基于LBS的校園定位系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)分析

基于LBS的校園定位系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要:為了解決目前智能手機(jī)中位置效勞LBS(LocationBasedService)類移動應(yīng)用在小環(huán)境區(qū)域不能準(zhǔn)確提供位置效勞的問題，以校園為例提出了一種基于室外定位的LBS系統(tǒng)設(shè)計方案。首先介紹系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計，然后詳細(xì)分析了MobileGIS、GPS、基于WiFi信號強(qiáng)度值的位置指紋定位算法等系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)，最后測試驗證系統(tǒng)的各個功能模塊。測試結(jié)果說明，系統(tǒng)可以實現(xiàn)終端定位、室位置效勞、校園導(dǎo)航、地圖效勞等功能，且操作便捷，具備可行性和實用性。關(guān)鍵詞:位置效勞;Android;室外定位;MobileGISAbstract:Thisstudyaddressesthedislocationofthecurrentapplicationsoftwareoftheintelligentmobilephonelocationbasedservice(LocationBasedService，LBS)，adesignsolutionofcampusLBSsystemisintroducedbasedonindoor-outdoorpositioning．First，thearchitectureofthesystemisintroduced．ThenthekeytechnologiessuchasMobileGIS，GPSandtheRSSIfingerprintpositioningstrategyinsystemdesignareanalyzedelaborately．Atlastthefunctionmodulesofsystemaretestedandverified．Testresultsshowthatthesystemcanrealizesomefunctionsofterminalpositioning，servicebasedonindoorpositioning，campusnavigation，mapserviceandsoon．Itoccupiesfea-turesofconvenience，feasibilityandpracticality．Keywords:locationbasedservice;Android;indoor-outdoorpositioning;mobileGIS0引言近年來，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速開展、Android智能手機(jī)的日益普及，基于Android平臺而開發(fā)的各種移動應(yīng)用層出不窮。其中，被看作移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的“殺手級應(yīng)用〞的LBS更是得到了前所未有的開展。LBS開展至今，人們更加需要在像學(xué)校、醫(yī)院這樣的小環(huán)境區(qū)域中獲得準(zhǔn)確LBS效勞。提供LBS效勞必須在確定用戶位置的根底上，而這樣的小環(huán)境區(qū)域往往包含室和室外兩種不同的環(huán)境。在室外，GPS提供了非常精準(zhǔn)的位置信息;但是衛(wèi)星信號易受到建筑物的遮擋，在室環(huán)境下GPS并不能提供高精度的定位，而WiFi、ZigBee、藍(lán)牙、紅外、超聲波、射頻識別、超寬帶等無線定位技術(shù)快速開展，成為對GPS的有力補(bǔ)充。因此本文以校園這個特殊職能的小環(huán)境區(qū)域為研究對象，基于Android平臺設(shè)計和實現(xiàn)了一個校園LBS系統(tǒng):以ArcGIS系列軟件制作的校園地圖為背景;室外環(huán)境過接收GPS信號進(jìn)展定位;室環(huán)境中在無需利用額外硬件設(shè)備的前提下，綜合考慮無線信號覆蓋圍、受室環(huán)境影響程度、定位精度要求等等，采用基于WiFi信號強(qiáng)度的位置指紋定位算法進(jìn)展定位。系統(tǒng)可為師生和來訪者提供位置相關(guān)的信息效勞。1.系統(tǒng)設(shè)計1．1系統(tǒng)需求分析本系統(tǒng)所追求的理想結(jié)果是在室外環(huán)境中，地圖效勞功能能夠讓用戶在終端設(shè)備上查看校園環(huán)境地圖，通過放大縮小、上下移動等操作全面熟悉校園環(huán)境。實時定位用戶位置、查詢從當(dāng)前位置前往目的地的最優(yōu)路徑并標(biāo)記在校園環(huán)境地圖上;在室環(huán)境中，根據(jù)用戶的選擇顯示相應(yīng)的室環(huán)境地圖。