手機(jī)基礎(chǔ)傳感器再開發(fā)

周澤偉

（上海師范大學(xué)附屬中學(xué)，上海 200124）

手機(jī)基礎(chǔ)傳感器再開發(fā)

周澤偉

（上海師范大學(xué)附屬中學(xué)，上海 200124）

本文從理論角度，詮釋利用手機(jī)Wi-Fi來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，利用GPS等遠(yuǎn)距離定位功能實(shí)現(xiàn)手機(jī)室內(nèi)自動(dòng)靜音，以及利用廢舊手機(jī)的陀螺儀來實(shí)現(xiàn)對重要物品的保護(hù)。

室內(nèi)靜音；室內(nèi)定位；Wi-Fi定位；陀螺儀

1 引言

伴隨著手機(jī)的普及，手機(jī)自身所帶的功能也愈加的強(qiáng)大；隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，Wi-Fi也逐漸在家庭中得到了普及，Wi-Fi室內(nèi)定位具有優(yōu)勢。這就為諸如實(shí)現(xiàn)手機(jī)室內(nèi)自動(dòng)靜音這樣的響應(yīng)式功能提供了條件，利用基于室內(nèi)Wi-Fi信道和名稱的定位，再設(shè)置響應(yīng)程序，此功能便可以輕松實(shí)現(xiàn)，可以滿足諸如企業(yè)，學(xué)校等場合對精細(xì)化管理的需求，例如進(jìn)入會(huì)議室或者教室自動(dòng)將員工手機(jī)調(diào)整至震動(dòng)靜音模式。

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 利用GPS功能實(shí)現(xiàn)手機(jī)室內(nèi)靜音

這個(gè)功能的整體實(shí)現(xiàn)思路很清晰，主要是調(diào)用百度地圖API文檔，這個(gè)API文檔是專門給開發(fā)者免費(fèi)使用的一個(gè)API，面向所有的手機(jī)應(yīng)用或者網(wǎng)頁應(yīng)用的開發(fā)者，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)真正意義的免費(fèi)工具，以及它的使用價(jià)值，這個(gè)API在各個(gè)互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用，而且百度API建立了自己的網(wǎng)站論壇，來幫助那些開發(fā)方面的新手來很快上手開發(fā)。在使用百度地圖API之前，如果對于網(wǎng)絡(luò)地圖的服務(wù)有了一些學(xué)習(xí)的話就能夠更好的進(jìn)行開發(fā)工作。

百度公司的API包含以下API能夠輔助我們完成手機(jī)的室內(nèi)靜音功能：百度地圖JavaScript API，百度移動(dòng)版地圖SDK，百度地圖定位SDK，百度地圖LBS云，百度地圖URI API。百度API包含的功能不僅僅限于次，還有包括查詢路線，查詢周邊的功能，但是實(shí)現(xiàn)簡單的GPS室內(nèi)定位靜音功能，并不需要那些API這里就不做介紹。

在使用百度API之后，我們可以在程序中獲取用戶的實(shí)時(shí)位置，并可以通過實(shí)時(shí)位置以及停留時(shí)間來判斷用戶是否已經(jīng)進(jìn)入室內(nèi)，并通過后臺程序設(shè)置手機(jī)為震動(dòng)靜音模式，同理當(dāng)用戶發(fā)生較大位移并離開建筑之時(shí)，則可以判斷為用戶已處于戶外，后臺將手機(jī)設(shè)置為響鈴模式。

2.2 利用Wi-Fi實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位

基于Wi-Fi信號強(qiáng)度的定位功能的基本原理是：首先要對室內(nèi)的各點(diǎn)的實(shí)時(shí)信號強(qiáng)度有提前的訓(xùn)練采集，在定位的時(shí)候?qū)崟r(shí)采集Wi-Fi信號強(qiáng)度與已經(jīng)訓(xùn)練好的樣本集做出特征匹配，從而獲得對手機(jī)位置的估計(jì)。現(xiàn)階段傳統(tǒng)的Wi-Fi信號匹配定位的方法主要是兩個(gè)方法：確定型和概率型。

