基于 WLAN 的室内定位技术
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《基于Wi-Fi和航位推算的室内定位方法研究》篇一一、引言随着科技的进步,定位技术在室外环境中的应用已经得到了广泛的发展。
然而,在室内环境中,由于空间布局的复杂性和信号遮挡问题,传统定位技术的精度受到了极大的限制。
因此,针对室内环境的定位方法研究变得尤为重要。
Wi-Fi和航位推算技术是两种广泛应用的室内定位技术,本文将主要研究基于Wi-Fi 和航位推算的室内定位方法。
二、Wi-Fi室内定位技术Wi-Fi室内定位技术是利用无线局域网(WLAN)信号进行定位的一种方法。
该方法通过测量无线信号的强度、到达时间(TOA)或到达角度(AOA)等信息,结合信号传播模型和指纹地图,实现室内定位。
Wi-Fi室内定位技术的优点在于覆盖范围广、设备成本低、可重复利用现有Wi-Fi设施等。
然而,由于室内环境的复杂性和多径效应的影响,Wi-Fi信号的稳定性较差,可能导致定位精度不高。
三、航位推算室内定位技术航位推算(Dead Reckoning, DR)是一种基于运动学原理的定位方法。
该方法通过测量移动设备的速度、方向等信息,结合初始位置信息,通过积分运算得到移动设备的实时位置。
航位推算室内定位技术的优点在于无需依赖外部设施,可以独立进行定位。
然而,由于累积误差的存在,长时间运行的设备位置可能会出现较大的偏差。
四、基于Wi-Fi和航位推算的室内定位方法研究为了充分利用Wi-Fi和航位推算各自的优势,提高室内定位的精度和稳定性,本文提出了一种基于Wi-Fi和航位推算的混合室内定位方法。
该方法首先利用Wi-Fi信号构建指纹地图,实现粗略的室内定位;然后结合航位推算技术,对位置信息进行细化和修正。
具体实现过程如下:1. 构建Wi-Fi指纹地图:在室内环境中采集不同位置的Wi-Fi 信号强度信息,建立指纹数据库。
通过将实时测量的Wi-Fi信号与指纹数据库进行匹配,可以初步确定移动设备的位置。
2. 航位推算:结合移动设备的速度、方向等信息,以及上一时刻的位置信息,通过积分运算得到当前时刻的位置信息。
基于WLAN的室内定位算法优化与应用研究随着移动互联网的快速发展,室内定位技术作为其中的重要一环,逐渐引起人们的关注。
基于WLAN的室内定位算法作为目前最常见的一种方法,其精度和可靠性对于用户体验的改善起到了重要作用。
本文将以基于WLAN的室内定位算法优化与应用研究为任务名称,对室内定位算法的优化方法和实际应用进行探讨。
首先,我们来了解一下室内定位的原理。
基于WLAN的室内定位主要依赖于Wi-Fi信号的接收和处理。
通过收集Wi-Fi信号强度和信号传播模型,可以实现对用户位置的定位。
然而,在实际应用中,由于室内环境的复杂性和干扰因素的存在,室内定位算法的精度常常无法满足用户的需求。
针对室内定位算法的优化问题,目前主要有以下几种方法:指纹定位法、距离测量法和机器学习方法。
指纹定位法是将室内环境划分为网格或区域,并在每个格子或区域中收集Wi-Fi信号的指纹数据。
当用户在室内移动时,通过与预先采集的指纹库进行匹配,就可以得出用户的位置。
该方法的优点是精度较高,但需要大量的人力和时间去采集指纹数据,且无法应对室内环境变化较大的情况。
距离测量法是通过测量用户与Wi-Fi基站之间的距离来实现定位。
常用的距离测量方法包括信号强度衰减模型、基于时间的到达差异等。
该方法的优点是简单易实现,但存在受干扰影响大和定位误差较大的问题。
机器学习方法是近年来较为热门的一种室内定位算法优化方法。
通过使用机器学习算法,可以更好地提取Wi-Fi信号的特征和模式,减小干扰对定位精度的影响。
常用的机器学习方法包括k近邻算法、支持向量机和神经网络等。
