基于iOS的室内位置服务系统的设计与实现
发布时间：2020-10-01 16:59
当前GPS(Global Positioning System)定位技术成为户外位置信息获取的代表性方法,在世界范围内得到普遍的推行与使用。可是在人们日常生活的室内空间下,一方面卫星信号遭受建筑滋扰,难以被有效利用,另一方面尽管存在着多种不同的室内定位策略,但是不同的技术方案在定位精度、电能损耗、使用情景上各不相同,目前尚未形成一种统一的普适方案。人们对于室内位置服务的需求日益迫切,设计实现一种室内位置服务系统有很强的实用价值与现实意义。搭载iOS系统的智能设备的广泛普及为室内位置服务系统提供了良好的条件。本文在借鉴多种室内位置坐标计算方案基础之上,完成利用iOS技术的位置服务系统开发。依照软件工程思路,在需求分析阶段达成系统整体功能性和非功能性需求,明确系统定位、导航与搜索三大核心功能;概要设计阶段确定应用用户定位、用户导航、用户搜索以及用户个人信息管理四种模块划分,并完成数据库与系统接口设计;详细设计阶段实现了整个系统界面设计开发与功能编码;测试阶段针对系统进行单元与集成测试,对应用存在的异常退出、功能错误等问题进行修复,并在内存使用率、网络流量消耗、CPU使用率及功耗上进行优化。本文所实现系统为用户提供定位、导航与搜索等功能,在部分室内场景下具有良好的定位性能,在单台4核心CPU服务器上能够同时支持80人使用定位导航服务,平均定位误差为1.5米,能够有效满足用户在室内空间下的位置需求。系统与室外百度地图SDK集成实现了室内外定位的无缝衔接,有效拓展应用使用范围,经过进一步的完善与发展将能够进行产品化推广。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP311.52;TP316
【部分图文】：
２．２主流室内定位算法逡逑２．２．１邋Ｃｅｌｌ－ＩＤ邋定位法逡逑Ｃｅｌｌ－ＩＤ法又称为邻近信息法。如图２－１所示，红色区域代表具有信号发射逡逑能力的信标所在位置，绿色区域代表设备发射信号所能够覆盖的有效范围，当行逡逑人行走进入信号有效覆盖的领域的时候，可以依据信标所在物理坐标确定行人的逡逑此刻的位置，这种方式即称之为Ｃｅｌｌ－ＩＤ定位法。比如在室内位置服务系统中，逡逑对于需要定位的拐角区域，由于拐角处基于指纹匹配的定位算法性能不佳，定位逡逑通常会有一定的延迟，此时可以通过在拐角处放置一个蓝牙信标，通过将信标功逡逑率调低使其只覆盖一小部分区域，这样当移动设备进入蓝牙信号覆盖范围的时候，逡逑便可以确定移动终端位置。在单基站定位方法中也是利用此类位置估算方式，这逡逑种技术方式完成较为容易
逑２．２．２质心定位法逡逑质心就是指多边形的几何中心，质心定位法如图２－２所示，Ａｌ、Ａ２、Ａ３为逡逑三个信标参考点，参考点空间坐标己知，假设Ａｌ、Ａ２、Ａ３平面所对应位置坐标逡逑分别为（Ｘｌ’Ｙｌ）、（Ｘ２’ｙ２），邋（Ｘ３’ｙ３），Ｓ为需要估算其位置的目标个体，坐标为逡逑（Ｓ〃Ｓ＾，那么利用质心定位法计算Ｓ的定位坐标如公式（２－１）所示：逡逑＇邋（Ｘｌ邋＋邋ｘ２＋ｘ３）逡逑＾３＾逡逑ｉ逦（？＿１邋）逡逑ｆ邋Ａｙ＾＋ｙｉ＋Ｙｉ）逦￣逡逑３逡逑公式２－１默认各个信标参考点权重为１，实际应用中，待定位目标Ｓ与参考逡逑点Ａｌ、Ａ２、Ａ３距离并非等距，此时可以使用加权质心定位算法。假设Ｓ收到逡逑的来自Ａｌ、Ａ２、Ａ３的信号强度分别为Ａ、Ｇ，假如以信号强度大小作为各逡逑对应参考点权重，那么应用加权方式估算Ｓ的坐标如公式（２－２）所示：逡逑（ｒ
