要進(jìn)行 m 次 選擇，每次選擇遍歷 n 個(gè)位置點(diǎn)，時(shí)間復(fù)雜度 為 O(m*n)，遇到權(quán)值一致的情況，要進(jìn)行二 次選擇，最壞情況再比較 n 次，時(shí)間復(fù)雜度為 O(n)，所以總的時(shí)間復(fù)雜度為 O(m*n)。 </p><p><b>　　4. 7實(shí)驗(yàn)</b></p>&l

111、t;p>　　4.7. 1實(shí)驗(yàn)過程</p><p>　　實(shí)驗(yàn)在計(jì)算所 6 層進(jìn)行， 見圖 12， 在南北 兩側(cè)走廊總共采集了 24 個(gè)位置點(diǎn)，距離約 4 米，加上在 645 房間，總共 25 個(gè)位置點(diǎn)的數(shù) 據(jù)。掃描周期 1s，掃描次數(shù) 120 次。采集數(shù)據(jù) 耗時(shí)約 1 小時(shí)。</p><p>　　圖 12 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 </p><p>　　本實(shí)驗(yàn)主要為驗(yàn)證定位準(zhǔn)確

112、性， 所以定位 時(shí)采用多次掃描的均值作為信號(hào)特征。 共選取 了 6 個(gè)位置點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)的位置點(diǎn)。 測試次數(shù)約 為 50 次，掃描周期為 2s，運(yùn)行界面見圖 13。</p><p>　　圖 13 手機(jī)終端顯示 </p><p>　　4.7.2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 </p><p>　　各實(shí)驗(yàn)位置點(diǎn)的結(jié)果見圖 14。 各個(gè)隨機(jī)測 試位置點(diǎn)的定位準(zhǔn)確率都較高。</p>

113、<p>　　圖 14 各實(shí)驗(yàn)位置點(diǎn)定位結(jié)果</p><p><b>　　4.8. 總結(jié) </b></p><p>　　本文基于 Android 智能手機(jī)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并 實(shí)現(xiàn)了一種基于 WiFi 信號(hào)的移動(dòng)終端定位系 統(tǒng)，并提出了一種基于權(quán)值選擇的定位算法， 一定程度上克服 RSSI 信號(hào)隨機(jī)擾動(dòng)帶來的定 位誤差，經(jīng)過實(shí)際環(huán)境的測試，多次定位實(shí)驗(yàn) 的精度在 4