Android平臺下的室內定位系統探究
2014-11-05 09:29:42徐軍亮
電子技術與軟件工程 2014年18期
摘 要
科技的飛速發展改變著人們的生活，由谷歌公司開發的Android操作系統投入市場使用以來，帶來了更大的生活便利。利用這一平臺可以輕松的做到在封閉的搜索無線信號，并通過設備發出頻率的強弱來搜索位置，在經由配套的配備來完成信息的分析，到達最終確定無線信號具體位置的目的。當使用者有需要確定無線信號具體位置的需求時，只要進行相應的操作，軟件就會開始工作，使用者便會得到相關結果。
【關鍵詞】Android平臺 室內定位系統 定位精度
1 室內信號傳播模型
基于存在高大建筑的原因，信號遇到其會發生衍射、反射以及干涉等，在這種情況下運用傳統的模型不能對損耗進行正確的描述，因而運用主導損耗模型，其公式為：
pr（L）=pr（d0）-10nlg（L/d0）
從中看出：用L來表示傳播路程；用pr（L）來表示發射與接收兩地相距L，其信號的接收強度；用d0來表示參照距離；基于信號存在環境，用n來表示其在路徑上所損耗系數。
在采用傳統的模型進行相關傳播損耗計算時，它采用L主要是指兩地之間的距離，與信號傳播所經過的路程沒有關系。信號在室內進行傳播時，采用直線距離不能真實的表述信號的傳播情況，主要原因在于室內存在很多障礙物，比如門墻、電梯等，它們使得信號在傳播的過程中不能沿著直線進行傳播，需要繞過它們。基于室內環境存在的很大的差異，例如信號在經過土墻時，其信號能量損耗比較大。因此，在信號傳播所處的環境條件不同時，要求建立相對應的模型來進行計算，本文主要在以路徑為研究對象，建立傳播模型，并根據模型中信號所存室內環境的差異，來對空間進行相關的劃分，從而分析出信號傳播過程中所要經歷的主導路線，在不同的傳播空間采用不同的模型，使得信號能在不同空間里得到精確的計算。
2 室內位置匹配算法
2.1 算法思想
室內定位可以通過相關算法，例如K近鄰法得出。定位要先采取樣本，采樣是根據主導路徑的信號傳播損耗模型和子空間的區分，對待定位的空間的多個離散點取一組四周無線接入點的RSSI值，然后對這些樣本進行各種處理，濾波降噪、特征提取，處理完后所得的指紋數據庫就放入服務器客戶端。客戶端需要進行定位時，就可以采集該空間的一組無線接入點的RSSI值，然后利用相關的計算分類方法找到需要進行定位的點歐式距離最小的幾個參考點，然后計算一下這些參考點的幾何中心位置，這個位置即虛定位點的原始預估地點，然后再對其進行一定的修正，利用客戶位置濾波以及子空間輔助模塊進行完善，定位進一步精準。
2.2 位置匹配算法描述
（1）取樣。首先對區域進行設置，把兩點相隔一米作為一個參考點，其次，每個區域上的采樣點進行采樣，從而獲得相應的接收信號強度值，在讀取的過程中需要進行數次，以防止數據的偏差，最后，對獲取的數值進行優化，從而獲得相關的數據庫。
（2）測試。在需要進行定位的空間里所設采樣點上再次取得無線接入點的RSSI值，然后精確計算定位。
（3）定位。安卓用戶客戶端在取得無線接入點的RSSI值后進行一定的處理，然后與服務器取得信號傳輸，把損耗值報送給服務器，服務器就能通過相關的計算方法計算出損耗情況，得出最有用的幾個位置參考點，然后通過數學算法算出初始的位置。
（4）運用子空間可以幫助定位修正的輔助模塊進行一定的修正，把修正后的定位位置輸送給客戶端。
3 系統設計
3.1 系統總體設計
從圖1中可以看出，把PDA或者手機運用在移動終端上，同時把微軟操作系統運用在電腦終端上，通過服務器就可以與電腦進行交互。在系統進行定位時，需要通過服務器與客戶端這個兩個來實現。使用者需要進行定位，則可以通過wife向客戶端申請，然后開啟相關程序獲取接收信號強度值，從而把該數據傳遞到服務器上，其通過內部的算法來實現定位，從而把計算得出的信息傳遞到用戶使用的終端上。
3.2 客戶端設計
