（江西天久測(cè)繪院 江西鷹潭 335001）

1 引言

室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展，為民眾提供了一種在室內(nèi)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定位服務(wù)的可能。然而目前由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及政策等原因的限制，室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展并沒(méi)有完全進(jìn)入商業(yè)化實(shí)施階段。鑒于目前室內(nèi)定位的大量需求，對(duì)室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行深入的研究十分有必要。

2 WLAN

所謂WLAN，是Wireless Local Area Network的縮寫，我們通常稱之為無(wú)線局域網(wǎng)。WLAN是一種基于無(wú)線信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木钟蚓W(wǎng)絡(luò)，其相對(duì)與我們?nèi)粘Ｆ毡槭褂玫木钟蚓W(wǎng)差別在于，WLAN 不使用任何導(dǎo)線或者傳輸電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與傳輸?，F(xiàn)階段，無(wú)線局域網(wǎng)的布設(shè)十分簡(jiǎn)便，而且也十分的普及，有個(gè)人自行布設(shè)的家庭局域網(wǎng)，企業(yè)自行布設(shè)的企業(yè)無(wú)線網(wǎng)，校園內(nèi)布設(shè)的校園網(wǎng)等，甚至現(xiàn)在很多公交車上都布設(shè)了免費(fèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)供乘客使用。一般而言，WLAN 采用的數(shù)據(jù)傳輸模式使用的是國(guó)際電機(jī)電子工程學(xué)會(huì)（IEEE）定義的802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)。

如圖1所示，這是某學(xué)校架設(shè)的一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。

圖1 典型的無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）

3 定位方案分析

通過(guò)對(duì)定位點(diǎn)在WLAN中的位置的分析，解算需定位點(diǎn)的真是位置值，這就是我們采用基于WLAN的室內(nèi)定位技術(shù)的基本計(jì)算理論。WLAN 具有兩種工作模式，一種被稱為基礎(chǔ)架構(gòu)模式，這是WLAN 工作的最主要的模式；另一種是相對(duì)于基礎(chǔ)架構(gòu)模式而言比較特殊的模式，稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式?；A(chǔ)架構(gòu)模式模式是利用接入點(diǎn)（Access Point，即AP）來(lái)承擔(dān)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈接與通訊的任務(wù)。而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式采用的則是對(duì)等模式，不架設(shè)具體的接入設(shè)備，采用一定的通訊方案來(lái)相互鏈接，資源共享。一般而言，我們?cè)谶\(yùn)用WLAN 進(jìn)行室內(nèi)定位計(jì)算時(shí)，是通過(guò)接入點(diǎn)的模式，只有接入點(diǎn)是已知并容易獲取位置信息的，才能通過(guò)接入點(diǎn)作為已知點(diǎn)反算待定點(diǎn)的位置。

3.1 計(jì)算方法

下面分析兩種計(jì)算方案，分別為三邊計(jì)算法和三角計(jì)算法。這兩種方案都是基于接入點(diǎn)已知模式下，通過(guò)計(jì)算需定位點(diǎn)的相對(duì)位置，進(jìn)而解算其絕對(duì)位置，達(dá)到室內(nèi)定位所需的二維甚至三維坐標(biāo)。

a.三邊計(jì)算。所謂三邊計(jì)算，即通過(guò)測(cè)量未知點(diǎn)與已知點(diǎn)的距離，通過(guò)三邊交會(huì)的計(jì)算法則，來(lái)解算未知點(diǎn)坐標(biāo)。一般而言，如僅需要計(jì)算二維坐標(biāo)，計(jì)算未知點(diǎn)與三個(gè)不共線的已知點(diǎn)的距離就可以就算出未知點(diǎn)的X、Y 值；而如需要計(jì)算未知點(diǎn)的三維坐標(biāo)，則需要測(cè)量它與其它四個(gè)不共面的已知點(diǎn)間的距離，進(jìn)而可以計(jì)算出其X、Y、Z 值。如圖2是一個(gè)描述三邊計(jì)算方案的簡(jiǎn)單構(gòu)造圖。

