基于LBS的校園定位系統設計與實現摘要:為了解決目前智能手機中位置效勞LBS(LocationBasedService)類移動應用在小環境區域不能準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系統設計方案。首先介紹系統構造設計，然后詳細分析了MobileGIS、GPS、基于WiFi信號強度值的位置指紋定位算法等系統設計中的關鍵技術，最后測試驗證系統的各個功能模塊。測試結果說明，系統可以實現終端定位、室位置效勞、校園導航、地圖效勞等功能，且操作便捷，具備可行性和實用性。關鍵詞: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，移動互聯網技術飛速開展、Android智能手機的日益普及，基于Android平臺而開發的各種移動應用層出不窮。其中，被看作移動互聯網領域的“殺手級應用〞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校、醫院這樣的小環境區域中獲得準確LBS效勞。提供LBS效勞必須在確定用戶位置的根底上，而這樣的小環境區域往往包含室和室外兩種不同的環境。在室外，GPS提供了非常精準的位置信息;但是衛星信號易受到建筑物的遮擋，在室環境下GPS并不能提供高精度的定位，而WiFi、ZigBee、藍牙、紅外、超聲波、射頻識別、超寬帶等無線定位技術快速開展，成為對GPS的有力補充。因此本文以校園這個特殊職能的小環境區域為研究對象，基于Android平臺設計和實現了一個校園LBS系統:以ArcGIS系列軟件制作的校園地圖為背景;室外環境過接收GPS信號進展定位;室環境中在無需利用額外硬件設備的前提下，綜合考慮無線信號覆蓋圍、受室環境影響程度、定位精度要求等等，采用基于WiFi信號強度的位置指紋定位算法進展定位。系統可為師生和來訪者提供位置相關的信息效勞。1.系統設計1．1系統需求分析本系統所追求的理想結果是在室外環境中，地圖效勞功能能夠讓用戶在終端設備上查看校園環境地圖，通過放大縮小、上下移動等操作全面熟悉校園環境。實時定位用戶位置、查詢從當前位置前往目的地的最優路徑并標記在校園環境地圖上;在室環境中，根據用戶的選擇顯示相應的室環境地圖。定位時，將用戶相對于室環境的位置標記在室環境地圖上，并且能夠獲取該位置相應的效勞信息，例如，空教室信息、課程信息等等。1.2系統總體設計根據系統的需求分析，整個系統在邏輯上分為客戶端、效勞器端與數據庫三層架構。系統構造如下：圖1系統架構圖(1)客戶端:安裝于Android系統的智能手機上，完成核心功能與數據的前臺顯示，是與用戶進展交互的重要層。系統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軟件創立的校園地圖利用ArcGISServer發布于Web效勞器，并實現管理和更新。當Web效勞器接收到客戶端發來的地圖操作請求時，通知GIS效勞器根據要求調用數據庫中的地圖數據以及相應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，當接收到客戶端發來的無線信號時，調用室定位算法確定終端設備的位置，并將該位置的相關數據發送至客戶端。客戶端與效勞端之間利用無線網絡進展數據傳輸，通過標準的HTTP協議進展通信。(3)數據庫:負責向效勞層提供數據支持。客戶端使用SQLite和文件方式存儲少量本地數據;定位效勞器采用Mysql數據庫存儲室定位中離線訓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地理數據庫存儲校園地圖的空間數據和屬性數據。2校園地圖系統設計針對校園環境的地圖系統的設計過程就是將校園地理信息矢量化為地圖并完成發布和管理的過程，由ArcGISDesktop軟件來完成空間數據的采集、編輯、分析、更新等操作，ArcGISServer實現地圖效勞和網絡分析效勞發布，在Android平臺上結合ArcGISforAndroid插件訪問自行發布的地圖，獲取地圖效勞和網絡分析效勞。2．1空間數據的采集空間數據的采集是將紙質地圖像、外業、遙感影觀測數據、文本資料等不同來源的數據轉換成計算機可以接收與處理的數字形式。本地圖中，主要包括以下幾種數據:(1)地圖數據，采用了由學校提供的校園平面地圖。(2)影像地圖，在GoogleEarth上利用GEtScreen軟件截取校園衛星影像數據。(3)實測數據，由于設備有限，本地圖直接通過ArcGISOnline、GoogleMap等現有的地圖軟件測量比擬獲取地圖點坐標、道路路線長度等數據。2．2地理配準采集的校園平面地圖和衛星影像數據是不含任何地理數據信息的，要使用它就要進展配準以及賦予它正確的地理數據。這里必須引入空間參考的概念。空間參考包括*、Y、Z值坐標系以及*、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。常用的坐標系統主要包括地理坐標系和投影坐標系。本地圖中選擇地理坐標系GCS_WGS_1984，該坐標系就是移動平臺GPS所采用的坐標系統，通過GPS獲得的坐標信息都是按這個坐標系提供的經緯度。ArcGIS中地理配準使用Geo-referencing工具條，一般要經過坐標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，控制點應當盡量選取衛星影像上容易分辨且比擬精細特征點或者圖像邊緣處的點。并且盡可能在區域當中均勻、滿幅的選點。影像特征變化較大的地區應該多項選擇幾個控制點。2．3空間數據的編輯完成地理配準之后，需要構建校園要素圖，對校園所需描述的要素以圖層的形式表現出來，這是一個矢量化的過程。根據系統的設計要求，將校園地圖的空間數據分為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中空間數據的編輯使用Editor工具條，依次對各個圖層的地物進展編輯。進展數據編輯時需要注意各個數據元素之間的拓撲規則。2.4空間數據的分析ArcGIS中使用網絡分析功能模擬解決現實世界的多種網絡問題。