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摘 要

在室内环境下由于障碍物的遮挡，室内定位就无法依靠全球定位系统（Global Positioning System, GPS）来提供了，本文介绍了利用目前大量普及的Wi-Fi信号和早已是随处看见的Android智能手机，设计和实现了一套基于位置指纹定位算法的室内定位系统。该系统根据移动客户端接收到的Wi-Fi信号强度并与本地数据库中的信息进行比对，以此来确定客户端的位置信息。该系统可以应用在博物馆、校园、酒店等许多覆盖有Wi-Fi信号的场所，基于Android终端的客户端软件可以用来方便地查询用户所处位置信息，为用户提供位置定位和导航等基础服务。

关键词：室内定位 位置指纹算法 Android

The design and implementation of location service client software based on smart phone

Abstract

In the indoor environment, due to the obstacles blocking, indoor positioning can not rely on Global Positioning System to provide, the article describes the use of the now-ubiquitous WI-FI signal, and the widespread popularity of Android smart-phones, Design and Implementation a position fingerprint localization algorithm based indoor positioning system. The system based on mobile client receives the Wi-Fi signal strength and alignment with the information in the local database, in order to determine the client's position information. The system can be applied in a museum, school, hotel and many other place, covered with Wi-Fi signals based on Android terminal client software can be used to query the user conveniently the location information, to provide users with positioning and navigation and other basic services.

Key Words : Indoor Positioning；Location fingerprint algorithm；Android

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文的主要工作和安排 3

1.3.1 本文的主要内容包括： 3

1.3.2 论文结构安排 3

第二章 基于位置指纹的室内定位技术 5

2.1 基于室内位置指纹的基本原理 5

2.1.1 位置指纹定位原理 5

2.1.2 接收信号强度和距离的关系 6

2.1.3 室内位置指纹定位的主要影响因素 7

2.2 主要定位算法 9

2.2.1 不确定性算法 9

2.2.2 确定性算法 10

2.2.3 KNN算法的介绍 10

2.3 本章小结 11

第三章 定位系统设计与实现 13

3.1 系统概述和结构介绍 13

3.1.1 系统概述 13

3.1.2 系统结构介绍 13

3.2 离线训练阶段 16

3.2.1 室内地图的获取 16

3.2.2 离线数据库的建立 16

3.3 在线定位阶段 18

3.3.1 定位算法的设计 19

3.3.2 移动终端Wi-Fi功能的设置 19

3.4 系统的实现 20

3.5 本章小结 21

第四章 Wi-Fi定位系统的测试与调试 23

4.1 测试目标 23

4.2 移动客户端模块功能测试 23

4.2.1 数据库与AP信息读取模块功能测试 23

4.2.1 定位模块的测试 25

4.3 本章小结 27

第五章 总结与展望 28

5.1 论文工作总结 28

5.2 下一步工作方向 28

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

近年来移动互联网络技术快速普及，以智能手机为代表的移动终端已经成为了这个年代一个标志性的客户端工具。而今,使用者对智能终端的要求也发生了很大的变化，智能手机、智能手表和平板电脑等智能终端不是只为人们提供简单的通讯功能，使用者对它的其他方面的功能也有越来越高的要求。^[1]如今的移动智能终端功能越来越强大，除了可以提供拍照、录像、聊天服务外还可以使用它来购物、游戏、办公等，除此之外还能为人们的生活工作提供所需要的信息服务。因此智能移动终端软件的开发和应用还有着很大的上升空间与市场前景，而提供移动位置服务的智能终端定位的服务即是其中一种引人注目并且与人们日常工作生活密切相关的服务。^[2]

全球定位系统（Global Position System, GPS）的出现极大的方便了人们的外出，人们只需一个移动设备就可以很方便的获得精确的地理位置服务。因为人们大部分时光还都是在室内度过的，而在室内时又存在各种障碍物的遮挡阻隔，室内的位置服务就没法通过GPS来提供了。为了解决这一问题，就需要设计一种专门针对室内环境下的位置服务系统，因此基于Wi-Fi的室内定位技术逐渐发展了起来。

现在很多的电子产品例如平板电脑、智能手机和笔记本电脑等都支持Wi-Fi技术和配备Wi-Fi硬件，而且现在在酒店、快餐店、车站等很多室内环境下都分布着Wi-Fi接入点。^[3]室内定位服务市场随着Wi-Fi技术的迅猛发展也得到了很大的发展，如今，室内定位服务已被广泛应用于人们生活中的各个方面，例如：跟踪资产，对老年人进行支持和辅助，另外像在机场中指引顾客前往他们想去的地方，在消防现场帮助消防员进行室内的位置定位，在大型图书馆中引导读者前往想要寻找的书籍，在大型连锁宾馆中帮助顾客找到想要去的房间等等一系列的应用，这些应用的基础就是室内定位系统。

本课题要完成一个基于智能手机的位置服务客户端应用软件，实验使用Android作为开发平台。Android是Google公司在2008年推出的是一种开源的，以Linux内核为基础的操作系统，主要在智能手机端使用。^[4]在最近这些年里，智能手机厂商大力支持这种系统，使得Android系统展现出了极其强大的发展潜力，目前已经成为市场占有率最高的手机操作系统了。Android智能手机的出现极大的改善了人们的生活与工作方式，它可以安装种类繁多的应用程序，为手机增添了更多丰富的功能。

1.2 国内外研究现状

说到无线定位技术，它其实最早是从远洋航行、导航和军事领域逐渐衍变出来的。^[5]最初的车辆定位系统早在二十世纪六十年代就已经使用了，可是该项技术那时的使用范围还是十分小的，只是运用到了医疗以及运输等少数领域中。到了二十世纪八十年代就有了GPS和蜂窝网络移动通讯技术，这使得通讯业来到了一个无线通信时代并引起了导航和定位服务的一场巨大变革。当前大多数远程航海和长途航行都需要使用GPS来提供位置服务，它有着定位精准，可在各种天气环境工作，受环境影响小等优势。^[6]九十年代后期开始着手开发移动网络定位系统的人不断增多，由此打开了研究无线定位技术高潮的大门。今天在移动网络的广泛使用和移动终端的快速推广下，位置服务迈入了室内定位的时代。

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