定位時，將用戶相對于室環(huán)境的位置標(biāo)記在室環(huán)境地圖上，并且能夠獲取該位置相應(yīng)的效勞信息，例如，空教室信息、課程信息等等。1.2系統(tǒng)總體設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，整個系統(tǒng)在邏輯上分為客戶端、效勞器端與數(shù)據(jù)庫三層架構(gòu)。系統(tǒng)構(gòu)造如下：圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖(1)客戶端:安裝于Android系統(tǒng)的智能手機(jī)上，完成核心功能與數(shù)據(jù)的前臺顯示，是與用戶進(jìn)展交互的重要層。系統(tǒng)核心功能主要包括地圖效勞、室外GPS定位、校園路徑指引、室WiFi定位、課程信息查詢、空教室查詢。(2)效勞器端:運行于PC端，主要分為GIS效勞器、Web效勞器和定位效勞器。將ArcGISDesktop軟件創(chuàng)立的校園地圖利用ArcGISServer發(fā)布于Web效勞器，并實現(xiàn)管理和更新。當(dāng)Web效勞器接收到客戶端發(fā)來的地圖操作請求時，通知GIS效勞器根據(jù)要求調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的地圖數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的地理處理工具來提供效勞。定位效勞器主要用于運行算法，當(dāng)接收到客戶端發(fā)來的無線信號時，調(diào)用室定位算法確定終端設(shè)備的位置，并將該位置的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶端?？蛻舳伺c效勞端之間利用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸，通過標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議進(jìn)展通信。(3)數(shù)據(jù)庫:負(fù)責(zé)向效勞層提供數(shù)據(jù)支持?？蛻舳耸褂肧QLite和文件方式存儲少量本地數(shù)據(jù);定位效勞器采用Mysql數(shù)據(jù)庫存儲室定位中離線訓(xùn)練階段的位置指紋庫、空閑教室信息和課程信息。GIS效勞器采用Geodatabase地理數(shù)據(jù)庫存儲校園地圖的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。2校園地圖系統(tǒng)設(shè)計針對校園環(huán)境的地圖系統(tǒng)的設(shè)計過程就是將校園地理信息矢量化為地圖并完成發(fā)布和管理的過程，由ArcGISDesktop軟件來完成空間數(shù)據(jù)的采集、編輯、分析、更新等操作，ArcGISServer實現(xiàn)地圖效勞和網(wǎng)絡(luò)分析效勞發(fā)布，在Android平臺上結(jié)合ArcGISforAndroid插件訪問自行發(fā)布的地圖，獲取地圖效勞和網(wǎng)絡(luò)分析效勞。2．1空間數(shù)據(jù)的采集空間數(shù)據(jù)的采集是將紙質(zhì)地圖像、外業(yè)、遙感影觀測數(shù)據(jù)、文本資料等不同來源的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以接收與處理的數(shù)字形式。本地圖中，主要包括以下幾種數(shù)據(jù):(1)地圖數(shù)據(jù)，采用了由學(xué)校提供的校園平面地圖。(2)影像地圖，在GoogleEarth上利用GEtScreen軟件截取校園衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。(3)實測數(shù)據(jù)，由于設(shè)備有限，本地圖直接通過ArcGISOnline、GoogleMap等現(xiàn)有的地圖軟件測量比擬獲取地圖點坐標(biāo)、道路路線長度等數(shù)據(jù)。2．2地理配準(zhǔn)采集的校園平面地圖和衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)是不含任何地理數(shù)據(jù)信息的，要使用它就要進(jìn)展配準(zhǔn)以及賦予它正確的地理數(shù)據(jù)。這里必須引入空間參考的概念?？臻g參考包括*、Y、Z值坐標(biāo)系以及*、Y、Z和M值的容差值和分辨率值，使用這些屬性，可以確定一個地物在地球上的位置。常用的坐標(biāo)系統(tǒng)主要包括地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系。本地圖中選擇地理坐標(biāo)系GCS_WGS_1984，該坐標(biāo)系就是移動平臺GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，通過GPS獲得的坐標(biāo)信息都是按這個坐標(biāo)系提供的經(jīng)緯度。