基于Android平台的室内定位系统设计与实现

第卷增刊年月华中科技大学学报（自然科学版）（）收稿日期作者简介李炜（），女，副教授，：基于平台的室内定位系统设计与实现李炜金亮陈曦（华中科技大学自动化学院，湖北武汉）摘要在平台上设计并实现了室内定位系统该系统采用系统的移动终端收集信号强度信号，利用平台电脑终端计算位置指纹生成数据库，通过移动客户端和服务器端的交互实现定位当用户有定位需求时，向底层模块发出请求，读取不同无线路由器的信号强度信息，并发送到服务器端服务器端采用基于近邻法的室内位置匹配算法进行位置定位，并将位置信息返回给移动端测试结果表明：系统内定位精度达到以上，内定位精度达到以上，单次定位时间在以内关键词通信技术；室内定位系统；模型；近邻法；平台中图分类号文献标志码文章编号（）（，），；目前常用的室内定位技术有超声波、射频、和（）等技术超声波定位具有定位精度较高、结构简单等优点，但超声波易受多径效应和非视距传播的影响，并且需要大量的硬件设施投资，成本高射频识别（）定位的作用距离短、不具备通信能力，因此不便于整合到其他系统之中技术的优点是室内定位精度高、应对复杂环境能力强、信号穿透力好，缺点则是技术成熟度低、成本高基于的室内定位技术无需额外的硬件装置，具备高精度、低成本和低功耗等优点本研究在分析信号传播模型和室内位置匹配算法的基础上，提出了基于平台的室内定位系统设计方案，并通过试验验证了其有效性信号传播模型由于建筑物内部的遮挡存在严重的多径干涉、反射、衍射等现象，传统的路径损耗模型不能精确的描述室内环境下的传播损耗主导路径损耗模型如下（）（）（），（）式中：表示无线电波沿主导传播路径所经过的路径总长度；（）为接收点距离发射点距离为时的接收信号强度；为接收点的参考距离；为路径损耗指数，由环境因素决定在传统路径损耗模型中，并不是采用路径总长度，而是接收点到发射点的直线距离，在室内环境下直线距离往往误差很大，因为建筑物里面的电梯、铁门、钢筋混泥土墙壁会阻挡电波的传播，所以电波的主要传播路径并不是两点间的直线，而是由几条避开障碍物的直线组成的由于不同室内环境的路径损耗系数不同，比如钢筋混泥土墙壁的损耗系数较大，玻璃墙次之损耗系数的不同造成了传播损耗模型的不同，因此本研究在主导路径信号传播损耗模型基础上进行了子空间划分，根据室内环境分析信号的主导传播路径，根据不同路径上的不同障碍物计算得到定位子空间的信号覆盖图，以提高定位精度室内位置匹配算法算法思想本文将近邻法应用到室内定位算法中根据子空间划分和基于主导路径的信号传播损耗模型，对待定位的室内空间各个离散点进行采样得到一组周围无线接入点（）的值，然后进行滤波降噪处理、特征提取处理后形成指纹数据库，指纹数据库是存放在服务器端的客户端在定位时通过采集位置处一组的值，然后通过近邻（，）分类算法找出与待定位位置处欧式距离最小的个参考点，然后计算出这个参考位置点的几何中心得到待定位点的初始估算位置，再通过用户位置滤波和子空间辅助定位模块进行修正，完成定位位置匹配算法描述步骤采样在待定位区域每隔选取一个采样点，每个采样点对一组的值读取多次，采样完成后进行最大值滤波降噪处理，形成指纹数据库步骤测试同采样的操作相似，对待定位区域的所有采样点上再进行一次读取的值的工作，然后计算定位精度步骤定位客户端读取所在位置处的各个的值，进行滤波降噪处理后与服务器端通信，将客户端损耗值传输给服务器端，服务器端对客户端的损耗数组进行近邻算法处理，算出与指纹数据库中欧式距离最近的个参考位置点，再计算这个参考点的几何中心得到初始估计位置步骤调用子空间辅助定位模块进行修正，将最终得到的位置信息传输给客户端系统设计系统总体设计如图所示为基于平台的室内定位系统总体结构图系统移动终端采用基于系统的手机或掌上电脑（），电脑终端采用平台，服务器端存储了指纹数据库并与电脑终端交互整个定位过程由客户端和服务器端共同完成，用户有定位需求时，向底层模块发出请求，启动读取来自各个的值的程序，并将读取得到的损耗值发送给服务器端服务器端调用定位算法进行定位，并将位置信息返回给移动客户端图基于平台的室内定位系统总体结构客户端设计客户端系统主要功能包括损耗值的测量、位置信息显示以及与服务器端的交互测损耗值的这个模块主要调用了和这两个类，中的字段记录了扫描到的的各种信息：扫描接入点的地址（）、扫描接入点的网络名称（）、扫描信号点的强弱（）等，此处需要用到的是值即值，中要用到的是方法来获取的（）地址位置信息显示模块是将客户端收到的当前位置信息在地图上直观地显示出来，地图是事先绘制好并导入到移动端的的待定位的区域图，地图上会建立一个坐标，并有一定的比例尺，接收到服务器端由定位算法计算出来的坐标信息后将其在地图上相应的位置出动态的显示出来与服务器端的交互模块功能是接收和发送通信数据，触动扫描信号完成这个事件，在发增刊李炜，等：基于平台的室内定位系统设计与实现送数据之前需要进行一些处理：先过滤掉不相关的信息，留下已布置好的信息，再进行最大值滤波或卡尔曼滤波，处理完成后的是平滑的既定的的地址和值的键值对与服务器端的通信通过（套接字）技术完成，这是一种较为底层的网络连接编程技术，接口定义了许多方法供开发人员调用中包含了用于创建网络连接时所必需的数据，如本地或远程主机的地址及其端口号、连接时使用的协议等创建通信服务端的步骤：调用构造方法，并传入指定的端口号创建服务器；调用的方法，监听等待客户端的连接；与通信客户端传输数据，读取通信客户端的数据流；关闭打开的数据流创建通信客户端的步骤：传入通信服务器端的地址和端口号，连接通信服务器，并调用的构造方法创立连接；向通信服务器发送数据流；关闭打开的数据流客户端流程描述：进入系统欢迎界面，初始化各种参数，监听用户是否有定位请求，若有则将打开，调用进行热点扫描，扫描完成后将获得的值进行降噪滤波处理，然后与服务器端建立连接并传送损耗信息，服务器端计算得到位置信息发送给客户端，最终客户端将坐标显示在中服务器端设计服务器端存储了位置指纹数据库，并完成定位算法的功能本系统使用数据库保存位置参考点信息包含的数据表有：信息表、采样信息表、滤波后的采样信息表、定位信息表信息表包含了的地址、名称（）和频道，主键是地址，如表所示表信息表：采样信息表包含了采样点坐标、采样的地址、采样的和采样时间，如表所示定位信息表包括在定位点的测到的的地址、的和定位时间由于这两张表和前面的比较类似，这里就不列出来了表采样信息表：实验结果本文在平台上设计并实现了基于近邻法的定位算法的室内定位系统，实验地点选择华中科技大学实验中心，定位的结果如表所示由表可知：概率法和近邻法均表现较好，能够在内精度达到，内定位精度达到以上，单次定位时间在以内表定位结果定位技术概率法平均误差内精度内精度本实验可以利用现有的无线，无须额外的硬件设备投入，在移动端上也仅