【正文】 .......................................... 33 致謝 ...................................................................................................................... 34 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 35 第 6 頁(yè) 共 40 頁(yè) 第一章 緒 論 關(guān)于 位置信息確定的意義及方法 位置信息確定的意義及方法 位置信息在人們的日常生活中扮演著重要的作用。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(chǎng)合，目前無(wú)線室內(nèi)定位 術(shù)迅速發(fā)展，已成為 GPS 的有力補(bǔ)充。其中由微軟開(kāi)發(fā)的 RADAR 系統(tǒng)是最早的基于 WiFi 網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)。 本文的主要研究?jī)?nèi)容以及各章安排 主要內(nèi)容 本文研究?jī)?nèi)容為將具有 wifi 模塊是 android 手機(jī)作為客戶端、服務(wù)端、定位算 法進(jìn)行定位確定。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。一般用戶站定位精度約為 1 5m。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。靜態(tài)相對(duì)定位的精度一般可以達(dá)到厘米級(jí)或毫米級(jí)。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 求解坐標(biāo)。載波相位相對(duì)定位雖然可以達(dá)到很高的精度，但通常要受到測(cè)站間距離的限制。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(cè)值多；保留了所有觀測(cè)信息；能直接得到測(cè)站坐標(biāo)；測(cè)站和測(cè)站之間沒(méi)有 距離限制；各接收機(jī)不需同步觀測(cè)。 IGS 所提供的優(yōu)于 5cm 的 GPS 衛(wèi)星精密軌道和優(yōu)于 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)。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 GLONASS。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(cè)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177。利用非差雙頻載波相位觀測(cè)值，在經(jīng)過(guò)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)果表明厘米級(jí)的定位精度是可以獲得的。 JPL 研制了基于平方根濾波方法，采用非差觀測(cè)值的定軌、定位軟件 GIPSY。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 。武漢大學(xué)張小紅教授也對(duì)精密單點(diǎn)定位進(jìn)行了深入研究。 目前對(duì)于 GPSS 單點(diǎn)定位的研究主要還是采用測(cè)碼偽距觀測(cè)值，因而定位精度在米級(jí)。 wifi 的利用原理 1）， wifi 熱點(diǎn)（也就是 AP，或者無(wú)線路由器）越來(lái)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)。即使距離此熱點(diǎn)比較遠(yuǎn)，無(wú)法建立連接，但還是可以偵聽(tīng)到它的存在。容易理解的是，收到的 AP 信號(hào)越多，定位就會(huì)越準(zhǔn) 第 12 頁(yè) 共 40 頁(yè) 定位需要兩個(gè)先決條件 1），客戶端能上網(wǎng) 2），偵聽(tīng)到的熱點(diǎn)的坐標(biāo)在 Skyhook 的數(shù)據(jù)庫(kù)里有 第一條不消說(shuō)了，不管是 wifi 還是 edge，只要能連上 Skyhook 的服務(wù)器就行。而且他們會(huì)定期重新開(kāi)車(chē)采集數(shù)據(jù)，以適應(yīng)熱點(diǎn)的變化。司機(jī)也一定會(huì)很樂(lè)呵，這純粹是無(wú)成本的額外收入呀，還能享受一下 GPS。 GPS 啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，在室內(nèi)是無(wú)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。 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(cè)量誤差必須使用高精度的時(shí)鐘，時(shí)間單位采用 ns，這對(duì)硬件的要求過(guò)高，不實(shí)用。但實(shí)際上，無(wú)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)。這種方法的一個(gè)缺陷是它要求每次實(shí)施時(shí)要測(cè)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(duì)所有的參考位置重新進(jìn)行測(cè)量。于是分別測(cè)量并統(tǒng)計(jì)了一些藍(lán)牙點(diǎn) 0， 3， 6， 9 m 的信號(hào)強(qiáng)度值，用來(lái)輔助計(jì)算。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)； 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)。 ② 蜂窩狀子區(qū)域定位管理，能夠覆蓋無(wú)限空間范圍內(nèi)的 人、物 。 ⑥ 根據(jù)客戶的需求生成并存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，為后場(chǎng)館以及客戶管理提供參考依據(jù) 。 ② 讀卡器專(zhuān)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(wú)線傳輸?shù)?，此外容易?GPS、 GPRS、 3G 等技術(shù)整合，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫定位。其中： 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(cè)量與傳感器之間的距離； ②定位傳感器位置固定，能夠與標(biāo)簽進(jìn)行通訊，對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行測(cè)距和控制。 由于采用基于時(shí)間的測(cè)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)。 