基于手机信号强度的车辆定位方法研究

1、毕业论文 基于手机信号强度的 车辆定位方法研究学 院： 机械与车辆学院专 业：交通工程姓 名：陈守信 学 号：080402011028指导老师： 林科 王宏甫职 称： 助教 教授中国·珠海二一二年五月北京理工大学珠海学院毕业论文诚信承诺书本人承诺呈交的毕业论文基于手机信号强度的车辆定位方法研究是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院2011届本科生毕业论文基于手机信号强度的车辆定位方法研究摘 要在GPS定位受限制较大的城市区域，利用手机信号强度实现车

2、辆定位是切实可行的措施。本文主要研究内容是建立手机信号强度距离数学模型，利用手机获取周围相邻基站的地理坐标位置，通过算法计算出手机的地理坐标位置，并使用android语言开发设计手机软件实现定位功能。GPS对天气和环境要求较高，尤其在大城市的复杂环境中，采用GPS定位精确度很低甚至不能定位，而大城市中的基站覆盖率非常高，利用手机信号强度计算出与周围相邻基站的距离，从而实现车辆定位大有可为。关键词：信号强度 android 基站 车辆定位IIThe Simulation and Assessment of VMS Induction Base on The Signal strength of

3、Mobile phoneABSTRACTReal-time traffic flow induction is a viable traffic management and control measures which is to ease traffic congestion, variable message signs (VMS) is the major development direction by the traffic flow induction. The paper studies through the real road networks Paramics(Paral

4、lel Microscopic Simulation)model, used the road traffic density levels to select the traffic management and control measures which is in order to simulate the behavior of path to re-election by the participants under the traffic induced in the VMS, simulation the induced real situation of network tr

5、affic flow after set up the variable message signs(VMS), which examine the effectiveness of VMS induced and provide the practical and reliable optimization data of the VMS service to network. In Paramics, using add application program interface (API) to implement VMS induced model, using the API fun

6、ction in the Paramics construct the networks control and incentive strategy which under the VMS information induced, embedded into the main simulation module, to realization of VMS induced, networks control and optimization strategy. Through the case study, contrast the simulation data in the Parami

7、cs, found under the VMS induced the distribution of traffic flow in network become more rational, the network congestions situation was eased.Key words: Paramics, VMS induced, simulation evaluation 13一、 研究的现状及其意义移动定位（Mobile Location）技术是基于目前较为普及的GSMGPRS 无线网络覆盖对手机终端进行实时位置捕捉的新型技术，只要手机开机又能收到网络信号，那么其所处的位

8、置便随时能被掌握。无线移动网络是以小区(Cell)作为最小位置单位，当手机处在不同的小区或在小区之间进行移动切换时，不同的小区号便确认了手机的实际位置。由于移动网络的小区号是全球唯一的，该机对应的实际地理位置也是全球唯一的。移动定位技术在电子地图的显示下或在地理信息数据库的支持下，可以实时地显示、跟踪、处理单个、多个、群组的人、车或物的位置。手机在全球已经非常普及，通过手机定位就可以实现车辆定位。本论文使用android进行手机软件开发，Android是一种以Linux为基础的开放源码操作系统，主要使用于便携设备，Android操作系统最初由Andy Rubin开发，最初主要支持手机。2005

9、年由Google收购注资，并组建开放手机联盟开发改良，逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。Android系统是世界上最新流行的手机开发系统，有着广泛的用户群体，2011年第一季度，Android在全球的市场份额首次超过塞班系统，跃居全球第一。2012年2月数据，Android占据全球智能手机操作系统市场52.5%的份额，中国市场占有率为68.4%。1. 移动终端定位方式的分类1.1. 基于终端的定位方式基于移动终端的定位方式也称为移动终端自定位方式。其定位过程是移动台接收多个己知位置发射机发射的信号，根据这些信号携带的某种与移动台位置有关的特征信息(如场强、传播时间等)，确定其与各个发射机之间的几

