【正文】 經(jīng)過培訓(xùn)的測量人員收集的指紋數(shù)據(jù)集的這樣一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中。 210歐 氏 距 離寬度w w對指紋值提取的影響現(xiàn)如今廣泛和密集部署的WiFi AP使我們新的室內(nèi)定位技術(shù)成為可行的。通過最大化w的值，我們可以減小每次測量得到的fpValue值的不同到最低程度。從短期和長期情況下提取得到的RSS值之間的差異達(dá)到了3dBm，這導(dǎo)致平均值的方法沒有了優(yōu)勢。然而，在現(xiàn)實(shí)中，很難調(diào)整這兩個(gè)寬度值來輸出相同的fpValue。該方法通過忽略那些遠(yuǎn)離最大頻率的RSS值分布的RSS記錄來提取RSS指紋值，并且給那些在RSS柱狀圖中具有峰值的RSS值以最大權(quán)重值。RSS分布趨于左偏[22,23]，這意味著，對于指紋更有意義的RSS值位于右側(cè)的分布當(dāng)中（即，出現(xiàn)的頻率多的RSS值是更重要的）。 （1）其中fpValue是一個(gè)AP的指紋值，RSSpeak測量過程中的峰值。根據(jù)觀察，我們提出了一個(gè)簡單而有效的方法，對于高耐受特定AP提取單指紋值，通過觀察RSS持續(xù)短時(shí)間測量的變化。在圖5中，比方說，在所有情況下，RSS出現(xiàn)的最高的頻率在畫有虛線的很小的范圍內(nèi)變化。我們試圖找出RSS指紋的最佳指標(biāo)，我們在分析記錄的RSS數(shù)據(jù)集時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)。RSS的變化范圍幾乎是3dBm，這就很有可能會(huì)降低定位的精度。然而，實(shí)驗(yàn)表明，平均值并不是表示指紋值的最佳方法。由于無線傳播的復(fù)雜性，拉德等人[23]建議只使用平均值。柱狀圖是左傾斜的，這使得它很難被建模和符合正態(tài)分布。對于一分鐘測量的數(shù)據(jù)，每次測量間隔為30分鐘。頂部的圖解是一小時(shí)持續(xù)時(shí)間測量得到的的RSS柱狀圖。然而，由于真實(shí)世界的固有的不穩(wěn)定性，它常常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)大的誤差。也有一些采用了眾包模式的研究通過使用概率的方法從少量的測量數(shù)據(jù)中獲取指紋值[15,18,21]。為了克服這個(gè)問題，以前的工作為測量RSS花費(fèi)較長時(shí)間（即一個(gè)多小時(shí)甚至于一個(gè)月）進(jìn)行測量并且采取平均值的辦法[20]。RSS隨時(shí)間的變化接收到的信號強(qiáng)度由于多徑衰落而隨時(shí)間變化并且波動(dòng)水平在室內(nèi)環(huán)境中變得更高。由于我們的定位方法很自然的給較小的RSS值以較低的權(quán)重值，AP的響應(yīng)速率對于指紋信息大打了折扣。實(shí)驗(yàn)初步結(jié)果表明，RSS值大于70dBm的AP有著超過90%的反應(yīng)速率，RSS值介于70dBm和85dBm之間的AP有著超過50%的反應(yīng)速率。雷德利等人[18]利用這個(gè)響應(yīng)速率作為指紋信息并與RSS組合在一起，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)AP響應(yīng)速率和RSS之間的相關(guān)性是很弱的。AP響應(yīng)速率當(dāng)從初步的實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果分析時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)WiFi掃描期間的某些時(shí)間段一些AP并沒有被記錄下來。本章介紹了在有著對定位精度有影響的因素存在的情況下，通過對RSS的觀測值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀測，如何在一個(gè)特定的位置提取單一的指紋值。 界面總覽圖5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)通過使用不同的手機(jī)進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)，目的是為了探討從任意一個(gè)AP中接收得到的WiFi信號的特點(diǎn)。