基于wifi信号的室内定位方法毕业设计.pdf

本科毕业设计（论文）基于 WiFi 信号的室内定位方法 Indoor localization method based on the WiFi signal 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名：日 期：指导教师签名：日 期：使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日 期：学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年 月 日 导师签名：日期：年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明 3）中文摘要（300 字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 指导教师评阅书 指导教师评价：一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价：一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日 基于WiFi 信号的室内定位方法 -I-教研室（或答辩小组）及教学系意见 基于WiFi 信号的室内定位方法 -II-教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成绩：优 良 中 及格 不及格 教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年 月 日 教学系意见：系主任：（签名）年 月 日 基于WiFi 信号的室内定位方法 -III-摘 要 现如今，人们生活在一个移动互联的时代，手机也越发成为了人们日常生活中必不可少的工具。智能手机、平板电脑等的快速发展更是促进了人们对移动位置信息的需求。随着近些年无线定位技术的发展，室内定位技术成为人们关注的热点。许多依赖于无线接入点射频信号的室内定位技术已经在过去的十年中被提出。近年来，众包(也称为“Organic”)的 WiFi 指纹定位系统方面的研究正引起人们的关注。这种参与方法带来了先前提出的技术所没有考虑到的新的挑战。本文提出了一个有效的定位方法来处理存在于基于众包的系统的三个主要技术问题。我们的新的解决方案，有利于 1）从短期的RSS 值的测量提取准确的指纹值 2）不同设备间免校准的定位 3）对于一个给定的位置，在无线地图上保持每个位置一个指纹，不论任何数量的上传数据集。通过使用四个不同智能手机的实验，我们来评估我们的新的室内定位方法。实验结果表明，该方案提供了一致的定位精度，在设备的异质性和多个测量人员等问题存在的这样一种环境下。关键词：无线定位技术；室内定位；众包；WiFi 指纹定位 基于WiFi 信号的室内定位方法 -IV-Indoor localization method based on the WiFi signal Abstract Nowadays,people live in an era of mobile Internet,mobile phone has increasingly become the indispensable tool in Peoples Daily life.The rapid development of smartphones,tablets and so on but also promote the peoples demand for mobile location information.With the development of wireless location technology in recent years,indoor positioning technology is becoming a hot spot of attention.Many indoor localization techniques that rely on RF signals from wireless Access Points have been proposed in the last decade.In recent years,research on crowdsourced(also known