ArcGIS中地理配準(zhǔn)使用Geo-referencing工具條，一般要經(jīng)過坐標(biāo)系的選擇添加控制點、檢查殘差、校正及重采樣等幾個步驟。為減少誤差帶來的影響，控制點應(yīng)當(dāng)盡量選取衛(wèi)星影像上容易分辨且比擬精細(xì)特征點或者圖像邊緣處的點。并且盡可能在區(qū)域當(dāng)中均勻、滿幅的選點。影像特征變化較大的地區(qū)應(yīng)該多項選擇幾個控制點。2．3空間數(shù)據(jù)的編輯完成地理配準(zhǔn)之后，需要構(gòu)建校園要素圖，對校園所需描述的要素以圖層的形式表現(xiàn)出來，這是一個矢量化的過程。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，將校園地圖的空間數(shù)據(jù)分為5個圖層，涉及點要素、線要素和面要素3種圖層類型，完成對不同屬性地物的矢量化。ArcGIS中空間數(shù)據(jù)的編輯使用Editor工具條，依次對各個圖層的地物進(jìn)展編輯。進(jìn)展數(shù)據(jù)編輯時需要注意各個數(shù)據(jù)元素之間的拓?fù)湟?guī)則。2.4空間數(shù)據(jù)的分析ArcGIS中使用網(wǎng)絡(luò)分析功能模擬解決現(xiàn)實世界的多種網(wǎng)絡(luò)問題。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)問題的不同類型，可以采取不同的建模方式。對于定向網(wǎng)絡(luò)，通常采用幾何網(wǎng)絡(luò)分析方式建模。對于非定向網(wǎng)絡(luò)通常采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的方式建模。交通網(wǎng)絡(luò)屬于非定向網(wǎng)絡(luò)，適用由邊、交匯點和轉(zhuǎn)彎要素組成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集建模。步驟如下:首先建立和編輯網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集;然后在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中利用ArcToolbo*中的網(wǎng)絡(luò)分析擴(kuò)展模塊進(jìn)展點到點的路徑分析，獲得最短路徑。2.5地圖效勞與網(wǎng)絡(luò)分析效勞發(fā)布ArcGISServer效勞器上發(fā)布效勞之前需先安裝IIS，它是允許在網(wǎng)絡(luò)(包括互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng))上發(fā)布信息的Web效勞器。校園地圖效勞和網(wǎng)絡(luò)分析效勞發(fā)布成功之后，可在ArcGISOnline上實現(xiàn)在線訪問，通過IIS供不同的移動終端調(diào)用。Android平臺使用ArcGISforAndroid插件調(diào)用自行發(fā)布的地圖，執(zhí)行最短路徑分析操作。3基于WiFi信號強(qiáng)度的位置指紋定位復(fù)來雜多變的室環(huán)境中，無線信號傳播衰減模型難以準(zhǔn)確的描述具有較強(qiáng)時變特性的WiFi信號強(qiáng)度與距離之間的關(guān)系。由于基于WiFi信號強(qiáng)度值的位置指紋定位算法具有較好的定位魯棒性，因此本系統(tǒng)使用它進(jìn)展室定位。位置指紋定位是依據(jù)終端所處位置的位置指紋信息，查詢位置指紋庫，根據(jù)相應(yīng)的匹配算法來估計終端所處的位置?？色@取的位置指紋有多種，因RSSI易于測量，因而受到了廣泛關(guān)注。位置指紋定位通常分為兩個階段離線建庫階段和在線定位階段。離線建庫階段首先建立一與目標(biāo)環(huán)境地理圖相對應(yīng)的地理空間坐標(biāo)圖來，然后將目標(biāo)區(qū)域劃分為假設(shè)干采集點。采集點的密集程度及數(shù)量可根據(jù)環(huán)境而定，一般情況下，采集點越密集，定位結(jié)果越精準(zhǔn)對每個采集點屢次掃描每個AP的值，定位號強(qiáng)度值，掃描結(jié)果進(jìn)展“平滑〞處理，去除一些跳變較大的值，其余值求平均，形成RSSI位置指紋庫。本文采用高斯濾波方法對信號進(jìn)展“平滑〞處理，之所以采取高斯濾波方法，是由于RSSI值的分布與正態(tài)分布曲線相似。根據(jù)所查資料可知，AP接入點個數(shù)為4個時室環(huán)境位置指紋可滿足定位精度的要求，因此將RSSI位置指紋庫的數(shù)據(jù)表設(shè)計RSSI位置指紋庫的數(shù)據(jù)表設(shè)計為＜ID、*、Y、MAC1、RSSI1、MAC2、RSSI2、MAC3、RSSI3、MAC4、RSSI4＞形式，其中ID為各個采集點編號，*、Y為采集點的橫縱坐標(biāo)，MAC1、MAC2、MAC3、MAC4分別為4個AP接入點的物理地址，RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4分別為對應(yīng)的信號強(qiáng)度平均值，也是用于定位的指紋特征?？