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随着无线通信技术的迅猛发展和移动智能设备的广泛普及,用户对精确定位和定制化导航的相关服务需求日益增加,基于位置服务的相关应用也在网络社交、抢险救援、交通出行、智慧城市等领域发挥更加重要的作用。目前,虽然卫星的导航定位系统在室外能向用户提供优质服务,但是受信号传播的影响,室内定位的相关应用和服务受到极大限制。同时,WIFI以其方便快捷的接入方式和高效稳定的通信方式,已经成为室内通信的主要手段,使用WIFI定位也成为解决室内定位难题的有效途径。为此,本文基于WIFI位置指纹展开室内定位技术的相关研究,主要工作及创新点如下:
(1)提出一种基于K-median的改进WIFI定位算法。在离线阶段,构建真实的室内仿真环境,全面获取RSSI信号并进行预处理,选择K-median聚类算法对信号样本进行聚类,并建立位置指纹数据库;在线定位阶段,采集待测点的RSSI信号,确定信号样本所属的类别,并利用Tonimoto系数进行指纹匹配计算,最终得出待测点的位置信息。通过实验表明,本文算法与传统的KNN算法和基于K-means-KNN算法相比,定位精度有所提高,误差在3m以内的概率接近90%,算法的定位速度提高了42.93%。
(2)提出一种基于四叉树理论改进的算法,针对现有算法在指纹匹配阶段都需要遍历所有指纹,指纹匹配效率偏低的问题,采用四叉树作为数据存储结构,通过实现分区域查询,将匹配重点放在目标数据密度最大的区域,以减少查询数据的时间。通过实验表明,本文算法与传统的遍历算法和KD树相比,定位精度明显提升,定位误差在2m以内的概率达到85%以上,定位时间缩短近一倍。
(3)设计实现基于WIFI的室内定位系统。本文在研究提出各类改进算法的基础上,在终端设备和服务器上开发了相应的应用程序,其中,客户端软件实现数据采集训练、指纹数据交互和定位结果显示等功能,服务器软件实现指纹数据库的建立维护和在线指纹匹配等功能。通过实验表明,本系统各项性能表现良好,定位精度和速度达到设计要求,基本满足室内定位的各项需求。
(1)提出一种基于K-median的改进WIFI定位算法。在离线阶段,构建真实的室内仿真环境,全面获取RSSI信号并进行预处理,选择K-median聚类算法对信号样本进行聚类,并建立位置指纹数据库;在线定位阶段,采集待测点的RSSI信号,确定信号样本所属的类别,并利用Tonimoto系数进行指纹匹配计算,最终得出待测点的位置信息。通过实验表明,本文算法与传统的KNN算法和基于K-means-KNN算法相比,定位精度有所提高,误差在3m以内的概率接近90%,算法的定位速度提高了42.93%。
(2)提出一种基于四叉树理论改进的算法,针对现有算法在指纹匹配阶段都需要遍历所有指纹,指纹匹配效率偏低的问题,采用四叉树作为数据存储结构,通过实现分区域查询,将匹配重点放在目标数据密度最大的区域,以减少查询数据的时间。通过实验表明,本文算法与传统的遍历算法和KD树相比,定位精度明显提升,定位误差在2m以内的概率达到85%以上,定位时间缩短近一倍。
(3)设计实现基于WIFI的室内定位系统。本文在研究提出各类改进算法的基础上,在终端设备和服务器上开发了相应的应用程序,其中,客户端软件实现数据采集训练、指纹数据交互和定位结果显示等功能,服务器软件实现指纹数据库的建立维护和在线指纹匹配等功能。通过实验表明,本系统各项性能表现良好,定位精度和速度达到设计要求,基本满足室内定位的各项需求。