文 献 综 述
- 引言
随着智能手机、无线网络、移动计算等领域的发展，基于位置服务的应用日益普及，定位系统的使用在我们的日常生活中越来越广泛，其中最常用的定位导航系统是GPS，GPS是美国国防部研制和维护的中距离圆形轨道卫星通信导航系统，它可以为地球表面绝大部分地区提供定位服务，而国内也在2000年之后开始独立自主的建设自己的卫星导航系统北斗卫星导航系统（BDS），在广阔的室外环境中，GPS、北斗等导航系统可以提供高精度的定位系统，但是此类定位系统有其明显的缺陷，那就是室内定位。
- 选题背景与意义
由于卫星信号到达地面时较弱，且不能穿透建筑物、室内环境的复杂以及高建筑群对于信号的干扰等问题的存在，致使GPS的室内定位精度远远达不到人们对于室内定位的需求，但人们对室内定位的需求却日益增加。室内定位系统是解决移动服务最后一米的机会。在公共安全与应急响应方面，室内定位可以让消防人员在紧急情况下，及时准确的定位到被救援人员的位置，为救援行动争取到宝贵的时间；在商业用途方面，随着国内经济的发展，大型的百货商城、旅游景区、机场越来越多，室内定位系统可以为用户提供导购、精确指示商家位置等服务；在日常生活应用方面，室内定位系统可以用于社交服务、人员管理等方面，在未来应用领域，室内定位系统可以用于信息采集、大数据分析、工业流水线管理、基于二维或三维定位的VR主题乐园建设等领域。
从上面的研究背景可以看出，目前这个领域有很大的开拓空间，由此提出了本课题。本课题的主要目的就是使用WIFI室内定位技术，以及借助行人航位推算（Pedestrian Dead Rechoning,PDR）技术实现定位功能，并且基于此进一步实现最佳路径的寻找问题。实现精确的室内定位系统，有很多的方法。例如，基于特定设备的定位方法，这种方法是研究人员根据定位需求专门设计的，具有一定计算能力的设备，有红外发射器、超声波发射器、RFID设备等，这些设备精度很高可以达到cm级别，但是只能在特定设备上使用，普适性低，并且费用过高，不利于推广。和基于特定设备定位方法相比，随着无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）技术的发展，WIFI信号在家庭、商场等室内环境得到了广泛部署，这为降低定位系统部署成本提供了可能。
三、国内外研究现状
目前，已经有很多机构和大学开始从事这方面的研究并且提出了自己的解决方案，比如在国外Google在其手机地图应用中加入了室内导航功能、博通公司研制了一种用于室内定位的芯片（BCM4752）、杜克大学也开发了精确室内导航应用（UnLoc）。而从国内而言，北京邮电大学、武汉大学以及中科院等研究机构都在此方向提出了自己的研究方案，由此可以看出室内定位系统方面的研究是非常有必要的。
四、相关技术
利用WIFI信号进行定位目前主要有两类：基于RSS测距的定位方法和基于指纹定位的方法。
基于RSS测距的定位方法是测量目标WIFI信号的RSS（接收信号强度Received Signal Strength,RSS），根据WIFI信号RSS的指数衰变模型和信号在室内的正态分布特征计算出目标距不同参考AP（Access Point）节点的距离，从而估算出目标的具体位置。
基于指纹定位的方法核心思想是将不宜测量的位置信息映射为容易测量的无线信号特征。基于指纹的定位流程可以分为两个阶段：离线训练阶段和在线定位阶段。离线训练阶段是训练人员通过移动设备在目标环境的多个位置分别采集来自不同AP节点的强度信息，这些位置被称为参考点，这些位置的坐标是已知的。在每个参考点上，移动设备采样来自不同WIFI基站的信号强度，并将这些信号强度和坐标关联形成指纹存储到数据库中，在这个训练过程中，可以加入机器学习的思想。在线定位阶段，待定位的移动设备采集WIFI信号的强度形成指纹上传到服务器。服务器通过指纹相似度匹配算法最终确认待定位系统的估计位置，传输给移动设备，以此完成整个定位的过程。
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