10、何位置关系，再由集成在移动终端中的位置计算模块，根据有关的算法计算出移动台的估计位置，由移动台用户掌握其自身的位置信息。如用于GSM中的下行链路增强观测时差定位方法(E-OTD)、用于WCDMA中的下行链路空闲周期观测到达时间差方法(OTDOA-IPDL)1.2. 基于网络的定位方式基于网络的定位方式是通过网络中各个基站检测接收到的移动台信号参数，如信号到达时间或时间差、信号到达方位角、到达信号的场强等。然后由网络中有关定位的网络实体依据相关算法来计算移动台的位置。如基于Cell-TD和时间提前量(TA)的方法、上行链路信号到达时间 (TOA)方法，上行链路信号到达时间差(TDOA)方法以及上

11、行链路信号到达角度(AUA)方法，这些解决方案需要对现有网络作部分的改进，但却可以兼容现有的移动终端。1.3. GPS定位全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从廿世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，共有24个卫星构成，分布在2万公里高度的6条55度倾轨道上。具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。2000年5月1日，GPS SA(有意图地降低GPS性能的做法)政策解除，民用GPS发生历史性改变，定位精度从大于100米到小于10米的突破，享受真正的C/A码！做出此决定 并不容

12、易，美国总统克林顿通过与国家各个部门的协调，做出了科学、经济、政治性的结论，取消SA政策将对人类的发展做出巨大贡献。1.4. WPS定位Wi-Fi Positioning System简称WPS （Wi-Fi 定位系统），正式投入商业应用。该软件利用无线路由器发出的802.11无线电信号，找出个人电脑、笔记本电脑、PDA 、平板电脑、智能手机，或无线射频识别（RFID）标签等任何Wi-Fi 设备的准确位置。GPS 的准确度通常只能达到几百公尺，Wi-Fi 系统却能准确定位20至40公尺内的物件。这是因为Wi-Fi 路由器在城市的部署比移动电话基地台更紧密，其准确度自然超越手机的定位系统，在Wi

13、-Fi 路由器分布密度较低的乡镇、农村等地方，定位效果则较差。1.5. 星图“星图”业务是中国联能推出的LBS业务，采用与在日本运营非常成功的KDDI相同的技术，同样都是基于先进的CDMA 1X网络和GPSone定位技术。 “星图”业务除了能够提供目标实时定位之外，还可进行目标管理调度、目标轨迹回放、区域路线报警、地图操作、自定义目标等一系列的相关操作，具备丰富、完善的管理功能，能够满足企业用户的多种需求。1.6. 混合定位方式混合定位中，移动台和网络都主动参与定位过程，在定位计算中通过空中接口交换和移动台位置有关的信息。根据其在定位过程中的主导地位，分为网络辅助(Network assist

14、ed)定位技术、移动台辅助(Mobile-assisted)定位技术。如现在流行的A-GPS技术。A-GPS 技术要求在手机内部增加GPS 接收模块，并将普通手机天线改造成能够接收GPS信号的多用途天线。手机接收GPS 数据，并将GPS 数据传给GSM 网络，由网络中的定位服务器进行位置计算，最后将手机的位置数据传给手机。该方案对移动终端的软、硬件有特定要求。2. 国内外研究现状随着社会全面快速的发展，定位技术在全球已经占据一大市场，而手机基站定位更是其中的新热点。随着CDMA即将成为新一代移动通信系统的主流多址方式，因此CDMA通信系统的定位技术研究得到了广泛的关注。各大跨国公司，如Moto

15、rola, Nokia, Ericsson等也对IS-95和第三代移动通信系统中的WCDMA, CDMA2000等网络采用的无线定位技术进行了深入的研究。目前的研究内容涉及了蜂窝网络无线定位技术的各个方面，更侧重于基本定位方法和技术的研究，定位算法的研究，TDOA, TOA检测技术的研究，非视距传播、多径和多址干扰技术的研究，数据融合技术的研究，定位技术实施方法的研究，定位系统性能评估等。国内外在关于定位技术上的研究主要是些研究机构： Ø 在国外，自无线定位服务提出以来，许多高校及研究单位重点是放在对移动定位中存在的多径传播、非视距(NLOS)传播和多址干扰等降低定位精度的因素进行了

