GPS+WIFI室內(nèi)外混合定位服務(wù)系統(tǒng)研究

章嫚娜　王玉槐　曹世華++張慧熙++謝曉婷

摘 要： 以GPS作為室外定位方式、WIFI作為室內(nèi)定位方式，研究了基于GPS數(shù)量的終端自適應(yīng)定位模式選擇及自動(dòng)切換策略。開(kāi)發(fā)了基于高德地圖的服務(wù)器程序和Android終端位置定位信息推送軟件，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)位置服務(wù)信息自動(dòng)推送。經(jīng)校園環(huán)境下測(cè)試，該系統(tǒng)能按照部署測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)信息的推送服務(wù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，GPS和WIFI定位精度分別可達(dá)40m和30m。

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)切換策略； 高德地圖； 定位； 信息推送

中圖分類(lèi)號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）03-12-03

Research on indoor and outdoor location service system with GPS & WIFI

Zhang Manna1， Wang Yuhuai1， Cao Shihua1， Zhang Huixi1， Xie Xiaoting2

（1. Qianjiang College， Hangzhou Normal University， Hangzhou， Zhejiang 310036， China； 2. Hangzhou Normal University）

Abstract： Taking GPS as an outdoor locating method and WIFI as an indoor locating method， the adaptive locating mode selection and automatic switching strategy based on the number of GPS are studied. The software is developed based on Amap server and Android terminal， to realize the real-time location service information push. In the campus environment， the developed system can be carried out in accordance with the deployment of the test points to push the relevant service information. The experimental tests show that the locating accuracy of GPS and WIFI can reach 40m and 30m respectively.

Key words： automatic switching strategy； Amap； locate； information push

0 引言

定位服務(wù)攸關(guān)國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)民生，在新一代信息技術(shù)這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，處于舉足輕重和不可或缺的地位，在物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球、節(jié)能減排、救災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)性支撐作用。目前，世界各大衛(wèi)星GPS系統(tǒng)對(duì)高山、海洋、城市等室外環(huán)境都能進(jìn)行精確的定位。但對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行定位時(shí)，由于墻體等遮擋物的影響，精確度極大降低，有時(shí)甚至接收不到信號(hào)，無(wú)法定位。WIFI定位已得到廣泛應(yīng)用，但其覆蓋能力有限。如何將室外定位與室內(nèi)定位協(xié)同是定位服務(wù)應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。

本文主要研究實(shí)現(xiàn)室外GPS、室內(nèi)WIFI的混合室內(nèi)外協(xié)同定位，通過(guò)終端自適應(yīng)選擇定位模式，輔助定位方式無(wú)縫自動(dòng)切換，然后利用聚合衰減模型定位算法，提高定位的精確度并且實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)位置服務(wù)信息自動(dòng)推送。

1 定位原理及混合定位實(shí)現(xiàn)策略

1.1 系統(tǒng)定位原理

當(dāng)應(yīng)用程序向服務(wù)器發(fā)起定位請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前的GPS/WIFI信息生成相對(duì)應(yīng)的定位依據(jù)。服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求的定位依據(jù)評(píng)估出對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位置，然后根據(jù)用戶的定制信息，生成定位結(jié)果返回給終端程序，定位服務(wù)系統(tǒng)工作原理如圖1所示[2-4]。

1.2 室內(nèi)WIFI定位

本文采用無(wú)線信號(hào)衰減模型，如式⑴和⑵所示，引入人工智能的聚合方式來(lái)獲取移動(dòng)設(shè)備在WIFI環(huán)境下的實(shí)時(shí)位置。

其中，Tx：手機(jī)端當(dāng)前發(fā)射功率；d：發(fā)射器與接收器的距離；f：頻率值（MHZ）。

利用該模型，生成每個(gè)基站的信號(hào)分布圖。某網(wǎng)絡(luò)基站的信號(hào)分布如圖2所示。然后，根據(jù)讀取到的基站列表和其信號(hào)強(qiáng)度向量相似度來(lái)評(píng)估位置，利用數(shù)據(jù)庫(kù)中樣例搜索和匹配算法計(jì)算得到經(jīng)緯度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確定位。

