景區(qū)導(dǎo)航技術(shù)解決方案

導(dǎo)航技術(shù)解決方案目錄1 概述 3 工程背景 3 目標(biāo) 3 建立原那么 32 總體設(shè)計 5 總體邏輯架構(gòu) 5 總體功能設(shè)計 6 平安設(shè)計 6 性能設(shè)計 6 數(shù)據(jù)接口 73 系統(tǒng)功能 7 地圖解析系統(tǒng) 7 店鋪信息 7 店鋪展示 7 拓?fù)鋱D展示 7 wifi定位 7 三角定位 7 位置指紋識別算法 10 地圖管理系統(tǒng) 11 矢量圖信息 11 系統(tǒng)日志 114 技術(shù)實現(xiàn)途徑 115 實現(xiàn)難點 116 初步預(yù)算 12概述工程背景GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航功能在現(xiàn)在的智能手機(jī)上幾乎成為了標(biāo)準(zhǔn)配笠，不過GPS導(dǎo)航仍有一個尚未解決的難題，就是室內(nèi)導(dǎo)航。因為GPS衛(wèi)星信號無法穿透太厚的墻壁，導(dǎo)航設(shè)備在大型建筑、地下建筑、高層樓房中會徹底找不到衛(wèi)星信號而無法定位。在手機(jī)上實現(xiàn)會場位置導(dǎo)航和附近好友位呈顯示的功能。預(yù)計可以用于大型展覽活動、大型商場、博物管、大型會議，等提供導(dǎo)航效勞。借助室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)找到不同的展區(qū)路線和使用同一軟件的朋友，同時有助于會議組織者的信息采集和會議現(xiàn)場維護(hù)。目標(biāo)充分利用移動設(shè)備的優(yōu)勢，填補GPS定位和導(dǎo)航功能的缺乏。利用wifi技術(shù)實現(xiàn)室內(nèi)定位、導(dǎo)航、拓?fù)渎肪€顯示功能。目標(biāo)準(zhǔn)確度2米內(nèi)。建立原那么平安性平安性包括軟硬件系統(tǒng)平安、應(yīng)用平安和網(wǎng)絡(luò)通訊平安。保證數(shù)據(jù)不被非法入侵者破壞和盜用，并保證數(shù)據(jù)的一致性；對欺詐或攻擊行為采取多種檢查和處理手段。系統(tǒng)平安、穩(wěn)定、可靠的運行，首先取決于系統(tǒng)的整體設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造、平臺的選擇以及應(yīng)用程序的質(zhì)量；其次，必須考慮到各種特殊情況下的恢復(fù)機(jī)制和備份機(jī)制，以保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性以及災(zāi)難恢復(fù)；此外，完整的權(quán)限控制機(jī)制，考慮充分的系統(tǒng)保密措施是保證平安的重要因素。簡單易用性快速部署：可以在較短的時間里，進(jìn)展構(gòu)造和功能的定義。系統(tǒng)的各種管理都有相應(yīng)的可視化的操作界面，簡單易用。先進(jìn)成熟性先進(jìn)性一方面表達(dá)在技術(shù)上和設(shè)計理念上，不僅滿足現(xiàn)有需求，還要符合未來的開展方向。在工程中采用先進(jìn)的設(shè)計模型、系統(tǒng)架構(gòu)、核心算法、行業(yè)流行和先進(jìn)的技術(shù)，例如數(shù)據(jù)庫設(shè)計、體系架構(gòu)等，先進(jìn)的技術(shù)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并可根據(jù)系統(tǒng)開展，按需擴(kuò)展。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，考慮采用成熟的產(chǎn)品進(jìn)展系統(tǒng)建立，這樣，能夠在最大限度上保證核心系統(tǒng)的成熟度，同時，一些個性化的應(yīng)用也將采用成熟的技術(shù)進(jìn)展開發(fā)和功能擴(kuò)展。標(biāo)準(zhǔn)性系統(tǒng)的軟、硬件均符合相關(guān)的國際、國內(nèi)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用統(tǒng)一衡量標(biāo)準(zhǔn)。