室內(nèi)定位系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文

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)計及實現(xiàn)了一個基于 WiFi 射頻信號強(qiáng)度指紋匹配的移動終端定位系統(tǒng)，并設(shè)計實 現(xiàn)了一種基于權(quán)重值選擇的定位算法。該算法為每個掃描到的 AP 的 RSSI 設(shè)定了選擇區(qū)間，

2、指 紋庫中落在此區(qū)間的所有位置點設(shè)平均權(quán)值， 最后選取權(quán)重值最大者為待定位點的位置估計， 如 有相同權(quán)重值，則比較信號強(qiáng)度距離，取最小者，這種算法在一定程度上克服了 RSSI 信號隨機(jī) 抖動對定位的影響，提高了定位的穩(wěn)定性和精度。經(jīng)實驗測試，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定位需要兩個先決條件12</p><p>　　2.3定位運用的各種測量方法12</p><p>　　2.3.1 通過傳播時間測量方法13</p><p>　　2.3.2信號衰減測量方法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)計與實現(xiàn)21</p><p>　　4.1系統(tǒng)設(shè)計21</p><p>　　4.2系統(tǒng)的實現(xiàn)23</p><p>　　4.2.1客戶端設(shè)計23</p><p>　　4.2.4. Activity 生命周期24</p><p>　　4.2.5．獲取周邊 AP 信號強(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實驗32</b></p><p>　　4.7. 1實驗過程32</p><p>　　4.7.2. 實驗結(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)；在倉儲物流過程中，對物品進(jìn)行實時定位跟蹤將大大提高工作效率；在監(jiān)獄環(huán)境中，及時準(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， 使用無線信號強(qiáng)

18、度獲取目標(biāo)位置信息的過程，就是建立無線信號強(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個鄰居，取它們坐標(biāo)的平 [5] 均作為坐標(biāo)估計。而文獻(xiàn)介紹的室內(nèi)定位系統(tǒng)則基于RSSI 信號的統(tǒng)計特性，采用貝葉斯公式，通過計算目標(biāo)位置的后驗概率分布，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)計和實現(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.信號隨機(jī)變化引起的定位誤差，實驗結(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)計與實現(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 實時定位技術(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，并單獨對每一個誤差源分別加以“模型化”，計算其誤差修正值，然后將計算出的每</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)到厘米級或毫米級。在動態(tài)定位方面，人們又提出了RTK 技術(shù)。它是一種實時處理兩個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。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)可實現(xiàn)厘米級實時動態(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>　　精密單點定位（Precise Point Positioning,PPP）這一概念首先由美國噴氣推進(jìn)實驗室(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 上給予實現(xiàn)。精密單點定位是一種利 ，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：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。精密單點定位由于只需要一臺接收機(jī)就能工作，還具有數(shù)據(jù)采集簡單，效率高，費用省等優(yōu)點。而且可以得到全球一致的厘米級的定位精度。精密單點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)為精密單點定位技術(shù)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)前的精密單點定位技術(shù)的實現(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)星在軌運行而且根據(jù) GLONASS 系統(tǒng)的現(xiàn)代化計劃，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)外動態(tài)</p><p>　　精密單點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)行精密單點定位的方法，其單天解的精度為：水平方向±1cm，高程方向為±2cm(Zumberge，1997)

33、。還有人提出了全球?qū)崟r動態(tài)精密單點定位技術(shù)。利用非差雙頻載波相位觀測值，在經(jīng)過一段時間初始化后進(jìn)行單歷元實時動態(tài)精密單點定位。試驗結(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態(tài)環(huán)境下，使用實時精

34、密星歷和衛(wèi)星鐘產(chǎn)品精密單點定位的性能。試驗結(jié)果表明厘米級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)行精密單點定位的方法。國內(nèi)學(xué)者也對精密單點定位技術(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。動態(tài)定位時初始化時間約為 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)報星歷和實時衛(wèi)星鐘差計算得到的實時動態(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定位進(jìn)行了深入研究。張

