基于wi―fi的室内定位系统在智慧校园中的应用

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1、基于Wi―Fi的室内定位系统在智慧校园中的应用　　针对目前现有的室内定位系统无法很好地达到大学校园用户的一些个性化服务的定位精度要求，本文利用Android手机平台研究一种基于位置指纹的Wi-Fi室内定位系统，用于提高图书馆、实验室等场所的LBS的服务质量。该系统在在线定位阶段采用WKNN算法进行位置指纹匹配并定位，取得了较好的效果。　　【关键词】智慧校园Wi-Fi室内定位　　智慧校园是指以促进信息技术与教育教学融合、提高教学效果为目的，以物联网、云计算、大数据分析等新技术为核心技术，提供一种环境全面感知、智慧型、数据化、网络化、协作型一体化教

2、学、科研、管理和生活服务并能对教育教学进行洞察和预测的新型校园。智慧校园与传统意义上的数字化校园存在着很大的区别，首先数字化校园只是使用孤立的多媒体教室或者数字化教学资源和办公系统，但智慧校园的建设内容却涵盖更多的方面：首先校园环境建设更加节能、环保，再者教学系统建设更侧重于资源个性化定制与推荐，比如个性化的信息定制与推送服务、掌上教室、移动图书馆，最后所有的教学信息和资源能更大程度上实现互动分享，比如能利用手机实现自习室的座位预约、智能签到、教室查找及位置共享等等。由此可见智慧校园建设离不开网络建设和基于位置的服务（LBS）。但通过笔者的调查

3、研究发现：现有的室内定位系统远远无法达到大学校园用户的一些个性化要求，特别是诸如图书馆、实验实训中心等人员流动较大的室内环境。　　智慧校园建设选择Wi-Fi室内定位技术主要有如下原因：　　（1）很多支持Wi-Fi的设备都是可移动终端，具有体积较小、便于携带等优点。　　（2）LBS要求较为精确的位置定位，基于Wi-Fi的室内定位技术相对其他技术的定位精度较高，且设备和通信成本较低。　　（3）因为Wi-Fi接入点成本较低，目前大学校园里随时随地可以连入Wi-Fi网络，这也使Wi-Fi室内定位技术成为可能。　　（4）目前支持Wi-Fi的终端设备普及率

4、已经非常高，有调查显示拥有智能手机的大学生已经接近100%。由此可见，随着大学校园内Wi-Fi无线网络的迅速普及和广泛应用，基于Wi-Fi的高精度室内定位技术必将在智慧校园建设中得到更加广阔的发展。　　1Wi-Fi室内定位技术比较　　按照采用的信号测量方法，Wi-Fi室内定位技术可以分为TOA，TDOA，AOA以及RSSI等。TOA是基于信号到达时间的定位方法（TimeofArrival），通过测量信号从发射出到接收到所用的时间来估算距离，然后通过几何方法计算位置。?方法通常采用三边定位算法，至少需要信号定位基站3个。如图1所示，待测位置为P点

5、，三个基站位置分别为AP1，AP2，AP3，已测量出P到AP1、AP2、AP3的距离分别为d1、d2、d3，由几何知识可知，P点必在分别以AP1、AP2、AP3为圆心，以d1、d2、d3为半径的三个圆的交点处。P点的坐标可以由数学方法计算得出。　　TOA要求接入点AP和待定位终端P要有非常精确的时钟同步，否则会带来较大的定位误差。而TDOA（TimeDifferenceofArrival，基于信号到达时间差的定位方法）则是利用信号分别到达两个接入点AP的时间差来估计距离及P点位置的，因此该定位方法不需要接入点和定位终端的精确同步。但是不管是TD

6、OA还是TOA都需要在定位终端配置时间测量模块，所以这两种定位方法硬件成本较高。　　AOA即是基于信号角度的定位方法（AngleofArrival）。该方法根据信号从AP接入点到达定位目标的角度以及AP的位置，根据几何原理计算出待定位目标的位置。该方法要求能够精确测量出信号的入射角度，因此需要有角度测量的硬件。同时，由于无线信号在室内的传播会有多径和衍射等干扰，所以角度测量会有较大误差。所以，该方法的定位精度并不是很高。　　RSSI即是基于接收信号强度的定位方法（ReceivedSignalStrengthIndication），主要分成基于信

7、号传播模型的传输损耗法和基于指纹数据库比对的位置指纹法。传输损耗法进行定位的基本原理是：定位终端接收到的无线信号的强度与该终端到AP的距离有关，而且当终端离AP距离越近，则接收信号也越强，反之亦反。因此，可利用信号在特定室内环境中的传播模型把定位终端实时接收到的无线信号强度转换成到对应AP的距离，定位算法仍可采用三边法。但由于室内环境复杂多变，很难找到一个确切的传播模型来精确描述无线信号的衰减特性。　　相对于传输损耗法，位置指纹定位法的原理比较简单。其核心是先建立一个较为完备的位置指纹数据库，一般做法是在某一室内空间内设置N个参考点和若干AP，

8、并在每个参考点处采集该各个AP在该点的接收信号强度、MAC、参考点坐标等特征值构建出该参考点对应的综合信息，该综合信息称为位置指纹样本，N个样本构建出