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

近年來，隨著無線技術(shù)和移動通信的飛速發(fā)展，以及Bluetooth，Wifi，GPRS等無線技術(shù)的日趨成熟，同時，各種無線定位技術(shù)的出現(xiàn)，極大的方便了生活，推進(jìn)了社會的發(fā)展。藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)作為一種短距離無線通訊技術(shù)，其實質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的無線電空中接口(Radio AirInterface)，將通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來，使各種3C設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作，實現(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，并全面考慮實際應(yīng)用中信號衰減、障礙物阻隔等情況，就可以實現(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)庫等后臺支持，可以開發(fā)一套圖書館藍(lán)牙自動導(dǎo)航系統(tǒng)，以實現(xiàn)移動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)，后臺服務(wù)器以及分布在圖書館里的藍(lán)牙信號發(fā)射點，如圖1所示。

客戶端實現(xiàn)了用戶在手持設(shè)備無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，軟件通過無線網(wǎng)絡(luò)自動從后臺數(shù)據(jù)庫下載地形和藍(lán)牙點分布的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，同時開啟藍(lán)牙，檢測周邊藍(lán)牙信號點信號強(qiáng)度并進(jìn)行定位。定位成功后軟件自動計算用戶從當(dāng)前位置到書籍位置的最佳路徑，并標(biāo)注在地圖上。同時，在用戶找書的過程中，系統(tǒng)會實時測量用戶所在位置，實時更新最佳路徑，引導(dǎo)用戶找到所需書籍。

后臺服務(wù)器儲存書籍詳細(xì)信息、圖書館地形圖以及各個藍(lán)牙信號發(fā)射點分布情況。并及時響應(yīng)用戶的不同請求。

藍(lán)牙信號發(fā)射點分布在整個圖書館內(nèi)，信號范圍覆蓋整個圖書館，每個藍(lán)牙信號發(fā)射點有自己惟一的ID標(biāo)識號，當(dāng)用戶定位時通過標(biāo)識號即可從配置文件中知道此藍(lán)牙信號發(fā)射點的位置。

通過三個子系統(tǒng)的分工合作，系統(tǒng)實現(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

2.1 定位系統(tǒng)客戶端軟件設(shè)計

軟件采用Windows Mobile 6.0作為開發(fā)平臺，多普達(dá)838手機(jī)作為軟件測試平臺，使用C#編程實現(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)議通過無線網(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)后查詢數(shù)據(jù)庫得到書籍詳細(xì)信息，并序列化(Serialization)為標(biāo)準(zhǔn)XML，文檔通過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)牙點位置數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶選擇地圖界面時，繪制引擎生成地圖，并將人物當(dāng)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(lán)牙定位 定位系統(tǒng)每隔2 min搜索周圍藍(lán)牙信號發(fā)射點，并把ID號有效的10個藍(lán)牙信號發(fā)射點存人隊列中。每10 s從隊列中選取6個點并且三三組合測試信號強(qiáng)度并利用TOA算法估算出用戶所在位置，最后從得到的20個點中計算中心位置作為當(dāng)前用戶位置。

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

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