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摘 要

当传统的定位方法例如全球定位系统不能有效适用复杂的室内环境时，基于无线局域网（Wireless Local Area Network,WLAN）的位置指纹定位已经成为可行的解决办法。无需角度和距离的精度估计来获取几何位置信息，位置指纹技术将接收到的信号强度等位置相关特征相结合来进行定位。这项技术的优势在于易于配置，不需要额外的特殊硬件装备就能达到较高的定位精度。本文主要研究开发了基于位置指纹的室内定位系统，将接收到的信号强度（Received Signal Strength,RSS）当作定位的特征参数，介绍了位置指纹数据库的建立以及处理过程，并最终选择K近邻算法（K-Nearest Neighbor,KNN）作为定位匹配算法。本次研究选择C#作为开发语言并以ASP.NET为语言框架编写室内定位程序，设计出包括上位机接收IP地址、端口等的软件界面并实现了接收和保存来自终端的定位信息等功能，最终加载室内地图以及处理接收到的数据，计算定位结果并在地图上显示。

关键词：室内定位 位置指纹 K近邻算法 上位机软件

Upper computer software design and implementation of indoor positioning system

Abstract

When the traditional positioning method such as the global positioning system cannot be effectively applied to the complex indoor environment, the location fingerprinting based on the wireless local area network (WLAN) has become a feasible solution. Instead of obtaining geometric positioning information by accurate estimations of angle and distance, the fingerprinting technology combines the received signal strength and other position related features to infer the position. The advantage of this technology is easy to deploy, no additional special hardware equipments are required to achieve a higher positioning accuracy. In this paper, we mainly study the indoor positioning system based on fingerprinting technique and consider Received Signal Strength (RSS) as the characteristic parameters of the positioning, the process of location fingerprinting database establishment is introduced, and ultimately selected K-nearest neighbor (KNN) algorithm as the matching location algorithm. This study choose C# as development language and ASP.NET as framework to write indoor positioning program, including host computer receives the IP address and port of the PC and the design of software interface to realize the receiving and saving of the terminal location information and other functions, ultimately load indoor maps and process received data to calculate results then displayed on the map.

Key Words :Indoor Positioning; Location Fingerprinting; KNN; Upper Computer Software

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文的安排 3

第二章 基于位置指纹的室内定位系统 4

2.1 室内定位系统概述 4

2.2 位置指纹技术概述 5

2.2.1 基于WLAN的位置指纹的基本原理 5

2.2.2 基于WLAN的位置指纹定位的匹配算法 6

2.3 定位系统结构 8

2.4 本章小结 9

第三章 上位机软件的设计与实现 10

3.1 开发平台简介 10

3.2 数据库的建立与调取 10

3.2.1 数据接收与存储 10

3.2.2 数据的矩阵处理方法及定位结果 11

3.3具体程序分析 12

3.4 本章小结 15

第四章 总结和展望 16

4.1 总结 16

4.2 展望 16

参考文献 18

致谢 19

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

基于全球定位系统的户外定位的成功和广泛应用为室内定位系统的研究和发展提供了动力。然而，由于它的弱信号接收，全球定位系统不能有效地应用于建筑物内部和密集的城市地区。其结果是室内定位系统需要另一种手段来检测移动台的位置，而不依赖于来自于全球定位系统卫星直接发射的射频信号。

在室内定位领域中尽管基于Wi-Fi、Zigbee、射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）超宽带、蓝牙和伪卫星等技术的室内定位系统已经被运用在一些特殊建筑中，然而室内环境由于密集的多径效应和建筑材料相关的传播效应而具有更大的挑战。由于室内定位环境的复杂性，高精度定位的成本是难以控制的。基站定位应用的大众化已经受到严重的限制。蜂窝网络具有广泛的室内信号覆盖率。2G/3G/4G移动通信系统能够提供室内定位，然而受非视距和多站的干扰，定位的精确性很难满足大部分需求。随着微电子机械系统传感器的普及，传感器如加速度计、陀螺仪、电子罗盘、气压计已逐渐被手机集成。这些传感器可以组成惯性测量单元，可用于辅助无线位置对定位性能的改进。如何利用异构无线网络（Wi-Fi、ZigBee、RFID、蓝牙、蜂窝移动网络等）在我们的手机上实现无缝广域室内外定位已经成为基站定位的热点问题。

作为新兴战略产业，室内定位已经广泛运用于人们的日常生活。室内定位技术已经成为国防，经济建设以及社会生活的重要组成部分。随着城市现代化建设的不断发展，大型建筑物的数量也在急剧增多。人们每天日常生活的80%时间都是在室内度过的，因此室内基站定位的需求急剧增长。室内基站定位系统的上位机软件正急需运用在特殊人口照看、关键建筑管理、互联网相关以及个人服务等领域。在医院，患者的运动可以利用医院设施来追踪，在需要的时候提供快速援助。消防队员的位置可以在紧急撤离中被检测，这样如果有人遭受窒息或摔倒被困，他们可以立刻被定位得救。室内定位系统还可用于家庭使用，这样家长们可以知道他们孩子在房子里的位置。受过训练警犬在建筑物中寻找炸药时的定位轨迹等等，使得室内定位系统的上位机软件变得尤为重要。同时利用现有的无线局域网基础设施接收到的信号强度为基础的位置指纹室内定位系统最近一直专注于支持基于在室内和校园的位置服务。

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