在Android平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)基于MEMUS傳感器的室內(nèi)定位軟件

寧莉莎

引言

常規(guī)的全球定位GPS[1]雖然能獲得平面控制點(diǎn)的高精度坐標(biāo)，但是GPS的定位原理是空間的距離交匯，也就是利用空間分布的衛(wèi)星以及衛(wèi)星與地面點(diǎn)的距離交會(huì)得出地面點(diǎn)位置，對(duì)于室內(nèi)的定位目標(biāo)，衛(wèi)星信號(hào)會(huì)被障礙物遮擋而暫時(shí)中斷造成衛(wèi)星信號(hào)失鎖，為了更精確的獲取一個(gè)人的行蹤，一款基于MEMUS傳感器的室內(nèi)定位軟件的出現(xiàn)有必要，這一款軟件能很好的彌補(bǔ)GPS由于失鎖而造成室內(nèi)不能精確定位，本文介紹了在Android的平臺(tái)上，基于MEMUS傳感器的室內(nèi)定位軟件。

1、Android介紹

Android系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架可分為應(yīng)用程序?qū)?，?yīng)用程序框架層，系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層和Linux內(nèi)核層。四個(gè)板塊在軟件中的作用如下：

1）應(yīng)用程序?qū)樱篔ava代碼的編寫，數(shù)據(jù)的采集，軌跡的顯示。在應(yīng)用程序?qū)拥木帉憰r(shí)可以直接借用應(yīng)用程序框架層的所發(fā)布的代碼塊，進(jìn)行代碼的重寫，來(lái)編寫功能模塊。

2）應(yīng)用程序框架層：其中有四大基本組件Service，Activity，Broadcast Receiver，Content Provider來(lái)為應(yīng)用程序?qū)哟a的編寫提供方便。

3）系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)：算法的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的處理，處理完后只需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)內(nèi)運(yùn)行的結(jié)果實(shí)行調(diào)用，將結(jié)果展示在手機(jī)上。

4）Linux內(nèi)核層：Android是基于Linux 2.6的內(nèi)核開(kāi)發(fā)的。

2、基于MEMUS傳感器的室內(nèi)定位軟件

2.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

基于MEMUS傳感器的室內(nèi)定位軟件相比于其他導(dǎo)航軟件優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)成本較低，可擴(kuò)展性強(qiáng)[2]。軟件主要利用磁力計(jì)和加速度計(jì)組合的行人自主導(dǎo)航技術(shù)來(lái)收集航向數(shù)據(jù)，用智能手機(jī)上的陀螺儀通過(guò)積分得到航向變化值，或利用加速度計(jì)傳感器接收的數(shù)據(jù)結(jié)合擴(kuò)展卡爾曼（EKF）濾波算法，根據(jù)加速度波形的周期性特征來(lái)進(jìn)行行人步態(tài)檢測(cè)和步長(zhǎng)估計(jì)，最后把航向數(shù)據(jù)和行人行走距離運(yùn)用行人航跡推算（PDR）算法從而得到行人位置軌跡，并將數(shù)據(jù)在Android智能手機(jī)上復(fù)現(xiàn).

算法包含四個(gè)核心步驟：找到航向，獲得步長(zhǎng)，步態(tài)檢測(cè)，位置確定。其中最基本的算法是PDR算法，PDR算法是一種已知最初位置的相對(duì)定位方法，通過(guò)行人行走的距離和方向來(lái)估計(jì)行人的位置。PDR算法的基本原理是假設(shè)初始位置為（x0，y0），測(cè)得航向θ和步長(zhǎng)d后，運(yùn)用公式2.1則可得到下一個(gè)位置的（x1，y1），依次類推，由此可得到最終位置 （xk，yk）。最后將坐標(biāo)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序?qū)?，用相?duì)初始位置的坐標(biāo)顯示，在手機(jī)上描點(diǎn)。

