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近年来,随着移动互联网的兴起和快速发展,基于位置的服务(Locationbased services,LBSs)已经成为人们日常生活中不可缺少的重要组成部分,广泛出现在移动社交、移动购物、地图导航等具体应用场景中。在这类应用中,定位技术是关键基础问题。目前,提供位置服务的技术主要是基于卫星的定位技术和基于网络的定位技术。前者依赖于高空卫星,可以在室外开阔地带提供精度较高的定位服务,但是能耗较高,无法进行室内定位,在大都市中还存在“都市峡谷”问题;后者依赖于已有的通信基础设施,能够提供广泛的室内外定位服务,但是存在定位精度较低的问题。目前,移动智能终端已经集成了丰富的传感器,例如加速计、磁力计等。利用这些传感器,我们可以将惯性定位引入到移动智能终端定位中,从而为解决能耗和定位精度的矛盾寻找到新的思路。本文充分利用移动智能终端的丰富传感器,围绕移动智能终端定位的能耗和精度问题,针对室外定位领域的若干关键问题进行了深入的研究与探讨,主要工作围绕以下几方面进行: (1)有效的辅助定位地理信息检索机制。本文使用金字塔模型组织地图瓦片数据,使用墨卡托投影进行坐标变换,使用四元组表示路口信息,从而为纠正定位信息提供数据支持;提出了多层缓存技术和预读取技术,提高瓦片数据检索效率,从而提高辅助定位地理信息利用效率,提高定位精度。在外部存储中,依据瓦片数据所处缩放层次,建立瓦片层级表,存储不同缩放层次的瓦片;同时,建立瓦片层级缓存表,存储不同缩放层次中经常使用的瓦片。瓦片层级表和瓦片层级缓存表能够有效地降低数据的规模,加快系统的处理速度。在内存中,使用瓦片缓存数组存储已经查询过的瓦片数据,并结合最近最少使用(Least Recently Used,LRU)算法和先进先出(First Input First Output,FIFO)算法更新瓦片缓存数组;依据地理信息空间和时间局部性原理,采用预读取技术,将检索瓦片的邻接瓦片、子瓦片和父瓦片等相关瓦片一同检索出来放入内存中,提高响应速度。实验表明,本文中提出的查询策略能够有效提高查询效率,相比于原系统,效率有了45%左右的提升。 (2)准确可靠的行人航位推算算法。本文提出了传感器噪声处理算法,建立了人体运动模型,提出了运动距离探测算法和运动方向处理算法,提出了基于地理信息、蓝牙锚点和A-GPS的层次位置纠正方式,从而提出了准确可靠的行人航位推算算法。我们使用高低通滤波器来平滑传感器数据,降低数据噪声;分析了人体运动细节与加速计数据之间的对应关系,建立了人体运动模型;利用加速计数据获取行进距离,提出了基于历史信息的步伐检测算法和基于动静态参数的动态步长公式,保证了人体运动距离获取的可靠性;利用磁力计数据获取运动方向,分析了磁力计数据误差起因,针对不同误差提出了误差处理算法,保证了人体运动方向获取的可靠性;使用Vincenty方程动态更新位置信息,将地球建模为椭球形,避免了简单球形带来的位置更新误差,保证了位置更新的可靠性;提出基于地图辅助信息的位置纠正方式,充分利用高效检索的地理路口信息,使用路口匹配算法,纠正普遍环境中的定位误差;提出了基于蓝牙锚点的位置纠正方式,使用概率三角定位算法计算目标在蓝牙覆盖区内的位置;提出基于A-GPS的位置纠正方式,使用A-GPS定位信息纠正定位误差,从而保证算法最终进入正确状态。实际环境中的评测确认了算法的有效性,其平均定位精度能够在6.7米左右。 (3)低能耗高精度的定位方式调度算法。本文提出了GPS、WiFi、蓝牙和徒步导航的能耗模型和精度模型,提出了用户需求模型,提出了节能定位调度算法。我们分析了GPS在搜索阶段和持续定位阶段的能耗情况,建立GPS基本能耗模型;分析了WiFi和蓝牙在搜索阶段的能耗情况,建立了WiFi定位基本能耗模型和蓝牙定位基本能耗模型;分析加速计、磁力计在不同采样频率下的能耗情况,建立徒步导航能耗模型;分析了GPS精度与锁定卫星数目之间的关系,建立GPS基本精度模型;建立WiFi定位和蓝牙定位基本精度模型;分析徒步导航定位精度与行进距离之间的关系,建立徒步导航定位精度模型;分析了用户运动状态、设备状态和系统应用需求状态,建立了用户需求模型;根据不同定位方式的能耗模型和精度模型,依据用户需求模型,提出节能定位调度算法。实验表明,相比于GPS,我们提出的方法能够节省24.7%的能量。