基于WiFi的交通枢纽室内定位导航系统设计

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基于WiFi的交通枢纽室内定位导航系统设计

作者：李田田 胡昌龙 刘宇祺 来源：《商情》2017年第04期

【摘要】随着人们对基于位置的服务（Location Based Service， LBS）需求日益增大，以及无线通信技术的快速发展，无线定位技术成为了一个研究热点。WIFI网络具有通信快速、部署方便的特点，它在室内场所受到欢迎。近年来，国内大型交通枢纽站点的数目日益增多，经济的发展也促进了交通线路的增长，然而在大型的站点寻找目标位置，对于乘客来讲还是有一定难度的，室内定位导航在这种需求之下也应运而生。 【关键词】WiFi 室内定位 导航 0.引言

WiFi（Wireless Fidelity）“无线保真”，通过拥有众多在业界领先的公司组成的WiFi联盟的大力推动，加上W iFi自身具备覆盖范围大、无需布线、传输速率快和发射功率小的技术优势，这种技术的到了迅速的发展。由于现在的笔记本电脑、PDA和手机等都支持WiFi技术，用户也有移动办公的需求，WiFi技术被广泛应用于各个行业。WiFi网络的接入点遍布于酒店、咖啡厅、学校和医院等场所。可以说WiFi对我们生活的影响也越来越大。

定位服务市场同样发展迅速，定位服务需求量也在迅速增长。例如，医疗行业中产房婴儿防偷，贵重医疗设备的监控；商场购物时在底下停车场需要定位，顾客消费习惯收集等；监狱重点犯人跟踪。

GPS卫星定位，需要在相对空旷、高层建筑不密集的地方才能比较精确定位，在室内基本无法使用，且耗电量较高。这是因为GPS的接收机在楼群密集的城市或者室内工作的时候，由于信号强度受到建筑物的影响而大大衰减，导致定位精度低甚至不能够完成定位。因此利用广泛存在的WiFi网络，对处于楼群密集或者室内定位目标进行定位成为最佳选择技术，有着非常好的发展前景，也被很多厂商认同。

使用WiFi进行室内的定位，可以弥补GPS定位在建筑密集或者室内应用的限制，对于扩大定位服务的应用行业和范围，提高定位精度，降低部署成本，提高设备利用率，增强应对突发事件的救援能力，具有重要的社会意义。 1.基于WiFi的室内定位系统设计

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定位有主动定位和被动定位之分。被动定位主要在应用在应急场合，如在火灾现场，消防人员可以通过无线定位迅速捕捉到受困人员所在位置，从而以最快的速度将受困人解救出来。本文涉及的WiFi定位系统属于一个主动定位系统，一般用于一些服务场合，如在大型博览会，用户可以通过自己随身携带的终端设备获取自己当前的位置信息，同时系统会根据用户所处的位置将对应的目的地。

对于第二次或者多次到达某交通枢纽的用户，我们还可以与附近的商铺进行合作，将服务信息推送给用户，这样便达到了游览者和商家双赢的目的。类似的室内场合还很多，主要的应用价值在于定位用户可以获取自己在室内的位置信息，系统可以根据用户当前的位置，选择性推送相关的基于位置的服务信息，这样可以让定位移动终端用户获取较好的基于位置的服务体验。

本文设计的室内定位系统拟采用客户端/服务器架构，主要提供基本的定位功能，不同的系统使用者可以在服务器端的数据库中添加各种丰富的基于位置的服务信息，从而提供LBS。 1.1系统总体框架

C/S （Client/Server）架构，是一种典型的软件设计模式。在本文中，Client端为移动终端设备，Server端为计算机，他们的物理距离可以很远，通过一定的通信方式实现信息的交互以及任务分担。

Client程序将用户的要求提交给Server程序，然后把Server程序执行要求把结果并按照预先设定好的形式返回给用户；Server程序通常一直处于开启等待接收任务的状态，当收到Client程序提出的服务请求后，执行相应的任务把得到的结果返回给Client程序。

C/S结构中服务器端通常是一台高配置的计算机，计算处理能力较强，因此系统很多计算繁杂的工作可以提交给服务器完成。在题基于WIFI室内定位系统设计中，具体优点表现在：其一，客户端获得响应的速度快。客户端应用程序运行于移动终端上，服务器和数据库位于计算机上，当客户端发起定位请求时，服务器程序根据预定的算法，查询指纹数据库执行定位，送回定位结果，这样大大减少了移动客户端的计算工作，比起将这些工作交给计算能力较小的客户端完成，响应速度要快很多。其二，指纹数据库的储存管理对定位用户透明。在定位系统中，指纹数据库中数据的储存、读取及管理功能，是由服务器程序来进行的，定位用户无需也无权干涉这背后的工作。 1.2系统设计

定位客户端和创建数据库客户端均是安装在移动终端上，离线建立指纹数据库时，系统管理员通过手机自带的WiFi无线连接功能连到服务器所在的网络，使得客户端和服务器处在同一局域网内，并按照设定好的参考点位置在每一个参考点使用创建数据库客户端采集WiFi信息，并连同当前的位置坐标传送到服务器端。

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系统的客户端安装在手机终端上，具有检测WiFi信息、发送WiFi信息和定位请求、显示定位结果的功能。后台服务器运行于计算机上，具有接收WiFi信息，处理WiFi信息、连接读取数据库、执行定位算法、发送定位结果的功能。

在线定位时，用户启动客户端程序后，并发送一个定位请求到服务器，通过和服务器之间的socket通信进行数据传输，将扫描到的WiFi信号强度通过socket连接发送给服务器，最后接收服务器定位出的位置信息。两个模块的关系，如图2.2-1所示：

定位服务器运行于计算机上并连接到互联网。服务器主要负责辅助离线阶段指纹数据库的创建以及在线定位阶段定位的执行。开启服务器后，相应会开启一个监听线程进行socket监听，等待客户端的指纹信息传输或者定位请求。当收到创建数据库客户端的指纹信息时，服务器要将接收到的指纹信息进行处理，再连接数据库并将相应的WIFI信息存入其中。当收到定位客户端的定位请求时，服务器读取其中的WiFi信息，并读取指纹数据库中提前写入的指纹信息，执行相应的定位算法沾算出定位客户端的当前位置，并将结果返回到定位客户端。服务器端的模块图如2.2-2所示。 2.系统实现

终端设备接入WiFi后打开客户端，设定起点与终点，点击屏幕底部的“开始导航”按钮，设备进入数据获取与路径规划阶段；

服务器端计算完毕后，将数据传回客户端，并在屏幕上显示路径，并进行实时定位，向用户反馈路径信息；

如果用户与规划路径方向不相符，先弹出消息对话框进行提示，并询问是否重新规划和计算路线，经用户确认后，继续进行导航或者重新计算路线。

导航结束后，系统提示是否结束导航，如需进行新的任务，可继续重复以上步骤。 3.总结

本文研究基于WiFi室内定位技术，设计了在交通枢纽场所内，通过当前消费者广泛使用智能手机作为终端的室内定位导航系统，该系统实时获取位置信息，路径规划，商家信息推送的功能，具有部署方便，兼容性好，定位准确等特点，适合当前基于现有的WiFi无线局域网，在大中型交通枢纽场所中进行部署。该系统也存在一定的不足 ，在算法方面需要进一步进行优化以减少路径规划的响应时间。

WiFi技术的应用对于改善智能手机的用户体验是十分重要的，使得智能手机的功能性得到了很大程度的扩展。同时，随着 WIFI 技术的不断演进，其在智能手机中的应用也会呈现出不同的趋势。