机器学习方法的优点是可以自动学习和适应室内环境的变化,但需要大量的训练数据和计算资源。
除了算法优化,室内定位的应用也备受研究关注。
室内定位的应用范围广泛,包括室内导航、人员监控和智能家居等。
在室内导航中,用户可以通过室内定位系统快速找到特定的目的地,例如商场导购和展馆导览。
在人员监控中,室内定位可以实现对特定区域内人员的实时监控和定位。
基于WiFi技术的室内定位技术研究随着智能手机和物联网技术的飞速发展,人们对定位技术的需求越来越高。
基于GPS的定位技术可以准确地定位人的位置,但是室内环境下,GPS信号受限制,无法准确定位用户位置。
为了解决这个问题,WiFi室内定位技术应运而生。
一、WiFi室内定位技术的原理WiFi室内定位技术的原理是利用WiFi信号在空间中的传播和反射规律来确定位置。
在室内环境中,WiFi信号在传播过程中会受到各种障碍物的影响,如墙壁、家具等。
这些障碍物会导致信号的强度和传播路径发生变化,从而对定位结果产生影响。
为了获得更准确的定位结果,WiFi室内定位技术通常采用多个WiFi接入点来进行定位。
这些WiFi接入点会向用户设备发送信号,用户设备接收到这些信号后通过算法进行信号强度的计算,从而得出用户的位置信息。
二、WiFi室内定位技术的应用WiFi室内定位技术的应用范围非常广泛,尤其是在商业领域。
以下列举几个典型的应用场景:1、商场导航商场是一个庞大的空间,很容易迷路。
利用WiFi室内定位技术,商场可以给顾客提供精准的导航服务。
顾客只需要打开手机APP,就可以根据自己所处的位置和目的地的位置快速找到路线。
2、室内广告投放WiFi室内定位技术可以将用户的位置信息和个人喜好进行匹配,从而进行个性化的广告投放。
这不仅可以增加广告的点击率,还可以提高用户的购买率。
3、室内安全监控利用WiFi室内定位技术,可以对室内环境进行实时监控。
一旦发现异常情况,比如有人闯入禁区或者有人滞留在某个区域,系统会立刻发出警报并通知相关人员。
三、如何提高WiFi室内定位的准确性尽管WiFi室内定位技术已经相当成熟,但是在实际应用中还存在一些问题,比如定位精度不够高、定位时延过长等。
以下列举几个提高定位准确性的方法:1、增加WiFi接入点增加WiFi接入点可以提高定位的准确性。
因为完整的信号覆盖范围可以减小信号传播过程中被干扰的概率。
2、优化算法优化定位算法可以提高定位的准确性和定位时延。
物联网中基于WiFi信号的室内定位算法研究随着智能设备的普及和使用场景的增多,室内定位技术越来越受到关注。
室内定位需求不仅是商业化应用,也是大型公共设施的必备技术。
目前,大多数室内定位方案都是基于WiFi信号进行的。
在开发、测试和运行物联网场景时,室内定位技术的应用已成为越来越重要的因素。
许多智能家居和智能办公室等场景下,室内定位技术已经成为了实现设备自动化操作的基础。
在物联网领域,基于WiFi信号的室内定位算法主要应用于移动设备或微型定位节点定位。
其基本原理是通过手机的WiFi信号与附近WLAN AP之间的信号质量关联,确定设备的位置。
目前,基于WiFi信号的室内定位算法主要有以下几种:1. 基于指纹定位的算法指纹定位的基本思路是将不同位置处采集到的WiFi信号进行扫描,生成无线指纹地图。
当需要定位时,采用接收信号强度指纹匹配的方式,通过计算信号强度等参数,匹配离线存储的指纹地图来确定当前设备的位置。
该算法通常需要事先在需要测量的室内环境里进行大量数据采集,并将其存入数据库中。
而在设备需要进行室内定位时,会向数据库发出请求,将附近的WiFi AP形成的指纹信息与数据库中的指纹地图进行匹配,从而得到设备当前的位置信息。
该算法常用于场景变化稳定的室内场景中,但需要定期维护数据库、对指纹地图进行更新。
