【正文】 ........................................ 28 iLocateEngine 模塊 .......................................... 29 總體設(shè)計(jì) .............................................. 29 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 .............................................. 30 功能模塊 .............................................. 33 iLocateServer 模塊 .......................................... 36 Logic 模塊 ............................................ 37 iLocate 通信協(xié)議 ...................................... 38 iLocateClient 模塊 .......................................... 42 Net 模塊 .............................................. 43 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 V MOGRE 與 MogreNewt 模塊 ................................ 44 碰撞檢測(cè)插件 .......................................... 44 GUI 模塊 .............................................. 45 第五章 iLocate 無(wú)線定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) .................................... 47 iLocateEngine 模塊 .......................................... 47 對(duì)外接口模塊（ Middleware for Location System） ........ 47 位置服務(wù)模塊（ Location Fusion System） ................ 48 iLocateServer 模塊 .......................................... 51 網(wǎng)絡(luò)連接的處理 ........................................ 51 其它功能 .............................................. 53 iLocateClient 模塊 .......................................... 54 Net 模塊 .............................................. 54 MOGRE 與 Kernel 模塊 ................................... 57 GUI 模塊 .............................................. 58 第六章 總結(jié)與展望 .................................................. 60 論文小結(jié) ................................................... 60 本文背景 .............................................. 60 本文工作 .............................................. 61 工作展望 ................................................... 62 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................ 63 致 謝 ............................................................ 67 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒 論 無(wú)線定位技術(shù) 無(wú)線定位技術(shù) 無(wú)線定位技術(shù)通常指人們通過(guò)無(wú)線設(shè)備獲取設(shè)備所處的地理坐標(biāo)，以及對(duì)其在一定的地圖范圍內(nèi)進(jìn)行精確定位的技術(shù) 。 它 又被 稱(chēng) 為 移 動(dòng) 定 位(MobileLocation)，無(wú)線電定位 (RadioLocation)，或是地理定位 (GeoLocation) [周武旸等 , 2020]。 無(wú)線定位里有兩個(gè)重要的概念：基站 (Base Station)與移動(dòng)站 (Mobile Station) [Ali et al, 2020]?；?(Base Station)是指，位于固定位置的專(zhuān)門(mén)用戶(hù)收發(fā)移動(dòng)設(shè)備信號(hào)的通信站，它是進(jìn)行無(wú)線定位的核心組成部分，多個(gè)基站組合即構(gòu)成一個(gè)能夠?qū)σ苿?dòng)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確定位的系統(tǒng)。移動(dòng)站 (Mobile Station)是指被定位對(duì)象，它可以是一個(gè) GPS 定位設(shè)備、一部手機(jī)或是一個(gè)專(zhuān)用定位裝置等。 在進(jìn)行無(wú)線定位時(shí)，我們可以有幾種不同的選擇，即無(wú)線定位工作可以是以下定位方式中的任意一種：基于方向的定位、基于距離的定位、基于指紋的定位等。 基于方向的定位： 基于方向的無(wú)線定位也稱(chēng)作 Angle of Arrival (AOA)定位技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)至少兩個(gè)位于不同位置的基站 (Base Station)對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量開(kāi)始時(shí)，以基站為原點(diǎn)，把經(jīng)過(guò)基站的某一固定方向作為角的一邊，將基站與移動(dòng)設(shè)備相連形成的射線作為角的另 外一邊，由此可以確定出移動(dòng)設(shè)備相對(duì)于基站的偏移角，當(dāng)有兩個(gè)基站時(shí)，兩條偏移射線相交將會(huì)形成一個(gè)交點(diǎn)，該交點(diǎn)即為移動(dòng)設(shè)備的準(zhǔn)確位置。