基于智能手机的室内外定位技术在物联网中的应用

1、0 引言在过去的几年中，移动通信系统中的定位技术越来越广泛地受到人们关注，其主要原因是该技术背后蕴藏着巨大的市场。从当前的实际情况来看，利用GPS Wi-Fi、无线蜂窝系统(GSM CDMA等)对 进行定位的技术条件已经逐步趋于成熟，现在的关键是如何使智能 的室内外定位技术应用于物联网，从 而最终到达效劳于人的目的。本文重点介绍了目前智能 室内外定位系统的研究现状，同时介绍了一些 新的定位技术，并探讨了智能 室内外定位技术在物联网领域应用的意义及其可行性。1 智能 的室内外定位技术智能 正渐渐成为人们日常生活中实现感知、分享和获取信息的核心设备。随着智能 上传感 设备的不断丰富， 被赋予了强大

2、的感知能力，从而使其更容易理解当前所处的环境，并最终为用户提 供极具意义的终端效劳。直观上，位置识别问题可以利用已经被广泛研究过的基于天线的定位技术(例如Wi-Fi、GSM和GPS来解决。对于室外定位而言， GPS已经提供了非常理想的识别精度。而无线蜂窝系统相 对于GPS那么可提供人们可以接受的低精度但低能耗的定位。图 1 圆周定位方法图1给出了无线蜂窝系统 GSM利用功率信息采用圆周定位的原理图。根据图1中的方法，如果知道了目标移动终端和基站 i 的直线距离 ri ，那么，根据几何原理，其目标移动终端一定位于以基站 i 所在位 置为圆心、 ri 为半径的圆周上。当目标移动终端与邻近的三个基站

3、 1、 2、 3的距离为 r1 、 r2、 r3 时， 那么以三个基站所在位置为圆心， r1 、 r2、 r3 为半径的三个圆的交点即为目标移动终端所在的位置。在实 际的无线定位方法中，通过测量从目标移动终端发出的信号到达基站i 的功率强度，再通过一定的功率损耗模型，就可以得到目标移动终端与基站 i 的距离 ri 。通常在圆周定位中，目标移动终端坐标和基站坐标 之间存在以下关系：根据式 (1) 就可以得到目标移动终端的坐标。当式 (1) 为矛盾方程时，该系统可采用最小二乘法求解当前主流的定位不管是 GPS定位技术还是利用尢线网络或其他定位手段进行定位，都有其局限性， 而未来定位技术的趋势是将多

4、种定位技术有机结合，发挥各自的优点，以提供较好的精度和响应速度，同 时又具有较广的覆盖范围，可实现无缝、精确的定位。以上的基站定位系统通常可通过几何关系去估计用 户的位置。而下面介绍的新方法，那么是通过观察用户当前使用基站的变化来估算用户的位置，并间歇性地 获取GPS定位来修正定位精度。当前的智能 平台都能够通过网络来获取当前使用的基站位置。与此同 时再结合用户移动的信息来增加无线蜂窝系统定位的精确程度。为说明这种新的方法，可以考虑图2 所示的场景。图 2 通过用户移动信息增加定位精度示意图在图 2中，假设用户当前使用的基站从 1 变化到了 2，如图 2(a) 所示。所有这些信息缺乏以确定用

5、户当前是出于A、B、C哪个位置。但是，如果考虑到当前的地理位置信息，如图2(b)所示，那么，由于 B和 C 两个位置不是位于道路之上，所以 B 和 C 两个位置应该不会是用户所在的位置，因此此时用户在位置 A的可能性较大。因此，再结合较为详尽的地理信息，就能比较精确地确定出用户所在的位置。智能 能够记录用户平时经常行走的路线，并且对基站信息进行记录，当用户再次处在相同路线 上时，就能匹配以往路径，因而能够进行快速而精确的定位。图3 所示是用户的行进路线依次受到基站覆盖的定位信息图。图中，用户的行进路线依次受到基站 3-1-2-4的覆盖，其中圆点为比较精确的 GPS定位， 这样，当匹配好用户昕走基站序列之后，再间歇性地插入GPS信息，就能够更加精确地确定用户的行进路线。图 3 用户的行进路线依次受到基站覆盖的定位信息图综上所述技术，笔者设计了一个定位系统，并使用 Android API 完成了 Java 程序的编写，同时在Android 智能 上实现了该定位系统。使用时，于机周期性地采集基站的信息，并运行前面所