上方部位依次分別為X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和位置標(biāo)簽。（4） 查看位置信息模塊本模塊主要用于用戶查看當(dāng)前的位置信息，即系統(tǒng)返回給用戶的位置標(biāo)簽。當(dāng)用戶點(diǎn)擊定位按鈕請求自己當(dāng)前的位置信息時(shí)，就開始了數(shù)據(jù)匹配的過程。（2） 信息收集模塊信息收集模塊主要應(yīng)用于前期的“離線采集階段”的指紋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，每輸入并保存一次X、Y和位置標(biāo)簽就表示記錄了一次數(shù)據(jù)并保存于指紋數(shù)據(jù)庫中，這些采集到的數(shù)據(jù)重要用于后期用戶定位時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配?；赪iFi信號的室內(nèi)定位系統(tǒng)其主要功能是給在室內(nèi)環(huán)境當(dāng)中使用Android智能手機(jī)的用戶提供位置服務(wù)，給予人性化的服務(wù)，主要分為以下幾個(gè)功能模塊：主界面模塊，信息收集模塊，定位模塊和查看位置信息模塊。在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)方針和方法，將系統(tǒng)分為各個(gè)子系統(tǒng)，分別確定其功能、流程及相互關(guān)系。我們在本文提出的新方法沒有使用任何校準(zhǔn)的解決了這個(gè)多個(gè)測量點(diǎn)的問題。這個(gè)問題，連同設(shè)備的多樣性問題，也是定位精度下降的一個(gè)主要原因。一個(gè)特定的位置有一個(gè)以上的指紋對于無線電地圖建設(shè)階段和定位階段不是有效率的。然而，他們記錄的RSS數(shù)據(jù)的位置是不同的，即使他們兩個(gè)都在同一個(gè)房間。這種情況經(jīng)常發(fā)生，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的測量人員是未經(jīng)訓(xùn)練的普通用戶并且沒有對他們指定RSS記錄點(diǎn)。本文對該問題進(jìn)行了討論，并提出了有效的解決方案。設(shè)備中不同的WiFi芯片和天線設(shè)計(jì)導(dǎo)致每臺(tái)設(shè)備不同的RSS記錄，使其很難校準(zhǔn)。在我們提出的參與體系當(dāng)中，不同的設(shè)備不可避免地卷入了無線電地圖指紋數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。我們相信，每一個(gè)位置的RSS測量時(shí)間都不應(yīng)超過一分鐘，假設(shè)所有的測量人員均是普通的手機(jī)用戶的話。隨著RSS樣本數(shù)量的增加，更容易判定出單一的指紋值，這樣可以保證一個(gè)更加穩(wěn)健和精確的無線電地圖的構(gòu)建。在室內(nèi)環(huán)境中的多徑衰落引起RSS隨著時(shí)間的推移而波動(dòng)，即使接收器是絕對固定的。顯而易見地，如果測量得到的RSS指紋數(shù)據(jù)值構(gòu)建的指紋數(shù)據(jù)庫與那些經(jīng)過特別訓(xùn)練的人員采集得到的指紋數(shù)據(jù)庫相類似時(shí)定位精度便可以提高。他們大都寧愿專注在線階段，打算通過統(tǒng)計(jì)或概率的方法來減少定位誤差?！半x線采集階段”中測量用戶收集RSS數(shù)據(jù)并建立指紋數(shù)據(jù)庫與“在線定位階段”是同等重要的，因?yàn)槲恢玫墓烙?jì)是完全基于無線電地圖的信息的，也就是說完全基于“離線采集階段”搭建的指紋數(shù)據(jù)庫。這種眾包的方法已經(jīng)在最近的許多研究當(dāng)中被采用。上傳的數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程服務(wù)器上經(jīng)過處理并被轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于“位置101”的指紋數(shù)據(jù)。這四個(gè)用戶（如圖A，B，C，D）都是未經(jīng)過訓(xùn)練的普通人，他們攜帶著不同的手機(jī)。