基于無線與PDR的室內(nèi)定位App的研究與實現(xiàn)

桑新欣

摘 要：當今社會，GPS定位技術的不斷成熟與發(fā)展，手機導航App應運而生，例如：高德地圖、百度地圖等等。手機導航App的出現(xiàn)讓人們的出行不再是一個令人困擾的問題，讓人們的生活更加便捷，不再需要紙質(zhì)地圖來幫助自己到達目的地。目前，室外導航App的技術已經(jīng)相當成熟，但是室內(nèi)導航技術并不是很完善。只有一些比較大的商場、停車場、學校等場所，會有樓層信息或者商鋪位置等簡易導航信息，并不能像室外導航App給用戶規(guī)劃路線。為了解決室內(nèi)導航信息簡易的問題，提出了一個基于無線與PDR技術的室內(nèi)定位App的想法。本文對于如何實現(xiàn)基于無線與PDR[1]的室內(nèi)定位App做出了詳細的闡釋以及實現(xiàn)過程中的核心技術的研究論述。

關鍵詞： 室內(nèi)定位;室內(nèi)導航;無線技術;PDR算法

【Abstract】 In today's society， GPS positioning technology continues to mature and develop， mobile navigation App came into being， such as： Gaode Map， Baidu Map and so on. With the advent of mobile navigation App， people's travel is no longer a troublesome problem， making people's lives more convenient， and no longer need paper maps to help them reach their destination. At present， the technology of outdoor navigation App is quite mature， but the technology of indoor navigation is not perfect. Only some large shopping malls， parking lots， schools and other places， there will be floor information or shop location and other simple navigation information， which could not be similar with outdoor navigation App to plan route for users. In order to solve the problem of simple indoor navigation information， the researcher in this paper puts forward an idea of indoor positioning App based on wireless and PDR technology. This paper discusses in detail how to implement indoor positioning App based on wireless and PDR， and explores the core technology in the process of implementation.

【Key words】 ?indoor location; indoor navigation; wireless technology; PDR algorithm

0 引 言

由于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System， GPS）日漸普及，室外定位技術已經(jīng)非常成熟， 但是，在室內(nèi)接收的GPS信號非常微弱，近乎不可使用。據(jù)調(diào)查表明，人們80%以上的時間均處于室內(nèi)環(huán)境，隨著社會現(xiàn)代化建設的不斷發(fā)展，大型建筑正日益增多，室內(nèi)位置服務的需求也不斷增加，室內(nèi)定位導航已然受到各類社會群體的高度關注，其在醫(yī)療、經(jīng)濟、科技、服務等多個領域都獲得了廣泛應用。商業(yè)及個人位置服務、時空大數(shù)據(jù)挖掘、應急救援、安全監(jiān)控、大型場館管理、特殊人群監(jiān)護等領域都需要使用準確的室內(nèi)定位信息。市場上已有的室內(nèi)定位系統(tǒng)為不同的企業(yè)公司提供更適合其使用的版本，甚至為有特定需求的公司推出定制化生產(chǎn)，而本文研發(fā)的尋路軟件設計更加靈活，變更容易，使用群體更為豐富，甚至可以普及到小型商場、各省市的大型建筑，這樣就縮減了設計流程，而且使室內(nèi)定位系統(tǒng)具有可觀應用前景。對此擬展開研究論述如下。

1 系統(tǒng)簡介

1.1 技術背景調(diào)查和本系統(tǒng)技術概述

目前來說，有些大型商場、停車場等等，已經(jīng)實現(xiàn)立體式室內(nèi)導航。但是，在動態(tài)定位上卻仍待完善，不能像室外導航一樣為行人智能生成路徑。因此，對于一些特殊人群來說提供室內(nèi)導航已顯得尤為迫切。時下，室內(nèi)定位的研究大體可劃分為：紅外線、超聲波、射頻識別、藍牙等幾大類。這些定位系統(tǒng)往往需要添加額外的硬件設施，系統(tǒng)設計復雜，部署成本高。

在定位技術上主要包括3種，即：WiFi技術、iBeacon[1]、UWB[2]。其中，WiFi技術用得最多，WiFi技術覆蓋領域多、普及率高、沒有誤差積累，但是卻有著節(jié)點密度太低、定位不精確的缺點，不能有效應用于準確的室內(nèi)定位中;iBeacon在近距離、低能耗、普及范圍廣等方面則占據(jù)顯著優(yōu)勢，但是其定位精度只能達到區(qū)域定位，最大傳輸射程易受位置、現(xiàn)場布置、障礙物的影響。室內(nèi)障礙物較多，易影響定位效果的準確性;UWB定位成本低、保密性好、抗多徑干擾，但是UWB在定位時需要由定位者額外佩戴標簽，定位過程復雜、且不方便。

本系統(tǒng)采用的是結合WiFi技術和行人航跡推算（Pedestrian Dead Reckoning，PDR）[3]構成WiFi-PDR組合定位系統(tǒng)。由于WiFi定位時單點定位誤差大，但沒有誤差積累;PDR算法具有短時間內(nèi)定位精度高與定位誤差隨時間積累逐漸增大的特性。因此，構成的WiFi-PDR組合定位系統(tǒng)既能達到較高的定位精度，又能提高定位結果的可靠性。

4.3 室內(nèi)導航路線規(guī)劃

用戶可以輸入擬達到的目的地，系統(tǒng)會自動規(guī)劃路線。用戶可以選擇自己查看路線，也可以打開語音播報按鈕，根據(jù)語音提示達到目的地。語音播報功能會方便老人和孩子使用此系統(tǒng)，也可以提高用戶的使用體驗感，增強系統(tǒng)的可用性和人性化設計。用戶到達目的地后，可以分享此條路線，則此路線會被發(fā)送到服務器端，存儲到數(shù)據(jù)庫中，為其它用戶提供路線選擇方案。另外，用戶也可以不分享此條路線。系統(tǒng)通過統(tǒng)計用戶分享路線的次數(shù)，會給予相應的獎勵，以此來鼓勵用戶積極地規(guī)劃或分享路線。路線規(guī)劃界面如圖6所示。

5 結束語

本系統(tǒng)通過對WiFi定位技術和PDR算法的深入探討與合理利用，同時利用無跡卡爾曼濾波算法對行人航跡推算結果進行濾波，減少手機傳感器、加速度器等對行人航跡推算結果帶來的累計誤差，從而提高系統(tǒng)對行人定位的準確性。本系統(tǒng)實現(xiàn)了點對點行人航跡的推算與路徑的自動規(guī)劃，利用眾包模式獲取手機室內(nèi)的信息。由每個用戶個體來提供數(shù)據(jù)，大大地減少了收集室內(nèi)信息以及錄入室內(nèi)信息的成本和勞動力。而將室內(nèi)信息數(shù)據(jù)共享在服務器端的數(shù)據(jù)庫中，則減少了App本身所占用的收集內(nèi)存。本系統(tǒng)作為在室內(nèi)定位技術研究領域的一部分，可為人們的生活帶來便捷，后續(xù)也將會對其不斷地加以改進與完善。

參考文獻

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