同時，根據(jù)業(yè)務(wù)開展的實際，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)開展的潮流，整個系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、應(yīng)用設(shè)計到業(yè)務(wù)流程設(shè)計都符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的原那么，以明確系統(tǒng)總體設(shè)計思路?？傮w設(shè)計總體邏輯架構(gòu)用戶通過GPS/AGPS，自動定位城市或手動設(shè)置默認(rèn)城市，可搜索附近的建筑；用戶選擇下載一個或多個城市的建筑地圖；采集發(fā)射器的數(shù)據(jù)，得出準(zhǔn)確的定位坐標(biāo)；店鋪查找，及店鋪與店鋪之間的導(dǎo)航；后臺數(shù)據(jù)管理各個城市的地圖包并及時更新?？傮w功能設(shè)計地圖解析系統(tǒng)負(fù)責(zé)地圖的解析，地圖在手機(jī)端的展示，店鋪與店鋪之間的導(dǎo)航(店鋪之間的拓?fù)潼c)，各個公用設(shè)置的展示(比方電梯、衛(wèi)生間、收銀臺等)；發(fā)射器采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)查找是哪個發(fā)射源傳過來的數(shù)據(jù)，及對數(shù)據(jù)的分析計算；地圖管理負(fù)責(zé)管理建筑樓層矢量圖，發(fā)射源在建筑中每層的位置信息，及系統(tǒng)日志的記錄。平安設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計到的敏感數(shù)據(jù)包括矢量地圖包、建筑發(fā)射器擺放位置等，采用加密方式傳輸，客戶端解密后再進(jìn)展解析。性能設(shè)計射頻識別技術(shù)利用社評方式進(jìn)展非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以到達(dá)識別和定位的目的。該技術(shù)作用距離短，一般最長為幾十米。但可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級定位精度的信息，切傳輸范圍很大，本錢較低。同時由于其非接觸和非視距等優(yōu)點。已經(jīng)成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。數(shù)據(jù)接口客戶端與效勞器獲取地圖包的接口；發(fā)射器與客戶端數(shù)據(jù)采集的接口；系統(tǒng)功能地圖解析系統(tǒng)店鋪信息店鋪信息包括店鋪名稱，店鋪編號，店鋪坐標(biāo)點，店鋪出入口、公共設(shè)施等。店鋪名稱：如Only、肯德基；店鋪編號：如A1006；店鋪坐標(biāo)：矢量圖定義坐標(biāo)，包含了起點坐標(biāo)及各個形狀的坐標(biāo)；店鋪出入口：店鋪的入口和出口，方便店鋪與店鋪之間的導(dǎo)航；公共設(shè)施：衛(wèi)生間、收銀臺、電梯、手扶梯、導(dǎo)購處、平安出口等。店鋪展示店鋪展示即把某城市某建筑的某層，用矢量圖的形式展示在手機(jī)客戶端中。 解析地圖構(gòu)造，用繪圖的方式展示矢量圖形。拓?fù)鋱D展示矢量地圖中主要點的標(biāo)記，如某店鋪的中心點等，都需要記錄下來，以便在點擊某區(qū)域時，在正確的位置顯示店鋪名稱。拓?fù)鋱D主要是完成店鋪與店鋪之間的導(dǎo)航，如A與B之間的最短路徑，用圖展示出來，供用戶查看。wifi定位三角定位基于三角形算法的WiFi定位可分成兩個階段：測距與定位。測距階段待測點首先接收來自三個不同位置AP的RSS，然后依照無線信號的傳輸損耗模型將其轉(zhuǎn)換成待測目標(biāo)到相應(yīng)AP的距離。無線信號在傳輸過程中通常會受路徑損耗、陰影衰落等的影響，接收信號功率隨距離的變化關(guān)系可由信號傳輸損耗模型給出。