基于GPS/Wi-Fi/蜂窩的無縫定位技術(shù)

劉夢(mèng)綺

摘要：隨著智能終端的快速普及，人們?cè)谏詈凸ぷ髦性絹碓蕉嗟貞?yīng)用到位置服務(wù)，其核心要素是定位技術(shù)。而無論是基于Wi-Fi的室內(nèi)定位技術(shù)還是GPS與蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的室外定位技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，當(dāng)前需要一種自適應(yīng)的切換方法，來實(shí)現(xiàn)定位技術(shù)之間的平滑切換。本文描述了一種應(yīng)用集合GPS定位方式、Wi-Fi指紋定位方式及蜂窩技術(shù)相結(jié)合的無縫定位方式，并在文章最后做出了自己的理解和對(duì)未來的展望。

1背景

目前應(yīng)用于室外定位的主流技術(shù)主要包括衛(wèi)星定位和基站定位兩種。GPS定位由于在室外范圍廣、定位精度高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于室外開闊區(qū)域，但不利于嘈雜繁華地區(qū)。常用的室內(nèi)定位技術(shù)主要有：基于紅外線定位技術(shù)、基于超聲波定位技術(shù)、基于超寬帶定位技術(shù)和射頻識(shí)別定位技術(shù)。而基于IEEE802.11通信協(xié)議的無線局域網(wǎng)Wi-Fi系統(tǒng)以其廣泛的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被普及到家家戶戶，更具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

隨著移動(dòng)通信建設(shè)步伐的不斷加快、用戶的不斷增長(zhǎng)，在大中城市的室內(nèi)外區(qū)域已經(jīng)基本可以做到蜂窩覆蓋。由此可以利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的方式，彌補(bǔ)GPS信號(hào)、Wi-Fi信號(hào)的覆蓋盲區(qū)。基于以上分析，結(jié)合各種資料，本文描述了一種應(yīng)用集合GPS定位方式、Wi-Fi指紋定位方式及蜂窩技術(shù)的無縫定位方式，并做出自己的理解和對(duì)未來的展望。

2涉及到的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 GPS系統(tǒng)定位

GPS由空間星座部分、地面監(jiān)控部分與用戶設(shè)備部分三部分組成。其中，位置與導(dǎo)航信息是由用戶設(shè)備自己的接收機(jī)通過三點(diǎn)定位計(jì)算得出。如果考慮到衛(wèi)星系統(tǒng)及GPS時(shí)鐘的誤差，還需增加第四顆衛(wèi)星。

2.2 Wi-Fi位置指紋定位技術(shù)

Wi-Fi位置指紋定位可以分：針對(duì)室外的應(yīng)用及針對(duì)室內(nèi)的應(yīng)用。位置指紋定位算法主要由離線訓(xùn)練階段和在線定位階段構(gòu)成。離線訓(xùn)練階段的主要任務(wù)是：1在所需定位區(qū)域使用笛卡爾坐標(biāo)系確定室內(nèi)位置并選取合適的參考點(diǎn);2采集該參考點(diǎn)的指紋信息，加上物理位置信息直接或者間接的映射關(guān)系創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù);3利用移動(dòng)終端所測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，最后估算出移動(dòng)用戶的位置。

位置指紋定位的精度與在線定位階段的匹配算法息息相關(guān)，其中最常用的兩種算法為最近鄰算法和K近鄰算法。

2.3無縫定位解決方案

無縫定位技術(shù)是指在人類活動(dòng)的不同場(chǎng)景下融合多種定位方式，在不同場(chǎng)景下平滑連接和無縫過渡，最終實(shí)現(xiàn)無時(shí)間無地域限制的定位技術(shù)。其關(guān)鍵在于多種定位技術(shù)聯(lián)合模式下的自動(dòng)切換、選擇、集成和平穩(wěn)過渡。

如何設(shè)定切換閾值來平衡切換方式的可靠性以及切換速率，仍舊是無縫定位技術(shù)未來的一大重要方向。

3 對(duì)無縫定位技術(shù)的理解

無縫定位技術(shù)關(guān)鍵在于多種定位技術(shù)聯(lián)合模式下的自動(dòng)切換、選擇、集成以及平穩(wěn)過渡，保證各種場(chǎng)景下定位精度和覆蓋范圍的平滑過渡和無縫連接。

應(yīng)用于室外定位的主流技術(shù)主要包括衛(wèi)星定位和基站定位兩種。GPS和基站定位技術(shù)基本滿足了用戶在室外場(chǎng)景中對(duì)位置服務(wù)的需求。常用的室內(nèi)定位技術(shù)多種多樣，比如基于RFID的定位技術(shù)，超寬帶、藍(lán)牙、ZigBee等。Wi-Fi定位技術(shù)受到研究者的青睞。但Wi-Fi也存在著覆蓋盲區(qū)。目前基于Wi-Fi的各種項(xiàng)目仍舊處于研究過程。

室內(nèi)外無縫定位技術(shù)的研究與發(fā)展對(duì)提高人們的生活品質(zhì)有著十分重大的現(xiàn)實(shí)意義，并且能夠推動(dòng)整個(gè)定位導(dǎo)航業(yè)務(wù)的發(fā)展，從而更好地造福于人類。

4 小結(jié)

有關(guān)定位技術(shù)已有若干年的發(fā)展歷史，對(duì)人類社會(huì)和生活造成了極大影響。除了文章所提到的定位方法，各國(guó)還有很多的相關(guān)成果正處于研究階段或者已經(jīng)投入正式使用。但各種定位技術(shù)都有優(yōu)缺點(diǎn)，適合于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。未來的定位技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是融合現(xiàn)有方法，平衡各種定位技術(shù)，模糊室內(nèi)外界限，提供交互機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)，使得人們?cè)谌魏螆?chǎng)合都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位。同時(shí)，人們對(duì)于定位技術(shù)的安全性應(yīng)該給予更多的關(guān)注和考慮，實(shí)現(xiàn)合理安全高效的應(yīng)用。

（作者單位：鄭州大學(xué)軟件與應(yīng)用科技學(xué)院）