圖2 通過(guò)已知三點(diǎn)解算未知點(diǎn)X的二維坐標(biāo)

b.三角計(jì)算。三角計(jì)算則是通過(guò)計(jì)算未知點(diǎn)與已知點(diǎn)的角度，采用類似于測(cè)量學(xué)前方交會(huì)的方法，僅需要知道未知點(diǎn)與兩個(gè)已知點(diǎn)的夾角即可解求未知點(diǎn)的二維坐標(biāo)。如圖3所示。

圖3 三角計(jì)算法解求未知點(diǎn)二維坐標(biāo)

3.2 信號(hào)強(qiáng)度特性分析

上邊我們分析了兩種計(jì)算方案，但是在現(xiàn)實(shí)中，無(wú)線信號(hào)的傳輸往往不能準(zhǔn)確衡量，這里就出現(xiàn)了信號(hào)強(qiáng)度與位置解算之間的誤差。下面分析信號(hào)強(qiáng)度某些固有的特性。

相對(duì)于室外而言，室內(nèi)空間較小，布局復(fù)雜，墻壁、門窗、家具電器甚至走動(dòng)的人員都會(huì)對(duì)信號(hào)的傳播產(chǎn)生影響，引起諸如反射、折射、衍射和散射現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)線信號(hào)的多徑(Multipath) 傳播效應(yīng)，因此，無(wú)線信號(hào)在室內(nèi)的傳播較難預(yù)測(cè)。以三邊計(jì)算方案為例，由于信號(hào)強(qiáng)度對(duì)距離的解算有非常大的影響，進(jìn)而造成距離解算的困難，在某些特定情況下，距離解算幾乎是不可能的。

a.位置影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在一般的情況下存在著當(dāng)所需要解求的未知點(diǎn)距離接入點(diǎn)（已知點(diǎn)）越近時(shí)，無(wú)線網(wǎng)卡感測(cè)的接收信號(hào)強(qiáng)度越強(qiáng)。但對(duì)于某些特殊情況時(shí)，也存在著信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有變化的情況。

b.人的影響。人的影響主要在于，人自身存在著大量水份，而水的共振頻率是2.4GHz，這與WLAN中使用的信號(hào)傳輸頻率一致，從而導(dǎo)致了在測(cè)量中信號(hào)的影響。而是事實(shí)上，采集信號(hào)強(qiáng)度樣本的工作，一般是由相關(guān)的人員來(lái)進(jìn)行，室內(nèi)環(huán)境又是人員活動(dòng)密集的地方。因而在室內(nèi)定位中，人對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響總是客觀存在也不可避免的。

c.信號(hào)強(qiáng)度的概率分布。由于多種干擾因素的影響，某一位置處的接收信號(hào)強(qiáng)度將圍繞其平均信號(hào)強(qiáng)度值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。根據(jù)無(wú)線信號(hào)的傳播衰減規(guī)律可知，其平均信號(hào)強(qiáng)度由該位置點(diǎn)到接入點(diǎn)的距離確定，波動(dòng)的大小由環(huán)境中干擾因素的強(qiáng)弱來(lái)決定，可以用信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。信號(hào)強(qiáng)度呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律[1]。

4、小結(jié)

室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展，確實(shí)可以改進(jìn)人們?cè)谑覂?nèi)進(jìn)行一些活動(dòng)時(shí)的行為模式，從而可以使得人們?cè)谶M(jìn)行室內(nèi)活動(dòng)能夠更加簡(jiǎn)單、便捷達(dá)到目標(biāo)。但由于室內(nèi)定位的發(fā)展難以滿足人們的需求，因而需要更多研究者對(duì)室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行更加廣泛、更加深入的研究，以期為廣大的人民群眾提供更加高效、便捷的生活資訊。

[1]張明華.基于WLAN的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué),2009∶44.