36、獨立研發(fā)了后處理精密單點定位軟件 - TriP，并成功的將其應(yīng)用于航空測量，試驗結(jié)果表明采用精密單點定位技術(shù)可以獲得幾個厘米的動態(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。要想達(dá)到厘米級的定位精度，必須進(jìn)行基于載波相位觀測數(shù)據(jù)的精密單點定位。</p><p>　　2.2 wifi定位技術(shù)</p><p>　　做這項技術(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（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都能接收到至少一個AP的信號。（在美國，每個點收到3、5個AP信號的情況相當(dāng)多見。中國也會越來越多的） 2），熱點只要通電，不管它怎么加密的，都一定會向周圍發(fā)射信號。信號中包

39、含此熱點的唯一全球ID。即使距離此熱點比較遠(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，檢測一下每個熱點的信號強(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，查詢每個熱點在數(shù)據(jù)庫里記錄的坐標(biāo)，然后進(jìn)行運算，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信號越多，定位就會越準(zhǔn)</p><p>　　2.2.2定位需要兩個先決條件</p><p>　　1），客戶端能上網(wǎng) 2），偵聽到的熱點的坐標(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，并用GPS定位，從而就有了坐標(biāo)信息。而且他們會定期重新開車采集數(shù)據(jù)，以適應(yīng)熱點的變化。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，使用的效果會更好。GPS

43、啟動時間長，在室內(nèi)是無效的，天氣不好的時候表現(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定位運用的各種測量方法</p><p>　　2.3.1 通過傳播時間測量方法</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間成正比。但上述方法存在兩個問題，影響了方法的使用性：</p

44、><p>　　第一是時鐘精度。 因為藍(lán)牙信號的傳播速度很快，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鐘，時間單位采用ns，這對硬件的要求過高，不實用。</p><p>　　第二是時鐘同步。 參與同一個定位過程的參考點之間必須保證時鐘的同步，這樣才能保證測量結(jié)果的正確性和精度。</p><p>　　2.3.2信號衰減測量方法</p><

45、p>　　在理想的傳播環(huán)境下，無線信號的衰減與1／r2成正比(其中r為傳播距離)。但實際上，無線信號在空間傳播時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)。在一個地形地物較為復(fù)雜的環(huán)境中，無線信號傳播時的衰減會受到反射、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方面綜合考慮之后，我們決定采用依靠經(jīng)驗的定位方法：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)系來計算距離，而是通過一個數(shù)據(jù)庫來記錄一定數(shù)量的參考位置的信號強(qiáng)度，然后把待測物體檢測到的信號強(qiáng)度與之相比而得到待測物體的信號強(qiáng)度。如果參考位置足夠多的話，這種方法具有很好的精度，并且不受實際地理位置的影響，因為參考位置正是從實際的測量中來的。這種方法的一個缺陷是它要求每次實施時要

47、測量大量的參考位置上的信號強(qiáng)度，并且隨著時間推移，地理環(huán)境必定會有所改變，這時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(通過ID判斷)選取三個點利用圖3所示方法定位。我們檢測到的信號強(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)可以近似成三個線性區(qū)間。于是分別測量并統(tǒng)計了一些藍(lán)牙點0，3，6，

48、9 m的信號強(qiáng)度值，用來輔助計算。藍(lán)牙信號強(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>　?、俣ㄎ粯?biāo)簽由電池供電，在定位傳感器信號覆蓋的范圍內(nèi)自由移動，發(fā)射和接收CSS射頻信號，測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

50、。同時定位傳感器還負(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；</p><p>　?、鄱ㄎ灰孳浖芾硭械膫鞲衅骱蜆?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的實時 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>　?、谥С?2.4G ISM 通訊頻段的定位信號處理，功耗低于 100mW；</p><p>　?、酃I(yè)級設(shè)計，溫度為-20~60度，IP65防護(hù)等級；&

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（視實際情況會有所不同），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>　　（2）超寬帶射頻技術(shù)UWB定位技術(shù)指標(biāo)</p><p>　?、傥锶S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。 </p><p>　?、苤С?D/3D 定位，在3D 模式下，定位精度達(dá)到15cm。</p><p>　?、菽軐θ藛T的停留時間、地點到達(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實時定位</p><p>　?、僭跓o線信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，標(biāo)簽自動漫游。完成人員及資產(chǎn)實施定位跟蹤。定位精度可達(dá)3到5米，成本低，施工維護(hù)簡單。</p><p>　?、谧x卡器專利技術(shù)，擴(kuò)展能力強(qiáng)，多頻段設(shè)計，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，在定位傳感器信號覆蓋的范圍內(nèi)自由移動，發(fā)射和接收CSS射頻信號，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；</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，實現(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，定位引擎軟件能夠自動在一個主傳感器和下一個主傳感

