CN102546816A - 基于lbs平台的校园定位方法及其实现*** - Google Patents

基于lbs平台的校园定位方法及其实现*** Download PDF

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刘文芝
刘昭斌
张震
许璐蕾
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Abstract

本发明揭示了一种基于LBS平台的校园定位***，融合了Wi-Fi、GPRS技术以及Internet、移动通信、GIS等网络，通过服务器端的支持，利用带GPS芯片手机或PDA客户端实现终端定位、地图查询、导航、跟踪管理、短信通知等功能的校园LBS***。该***为师生和来访者提供学校各类位置相关的信息服务；实现对人员和建筑物位置管理；实现黄页查询管理，可对WebGIS***中的图形信息和属性信息进行灵活多样的双向空间查询；实现群组管理，将用户的有效时间内的行为记录构成空间和时间相结合的数据，设计一个用户与群组基本信息数据库进行数据存放，并提供规范的扩展接口，实现教研室内部、各部门、各人员之间的高效沟通和协作。该***具有成本精度高和协同处理能力强等优点。

Description

基于LBS平台的校园定位方法及其实现***
技术领域
本发明涉及一种感知计算集成***，尤其涉及一种基于室内、外定位的校园LBS（Location Based Service）平台，可为师生和来访者提供导游、导航等各类位置相关信息服务的方法及其实现***。
背景技术
随着校园信息化建设的发展，“数字校园”的概念也相应出现，所谓“数字校园”是指数字化的、虚拟的校园，是“数字地球”的微观表现形式在校园区域的具体体现。“数字校园”具有“数字城市”的特点和功能, 通过启用图形、图像数字信息层表现校园的各种空间及属性要素，为用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素，为校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠依据。高等院校作为高新技术的集中地，有必要在“数字校园”建设方面做进一步的开发与研究，为城市数字化做一些基础性及实验性的工作。
“数字校园”已经广泛应用到学校，但是校园的定位信息、路况信息及电子地图的实时显示等功能的集成终端却很缺乏，本软件是一套关于校园的定位导航终端***，使其应用于校园，很具有现实意义和使用价值。
在校园LBS（Campus-LBS）服务中，位置信息是关键，定位是关键技术之一。在开阔的室外环境中，全球定位***GPS 提供了非常精确的定位信息。同时，对室内定位信息的需求也与日俱增，博物馆、大型体育场馆、机场、展厅、写字楼、仓库、地下停车场等都需要使用准确的室内定位信息。本软件以校园这个特殊职能的区域为研究对象，建设基于室内外定位的校园LBS（Location Based Service）平台，可为师生和来访者提供导游、导航等各类位置相关的信息服务。
当前应用的LBS定位技术主要分为GPS 定位、基于移动网络的定位和混合定位三大类型，GPS定位的精度是最高的，但是对环境要求比较高，必须有开阔的视野和能见度。当存在建筑物阻挡或在室内时，定位精度和可用性大大降低，定位终端功耗比较大，对供电要求高。移动网络的定位技术虽然目前应用较为广泛，却存在定位精度差的问题，其中利用GSM 通信网络用于实现移动终端和信息服务中心的通信，信息服务中心是定位服务***的核心，负责与移动终端的信息交互和各个分中心的网络互连，完成各种信息的分类、记录和转发以及各分中心之间的业务信息流动，并对整个网络进行监控，不能满足一些高精度定位的应用需求。混合定位技术目前主要代表技术是卫星提供GPS定位，它的基本思想是利用参考GPS接收机上接收到的卫星信号，通过无线通讯网络发给手机，配有GPS 计算芯片的手机根据传来的卫星数据计算手机位置，这种方法将GPS 与无线通讯网络结合，实现一种精度高、定位快的辅助GPS 定位。
发明内容
为进一步加快“数字校园”建设方面的开发与研究，本发明的目的旨在提出一种基于LBS平台的校园定位方法及其实现***，以实现校园的定位信息、路况信息及电子地图的实时显示等功能的集成终端。
本发明的目的上述第一个目的，基于LBS平台的校园定位方法，其实现特征包括以下步骤：S1：基于无线通信技术用Client/Server结构将移动终端接入服务器端或用Browser/Server结构将个人PC端接入服务器端，在服务器端对接入用户管理、情景封包管理、情景设定与发布、导航服务及GIS管理，所述服务器端为校园LBS平台的核心构件；S2：在室外开阔环境下，通过全球定位***GPS对移动终端用户在校园中的位置实现定位，可视化地呈现地图；S3：在室内环境下，移动终端用户通过无线局域网和GIS网络的移动网关接入Internet网络并与服务器端连接并交互信息，个人PC端用户通过无线局域网、TCP/IP协议与服务器端连接并交互信息，实现在校园室内位置的定位，可视化地呈现地图。
