浅谈智能手机的混合式定位技术

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　　1 手机定位技术发展分析
　　1.1 手机定位技术的发展现状
　　移动位置服务是通过网络获取移动终端用户的位置信息，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。目前典型的定位技术包括：CellID（+TA）方式，E-OTD（增强测量时间差）方式，A-GPS（GPS 辅助）方式、TOA（到达时间）方式、OTDOA（观察到达时间差）方式等。传统的手机定位系统有两种方案：基于手机或基于网络。基于手机就是在蜂窝电话上安装一台GPS 接收机，但这在室内或卫星信号无法覆盖的地方效果很差甚至无法进行准确定位。基于网络的定位方案是利用地面信号为移动设备进行三角定位，效果不理想。要想克服两种传统方案的弱点，就是合“两家”之长，优势互补。
　　1.2 手机定位技术的发展前景
　　相较于车用的适定性服务，行人定位仍旧面临一些问题，在最近也引起了越来越多的研究重视。本文所研究的问题可以描述如“我们可以成功地结合智能手机上低阶的感测器，应用在真实世界中基础建设不完善的环境里吗?”，其中具有挑战性的部分都是实务上会面临的问题，智能手机上低阶的感测器无法像高阶的产品那样，可以取得准确的移动距离与方向[1]。
　　此外，将这两个有杂讯的系统结合并不会带来任何好处，它们将会互相拖累。是否有一个方法能条件式地混合这两个系统将会是一个重要的议题。
　　2 手机混合定位技术构建的实验准备
　　2.1 实验资料
　　首先，使用HTC Android G1 智能手机作为测试与测试的设备，它具备了三轴加速度计、电子罗盘，内建的GPS 与WiFi模块。
　　其次，收集测试资料。为了贴近真实世界，我们用开车的方式来收集资料是更系统的，而且结果也更为可靠，两位收集者驾乘汽车，一位骑车，另一位操作Android手机，路径线段的起点与终点都是在区块的街角，按下手机上的收集程式的图示，就可以将起点与终点记录下来，骑车的人要小心地控制保持等速，且尽可能地让移动线段是直线的，若非预期的情形发生，这个线段的资料就得舍弃，并再重新收集一次。
　　2.2 实验控制
　　首先是标记真实位置。GPS 读数随着WiFi 与感测器的观察值一同被收集，它不是要拿来当作真实位置，而是要拿来计算GPS 误差，真实位置由均匀地内插区块的起点与终点之间的取样点来求得近似值，真实的起点与终点严格来说当然会有误差，但因为是街角的关系，误差可以被控制在一定程度内，街角位置的判断误差不会超过10 米。
　　其次是路径选择。我们选择一个混合的A 市中心的住商地区做为我们主要的测试区域，是因为购物者或游客最有可能是未来定位系统的目标使用者。用来验证的测试区域的总面积为主要区域的10 倍大，所有的街道都要被走过以收集测试资料，测试路径为Z 字型，在测试地区里连续地行走，主要的测试路径为820 公尺。
　　3 混合定位系统的构建
　　在上述实验准备的前提下，首先检验GPS、单独基于感测器或WiFi 的系统的误差范围，在我们评估最终的混合式系统的效能之前，我们设置了几个检测点，看看结合定位系统的每一步改善了多少，可以知道此混合式系统的关键在何处。
　　3.1 GPS 准确度
　　虽然GPS制造商宣称其在开放环境的理想状况下的高准确度，它仍面临了城市峡谷的问题，大楼阻断了与卫星之间的视线，对于行走在人行道上的人而言，比车辆更靠近高耸的大楼，因此问题更为严重，研究报告指出在德国一个中等大小的城市Gorlitz 市，平均误差为24.5 米[2]。A 市是一个更大且密集的城市，有更多的大楼，因此误差会更大也是合理的，在我们的主要测试区域，估算的平均误差是30.4 米。
　　3.2 基于传感器的无线定位
　　基于前面所描述的实作，WiFi 系统的平均误差是18.37米，虽然比GPS 好，但还是不够。另一方面，给定真实的起点，基于感测器的系统在行进的过程中误差会累加，甚至到达65米，此外，基于感测器的误差在出发130 秒之后会大于WiFi 定位误差的期望值，那表示定期地将起始点设定为WiFi 的定位结果是有帮助的。感测器误差在310 秒后下降的原因是往回走，因此稍微减少了一点误差。
　　3.3 粒子滤波
　　再看看WiFi 是如何与加速度计与电子罗盘完美整合之前，我们实作了一个随机漫步的粒子滤波来看看感测器是否能贡献显著的改善效果，或是其实这是粒子滤波的缘故，随机漫步的粒子滤波可以由代换掉前面所提到的传播的步骤，改为随机移动模型，其中的移动距离与方向是由半径2 米内的均匀分布随机选取。
　　作者简介：张丽辉（1980-），女，江苏盐城人，高级软件测试工程师，研究方向为软件测试。