WIFI网络室内定位跟踪算法研究

论文总字数：24428字

摘 要

基于互联网发展迅猛的现今，人们对于位置定位服务的需求已经不仅是以供导航、订票、外卖等服务的精准的室外定位，随即而来的大数据互联网时代，伴随着WiFi网络的使用度大幅度提升，WiFi网络，作为造价低廉、易于安装、范围极广等优点十分明显的技术，已经成为了人们生活中必不可少的上网方式，基于WiFi网络的室内定位跟踪也成为大家需求研究的重点对象。是故，本文将基于WiFi网络，对室内定位跟踪算法进行对比及研究，并进行实验对比，具体内容归纳如下：

围绕着WiFi室内定位的日益火热的研究背景，并结合室内定位的一片大好的发展现状，在国内研究起步较晚的前提下，探索了国内外已有的成熟的且具有探讨意义的无线室内定位技术。接下来，就实现室内定位这个概念展开概述，对根据测量距离来分类几个主要定位算法作出讲解。紧接着对WiFi技术进行了详细的介绍，并分析了它的组成和结构，在分析的过程对比了WiFi与WiFi-Mesh的优缺点。并引入了对室内定位技术在无线领域的讲解，探究其依托无线信号的实现过程。对位置指纹算法这个概念进行了详细的讲解，并对位置指纹算法进行了细致的分类和比较。概述了位置指纹算法的误差来源，并为实际的实验操作可能遇到的问题列举说明并构思解决方案。根据已知的定位原理，设计了室内定位实验系统框架和实验的软硬件部分。并对线下实际环境进行考察选取，并在选定的实验场所定点收集了指纹数据，为定位测试做好了准备。在进行定位测试的过程中，就存在问题进行了预处理，对数据质量进行改进，以提升定位效果。并做了基于机器人的轨迹定位，在实验的过程提出了一些改进并且进行总结。

关键词： WiFi，室内定位，位置定位指纹算法，标签，匹配

ABSTRACT

Based on the rapid development of the Internet today, people demand for location-based services is not only for navigation, booking, take-out and other services, accurate outdoor positioning, followed by large data Internet era, accompanied by the use of WiFi network The WiFi network, as a low cost, easy to install, a very wide range of advantages and other obvious technology, has become an indispensable way of life in the Internet, WiFi-based indoor positioning tracking has become the focus of the needs of everyone Object. Therefore, this paper will be based on the WiFi network, the indoor positioning and tracking algorithm for comparison and research, and experimental comparison, the specific content summarized as follows:

Around the WiFi indoor positioning of the increasingly hot research background, combined with a good positioning of the indoor development of the status quo, in the domestic research started late under the premise of exploring the domestic and foreign existing and has a meaningful wireless indoor positioning technology. Next, the concept of indoor positioning to achieve an overview, based on the measurement distance to sort out several major positioning algorithm to explain. Then the WiFi technology is introduced in detail, and its composition and structure are analyzed. The advantages and disadvantages of WiFi and WiFi-Mesh are compared in the process of analysis. And introduced the indoor positioning technology in the field of wireless to explain, to explore its relying on the realization of the wireless signal process. The concept of position fingerprint algorithm is explained in detail, and the location fingerprint algorithm is carefully classified and compared. This paper summarizes the sources of errors in the location fingerprint algorithm and enumerates the problems that may be encountered in actual experimental operations and conceives solutions. According to the known positioning principle, the indoor positioning experiment system framework and the experimental hardware and software part are designed. And the actual environment under the line to select and select the experimental site in the collection of fingerprint data collected for the positioning test ready. In the process of locating the test, the problem is preprocessed, and the quality of the data is improved to improve the positioning effect. And made a path based on the robot positioning, in the course of the experiment made some improvements and summarized.

Keywords: WiFi, indoor positioning, tag, location fingerprint algorithm, match

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 室内定位的发展现状 1

1.3 室内定位的趋势 2

1.4 本章小结 3

第二章 WiFi室内定位 4

2.1 室内定位 4

2.1.1 室内定位技术 4

2.1.2 室内定位算法 6

2.2 基于WiFi的室内定位技术 9

2.3 WiFi-Mesh与WiFi 9

2.3.1 WiFi-Mesh概述 9

2.3.2 WiFi-Mesh与WiFi的比较 9

2.4 本章小结 10

第三章 位置指纹算法 11

3.1 位置指纹算法概述 11

3.2 位置指纹算法的特点 11

3.2.1 易于操作 11

3.2.2 灵活度高 11

3.2.3 维护成本低 11

3.3 位置指纹算法的组成及差异 11

3.3.1 确定型位置指纹算法 12

3.3.2 概率型指纹算法 13

3.4 指纹定位算法误差来源 13

3.5 本章小结 13

第四章 定位系统实现 14

4.1 系统总体设计 14

4.2 定位系统硬件 14

4.3 系统软件设计 15

4.3.1 定位标签设计 15

4.3.2 服务器设计 16

4.4 实验环境 17

4.5 WiFi指纹库的构建 18

4.6 本章小结 18

第五章 系统实验及分析 19

5.1 系统测试 19

5.2 WiFi定位测试 19

5.3 数据处理和误差分析 19

5.3.1. 实验预处理 20

5.3.2. 实验数据处理 22

5.4 本章小结 27

第六章 全文总结及展望 28

致 谢 29

参考文献 30

1. 绪论
   1. 课题研究背景

为了满足人们快节奏的工作以及最大程度的提高人们的生活效率，衍生了许多基于传统技术例如军事导航、交通、环境、资源整合、测绘等领域产生的新型产业，例如微信集线上支付、实时视讯、购物订票等功能，美团、饿了吗支持极速外卖，ofo、摩拜、bluegogo等支持手机解锁的共享单车，淘宝、途牛、驴妈妈、airbnb支持在线个性化定制旅行等。它们的出现大幅度地便利了人们的生活，使得人们对定位和导航的需求日渐增大，并使其所依托的定位技术也成为时下最火热的研究课题。

目前，卫星定位导航系统（Global Position System，GPS）的主流定位技术在应用中有很大的局限性。举个例子，定位者不能直接的通过便携设备收集信号，只能间接的通过特定的信号感受器来感知卫星信号。当信号感受器感受到了卫星的信号时，就能通过对感受到的信号做处理进行定位。但是实际上，通过感知卫星的信号信息进行计算的过程并不容易。整个过程不仅有着很复杂的计算量，而且借助的卫星数量成本也较高。不仅如此，要补充说明的是卫星定位在地势平坦的地方可以做到较好的定位，在城市环境错综复杂的情况下就显得不尽人意了。[^[1]]

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