基于无线与PDR的室内定位App的研究与实现

桑新欣

摘 要：當今社会，GPS定位技术的不断成熟与发展，手机导航App应运而生，例如：高德地图、百度地图等等。手机导航App的出现让人们的出行不再是一个令人困扰的问题，让人们的生活更加便捷，不再需要纸质地图来帮助自己到达目的地。目前，室外导航App的技术已经相当成熟，但是室内导航技术并不是很完善。只有一些比较大的商场、停车场、学校等场所，会有楼层信息或者商铺位置等简易导航信息，并不能像室外导航App给用户规划路线。为了解决室内导航信息简易的问题，提出了一个基于无线与PDR技术的室内定位App的想法。本文对于如何实现基于无线与PDR[1]的室内定位App做出了详细的阐释以及实现过程中的核心技术的研究论述。

关键词： 室内定位;室内导航;无线技术;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

由于全球定位系统（Global Positioning System， GPS）日渐普及，室外定位技术已经非常成熟， 但是，在室内接收的GPS信号非常微弱，近乎不可使用。据调查表明，人们80%以上的时间均处于室内环境，随着社会现代化建设的不断发展，大型建筑正日益增多，室内位置服务的需求也不断增加，室内定位导航已然受到各类社会群体的高度关注，其在医疗、经济、科技、服务等多个领域都获得了广泛应用。商业及个人位置服务、时空大数据挖掘、应急救援、安全监控、大型场馆管理、特殊人群监护等领域都需要使用准确的室内定位信息。市场上已有的室内定位系统为不同的企业公司提供更适合其使用的版本，甚至为有特定需求的公司推出定制化生产，而本文研发的寻路软件设计更加灵活，变更容易，使用群体更为丰富，甚至可以普及到小型商场、各省市的大型建筑，这样就缩减了设计流程，而且使室内定位系统具有可观应用前景。对此拟展开研究论述如下。

1 系统简介

1.1 技术背景调查和本系统技术概述

目前来说，有些大型商场、停车场等等，已经实现立体式室内导航。但是，在动态定位上却仍待完善，不能像室外导航一样为行人智能生成路径。因此，对于一些特殊人群来说提供室内导航已显得尤为迫切。时下，室内定位的研究大体可划分为：红外线、超声波、射频识别、蓝牙等几大类。这些定位系统往往需要添加额外的硬件设施，系统设计复杂，部署成本高。

在定位技术上主要包括3种，即：WiFi技术、iBeacon[1]、UWB[2]。其中，WiFi技术用得最多，WiFi技术覆盖领域多、普及率高、没有误差积累，但是却有着节点密度太低、定位不精确的缺点，不能有效应用于准确的室内定位中;iBeacon在近距离、低能耗、普及范围广等方面则占据显著优势，但是其定位精度只能达到区域定位，最大传输射程易受位置、现场布置、障碍物的影响。室内障碍物较多，易影响定位效果的准确性;UWB定位成本低、保密性好、抗多径干扰，但是UWB在定位时需要由定位者额外佩戴标签，定位过程复杂、且不方便。

本系统采用的是结合WiFi技术和行人航迹推算（Pedestrian Dead Reckoning，PDR）[3]构成WiFi-PDR组合定位系统。由于WiFi定位时单点定位误差大，但没有误差积累;PDR算法具有短时间内定位精度高与定位误差随时间积累逐渐增大的特性。因此，构成的WiFi-PDR组合定位系统既能达到较高的定位精度，又能提高定位结果的可靠性。

4.3 室内导航路线规划

用户可以输入拟达到的目的地，系统会自动规划路线。用户可以选择自己查看路线，也可以打开语音播报按钮，根据语音提示达到目的地。语音播报功能会方便老人和孩子使用此系统，也可以提高用户的使用体验感，增强系统的可用性和人性化设计。用户到达目的地后，可以分享此条路线，则此路线会被发送到服务器端，存储到数据库中，为其它用户提供路线选择方案。另外，用户也可以不分享此条路线。系统通过统计用户分享路线的次数，会给予相应的奖励，以此来鼓励用户积极地规划或分享路线。路线规划界面如图6所示。

5 结束语

本系统通过对WiFi定位技术和PDR算法的深入探讨与合理利用，同时利用无迹卡尔曼滤波算法对行人航迹推算结果进行滤波，减少手机传感器、加速度器等对行人航迹推算结果带来的累计误差，从而提高系统对行人定位的准确性。本系统实现了点对点行人航迹的推算与路径的自动规划，利用众包模式获取手机室内的信息。由每个用户个体来提供数据，大大地减少了收集室内信息以及录入室内信息的成本和劳动力。而将室内信息数据共享在服务器端的数据库中，则减少了App本身所占用的收集内存。本系统作为在室内定位技术研究领域的一部分，可为人们的生活带来便捷，后续也将会对其不断地加以改进与完善。

参考文献

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