基于手機信號強度的車輛定位方法研究

1、畢業(yè)論文 基于手機信號強度的 車輛定位方法研究學(xué) 院： 機械與車輛學(xué)院專 業(yè)：交通工程姓 名：陳守信 學(xué) 號：080402011028指導(dǎo)老師： 林科 王宏甫職 稱： 助教 教授中國·珠海二一二年五月北京理工大學(xué)珠海學(xué)院畢業(yè)論文誠信承諾書本人承諾呈交的畢業(yè)論文基于手機信號強度的車輛定位方法研究是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻(xiàn)，論文使用的數(shù)據(jù)真實可靠。本人簽名： 日期： 年 月 日北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2011屆本科生畢業(yè)論文基于手機信號強度的車輛定位方法研究摘 要在GPS定位受限制較大的城市區(qū)域，利用手機信號強度實現(xiàn)車

2、輛定位是切實可行的措施。本文主要研究內(nèi)容是建立手機信號強度距離數(shù)學(xué)模型，利用手機獲取周圍相鄰基站的地理坐標(biāo)位置，通過算法計算出手機的地理坐標(biāo)位置，并使用android語言開發(fā)設(shè)計手機軟件實現(xiàn)定位功能。GPS對天氣和環(huán)境要求較高，尤其在大城市的復(fù)雜環(huán)境中，采用GPS定位精確度很低甚至不能定位，而大城市中的基站覆蓋率非常高，利用手機信號強度計算出與周圍相鄰基站的距離，從而實現(xiàn)車輛定位大有可為。關(guān)鍵詞：信號強度 android 基站 車輛定位IIThe Simulation and Assessment of VMS Induction Base on The Signal strength of

3、Mobile phoneABSTRACTReal-time traffic flow induction is a viable traffic management and control measures which is to ease traffic congestion, variable message signs (VMS) is the major development direction by the traffic flow induction. The paper studies through the real road networks Paramics(Paral

4、lel Microscopic Simulation)model, used the road traffic density levels to select the traffic management and control measures which is in order to simulate the behavior of path to re-election by the participants under the traffic induced in the VMS, simulation the induced real situation of network tr

5、affic flow after set up the variable message signs(VMS), which examine the effectiveness of VMS induced and provide the practical and reliable optimization data of the VMS service to network. In Paramics, using add application program interface (API) to implement VMS induced model, using the API fun

6、ction in the Paramics construct the networks control and incentive strategy which under the VMS information induced, embedded into the main simulation module, to realization of VMS induced, networks control and optimization strategy. Through the case study, contrast the simulation data in the Parami

7、cs, found under the VMS induced the distribution of traffic flow in network become more rational, the network congestions situation was eased.Key words: Paramics, VMS induced, simulation evaluation 13一、 研究的現(xiàn)狀及其意義移動定位（Mobile Location）技術(shù)是基于目前較為普及的GSMGPRS 無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋對手機終端進行實時位置捕捉的新型技術(shù)，只要手機開機又能收到網(wǎng)絡(luò)信號，那么其所處的位

8、置便隨時能被掌握。無線移動網(wǎng)絡(luò)是以小區(qū)(Cell)作為最小位置單位，當(dāng)手機處在不同的小區(qū)或在小區(qū)之間進行移動切換時，不同的小區(qū)號便確認(rèn)了手機的實際位置。由于移動網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)號是全球唯一的，該機對應(yīng)的實際地理位置也是全球唯一的。移動定位技術(shù)在電子地圖的顯示下或在地理信息數(shù)據(jù)庫的支持下，可以實時地顯示、跟蹤、處理單個、多個、群組的人、車或物的位置。手機在全球已經(jīng)非常普及，通過手機定位就可以實現(xiàn)車輛定位。本論文使用android進行手機軟件開發(fā)，Android是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源碼操作系統(tǒng)，主要使用于便攜設(shè)備，Android操作系統(tǒng)最初由Andy Rubin開發(fā)，最初主要支持手機。2005

9、年由Google收購注資，并組建開放手機聯(lián)盟開發(fā)改良，逐漸擴展到平板電腦及其他領(lǐng)域上。Android系統(tǒng)是世界上最新流行的手機開發(fā)系統(tǒng)，有著廣泛的用戶群體，2011年第一季度，Android在全球的市場份額首次超過塞班系統(tǒng)，躍居全球第一。2012年2月數(shù)據(jù)，Android占據(jù)全球智能手機操作系統(tǒng)市場52.5%的份額，中國市場占有率為68.4%。1. 移動終端定位方式的分類1.1. 基于終端的定位方式基于移動終端的定位方式也稱為移動終端自定位方式。其定位過程是移動臺接收多個己知位置發(fā)射機發(fā)射的信號，根據(jù)這些信號攜帶的某種與移動臺位置有關(guān)的特征信息(如場強、傳播時間等)，確定其與各個發(fā)射機之間的幾

