轨道交通地下车站室内定位和导航系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轨道交通领域，特别是涉及一种轨道交通地下车站室内定位和导航系统；特别是还涉及一种轨道交通地下车站室内定位和导航方法。
【背景技术】
[0002]在复杂的室内环境，常常需要确定人员或物品的准确位置信息。许多室内定位技术，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等技术应运而生。
[0003]目前市场上较成熟的技术主要有以下几种:
[0004]I)红外线室内定位技术
[0005]红外线室内定位技术定位的原理是，红外线IR标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，造价较高。因此，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。
[0006]2)超声波定位技术
[0007]超声波测距主要采用反射式测距法，通过三角定位等算法确定物体的位置，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离，有的则采用单向测距法。超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各个应答器之间的距离。当同时有3个或3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。
[0008]3)蓝牙技术
[0009]蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备，就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。
[0010]蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC以及手机中，因此很容易推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。
[0011 ] 4) RFID射频识别技术
[0012]射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短，一般最长为几十米。
[0013]优点:标识的体积比较小，定位卡价格比较低。
[0014]缺点:作用距离近，不具有通信能力。
[0015]5)ZigBee 技术
[0016]ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它介于射频识别和蓝牙之间，也可以用于室内定位。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。
[0017]优点:它的低功耗和低成本。
[0018]缺点:专网专用，部署成本高。
【发明内容】
[0019]本发明所要解决的技术问题是提供一种轨道交通地下车站室内定位和导航系统，采用基于协议IEE 802.11a、IEE 802.11b、IEE 802.1Ig或IEE 802.1ln的无线通信就能实现，定位范围大，成本低，移动终端接入方便；为此，本发明还提供一种轨道交通地下车站室内定位和导航方法。
[0020]为解决上述技术问题，本发明提供的轨道交通地下车站室内定位和导航系统包括:定位及导航服务器，无线接入点(AP)和移动终端。
[0021]所述无线接入点包括多个并分布于轨道交通地下车站室内的不同位置处。
[0022]所述定位及导航服务器存储有反应所述无线接入点的布局分布的各位置的所述无线接入点的BSSID和RSSI，所述定位及导航服务器中还存储有利用各位置的所述无线接入点的BSSID和RSSI穷举出的导航线路。
[0023]所述移动终端对所在位置周边的所述无线接入点的BSSID和RSSI进行扫描并将扫描到的对应的所述无线接入点的BSSID和RSSI以及所述移动终端的MAC地址发送到所述定位及导航服务器中。
[0024]所述移动终端和所述无线接入点采用基于协议IEE 802.11a、IEE 802.11b、IEE802.1lg 或 IEE 802.1ln 的无线通信。
[0025]所述定位及导航服务器将从所述移动终端获得的所述移动终端的MAC地址、所述移动终端周边的所述无线接入点的BSSID和RSSI同存储的各位置的所述无线接入点的BSSID和RSSI进行比对形成对所述移动终端的定位，所述定位及导航服务器根据对所述移动终端的定位结果以及存储的导航路线形成对所述移动终端的导航服务。
[0026]进一步的改进是，所述定位及导航服务器为服务端，服务端模块包括:第一通信模块，数据库操作模块，概算计算模块，定位及导航引擎和UI模块。
[0027]所述第一通信模块与所述移动终端建立通信连接。
[0028]所述数据库操作模块用于存储定位和导航过程中的数据。
[0029]所述概算计算模块用于基于RSSI强度的定位算法计算所述移动终端距离对应的所述无线接入点的距离。
[0030]所述定位及导航引擎与所述移动终端、所述数据库操作模块、所述概算计算模块和和所述UI模块进行数据交换并实现定位和导航处理。
[0031]所述UI模块进行所述移动终端的注册管理，所述移动终端的定位和跟踪，室内地图布局和线路导航设置。
[0032]进一步的改进是，所述第一通信模块接收所述移动终端的MAC地址以及接收所述移动终端周边的所述无线接入点的BSSID和RSSI ;所述第一通信模块发送定位和导航信息到所述移动终端。
[0033]进一步的改进是，所述数据库操作模块存储的数据包括反应所述无线接入点的布局分布的各位置的所述无线接入点的BSSID和RSSI，利用各位置的所述无线接入点的BSSID和RSSI穷举出的导航线路，所述移动终端的MAC地址，所述移动终端周边的所述无线接入点的BSSID和RSSI。
[0034]进一步的改进是，所述概算计算模块基于RSSI强度的定位算法并利用自由空间公式和特定空间实测值导出经验函数来计算所述移动终端距离对应的所述无线接入点的距离。
[0035]进一步的改进是，所述移动终端为客户端，客户端模块包括:移动设备模块，无线扫描模块，第二通信模块，定位和导航信息模块。
[0036]所述移动设备模块用于获得所述移动终端的WIFI模块的MAC地址信息。
[0037]所述无线扫描模块用于获得所述移动终端扫描到的周边的所述无线接入点的BSSID 和 RSS10
[0038]所述第二通信模块和所述定位及导航服务器建立通信连接。
[0039]所述定位和导航信息模块实现对持所述移动终端乘客在轨道交通地下车站室内的定位和导航。
[0040]进一步的改进是，所述第二通信模块发送所述移动终端的MAC地址以及接收所述移动终端周边的所述无线接入点的BSSID和RSSI到所述定位及导航服务器；所述第二通信模块接收所述定位及导航服务器发送的定位和导航信息。
[0041]进一步的改进是，所述定位和导航信息模块将定位和导航信息通过API与轨道交通的移动APP应用软件连接，实现对乘客在室内车站的定位和导航。
[0042]为解决上述技术问题，本发明提供的轨道交通地下车站室内定位和导航方法包括如下步骤:
[0043]步骤一、设置定位及导航服务器、无线接入点和移动终端；所述无线接入点包括多个并分布于轨道交通地下车站室内的不同位置处；所述移动终端和所述无线接入点采用基于协议 IEE 802.11a、IEE 802.lib、IEE 802.1lg 或 IEE 802.1ln 的无线通信。
[0044]步骤二、采集所述无线接入点的布局分布的各位置的所述无线接入点的BSSID和RSSI并存储到所述定位及导航服务器；利用各位置的所述无线接入点的BSSID和RSSI穷举出的导航线路并存储到所述定位及导航服务器。
[0045]步骤三、所述移动终端对所在位置周边的所述无线接入点的BSSID和RSSI进行扫描并将扫描到的对应的所述无线接入点的BSSID和RSSI以及所述移动终端的MAC地址发送到所述定位及导航服务器中。
[0046]步骤四、所述定位及导航服务器将从所述移动终端获得的所述移动终端的MAC