as“Organic”)Wi-Fi fingerprint positioning systems has been attracting much attention.This participatory approach introduces new challenges that no previously proposed techniques have taken into account.This paper proposes an efficient localization method addressing three major technical issues posed in crowdsourcing based systems.Our novel solution facilitates 1)extracting accurate fingerprint values from short RSS measurement times 2)calibration-free positioning across different devices and 3)maintaining a single fingerprint for each location in a radio map,irrespective of any number of uploaded data sets for a given location.Through experiments using four different smartphones,we evaluate our new indoor positioning method.The experimental results confirm that the proposed scheme provides consistent localization accuracy in an environment where the device heterogeneity and the multiple surveyor problems exist.Key Words:Wireless Localization Technology;Indoor Localization;Crowdsourcing;Wi-Fi Fingerprint Localization 基于WiFi 信号的室内定位方法 -V-目 录 摘 要.2 Abstract.IV 引 言.1 1 相关技术研究现状及开发环境.4 1.1 室外定位.4 1.2 室内定位.5 1.3 开发环境.7 1.3.1JDK 的安装和 Java 环境变量的设置.7 1.3.2 安装 Eclipse.7 1.3.3 安装 Android SDK.7 1.3.4 安装配置 ADT.8 2 需求分析.9 2.1 背景.9 2.2 功能需求.9 2.3 其他需求.9 2.4 系统层次结构图.10 2.5 系统用例图.10 3 系统概述和挑战.12 3.1 概述.12 3.2 挑战.13 3.2.1 短时间的 RSS 测量.13 3.2.2 设备的多样性.13 3.2.3 一个位置多个测量值.13 4 系统设计.15 4.1 总体设计.15 4.2 模块设计.15 4.3 界面设计.16 5 系统实现与实验.17 基于WiFi 信号的室内定位方法 -VI-5.1 指纹值的提取.17 5.1.1 AP 响应速率.17 5.1.2 RSS 随时间的变化.17 5.1.3 提取方法.20 5.2 定位算法.22 5.2.1 相对 RSS 比较.22 5.2.2 异构设备.27 5.3.3 多个测量人员.29 6 测试与评估.30 6.1 实验装置测试.30 6.2 成对装置测试与评估.30 6.3 设备异构性测试与评估.33 6.4 对于多个测量人员的影响的评估.37 7 探讨与展望.39 7.1 探讨.39 7.2 展望.39 结 论.41 参 考 文 献.42 致 谢.44 引 言 位置信息在人们的日常生活和工作当中扮演着重要的作用。无论是在郊外、展览馆还是公园等陌生的环境中，使用定位导航信息可以为观众游览提供更加便捷的服务；在仓储物流过程当中，对物品进行实时的定位跟踪将大大提高工作的效率；在监狱等特殊环境中，及时而准确地掌握相关人员的位置信息，有助于提高安全管理水平，简化监狱的管理工作。