进一步地，步骤S1中还包括：S11、管理员管理流程，管理者基于WEB界面设定定位***所提供用户信息数据维护、黄页数据维护、空间地理数据维护和***消息推送服务；S12、定位流程，服务器端基于情景设定与发布、导航服务，接收来自于Internet网络的各移动终端或个人PC端的所在地理相关信息，并将这些信息以可视化地图呈现至移动终端用户或个人PC端用户；S13、数据库支撑流程，在服务器端存取、修改、删除用户信息数据、黄页数据、空间地理数据或***消息，并利用服务器端的数据综合、模拟、分析及评价能力实现地理空间过程演化的模拟和预测。
更进一步地，步骤S13中所述服务器端提供地理数据服务、目录查询服务、协作服务和用户信息管理服务。
进一步地，步骤S3中在室内环境下，移动终端用户接入Internet网络所用的无线局域网方式包括：Wi-Fi传输、GPRS传输或基于窄带无线路由器的无线电频波传输。
进一步地，步骤S1中情景封包管理的方法为：根据用户要求显示校园情景要素图层的过程，将校园情景要素分为七层，分别为建筑，包括阅览室、实验室与办公室的教室，学校道路，商铺，食堂，广场和水域；所述要求显示校园情景要素图层的过程取决于用户对呈现地图的多级缩放比例，并且仅在当前缩放比例大于等于对应级别缩放区间的下限时，渲染该级校园情景要素。
本发明的目的上述第二个目的，基于LBS平台的校园定位实现***包括如下三方面组成部分。
校园LBS平台：基于无线通信技术用Client/Server结构将移动终端接入服务器端或用Browser/Server结构将个人PC端接入服务器端，在服务器端对接入用户管理、情景封包管理、情景设定与发布、导航服务及GIS管理，所述服务器端为校园LBS平台的核心构件。
在室外开阔环境下的移动终端，通过全球定位***GPS对移动终端用户在校园中的位置实现定位，可视化地呈现地图。
在室内环境下的移动终端或个人PC端，移动终端用户通过无线局域网和GIS网络的移动网关接入Internet网络并与服务器端连接并交互信息，个人PC端用户通过无线局域网、TCP/IP协议与服务器端连接并交互信息，实现在校园室内位置的定位，可视化地呈现地图。
所述校园LBS平台进一步包含三部分模块，分别为：管理员管理模块，管理者基于WEB界面设定定位***所提供用户信息数据维护、黄页数据维护、空间地理数据维护和***消息推送服务；定位子程序模块，服务器端基于情景设定与发布、导航服务，接收来自于Internet网络的各移动终端或个人PC端的所在地理相关信息，并将这些信息以可视化地图呈现至移动终端用户或个人PC端用户；数据库支撑模块，在服务器端存取、修改、删除用户信息数据、黄页数据、空间地理数据或***消息，并利用服务器端的数据综合、模拟、分析及评价能力实现地理空间过程演化的模拟和预测。
更进一步地，所述数据库支撑模块中包含地理数据库、目录查询数据库、协作数据库和用户信息管理数据库。
进一步地，在室内环境下的移动终端用户接入Internet网络所用的无线局域网包括：Wi-Fi、GPRS或基于窄带无线路由器的无线电频波。
进一步地，校园LBS平台包含有一情景封包管理模块：根据用户要求显示校园情景要素图层的过程，将校园情景要素分为建筑，包括阅览室、实验室与办公室的教室，学校道路，商铺，食堂，广场和水域七层；所述要求显示校园情景要素图层的过程取决于用户对呈现地图的多级缩放比例，并且仅在当前缩放比例大于等于对应级别缩放区间的下限时，渲染该级校园情景要素。
本发明基于LBS平台的校园定位方法及其实现***应用实施后，其突出效果体现为：把Wi-Fi、GPRS等和无线局域网通信标准协议进行了融合，实现数据在无缝转换和短距离传输处理，把无线局域网和GPS接入也融合在一起，从而实现了校园网LBS定位***实时性、可靠性和低能耗。与此同时，本方案还对地图数据的图形呈现、要素的地址编码、问题反馈及后台数据库管理等方面均提出了改进方案，为“数字校园”建立及进一步研发创造了灵活的可能性。
附图说明
图1是本发明校园定位的***结构框图。
图2是其中校园LBS平台的功能模块组成结构示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
为进一步加快“数字校园”建设方面的开发与研究，实现校园的定位信息、路况信息及电子地图的实时显示等功能的集成终端。本发明提出了一种基于LBS平台的校园定位方法及其实现***。
该基于LBS的校园定位***并不是指一种技术的应用，它是一个感知计算集成***。基于LBS的校园定位由客户端（移动终端或个人PC端）和服务中心（服务器端）两部分构成。如图1所示简单来看，它们之间通过无线通信网络和互联网连接，在开阔的室外环境中, 全球定位***GPS 提供了非常精确的定位信息，室内利用手机等移动终端的Wi-Fi、GPRS等通过无线通信技术获取定位，然后和移动GIS 结合，以达到定位导航的目的。为了能弥补GPS 在室内无信号的缺点，对于一些基本的简单的操作和请求，移动终端可以不请求服务中心而独立完成，而对于那些比较复杂的移动终端不能实现的功能则需提交给服务器完成。