2. 基于信标定位的算法信标定位是一种比较简单、实用的基于WiFi信号的室内定位算法,主要应用于小范围、高精度的室内定位场景。
该算法通过在室内随机放置若干个固定的、已知位置的Beacon或者AP,移动设备通过扫描信标的WiFi信号进行位置信息的计算。
在这种算法中,需要设定好Beacon或AP经纬度信息,并将其分布在室内。
当移动设备处于WiFi信号范围内时,可以通过WiFi信号的强度等信息识别出beacon/AP的编号,并根据信标的位置信息计算出当前设备的位置。
该算法主要用于较小范围室内场景定位中,准确度较高,但需要事先架设好固定信标/AP才能实现。
室内定位的方法1. 引言室内定位是指在室内环境中确定和跟踪移动物体或人员位置的技术。
室内定位的发展对于提供更好的用户体验和实现智能化的室内导航、安全监控等应用具有重要意义。
本文将介绍几种常见的室内定位方法,包括无线信号定位、惯性导航、视觉定位以及混合定位方法。
2. 无线信号定位2.1 Wi-Fi 定位Wi-Fi 定位是一种基于 Wi-Fi 信号强度的室内定位方法。
通过收集周围 Wi-Fi 热点的信号信息,可以确定移动设备相对于这些热点的位置。
该方法常用于商场导航、室内广告投放等场景。
Wi-Fi 定位原理是通过测量移动设备与周围多个 Wi-Fi 热点之间的信号强度,利用指纹库匹配或机器学习算法进行位置估计。
其中,指纹库匹配需要事先建立一个地图数据库,记录每个位置与各个热点之间的信号强度信息;而机器学习算法则可以通过训练数据集来建立模型进行位置预测。
2.2 蓝牙定位蓝牙定位是一种基于蓝牙信号的室内定位方法。
类似于 Wi-Fi 定位,蓝牙定位也是通过测量移动设备与周围蓝牙信标之间的信号强度来进行位置估计。
蓝牙定位在商场、展览馆等场所得到广泛应用。
蓝牙定位的原理与 Wi-Fi 定位类似,需要事先建立一个指纹库或训练数据集,并通过匹配或机器学习算法来进行位置预测。
相比于 Wi-Fi 定位,蓝牙定位具有更小的覆盖范围和更高的精度。
3. 惯性导航惯性导航是一种基于惯性传感器(如加速度计、陀螺仪)的室内定位方法。
通过测量移动设备的加速度和角速度等信息,可以推断出设备相对于初始位置的运动轨迹,从而实现室内定位。
惯性导航的关键在于解决误差累积问题。
由于传感器本身存在噪声和漂移等问题,长时间使用会导致位置估计误差不断累积。
因此,常常需要与其他定位方法(如无线信号定位)结合使用,以校正误差并提高定位精度。
4. 视觉定位视觉定位是一种基于摄像头图像的室内定位方法。
通过识别和匹配场景中的特征点或标志物,可以确定移动设备相对于这些特征点的位置。
室内定位解决方案室内定位是指在室内环境中,通过利用各种技术手段来确定一个人或物体的位置信息。
与室外定位相比,室内定位面临的挑战更多,包括信号衰减、多径效应、多路径干扰等问题。
因此,为了解决室内定位问题,需要采用一系列的解决方案。
一、基于无线信号的室内定位1.Wi-Fi定位:利用Wi-Fi信号来进行室内定位是目前较为成熟的方案之一、通过使用已有的Wi-Fi基础设施,可以通过收集Wi-Fi信号的强度、延迟等信息来进行定位。
这种方法相对简单,但需要提前进行地图数据库的建立和信号指纹的收集。
2.蓝牙定位:近年来,蓝牙技术的发展使得室内定位变得更加容易。
通过在室内布置一些蓝牙信标,可以收集到信标发出的蓝牙信号的强度等信息,从而实现室内定位。
蓝牙定位具有低功耗的特点,可以广泛应用于室内导航、仓储物流等领域。
二、基于传感器的室内定位1.加速度计:加速度计是一种用于测量物体加速度的传感器。
通过分析加速度数据可以推测出人员或物品的位置变化。
加速度计在室内定位中常用于步态识别和行为识别等方向。
2.陀螺仪:陀螺仪是一种用于测量物体角速度的传感器。
通过测量物体的转动速度,可以推测出其位置变化。