針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用， LocateSYS 通過(guò)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)。 （ 2） LocateSYS 物聯(lián)定位系統(tǒng)的性能指標(biāo)： 系統(tǒng)定位精度：室內(nèi) *1二維 米，室外 *1二維 米； 數(shù)據(jù)刷新率： 1Hz； 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； 定位數(shù)據(jù)延遲： 2 秒； 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(zhǎng)度為 60 米，二維定位面積大小為 40 米 X40 米； 單元覆蓋范圍：開(kāi)闊環(huán)境 60 米； *1室內(nèi)室外均為典型環(huán)境，即沒(méi)有大型遮擋物、大面積樹(shù)木和金屬，沒(méi)有混凝土或磚墻阻隔 產(chǎn)品資料 物聯(lián)定位傳感器 WLSENSOR2021 室內(nèi)型定位傳感器。 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(jiǎn)單的信號(hào)采集工作，定位計(jì) 算由定位服務(wù)端完成?？蛻舳艘栏接诰唧w對(duì)象，主要負(fù)責(zé) 采集周邊 AP 的無(wú)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 征進(jìn)行定位計(jì)算，獲得移動(dòng)終端的位置估計(jì)。 第 23 頁(yè) 共 40 頁(yè) 圖 2 移動(dòng)終端與服務(wù)器間的信息交互 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 客戶端設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)客戶端采用 Android 系統(tǒng)手機(jī) [6]。整個(gè)系統(tǒng)建 立在 Dalvik 虛擬機(jī)上，應(yīng)用程序使用 Java 語(yǔ) 言編寫(xiě)。 第 25 頁(yè) 共 40 頁(yè) 圖 4 Activity 生命周期 onCreate()方法在活動(dòng)開(kāi)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。 ． 獲取周邊 AP 信號(hào)強(qiáng)度 本文采用基于射頻指紋的定位方法， 移 動(dòng)終端需要獲得周?chē)? 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。 private BroadcastReceiver receiver。 //啟動(dòng)掃描 ()。 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(cè)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。 中定義了外部引用此服務(wù)的名字 和對(duì)應(yīng)的類(lèi)文件，內(nèi)容片段如下： servlet displaynameServletRemoteLocate/displayname servletnameServletRemoteLocate/servletname servletclass /servletclass 第 28 頁(yè) 共 40 頁(yè) /servlet servletmapping servletnameServletRemoteLocate/servletname urlpattern/ServletRemoteLocate/urlpattern /servletmapping 圖 7 web 服務(wù)器 代碼片段圖 . 定位服務(wù)器 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 ，內(nèi) 存 ： 2G，網(wǎng)卡 ： Marvell Yukon 88E8057 PCIE Gigabit Ether Controller。 第 29 頁(yè) 共 40 頁(yè) 服務(wù)端 Servlet 用于響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求， 客戶端只需在 GET 請(qǐng)求中提交指紋信息即可 獲得定位結(jié)果 。 try { //建立 url 的連接 : URL url=new URL(” HttpURLConnection con = (HttpURLConnection) ()。 //轉(zhuǎn)換成字符串 String serverResult = new String(b)。 } 圖 9 客戶端獲取位置信息的通信示例代碼 定位算法 第 30 頁(yè) 共 40 頁(yè) 由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜， WiFi 無(wú)線信號(hào) [7]具有 較強(qiáng)的時(shí)變特性圖 10。 其中確定型定位算 法一般 在指紋庫(kù)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)。 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(kù)匹配的方法，從而 大 大降低了運(yùn)算 的復(fù)雜度。 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。 4. 7 實(shí)驗(yàn) . 1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 實(shí)驗(yàn)在計(jì)算所 6 層進(jìn)行， 見(jiàn)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)。 共選取 了 6 個(gè)位置點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)的位置點(diǎn)。 圖 14 各實(shí)驗(yàn)位置點(diǎn)定位結(jié)果 . 總結(jié) 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(lái)的定 位誤差，經(jīng)過(guò)實(shí)際環(huán)境的測(cè)試，多次定位實(shí)驗(yàn) 的精度在 4 米左右，適當(dāng)調(diào)整 AP 的布置可以 進(jìn)一步定位精度。在即將離開(kāi)學(xué)校之際，再次由衷的感謝我系所有老師對(duì)我的幫助，謝謝你們?yōu)槲业拇髮W(xué)生活劃上一個(gè)完滿的句號(hào)！ 第 35 頁(yè) 共 40 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] Veljo Otsason. 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