Android計算機系統的作用有AP的損失耗費數據和接收的信號強弱確定、地點坐標體現和服務器端的相互交流。通過移用無線管理器和無線信息來測量訪問接入點的損失耗費數據，無線管理器里的掃描結果內容里包含了掃視AP的一些數據：APBSSID、SSID、level等，而上述運用的強弱數據就是信號強弱確定位置，無線信息里運用的獲得MAC地址來得到Access Point的介質訪問控制的位置。顯示地址坐標的構件是把客戶端得到的現有地點清晰明了地出現在MAP上，MAP是之前制圖好且載入到無線設備的準備確定位置的某土地的圖，MAP上面會有本平面，且有圖上距離比實際距離的比，而能夠動態凸顯地點是由設備通過確定位置的計算方法獲取某一點的數據。
客戶端的整個過程：先打開系統的開始頁面，恢復默認狀態。一些變量，探聽客戶有無確定位置的需求，如果有那么打開無線網絡，移用掃描。內嵌的鏈接開始掃視，利用音噪和濾除波段頻結束后把得到接收的信號強弱確定位置的數據。接下來通過產生Socket且傳遞損失耗費的內容，最后用戶可以通過計算機系統獲取的內容傳送，從而在MapView上可以看到。
3.3 服務器端設計
提供某些服務的計算機系統保存了地點的手指紋線電子倉庫，同時達到如何計算確定某位置的作用。該整體進行保管地點通過采用mysql。包括的各類數值表：關于Access Point、關于取樣、關于確定位置、關于濾除波段頻率取樣。確定位置的表主要是在某固定點測試得到的Access Point的MAC位置、確定位置的時間、通過接收的信號強弱確定位置。
4 結束語
通過試驗：就整個準確度而言，5m之內可高于95%，3m之內可高于90%，每次確定位置的時間少于5s。
參考文獻
[1]朱明輝，張會清.基于RSSI的室內無線網絡定位技術研究[J].現代電子技術，2010（17）.
[2]張明華，張申生，曹健.無線局域網中基于信號強度的室內定位[J].計算機科學，2007（06）.
[3]胡天琨，葉建芳.基于手持設備的室內定位系統設計與實現[J].微型機與應用，2012（13）.
[4]趙晶亮，姚金杰，蘇新彥，韓焱，陳娟. 基于射頻識別的室內定位系統設計[J].計算機測量與控制，2011（11）.
作者簡介
徐軍亮（1982-），男，江西省宜春市人。大學本科學歷，學士學位。主要研究方向為LBS移動定位。
作者單位
江西電信信息產業有限公司 江西省南昌市 330046endprint
摘 要
科技的飛速發展改變著人們的生活，由谷歌公司開發的Android操作系統投入市場使用以來，帶來了更大的生活便利。利用這一平臺可以輕松的做到在封閉的搜索無線信號，并通過設備發出頻率的強弱來搜索位置，在經由配套的配備來完成信息的分析，到達最終確定無線信號具體位置的目的。當使用者有需要確定無線信號具體位置的需求時，只要進行相應的操作，軟件就會開始工作，使用者便會得到相關結果。
【關鍵詞】Android平臺 室內定位系統 定位精度
1 室內信號傳播模型
基于存在高大建筑的原因，信號遇到其會發生衍射、反射以及干涉等，在這種情況下運用傳統的模型不能對損耗進行正確的描述，因而運用主導損耗模型，其公式為：
pr（L）=pr（d0）-10nlg（L/d0）
從中看出：用L來表示傳播路程；用pr（L）來表示發射與接收兩地相距L，其信號的接收強度；用d0來表示參照距離；基于信號存在環境，用n來表示其在路徑上所損耗系數。
在采用傳統的模型進行相關傳播損耗計算時，它采用L主要是指兩地之間的距離，與信號傳播所經過的路程沒有關系。信號在室內進行傳播時，采用直線距離不能真實的表述信號的傳播情況，主要原因在于室內存在很多障礙物，比如門墻、電梯等，它們使得信號在傳播的過程中不能沿著直線進行傳播，需要繞過它們。基于室內環境存在的很大的差異，例如信號在經過土墻時，其信號能量損耗比較大。因此，在信號傳播所處的環境條件不同時，要求建立相對應的模型來進行計算，本文主要在以路徑為研究對象，建立傳播模型，并根據模型中信號所存室內環境的差異，來對空間進行相關的劃分，從而分析出信號傳播過程中所要經歷的主導路線，在不同的傳播空間采用不同的模型，使得信號能在不同空間里得到精確的計算。