陀螺仪常用于室内运动追踪、虚拟现实等应用场景。
3.磁力计:磁力计是一种用于测量磁场强度的传感器。
通过测量磁场可以推测出物体的方向和位置。
磁力计在室内导航、定位和姿态识别等方面有着广泛的应用。
三、基于图像处理的室内定位1.摄像头:摄像头是一种常见的图像采集设备,可以通过图像处理技术来实现室内定位。
通过分析摄像头拍摄到的图像,可以提取出人员或物品的特征信息,从而实现定位。
摄像头在室内安防监控、人流统计等方面有着重要的应用。
2. 深度相机:深度相机是一种能够获取物体深度信息的设备,如微软的Kinect、谷歌的Project Tango等。
通过深度相机可以实时获取室内场景的三维信息,从而实现定位和建图。
深度相机在室内导航、虚拟现实等领域有着广泛的应用。
基于WiFi技术室内定位系统设计随着移动互联网的发展,人们对室内定位技术的需求也越来越大。
目前,室内定位技术已经广泛应用于商场、地铁、机场等公共场所,以及医院、办公楼等室内环境中。
WiFi技术是室内定位技术中一个较为成熟和实用的技术,能够实现高精度的室内定位。
本文将介绍一种基于WiFi技术的室内定位系统的设计。
1. 系统概述本系统利用WiFi技术实现室内人员定位功能,首先需要在室内设置WiFi信号源,并通过WiFi模块对信号进行扫描和定位,最后将所得结果反馈给用户。
系统主要包括硬件设备和软件系统两部分。
硬件设备主要包括WiFi设备、信号处理器和用户终端设备等。
软件系统主要由信号采集、处理和反馈三个模块组成。
2. 硬件设备(1)WiFi设备WiFi是无线局域网的一种技术,能够实现高速率的数据传输和通信。
在室内定位系统中,WiFi设备主要作为信号源,发射无线信号以供系统识别和定位。
因此,在系统设计中需要对WiFi的设备进行定位布置,以实现对室内信号的全面和充分覆盖。
(2)信号处理器信号处理器主要负责对WiFi信号进行分析和处理,以确定用户的位置和方位信息。
通常,信号处理器可以采用FPGA、DSP、SOC等芯片设计,可以实现快速、精确和稳定的信号处理。
(3)用户终端设备用户终端设备主要用于显示和传输定位结果。
通常,用户终端可以选择智能手机、平板电脑、电脑等设备,通过WiFi模块接收系统反馈的定位结果。
3. 软件系统(1)信号采集信号采集模块主要负责对WiFi信号进行采集和处理,通常采用RFID技术实现。
在采集过程中需要设置采样点,以利于数据的分析和处理。
信号采集模块也可以加入策略算法,对WiFi信号进行定量分析和评价,以实现更加准确的定位。
(3)反馈反馈模块主要用于显示和传输定位结果。
当用户终端设备接收到信号处理模块反馈的结果后,可以显示出用户当前的位置、方向等信息。
反馈模块还可以将定位结果上传到服务器,以便进行更加精细和全面的分析和管理。
基于WiFi的室内定位系统的设计与实现的开题报告一、选题背景随着室内智能设备的快速普及,对于室内定位也提出了越来越高的需求。
对于商场、医院、机场等大型室内场所来说,提供准确的室内定位服务可以帮助用户更快地找到所需的地点,提升用户体验。
同时,对于一些需要对室内人员进行实时监测的应用场景,如安防、医疗等领域,高效的室内定位系统也具有重要的作用。
基于WiFi技术的室内定位系统由于不需要额外的硬件设备支持,具有成本低、部署方便等优点,因此受到广泛关注。
在WiFi室内定位系统中,利用WiFi基站发射的信号,通过设备所接收到信号的强度和差异性等参数,以及室内地图等信息,计算出设备的位置。
但是,由于WiFi信号的波动性和穿透性,会导致室内定位误差较大,甚至无法使用。
因此,设计一种高精度、高可靠的基于WiFi的室内定位系统具有重要的现实意义和研究价值。
二、研究目标本项目旨在设计一种基于WiFi技术的室内定位系统,具有以下特点:1.高精度:通过采用多种算法和技术手段,减小WiFi信号波动和穿透对定位造成的干扰,提高定位精度。