目前全球定位系统(GPS,Global Positioning System)1-3是获取室外环境位置信息的最常见和最常用的方式。近年来，随着无线移动通信技术的快速蓬勃发展，GPS 和蜂窝网络相结合的 A-GPS(Assisted Global Positioning System)定位方式在紧急救援和各种基于位置的服务(LBS,Location-Based Services)中逐渐得到了应用。但由于卫星信号较为容易受到各种障碍物的遮挡，GPS/APGS 等卫星定位技术并不适用于室内或高楼林立的场合，目前无线室内定位技术正在迅速发展，且已成为 GPS 的有力补充。如今一般来讲，使用无线信号强度来获取目标位置信息的过程，其实就是建立无线信号强度和位置信息稳定映射关系的一个过程。现有的室内无线定位系统主要采用的是红外、超声波、蓝牙、WiFi(Wireless Fidelity)、RFID(Radio Frequency Identification)等短距离无线技术。其中基于 WiFi 网络的无线定位技术由于部署广泛且低成本较低等原因而备受关注。目前来看，其中由微软公司开发的雷达系统是基于 WiFi 无线网络的最早的定位系统。它采用的是射频指纹匹配的方法，从指纹数据库中查找最为接近的几个邻居，取它们坐标的平均来作为估计坐标。室内定位系统5介绍的则是基于RSSI 信号的统计特性，它采用的是贝叶斯公式，通过计算待定位位置的后验概率分布来进行定位。全球定位服务其主要发展的区域包括了亚太、北美以及欧洲这三个大市场，其中以亚太市场发展最为快速和较早，尤其是日本和韩国这两个国家。在日本市场中，由于移动数据服务市场竞争较为激烈，为了能够提供更多的和更好地增值服务，日本一些运营商早在 2000 年就已经开始推出了移动定位服务。通过和平台供应商以及增值服务商合作，日本的 LBS 服务内容变得愈加丰富。目前，韩国已经制定了隐私权保护的法令，同时也成立了一些定位服务的产业协会，这些举措驱动了其定位服务的快速发展，而主要的 LBS 运营商，例如 KTF、SKT、LGT 等都推出了相关的 LBS 应用，其内容丰富，包括了商业(广告、出租车呼叫、移动付款、移动商务)和个人(紧急救援、老人、儿童追踪)市场，促进 LBS 产业快速发展。然而在 2006 年后，随着北美业者因应 E911(紧急救援服务)政策系统设备 更新的逐步完成，VefizonWireless、SprintNextel 等运营商也陆续开始推广 LBS应用。在欧洲，不少类似美国 E911 的紧急救援法令也被颁布了出来，不过出于对技术的更新或者是投资回报率的考虑，都采取了较为保守的策略，对比于亚太与美国业者，其基于 WiFi 技术的定位系统的设计与实现的发展程度是相对落后的。相比一些西方国家来说，国内的 WiFi 网络建设还是相对起步较晚的，但是最近几年发展比较迅速。例如，上海就在 2010 年前建立起了能够覆盖全市的无线网络；北京也在 2009 年底以前在五环范围内普及无线宽带高速上网；其他许多的城市也相继开始了较大规模的无线网络的建设。在法律层面上，个人位置服务的发展还涉及到保护用户隐私的问题。在民法中，我国法律对公民的名誉权进行了保护，然而对于用户位置的隐私却是没有进行明确规定的。这一立法上的相对滞后，可能会影响到整个 LBS 产业的发展。如何促进用户认识各种增值应用服务，并且产生有效的需求和使用的习惯，已然成为了 LBS 市场的关键性问题。由于相关的创新涉及到了许多跨领域的合作，目前我国的 LBS 创新还较为匮乏。但是国内已有一些公司开发出基于 WiFi 技术的实时的定位解决方案。“离线采集阶段”一般可以分为两类，这取决于到底是谁收集到的指纹数据。基本的“Expert Surveyor”模型是被首次研究的。该模型提供了一个稳定并且精确的无线电地图，但是它陈本高昂，因为该模型需要的所有工作，从最初的无线电地图构建任务到后来的零星的维护任务，都必须由训练有素的专家来完成。由于成本随着测量现场尺寸的增加而增加，最近一些研究人员已经开始研发新的系统，使得普通的用户可以参与到离线采集阶段。这种基于“众包”的模式能明显降低地图的构建和维护所需要的成本，但是随之而来的它也产生了一系列问题，带来了新的挑战。本文详细研究了存在于一个众包的室内定位系统当中的三个主要技术问题。第一个问题是，不采用专门的测量人员。不同于专家级别的测量师，可以为了建立指纹数据库而花费足够长的测量时间，在一个众包系统当中测量人员都是志愿者，他们不应该被迫的去牺牲掉自己的时间和设备资源来进行指纹数据的采集。