基于信标节点的智能导航系统的研究与实现

摘要

基于位置的服务已经给人们的日常生活和工作带来极大的便利，特别是定位和导航服务越来越受到大众欢迎。在室外，GPS定位信号加上电子地图可以为广大用户提供相对精准的定位信息和出行路径规划；但在室内，建筑围护结构的遮挡和屏蔽会阻碍GPS信号的传输，导致GPS信号变弱乃至致盲。为了提供精确可靠的室内定位和导航服务，本文设计了基于iBeacon信标节点的智能导航系统。采用iBeacon信标协助或替代GPS信号作为锚位置参考节点，为室内的移动用户提供实时定位信息，以电子地图结合多目标D*Lite平滑化路径规划算法的方式实现多功能导航。本文的主要研究工作如下：　　(1)为了克服反射、衍射以及多径效应等物理因素对iBeacon信号的影响，获取精度较高的定位结果，文中对采集到的iBeacon信号强度与移动定位结果分别进行滤波处理，采用指纹库匹配技术进行位置的确定。实验结果表明，在实验室内测试的500组定位数据中，432组数据与真实位置坐标之间的欧式距离小于1m。　　(2)为了满足用户对路径规划的多样性和差异性需求，文中对影响用户进行路径决策的各种因素展开详细研究与分析，对适用于静态和动态环境的几种经典最优路径规划算法作分析比较。最后结合影响用户路径决策的各个因素对D*Lite路径规划算法进行改良，提出了一种适用于动/静态环境并且具有多个目标规划能力的D*Lite平滑化规划算法。具体过程是：构造一条初始最优多目标平滑路径；当检测到环境变化时结合增量搜索的思想，仅更新受影响节点信息并从当前节点重新规划一条新的最优多目标平滑路径。实验结果表明，该算法不但能有效躲避突发障碍物，规划的路径拐点较少，还能提高路径搜索效率，可有效应用于具有不同非交互规划目标的导航系统。　　(3)系统的设计，在用户需求分析的基础上设计本文系统的整体逻辑结构框架。本文系统由Web管理系统（即Web客户端），APP客户端和后台服务器三部分组成，并且设计相应的页面和各自完成的功能。　　(4)依据本文系统的总体分析，开发一套具有APP+Web交互方式，同时供普通用户、商家和管理员使用的室内导航系统。搭建开发平台并且配置开发环境，APP客户端与后台服务器相联系以实现系统的定位和导航功能，Web客户端主要实现系统的数据管理、信息查询功能。经过实验测试，本文系统可以利用实时定位信息进行多目标路径导航，具有开发简便、信号干扰少、定位精度高和多功能导航等优点。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文的组织与结构

2 相关技术介绍

2.1 APP+Web开发的基本理论

2.2 室内定位的基本理论

2.3 室内导航的基本理论

2.4 本章小结

3 多目标路径规划的方法

3.1 常用多目标路径规划算法

3.2 增量多目标路径规划算法

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

4 室内智能导航系统的设计

4.1 系统总体架构

4.2 环境布置和地图建模

4.3 客户端的设计

4.4 后台服务器的设计

4.5 本章小结

5 室内智能导航系统的实现和测试

5.1 开发平台

5.2 定位的实现

5.3 导航的实现

5.4 Web管理系统的实现

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果