GPS+WIFI室内外混合定位服务系统研究

章嫚娜　王玉槐　曹世华++张慧熙++谢晓婷

摘 要： 以GPS作为室外定位方式、WIFI作为室内定位方式，研究了基于GPS数量的终端自适应定位模式选择及自动切换策略。开发了基于高德地图的服务器程序和Android终端位置定位信息推送软件，实现了实时位置服务信息自动推送。经校园环境下测试，该系统能按照部署测试点进行相关信息的推送服务。实验测试表明，GPS和WIFI定位精度分别可达40m和30m。

关键词： 自动切换策略； 高德地图； 定位； 信息推送

中图分类号：P228.4 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）03-12-03

Research on indoor and outdoor location service system with GPS & WIFI

Zhang Manna1， Wang Yuhuai1， Cao Shihua1， Zhang Huixi1， Xie Xiaoting2

（1. Qianjiang College， Hangzhou Normal University， Hangzhou， Zhejiang 310036， China； 2. Hangzhou Normal University）

Abstract： Taking GPS as an outdoor locating method and WIFI as an indoor locating method， the adaptive locating mode selection and automatic switching strategy based on the number of GPS are studied. The software is developed based on Amap server and Android terminal， to realize the real-time location service information push. In the campus environment， the developed system can be carried out in accordance with the deployment of the test points to push the relevant service information. The experimental tests show that the locating accuracy of GPS and WIFI can reach 40m and 30m respectively.

Key words： automatic switching strategy； Amap； locate； information push

0 引言

定位服务攸关国家安全、经济发展和社会民生，在新一代信息技术这一战略性新兴产业中，处于举足轻重和不可或缺的地位，在物联网、智慧地球、节能减排、救灾减灾等领域发挥着重要的基础性支撑作用。目前，世界各大卫星GPS系统对高山、海洋、城市等室外环境都能进行精确的定位。但对室内环境进行定位时，由于墙体等遮挡物的影响，精确度极大降低，有时甚至接收不到信号，无法定位。WIFI定位已得到广泛应用，但其覆盖能力有限。如何将室外定位与室内定位协同是定位服务应用发展的一个关键，也是未来的发展趋势[1]。

本文主要研究实现室外GPS、室内WIFI的混合室内外协同定位，通过终端自适应选择定位模式，辅助定位方式无缝自动切换，然后利用聚合衰减模型定位算法，提高定位的精确度并且实现了实时位置服务信息自动推送。

1 定位原理及混合定位实现策略

1.1 系统定位原理

当应用程序向服务器发起定位请求时，服务器根据当前的GPS/WIFI信息生成相对应的定位依据。服务器根据请求的定位依据评估出对应的坐标位置，然后根据用户的定制信息，生成定位结果返回给终端程序，定位服务系统工作原理如图1所示[2-4]。

1.2 室内WIFI定位

本文采用无线信号衰减模型，如式⑴和⑵所示，引入人工智能的聚合方式来获取移动设备在WIFI环境下的实时位置。

其中，Tx：手机端当前发射功率；d：发射器与接收器的距离；f：频率值（MHZ）。

利用该模型，生成每个基站的信号分布图。某网络基站的信号分布如图2所示。然后，根据读取到的基站列表和其信号强度向量相似度来评估位置，利用数据库中样例搜索和匹配算法计算得到经纬度，实现实时精确定位。

1.3 GPS与WIFI组合策略

针对GPS和WIFI单独定位的特点，在实现单独定位的基础上，本文提出了二者自适应选择策略。

将定位环境分为单独GPS、GPS（卫星数<=4）及WIFI、GPS（卫星数>4）及WIFI、单独WIFI四种环境[5]，并配以相应的定位方案，如表1所示。

随着定位环境的变化（如用户的移动），需要重新选择定位方案，因此需要建立定位方式的自适应选择策略。通过自适应选择策略，实现了定位模式的选择切换[6]。

2 实验测试及结果分析

以智能手机为定位终端，利用GPS和WIFI进行室内外定位测试。

2.1 测试环境

选择支持GPS和WIFI的Android4.0版本操作系统的三星GT-I9300智能手机。服务器操作系统为Windows Server，地图采用高德地图。实验场地为杭州师范大学钱江学院下沙校区。

2.2 实验结果及分析

所开发的位置定位服务系统以高德地图为基础可进行位置显示和放大缩小操作。在杭州师范大学下沙校区第二实验楼二楼和图书馆分别进行WIFI和GPS位置定位测试，手机显示在预先部署的位置，能收到推送的简单信息“欢迎来到第二实验楼二楼”和“欢迎来到图书馆”，分别如图3和图4所示。

在图书馆门口用GPS进行测试，打开手机的4G网络，信号强度较强，所以定位也较为准确，一到图书馆门口就推送出来消息“欢迎来到图书馆“。

在第二实验楼二楼WIFI定位，连接”HZUN_Teacher”，信号强度较强，所以定位也较为准确，一到第二实验楼二楼就推送出来消息“第二实验楼二楼“。测试时第二实验楼基站的信号强度分布如图5所示。实测WIFI强度值RSSI为-62dbm，设定RSSI为-70dbm。

经过实验测试，本文定位方式及定位精度数据如表2所示。

3 结论

本文以GPS作为室外定位方式，以WIFI作为室内定位方式。利用无线信号衰减模型实现了WIFI定位，利用GPS卫星数和WIFI信号强度及变化趋势，实现了GPS和WIFI定位的自动切换。开发了基于高德地图的定位及信息推送服务程序，通过智能手机（GPS、WIFI）的校园内测试。实验测试表明，GPS和WIFI定位精度分别可达40m和30m。基于室外GPS定位，室内WIFI定位研究聚合衰减模型定位算法，能提高定位的精确度，提供了一套可供参考的解决方法。

参考文献（References）：

[1] 导航与位置服务科技专项总体专家组.室内外高精度定位导

航白皮书[M]，2013.9.

[2] 田辉，夏林龙，莫志明等.泛在无线信号辅助的室内外无缝定

位方法与关键技术[J].武汉大学学报（信息科学版），2009.34（11）：3-4

[3] 田辉，夏林元，莫志明等.基于无线局域网信号的城区室内外

无缝定位技术[J].理工大学学报，2013.33（2）：2-3

[4] 董梅，杨曾，张健，王能.基于信号强度的无线局域网定位技术[J].

计算机应用，2004.12.

[5] 马燕，袁蔚林，陈秀万等.基于WIFI与GPS组合定位算法的无

缝定位方法研究[J].地理与地理信息科学，2013.29（3）：6-9

[6] 王巍.基于Semidefine Programming算法的无线传感器网

络节点定位研究[J].科技创新导报，2012.3.