2.高可靠性:对于WiFi信号覆盖盲区等特殊情况,系统应具有一定的容错能力,能够自动切换至备用定位方案。
3.可扩展性:系统应支持多种设备类型,且具备较强的扩展性和适应性,方便实时升级和维护。
4.低成本:基于现有的WiFi网络设施,尽可能减少系统的部署和维护成本。
三、研究内容1.调研与需求分析:对现有的基于WiFi的室内定位系统进行研究和调研,了解其优缺点和应用现状,针对实际需求分析系统设计和功能需求。
2.系统设计:根据需求分析,设计系统架构、数据流程,结合室内地图和WiFi信号数据库,确定定位算法和技术方案。
3.系统实现:依照系统设计,开发WiFi信号采集、处理、定位等模块,并完成系统界面的设计和实现,实现基于WiFi的室内定位服务。
4.系统测试与评估:利用实际场所数据对系统进行测试和评估,针对定位误差、容错能力等方面进行综合评估和性能分析。
室内定位技术的原理和使用注意事项引言随着移动互联网和智能设备的普及,人们对于室内定位技术的需求不断增加。
室内定位技术能够在室内环境中精确定位人物或物体的位置,为室内导航、智能家居、商场广告定向投放等方面提供了巨大的潜力。
本文将介绍室内定位技术的原理以及使用注意事项。
一、室内定位技术的原理1. Wi-Fi 定位技术Wi-Fi 定位技术是利用 Wi-Fi 信号的强度和多个 Wi-Fi 信号源之间的距离关系来进行定位的。
Wi-Fi 定位技术将设备与附近的 Wi-Fi 热点建立连接,并通过计算设备与多个 Wi-Fi 热点之间的信号强度来推算设备的位置。
该技术的原理基于信号衰减反比例定律,信号的强度与距离成反比。
然而,Wi-Fi 定位技术的精确度受到物理障碍物的影响,例如墙壁、楼层等,容易导致误差。
2. 蓝牙定位技术蓝牙定位技术是利用蓝牙信号的强度以及多个蓝牙设备之间的距离关系来进行定位的。
蓝牙定位技术通常使用三角测量原理来确定设备的位置。
通过设备与多个蓝牙信号源之间的距离关系,计算设备的位置坐标。
与 Wi-Fi 定位技术相比,蓝牙定位技术具有更高的精确度和更低的功耗,但覆盖范围相对较小。
3. 超声波定位技术超声波定位技术是利用超声波传感器发送和接收超声波信号来确定设备的位置。
超声波在室内环境中具有较强的穿透力,可以穿过大多数物体,并且传输速度较快。
通过计算超声波信号的传输时间和反射回来的时间差,可以得出设备与超声波发射源之间的距离,从而进行定位。
二、室内定位技术的使用注意事项1. 隐私保护在使用室内定位技术时,隐私保护是一个重要的问题。
因为室内定位技术需要获取用户的位置信息,如果这些信息落入不法分子手中,可能会产生严重的隐私泄露问题。
因此,在使用室内定位技术时,需要选择信誉好、有良好隐私保护措施的厂商或应用,确保用户的个人信息不会被滥用。
2. 数据安全室内定位技术所产生的数据也需要得到妥善的保护。
室内定位技术在计算位置的过程中会导致大量的数据生成,例如用户的位置轨迹、设备信息等。
基于WIFI的室内定位技术研究随着科技的不断发展,室内定位技术已经成为了一个备受的研究领域。
在室内环境下,人们经常需要知道自己的位置信息,例如在大型商场、机场、地下停车场等场所。
因此,基于WIFI的室内定位技术得到了广泛应用。
本文将对基于WIFI的室内定位技术进行深入探讨,包括其原理、优点、应用场景、研究现状以及未来发展方向。
WIFI定位技术是一种基于无线局域网技术的定位方法。
其原理是利用装有WIFI模块的设备,通过接收无线信号的方式,测定设备与信号发射点之间的距离,从而确定设备所在的位置。
与传统的定位技术相比,WIFI定位技术具有精度高、成本低、易于部署等优点。
基于WIFI的室内定位技术通常采用以下步骤:建立WIFI热点:在需要定位的区域内,部署一定数量的WIFI热点,形成无线局域网。
