1、基于LBS的校園定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn),組員：張培，尹亮，陳光，郭相君，李超，方昕玥，陳雯,As the world of work is changing, so do our digital mediums,為了解決目前智能手機中位置服務 LBS( Location Based Service) 類移動應用在小環(huán)境區(qū)域不能準確提供位置服務的問題，以校園為例提出了一種基于室內(nèi)外定位的 LBS 系統(tǒng)設計方案。,基于LBS的校園定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn),and so your connections are more important than ever.,系統(tǒng)架構(gòu)圖,基于LBS的校園定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2、,基于LBS的校園定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn),1.系統(tǒng)設計,1.1 系統(tǒng)需求分析 本系統(tǒng)所追求的理想結(jié)果是在室外環(huán)境中，地圖服務功能能夠讓用戶在終端設備上查看校園環(huán)境地圖，通過放大縮小、上下移動等操作全面熟悉校園環(huán)境。實時定位用戶位置、查詢從當前位置前往目的地的最優(yōu)路徑并標記在校園環(huán)境地圖上; 在室內(nèi)環(huán)境中，根據(jù)用戶的選擇顯示相應的室內(nèi)環(huán)境地圖。定位時，將用戶相對于室內(nèi)環(huán)境的位置標記在室內(nèi)環(huán)境地圖上，并且能夠獲取該位置相應的服務信息，例如，空教室信息、課程信息等等。 1.2系統(tǒng)總體設計 根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，整個系統(tǒng)在邏輯上分為客戶端、服務器端與數(shù)據(jù)庫三層架構(gòu)。 ( 1) 客戶端: 安裝于 Androi

3、d 系統(tǒng)的智能手機上，完成核心功能與數(shù)據(jù)的前臺顯示，是與用戶進行交互的重要層。系統(tǒng)核心功能主要包括地圖服務、室外 GPS 定位、校園路徑指引、室內(nèi) WiFi 定位、課程信息查詢、空教室查詢。 ( 2) 服務器端: 運行于 PC 端，主要分為 GIS 服務器、Web 服務器和定位服務器。將 ArcGIS Desktop 軟件創(chuàng)建的校園地圖利用 ArcGIS Server 發(fā)布于 Web 服務器，并實現(xiàn)管理和更新。 ( 3) 數(shù)據(jù)庫: 負責向服務層提供數(shù)據(jù)支持?？蛻舳耸褂?SQLite 和文件方式存儲少量本地數(shù)據(jù); 定位服務器采用 Mysql 數(shù)據(jù)庫存儲室內(nèi)定位中離線訓練階段的位置指紋庫、空閑教室

4、信息和課程信息。GIS 服務器采用 Geodatabase 地理數(shù)據(jù)庫存儲校園地圖的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。,基于LBS的校園定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn),2 .校園地圖系統(tǒng)設計,針對校園環(huán)境的地圖系統(tǒng)的設計過程就是將校園地理信息矢量化為地圖并完成發(fā)布和管理的過程，由 ArcGIS Desktop 軟件來完成空間數(shù)據(jù)的采集、編輯、分析、更新等操作，ArcGIS Server 實現(xiàn)地圖服務和網(wǎng)絡分析服務發(fā)布，在 Android 平臺上結(jié)合ArcGIS for Android 插件訪問自行發(fā)布的地圖，獲取地圖服務和網(wǎng)絡分析服務。 2.1空間數(shù)據(jù)的采集 空間數(shù)據(jù)的采集是將紙質(zhì)地圖像、外業(yè)、遙感影觀測數(shù)據(jù)、文本資料

5、等不同來源的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機可以接收與處理的數(shù)字形式。本地圖中，主要包括以下幾種數(shù)據(jù): ( 1) 地圖數(shù)據(jù)。( 2 ) 影像地圖。( 3) 實測數(shù)據(jù)。 22 地理配準 本地圖中選擇地理坐標系GCS_WGS_1984，通過 GPS 獲得的坐標信息都是按這個坐標系提供的經(jīng)緯度。ArcGIS 中地理配準使用 Geo-referencing工具條，一般要經(jīng)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。 2.3 空間數(shù)據(jù)的編輯 根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，將校園地圖的空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的編輯使

