GPS+WIFI室內(nèi)外混合定位服務系統(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)量的終端自適應定位模式選擇及自動切換策略。開發(fā)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(xiàn)了實時位置服務信息自動推送。經(jīng)校園環(huán)境下測試，該系統(tǒng)能按照部署測試點進行相關(guān)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(guān)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(guān)國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和社會民生，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、救災減災等領(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)對高山、海洋、城市等室外環(huán)境都能進行精確的定位。但對室內(nèi)環(huán)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(nèi)定位協(xié)同是定位服務應用發(fā)展的一個關(guān)鍵，也是未來的發(fā)展趨勢[1]。

本文主要研究實現(xiàn)室外GPS、室內(nèi)WIFI的混合室內(nèi)外協(xié)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(xiàn)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(xiàn)策略

1.1 系統(tǒng)定位原理

當應用程序向服務器發(fā)起定位請求時，服務器根據(jù)當前的GPS/WIFI信息生成相對應的定位依據(jù)。服務器根據(jù)請求的定位依據(jù)評估出對應的坐標位置，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(huán)境下的實時位置。

其中，Tx：手機端當前發(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，生成每個基站的信號分布圖。某網(wǎng)絡基站的信號分布如圖2所示。然后，根據(jù)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(shù)據(jù)庫中樣例搜索和匹配算法計算得到經(jīng)緯度，實現(xiàn)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(xiàn)單獨定位的基礎(chǔ)上，本文提出了二者自適應選擇策略。

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

隨著定位環(huán)境的變化（如用戶的移動），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(xiàn)了定位模式的選擇切換[6]。

2 實驗測試及結(jié)果分析

以智能手機為定位終端，利用GPS和WIFI進行室內(nèi)外定位測試。

2.1 測試環(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。服務器操作系統(tǒng)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(qū)。

2.2 實驗結(jié)果及分析

所開發(fā)的位置定位服務系統(tǒng)以高德地圖為基礎(chǔ)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(qū)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(wǎng)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(jīng)過實驗測試，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。利用無線信號衰減模型實現(xiàn)了WIFI定位，利用GPS衛(wèi)星數(shù)和WIFI信號強度及變化趨勢，實現(xiàn)了GPS和WIFI定位的自動切換。開發(fā)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(nèi)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(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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