测量距离:利用装有WIFI模块的设备,接收来自各个热点的信号,通过信号的强度或者时间差来计算设备与各个热点之间的距离。
确定位置:采用一定的算法对设备的位置进行计算和估计。
例如,三角形定位法、多边形定位法等。
基于WIFI的室内定位技术已经得到了广泛应用。
例如,在商场中,商家可以通过该技术了解顾客在商场内的行为习惯,以便更好地布局商品和提供服务。
在机场中,该技术可以帮助乘客快速找到登机口、卫生间等场所。
在地下停车场中,该技术可以帮助车主快速找到停车位。
提高定位精度:由于受到多种因素的影响,例如信号强度、多径效应等,目前基于WIFI的室内定位技术的精度还有待提高。
因此,需要研究更加精确的定位算法和技术,以提高定位精度。
结合其他技术:为了提高定位精度和稳定性,可以考虑将基于WIFI 的室内定位技术与其它技术相结合。
例如,可以结合蓝牙、超声波等技术,形成多模态室内定位系统。
建立动态数据库:通过建立动态数据库,对环境中的因素进行实时更新和修正,可以提高定位精度和稳定性。
实现智能化应用:基于WIFI的室内定位技术可以与人工智能、大数据等技术相结合,实现智能化应用。
基于WLAN 的室内定位技术基于WLAN 的室内定位技术的产生和不断发展满足了人们对高带宽、高质量、低成本的无线网络通信的需求,它具有以下优点:(1)减少组网成本。
在网络建设中,组网是一项较大的支出,成本费用较高。
而无线局域网的安装就相对来说较为简单,无需复杂的布线或开挖沟槽。
现如今,建筑内的WLAN 网络已经基本铺设完毕,使得基于WLAN 的室内定位技术更为方便。
(2)传输速率高。
WLAN的数据传输速率已达到11Mbit/s,若再将正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;OFDM)应用与WLAN 结合,速率可达到54Mbit/s,为基于WLAN 的定位技术奠定了很好的基础。
(3)可移动性。
近年来,随着智能终端的逐渐普及,为WLAN 的定位技术提供了可移性的支持,使得基于WLAN 的室内定位技术更加方便灵活。
(4)资源共享。
WLAN 的数据传输速率已经达到较为乐观的速率,而且多个用户可以共享同一接入点,因此,WLAN 网络在为用户提供上网服务的同时,也可以为用户提供室内定位的相关服务。
因此,无论从市场定位方面还是技术层面,基于WLAN 的室内定位技术都具有较大的潜力和发展空间。
通过无线局域网技术,人们可享有各种与位置相关的服务,如室内车辆导航,安全管理、紧急救援等便利服务。
国内Wifi 网络建设起步较晚,但近几年发展迅速,应用前景也非常广阔,上海、北京等各大城市也相继计划建立起覆盖全市的高速无线网络。
目前,国内外对基于WLAN 的定位技术研究有很多,基于到达时间(TOA)和基于到达角(AOA)等利用传统几何知识的方法对硬件要求较高,成本代价高,不适用于为人们日常生活提供定位服务。
而基于RSSI 的定位方法是当前的主流技术和应用方向。
一方面,可以利用信号强度值通过计算移动定位终端到无线AP 的距离,再利用三边测量法等几何知识的方法计算待定位终端的位置;另一方面,可利用目前覆盖广泛的WLAN 的基础设施网络,将室内场所及密集区域划分为小区域,通过采集小区域的信号强度集进行室内定位的方法,即基于位置指纹的WLAN室内定位。
基于位置指纹的WLAN 室内定位方法由于其在成本、定位精度及其系统复杂度等方面具有非常明显的优势,迅速成为目前基于WLAN 室内定位技术中的主流和国内外学者争相研究的对象。
但是,该技术仍然存在许多关键性问题有待突破。
如在恶劣的室内环境中,无线信号传播过程中存在反射、散射、衍射等现象,造成了多径衰落,众多室内墙壁的遮挡也使得信号强度的分布更为复杂。
