物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù) 教學(xué)大綱

第頁物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)一、課程說明課程編號：090285Z10課程名稱：物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)/LocalizationtechniquesinInternetofThings課程類別：專業(yè)教育課程學(xué)時/學(xué)分：2/32先修課程：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)適用專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教材、教學(xué)參考書：楊錚，吳陳沭，劉云浩著.位置計算：無線網(wǎng)絡(luò)定位與可定位性.北京：清華大學(xué)出版社，2014年梁久禎著.無線定位系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2013年二、課程設(shè)置的目的意義無線通信技術(shù)的高速發(fā)展使得以手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、甚至小型無線傳感器節(jié)點(diǎn)為代表的移動計算終端迅速普及，目前已超越傳統(tǒng)的臺式電腦成為互聯(lián)網(wǎng)最主要的終端設(shè)備形態(tài)。近年來，物聯(lián)網(wǎng)及其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用吸引了人們廣泛的關(guān)注和興趣。在物聯(lián)網(wǎng)的絕大多數(shù)應(yīng)用中，對象的位置是人們關(guān)心的重點(diǎn)，特別是在移動計算的各種應(yīng)用以及基于位置服務(wù)應(yīng)用中。由于移動終端隨著使用者的移動或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的部署而隨時變換位置，物聯(lián)網(wǎng)中的定位技術(shù)面臨著很多的挑戰(zhàn)和研究機(jī)會，近年來逐漸成為人們關(guān)心的興趣點(diǎn)、工業(yè)界的應(yīng)用重點(diǎn)、以及學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。本書主要介紹目前物聯(lián)網(wǎng)中主流的定位技術(shù)，包括原理、應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)，以使得物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)和計算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)定位的主流技術(shù)和研究前沿有清楚的了解，掌握相關(guān)的技術(shù)，為將來從事物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)工作或者進(jìn)行進(jìn)一步深入科研打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。三、課程的基本要求知識：掌握物聯(lián)網(wǎng)定位的基本概念，基本的測距技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方法，常用的位置計算方法和策略，理解全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的基本原理和組成，移動通信中的定位技術(shù)，室內(nèi)無線定位技術(shù)的基本原理，基于RFID的定位技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，基于位置的服務(wù)概念及應(yīng)用等知識。學(xué)會從應(yīng)用需求出發(fā)選擇合適的定位技術(shù)，建立實(shí)現(xiàn)定位系統(tǒng)的基本思維方式，從理論和實(shí)驗(yàn)上分析定位系統(tǒng)的性能，形成定位原理-定位技術(shù)及實(shí)現(xiàn)-定位系統(tǒng)應(yīng)用的基本知識結(jié)構(gòu)。能力：從應(yīng)用的角度出發(fā)掌握如何選擇合適的定位技術(shù)，局部將具體定位技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用于具體工程的能力，培養(yǎng)基于移動設(shè)備開發(fā)實(shí)現(xiàn)定位系統(tǒng)的能力，能夠?qū)λ_發(fā)的定位系統(tǒng)的性能從進(jìn)行分析并在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行評測；掌握基本的定位知識，并具備針對具體問題提出新的定位技術(shù)和方法的能力；在與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和基于位置服務(wù)的交叉知識的討論中培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題的能力。素質(zhì)：通過課程中的分析、討論、辯論培養(yǎng)分析溝通交流的素質(zhì)，建立應(yīng)用驅(qū)動的技術(shù)研發(fā)與實(shí)現(xiàn)的問題解決方式和思維模式，提升理解工程管理實(shí)現(xiàn)和技術(shù)決策的基本素質(zhì)。通過課外導(dǎo)學(xué)的模式，提升自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，形成通過不斷學(xué)習(xí)來提升、發(fā)展自身素質(zhì)以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的能力。