61、器之間實現(xiàn)切換。在建立系統(tǒng)時，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)的多個單元中移動時，可視化模塊能夠?qū)崟r顯示標(biāo)簽位置。</p><p>　　針對實際的應(yīng)用，LocateSYS通過應(yīng)用的不同環(huán)境和需求設(shè)計了滿足應(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特點與指標(biāo)</p><p>　　（1）LocateSYS物聯(lián)定位系統(tǒng)的特點為：</p><p>　?、俣ㄎ痪雀撸翰捎脮r間測距、專用算法和特殊的抗干擾設(shè)計； </p><p>　?、诙喾N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間同步；</p><p>　?、芏ㄎ环€(wěn)定：采用到達(dá)時間測距技術(shù)，不受無線信號強(qiáng)度值變化的影響；</p><p>　?、萁涌谪S富：軟件引擎平臺提供坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)輸出接口，結(jié)合Lo

64、cateSYS定位軟件平臺可以提供.NET API接口；</p><p>　?、薰?jié)能設(shè)計：標(biāo)簽內(nèi)置靈敏的振動傳感器，盡可能節(jié)約電能，延長使用時間。</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)簽使用時間：1000mAH電量，1Hz，標(biāo)簽每天工作6小時情況下，為一個月；</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（視實際情況會有所不同），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）</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、倉儲物流、自動控制、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>　　※倉儲物流：全自動倉庫、貨物監(jiān)控；</p><p>　　※自動控制：生產(chǎn)自動化、機(jī)械自動化控制；</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。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)計與實現(xiàn)</p><p><b>　　4.1系統(tǒng)設(shè)計 </b></p><p>　　本系統(tǒng)可為移動終端客戶在展館、商場、 校園等應(yīng)用場景提供定位服務(wù)。 鑒于移動終端 受到計算能力、 存儲容量和電池電量等諸多限 制，所以僅完成簡單的

71、信號采集工作，定位計 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) 器和運行定位計算的定位服務(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?？蛻舳艘栏接诰唧w對象，主要負(fù)責(zé) 采集周邊 AP 的無線信號強(qiáng)度，并向服務(wù)端提 交信號特征， 服務(wù)器使用客戶端采集的信號特

72、征進(jìn)行定位計算，獲得移動終端的位置估計。</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。移動終端向 Web 服務(wù)器提交 GET 請求，GET 請 求中包含了信號強(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 算操作，從而得到移動終端的位置估計。</p><p>　　圖 2 移動終端與服務(wù)器間的信息交互 </p><p><b>　　4.2系統(tǒng)的實現(xiàn)</b></p><p>　　4.2.1客戶端設(shè)計 </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 平臺的開源手機(jī)操作系統(tǒng)。近年來，基 于此平臺的手機(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)動和管理模塊， 囊括了非常齊全的類庫和框架， 包括輕量級數(shù) 據(jù)庫 SQLite、瀏覽器 Webkit 等。整個系統(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， 整個平臺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)上運行的應(yīng)用程序一般包含 一個或多個 Activity，主要由活動管理器進(jìn)行 管理，Activity 是 Android 系統(tǒng)分配和管理資 源的基本單位。每個 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()方法在活動開始時調(diào)用，并依 次 調(diào) 用 onStart() 方 法 和 onResume() 方 法 ， Activity 處于運行狀態(tài)，如有新活動啟動，則 調(diào)用 onPause()，活動轉(zhuǎn)入后臺；如內(nèi)存不足，活動進(jìn)程則被關(guān)閉。退出程序則會依次調(diào)用 onStop()和 onDestr

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

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()方法啟動掃描，當(dāng)獲得掃描結(jié) 果后，系統(tǒng)會觸發(fā)注冊的回調(diào)函數(shù)，完成用戶代碼功能。信號的回</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); //啟動掃描 </p><p>　　wifi.startScan(); </p><p>　　圖 5 掃描示例代碼</p><p>　　實驗結(jié)果表明，從給出掃描指令，至接收 到