另外,空气的流动、温度的变化、人员的走动都会对信号传播造成影响。
在同一空间的同一位置,信号强度也会随着时间的变化而不总是一固定值,不同移动终端在相同的位置上获取的信号强度值也不一定相同,信号强度具有一定的随机性,这使得利用信号强度来进行定位难度加大。
而且,虽然基于WLAN 的定位技术研究有很多,但是在成本和定位精度上还没有达到非常令人满意的效果,许多定位方案需要重新部署AP,部署成本高,对原有建筑内的Wifi 网络改变较大,对人的工作和生活带来了不便。
而若基于现有的网络拓扑结构的情况下,由于大型建筑物的面积较大,隔间及各种设施较为密集,这使得无线接入点的覆盖范围进一步缩小,无线网路信号非常不稳定,如何根据位置变化自动适应网络变化及尽量避免较大误差奇异点是非常值得探究的一个重要课题。
而且,随着移动终端的迅速普及,利用移动终端获取位置服务会给人们带来极大的便利。
但是当前很多位置服务的应用是在移动终端实现,使得本来电池容量就不是很充裕的移动终端消耗更快,因此在移动终端进行位置计算不仅不太实用,而且会极大地限制定位算法的复杂度,随着带来的就是定位精度的降低。
本文从现有的基于WLAN的位置指纹的定位方法出发,充分利用现有的网络拓扑结构,提出了一种新的自适应网络变化的位置指纹算法,该算法能够通过实施监控无线AP 的匹配数,自动根据位置适应网络变化,使得定位精度明显提高。
在此基础上为了减少无线信号不稳定引起的较大误差点,提出了一种新的数据修正方法,该方法通过根据平均速度动态调整预测标准,将预测坐标与实测坐标加权,从而得到最终坐标。
然后,基于现有的无线网络拓扑结构,我们在实测环境中构建了一套基于Win7 的主动室内定位系统,该系统在移动终端发起定位需求时,通过收集无线AP 的信号结合指纹模板库,并通过上述改进的算法和数据修正方法在实测环境中进行验证,并将定位精度与传统中的位置指纹算法进行了对比和分析。
最后,从另一个角度设计了一种被动定位的方式,即对进入到定位区域的开启WIFI的移动终端进行被动监测位置。
具体地,后台服务器通过对定制化的路由器抓取移动终端的信号强度信息,通过NFS服务器将该数据同步传输到后台服务器,后台服务器对数据通过移动终端的MAC地址进行筛选后将数据送入算法服务器,通过之前改进的位置指纹算法最终得到某移动终端的位置信息。
LBS的研究与发展现状“你在哪里”,“你和谁在一起”,“附近有什么资源”,1994年美国学者Schilit提出的位置服务的三大目标。
这三大目标分别体现了位置服务中的空间信息、社会信息、信息查询,构成了LBS最基础的内容。
简单地说,LBS 就是位置服务商通过定位技术获取移动终端的位置信息,提供给移动终端用户本人或是其他通信服务系统,从而实现与位置相关的各种服务。
1993 年,美国一女孩遭绑架后并被杀害,在这个过程中,女孩用手机拨打了911 电话,但是呼救中心未能通过手机信号确定她的位置。
这个事件促使美国联邦通信委员会在1996 年推出一个行政性指令E911,强制要求所有移动运营商为用户提供位置服务,即紧急呼叫时提供呼救者的位置以便及时救援,政府的强制性要求和巨大市场需求使得定位技术出现了前所未有的研究热潮。
至此,早已非常成熟的GPS 系统已经为人们室外的定位、导航等方便提供了便利的服务。
但据研究统计表明,人们超过80%的通信和业务都来自室内环境,而在众多墙边阻隔的室内环境中,GPS 信号非常微弱,且在室内环境中,人们需要更高精度的位置信息,而我们迫切希望,能够在室内的任何地点和时间,也能通过无线信号追踪到移动终端的位置。
LBS 服务拥有强大的市场前景和巨大商机,随着位置信息技术的发展和应用需求的驱动,位置服务必将成为人们日常生活、工作甚至娱乐的一项基本服务。
针对LBS 的服务类型大致可以分为以下几个方面:(1)主动请求位置服务查询。
