基于蓝牙信标和智能手机的室内位置服务关键技术研究

摘要

基于位置的服务作为移动互联网领域的基础服务之一，逐渐渗透到人们的日常生活中。室内位置服务作为位置服务在室内环境下的延伸，弥补了GPS位置服务的不足，成为当下热门的研究领域。室内位置服务的核心是室内定位技术，目前应用最为广泛的室内定位技术有基于WiFi的室内定位技术和基于蓝牙的室内定位技术。基于WiFi的室内定位技术已非常成熟，拥有众多成功的应用案例。而基于蓝牙的室内定位技术仍处在初级阶段，现有的研究多数停留在基于蓝牙的室内定位算法实现上，没有从科学的角度对定位算法作出适当改进，也没有在定位算法的基础上将理论研究与应用进行有效结合。本文基于蓝牙信标和智能手机的室内位置服务关键技术研究，针对目前基于蓝牙的室内定位技术存在的问题，从多个方面展开研究，取得了一定的创新成果。论文的主要工作和创新点如下:
　　一、针对传统的RSSI测距方法精度不高的问题，提出了基于高斯分布的信号过滤技术，得到了具有较高精度的测距模型。以该测距模型为基础，实现了基于RSSI测距的多点定位算法，并通过融合步态检测、卡尔曼滤波等技术，提出了改进的多点定位算法，将平均定位误差由原来的3米减小到1.5米左右。同时，针对室内走廊等无法实现多点定位的特殊区域，提出了两点定位算法，扫除了多点定位算法应用上的盲区。
　　二、分别采用NN算法、KNN算法和WKNN算法实现了基于位置指纹的室内定位，并通过对比实验证明出WKNN算法具有更为良好的定位精度。对于传统的指纹匹配过程需要遍历整个指纹数据库，在大规模室内场景下计算量较大、耗时较长的问题，提出了针对大规模室内场景的指纹匹配方案，在保证定位精度的同时有效缩短了指纹匹配的时间。
　　三、在上述理论研究的基础之上，将定位算法投入到实用中，解决了与之相关的一些问题。研发了轻量级的地图框架SvgMap，提出了基于位置的信息推送方案，并将这些应用级的研究成果与定位算法相结合，设计实现了一套完整的具有低成本、低功耗、大规模、大众化特点的室内位置服务系统，为室内位置服务的应用研究提供了新的思路。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 论文研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究意义

1．4 论文内容及结构安排

2 相关技术概述

2．1 室内定位技术介绍

2．2 室内定位方法介绍

2．2．1 TOA方法

2．2．2 TDOA方法

2．2．3 AOA方法

2．2．4 SOA方法

2．3 iBeacon技术简介

2．4 本章小结

3 基于RSSI测距的室内定位算法研究

3．1 RSSI与距离的关系模型

3．2 多点定位算法基本原理

3．3 改进的多点定位算法

3．3．1 Immediate状态监听

3．3．2 步态检测算法

3．3．3 卡尔曼滤波算法

3．4 针对室内特殊区域的两点定位算法

3．5 实验及结果分析

3．5．1 RSSI测距实验

3．5．2 多点定位实验

3．5．3 两点定位实验

3．6 本章小结

4 基于位置指纹的室内定位算法研究

4．1 指纹定位算法基本原理

4．2 确定型的位置指纹定位算法

4．3 面向大规模场景的指纹匹配方案

4．4 实验及结果分析

4．5 RSSI测距与指纹定位对比

4．6 本章小结

5 定位相关技术研究

5．1 轻量级的室内地图框架

5．2 基于位置的信息推送

5．3 行进方向校正

5．4 位置服务系统设计与实现

5．5 本章小结

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集