16、理论研究，也申请了一些定位技术的发明专利； Ø 国内对无线定位的研究起步比国外晚，但目前也有很多机构进行研究，如西南交通大学、中国科技大学、电子科技大学、北京邮电大学等高校和一些研究单位如总参、信息产业部下属单位等。在设备制造商方面：Ø 国外各大主要移动设备制造商都是基于以上这几类移动定位服务相关的开发和市场开拓工作，这些移动设备制造商主要包括爱立信、诺基亚和摩托罗拉；就国内状况来看，我国的一大部分较大的通信设备公司如华为、中兴、大唐等己具备独立研制开发大部分GSM设备能力，因此也开拓了自己的于移动定位服务市场。3. 研究的意义由于GPS导航系统在国内的普及，车载GPS定位

17、精度目前远高于其他定位方式的定位精度，以及Google直接开放接口供开发人员免费使用，定位市场的绝大部分产品都属于GPS定位或混合GPS定位（如AGPS），而缺少其他定位方式产品。GPS定位对环境的要求非常高，在复杂的大城市环境中，经常难以实现精确定位，而市场上的混合GPS定位技术，如AGPS定位技术，在城市中也时常受到干扰而导致不能精确定位，在受到干扰不能实现定位时，其显示的定位点是通过陀螺仪确定前进方向，根据移动速度大致估算出来的定位点。本论文的研究就是为了解决这个问题，在大城市中基站的密度相对较大，而通过手机信号强度进行车辆定位，在基站越多的情况下，车辆定位的精度就越高。相对GPS，本论

18、文对环境的要求低很多，大城市正是用武之地。二、 研究目标及主要研究内容1. 研究目标论文的研究目标是通过建立手机信号强度距离数学模型，减少手机基站定位的误差，并将数学模型的定位效果用android手机软件展现。以实现基于手机信号强度的车辆定位方法，也即基站定位方法。2. 主要研究内容2.1. 建立手机信号强度距离数学模型由于城市环境的复杂，手机信号受到环境的干扰较大，从而产生手机信号被折射、削弱等情况，而基站分布密度最大的地方也是城市，手机基站定位在城市可以得到更好的发挥，因此建立一个有效的手机信号强度距离数学模型，减少手机信号因环境因素影响产生的误差，提高手机定位的精度是非常必要的。2.2.

19、 手机软件开发本论文的研究成果将通过手机软件展现出来，软件功能的实现非常重要。本论文采用目前流行的android手机软件开发平台进行手机软件开发，将使用Google公司开放的Google地图作为定位软件地图，同时实现GPS定位和手机基站定位，可对两个定位方式形成对比。实现手机基站定位首先需要获得手机周围可搜索到基站的数量，然后得到手机与每个基站之间的信号强度，通过数学模型计算出手机与每个基站之间的距离，建立平面坐标系，在可获取基站数量大于或等于3个时，以基站为圆心，手机与基站的距离为半径画圆，三个圆相交的地方则为定位点，由于误差的存在，基站数量越多，定位则越精准。3. 研究的基本思路和方法、技术路线及实验方案3.1. 基本思路和方法、技术路线论文基本思路和方法等同于手机软件开发流程，分别是以下几点。1) 信号强度距离数学模型建立查阅相关文档，整理资料并初步建立信号强度数学模型。2) 软件界面实现实现手机软件的基本操作界面，如地图显示、放大缩小等。3) 软件功能实现实现手机核心功能，即手机基站定位方法。利用建立的信号强度距离模型，计算出手机和附近几个基站的距离，利用已知基站的坐标位置，计算出手机所在地理坐标位置，实现定位。4) 软件测试选择地点进行软件