2 室內位置匹配算法
2.1 算法思想
室內定位可以通過相關算法，例如K近鄰法得出。定位要先采取樣本，采樣是根據主導路徑的信號傳播損耗模型和子空間的區分，對待定位的空間的多個離散點取一組四周無線接入點的RSSI值，然后對這些樣本進行各種處理，濾波降噪、特征提取，處理完后所得的指紋數據庫就放入服務器客戶端。客戶端需要進行定位時，就可以采集該空間的一組無線接入點的RSSI值，然后利用相關的計算分類方法找到需要進行定位的點歐式距離最小的幾個參考點，然后計算一下這些參考點的幾何中心位置，這個位置即虛定位點的原始預估地點，然后再對其進行一定的修正，利用客戶位置濾波以及子空間輔助模塊進行完善，定位進一步精準。
2.2 位置匹配算法描述
（1）取樣。首先對區域進行設置，把兩點相隔一米作為一個參考點，其次，每個區域上的采樣點進行采樣，從而獲得相應的接收信號強度值，在讀取的過程中需要進行數次，以防止數據的偏差，最后，對獲取的數值進行優化，從而獲得相關的數據庫。
（2）測試。在需要進行定位的空間里所設采樣點上再次取得無線接入點的RSSI值，然后精確計算定位。
（3）定位。安卓用戶客戶端在取得無線接入點的RSSI值后進行一定的處理，然后與服務器取得信號傳輸，把損耗值報送給服務器，服務器就能通過相關的計算方法計算出損耗情況，得出最有用的幾個位置參考點，然后通過數學算法算出初始的位置。
（4）運用子空間可以幫助定位修正的輔助模塊進行一定的修正，把修正后的定位位置輸送給客戶端。
3 系統設計
3.1 系統總體設計
從圖1中可以看出，把PDA或者手機運用在移動終端上，同時把微軟操作系統運用在電腦終端上，通過服務器就可以與電腦進行交互。在系統進行定位時，需要通過服務器與客戶端這個兩個來實現。使用者需要進行定位，則可以通過wife向客戶端申請，然后開啟相關程序獲取接收信號強度值，從而把該數據傳遞到服務器上，其通過內部的算法來實現定位，從而把計算得出的信息傳遞到用戶使用的終端上。
3.2 客戶端設計
Android計算機系統的作用有AP的損失耗費數據和接收的信號強弱確定、地點坐標體現和服務器端的相互交流。通過移用無線管理器和無線信息來測量訪問接入點的損失耗費數據，無線管理器里的掃描結果內容里包含了掃視AP的一些數據：APBSSID、SSID、level等，而上述運用的強弱數據就是信號強弱確定位置，無線信息里運用的獲得MAC地址來得到Access Point的介質訪問控制的位置。顯示地址坐標的構件是把客戶端得到的現有地點清晰明了地出現在MAP上，MAP是之前制圖好且載入到無線設備的準備確定位置的某土地的圖，MAP上面會有本平面，且有圖上距離比實際距離的比，而能夠動態凸顯地點是由設備通過確定位置的計算方法獲取某一點的數據。
客戶端的整個過程：先打開系統的開始頁面，恢復默認狀態。一些變量，探聽客戶有無確定位置的需求，如果有那么打開無線網絡，移用掃描。內嵌的鏈接開始掃視，利用音噪和濾除波段頻結束后把得到接收的信號強弱確定位置的數據。接下來通過產生Socket且傳遞損失耗費的內容，最后用戶可以通過計算機系統獲取的內容傳送，從而在MapView上可以看到。
3.3 服務器端設計
提供某些服務的計算機系統保存了地點的手指紋線電子倉庫，同時達到如何計算確定某位置的作用。該整體進行保管地點通過采用mysql。包括的各類數值表：關于Access Point、關于取樣、關于確定位置、關于濾除波段頻率取樣。確定位置的表主要是在某固定點測試得到的Access Point的MAC位置、確定位置的時間、通過接收的信號強弱確定位置。
4 結束語
通過試驗：就整個準確度而言，5m之內可高于95%，3m之內可高于90%，每次確定位置的時間少于5s。
參考文獻
[1]朱明輝，張會清.基于RSSI的室內無線網絡定位技術研究[J].現代電子技術，2010（17）.