本課程主要關(guān)注于物聯(lián)網(wǎng)中的主流定位技術(shù)，包括所基于的原理和理論，具體算法和在實(shí)際設(shè)備上的具體實(shí)現(xiàn)。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生們能夠理解定位技術(shù)的基本原理、熟練掌握常用的主流定位算法并了解其優(yōu)缺點(diǎn)、能夠在主流移動平臺上如iOS和安卓操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)這些定位技術(shù)并在此基礎(chǔ)上開發(fā)一些創(chuàng)新性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。最后，希望通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握如何解決問題的方法，能夠在所講述的內(nèi)容基礎(chǔ)上根據(jù)具體問題的具體要求和困難，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)新的物聯(lián)網(wǎng)定位方法。具體需要學(xué)生掌握的知識點(diǎn)分解如下：1）了解定位技術(shù)的基本概念，了解基于位置服務(wù)的基本概念，了解定位技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的重要作用2）掌握基本的測距技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方法，包括基于信號強(qiáng)度/基于到達(dá)角/基于到達(dá)時間/基于到達(dá)時間差/基于臨近度/基于估計/基于區(qū)域等各種測距技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)、適用場景。3）掌握常用的位置計算方法和策略，包括三角定位、多邊定位、基于區(qū)域定位、基于凸優(yōu)化定位、移動定位等各種算法和策略，理解其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。4）理解全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的基本原理和組成，了解GPS和北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，了解GPS的各種增強(qiáng)定位技術(shù)。掌握基于星基定位系統(tǒng)的LBS應(yīng)用程序開發(fā)。5）掌握移動通信中的定位技術(shù)，包括蜂窩網(wǎng)定位技術(shù)及在其基礎(chǔ)上的各種增強(qiáng)定位技術(shù)，掌握其定位原理，了解基于移動定位技術(shù)的各種移動臺追蹤技術(shù)。6）理解室內(nèi)無線定位技術(shù)的基本原理，掌握基于模型適配的定位技術(shù)和基于指紋匹配的定位技術(shù)。了解近幾年出現(xiàn)的各種新型定位技術(shù)，包括基于調(diào)頻廣播、群智感知、自動指紋構(gòu)件技術(shù)的各種定位技術(shù)，在此基礎(chǔ)上掌握基于無線的室內(nèi)對象追蹤技術(shù)。7）了解基于RFID標(biāo)簽的定位系統(tǒng)及其在普適計算和智能物流中的應(yīng)用，掌握基于標(biāo)簽的以及基于閱讀器的兩種定位技術(shù)的基本原理和主流方法。8）理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位技術(shù)，包括測距無關(guān)定位算法和基于測距的定位算法，了解移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法，了解可定位性的概念及其研究進(jìn)展。9）了解無設(shè)備感知的最新進(jìn)展，包括被動式定位、被動式對象識別的概念以及主要方法，了解目前該方面的研究前沿及尚待解決的重要問題。10）了解基于位置服務(wù)（LBS）的基本概念，在前面所學(xué)基礎(chǔ)上，掌握開發(fā)LBS應(yīng)用程序的方法。四、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及教學(xué)設(shè)計章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時學(xué)時分配教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課(含研討)實(shí)踐第1章物聯(lián)網(wǎng)定位的概念；物聯(lián)網(wǎng)定位的研究內(nèi)容與研究發(fā)展220物聯(lián)網(wǎng)定位概念物聯(lián)網(wǎng)定位與GPS定位區(qū)別結(jié)合定位技術(shù)發(fā)展歷史和物聯(lián)網(wǎng)的需求講解物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)的重要意義和研究內(nèi)容第2章物聯(lián)網(wǎng)中的距離測量技術(shù)；測距誤差分析；各種技術(shù)的比較220基于到達(dá)時間/到達(dá)時間差的測距原理；基于天線矩陣的到達(dá)角測距基于天線陣列的到達(dá)角測距原理教學(xué)思路：由最簡單的基于到達(dá)時間測距逐步引入基于時間地一系列測距原理，并定性定量對其進(jìn)行對比；利用仿真實(shí)驗(yàn)的方法使學(xué)生理解到達(dá)角測距的原理教學(xué)模式：課上預(yù)習(xí)+課上模式；提供專題文獻(xiàn)給學(xué)生閱讀以便于進(jìn)一步了解第3章三角定位原理；三邊定位/多邊定位原理；區(qū)域定位方法；凸優(yōu)化定位技術(shù)；移動定位策略440三邊定位和多邊定位原理；凸優(yōu)化定位技術(shù)多邊定位的數(shù)學(xué)解釋如何用凸優(yōu)化數(shù)學(xué)模型對定位問題進(jìn)行形式化教學(xué)思路：由三邊定位引入多邊定位并分析其誤差；利用具體例子引入凸優(yōu)化數(shù)學(xué)模型并給出相應(yīng)的Matlab工具求解，讓學(xué)生有直觀的認(rèn)識并能實(shí)際應(yīng)用。