基于GPS/Wi-Fi/蜂窝的无缝定位技术

刘梦绮

摘要：随着智能终端的快速普及，人们在生活和工作中越来越多地应用到位置服务，其核心要素是定位技术。而无论是基于Wi-Fi的室内定位技术还是GPS与蜂窝网络结合的室外定位技术都有各自的优缺点，因此，当前需要一种自适应的切换方法，来实现定位技术之间的平滑切换。本文描述了一种应用集合GPS定位方式、Wi-Fi指纹定位方式及蜂窝技术相结合的无缝定位方式，并在文章最后做出了自己的理解和对未来的展望。

1背景

目前应用于室外定位的主流技术主要包括卫星定位和基站定位两种。GPS定位由于在室外范围广、定位精度高和实时性强等特点，广泛应用于室外开阔区域，但不利于嘈杂繁华地区。常用的室内定位技术主要有：基于红外线定位技术、基于超声波定位技术、基于超宽带定位技术和射频识别定位技术。而基于IEEE802.11通信协议的无线局域网Wi-Fi系统以其广泛的优势已经被普及到家家户户，更具有发展潜力。

随着移动通信建设步伐的不断加快、用户的不断增长，在大中城市的室内外区域已经基本可以做到蜂窝覆盖。由此可以利用移动通信网络信号覆盖的方式，弥补GPS信号、Wi-Fi信号的覆盖盲区。基于以上分析，结合各种资料，本文描述了一种应用集合GPS定位方式、Wi-Fi指紋定位方式及蜂窝技术的无缝定位方式，并做出自己的理解和对未来的展望。

2涉及到的关键技术

2.1 GPS系统定位

GPS由空间星座部分、地面监控部分与用户设备部分三部分组成。其中，位置与导航信息是由用户设备自己的接收机通过三点定位计算得出。如果考虑到卫星系统及GPS时钟的误差，还需增加第四颗卫星。

2.2 Wi-Fi位置指纹定位技术

Wi-Fi位置指纹定位可以分：针对室外的应用及针对室内的应用。位置指纹定位算法主要由离线训练阶段和在线定位阶段构成。离线训练阶段的主要任务是：1在所需定位区域使用笛卡尔坐标系确定室内位置并选取合适的参考点;2采集该参考点的指纹信息，加上物理位置信息直接或者间接的映射关系创建数据库;3利用移动终端所测量到的数据进行匹配，最后估算出移动用户的位置。

位置指纹定位的精度与在线定位阶段的匹配算法息息相关，其中最常用的两种算法为最近邻算法和K近邻算法。

2.3无缝定位解决方案

无缝定位技术是指在人类活动的不同场景下融合多种定位方式，在不同场景下平滑连接和无缝过渡，最终实现无时间无地域限制的定位技术。其关键在于多种定位技术联合模式下的自动切换、选择、集成和平稳过渡。

如何设定切换阈值来平衡切换方式的可靠性以及切换速率，仍旧是无缝定位技术未来的一大重要方向。

3 对无缝定位技术的理解

无缝定位技术关键在于多种定位技术联合模式下的自动切换、选择、集成以及平稳过渡，保证各种场景下定位精度和覆盖范围的平滑过渡和无缝连接。

应用于室外定位的主流技术主要包括卫星定位和基站定位两种。GPS和基站定位技术基本满足了用户在室外场景中对位置服务的需求。常用的室内定位技术多种多样，比如基于RFID的定位技术，超宽带、蓝牙、ZigBee等。Wi-Fi定位技术受到研究者的青睐。但Wi-Fi也存在着覆盖盲区。目前基于Wi-Fi的各种项目仍旧处于研究过程。

室内外无缝定位技术的研究与发展对提高人们的生活品质有着十分重大的现实意义，并且能够推动整个定位导航业务的发展，从而更好地造福于人类。

4 小结

有关定位技术已有若干年的发展历史，对人类社会和生活造成了极大影响。除了文章所提到的定位方法，各国还有很多的相关成果正处于研究阶段或者已经投入正式使用。但各种定位技术都有优缺点，适合于不同的应用领域。未来的定位技术发展趋势应该是融合现有方法，平衡各种定位技术，模糊室内外界限，提供交互机制标准，使得人们在任何场合都可以进行实时精准定位。同时，人们对于定位技术的安全性应该给予更多的关注和考虑，实现合理安全高效的应用。

（作者单位：郑州大学软件与应用科技学院）