基于地磁場的商場導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)

唐玉輝　黃偉哲　蘇敬澎　僧德文

摘要：隨著城市化的發(fā)展，商場樓層也越來越多，店鋪越來越繁多，而GPS在室內(nèi)的定位是不可行的。隨著室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展，地磁場室內(nèi)定位技術(shù)越來越成熟，本文提出了基于地磁場的商場定位服務(wù)系統(tǒng)，在提供定位導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，提供商場及店鋪的推薦，提高人們的商場購物體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：定位；導(dǎo)航；地磁場

1.引言

現(xiàn)在的大型商場是越來越多了，店面繁多。而移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，用戶可以從網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上事先去選擇自己想去的店面，而復(fù)雜龐大且陌生的商場，盡管有路標(biāo)和地圖，但是往往都不能清晰且明確的指引用戶找到目的地。這個(gè)時(shí)候需要一個(gè)商場導(dǎo)航軟件來解決這個(gè)問題。在室內(nèi)環(huán)境無法使用衛(wèi)星定位時(shí)，使用室內(nèi)定位技術(shù)作為衛(wèi)星定位的輔助定位，解決衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面時(shí)較弱、不能穿透建筑物的問題。最終定位物體當(dāng)前所處的位置。因此需要室內(nèi)定位技術(shù)解決室內(nèi)定位問題。隨著室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展，地磁場室內(nèi)定位技術(shù)越來越成熟，基于地磁場定位的商場導(dǎo)航能有效解決該問題，在此基礎(chǔ)上，為了給用戶更好的服務(wù)，本研究推出了商場推薦服務(wù)，幫助用戶選擇合適的店鋪和商場。

2.基于地磁場的室內(nèi)定位

地球本身是一個(gè)巨大的磁體，它在地理南北兩極間形成一個(gè)基本的磁場。但這種地球磁場會(huì)受到金屬物的干擾，特別是穿過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物時(shí)，原有磁場被建筑材料（金屬結(jié)構(gòu)）擾動(dòng)扭曲，使得每個(gè)建筑物內(nèi)都形成了獨(dú)特的“磁性紋路”，也就是說在室內(nèi)形成了一種有規(guī)律的“室內(nèi)磁場”。而且，如果建筑物本身不發(fā)生鋼筋體的結(jié)構(gòu)性改變，室內(nèi)磁場的特性也就固定不變。而室內(nèi)地磁定位正式捕捉這種“室內(nèi)地磁場”的規(guī)律特征來實(shí)現(xiàn)的，通過手機(jī)端普遍集成的地磁傳感器去收集室內(nèi)的磁場數(shù)據(jù)，辨認(rèn)室內(nèi)環(huán)境里不同位置的磁場信號(hào)強(qiáng)度差異，從而匹配自己在空間中的相對位置。

定位過程首先是，采集室內(nèi)的磁場分布，建立磁場分布圖。在行進(jìn)過程中，通過手機(jī)采集的磁場數(shù)據(jù)去實(shí)時(shí)匹配磁場分布圖，最終確定所在位置。本研究采用粒子濾波聯(lián)合算法，基于路徑匹配的室內(nèi)地磁定位技術(shù)，通過增加匹配特征數(shù)量來解決此問題。使用基于動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整(dynamic time warp， DTW)算法與粒子濾波(particle filter， PF)算法的新型聯(lián)合算法，并以路徑匹配的模式對目標(biāo)進(jìn)行追蹤。在匹配過程中又通過計(jì)算斯皮爾曼等級(jí)(Spearman)相關(guān)系數(shù)確定路徑之間的相似度，使之作為輔助定位。

3.商場導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

3.1 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)將由兩部分程序組成，使用Java的用戶界面和MySQL數(shù)據(jù)庫，全平臺(tái)通用。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)了幾張信息表，室外地圖信息表，商場室內(nèi)地磁信息表，商場室內(nèi)模型圖表，3D實(shí)景圖模型表，用戶信息表，用戶使用記錄表，商場信息表。

3.2 模塊設(shè)計(jì)

（1）地磁信息分析模塊：實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的模塊，依據(jù)手機(jī)磁傳感器傳入數(shù)據(jù)和商場的地磁信息圖，實(shí)時(shí)定位，導(dǎo)航。手機(jī)磁傳感器的數(shù)據(jù)導(dǎo)入此模塊，并訪問數(shù)據(jù)庫獲得從商場的地磁信息圖，通過粒子濾波聯(lián)合算法完成地磁匹配，來獲得定位位置。當(dāng)需要導(dǎo)航時(shí)，調(diào)用路徑規(guī)劃模塊，獲得導(dǎo)航路徑，依據(jù)路徑和定位，來實(shí)現(xiàn)精確的導(dǎo)航。

（2）路徑規(guī)劃模塊：根據(jù)起始地，和目的地，完成路徑規(guī)劃，推薦合適的路徑。起始地，和目的地由上層模塊傳入，從數(shù)據(jù)庫獲得對應(yīng)的環(huán)境模型。根據(jù)用戶的不同需求，如希望途經(jīng)奶茶店等等，賦予模型每條邊上的不同權(quán)值，之后采用迪杰斯特拉算法求取最優(yōu)路徑。并將路徑返回調(diào)用模塊。

（3）室外信息模塊：此模塊完成在室外的定位及導(dǎo)航。讀入GPS信號(hào)，并訪問數(shù)據(jù)庫獲得地圖，或者用戶端已下載地圖，讀取地圖后，將GPS數(shù)據(jù)與地圖匹配，完成室外定位。若需要導(dǎo)航，則調(diào)用路徑規(guī)劃模塊，獲得路徑并開始導(dǎo)航。

（4）3D實(shí)景圖模塊：此模塊主要實(shí)現(xiàn)構(gòu)造3D實(shí)景模型，并且支持用戶端的相關(guān)操作。在服務(wù)器端將采集來的大量圖片構(gòu)造成商場的3D實(shí)景模型，并存入數(shù)據(jù)，等待用戶的訪問。用戶需要查看3D實(shí)景圖時(shí)，通過訪問數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)加載3D實(shí)景圖。然后，可以體驗(yàn)身在商場的感覺，以第一視角瀏覽整個(gè)商場，能夠進(jìn)行移動(dòng)，縮放，旋轉(zhuǎn)操作。在還未前去商場時(shí)，便可通過此模型，完成對商場的大致瀏覽。此外，采用AR拍照，再將之與3D模型進(jìn)行匹配，來校準(zhǔn)地磁定位。

（5）用戶信息分析模塊：根據(jù)用戶的使用記錄及用戶的需求，推薦用戶合適的商鋪，或者商場。將用戶需求傳入服務(wù)器，服務(wù)器端采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合用戶以往使用記錄，將輸出一系列推薦的店鋪，或者商場，并訪問服務(wù)器將商場或者店鋪的詳細(xì)信息返回客戶端。

4.結(jié)語

基于地磁定位的商場服務(wù)系統(tǒng)，能給用戶帶來精確的商場定位導(dǎo)航，與此同時(shí)，還能推薦合適的商家，店鋪。在去商場之前，可以通過3D實(shí)景圖瀏覽商場。并且可以通過AR拍照來，實(shí)時(shí)校準(zhǔn)地磁定位的誤差。使用此系統(tǒng)能夠讓人們更加有效率的逛商場，現(xiàn)在的生活節(jié)奏越來越快，人們可能很難有大把的時(shí)間來逛商場，此系統(tǒng)的精確推薦，以及定位導(dǎo)航服務(wù)，能讓用戶在逛商場的時(shí)候節(jié)省花在找路上的時(shí)間。

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