无线电地图应该提供可靠和准确的指纹数据，并且它的建立应基于短时间的 RSS测量。其次，由于数据采集过程当中对于设备的类型和数量没有约束。用户携带着不同的设备，这就导致了一个无线电地图的建立是在来自不同设备的 RSS 值的基础上的。由于不同的设备可能会有着不同的芯片和天线设计，通过不同设备采集到的 RSS 测量数据就或多或少的会有所不同，甚至当他们被放在完全相同的位置时也是一样。因此，能允许设备的多样性的这样一种技术是必要的。最后，没有指定的指纹采集点也可能产生问题。由于无线电地图的更新是通过未经训练过 的无集中控制的自由用户所更新的，不同的用户可以上传自己的指纹数据，这些被采集的数据采集于不同的位置然而却有着同样的位置标签。多个指纹数据却表明同一个特定的位置，这不仅仅会导致估计位置时间变长也会导致在无线电地图服务器上存储空间的浪费。考虑到这三个问题本文提出了以下观点：（1）我们分析了 RSS 的特点，它的测量过程可以不需一分钟时间。在已有研究的基础之上，我们提出了一个可以在每个 AP 提取到可靠的单个指纹值的方法，而该方法是能够保证在短时间内测量 RSS 的。（2）我们提出了一种新型的室内定位方法，该方法适用于异构设备并且不需要其他复杂过程的校准。（3）我们还证明，该方法解决了多个测量人员的问题且无需任何校准。（4）通过使用多个手机在不同情景下的真实实验，我们对我们的定位技术的性能进行了评估。1 相关技术研究现状及开发环境 1.1 室外定位 近些年来，随着无线通信技术与网络技术的不断发展和全面的普及，各种新业务与新需求更是层出不穷，其中位置感知计算(Location-aware Computing)和基于位置的服务 LBS 在人们的生产和生活当中起到了至关重要的作用，如何确定用户位置是实施前述应用的首要的问题，因此定位技术是位置感知计算和基于位置的服务的核心问题。根据应用环境与场景的不同，定位技术大致可以分为室内定位技术和室外定位技术两种。室外定位系统主要有蜂窝定位和全球定位系统 GPS。蜂窝无线定位即手机定位，是基于移动蜂窝网的基站定位，其定位精度依赖于基站的分布和基站信号的覆盖范围的大小。1996 年，美国 FCC 颁布了E-911(Emergency call 911)条例提出了相关的技术要求，要求移动通信提供商必须为用户提供能够达到定位准确度在 125m 以内的室外定位服务，自 2001年以后，美国 FCC 提出了更严格的准确度和三维空间定位的需求。在政府的相关要求和市场巨额利润的驱动之下，基于蜂窝移动网的定位技术得到了广泛的应用。美国的 GPS 系统是目前使用最为广泛、用户人数量最多的全球性定位系统。GPS 系统由 24 颗卫星组成，在任何时间、任何地点地面接收终端都可以同时接受到 4 颗以上的卫星发出的信号。根据电磁波的传播原理，通过卫星信号的到达时间差来计算出搜索到的卫星和终端用户之间的距离，采用三边定位法6计算出终端用户的具体的位置，其民用定位精度可以达到 15m 以内。同时，其他的国家也陆续研究开发出了具有自主知识产权的定位系统，其中包括中国的北斗卫星定位系统、俄罗斯的 Glonass 定位系统和欧盟的 Galileo 定位系统。但是在城市环境中，由于 GPS 卫星发射的电磁信号太过微弱，楼宇等建筑物阻碍了卫星信号的传播，所以导致了所谓的“都市峡谷”（Urban Canyon）效应，使得 GPS 系统无法正确和准确的定位。因此，虽然 GPS 系统在室外环境能够有效地进行定位，但是在室内环境中却无法进行有效的定位。以上所述的两种定位系统是应用较为广泛的室外定位系统，但应用于室内的时候，这两种定位系统并不能够提供很好的定位服务。首先，由于室内环境复杂因素较多，信号在室内传播的情况要复杂于室外传播的情况。其次，室外定位应用大都是开阔的环境，几十米的定位误差并不会影响用户的真实使用感受；但对于室内定位应用而言，需要将定位的精度控制在若干米以内，才能为用户提供可 具使用性的室内定位系统。针对室内定位的难点，即克服信号受到环境噪声的干扰，对移动用户的快速定位，对定位精度的高要求，国内外许多的研究人员都进行了有针对性的研究和探索，这些研究涉及到无线网络、传感器技术、随机信号处理等众多交叉领域。1.2 室内定位 在过去的十几年当中，许多的室内定位技术已经被提了出来。其中，使用现存的 WiFi 网络基础设施的技术已经引起了人们越来越多的特别的关注，由于如今室内环境当中的无线接入点的普及，这样的技术更加引起了研究人员们的关注。