ACD指紋數(shù)據(jù)庫B101102帶有“101位置”標(biāo)簽的指紋數(shù)據(jù)測量到的RSS數(shù)據(jù)帶有“102位置”標(biāo)簽的指紋數(shù)據(jù)估計(jì)的位置101 系統(tǒng)概述不同于“單測量師多用戶”模型，我們在我們的定位系統(tǒng)當(dāng)中采用“多測量師多用戶”的模型，也就是說任何人都可以成為一個(gè)貢獻(xiàn)者，一個(gè)用戶，或成為兩者。這一“單測量師多用戶”的模型很方便在小范圍內(nèi)建立一個(gè)初步的無線電地圖，因?yàn)樗恍枰?zhǔn)每個(gè)掃描到的指紋。換句話說，貢獻(xiàn)者的作用僅限于測量?；贏ndroid開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的“基于WiFi信號的室內(nèi)定位系統(tǒng)”主要有信息采集功能、定位功能和查看信息的功能，系統(tǒng)冊次結(jié)構(gòu)圖如下所示：Android開發(fā)平臺(tái)基于WiFi信號的室內(nèi)定位采集信息定位查看位置信息 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖采集信息定位查看位置信息位置信息 用例圖3系統(tǒng)概述和挑戰(zhàn)在本節(jié)中，我們簡要地描述了一下我們的目標(biāo)體系的一個(gè)高層次的使用場景，其中包括兩個(gè)主要實(shí)體：“貢獻(xiàn)者”或“測量師”使用位置標(biāo)簽在特定的位置記錄和上傳指紋數(shù)據(jù)，“用戶”通過查詢無線電地圖服務(wù)器查詢當(dāng)前位置。通過工程初步試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)能夠在大部分的定位過程中提供準(zhǔn)確的位置信息，只有很少一部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示了在誤差范圍內(nèi)允許的定位偏差。（1） 經(jīng)濟(jì)可行性由于在“離線數(shù)據(jù)采集階段”沒有使用專業(yè)的測量人員和專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的部署和使用，只是依靠同學(xué)們和他們自己的手機(jī)設(shè)備分別作為測量者和數(shù)據(jù)采集裝置，因此避免了能夠預(yù)想到的人力、財(cái)力、物力的耗費(fèi)，這在經(jīng)濟(jì)上是十分可行和可取的。將房間類似規(guī)劃成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)并選取若干采樣點(diǎn)進(jìn)行前期數(shù)據(jù)的采集形成指紋數(shù)據(jù)庫保存于服務(wù)器端，定位階段時(shí)當(dāng)用戶在某一點(diǎn)發(fā)起定位請求時(shí)，將用戶的位置點(diǎn)信息與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，匹配成功時(shí)說明該位置存在并返回給用戶當(dāng)前的位置，匹配不成功時(shí)說明該位置不存在。這種方法通過比較觀察到的接收信號強(qiáng)度（RSS）值和“離線采集階段”建立的指紋數(shù)據(jù)庫中的指紋數(shù)據(jù)來估計(jì)位置，至于優(yōu)勢，就在于它有效避免了專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的部署，減少了成本。利用紅外線或超聲波的系統(tǒng)能夠保證細(xì)粒度的定位精度，然而，由于部署成本很高，它很難被大規(guī)模的部署。有關(guān)室內(nèi)定位的許多技術(shù)[47]已經(jīng)在過去的十年當(dāng)中被提了出來。對于移動(dòng)位置服務(wù)（LBS）應(yīng)用的成功實(shí)現(xiàn)勢在必行。搭建成功后，電腦PC端就可以進(jìn)行Android程序的開發(fā)了。啟動(dòng)Eclipse，點(diǎn)擊 Help菜單 Install New Software… ?，點(diǎn)擊 ?Add… ?，選取要安裝的項(xiàng)，一路Next完成安裝并重啟Eclipse，這樣ADT就安裝完畢了。