2.2.1 概率型算法

概率型定位方法一般是在采集訓(xùn)練樣本集的時(shí)候在不同的位置來采集信號來構(gòu)建相應(yīng)的概率分布模型，采用貝葉斯公式來計(jì)算定位位置的后驗(yàn)概率。

2.2.2 確定型算法

確定型算法還是要和概率型算法一樣，需要先采集樣本訓(xùn)練集，在實(shí)時(shí)收集到定位的信息后，與樣本集中信號強(qiáng)度最近的幾個(gè)點(diǎn)的質(zhì)心作為定位的初步位置。

因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境比較復(fù)雜，所以Wi-Fi信號的變化和干擾也很多，簡單的直接采集信號然后處理定位的方法很難實(shí)現(xiàn)，所以定位還是建立在多次的樣本數(shù)據(jù)之上，得到每個(gè)采集點(diǎn)的信號的大概變化范圍，然后利用權(quán)值選擇的定位算法來對信號樣本開始匹配，這種方法可以盡可能地降低環(huán)境和其他波段的干擾，提高定位的準(zhǔn)確程度。

在定位匹配開始前，必須建立相應(yīng)的特征樣本集，這個(gè)樣本集包含位置信息、位置方位、所在位置的信號強(qiáng)度、信號波動(dòng)范圍。位置信息是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的每一個(gè)采集點(diǎn)的位置信息，用來定位到具體的點(diǎn)；位置方位則是某一樣本采集點(diǎn)的詳細(xì)坐標(biāo)X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，這兩個(gè)坐標(biāo)是用來具體定位要用到的具體參數(shù)；所處位置的信號強(qiáng)度則是所在樣本點(diǎn)的Wi-Fi信號的具體強(qiáng)度，對定位的詳細(xì)施行給出參考；信號波動(dòng)范圍是指Wi-Fi信號強(qiáng)度的波動(dòng)半徑，能夠盡可能的覆蓋到每一個(gè)樣本點(diǎn)，在匹配時(shí)候能夠有點(diǎn)可匹配，不會(huì)存在無法定位的情況。

2.2.3 系統(tǒng)的初步想法

根據(jù)剛才所講的算法，我們不難發(fā)現(xiàn)Wi-Fi定位系統(tǒng)還是基于訓(xùn)練樣本集之上，并不是簡單的根據(jù)信號強(qiáng)度就能得出位置信息。而且為了適應(yīng)不同的環(huán)境和室內(nèi)情況，還需要對不同情況訓(xùn)練不同的數(shù)據(jù)集。所以系統(tǒng)的設(shè)置分為兩個(gè)模塊：數(shù)據(jù)訓(xùn)練集建立模塊、定位功能模塊。

（1）數(shù)據(jù)訓(xùn)練集建立模塊：這一部分就是整個(gè)定位的基礎(chǔ)和核心所在，只有這一部分能夠完整的實(shí)施整個(gè)系統(tǒng)才能夠順利的進(jìn)行下去。所以這一部分包含有室內(nèi)環(huán)境的檢測、樣本數(shù)據(jù)的采集、樣本數(shù)據(jù)的處理、匹配用樣本的生成這幾個(gè)大的功能方面。這些方面共同構(gòu)成了室內(nèi)定位算法的樣本數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）定位功能模塊：無論是選擇概率算法或是確定算法，定位功能模塊都要完成一系列的工作，這一系列的工作通過調(diào)用手機(jī)的相應(yīng)API既可實(shí)現(xiàn)。首先是對Wi-Fi信號的掃描，這一部分手機(jī)的功能就可以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)要保留Wi-Fi信號的強(qiáng)度信息，然后根據(jù)強(qiáng)度信息來實(shí)現(xiàn)通過樣本數(shù)據(jù)的匹配定位，最后根據(jù)定位的精確度還可以適當(dāng)?shù)募尤氤C正的模塊。

2.3 利用手機(jī)陀螺儀實(shí)現(xiàn)貴重物品保護(hù)