紤]到校園樓宇A(yù)P的布設(shè)情況，大多數(shù)樓宇都能滿足一個樓層4個接入點或者更多的要求，這里不再另外布置AP，而是選擇平均信號強(qiáng)度值最大的4個現(xiàn)有AP進(jìn)展建庫。測量無線信號的設(shè)備使用華碩筆記本A45V測試軟件是專門寫的一個采集無線信號的小程序。在線定位階段，通過客戶端掃描當(dāng)前位置的實時信號強(qiáng)度值。為了提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性將掃描次數(shù)定為5次然后取平均值作為該AP的實時信號強(qiáng)度值。將處理好的實時RSSI值發(fā)送至定位效勞器，由定位效勞器調(diào)用最近鄰算法與位置指紋庫進(jìn)展匹配，找出與當(dāng)前位置距離最近的采集點，從而估算出終端所在位置。4校園LBS系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)4.1開發(fā)環(huán)境的搭建開場開發(fā)本應(yīng)用時，我們要先搭建開發(fā)環(huán)境。我們首先需要安裝幾個軟件和開發(fā)包。1.JavaJDK。JDK是JAVA語言的軟件工具開發(fā)包。有了他我們才能運行JAVA文件。在安裝完了JDK后我們還需進(jìn)展環(huán)境變量的配置，確保我們在各個文件夾下都能運行Java應(yīng)用。2.AndroidStudio。AndroidStudio是一個Android集成開發(fā)工具，提供了集成的Android開發(fā)工具用于開發(fā)和調(diào)試；它是基于Gradle的構(gòu)建支持和Android專屬的重構(gòu)和快速修復(fù)；提示工具以捕獲性能、可用性、版本兼容性等問題和基于模板的向?qū)砩沙Ｓ玫腁ndroid應(yīng)用設(shè)計；組功能強(qiáng)大的布局編輯器，可以讓你拖拉UI控件并進(jìn)展效果預(yù)覽。3.高德地圖AndroidSDK。高德地圖AndroidSDK是一套基于Android2.1及以上版本設(shè)備的應(yīng)用程序接口。通過調(diào)用地圖SDK接口，我們可以訪問高德地圖效勞和數(shù)據(jù)，構(gòu)建功能豐富、交互性強(qiáng)的地圖類應(yīng)用程序。為了在Android地圖應(yīng)用程序中使用高德SDK和高德API，需要將相關(guān)文件拷貝到文件夾LIBS下，一個是.jar文件，另一個是.so文件。另外我們需要使用高德賬號申請一個平安碼，然后再配置Android應(yīng)用的Key,并在清單文件中的<application>標(biāo)簽使用<meta>標(biāo)簽填寫這個Key。需要注意的是一個應(yīng)用對應(yīng)一個平安碼。具體的下文會詳細(xì)說明。完成了以上開發(fā)環(huán)境搭建工作后，我們就可以開場開發(fā)我們的應(yīng)用了。4.2校園定位微微任務(wù)APP具體設(shè)計之前下載好的.so和.jar文件放入libs文件夾下，對于每個jar文件，右鍵-選擇AddAsLibrary，導(dǎo)入到工程中。工程文件構(gòu)造大致如下圖。2.添加用戶key在工程的“AndroidManifest.*ml〞文件如下代碼中添加您的用戶Key3.添加所需權(quán)限在工程的“AndroidManifest.*ml〞文件中進(jìn)展添加。在布局*ml文件中添加地圖控件。5.創(chuàng)立地圖Activity，由于Java文件涉及的代碼比擬多，這里展示局部代碼配置AndroidManifest.*ml；在application標(biāo)簽中聲明service組件,每個app擁有自己單獨的定位service；然后在使用權(quán)限7.啟動定位功能：在主線程中獲得地圖對象AMap，并設(shè)置定位監(jiān)聽且實現(xiàn)LocationSource接口然后配置參數(shù)，啟動定位8.實現(xiàn)AmapLocationListener接口，實現(xiàn)定位結(jié)果，代碼較多，這里只顯示局部4.3應(yīng)用功能測試我們翻開網(wǎng)絡(luò)，翻開app，則會在地圖上顯示當(dāng)前位置，點擊屏幕上的加減好可以進(jìn)展縮放，如下圖2.然后我們可以設(shè)置發(fā)布任務(wù)的詳情，有標(biāo)題；內(nèi)容和任務(wù)的分類；發(fā)布的*圍，如下圖2.然后我們可以設(shè)置發(fā)布任務(wù)的詳情，有標(biāo)題；內(nèi)容和任務(wù)的分類；發(fā)布的*圍，如下圖3.我們還可以在界面上看見我們說發(fā)布的任務(wù)和一些你選擇承受的任務(wù)4.我們還可以用戶登錄，用戶發(fā)布的任務(wù)在他選擇的圍的周報區(qū)域，安裝了同樣此app的人在翻開時就可以看見別人發(fā)布的任務(wù)，如果選擇承受，就可以去執(zhí)行此任務(wù)，比方到3號