一般情況下，當(dāng)?shù)桨惭b目錄運(yùn)行SDK Manager時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)什么平臺(tái)和工具也沒有，需要下載回來。由于我們是獨(dú)立安裝，不是一體化(集成系列工具)所以需要單獨(dú)下載安裝SDK。Eclipse不需要安裝，把解壓包解壓后，剪切eclipse文件夾到你想安裝的地方，打開時(shí)設(shè)置你的工作目錄即可。配置完畢后，通過cmd運(yùn)行以下命令：java version，javac 如果出現(xiàn)返回信息，則說明配置成功。最后配置CLASSPATH，其值為：.。其次，要配置PATH屬性，該屬性已存在可直接編輯。首先要完成JDK(Java Development Kit)的安裝，JDK可以說是整個(gè)Java的核心，包括了一系列Java開發(fā)的東西，安裝完畢后要進(jìn)行環(huán)境變量的配置。在第二個(gè)階段中，當(dāng)用戶移動(dòng)到某一位置的時(shí)候，根據(jù)他實(shí)時(shí)獲取到的信號強(qiáng)度信息，利用定位算法將其與位置指紋數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行匹配和比較，并以此計(jì)算出該用戶的位置。離線采集階段，通俗地講，其目標(biāo)是為了構(gòu)建一個(gè)關(guān)于信號強(qiáng)度與采樣點(diǎn)位置之間關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，也就是位置指紋數(shù)據(jù)庫或無線電地圖。Arvin等人[29]提出了一種無監(jiān)督的學(xué)習(xí)方法，嘗試自動(dòng)解決在WiFi定位過程中的硬件差異問題。主要使用的參數(shù)是信號強(qiáng)度值和接入點(diǎn)的檢測。這通常會(huì)導(dǎo)致觀察到的信號強(qiáng)度測量值發(fā)生變化，因?yàn)椴煌脑O(shè)備的不同的芯片設(shè)計(jì)。他們把世界建模成樹狀層次的命名空間，并且提供了一個(gè)算法，對于在信號空間的暫時(shí)的變化明確了賬號[18]。Park等人[15]設(shè)計(jì)并部署了基于眾包的定位系統(tǒng)，并且得到了可以和設(shè)備來驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)相媲美的定位精度。該技術(shù)的關(guān)鍵的想法是使用通過參與系統(tǒng)的用戶可以在不同地點(diǎn)貢獻(xiàn)WiFi指紋。由于對復(fù)雜情況的考慮，基于有經(jīng)驗(yàn)的測量人員采集的系統(tǒng)工作量和成本很高，而基于眾包的室內(nèi)定位技術(shù)由于低廉的成本和較少的工作量被研究人員們熱衷的探索。在第一類當(dāng)中，離線采集階段的數(shù)據(jù)集是由有經(jīng)驗(yàn)的測量人員采集的。系統(tǒng)[21]研究了對于數(shù)據(jù)采集階段形成指紋數(shù)據(jù)庫的過程當(dāng)中，對信號強(qiáng)度進(jìn)行測量并記錄測量值，發(fā)現(xiàn)對于每個(gè)位置大約的測量時(shí)間是一分鐘。在這些系統(tǒng)當(dāng)中，“訓(xùn)練”階段也就是“離線采集階段”，需要在系統(tǒng)中使用一組標(biāo)記的數(shù)據(jù)集來建立其內(nèi)部的定位模型，也就是說建立指紋數(shù)據(jù)庫。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)，如基于核函數(shù)的似然函數(shù)，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)。一般來說，對于定位，使用信號強(qiáng)度值的技術(shù)要么是基于三角測量的方法[11]或者是基于預(yù)先存儲(chǔ)的WiFi指紋并進(jìn)行對位置的估測。越來越多的最近的許多研究人員都把注意力集中到了使用WiFi RSS數(shù)據(jù)的技術(shù)上。當(dāng) Radio Map 構(gòu)建完成之后，在實(shí)時(shí)定位階段，由待定位終端收集周圍可見 AP 接入點(diǎn)的 RSSI 值，形成一組相關(guān)聯(lián)的信號觀察值。