基于Bluetooth和TOA定位算法的圖書(shū)館導航系統

近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)和移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，以及Bluetooth，Wifi，GPRS等無(wú)線(xiàn)技術(shù)的日趨成熟，同時(shí)，各種無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的出現，極大的方便了生活，推進(jìn)了社會(huì )的發(fā)展。藍牙技術(shù)(Bluetooth)作為一種短距離無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，其實(shí)質(zhì)內容是為固定設備或移動(dòng)設備之間的通信環(huán)境建立通用的無(wú)線(xiàn)電空中接口(Radio AirInterface)，將通信技術(shù)與計算機技術(shù)進(jìn)一步結合起來(lái)，使各種3C設備在沒(méi)有電線(xiàn)或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內實(shí)現相互通信或操作，實(shí)現數據共享。利用藍牙設備近距離范圍內相互通信的特性，結合TOA算法，并全面考慮實(shí)際應用中信號衰減、障礙物阻隔等情況，就可以實(shí)現較為精準的藍牙定位系統，再進(jìn)一步結合Web、數據庫等后臺支持，可以開(kāi)發(fā)一套圖書(shū)館藍牙自動(dòng)導航系統，以實(shí)現移動(dòng)終端書(shū)籍自助查詢(xún)與導航功能。

1 系統結構及功能

圖書(shū)館書(shū)籍定位系統由三部分組成：安裝在用戶(hù)手機上的定位軟件(客戶(hù)端)，后臺服務(wù)器以及分布在圖書(shū)館里的藍牙信號發(fā)射點(diǎn)，如圖1所示。

客戶(hù)端實(shí)現了用戶(hù)在手持設備無(wú)線(xiàn)查詢(xún)書(shū)籍以及用戶(hù)的定位導航功能。用戶(hù)首次登錄軟件后，軟件通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)從后臺數據庫下載地形和藍牙點(diǎn)分布的XML文件，并根據文件描述繪制出圖書(shū)館地形圖。之后用戶(hù)可以在書(shū)籍查詢(xún)界面以書(shū)名，作者，ISBN方式模糊查詢(xún)所需要的書(shū)籍。用戶(hù)選擇書(shū)籍后，軟件將所選書(shū)籍的位置標注在地圖上，同時(shí)開(kāi)啟藍牙，檢測周邊藍牙信號點(diǎn)信號強度并進(jìn)行定位。定位成功后軟件自動(dòng)計算用戶(hù)從當前位置到書(shū)籍位置的最佳路徑，并標注在地圖上。同時(shí)，在用戶(hù)找書(shū)的過(guò)程中，系統會(huì )實(shí)時(shí)測量用戶(hù)所在位置，實(shí)時(shí)更新最佳路徑，引導用戶(hù)找到所需書(shū)籍。

后臺服務(wù)器儲存書(shū)籍詳細信息、圖書(shū)館地形圖以及各個(gè)藍牙信號發(fā)射點(diǎn)分布情況。并及時(shí)響應用戶(hù)的不同請求。

藍牙信號發(fā)射點(diǎn)分布在整個(gè)圖書(shū)館內，信號范圍覆蓋整個(gè)圖書(shū)館，每個(gè)藍牙信號發(fā)射點(diǎn)有自己惟一的ID標識號，當用戶(hù)定位時(shí)通過(guò)標識號即可從配置文件中知道此藍牙信號發(fā)射點(diǎn)的位置。

通過(guò)三個(gè)子系統的分工合作，系統實(shí)現了查詢(xún)定位導航一體化的高效圖書(shū)查詢(xún)功能。

2 定位系統軟件設計

2.1 定位系統客戶(hù)端軟件設計

軟件采用Windows Mobile 6.0作為開(kāi)發(fā)平臺，多普達838手機作為軟件測試平臺，使用C#編程實(shí)現。目標手機內置藍牙協(xié)議棧，直接調用Winsock API搜索周?chē){牙設備并得到信號強度信息。軟件主要分為四部分：書(shū)籍搜索部分；地圖繪制引擎部分；藍牙定位部分；路徑計算部分。

書(shū)籍搜索 用戶(hù)在搜索界面里(圖2)選擇搜索條件(書(shū)名，ISBN，作者)輸入關(guān)鍵字進(jìn)行搜索，數據包利用HTTP協(xié)議通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )以POST請求方式發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器解析出關(guān)鍵字(Query Word)后查詢(xún)數據庫得到書(shū)籍詳細信息，并序列化(Serialization)為標準XML，文檔通過(guò)HTTP協(xié)議返回到用戶(hù)手機。軟件反序列化(Deserialization)這些信息并呈現給用戶(hù)。

地圖繪制引擎 在獲得圖書(shū)館地形描述的XML數據后，繪制引擎解析文檔中的地形輪廓、書(shū)架位置以及藍牙點(diǎn)位置數據，當用戶(hù)選擇地圖界面時(shí)，繪制引擎生成地圖，并將人物當前位置、計算好的最佳路徑繪制到地圖上，最后顯示在PietureBox中(圖3)。

藍牙定位 定位系統每隔2 min搜索周?chē){牙信號發(fā)射點(diǎn)，并把ID號有效的10個(gè)藍牙信號發(fā)射點(diǎn)存人隊列中。每10 s從隊列中選取6個(gè)點(diǎn)并且三三組合測試信號強度并利用TOA算法估算出用戶(hù)所在位置，最后從得到的20個(gè)點(diǎn)中計算中心位置作為當前用戶(hù)位置。

路徑計算 系統得到用戶(hù)位置后，路徑計算系統通過(guò)啟發(fā)式搜索算法計算出用戶(hù)到書(shū)籍的最短路徑，并儲存在內存中。

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