根據網絡問題的不同類型，可以采取不同的建模方式。對于定向網絡，通常采用幾何網絡分析方式建模。對于非定向網絡通常采用網絡數據集的方式建模。交通網絡屬于非定向網絡，適用由邊、交匯點和轉彎要素組成的網絡數據集建模。步驟如下:首先建立和編輯網絡數據集;然后在網絡數據集中利用ArcToolbo*中的網絡分析擴展模塊進展點到點的路徑分析，獲得最短路徑。2.5地圖效勞與網絡分析效勞發布ArcGISServer效勞器上發布效勞之前需先安裝IIS，它是允許在網絡(包括互聯網和局域網)上發布信息的Web效勞器。校園地圖效勞和網絡分析效勞發布成功之后，可在ArcGISOnline上實現在線訪問，通過IIS供不同的移動終端調用。Android平臺使用ArcGISforAndroid插件調用自行發布的地圖，執行最短路徑分析操作。3基于WiFi信號強度的位置指紋定位復來雜多變的室環境中，無線信號傳播衰減模型難以準確的描述具有較強時變特性的WiFi信號強度與距離之間的關系。由于基于WiFi信號強度值的位置指紋定位算法具有較好的定位魯棒性，因此本系統使用它進展室定位。位置指紋定位是依據終端所處位置的位置指紋信息，查詢位置指紋庫，根據相應的匹配算法來估計終端所處的位置。可獲取的位置指紋有多種，因RSSI易于測量，因而受到了廣泛關注。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環境地理圖相對應的地理空間坐標圖來，然后將目標區域劃分為假設干采集點。采集點的密集程度及數量可根據環境而定，一般情況下，采集點越密集，定位結果越精準對每個采集點屢次掃描每個AP的值，定位號強度值，掃描結果進展“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值的分布與正態分布曲線相似。根據所查資料可知，AP接入點個數為4個時室環境位置指紋可滿足定位精度的要求，因此將RSSI位置指紋庫的數據表設計RSSI位置指紋庫的數據表設計為＜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，MAC1、MAC2、MAC3、MAC4分別為4個AP接入點的物理地址，RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4分別為對應的信號強度平均值，也是用于定位的指紋特征。考慮到校園樓宇AP的布設情況，大多數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度值最大的4個現有AP進展建庫。測量無線信號的設備使用華碩筆記本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，通過客戶端掃描當前位置的實時信號強度值。為了提高數據準確性將掃描次數定為5次然后取平均值作為該AP的實時信號強度值。將處理好的實時RSSI值發送至定位效勞器，由定位效勞器調用最近鄰算法與位置指紋庫進展匹配，找出與當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系統功能模塊實現4.1開發環境的搭建開場開發本應用時，我們要先搭建開發環境。我們首先需要安裝幾個軟件和開發包。1.JavaJDK。JDK是JAVA語言的軟件工具開發包。有了他我們才能運行JAVA文件。在安裝完了JDK后我們還需進展環境變量的配置，確保我們在各個文件夾下都能運行Java應用。2.AndroidStudio。AndroidStudio是一個Android集成開發工具，提供了集成的Android開發工具用于開發和調試；它是基于Gradle的構建支持和Android專屬的重構和快速修復；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導來生成常用的Android應用設計；組功能強大的布局編輯器，可以讓你拖拉UI控件并進展效果預覽。3.高德地圖AndroidSDK。高德地圖AndroidSDK是一套基于Android2.1及以上版本設備的應用程序接口。通過調用地圖SDK接口，我們可以訪問高德地圖效勞和數據，構建功能豐富、交互性強的地圖類應用程序。為了在Android地圖應用程序中使用高德SDK和高德API，需要將相關文件拷貝到文件夾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應用的Key,并在清單文件中的<application>標簽使用<meta>標簽填寫這個Key。需要注意的是一個應用對應一個平安碼。具體的下文會詳細說明。完成了以上開發環境搭建工作后，我們就可以開場開發我們的應用了。4.2校園定位微微任務APP具體設計之前下載好的.so和.jar文件放入libs文件夾下，對于每個jar文件，右鍵-選擇AddAsLibrary，導入到工程中。工程文件構造大致如下圖。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.添加所需權限在工程的“AndroidManifest.*ml〞文件中進展添加。在布局*ml文件中添加地圖控件。5.創立地圖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；然后在使用權限7.啟動定位功能：在主線程中獲得地圖對象AMap，并設置定位監聽且實現LocationSource接口然后配置參數，啟動定位8.實現AmapLocationListener接口，實現定位結果，代碼較多，這里只顯示局部4.3應用功能測試我們翻開網絡，翻開app，則會在地圖上顯示當前位置，點擊屏幕上的加減好可以進展縮放，如下圖2.然后我們可以設置發布任務的詳情，有標題；內容和任務的分類；發布的*圍，如下圖2.然后我們可以設置發布任務的詳情，有標題；內容和任務的分類；發布的*圍，如下圖3.我們還可以在界面上看見我們說發布的任務和一些你選擇承受的任務4.我們還可以用戶登錄，用戶發布的任務在他選擇的圍的周報區域，安裝了同樣此app的人在翻開時就可以看見別人發布的任務，如果選擇承受，就可以去執行此任務，比方到3號