在城市、郊區(qū)等環(huán)境，傳輸損耗模型通常采用如下簡化模型[3]：Pr(d)=K-10εlg(d)〔dBm〕〔1〕其中，d代表接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的距離，ε代表非自由空間的損耗系數(shù)，K是如下常數(shù)：Pr(d0)K=10lg+20lg(d0)〔2〕W〔2〕定位階段通過三角形算法計算待測點位置，即分別以位置的三個AP為圓心，以其各自到待測點的距離為半徑做圓，所得三個圓的交點，如圖1所示：設(shè)未知節(jié)點D的坐標(biāo)為〔x，y〕，A、B、C三個點的坐標(biāo)分別為〔x1，y1〕、〔x2，y2〕、〔x3，y3〕，它們到D的距離分別為d1、d2、d3，那么D的位置可由以下方程中的任意兩個求得[4]：(x?x)2+(y?y)2=d2〔3〕111(x?x)2+(y?y)2=d2〔4〕222(x?x)2+(y?y)2=d2〔5〕333然而，在實際應(yīng)用中，由于測量誤差的存在，三圓交于一點的情況未必出現(xiàn)，以致方程組〔3〕、〔4〕、〔5〕無解。在三圓兩兩相交的情況下，有圖2、3兩種典型的無解情況：在這兩種情況下，D點的求解方法如下[4]：〔1〕根據(jù)方程〔3〕、〔4〕、〔5〕分別求解圓A與圓B的交點〔Xab1，Yab1〕、〔Xab2，Yab2〕，圓A與圓C的交點〔Xac1，Yac1〕、〔Xac2，Yac2〕，及圓B與圓C的交點〔Xbc1，Ybc1〕、〔Xbc2，Ybc2〕。〔2〕將圓A與圓C的交點代入[(x-x2)2+(y-y2)2]，找出距B圓圓心較近的點，設(shè)為〔Xac，Yac〕。同理，求解〔Xab，Yab〕、〔Xbc，Ybc〕?！?〕近似計算待測點位置：Xab+Xac+XbcY+Y+Y(x,y)=,33〔6〕由上述介紹可知，基于三角形算法的WiFi定位很大程度上依賴于確知的AP位置信息及準(zhǔn)確的信號傳輸損耗模型。然而，由于涉及個人隱私等原因，獲知所有AP的位置信息并不現(xiàn)實。此外，由于影響信號傳輸?shù)囊蛩睾芏啵煌h(huán)境下的信號傳輸損耗模型大不一樣，建立一個準(zhǔn)確的、適合實際應(yīng)用的損耗模型存在著很大的困難。因此，基于三角形算法的無線定位在具體實施中困難重重。位置指紋識別算法與通常意義上的指紋識別類似，位置指紋識別依靠表征目標(biāo)特征的數(shù)據(jù)庫進(jìn)展識別。其定位過程主要分為訓(xùn)練與定位兩個階段[5]，如圖4所示：訓(xùn)練階段其目標(biāo)在于建立一個位置指紋識別數(shù)據(jù)庫。首先，選擇合理的參考點分布，確保能為定位階段的準(zhǔn)確位置估計提供足夠的信息。接著依次在各個參考點上測量來自不同AP的RSS值，將相應(yīng)的MAC地址與參考點的位置信息記錄在數(shù)據(jù)庫中，直至遍歷關(guān)注區(qū)域內(nèi)所有的參考點。由于受環(huán)境影響，無線信號強(qiáng)度并不穩(wěn)定，為了克服RSS不穩(wěn)定對定位的影響，通常在每個參考點上屢次測量取平均。定位階段給定數(shù)據(jù)庫后，依據(jù)一定的匹配算法將待測點上接收的APRSS與數(shù)據(jù)庫中的已有數(shù)據(jù)進(jìn)展比擬，計算位置估計值。常用的匹配算法有最近鄰法〔NN〕、KNN、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，本文采用簡單的NN算法。假定待測點接收的RSS觀測值為s=[ss1,ss2,…,ssn]，數(shù)據(jù)庫中的已有記錄為Si=[SS1,SS2,…,SSNi]，其中n代表待測點上檢測到的不同AP數(shù)；i∈[1,NT]，NT為數(shù)據(jù)庫中的記錄數(shù)；Ni代表第i條記錄中存儲的不同AP數(shù)，那么NN算法可以表示成下述形式[3]：L=argmini∈[1,NT]||s-Si|| 〔7〕其中，||s-Si||代表s和Si之間的歐式距離。地圖管理系統(tǒng)矢量圖信息矢量圖包含平面圖形點陣坐標(biāo)，區(qū)域點擊坐標(biāo)，區(qū)域編號等一系列相關(guān)坐標(biāo)系，通過數(shù)學(xué)算法繪制圖形。點陣坐標(biāo)：店鋪區(qū)域的起點坐標(biāo)，各個不規(guī)那么形