摘 要: 為了滿足航空旅客在機場候機大廳的位置服務(wù)需要,,同時為了降低AP(Access Point)部署的高度對定位的影響,提出了一種基于信號強度和傳播模型的三維定位技術(shù),。該方法首先采用最小二乘法確定傳播模型的參數(shù),,再使用最小均方差實現(xiàn)定位。實驗結(jié)果表明,,該算法的誤差在3 m內(nèi),,準(zhǔn)確率達83.36%,能夠滿足旅客在機場候機廳內(nèi)位置服務(wù)的需要,。
關(guān)鍵詞: 機場候機大廳,;傳播模型;三維定位,;最小二乘法,;最小均方差
隨著無線技術(shù)的快速發(fā)展以及智能終端的迅速普及,在機場航站樓內(nèi)航空旅客對位置服務(wù)的需求日益增加,,而位置服務(wù)的關(guān)鍵是精確的室內(nèi)定位,。目前,,針對室內(nèi)定位的研究主要集中在如何充分利用室內(nèi)布置良好的無線局域網(wǎng),。其中,基于信號強度的定位技術(shù)由于具有不需要添加額外硬件設(shè)施的優(yōu)點而受到廣泛的關(guān)注,?;谛盘枏姸鹊亩ㄎ患夹g(shù)主要有位置指紋和傳播模型兩種[1-5]。位置指紋法需要到待定位區(qū)域大量采樣并提取各個采樣點的信號特征,,在定位時根據(jù)收到的信號特征與各個采樣點的信號特征進行逐一對比實現(xiàn),。這種方法的缺點是采樣工作量大,當(dāng)室內(nèi)布局發(fā)生改變時需要重新采樣,,但精度和準(zhǔn)確度高,。傳播模型根據(jù)無線信號強度隨距離衰減規(guī)律,將信號強度的衰減轉(zhuǎn)換為距離,,再根據(jù)三角測量原理等實現(xiàn)定位,,其優(yōu)點是不需要采樣,但精度相對低,。
第一機場候機大廳的面積大,,采樣費時費力;第二機場候機大廳的AP部署在頂部,,高度一般在7 m~9 m左右,,旅客在定位時信號在傳播路徑上的干擾較少。綜合以上考慮,,本文選擇基于傳播模型的室內(nèi)定位算法,。目前基于傳播模型的定位技術(shù)多采用二維平面方式,,忽略了AP部署高度對定位的影響。而候機大廳的AP部署距離地面很高,,已成為影響定位精度的重要因素,,傳統(tǒng)的二維傳播模型[6-10]不適合這一特殊場景,因此,,本文提出一種基于傳播模型的三維定位技術(shù),。該方法首先采用最小二乘法[7]計算傳播模型的參數(shù),再使用MMSE算法[7]實現(xiàn)三維定位,。實驗結(jié)果表明,,本文定位算法相對二維平面定位算法能夠顯著提高定位準(zhǔn)確率,降低定位誤差,,能滿足航空旅客在機場大廳的位置服務(wù)的需要,。
1 定位算法
本文定位算法主要分兩步完成:(1)通過最小二乘法確定傳播模型的參數(shù);(2)通過MMSE算法得到用戶位置,。
1.1 確定參數(shù)
由于參數(shù)的精度將直接影響定位的精度,,因此,本文選擇多個位置多次收集AP的信號強度,,再計算每個位置的各個AP的信號強度均值,,最后通過最小二乘法計算出參數(shù)。
2 實驗環(huán)境
實驗軟件平臺采用C/S結(jié)構(gòu),,Android智能手機作為客戶端,,用于收集AP的信號強度,并將其發(fā)送給服務(wù)器,,最后根據(jù)服務(wù)器返回的計算結(jié)果顯示用戶位置,;臺式計算機作為服務(wù)器,根據(jù)客戶端收集到的信號強度數(shù)據(jù),,結(jié)合本文算法得出用戶位置,,再將定位結(jié)果發(fā)送給客戶端。
為了最大程度模擬航站樓的實際環(huán)境,,本文選擇一個相對空曠的教室,,整個區(qū)域大小為14 m×7.8 m,共3個AP分別部署離地板2.74 m,、2.61 m,、2.94 m處,如圖1所示,。手持Android智能手機高度為1.30 m,,在確定參數(shù)階段,隨機選擇3個位置收集20次信號強度值,,用于計算傳播模型的參數(shù),。在實施定位階段,,隨機選擇10個位置收集5~6次信號強度值,并用于實施定位,,并將定位結(jié)果與二維平面定位技術(shù)進行比較,。
由圖2可以看出,在同一個位置,,3個AP信號強度變化幅度很小,,最大幅度為-11 dBm。這是由于AP部署位置距離地面高,,信號在傳播路徑上的干擾相對較少,。
為了驗證本文定位算法,本文對50~60次的定位結(jié)果進行了統(tǒng)計分析,,并與參考文獻[7]的二維定位算法進行了對比,,其結(jié)果如圖3所示。
由圖4可以看出,,隨著迭代次數(shù)的增加,,兩種定位算法定位誤差依次降低。在第6次迭代兩種定位算法的定位誤差已小于1 m,,三維定位算法相對二維定位算法誤差減小26 cm,。實驗結(jié)果同樣驗證了AP的高度對定位精度的影響。由圖3和圖4可以看出,,AP部署的高度是影響定位的因素,,同時證明了本文提出的三維定位技術(shù)的有效性,。
實驗結(jié)果表明,,本文算法相對二維平面定位技術(shù)提高了準(zhǔn)確率,降低了誤差,。在實驗環(huán)境中移動終端與AP高度差小,,最大不到2 m;而在候機大廳的實際環(huán)境中AP部署高度一般在7 m~9 m,,手持移動終端高度在1 m~ 2 m,,高度差將達到5 m~8 m。因此,,在機場候機大廳中,,與傳統(tǒng)的二維傳播模型相比本文算法將顯示出更大的優(yōu)勢。
為了滿足航空旅客在機場候機大廳的位置服務(wù)需要,,提出一種基于信號強度和傳播模型的三維定位技術(shù),。該方法首先采用最小二乘法確定傳播模型的參數(shù),再用最小均方差實現(xiàn)三維定位,。由于機場候機大廳的AP部署距離地面很高,,是影響定位效果的關(guān)鍵因素,。與傳統(tǒng)二維定位技術(shù)相比,該方法能降低AP部署高度對定位的影響,,更適合這一特殊場景,。實驗結(jié)果表明,該算法能夠提高定位的精度和準(zhǔn)確度,,在誤差3 m內(nèi)的定位準(zhǔn)確率達到83.36%,,因此能夠滿足旅客在機場候機大廳的位置服務(wù)需要。今后將本文算法應(yīng)用到候機廳的實際環(huán)境中,,并深入研究不同區(qū)域的不同樓層的定位問題,。
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