过ＴＯＡ邋（ＴｉｍｅＯｆＡｒｒｉｖａｌ）或者空间信号传播模型计算得到。该方式示意图如图逡逑２－３所示，分别以Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３为圆心的三个圆的交点即为目标个体所在位置。逡逑图２－３所示是理想状态下的定位效果，然而在真实实践中，三个区域往往不是交逡逑汇于一个点，而是相交形成一个区域，有时三个圆也会出现没有交点的现象产生。逡逑１——＾逦＾￣￣逡逑／邋Ａ邋＼逡逑ｉ逦／逦＼逡逑Ｓ１”邋，，Ｓ２逦．丨逡逑Ｖｗ逡逑ｕ邋）逡逑ｖ邋一NB逡逑图２－３三边定位法示意图逡逑假如ｓｉ、Ｓ２、Ｓ３三个圆心所在位置分别为（Ｘｉ’ｙｉ）、＾’ｙｐ、（？’０，三逡逑个圆所对应的半径长度分别为ｇ，待定位个体所在位置为（ｘ？’ｙ？｝，根据逡逑圆形所满足的数学方程式可以得到公式（２－３），通过方程组求解，即可确定待定逡逑位目标位置。逡逑（ｘ０—ｘｆ＋Ｇｏ－ｙｆ逡逑＜邋（ｘ０－ｘ２）＂邋＋（ｙ0—ｙ２）￣邋＝邋ｔ＇２＂逦（２－３）逡逑＿（ｘ0－ｘ３）－＋（ｙ0－ｙ３）－邋＝邋ｒ，逡逑三角定位法通过计算待定位物体到两个或两个以上的参考点方位信息，然后逡逑运用三角几何原理确定待定位物体的位置坐标。三角定位法示意图如图２－４所示
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP311.52;TP316
【部分图文】：
２．２主流室内定位算法逡逑２．２．１邋Ｃｅｌｌ－ＩＤ邋定位法逡逑Ｃｅｌｌ－ＩＤ法又称为邻近信息法。如图２－１所示，红色区域代表具有信号发射逡逑能力的信标所在位置，绿色区域代表设备发射信号所能够覆盖的有效范围，当行逡逑人行走进入信号有效覆盖的领域的时候，可以依据信标所在物理坐标确定行人的逡逑此刻的位置，这种方式即称之为Ｃｅｌｌ－ＩＤ定位法。比如在室内位置服务系统中，逡逑对于需要定位的拐角区域，由于拐角处基于指纹匹配的定位算法性能不佳，定位逡逑通常会有一定的延迟，此时可以通过在拐角处放置一个蓝牙信标，通过将信标功逡逑率调低使其只覆盖一小部分区域，这样当移动设备进入蓝牙信号覆盖范围的时候，逡逑便可以确定移动终端位置。在单基站定位方法中也是利用此类位置估算方式，这逡逑种技术方式完成较为容易
逑２．２．２质心定位法逡逑质心就是指多边形的几何中心，质心定位法如图２－２所示，Ａｌ、Ａ２、Ａ３为逡逑三个信标参考点，参考点空间坐标己知，假设Ａｌ、Ａ２、Ａ３平面所对应位置坐标逡逑分别为（Ｘｌ’Ｙｌ）、（Ｘ２’ｙ２），邋（Ｘ３’ｙ３），Ｓ为需要估算其位置的目标个体，坐标为逡逑（Ｓ〃Ｓ＾，那么利用质心定位法计算Ｓ的定位坐标如公式（２－１）所示：逡逑＇邋（Ｘｌ邋＋邋ｘ２＋ｘ３）逡逑＾３＾逡逑ｉ逦（？＿１邋）逡逑ｆ邋Ａｙ＾＋ｙｉ＋Ｙｉ）逦￣逡逑３逡逑公式２－１默认各个信标参考点权重为１，实际应用中，待定位目标Ｓ与参考逡逑点Ａｌ、Ａ２、Ａ３距离并非等距，此时可以使用加权质心定位算法。假设Ｓ收到逡逑的来自Ａｌ、Ａ２、Ａ３的信号强度分别为Ａ、Ｇ，假如以信号强度大小作为各逡逑对应参考点权重，那么应用加权方式估算Ｓ的坐标如公式（２－２）所示：逡逑（ｒ
过ＴＯＡ邋（ＴｉｍｅＯｆＡｒｒｉｖａｌ）或者空间信号传播模型计算得到。该方式示意图如图逡逑２－３所示，分别以Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３为圆心的三个圆的交点即为目标个体所在位置。逡逑图２－３所示是理想状态下的定位效果，然而在真实实践中，三个区域往往不是交逡逑汇于一个点，而是相交形成一个区域，有时三个圆也会出现没有交点的现象产生。逡逑１——＾逦＾￣￣逡逑／邋Ａ邋＼逡逑ｉ逦／逦＼逡逑Ｓ１”邋，，Ｓ２逦．丨逡逑Ｖｗ逡逑ｕ邋）逡逑ｖ邋一NB逡逑图２－３三边定位法示意图逡逑假如ｓｉ、Ｓ２、Ｓ３三个圆心所在位置分别为（Ｘｉ’ｙｉ）、＾’ｙｐ、（？’０，三逡逑个圆所对应的半径长度分别为ｇ，待定位个体所在位置为（ｘ？’ｙ？｝，根据逡逑圆形所满足的数学方程式可以得到公式（２－３），通过方程组求解，即可确定待定逡逑位目标位置。逡逑（ｘ０—ｘｆ＋Ｇｏ－ｙｆ逡逑＜邋（ｘ０－ｘ２）＂邋＋（ｙ0—ｙ２）￣邋＝邋ｔ＇２＂逦（２－３）逡逑＿（ｘ0－ｘ３）－＋（ｙ0－ｙ３）－邋＝邋ｒ，逡逑三角定位法通过计算待定位物体到两个或两个以上的参考点方位信息，然后逡逑运用三角几何原理确定待定位物体的位置坐标。三角定位法示意图如图２－４所示
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本文编号：2831733
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