10、何位置關(guān)系，再由集成在移動終端中的位置計算模塊，根據(jù)有關(guān)的算法計算出移動臺的估計位置，由移動臺用戶掌握其自身的位置信息。如用于GSM中的下行鏈路增強觀測時差定位方法(E-OTD)、用于WCDMA中的下行鏈路空閑周期觀測到達(dá)時間差方法(OTDOA-IPDL)1.2. 基于網(wǎng)絡(luò)的定位方式基于網(wǎng)絡(luò)的定位方式是通過網(wǎng)絡(luò)中各個基站檢測接收到的移動臺信號參數(shù)，如信號到達(dá)時間或時間差、信號到達(dá)方位角、到達(dá)信號的場強等。然后由網(wǎng)絡(luò)中有關(guān)定位的網(wǎng)絡(luò)實體依據(jù)相關(guān)算法來計算移動臺的位置。如基于Cell-TD和時間提前量(TA)的方法、上行鏈路信號到達(dá)時間 (TOA)方法，上行鏈路信號到達(dá)時間差(TDOA)方法以及上

11、行鏈路信號到達(dá)角度(AUA)方法，這些解決方案需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)作部分的改進，但卻可以兼容現(xiàn)有的移動終端。1.3. GPS定位全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System - GPS）是美國從廿世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，共有24個衛(wèi)星構(gòu)成，分布在2萬公里高度的6條55度傾軌道上。具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。2000年5月1日，GPS SA(有意圖地降低GPS性能的做法)政策解除，民用GPS發(fā)生歷史性改變，定位精度從大于100米到小于10米的突破，享受真正的C/A碼！做出此決定 并不容

12、易，美國總統(tǒng)克林頓通過與國家各個部門的協(xié)調(diào)，做出了科學(xué)、經(jīng)濟、政治性的結(jié)論，取消SA政策將對人類的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。1.4. WPS定位Wi-Fi Positioning System簡稱WPS （Wi-Fi 定位系統(tǒng)），正式投入商業(yè)應(yīng)用。該軟件利用無線路由器發(fā)出的802.11無線電信號，找出個人電腦、筆記本電腦、PDA 、平板電腦、智能手機，或無線射頻識別（RFID）標(biāo)簽等任何Wi-Fi 設(shè)備的準(zhǔn)確位置。GPS 的準(zhǔn)確度通常只能達(dá)到幾百公尺，Wi-Fi 系統(tǒng)卻能準(zhǔn)確定位20至40公尺內(nèi)的物件。這是因為Wi-Fi 路由器在城市的部署比移動電話基地臺更緊密，其準(zhǔn)確度自然超越手機的定位系統(tǒng)，在Wi

13、-Fi 路由器分布密度較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村等地方，定位效果則較差。1.5. 星圖“星圖”業(yè)務(wù)是中國聯(lián)能推出的LBS業(yè)務(wù)，采用與在日本運營非常成功的KDDI相同的技術(shù)，同樣都是基于先進的CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)和GPSone定位技術(shù)。 “星圖”業(yè)務(wù)除了能夠提供目標(biāo)實時定位之外，還可進行目標(biāo)管理調(diào)度、目標(biāo)軌跡回放、區(qū)域路線報警、地圖操作、自定義目標(biāo)等一系列的相關(guān)操作，具備豐富、完善的管理功能，能夠滿足企業(yè)用戶的多種需求。1.6. 混合定位方式混合定位中，移動臺和網(wǎng)絡(luò)都主動參與定位過程，在定位計算中通過空中接口交換和移動臺位置有關(guān)的信息。根據(jù)其在定位過程中的主導(dǎo)地位，分為網(wǎng)絡(luò)輔助(Network assist

14、ed)定位技術(shù)、移動臺輔助(Mobile-assisted)定位技術(shù)。如現(xiàn)在流行的A-GPS技術(shù)。A-GPS 技術(shù)要求在手機內(nèi)部增加GPS 接收模塊，并將普通手機天線改造成能夠接收GPS信號的多用途天線。手機接收GPS 數(shù)據(jù)，并將GPS 數(shù)據(jù)傳給GSM 網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)中的定位服務(wù)器進行位置計算，最后將手機的位置數(shù)據(jù)傳給手機。該方案對移動終端的軟、硬件有特定要求。2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著社會全面快速的發(fā)展，定位技術(shù)在全球已經(jīng)占據(jù)一大市場，而手機基站定位更是其中的新熱點。隨著CDMA即將成為新一代移動通信系統(tǒng)的主流多址方式，因此CDMA通信系統(tǒng)的定位技術(shù)研究得到了廣泛的關(guān)注。各大跨國公司，如Moto

15、rola, Nokia, Ericsson等也對IS-95和第三代移動通信系統(tǒng)中的WCDMA, CDMA2000等網(wǎng)絡(luò)采用的無線定位技術(shù)進行了深入的研究。目前的研究內(nèi)容涉及了蜂窩網(wǎng)絡(luò)無線定位技術(shù)的各個方面，更側(cè)重于基本定位方法和技術(shù)的研究，定位算法的研究，TDOA, TOA檢測技術(shù)的研究，非視距傳播、多徑和多址干擾技術(shù)的研究，數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究，定位技術(shù)實施方法的研究，定位系統(tǒng)性能評估等。國內(nèi)外在關(guān)于定位技術(shù)上的研究主要是些研究機構(gòu)： Ø 在國外，自無線定位服務(wù)提出以來，許多高校及研究單位重點是放在對移動定位中存在的多徑傳播、非視距(NLOS)傳播和多址干擾等降低定位精度的因素進行了