但如果移動(dòng)設(shè)備恰好位于兩個(gè)基站之間的直線上，兩個(gè)基站將無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出設(shè)備的位置，因此需要在第三個(gè)位置引入一個(gè)基站。因此，實(shí)際上，3 個(gè)不在同一直線上的基站可以準(zhǔn)確的獲取在移動(dòng)設(shè)備在任何位置上的實(shí)時(shí)信息。 圖 顯示了基于方向的無(wú)線定位 (AOA)的工作原理 [Ali et al, 2020]： 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 基于距離的定位： 因?yàn)殡娮硬ㄔ诳諝庵械膫鞑ニ俣燃垂馑?，因此我們可以通過(guò)無(wú)線信號(hào)從移動(dòng)設(shè)備發(fā)出的時(shí)刻與無(wú)線信號(hào)被基站接收的時(shí)刻推算出移動(dòng)設(shè)備與基站之間的距離，由該距離我們可以知道移動(dòng)設(shè)備存在于距離基站一定距離的圓周上。當(dāng)有 2至 3 個(gè)基站存在時(shí)，我們可以確定出移動(dòng)設(shè)備對(duì)應(yīng)于每個(gè)基站的圓周，而這些圓周的交點(diǎn)即是移動(dòng)設(shè)備的具體位置，因此完成對(duì)設(shè)備的準(zhǔn)確定位。 這種基于距離的無(wú)線定位方法又被稱(chēng)作 Time of Arrival (TOA)方法，其工作原理類(lèi)似于下圖所示 [Ali et al, 2020]： 半 徑 1半 徑 3半 徑 2ABC 圖 TOA 工作原理 基于指紋的定位： 基于指紋的定位方法，又稱(chēng)作射頻指紋 (Radio Frequency Fingerprinting)技術(shù)，相較于之前兩種定位技術(shù)，射頻指紋 (RF Fingerprinting)是一種能夠高精度圖 AOA 工作原理 角度 1 角度 2 已知距離 D BS1 BS2 被測(cè)物體 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 進(jìn)行無(wú)線設(shè)備定位的技術(shù) [Kaveh, 2020]。 在進(jìn)行設(shè)備定位之前，先建立起基于特定建筑物場(chǎng)所的 WLAN 覆蓋區(qū)域信號(hào)熱圖，由于無(wú)線信號(hào)會(huì)因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)近以及墻壁等障礙物而出現(xiàn)信 號(hào)衰減，因此在特定建筑物內(nèi)的每一個(gè)特定區(qū)域都將有其特定的無(wú)線請(qǐng)好強(qiáng)度數(shù)據(jù)，無(wú)線定位系統(tǒng)首先根據(jù)這些不同的信號(hào)強(qiáng)度建立該區(qū)域的信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，并為每一個(gè)位置標(biāo)志上唯一性的指紋。當(dāng)有無(wú)線設(shè)備進(jìn)入該檢測(cè)局域時(shí)，系統(tǒng)便能快速精確的確定出該設(shè)備的坐標(biāo)信息 [RF 指紋識(shí)別 ]。 射頻指紋技術(shù)已經(jīng)在一些領(lǐng)域得到了成熟的應(yīng)用，比如跟蹤無(wú)線電話語(yǔ)音的E911 系統(tǒng)（參見(jiàn) 無(wú)線定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r）和無(wú)線資產(chǎn)管理系統(tǒng)等。 無(wú)線定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 在美國(guó)，自 911 事件后，政府主導(dǎo)推廣了增強(qiáng)型 911 (E911)系統(tǒng)，旨在讓 系統(tǒng)通過(guò)呼叫中的移動(dòng)電話對(duì)呼叫者進(jìn)行準(zhǔn)確定位，以便及時(shí)提供救助。該服務(wù)適用于所有蜂窩系統(tǒng)和寬帶個(gè)人通信業(yè)務(wù)，同時(shí)還適用于專(zhuān)用移動(dòng)無(wú)線電 (SMR)執(zhí)照持有者。于此同時(shí)，在 E911 中擔(dān)任核心角色的 Spring PCS 在獲得批準(zhǔn)后開(kāi)始推行商用移動(dòng)定位服務(wù)。同時(shí)在美國(guó)， UWB 技術(shù)于 21 世紀(jì)初得到了美國(guó)軍方開(kāi)放的認(rèn)可，基于 UWB的短距離精確無(wú)線定位商用系統(tǒng)由此進(jìn)入民間市場(chǎng)，并且得到了很好的應(yīng)用，是國(guó)際上較早開(kāi)發(fā)短距離精確無(wú)線定位商用系統(tǒng)的國(guó)家之一 [周武旸等 , 2020]。 歐洲方面，自 2020 年 1 月 1 日起，政府便開(kāi)始 推行增強(qiáng)型 112 (E112)。與E911 類(lèi)似，政府希望能夠及時(shí)的為呼叫者提供準(zhǔn)確定位，以便展開(kāi)救助，歐洲政府還在 E112 中實(shí)現(xiàn)了對(duì)個(gè)人隱私和信息安全性的保證 [Kaveh, 2020]。但是，無(wú)線定位的商業(yè)應(yīng)用在歐洲卻沒(méi)有得到很有效的推廣。 處在亞洲的日本與韓國(guó)也屬于無(wú)線定位的先驅(qū)國(guó)家之列。日本移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT DoCoMo 先后推出了基于 GPSOne 技術(shù)的 DoCoNavi 業(yè)務(wù)與 i Area 定位服務(wù)；韓國(guó)方面，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商 KTF 繼美國(guó)的 Spring PCS 與日本的 KDDI 之后，全球第三家提供了 GPSOne 業(yè)務(wù)， 而 KTF 推出的 Geleye 手機(jī)在開(kāi)闊的地方進(jìn)行定位的精確度可以達(dá)到 50m，并為手機(jī)用戶(hù)提供了諸如 “移動(dòng)保鏢 (Mobile Bodyguard)”的個(gè)人安全服務(wù) [方旭明等 , 2020]。 