1.3 GPS與WIFI組合策略

針對(duì)GPS和WIFI單獨(dú)定位的特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)單獨(dú)定位的基礎(chǔ)上，本文提出了二者自適應(yīng)選擇策略。

將定位環(huán)境分為單獨(dú)GPS、GPS（衛(wèi)星數(shù)<=4）及WIFI、GPS（衛(wèi)星數(shù)>4）及WIFI、單獨(dú)WIFI四種環(huán)境[5]，并配以相應(yīng)的定位方案，如表1所示。

隨著定位環(huán)境的變化（如用戶的移動(dòng)），需要重新選擇定位方案，因此需要建立定位方式的自適應(yīng)選擇策略。通過(guò)自適應(yīng)選擇策略，實(shí)現(xiàn)了定位模式的選擇切換[6]。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析

以智能手機(jī)為定位終端，利用GPS和WIFI進(jìn)行室內(nèi)外定位測(cè)試。

2.1 測(cè)試環(huán)境

選擇支持GPS和WIFI的Android4.0版本操作系統(tǒng)的三星GT-I9300智能手機(jī)。服務(wù)器操作系統(tǒng)為Windows Server，地圖采用高德地圖。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地為杭州師范大學(xué)錢(qián)江學(xué)院下沙校區(qū)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

所開(kāi)發(fā)的位置定位服務(wù)系統(tǒng)以高德地圖為基礎(chǔ)可進(jìn)行位置顯示和放大縮小操作。在杭州師范大學(xué)下沙校區(qū)第二實(shí)驗(yàn)樓二樓和圖書(shū)館分別進(jìn)行WIFI和GPS位置定位測(cè)試，手機(jī)顯示在預(yù)先部署的位置，能收到推送的簡(jiǎn)單信息“歡迎來(lái)到第二實(shí)驗(yàn)樓二樓”和“歡迎來(lái)到圖書(shū)館”，分別如圖3和圖4所示。

在圖書(shū)館門(mén)口用GPS進(jìn)行測(cè)試，打開(kāi)手機(jī)的4G網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)，所以定位也較為準(zhǔn)確，一到圖書(shū)館門(mén)口就推送出來(lái)消息“歡迎來(lái)到圖書(shū)館“。

在第二實(shí)驗(yàn)樓二樓WIFI定位，連接”HZUN_Teacher”，信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)，所以定位也較為準(zhǔn)確，一到第二實(shí)驗(yàn)樓二樓就推送出來(lái)消息“第二實(shí)驗(yàn)樓二樓“。測(cè)試時(shí)第二實(shí)驗(yàn)樓基站的信號(hào)強(qiáng)度分布如圖5所示。實(shí)測(cè)WIFI強(qiáng)度值RSSI為-62dbm，設(shè)定RSSI為-70dbm。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，本文定位方式及定位精度數(shù)據(jù)如表2所示。

3 結(jié)論

本文以GPS作為室外定位方式，以WIFI作為室內(nèi)定位方式。利用無(wú)線信號(hào)衰減模型實(shí)現(xiàn)了WIFI定位，利用GPS衛(wèi)星數(shù)和WIFI信號(hào)強(qiáng)度及變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了GPS和WIFI定位的自動(dòng)切換。開(kāi)發(fā)了基于高德地圖的定位及信息推送服務(wù)程序，通過(guò)智能手機(jī)（GPS、WIFI）的校園內(nèi)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，GPS和WIFI定位精度分別可達(dá)40m和30m?；谑彝釭PS定位，室內(nèi)WIFI定位研究聚合衰減模型定位算法，能提高定位的精確度，提供了一套可供參考的解決方法。

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