此次的工作建立于一个基于众包（也被称为“Organic”）的方法，并处理对于存在于一个特定的位置的设备异构性和多个测量人员的问题。早期的室内定位技术要求用专业的硬件来确定设备的位置。系统 Active Badge8和 Active Bat9，使用带有标签的发射的红外线和超声波脉冲的方法。其中 Active Badge 是开发最早的位置感知系统，该系统使用红外线信号进行定位。待定位用户携带一个红外线发射终端，该设备每隔 10 秒钟向外发出一个全局标识号，当固定在室内的红外线接受设备收集到此类信号时，即可估计出用户所在房间，因此系统的定位精度只能达到房间大小。该系统有如下几个缺点，首先，系统的作用范围受限于红外线的传播距离，其次，由于需要额外安装红外线发射接收装置，将产生高昂的安装和维护成本。在 Active Badge 的基础上，AT&T 的研究人员将无线电和超声波两种信号结合起来，根据超声波的传输时间计算出待定位用户和各接收器之间的距离。由服务器使用三边定位法计算出定位用户的估计位置。此系统的准确度高，定位精度在 95%的情况可以控制在 9cm 以下。但是，这种超声波测距系统需要布置很多接收器，而且必须在可视范围内，因此接收器的位置也对定位结果有很大影响。所以此系统虽然定位精度高，但系统的布置难度大，成本较高。这些都是基于通过放置在建筑物中固定的传感器的检测的。Cricket10和 Cricket Compass24，使用的是射频和超声波组合的技术。采用 RFID 的技术25,26也被提出了。后来的系统使用现有的在建筑中的基础设施，并且依赖于无线电频率信号测量。射频信号首先被用于 RADAR12用于室内定位的目的。RADAR 是由微软于 2000 年提出的室内定位系统，也是最早的使用 WLAN信号作为定位依据的定位系统。该系统在 WLAN 信号覆盖范围内，在一些物理位置点采集各个 AP 的 RSSI 值，把物理坐标和各个 RSSI 值组成一个指纹，最终把多个指纹存入到数据库形成 Radio Map。当 Radio Map 构建完成之后，在实时定位阶段，由待定位终端收集周围可见 AP 接入点的 RSSI 值，形成一组相关联的信号观察值。最后使用最近邻算法与 Radio Map 中的数据进行匹配，选出 最匹配的估计位置，即为定位位置。越来越多的最近的许多研究人员都把注意力集中到了使用 Wi-Fi RSS 数据的技术上。通过无线网报道接口卡22的研究分析了接收到的信号强度值的性能。一般来说，对于定位，使用信号强度值的技术要么是基于三角测量的方法11或者是基于预先存储的 WiFi 指纹并进行对位置的估测。最近的系统27,28，使用概率的方法预测一个 Wi-Fi 设备的定位技术。概率型定位算法一般采用贝叶斯估计理论，通过不同的似然函数，如基于核函数的似然函数，计算目标位置的后验概率，并取后验概率最大的位置点作为目标的最终位置估计。概率型定位算法具有较高的定位精度和定位鲁棒性，但计算量相对较大。在这些系统当中，“训练”阶段也就是“离线采集阶段”，需要在系统中使用一组标记的数据集来建立其内部的定位模型，也就是说建立指纹数据库。很多的研究21，研究了“离线采集阶段”中数据的量，保证数量充足并用它来测试定位系统。系统21研究了对于数据采集阶段形成指纹数据库的过程当中，对信号强度进行测量并记录测量值，发现对于每个位置大约的测量时间是一分钟。利用信号强度指纹值的基于 Wi-Fi 的系统，一般可以分为两类。在第一类当中，离线采集阶段的数据集是由有经验的测量人员采集的。在第二类当中，离线采集阶段中数据集是由用户采集的，被称为基于众包的定位15-18。由于对复杂情况的考虑，基于有经验的测量人员采集的系统工作量和成本很高，而基于众包的室内定位技术由于低廉的成本和较少的工作量被研究人员们热衷的探索。系统13,14是第一批探索这种方法的。该技术的关键的想法是使用通过参与系统的用户可以在不同地点贡献 Wi-Fi 指纹。研究并进行了室内环境中实验14讨论了令人鼓舞的结果。Park 等人15设计并部署了基于众包的定位系统，并且得到了可以和设备来驱动的系统相媲美的定位精度。最近的一项基于众包的方法是由 Ledlie等人进行的。他们把世界建模成树状层次的命名空间，并且提供了一个算法，对于在信号空间的暂时的变化明确了账号18。基于众包的定位系统中的一个主要问题是多种设备的使用，通常情况下，各种移动手机在离线采集阶段进行了 Wi-Fi 指纹的收集。