RADAR是由微軟于 2000 年提出的室內(nèi)定位系統(tǒng)，也是最早的使用 WLAN信號作為定位依據(jù)的定位系統(tǒng)。后來的系統(tǒng)使用現(xiàn)有的在建筑中的基礎(chǔ)設(shè)施，并且依賴于無線電頻率信號測量。Cricket[10]和Cricket Compass[24]，使用的是射頻和超聲波組合的技術(shù)。所以此系統(tǒng)雖然定位精度高，但系統(tǒng)的布置難度大，成本較高。此系統(tǒng)的準(zhǔn)確度高，定位精度在 95%的情況可以控制在 9cm 以下。T 的研究人員將無線電和超聲波兩種信號結(jié)合起來，根據(jù)超聲波的傳輸時(shí)間計(jì)算出待定位用戶和各接收器之間的距離。該系統(tǒng)有如下幾個(gè)缺點(diǎn)，首先，系統(tǒng)的作用范圍受限于紅外線的傳播距離，其次，由于需要額外安裝紅外線發(fā)射接收裝置，將產(chǎn)生高昂的安裝和維護(hù)成本。其中Active Badge是開發(fā)最早的位置感知系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用紅外線信號進(jìn)行定位。早期的室內(nèi)定位技術(shù)要求用專業(yè)的硬件來確定設(shè)備的位置。其中，使用現(xiàn)存的WiFi網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)已經(jīng)引起了人們越來越多的特別的關(guān)注，由于如今室內(nèi)環(huán)境當(dāng)中的無線接入點(diǎn)的普及，這樣的技術(shù)更加引起了研究人員們的關(guān)注。針對室內(nèi)定位的難點(diǎn)，即克服信號受到環(huán)境噪聲的干擾，對移動(dòng)用戶的快速定位，對定位精度的高要求，國內(nèi)外許多的研究人員都進(jìn)行了有針對性的研究和探索，這些研究涉及到無線網(wǎng)絡(luò)、傳感器技術(shù)、隨機(jī)信號處理等眾多交叉領(lǐng)域。首先，由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜因素較多，信號在室內(nèi)傳播的情況要復(fù)雜于室外傳播的情況。因此，雖然GPS系統(tǒng)在室外環(huán)境能夠有效地進(jìn)行定位，但是在室內(nèi)環(huán)境中卻無法進(jìn)行有效的定位。同時(shí)，其他的國家也陸續(xù)研究開發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的定位系統(tǒng)，其中包括中國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、俄羅斯的Glonass定位系統(tǒng)和歐盟的Galileo 定位系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)地面接收終端都可以同時(shí)接受到4顆以上的衛(wèi)星發(fā)出的信號。在政府的相關(guān)要求和市場巨額利潤的驅(qū)動(dòng)之下，基于蜂窩移動(dòng)網(wǎng)的定位技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。蜂窩無線定位即手機(jī)定位，是基于移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的基站定位，其定位精度依賴于基站的分布和基站信號的覆蓋范圍的大小。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境與場景的不同，定位技術(shù)大致可以分為室內(nèi)定位技術(shù)和室外定位技術(shù)兩種。（4） 通過使用多個(gè)手機(jī)在不同情景下的真實(shí)實(shí)驗(yàn)，我們對我們的定位技術(shù)的性能進(jìn)行了評估。（2） 我們提出了一種新型的室內(nèi)定位方法，該方法適用于異構(gòu)設(shè)備并且不需要其他復(fù)雜過程的校準(zhǔn)?？紤]到這三個(gè)問題本文提出了以下觀點(diǎn)：（1） 我們分析了RSS的特點(diǎn)，它的測量過程可以不需一分鐘時(shí)間。由于無線電地圖的更新是通過未經(jīng)訓(xùn)練過的無集中控制的自由用戶所更新的，不