摘 要

随着地理信息系统的蓬勃发展，定位导航已经应用到我们生活中的各个领域，比如车载导航仪，航行导航等，但是这些传统的导航系统大多紧密依赖于GPS系统，基于GPS的定位系统常常需要面对信号遮挡问题，因为GPS信号对很多建筑物的穿透性不强，在一些建筑物密集或者GPS信号遮挡严重的地点，比如商业超市，学校大楼，难以使用GPS卫星定位，这种情况下使得基于GPS的系统难以满足实际定位需要，造成了极大的不便。本文在此背景下，研究基于Android平台的GPS定位与Wifi定位耦合的室内外无缝定位系统，能够对当前的一些GPS定位系统进行补充完善。本文主要通过对室内wifi定位算法的设计和与室外GPS定位结合的分析，实现了基于手机平台的室内外无缝定位系统设计，达到了弥补传统GPS定位在室内定位功能上空白的目的。实验表明：GPS定位与Wifi定位耦合的室内外无缝定位系统有较大的实用性，能够为相关从业人员提供一些参考解决方案。

关键词：Wifi定位，室内定位，GIS，无缝定位

Abstract

With the vigorous development of geographic information systems, positioning and navigation has been applied to all areas of our lives, such as car navigation systems, navigation and navigation, but these conventional navigation system mostly closely dependent on the GPS system, GPS-based positioning systems often require Faced signal occlusion, because the GPS signal is not strong penetration of many buildings, some built-up or block GPS signals a serious place, such as the supermarket business, school building, difficult to use GPS satellite positioning, in this case GPS-based systems makes it difficult to meet the actual needs positioned, it caused great inconvenience. In this context of this article, based on GPS positioning Android platform coupled with Wifi positioning seamless indoor and outdoor positioning system, to maintain the current number of GPS positioning system complements. The study and solve the GPS positioning system in the problem of poor indoor positioning effect, to make up for gaps in function, can provide a viable solution for reference related practitioners.

Keywords:wifi positioning ,indoor positioning, GIS , Seamless Positioning

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1研究背景目的与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 2

1.3本文内容安排 2

第二章 基于RSSI的室内定位算法 3

2.1传统Wifi定位技术 3

2.2基于参考点聚类和AP约简的定位算法 3

2.2.1参考点聚类 3

2.2.2粗定位及类匹配机制 5

2.2.3精定位阶段 6

第三章 定位算法实验 9

3.1 算法实验与结果分析 9

3.1.1离线阶段 9

3.1.2在线阶段 11

3.1.3结果分析 12

3.2 本章小结 13

第四章 分布式的室内外无缝定位系统设计 14

4.1系统简介 14

4.2系统架构 14

4.3开发工具与关键技术介绍 14

4.3.1客户端 14

4.3.2 服务端 17

4.4功能需求设计 17

4.5程序模块设计 17

4.5.1 注册登录模块 18

4.5.2 区域搜索模块 18

4.5.3 数据创建模块 19

4.5.4 定位模块 20

4.6数据库设计 20

4.7服务端API设计 22

4.8客户端界面设计 23

第五章 研究结论与展望 27

5.1研究结论 27

5.2研究展望 27

参考文献 28

致谢 29

第一章 绪论

1.1研究背景目的与意义

传统的民用定位导航大多是使用GPS进行定位，各个大国纷纷推出各种卫星定位系统，比如中国的北斗卫星定位系统。GPS定位系统在室外的定位效果良好，但是在室内环境下，GPS定位因为信号遮挡的问题定位效果往往非常不理想，这使得在很多场景下需要通过其它技术手段辅助解决定位问题。

最近几年，针对GPS定位导航在室内的缺陷问题，非常多的学者与企业在室内无GPS信号条件下定位技术方面进行了较多的探究。包括移动通信网络辅助，即使用电话网络辅助GPS定位系统进行室内定位；伪卫星辅助，即通过在室内伪造卫星信号解决信号传播衰弱问题；射频识别辅助定位；WEB定位；超声波定位等。这其中的技术一部分是专为定位导航设计或主要为定位所用，而另一部分则是主要用于其他用途，但是能够为定位导航服务，比如射频识别标签。

综合来说，室内定位技术在发展过程中有两种方案：一种是基于广域网的室内定位技术，而另一种是基于局域网的室内定位技术。二者相比，广域室内定位技术所需的成本非常大，系统建设周期非常长，通常需要接触到硬件模块，但是它的定位效果能够在广域网上访问，而局域网室内定位技术正好相反，建设成本低，周期短，目前市面上室内定位商业化运作通常采用此方案。

综上所述，本文旨在研究如何利用低成本建设周期短的局域网室内定位技术部署到广域网，这样不仅能够节约成本，减低建设室内定位系统的周期，更能够达到能够通过互联网访问的便宜性。

1.2国内外研究现状

室内定位是当前的一个热门话题，国内外学者对此进行了非常多的研究探讨。

1.2.1国内研究现状

石欣等人在基于RSSI的室内wlan定位算法基础上，提出了改进的RSSI多标维度室内无线传感器定位算法，此算法主要针对RSSI无线定位对于移动目标定位时算法易受干扰，定位精度波动度等问题，主要使用位置信号强度建立相异性矩阵，然后通过多维标度法解析位置相对坐标，依照参考位置的实际坐标，使用平面四参数模型进行数值装换，最后通过粒子群算法优化参数，得到移动目标的真实位置。该研究的实验说明了该算法在抗干扰性方向效果好，定位精度较高，可以完成低成本室内定位的功能^[1]。张明华为了降低传统无线传感器定位聚类算法对噪声数据的敏感性，提出了采用高斯混合模型位置指纹的簇,考虑接收信号强度的概率分布,这样的知己克服了传统聚类算法仅计算接收信号强度大小的相似性的不足，该研究方案不仅降低了定位算法的复杂性，还在一定程度上提升了定位准确度^[2]。卞合善提出了基于蓝牙技术的低功耗室内定位算法，该算法采用一种基于iBeacon定位的轻量定位解决方案，该研究的一项创新之处在于使用A*算法解决室内导航特殊问题^[3]。史伟光通过射频识别技术研究室内定位算法，该算法采用基于改进的粒子群算法，实验表明，该算法能够完成对有缘参考标签的优化部署^[4]。

1.2.2国外研究现状

Kerem Ozsoy等人研究发现GPS信号在通过建筑物墙壁时导致的信号衰减是高度精确可靠的，但是其中的GPS信号检测与解析是个大的难题，他们提出了一种基于GPS中继器的室内定位系统与改善的定位算法，实验结果表明，该算法系统可用于在无GPS信号的室内定位^[5]。Leh Luoh提出了一种基于ZigBee的室内定位导航系统，该系统的定位服务是通过接收到的信号强度与链路质量指示测量实现的，另外采用同一区域内多个类似的神经网络算法提高了定位精度，实验表明，该研究的定位精度为2.8m左右^[6]。Muttitanon等人提出了一种系统，采用无线通信基础设施，能够确定一个手持PDA设施或者移动终端在高速无线网络中的位置，实验精度达到了比较高的水平^[7]。

1.3本文内容安排

本文的内容第一章为绪论，介绍了室内定位系统的背景目的与意义，阐述了课题所研究的内容，然后进行了研究现状分析，解读了当前学界对室内定位系统的研究现状，最后对指出了本文的内容结构。

第二章为基于RSSI的室内定位算法设计，阐述了本研究所使用的室内wifi定位技术算法，主要使用基于参考点聚类和AP约简的定位算法。