这通常会导致观察到的信号强度测量值发生变化，因为不同的设备的不同的芯片设计。Park16等人探讨了这一问题，比较了可以用来缓解这一问题的各种方法。主要使用的参数是信号强度值和接入点的检测。经过研究发现，使用朴素贝叶斯分类器进行位置的预估计得到的结果是优于基于线性变换的方法的21。Arvin 等人29提出了一种无监督的学习方法，尝试自动解决在 WiFi 定位过程中的硬件差异问题。基于位置指纹的 WiFi 室内定位，大致可以将其分为两个阶段：离线采集阶段和在线定位阶段(或实时定位阶段)。离线采集阶段，通俗地讲，其目标是为了 构建一个关于信号强度与采样点位置之间关系的数据库，也就是位置指纹数据库或无线电地图。为了生成此数据库，操作的人员需要在被定位的环境里确定若干个采样点，然后通过遍历所有的采样点，记录下来在每个采样点测量得到的无线信号的特征，即是说来自所有接入点的信号强度值，最后将它们以某种方式保存在无线指纹数据库中。在第二个阶段中，当用户移动到某一位置的时候，根据他实时获取到的信号强度信息，利用定位算法将其与位置指纹数据库中的信息进行匹配和比较，并以此计算出该用户的位置。即是说，在离线采集阶段，在待定位的区域内选定一系列的参考点，在这些参考点处采集来自不同 AP 的信号强度值，将参考点的坐标和对应的 AP 的 RSS 的信息存储到指纹数据库中，建立初始位置指纹数据库，存储于服务器端；在在线定位阶段，用户将待定位点能扫描到的AP 及其 RSS 信息上传至服务器，服务器根据定位算法估算得出用户当前的位置并返回给用户。1.3 开发环境 1.3.1JDK 的安装和 Java 环境变量的设置 首先要完成 JDK(Java Development Kit)的安装，JDK 可以说是整个 Java 的核心，包括了一系列 Java 开发的东西，安装完毕后要进行环境变量的配置。要考虑的是 JDK 安装路径这个环境变量本身是不存在的，需要自行创建，创建完后则可以利用%JAVA_HOME%作为统一引用路径，其值为：jdk 在你电脑上的安装路径。其次，要配置 PATH 属性，该属性已存在可直接编辑。作用是用于配置路径，简化命令的输入，其值为：%JAVA_HOME%bin。最后配置 CLASSPATH，其值为：.;%JAVA_HOME%libtools.jar。配置完毕后，通过 cmd 运行以下命令：java-version，javac 如果出现返回信息，则说明配置成功。1.3.2 安装 Eclipse Eclipse 为 Java 及 Android 开发的 IDE。Eclipse 不需要安装，把解压包解压后，剪切 eclipse 文件夹到你想安装的地方，打开时设置你的工作目录即可。1.3.3 安装 Android SDK Andorid SDK 是 Android 管理开发包工具，提供了 Android 各级平台的开发包和工具。由于我们是独立安装，不是一体化(集成系列工具)所以需要单独下载安装 SDK。运行安装文件时把安装目录下 tools 文件夹路径设置进 PATH 环境变量。一般情况下，当到安装目录运行 SDK Manager 时，会发现什么平台和工具也 没有，需要下载回来。由于国内对 Google 部分功能的限制我并没有直接在 SDK Manager 界面进行下载而是网上下载了一个预先已安装各种平台和工具的 SDK。1.3.4 安装配置 ADT 启动 Eclipse，点击 Help 菜单-Install New Software?，点击?Add?，选取要安装的项，一路 Next 完成安装并重启 Eclipse，这样 ADT就安装完毕了。选择 Window-Preferences，在弹出面板中就会看到 Android设置项，填上安装的 SDK 路径，则会出现刚才在 SDK 中安装的各平台包，按 OK则完成配置。搭建成功后，电脑 PC 端就可以进行 Android 程序的开发了。2 需求分析 2.1 背景 移动设备的爆炸性增长，例如智能手机和平板电脑，更加快了对于更加精确的位置信息的需求。对于移动位置服务（LBS）应用的成功实现势在必行。不同于户外区域，移动节点的位置是由全球定位系统（GPS）来准确确定的1-3，目前来说室内定位仍然是一个挑战。有关室内定位的许多技术4-7已经在过去的十年当中被提了出来。关于室内定位的早期工作通常主要探讨专门设计的安装在墙壁上或天花板上的信标硬件8-10。利用红外线或超声波的系统能够保证细粒度的定位精度，然而，由于部署成本很高，它很难被大规模的部署。