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 在中國(guó)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)聯(lián)通比較早的開(kāi)始了對(duì)移動(dòng)定位業(yè)務(wù)市場(chǎng)的探索。中國(guó)移動(dòng)在 2020 年展開(kāi)了基于 CellID 技術(shù)的移動(dòng)定位業(yè)務(wù)試驗(yàn)，并于 2020 年初在 “移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng) ”的 GPRS 業(yè)務(wù)中捆綁了定位功能。中國(guó)聯(lián)通則通過(guò)在 CDMA 1x 網(wǎng)絡(luò)中使用 GPSOne 技術(shù)為用戶(hù)提供 “定位之星 ”業(yè)務(wù)。 “定位之星 ”業(yè)務(wù)基于移動(dòng)終端的定位， 結(jié)合地理信息系統(tǒng) (GIS)所提供的地圖數(shù)據(jù)信息，向用戶(hù)提供位置信息服務(wù)。它將 GPSOne內(nèi)置于 CDMA手機(jī)芯片中實(shí)現(xiàn)定位功能，具有精度高（最高可達(dá) 5m），定位時(shí)間段，耗電少等顯著優(yōu)點(diǎn) [吳偉陵等 , 2020]。 選題意義 關(guān)于移動(dòng)定位技術(shù)，除了中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)聯(lián)通在精確無(wú)線定位上做出過(guò) 較大范圍的嘗試以外，便 少有其它產(chǎn)商針對(duì)該領(lǐng)域研制開(kāi)發(fā)精確無(wú)線定位系統(tǒng)，對(duì)于國(guó)外比較成熟的市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)在短距離精確無(wú)線定位領(lǐng)域還處于相對(duì)落后甚至相對(duì)空白的地位。 本文正是基于這樣的背景，對(duì)無(wú)線定位技術(shù)進(jìn)行了分析，并接著介紹 了國(guó)內(nèi)比較領(lǐng)先的移動(dòng)定位系統(tǒng) iLocate 無(wú)線定位系統(tǒng)。旨在通過(guò)對(duì)無(wú)線技術(shù)以及具體無(wú)線定位系統(tǒng)的介紹，來(lái)達(dá)到普及無(wú)線定位技術(shù)以及無(wú)線定位系統(tǒng)的目的。本文通過(guò)對(duì) iLocate 無(wú)線定位系統(tǒng)的介紹，為國(guó)內(nèi)在無(wú)線定位技術(shù)上相對(duì)落后的狀況提出了一個(gè)發(fā)展的參考 [DONE 公眾定位系統(tǒng) , 2020]。 iLocate 無(wú)線定位系統(tǒng)具有這樣的功能：通過(guò)底層的 UWB 傳感器獲取移動(dòng)物體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將該實(shí)時(shí)傳送至 iLocateEngine 層；在 iLocateEngine 層中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的坐標(biāo)格式，并傳送至上層的 iLocateServer；在iLocateServer 中物體數(shù)據(jù)與模型被存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)之中， iLocateServer 通過(guò)與客戶(hù)端建立連接進(jìn)行模型與實(shí)時(shí)物體數(shù)據(jù)的傳輸；在 iLocateClient 層，模型與物體數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)渲染并顯示出來(lái)，最終以 3D 或 2D 圖像的形式呈現(xiàn)在客戶(hù)端的 PC機(jī)中 [DONE, 2020]。 無(wú)線定位技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，而 iLocate 無(wú)線定位系統(tǒng)很好的彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在短距離精確無(wú)線定位上相對(duì)落后的狀態(tài)，通過(guò)低成本與一體化的自主研發(fā)，形成了完善的無(wú)線定位系統(tǒng)，并較好地應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目之中，得到了較好的評(píng)價(jià)。 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5 本文的工作 本文在分析了國(guó)內(nèi)外移動(dòng)定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r后，首先對(duì)無(wú)線通信及無(wú)線定位技術(shù)進(jìn)行了介紹。描述了目前主流的無(wú)線通信技術(shù)，如 GPS、 UWB 等，并簡(jiǎn)要介紹了它們各自的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。 另外，在無(wú)線定位系統(tǒng)中，通常會(huì)使用到各種圖像渲染與圖像處理技術(shù)，為實(shí)時(shí)的圖像顯示提供支撐。本文還就 Google Sketchup、 OGRE、碰撞檢測(cè)等技術(shù)的介紹與應(yīng)用進(jìn)行了闡述。 接著本文提出了 iLocate 無(wú)線定位項(xiàng)目。 iLocate 無(wú)線定位系統(tǒng)是一個(gè)從硬件到軟件的一體化解決方案，能夠在戶(hù)外及室內(nèi)進(jìn)行精確的移動(dòng)物 體定位。在設(shè)計(jì)中， iLocate 系統(tǒng)被分為了 iLocateEngine， iLocateServer， iLocateClient 三個(gè)層次，本文闡述了每個(gè)層次的設(shè)計(jì)與概要實(shí)現(xiàn)。在 iLocateClient 中，闡述了 Net模塊、 MOGRE 模塊、 GUI