[2]張明華，張申生，曹健.無線局域網中基于信號強度的室內定位[J].計算機科學，2007（06）.
[3]胡天琨，葉建芳.基于手持設備的室內定位系統設計與實現[J].微型機與應用，2012（13）.
[4]趙晶亮，姚金杰，蘇新彥，韓焱，陳娟. 基于射頻識別的室內定位系統設計[J].計算機測量與控制，2011（11）.
作者簡介
徐軍亮（1982-），男，江西省宜春市人。大學本科學歷，學士學位。主要研究方向為LBS移動定位。
作者單位
江西電信信息產業有限公司 江西省南昌市 330046endprint
摘 要
科技的飛速發展改變著人們的生活，由谷歌公司開發的Android操作系統投入市場使用以來，帶來了更大的生活便利。利用這一平臺可以輕松的做到在封閉的搜索無線信號，并通過設備發出頻率的強弱來搜索位置，在經由配套的配備來完成信息的分析，到達最終確定無線信號具體位置的目的。當使用者有需要確定無線信號具體位置的需求時，只要進行相應的操作，軟件就會開始工作，使用者便會得到相關結果。
【關鍵詞】Android平臺 室內定位系統 定位精度
1 室內信號傳播模型
基于存在高大建筑的原因，信號遇到其會發生衍射、反射以及干涉等，在這種情況下運用傳統的模型不能對損耗進行正確的描述，因而運用主導損耗模型，其公式為：
pr（L）=pr（d0）-10nlg（L/d0）
從中看出：用L來表示傳播路程；用pr（L）來表示發射與接收兩地相距L，其信號的接收強度；用d0來表示參照距離；基于信號存在環境，用n來表示其在路徑上所損耗系數。
在采用傳統的模型進行相關傳播損耗計算時，它采用L主要是指兩地之間的距離，與信號傳播所經過的路程沒有關系。信號在室內進行傳播時，采用直線距離不能真實的表述信號的傳播情況，主要原因在于室內存在很多障礙物，比如門墻、電梯等，它們使得信號在傳播的過程中不能沿著直線進行傳播，需要繞過它們。基于室內環境存在的很大的差異，例如信號在經過土墻時，其信號能量損耗比較大。因此，在信號傳播所處的環境條件不同時，要求建立相對應的模型來進行計算，本文主要在以路徑為研究對象，建立傳播模型，并根據模型中信號所存室內環境的差異，來對空間進行相關的劃分，從而分析出信號傳播過程中所要經歷的主導路線，在不同的傳播空間采用不同的模型，使得信號能在不同空間里得到精確的計算。
2 室內位置匹配算法
2.1 算法思想
室內定位可以通過相關算法，例如K近鄰法得出。定位要先采取樣本，采樣是根據主導路徑的信號傳播損耗模型和子空間的區分，對待定位的空間的多個離散點取一組四周無線接入點的RSSI值，然后對這些樣本進行各種處理，濾波降噪、特征提取，處理完后所得的指紋數據庫就放入服務器客戶端。客戶端需要進行定位時，就可以采集該空間的一組無線接入點的RSSI值，然后利用相關的計算分類方法找到需要進行定位的點歐式距離最小的幾個參考點，然后計算一下這些參考點的幾何中心位置，這個位置即虛定位點的原始預估地點，然后再對其進行一定的修正，利用客戶位置濾波以及子空間輔助模塊進行完善，定位進一步精準。
2.2 位置匹配算法描述
（1）取樣。首先對區域進行設置，把兩點相隔一米作為一個參考點，其次，每個區域上的采樣點進行采樣，從而獲得相應的接收信號強度值，在讀取的過程中需要進行數次，以防止數據的偏差，最后，對獲取的數值進行優化，從而獲得相關的數據庫。
