GPS+WIFI室內外混合定位服務系統研究

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作為室內定位方式，研究了基于GPS數量的終端自適應定位模式選擇及自動切換策略。開發了基于高德地圖的服務器程序和Android終端位置定位信息推送軟件，實現了實時位置服務信息自動推送。經校園環境下測試，該系統能按照部署測試點進行相關信息的推送服務。實驗測試表明，GPS和WIFI定位精度分別可達40m和30m。

關鍵詞： 自動切換策略； 高德地圖； 定位； 信息推送

中圖分類號：P228.4 文獻標志碼：A 文章編號：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

定位服務攸關國家安全、經濟發展和社會民生，在新一代信息技術這一戰略性新興產業中，處于舉足輕重和不可或缺的地位，在物聯網、智慧地球、節能減排、救災減災等領域發揮著重要的基礎性支撐作用。目前，世界各大衛星GPS系統對高山、海洋、城市等室外環境都能進行精確的定位。但對室內環境進行定位時，由于墻體等遮擋物的影響，精確度極大降低，有時甚至接收不到信號，無法定位。WIFI定位已得到廣泛應用，但其覆蓋能力有限。如何將室外定位與室內定位協同是定位服務應用發展的一個關鍵，也是未來的發展趨勢[1]。

本文主要研究實現室外GPS、室內WIFI的混合室內外協同定位，通過終端自適應選擇定位模式，輔助定位方式無縫自動切換，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現了實時位置服務信息自動推送。

1 定位原理及混合定位實現策略

1.1 系統定位原理

當應用程序向服務器發起定位請求時，服務器根據當前的GPS/WIFI信息生成相對應的定位依據。服務器根據請求的定位依據評估出對應的坐標位置，然后根據用戶的定制信息，生成定位結果返回給終端程序，定位服務系統工作原理如圖1所示[2-4]。

1.2 室內WIFI定位

本文采用無線信號衰減模型，如式⑴和⑵所示，引入人工智能的聚合方式來獲取移動設備在WIFI環境下的實時位置。

其中，Tx：手機端當前發射功率；d：發射器與接收器的距離；f：頻率值（MHZ）。

利用該模型，生成每個基站的信號分布圖。某網絡基站的信號分布如圖2所示。然后，根據讀取到的基站列表和其信號強度向量相似度來評估位置，利用數據庫中樣例搜索和匹配算法計算得到經緯度，實現實時精確定位。

1.3 GPS與WIFI組合策略

針對GPS和WIFI單獨定位的特點，在實現單獨定位的基礎上，本文提出了二者自適應選擇策略。

將定位環境分為單獨GPS、GPS（衛星數<=4）及WIFI、GPS（衛星數>4）及WIFI、單獨WIFI四種環境[5]，并配以相應的定位方案，如表1所示。

隨著定位環境的變化（如用戶的移動），需要重新選擇定位方案，因此需要建立定位方式的自適應選擇策略。通過自適應選擇策略，實現了定位模式的選擇切換[6]。

2 實驗測試及結果分析

以智能手機為定位終端，利用GPS和WIFI進行室內外定位測試。

2.1 測試環境

選擇支持GPS和WIFI的Android4.0版本操作系統的三星GT-I9300智能手機。服務器操作系統為Windows Server，地圖采用高德地圖。實驗場地為杭州師范大學錢江學院下沙校區。

2.2 實驗結果及分析

所開發的位置定位服務系統以高德地圖為基礎可進行位置顯示和放大縮小操作。在杭州師范大學下沙校區第二實驗樓二樓和圖書館分別進行WIFI和GPS位置定位測試，手機顯示在預先部署的位置，能收到推送的簡單信息“歡迎來到第二實驗樓二樓”和“歡迎來到圖書館”，分別如圖3和圖4所示。

在圖書館門口用GPS進行測試，打開手機的4G網絡，信號強度較強，所以定位也較為準確，一到圖書館門口就推送出來消息“歡迎來到圖書館“。

在第二實驗樓二樓WIFI定位，連接”HZUN_Teacher”，信號強度較強，所以定位也較為準確，一到第二實驗樓二樓就推送出來消息“第二實驗樓二樓“。測試時第二實驗樓基站的信號強度分布如圖5所示。實測WIFI強度值RSSI為-62dbm，設定RSSI為-70dbm。

經過實驗測試，本文定位方式及定位精度數據如表2所示。

3 結論

本文以GPS作為室外定位方式，以WIFI作為室內定位方式。利用無線信號衰減模型實現了WIFI定位，利用GPS衛星數和WIFI信號強度及變化趨勢，實現了GPS和WIFI定位的自動切換。開發了基于高德地圖的定位及信息推送服務程序，通過智能手機（GPS、WIFI）的校園內測試。實驗測試表明，GPS和WIFI定位精度分別可達40m和30m。基于室外GPS定位，室內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。

參考文獻（References）：

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[4] 董梅，楊曾，張健，王能.基于信號強度的無線局域網定位技術[J].

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[5] 馬燕，袁蔚林，陳秀萬等.基于WIFI與GPS組合定位算法的無

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