84、掃描結(jié)果，耗時約 400-500ms，考慮到后臺 服務(wù)器算法運算及網(wǎng)絡(luò)通信開銷， 定位過程耗 時將超過 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 個功 能：定期掃描并獲得周圍 AP 的信號強(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</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)計的同時，也為 以后 Web 方式的應(yīng)用留下了設(shè)計空間。 </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通信 過程。由于使用 HTTP 協(xié)議，實現(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[7]具有 較強(qiáng)的時變特性圖 10。 無線信號傳播衰減模型

102、 [8] 難以很好的表征距離與信號強(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 信號強(qiáng)度的時變特性 </p><p>　　指紋匹配方式定位算法 [9] 建立在實驗數(shù) 據(jù)基礎(chǔ)上， 它主要包括離線訓(xùn)練和在線定位兩 個階段， 其中離線訓(xùn)練階段的任務(wù)是建立射頻 信號強(qiáng)度向量和客戶端位置間的一一對應(yīng)關(guān) 系，形成一個指紋庫(radio

103、map)[10]，定位階段 則使用實時采集的信號強(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。</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時采集的射頻指 紋距離最小的幾個點的質(zhì)心作為目標(biāo)的位置 估計。確定型定位算法的計算效率較高，但精 度較低。 概率型定位算法一般采用貝葉斯估計 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]，計算目標(biāo)位置的后驗概率，并取 后驗概率最大的位置點作為目標(biāo)的最終位置 估計。 概率型定位算法具有較高的定位精度和 定位魯棒性，但計算量相對較大。</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 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采集的每 個 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，一定程度上提高了實時性。

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>　　對每個掃描到的 AP 的 RSSI 值，設(shè)定一 個選擇區(qū)間[RSSI-σ，RSSI+σ]，σ為多次實 驗的經(jīng)驗值， 在指紋庫中查找滿足此區(qū)間范圍 的位置點，若有 n 個位置點落在此區(qū)間范圍， 則這些位置點分別取權(quán)值為 1/n，其他的位置 點則取權(quán)值為 0；對所有 AP 做如上處理后， 選出權(quán)值最大的位置點為估計位置。 如有多個 位置點權(quán)值一樣，則比較信號強(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 單次掃描的信號強(qiáng)度中某個 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)計特性</

110、p><p>　　時間復(fù)雜度分析：一次掃描有 m 個 AP， 前期訓(xùn)練階段有 n 個位置點，則要進(jìn)行 m 次 選擇，每次選擇遍歷 n 個位置點，時間復(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，時間復(fù)雜度為 O(n)，所以總的時間復(fù)雜度為 O(m*n)。 </p><p><b>　　4. 7實驗</b></p>&l

111、t;p>　　4.7. 1實驗過程</p><p>　　實驗在計算所 6 層進(jìn)行， 見圖 12， 在南北 兩側(cè)走廊總共采集了 24 個位置點，距離約 4 米，加上在 645 房間，總共 25 個位置點的數(shù) 據(jù)。掃描周期 1s，掃描次數(shù) 120 次。采集數(shù)據(jù) 耗時約 1 小時。</p><p>　　圖 12 實驗環(huán)境 </p><p>　　本實驗主要為驗證定位準(zhǔn)確

112、性， 所以定位 時采用多次掃描的均值作為信號特征。 共選取 了 6 個位置點作為實驗的位置點。 測試次數(shù)約 為 50 次，掃描周期為 2s，運行界面見圖 13。</p><p>　　圖 13 手機(jī)終端顯示 </p><p>　　4.7.2. 實驗結(jié)果 </p><p>　　各實驗位置點的結(jié)果見圖 14。 各個隨機(jī)測 試位置點的定位準(zhǔn)確率都較高。</p>

113、<p>　　圖 14 各實驗位置點定位結(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，設(shè)計并 實現(xiàn)了一種基于 WiFi 信號的移動終端定位系 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 信號隨機(jī)擾動帶來的定 位誤差，經(jīng)過實際環(huán)境的測試，多次定位實驗 的精度在 4