基于GPS/Wi-Fi/蜂窩的無縫定位技術

劉夢綺

摘要：隨著智能終端的快速普及，人們在生活和工作中越來越多地應用到位置服務，其核心要素是定位技術。而無論是基于Wi-Fi的室內定位技術還是GPS與蜂窩網絡結合的室外定位技術都有各自的優缺點，因此，當前需要一種自適應的切換方法，來實現定位技術之間的平滑切換。本文描述了一種應用集合GPS定位方式、Wi-Fi指紋定位方式及蜂窩技術相結合的無縫定位方式，并在文章最后做出了自己的理解和對未來的展望。

1背景

目前應用于室外定位的主流技術主要包括衛星定位和基站定位兩種。GPS定位由于在室外范圍廣、定位精度高和實時性強等特點，廣泛應用于室外開闊區域，但不利于嘈雜繁華地區。常用的室內定位技術主要有：基于紅外線定位技術、基于超聲波定位技術、基于超寬帶定位技術和射頻識別定位技術。而基于IEEE802.11通信協議的無線局域網Wi-Fi系統以其廣泛的優勢已經被普及到家家戶戶，更具有發展潛力。

隨著移動通信建設步伐的不斷加快、用戶的不斷增長，在大中城市的室內外區域已經基本可以做到蜂窩覆蓋。由此可以利用移動通信網絡信號覆蓋的方式，彌補GPS信號、Wi-Fi信號的覆蓋盲區。基于以上分析，結合各種資料，本文描述了一種應用集合GPS定位方式、Wi-Fi指紋定位方式及蜂窩技術的無縫定位方式，并做出自己的理解和對未來的展望。

2涉及到的關鍵技術

2.1 GPS系統定位

GPS由空間星座部分、地面監控部分與用戶設備部分三部分組成。其中，位置與導航信息是由用戶設備自己的接收機通過三點定位計算得出。如果考慮到衛星系統及GPS時鐘的誤差，還需增加第四顆衛星。

2.2 Wi-Fi位置指紋定位技術

Wi-Fi位置指紋定位可以分：針對室外的應用及針對室內的應用。位置指紋定位算法主要由離線訓練階段和在線定位階段構成。離線訓練階段的主要任務是：1在所需定位區域使用笛卡爾坐標系確定室內位置并選取合適的參考點;2采集該參考點的指紋信息，加上物理位置信息直接或者間接的映射關系創建數據庫;3利用移動終端所測量到的數據進行匹配，最后估算出移動用戶的位置。

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，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

無縫定位技術是指在人類活動的不同場景下融合多種定位方式，在不同場景下平滑連接和無縫過渡，最終實現無時間無地域限制的定位技術。其關鍵在于多種定位技術聯合模式下的自動切換、選擇、集成和平穩過渡。

如何設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未來的一大重要方向。

3 對無縫定位技術的理解

無縫定位技術關鍵在于多種定位技術聯合模式下的自動切換、選擇、集成以及平穩過渡，保證各種場景下定位精度和覆蓋范圍的平滑過渡和無縫連接。

應用于室外定位的主流技術主要包括衛星定位和基站定位兩種。GPS和基站定位技術基本滿足了用戶在室外場景中對位置服務的需求。常用的室內定位技術多種多樣，比如基于RFID的定位技術，超寬帶、藍牙、ZigBee等。Wi-Fi定位技術受到研究者的青睞。但Wi-Fi也存在著覆蓋盲區。目前基于Wi-Fi的各種項目仍舊處于研究過程。

室內外無縫定位技術的研究與發展對提高人們的生活品質有著十分重大的現實意義，并且能夠推動整個定位導航業務的發展，從而更好地造福于人類。

4 小結

有關定位技術已有若干年的發展歷史，對人類社會和生活造成了極大影響。除了文章所提到的定位方法，各國還有很多的相關成果正處于研究階段或者已經投入正式使用。但各種定位技術都有優缺點，適合于不同的應用領域。未來的定位技術發展趨勢應該是融合現有方法，平衡各種定位技術，模糊室內外界限，提供交互機制標準，使得人們在任何場合都可以進行實時精準定位。同時，人們對于定位技術的安全性應該給予更多的關注和考慮，實現合理安全高效的應用。

（作者單位：鄭州大學軟件與應用科技學院）