6、用 Editor 工具條，依次對各個圖層的地物進行編輯。進行數(shù)據(jù)編輯時需要注意各個數(shù)據(jù)元素之間的拓撲規(guī)則。 2.4空間數(shù)據(jù)的分析 ArcGIS 中使用網(wǎng)絡分析功能模擬解決現(xiàn)實世界的多種網(wǎng)絡問題。根據(jù)網(wǎng)絡問題的不同類型，可以采取不同的建模方式。對于定向網(wǎng)絡，通常采用幾何網(wǎng)絡分析方式建模。對于非定向網(wǎng)絡 通常采用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集的方式建模。 2.5地圖服務與網(wǎng)絡分析服務發(fā)布 ArcGIS Server 服務器上發(fā)布服務之前需先安裝 IIS，它是允許在網(wǎng)絡( 包括互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng))上發(fā)布信息的 Web 服務器。校園地圖服務和網(wǎng)絡分析服務發(fā)布成功之后，可在 ArcGIS Online 上實現(xiàn)在線訪問，通過 I

7、IS 供不同的移動終端調(diào)用。Android 平臺使用 ArcGIS for Android 插件調(diào)用自行發(fā)布的地圖，執(zhí)行最短路徑分析操作。,基于LBS的校園定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn),3 基于 WiFi 信號強度的位置指紋定位,在復雜多變的室內(nèi)環(huán)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(guān)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(tǒng)使用它進行室內(nèi)定位。 位置指紋定位是依據(jù)終端所處位置的位置指紋信息，查詢位置指紋庫，根據(jù)相應的匹配算法來估計終端所處的位置?？色@取的位置指紋有多種，因 RSSI 易于測量，因而受到了廣泛

8、關(guān)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張與目標環(huán)境地理圖相對應的地理空間坐標圖來，然后將目標區(qū)域劃分為若干采集點。采集點的密集程度及數(shù)量可根據(jù)環(huán)境而定，一般情況下，采集點越密集，定位結(jié)果越精準 對每個采集點多次掃描每個AP的值，定位號強度值，掃描結(jié)果進行“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行“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(tài)分布曲線相似。,基于LBS的校園定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn),4.校園 LBS 系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn),4.1地圖服務與校內(nèi)地點查詢 地

9、圖服務模塊采用 ArcGIS for Android 開發(fā)包提供的地圖核心控件 MapView 來實現(xiàn)對地圖的加載、瀏覽、縮放、平移等操作。ArcGIS for Android 中將 Map-View 作為地圖容器，用來呈現(xiàn)地圖服務的數(shù)據(jù)。要顯示地圖圖層必須將其添加到 MapView 地圖容器中。首先定義 MapView 對象，然后將校園地圖動態(tài)圖層加載到 MapView 對象上，通過發(fā)布地圖服務的 URL 地址對應到地圖服務的 REST 接口上，實現(xiàn)地圖服務的操作。 4.2 GPS 定位 Android 平臺中，GPS 定位功能被封裝在一個LocationManager 對象中。要使用 GP

10、S 定位服務，首先應當定義 LocationManager 對象 loc，開啟定位服務。服務開啟之后通過 requestLocationUpdates 方法注冊定位服務監(jiān)聽器 LocationListener，當前定位狀態(tài)或位置發(fā)生變化時會向監(jiān)聽器發(fā)出通知。 4.3最短路徑查詢 ArcGIS for Android 執(zhí)行路徑分析可以通過RoutingTask 類的 solve 方法來進行，首先將對應到網(wǎng)絡分析服務的 REST 接口上的 URL 地址傳遞給RoutingTask 對象，然后調(diào)用 RoutingTask 類的 solve方法，并給它傳遞 RoutingParameters 類型的參數(shù)，就可以進行最短路徑的查找。,基于LBS的校園定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn),5.總結(jié),基于校園無線網(wǎng)絡的LBS 平臺屬于智慧校園的一部分，整個系統(tǒng)從教育信息化發(fā)展的實際需要出發(fā)，將人與物等相關(guān)信息進行整合以位置和地圖的方式呈現(xiàn)，為校園網(wǎng)用戶提供基于位置的信息服務，不但直,觀、充分地反映了校園內(nèi)的教學、辦公場所的地理分布情況，也為師生以及管理者提供了實時