陀螺儀顧名思義其內(nèi)部就是一個(gè)陀螺原理的傳感器，因?yàn)橥勇菪?yīng)的存在，陀螺儀的中軸始終是和初始的方向相同的，所以當(dāng)移動(dòng)陀螺儀改變角度時(shí)候，通過和中軸的偏差我們就很容易計(jì)算出實(shí)際的方向。手機(jī)的陀螺儀則更加精密，而且手機(jī)這種小型部件陀螺儀更多的是一個(gè)芯片，芯片內(nèi)部有超微級別的陀螺。

手機(jī)中的位置傳感器不只有陀螺儀而且還有加速度儀這中設(shè)備，但是為了實(shí)現(xiàn)對貴重物品的保護(hù)，所以要能夠檢測到微小的移動(dòng)，鑒于這種要求選擇陀螺儀作為傳感器會(huì)更加合理。利用sensorManager函數(shù)可以調(diào)用相應(yīng)的陀螺儀，通過控制閾值來過濾掉其他的干擾信號來實(shí)現(xiàn)檢測物品的移動(dòng)和報(bào)警。可以實(shí)現(xiàn)諸如貴重物品保護(hù)，或輔助作為房屋技防設(shè)備，并且最關(guān)鍵的是，可以利用起陳舊棄用但功能完好的智能手機(jī)，為環(huán)保做一份貢獻(xiàn)。

3 結(jié)束語

本文從手機(jī)的幾個(gè)常用功能展開了敘述，闡述了利用GPS定位實(shí)現(xiàn)手機(jī)室內(nèi)自動(dòng)靜音、Wi-Fi室內(nèi)定位、利用手機(jī)陀螺儀實(shí)現(xiàn)貴重物品保護(hù)的這三個(gè)想法和初步思路，通過對各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)方法的考查，了解了自己需要學(xué)習(xí)的知識。

論文的主要成果。其一，在于通過一個(gè)初學(xué)者的角度，邁出了實(shí)現(xiàn)自己想法的第一步，了解了百度地圖API、室內(nèi)Wi-Fi匹配算法以及陀螺儀的調(diào)用函數(shù)，為后續(xù)的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中，GPS實(shí)現(xiàn)手機(jī)室內(nèi)自動(dòng)靜音和陀螺儀保護(hù)貴重物品這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)比較簡單，而Wi-Fi室內(nèi)定位功能還需要設(shè)計(jì)一系列的訓(xùn)練樣本集和具體的匹配算法，這方面還需要再加強(qiáng)努力。其二，也是最為重要的一點(diǎn)，提出了對于如今情況日趨嚴(yán)峻的廢舊智能手機(jī)的一種處置方案，廢舊智能手機(jī)中有很大一部分各類軟硬件仍然完好運(yùn)作，僅僅是因?yàn)樾阅懿荒軡M足日趨增長的性能功能被淘汰，而諸如移動(dòng)偵測保護(hù)貴重物品這類簡單實(shí)用的應(yīng)用場景對性能的需求較為簡單，可以讓廢舊智能手機(jī)重新煥發(fā)生機(jī)，實(shí)現(xiàn)更多價(jià)值，實(shí)現(xiàn)對資源的最大化利用，促進(jìn)環(huán)保與環(huán)境建設(shè)。

[1] 周慧．基于Wi-Fi的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D]．南京郵電大學(xué)，2016

[2] 杜曉黎．基于Wi-Fi的室內(nèi)定位系統(tǒng)[D]．東南大學(xué)，2015

[3] 陳春陽，郭英，畢京學(xué)．手機(jī)陀螺儀與加速度計(jì)聯(lián)合定位初步分析[J]．導(dǎo)航定位學(xué)報(bào)，2014,(04):74-77+82

[4] 羅利．基于Android的Wi-Fi室內(nèi)定位技術(shù)研究[D]．西南交通大學(xué)，2014

[5] 毛立昱．基于手機(jī)的跌倒監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．電子科技大學(xué)，2014

[6] 黃藝，胡善岳，何芊，王濤，謝智勇．基于Android平臺的移動(dòng)通訊設(shè)備的GPS定位研究[J]．激光雜志，2014,(03):42-44

[7] 王密，郭丙軒，雷霆，李德仁．車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中GPS定位與道路匹配方法研究[J]．武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,(03):248-251+256

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.09.005

TN929.53文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）09-0013-02