（2）測試。在需要進行定位的空間里所設采樣點上再次取得無線接入點的RSSI值，然后精確計算定位。
（3）定位。安卓用戶客戶端在取得無線接入點的RSSI值后進行一定的處理，然后與服務器取得信號傳輸，把損耗值報送給服務器，服務器就能通過相關的計算方法計算出損耗情況，得出最有用的幾個位置參考點，然后通過數學算法算出初始的位置。
（4）運用子空間可以幫助定位修正的輔助模塊進行一定的修正，把修正后的定位位置輸送給客戶端。
3 系統設計
3.1 系統總體設計
從圖1中可以看出，把PDA或者手機運用在移動終端上，同時把微軟操作系統運用在電腦終端上，通過服務器就可以與電腦進行交互。在系統進行定位時，需要通過服務器與客戶端這個兩個來實現。使用者需要進行定位，則可以通過wife向客戶端申請，然后開啟相關程序獲取接收信號強度值，從而把該數據傳遞到服務器上，其通過內部的算法來實現定位，從而把計算得出的信息傳遞到用戶使用的終端上。
3.2 客戶端設計
Android計算機系統的作用有AP的損失耗費數據和接收的信號強弱確定、地點坐標體現和服務器端的相互交流。通過移用無線管理器和無線信息來測量訪問接入點的損失耗費數據，無線管理器里的掃描結果內容里包含了掃視AP的一些數據：APBSSID、SSID、level等，而上述運用的強弱數據就是信號強弱確定位置，無線信息里運用的獲得MAC地址來得到Access Point的介質訪問控制的位置。顯示地址坐標的構件是把客戶端得到的現有地點清晰明了地出現在MAP上，MAP是之前制圖好且載入到無線設備的準備確定位置的某土地的圖，MAP上面會有本平面，且有圖上距離比實際距離的比，而能夠動態凸顯地點是由設備通過確定位置的計算方法獲取某一點的數據。
客戶端的整個過程：先打開系統的開始頁面，恢復默認狀態。一些變量，探聽客戶有無確定位置的需求，如果有那么打開無線網絡，移用掃描。內嵌的鏈接開始掃視，利用音噪和濾除波段頻結束后把得到接收的信號強弱確定位置的數據。接下來通過產生Socket且傳遞損失耗費的內容，最后用戶可以通過計算機系統獲取的內容傳送，從而在MapView上可以看到。
3.3 服務器端設計
提供某些服務的計算機系統保存了地點的手指紋線電子倉庫，同時達到如何計算確定某位置的作用。該整體進行保管地點通過采用mysql。包括的各類數值表：關于Access Point、關于取樣、關于確定位置、關于濾除波段頻率取樣。確定位置的表主要是在某固定點測試得到的Access Point的MAC位置、確定位置的時間、通過接收的信號強弱確定位置。
4 結束語
通過試驗：就整個準確度而言，5m之內可高于95%，3m之內可高于90%，每次確定位置的時間少于5s。
參考文獻
[1]朱明輝，張會清.基于RSSI的室內無線網絡定位技術研究[J].現代電子技術，2010（17）.
[2]張明華，張申生，曹健.無線局域網中基于信號強度的室內定位[J].計算機科學，2007（06）.
[3]胡天琨，葉建芳.基于手持設備的室內定位系統設計與實現[J].微型機與應用，2012（13）.
[4]趙晶亮，姚金杰，蘇新彥，韓焱，陳娟. 基于射頻識別的室內定位系統設計[J].計算機測量與控制，2011（11）.
作者簡介
徐軍亮（1982-），男，江西省宜春市人。大學本科學歷，學士學位。主要研究方向為LBS移動定位。
作者單位
江西電信信息產業有限公司 江西省南昌市 330046endprint