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（給出相關(guān)參考文獻(xiàn)預(yù)先閱讀而）；3學(xué)時課程講授；1學(xué)時學(xué)生專題討論第4章衛(wèi)星定位系統(tǒng)原理；偽距測量技術(shù)；星基定位系統(tǒng)組成；增強(qiáng)/差分GPS定位技術(shù)422偽距測量原理；差分GPS實(shí)現(xiàn)原理；偽距測量原理；北斗與GPS區(qū)別教學(xué)思路：首先講解星基定位系統(tǒng)共性原理，在此基礎(chǔ)上針對典型系統(tǒng)進(jìn)行分析并比較其差別；結(jié)合手機(jī)例子讓學(xué)生學(xué)會開發(fā)相關(guān)的基于位置服務(wù)。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（給出相關(guān)參考文獻(xiàn)預(yù)先閱讀而）；4學(xué)時課程講授；2學(xué)時課外實(shí)驗(yàn)第5章蜂窩網(wǎng)定位原理；源小區(qū)定位技術(shù)；移動追蹤技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)220蜂窩網(wǎng)定位原理和應(yīng)用蜂窩網(wǎng)定位原理教學(xué)思路：通過課堂講解讓學(xué)生掌握蜂窩網(wǎng)定位技術(shù)及在其基礎(chǔ)上的各種增強(qiáng)定位技術(shù)，掌握其定位原理，了解基于移動定位技術(shù)的各種移動臺追蹤技術(shù)教學(xué)模式：2課時講授；1課時課外文獻(xiàn)閱讀第6章基于測距室內(nèi)定位；指紋匹配定位；群智感知定位；定位安全；844基于模型和基于指紋的定位方法各種定位方法的實(shí)現(xiàn)限制教學(xué)思路：通過實(shí)際應(yīng)用需求和例子來讓學(xué)生逐步掌握室內(nèi)定位的各種技術(shù)；通過介紹近幾年出現(xiàn)的各種新型定位技術(shù)，包括基于調(diào)頻廣播、群智感知、自動指紋構(gòu)件技術(shù)的各種定位技術(shù)來激發(fā)學(xué)生的興趣；鼓勵學(xué)生自主開發(fā)新型定位技術(shù)教學(xué)模式：4課時講授；2課時課外文獻(xiàn)閱讀，4學(xué)時課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握具體實(shí)現(xiàn)方法第7章RFID閱讀器定位；RFID標(biāo)簽定位220RFID標(biāo)簽定位基于商用RFID的定位方法教學(xué)思路：通過實(shí)際應(yīng)用需求和例子來讓了解基于RFID標(biāo)簽的定位系統(tǒng)及其在普適計算和智能物流中的應(yīng)用，掌握基于標(biāo)簽的以及基于閱讀器的兩種定位技術(shù)的基本原理和主流方法。教學(xué)模式：2課時講授；1課時課外實(shí)驗(yàn)掌握RFID實(shí)際設(shè)備操作第8章質(zhì)心定位及其改進(jìn)；多維標(biāo)度定位；測距無關(guān)定位；移動傳感器網(wǎng)絡(luò)定位422多跳定位、可定位性可定位性判定、多跳定位算法教學(xué)思路：通過實(shí)際應(yīng)用需求和例子理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位技術(shù)，包括測距無關(guān)定位算法和基于測距的定位算法，了解移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法，了解可定位性的概念及其研究進(jìn)展。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（給出相關(guān)參考文獻(xiàn)預(yù)先閱讀而）；4學(xué)時課程講授；2學(xué)時課外實(shí)驗(yàn)第9章被動式定位；被動式對象識別；wifi定位；藍(lán)牙定位220無線感知技術(shù)基于WiFi信號的室內(nèi)無線感知教學(xué)思路：通過大量文獻(xiàn)閱讀了解無設(shè)備感知的最新進(jìn)展，包括被動式定位、被動式對象識別的概念以及主要方法，了解目前該方面的研究前沿及尚待解決的重要問題。教學(xué)模式：2課時講授；3課時課外文獻(xiàn)閱讀第10章基于位置服務(wù)設(shè)計與開發(fā)220基于位置服務(wù)開發(fā)室內(nèi)外定位協(xié)同合作教學(xué)思路：通過介紹目前主流的LSB服務(wù)讓學(xué)生了解基于位置服務(wù)（LBS）的基本概念，在前面所學(xué)基礎(chǔ)上，掌握開發(fā)LBS應(yīng)用程序的方法教學(xué)模式：2課時講授；2學(xué)時課外程序開發(fā)注：實(shí)踐包括實(shí)驗(yàn)、上機(jī)等五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時基本要求LBS程序開發(fā)開發(fā)基于GPS或北斗的LBS程序2要求學(xué)生掌握開發(fā)基于GPS的LBS程序的基本流程無線室內(nèi)定位實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)基于指紋的室內(nèi)定位算法并測試其性能2要求學(xué)生掌握基