随着 IEEE 802.11（Wi-Fi）正在变得无处不在，利用 Wi-Fi 接入点（AP）的研究引起了人们越来越多的注意。这种方法通过比较观察到的接收信号强度（RSS）值和“离线采集阶段”建立的指纹数据库中的指纹数据来估计位置，至于优势，就在于它有效避免了专业基础设施的部署，减少了成本。2.2 功能需求 针对于 Android 智能手机用户开发此应用，主要达到了用户在短距离内进行室内定位的需求。将房间类似规划成网格状结构并选取若干采样点进行前期数据的采集形成指纹数据库保存于服务器端，定位阶段时当用户在某一点发起定位请求时，将用户的位置点信息与数据库进行匹配，匹配成功时说明该位置存在并返回给用户当前的位置，匹配不成功时说明该位置不存在。此成果可以布置于校园内或者超市内以满足用户的室内位置需求。2.3 其他需求（1）经济可行性 由于在“离线数据采集阶段”没有使用专业的测量人员和专业基础设施的部署和使用，只是依靠同学们和他们自己的手机设备分别作为测量者和数据采集装置，因此避免了能够预想到的人力、财力、物力的耗费，这在经济上是十分可行和可取的。（2）可靠性、准确性 考虑到各种环境因素以及非人为的客观因素对实验结果会造成一定程度的影响，在本工程当中，充分考虑了三个主要因素：1.短时间的 RSS 测量；2.设备 的多样性；3.一个位置多个测量值。通过工程初步试验，发现能够在大部分的定位过程中提供准确的位置信息，只有很少一部分数据显示了在误差范围内允许的定位偏差。这在本工程中是可以接受的，也初步说明了能够提供可靠性和定位精度的准确性。2.4 系统层次结构图 基于 Android 开发平台开发的“基于 WiFi 信号的室内定位系统”主要有信息采集功能、定位功能和查看信息的功能，系统册次结构图如下所示：图 2.1 系统层次结构图 2.5 系统用例图 Android 开发平基于 WiFi 信号的室内定位 采集信息 定位 查看位置信息 采集信息 定位 查看位置信位置信息 图 2.2 用例图 3 系统概述和挑战 3.1 概述 在本节中，我们简要地描述了一下我们的目标体系的一个高层次的使用场景，其中包括两个主要实体：“贡献者”或“测量师”使用位置标签在特定的位置记录和上传指纹数据，“用户”通过查询无线电地图服务器查询当前位置。在传统的基于 Wi-Fi 信号指纹的系统中，贡献者和用户通常是不同的。换句话说，贡献者的作用仅限于测量。测量师，通常是训练有素的人员，负责在每个位置使用特别设计的均匀扫描仪收集 AP 信息，目的就是为了尽可能的减少观测误差。这一“单测量师-多用户”的模型很方便在小范围内建立一个初步的无线电地图，因为它不需要校准每个扫描到的指纹。然而，它不适合于大面积范围的推广而且想要频繁更新地图数据也是不容易的。图 3.1 系统概述 不同于“单测量师-多用户”模型，我们在我们的定位系统当中采用“多测量师-多用户”的模型，也就是说任何人都可以成为一个贡献者，一个用户，或成为两者。这种参与模式具有快速的构建无线电地图指纹数据库和快速更新其数据的优点。图 3.1 简要描述了本系统的概述。这四个用户（如图 A，B，C，D）都是未经过训练的普通人，他们携带着不同的手机。在这个例子中的情况，用户A 和 B 扮演着“位置 101”的测量师的角色，二者上传测量到的 AP 的信息。上传的数据在远程服务器上经过处理并被转换成对应于“位置 101”的指纹数据。当A C D 指纹数据库 B 101 102 带有“101 位置”标签的指纹测量到的RSS 数据 带有“102 位置”标签的指纹数据 估计的位置 用户 C 查询他自己的当前位置信息时，如果用户 C 的 RSS 测量值与用户 A 或者用户 B 其中的一个相匹配的话那么服务器向其返回“位置 101”。这种众包的方法已经在最近的许多研究当中被采用。然而，他们没有指出本文接下来小节所要说到的三个相关技术问题。“离线采集阶段”中测量用户收集 RSS 数据并建立指纹数据库与“在线定位阶段”是同等重要的，因为位置的估计是完全基于无线电地图的信息的，也就是说完全基于“离线采集阶段”搭建的指纹数据库。然而，以往的研究似乎忽略了这一点。他们大都宁愿专注在线阶段，打算通过统计或概率的方法来减少定位误差。然而，只仅仅通过校准一边来提高定位精度是有限制的。显而易见地，如果测量得到的 RSS 指纹数据值构建的指纹数据库与那些经过特别训练的人员采集得到的指纹数据库相类似时定位精度便可以提高。本论文的