基于Bluetooth和TOA定位算法的圖書館導(dǎo)航系統(tǒng)

近年來(lái)，隨著無(wú)線技術(shù)和移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，以及Bluetooth，Wifi，GPRS等無(wú)線技術(shù)的日趨成熟，同時(shí)，各種無(wú)線定位技術(shù)的出現(xiàn)，極大的方便了生活，推進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展。藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)作為一種短距離無(wú)線通訊技術(shù)，其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的無(wú)線電空中接口(Radio AirInterface)，將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，使各種3C設(shè)備在沒(méi)有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。利用藍(lán)牙設(shè)備近距離范圍內(nèi)相互通信的特性，結(jié)合TOA算法，并全面考慮實(shí)際應(yīng)用中信號(hào)衰減、障礙物阻隔等情況，就可以實(shí)現(xiàn)較為精準(zhǔn)的藍(lán)牙定位系統(tǒng)，再進(jìn)一步結(jié)合Web、數(shù)據(jù)庫(kù)等后臺(tái)支持，可以開發(fā)一套圖書館藍(lán)牙自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端書籍自助查詢與導(dǎo)航功能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

圖書館書籍定位系統(tǒng)由三部分組成：安裝在用戶手機(jī)上的定位軟件(客戶端)，后臺(tái)服務(wù)器以及分布在圖書館里的藍(lán)牙信號(hào)發(fā)射點(diǎn)，如圖1所示。

客戶端實(shí)現(xiàn)了用戶在手持設(shè)備無(wú)線查詢書籍以及用戶的定位導(dǎo)航功能。用戶首次登錄軟件后，軟件通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)下載地形和藍(lán)牙點(diǎn)分布的XML文件，并根據(jù)文件描述繪制出圖書館地形圖。之后用戶可以在書籍查詢界面以書名，作者，ISBN方式模糊查詢所需要的書籍。用戶選擇書籍后，軟件將所選書籍的位置標(biāo)注在地圖上，同時(shí)開啟藍(lán)牙，檢測(cè)周邊藍(lán)牙信號(hào)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度并進(jìn)行定位。定位成功后軟件自動(dòng)計(jì)算用戶從當(dāng)前位置到書籍位置的最佳路徑，并標(biāo)注在地圖上。同時(shí)，在用戶找書的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)量用戶所在位置，實(shí)時(shí)更新最佳路徑，引導(dǎo)用戶找到所需書籍。

后臺(tái)服務(wù)器儲(chǔ)存書籍詳細(xì)信息、圖書館地形圖以及各個(gè)藍(lán)牙信號(hào)發(fā)射點(diǎn)分布情況。并及時(shí)響應(yīng)用戶的不同請(qǐng)求。

藍(lán)牙信號(hào)發(fā)射點(diǎn)分布在整個(gè)圖書館內(nèi)，信號(hào)范圍覆蓋整個(gè)圖書館，每個(gè)藍(lán)牙信號(hào)發(fā)射點(diǎn)有自己惟一的ID標(biāo)識(shí)號(hào)，當(dāng)用戶定位時(shí)通過(guò)標(biāo)識(shí)號(hào)即可從配置文件中知道此藍(lán)牙信號(hào)發(fā)射點(diǎn)的位置。

通過(guò)三個(gè)子系統(tǒng)的分工合作，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了查詢定位導(dǎo)航一體化的高效圖書查詢功能。

2 定位系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 定位系統(tǒng)客戶端軟件設(shè)計(jì)

軟件采用Windows Mobile 6.0作為開發(fā)平臺(tái)，多普達(dá)838手機(jī)作為軟件測(cè)試平臺(tái)，使用C#編程實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)手機(jī)內(nèi)置藍(lán)牙協(xié)議棧，直接調(diào)用Winsock API搜索周圍藍(lán)牙設(shè)備并得到信號(hào)強(qiáng)度信息。軟件主要分為四部分：書籍搜索部分；地圖繪制引擎部分；藍(lán)牙定位部分；路徑計(jì)算部分。

書籍搜索 用戶在搜索界面里(圖2)選擇搜索條件(書名，ISBN，作者)輸入關(guān)鍵字進(jìn)行搜索，數(shù)據(jù)包利用HTTP協(xié)議通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以POST請(qǐng)求方式發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器解析出關(guān)鍵字(Query Word)后查詢數(shù)據(jù)庫(kù)得到書籍詳細(xì)信息，并序列化(Serialization)為標(biāo)準(zhǔn)XML，文檔通過(guò)HTTP協(xié)議返回到用戶手機(jī)。軟件反序列化(Deserialization)這些信息并呈現(xiàn)給用戶。

地圖繪制引擎 在獲得圖書館地形描述的XML數(shù)據(jù)后，繪制引擎解析文檔中的地形輪廓、書架位置以及藍(lán)牙點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶選擇地圖界面時(shí)，繪制引擎生成地圖，并將人物當(dāng)前位置、計(jì)算好的最佳路徑繪制到地圖上，最后顯示在PietureBox中(圖3)。

藍(lán)牙定位 定位系統(tǒng)每隔2 min搜索周圍藍(lán)牙信號(hào)發(fā)射點(diǎn)，并把ID號(hào)有效的10個(gè)藍(lán)牙信號(hào)發(fā)射點(diǎn)存人隊(duì)列中。每10 s從隊(duì)列中選取6個(gè)點(diǎn)并且三三組合測(cè)試信號(hào)強(qiáng)度并利用TOA算法估算出用戶所在位置，最后從得到的20個(gè)點(diǎn)中計(jì)算中心位置作為當(dāng)前用戶位置。

路徑計(jì)算 系統(tǒng)得到用戶位置后，路徑計(jì)算系統(tǒng)通過(guò)啟發(fā)式搜索算法計(jì)算出用戶到書籍的最短路徑，并儲(chǔ)存在內(nèi)存中。

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