16、理論研究，也申請了一些定位技術(shù)的發(fā)明專利； Ø 國內(nèi)對無線定位的研究起步比國外晚，但目前也有很多機構(gòu)進行研究，如西南交通大學(xué)、中國科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)等高校和一些研究單位如總參、信息產(chǎn)業(yè)部下屬單位等。在設(shè)備制造商方面：Ø 國外各大主要移動設(shè)備制造商都是基于以上這幾類移動定位服務(wù)相關(guān)的開發(fā)和市場開拓工作，這些移動設(shè)備制造商主要包括愛立信、諾基亞和摩托羅拉；就國內(nèi)狀況來看，我國的一大部分較大的通信設(shè)備公司如華為、中興、大唐等己具備獨立研制開發(fā)大部分GSM設(shè)備能力，因此也開拓了自己的于移動定位服務(wù)市場。3. 研究的意義由于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)在國內(nèi)的普及，車載GPS定位

17、精度目前遠(yuǎn)高于其他定位方式的定位精度，以及Google直接開放接口供開發(fā)人員免費使用，定位市場的絕大部分產(chǎn)品都屬于GPS定位或混合GPS定位（如AGPS），而缺少其他定位方式產(chǎn)品。GPS定位對環(huán)境的要求非常高，在復(fù)雜的大城市環(huán)境中，經(jīng)常難以實現(xiàn)精確定位，而市場上的混合GPS定位技術(shù)，如AGPS定位技術(shù)，在城市中也時常受到干擾而導(dǎo)致不能精確定位，在受到干擾不能實現(xiàn)定位時，其顯示的定位點是通過陀螺儀確定前進方向，根據(jù)移動速度大致估算出來的定位點。本論文的研究就是為了解決這個問題，在大城市中基站的密度相對較大，而通過手機信號強度進行車輛定位，在基站越多的情況下，車輛定位的精度就越高。相對GPS，本論

18、文對環(huán)境的要求低很多，大城市正是用武之地。二、 研究目標(biāo)及主要研究內(nèi)容1. 研究目標(biāo)論文的研究目標(biāo)是通過建立手機信號強度距離數(shù)學(xué)模型，減少手機基站定位的誤差，并將數(shù)學(xué)模型的定位效果用android手機軟件展現(xiàn)。以實現(xiàn)基于手機信號強度的車輛定位方法，也即基站定位方法。2. 主要研究內(nèi)容2.1. 建立手機信號強度距離數(shù)學(xué)模型由于城市環(huán)境的復(fù)雜，手機信號受到環(huán)境的干擾較大，從而產(chǎn)生手機信號被折射、削弱等情況，而基站分布密度最大的地方也是城市，手機基站定位在城市可以得到更好的發(fā)揮，因此建立一個有效的手機信號強度距離數(shù)學(xué)模型，減少手機信號因環(huán)境因素影響產(chǎn)生的誤差，提高手機定位的精度是非常必要的。2.2.

19、 手機軟件開發(fā)本論文的研究成果將通過手機軟件展現(xiàn)出來，軟件功能的實現(xiàn)非常重要。本論文采用目前流行的android手機軟件開發(fā)平臺進行手機軟件開發(fā)，將使用Google公司開放的Google地圖作為定位軟件地圖，同時實現(xiàn)GPS定位和手機基站定位，可對兩個定位方式形成對比。實現(xiàn)手機基站定位首先需要獲得手機周圍可搜索到基站的數(shù)量，然后得到手機與每個基站之間的信號強度，通過數(shù)學(xué)模型計算出手機與每個基站之間的距離，建立平面坐標(biāo)系，在可獲取基站數(shù)量大于或等于3個時，以基站為圓心，手機與基站的距離為半徑畫圓，三個圓相交的地方則為定位點，由于誤差的存在，基站數(shù)量越多，定位則越精準(zhǔn)。3. 研究的基本思路和方法、技術(shù)路線及實驗方案3.1. 基本思路和方法、技術(shù)路線論文基本思路和方法等同于手機軟件開發(fā)流程，分別是以下幾點。1) 信號強度距離數(shù)學(xué)模型建立查閱相關(guān)文檔，整理資料并初步建立信號強度數(shù)學(xué)模型。2) 軟件界面實現(xiàn)實現(xiàn)手機軟件的基本操作界面，如地圖顯示、放大縮小等。3) 軟件功能實現(xiàn)實現(xiàn)手機核心功能，即手機基站定位方法。利用建立的信號強度距離模型，計算出手機和附近幾個基站的距離，利用已知基站的坐標(biāo)位置，計算出手機所在地理坐標(biāo)位置，實現(xiàn)定位。4) 軟件測試選擇地點進行軟件