基于加权质心法的WLAN室内定位系统

摘要

随着人们生活水平的提高，基于位置的服务已经成为社会生活中不可缺少的部分。应用位置服务的场景比较多，比如，车辆导航、商场定位、遗失物品定位、资产定位、人员定位等。位置服务的关键技术是定位，定位精度是衡量位置定位效果的标准之一。目前，发展中的定位技术包括卫星定位、蜂窝定位、无线传感网络定位、WiFi定位等。卫星定位是通过接收卫星信号来获取位置，在室外环境中，通常具有较高的定位精度。而在室内环境中建筑结构复杂，卫星信号传输受到阻隔，卫星定位的定位精度大大降低。蜂窝定位依靠电信运营商构建的蜂窝通信网络获取位置。这种定位属于大范围，粗略定位，只能定位到楼宇，在室内定位中效果较差。无线传感网络通过传感节点之间的通信来获取位置，随着定位范围与定位精度的提高，节点数量不断增加，而且若某个节点损坏，定位效果大大降低。如今室内环境中WiFi覆盖率比较高。WiFi信号在室内传播中受到建筑物阻隔较小，相对于无线传感网络在定位中需要添加硬件节点组建网络，使用WiFi进行定位的WLAN室内定位方法，依靠具备WiFi通信模块的手机终端即可获取位置坐标，实现简单方便，受到人们的广泛关注。
　　针对室内定位中定位精度不高的问题，本文提出了一种借助WiFi信号的接收信号强度指示(RSSI)进行定位的室内定位系统。该定位系统采用位置指纹定位方式，离线阶段对定位场地进行四边形区域划分，在各区域的顶点位置采集指纹点，并将各指纹点之间的位置关系保存进指纹点位置表格;在线阶段首先利用支持向量机对指纹点与定位点进行多分类，借助指纹点位置表格，将定位点的范围缩小到某个四边形定位区域中，然后利用该定位区域顶点上的四个指纹点，借助加权质心法得到定位点的坐标。实验结果表明，定位精度明显提高。由于该定位系统可以在具备WiFi通信模块的终端上实现，适用范围广。
　　为了将定位结果更形象的展示出来，本文设计并实现了在安卓系统上的室内地图开发。主要是通过绘制电子地图、切片处理等过程获得不同缩放等级的地图切片，然后将地图切片导入到手机应用中，实现在安卓系统终端上地图的显示、缩放等功能。由于地图切片已经保存到手机应用中，因此不受网络信号有无的影响。为了将室内定位算法与室内地图结合起来，本文开发了基于Android系统关于室内定位的应用程序。该应用通过定位算法获取到室内场地的位置坐标，然后将位置坐标在室内地图中标注出来。该应用能够更好的展现定位算法的高精度以及地图导航的便利，具有较好的实用性，同时扩展了安卓手机应用市场。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景与意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文研究内容和组织结构

1．4．1 研究内容

1．4．2 组织结构

第二章 基于WiFi的位置指纹定位算法

2．1 WiFi简介

2．1．1 IEEE 802．11协议

2．1．2 WiFi信道

2．1．3 AP关联

2．2 位置指纹定位原理

2．2．1 离线阶段

2．2．2 在线阶段

2．3 定位算法

2．3．1 支持向量机算法

2．3．2 KNN

2．3．3 神经网络方法

2．4 本章小结

第三章 基于加权质心法的室内定位

3．1 四边形区域划分

3．2 数据采集

3．3 支持向量机

3．4 确定定位区域

3．5 确定位置坐标

3．6 实验验证

3．6．1 仿真实验

3．6．2 实地实验

3．7 本章小结

第四章 室内地图开发

4．1 电子地图

4．1．1 Shapefile数据结构

4．2 室内地图开发过程

4．3 室内地图的绘制

4．3．1 ArcGIS平台介绍

4．3．2 绘制地图

4．4 地图切片工具

4．4．1 地图风格化

4．4．2 地图切片

4．5 地图展示

4．5．1 安卓系统介绍

4．5．2 终端显示图片的原理

4．5．3 地图的显示

4．5．4 地图的拖动

4．5．5 地图的缩放

4．6 地图与算法相结合

4．7 应用展示

4．8 本章总结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研项目及成果