无论任何时间或任何地点,用户都可通过自身的移动终端设备查询自身或其他事物所处的位置信息。
如,在大型商场或博物馆等,人们可通过位置服务查询感兴趣的事物所在位置;公交车站,可查询即将到来的此站所有的公交车信息,极大地便利了人们的生活。
(2)位置跟踪或导航服务。
系统可根据移动终端发射的信号自动查询目标的位置信息并持续跟踪或为用户提供目的地的导航服务。
如:车载导航或智能手机都可为人们提供位置导航服务;实时追踪老人或小孩的位置,保证他们在安全的区域内。
(3)位置通知服务。
在订购特定服务的用户到达服务区域中,服务商会通过向用户发送图片或文本短信的方式为用户提供特定的服务信息,或是广告商自动向移动用户发送广告短信。
(4)基于位置信息的游戏。
早在04 年,加拿大的Bell 移动公司就推出了全球首款基于GPS的移动游戏Swordfis。
当前室内定位技术随着更多新型智能设备的产生及物联网技术的飞速发展,人们对于位置感知的服务提出了更多的需求和服务。
室外环境中,以GPS为首的定位服务已经非常成熟,与地图的结合更是广泛应用于军事、民用等各个领域,数年来深深影响了人们的生活、工作等各个方面。
但是在建筑物遮挡的室内环境中,GPS信号极其衰弱,因此人们迫切希望在室内也能享受到定位及导航服务,因此室内定位技术的发展所带来的巨大的应用和商业潜能使得国内外学者纷纷加入到基于位置服务的室内定位技术研究的行列中。
当前,多种室内解决方案被提出,如超声波技术、蓝牙技术、红外线技术、射频技术、Zig Bee技术、无线传感器定位AGPS 定位技术、超宽带技术及无线局域网技术等。
(1)蓝牙技术是一种低功耗、短距离的无线传输技术,可以实现不同无线设备间的短距离互联。
只需在室内部署适当的蓝牙局域网接入点,配置多用户的基础网络连接模式,就可实现利用蓝牙技术实现室内定位的目的。
但蓝牙室内定位虽然信号传输不受视距的影响,但只适用于室内短距离定位,不适合大范围内的室内定位。
(2)Zig Bee技术是一种典型的低功耗、低成本的新兴无线自组网技术,也可用于室内定位。
Zig Bee技术有其无线标准,可通过数量较多的微小传感器之间相互协作,以接力的方式实现定位,但传输速率不高。
(3)超声波定位技术是利用超声波在物体间的反射求取距离,再通过三边定位法等几何算法估计出待定位物体的位置。
此方法定位精度高,结构简单,但受非视距传播影响及超声波多径效应影响较大,而且需要大量的硬件设备支持,成本投资较大。
(4)基于无线传感器的室内定位技术,通过事先在感兴趣区域部署大量的无线传感器锚节点,且这些锚节点的位置已知,当携带无线传感器节点的待定位物体进入到定位区域,接收到来自各锚节点的信号强度统一发送给连接计算机的基站,基站节点根据接收的信号强度求得与各锚节点的距离,再通过三角形定位法等计算出待定位物体的位置坐标。
由于无线信号传感器的功耗问题及无线信号特别容易受到复杂室内环境及反射、衍射等多径效应的影响,即使同样距离的两节点的信号强度有时也会相差较远,定位精度仍需提高。
(5)超宽带技术具有带宽大,抗多径效应好,安全性高、定位精度极高等多种优势可用于室内定位、追踪及导航服务。
但超宽带技术难以实现大范围的室内覆盖,且不支持在手机上使用,定位成本太高,不适用于日常室内定位的服务。
(6)随着IEEE802.11 标准的制定和发展,WLAN 技术迎来了前所未有的研究浪潮。
因其覆盖范围广,网络传播速度快,网络建设成本低等优势,切合了人们对于移动办公、移动娱乐的需求,几年来无线AP 也迅速地在大型建筑物普及,这些都为基于WLAN 的室内定位技术奠定了良好的基础。
从定位技术的角度,这些定位技术各有利弊,根据不同的定位环境可采取不同的室内定位技术。
下图对当前的一些室内定位技术及特点作了概括和比较:。