（2.1）

2.2數(shù)據(jù)獲取

在手機(jī)上獲取數(shù)據(jù)并顯現(xiàn)，可將它分為功能模塊和外觀模塊，外觀模塊各按鈕控件的選擇都是在Manifest.xml中進(jìn)行的，有圖像和音頻的選擇，圖形圖像則放在drawable這個(gè)抽象類中，在xml中對(duì)圖像進(jìn)行調(diào)用；將所需的音頻信息放入到raw這個(gè)類中，音頻信息直接在src類中使用。

對(duì)于功能模塊，我們分為定義，數(shù)據(jù)的收集，處理和顯示板塊。數(shù)據(jù)的收集：設(shè)置sensormanager類，用于提供訪問(wèn)和監(jiān)聽(tīng)傳感器的方法，獲取sensor對(duì)象，使用sensorEvent類來(lái)創(chuàng)建一個(gè)傳感器事件對(duì)象，將x軸，y軸和z軸的加速度力（包括重力）放入到數(shù)組中，如下：

sensorManager=（SensorManager）getSystemService（Context.SENSOR_SERVICE；

AcceleormeterEventListener =new SensorEventListener（） {

@Override

public void onSensorChanged（SensorEvent event） {

// TODO Auto-generated method stub

array_now[0] = event.values[0]；

array_now[1] = event.values[1]；

array_now[2] = event.values[2]；

magneticData = " "+array_now[0]+" "+array_now[1]+" "+array_now[2]+" "；}}

同理設(shè)置監(jiān)聽(tīng)器將x軸，y軸，z軸測(cè)量的空氣的壓力加速度放入另三個(gè)數(shù)組，在功能模塊使用Android提供定位函數(shù)并導(dǎo)入地圖。具體過(guò)程是首先是在AndroidManifest.xml清單文件里需要加入ACCESS_FINE_LOCATION權(quán)限；使用LocationProvider對(duì)象進(jìn)行GPS定位，而使用Criteria對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義定位功能，criteria.setAccuracy（）來(lái)進(jìn)行精度的設(shè)置，criteria.setPowerRequired（）設(shè)置電量消耗等級(jí)；根據(jù)設(shè)置的Criteria對(duì)象，獲取最符合標(biāo)準(zhǔn)的provider對(duì)象，根據(jù)當(dāng)前provider獲取最近一次位置信息，設(shè)置每隔十秒更行一次。數(shù)據(jù)的處理和顯示：運(yùn)用BP網(wǎng)絡(luò)來(lái)學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)大量的輸入-輸出映射模式[3]，其主要作用是處理數(shù)組中所有的數(shù)據(jù)；然后通過(guò)JNI來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)特征值的處理，其中底層的算法都是寫在JNI中，JNI的作用主要是實(shí)現(xiàn)Java和C函數(shù)庫(kù)的通信，是一個(gè)本地編程接口。一個(gè)JNI接口和C函數(shù)庫(kù)的生成過(guò)程是：1用javah工具生成符合JNI規(guī)范的c語(yǔ)言頭文件，2編寫c/c++代碼，3編寫Android.mk文件，4用ndk工具編譯并生成.so文件。最后是保存并將結(jié)果輸出。

3、結(jié)束語(yǔ)

整個(gè)軟件的數(shù)據(jù)流程走向是，在應(yīng)用程序?qū)诱{(diào)用函數(shù)獲取傳感器中接收的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺函數(shù)庫(kù)中，經(jīng)過(guò)算法處理后從JNI中提取出運(yùn)行后的坐標(biāo)點(diǎn)，最后將坐標(biāo)點(diǎn)等數(shù)據(jù)再次傳入到應(yīng)用程序?qū)硬@示。由于人們的主要活動(dòng)是在室內(nèi)，所以以獲得人物軌跡航向的擴(kuò)展卡爾曼（EKF）濾波核心算法為軟件基礎(chǔ)，以Android手機(jī)為硬件平臺(tái)，基于MEMUS傳感器的室內(nèi)定位軟件有很大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]明峰，寶紅，三枝.GPS定位技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.51-59.

[2]許睿.行人導(dǎo)航系統(tǒng)算法研究與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2008.11-18.

[3]馬斌良，黃玉美，史恩秀等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代數(shù)算法的電子羅盤的標(biāo)定[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2008，29（11）：2305-2308.