结合附图具体来看本发明方案，首先该基于LBS校园定位方法包括三个层面的实现步骤：一者基于无线通信技术用Client/Server结构将移动终端接入服务器端或用Browser/Server结构将个人PC端接入服务器端，在服务器端对接入用户管理、情景封包管理、情景设定与发布、导航服务及GIS管理，所述服务器端为校园LBS平台的核心构件。
二者在室外开阔环境下，通过全球定位***GPS对移动终端用户在校园中的位置实现定位，可视化地呈现地图。
再者在室内环境下，移动终端用户通过无线局域网和GIS网络的移动网关接入Internet网络并与服务器端连接并交互信息，个人PC端用户通过无线局域网、TCP/IP协议与服务器端连接并交互信息，实现在校园室内位置的定位，可视化地呈现地图。
上述方法方案进一步细化来看：步骤S1中包括：S11、管理员管理流程，管理者基于WEB界面设定定位***所提供用户信息数据维护、黄页数据维护、空间地理数据维护和***消息推送服务；S12、定位流程，服务器端基于情景设定与发布、导航服务，接收来自于Internet网络的各移动终端或个人PC端的所在地理相关信息，并将这些信息以可视化地图呈现至移动终端用户或个人PC端用户；S13、数据库支撑流程，在服务器端存取、修改、删除用户信息数据、黄页数据、空间地理数据或***消息，并利用服务器端的数据综合、模拟、分析及评价能力实现地理空间过程演化的模拟和预测。其中所述服务器端提供地理数据服务、目录查询服务、协作服务和用户信息管理服务。
此外，步骤S3中在室内环境下，移动终端用户接入Internet网络所用的无线局域网方式具有多样性，可以包括Wi-Fi传输、GPRS传输或基于窄带无线路由器的无线电频波传输，通常优选国际上比较先进的Wi-Fi传输技术。
步骤S1中情景封包管理的方法为：根据用户要求显示校园情景要素图层的过程，将校园情景要素分为七层，分别为建筑，包括阅览室、实验室与办公室的教室，学校道路，商铺，食堂，广场和水域；所述要求显示校园情景要素图层的过程取决于用户对呈现地图的多级缩放比例，并且仅在当前缩放比例大于等于对应级别缩放区间的下限时，渲染该级校园情景要素。
该Campus-LBS***支持两种终端方式，即移动终端和个人PC端。移动手机端与LBS平台之间主要采用Client/Server结构。移动终端连接无线Wi-Fi（GPRS）和GIS网络，通过移动网关接入Internet网络和服务器端的服务进行交互。移动终端与Campus-LBS平台基本采用TCP/IP长连接。由于无线通信的复杂性，双方通过发送心跳包的方式，保持连接。如果LBS平台在一定时间内无法收到客户端发来的心跳包，LBS平台则自动视为用户已退出***。同时，移动终端也可以通过的Campus-LBS的map-based browser访问Campus-LBS网站，发布位置，共享多媒体数据等。另外，个人PC端与Campus-LBS平台之间采用Browser/Server结构。PC端用户可以用IE浏览器登陆平台进行交互。
再从本发明定位方法实现***的功能总体设计来看也主要包括三个方面，分别为：校园LBS平台：基于无线通信技术用Client/Server结构将移动终端接入服务器端或用Browser/Server结构将个人PC端接入服务器端，在服务器端对接入用户管理、情景封包管理、情景设定与发布、导航服务及GIS管理，所述服务器端为校园LBS平台的核心构件。
在室外开阔环境下的移动终端，通过全球定位***GPS对移动终端用户在校园中的位置实现定位，可视化地呈现地图。
在室内环境下的移动终端或个人PC端，移动终端用户利通过无线局域网和GIS网络的移动网关接入Internet网络并与服务器端连接并交互信息，个人PC端用户通过无线局域网、TCP/IP协议与服务器端连接并交互信息，实现在校园室内位置的定位，可视化地呈现地图。
除此之外，在室内环境下的移动终端用户接入Internet网络所用的无线局域网包括：Wi-Fi、GPRS或基于窄带无线路由器的无线电频波。
并且，该校园LBS平台包含有一情景封包管理模块：根据用户要求显示校园情景要素图层的过程。将地图要素按照不同种类分成不同图层，在渲染时根据用户要求显示要素图层的过程，将地图要素分为七层，分别为：建筑、教室(包括阅览室、实验室与办公室)、学校道路、商场、食堂、广场、水域或其它。地图分级显示指将地图要素按照重要性分成不同级别，根据用户对地图缩放比例，决定要素图层显示的过程。本***将地图要素按缩放比例分为六级，其中底图和基本要素为一级图层，不被控制。其余5个缩放区间分别为：0.2～0.3、0.3～0.5、0.5～1、l～2、2～5。仅在当前缩放比例大于等于对应级别缩放区间的下限时，即渲染该级校园情景要素，否则不被渲染。
如图2所示，该校园Campus-LBS平台系統共分为三个部份，管理员管理子***（Administartor Management Subsystem，AMS）、定位子系統（LBS-GIS Subsystem，LGS）、数据库支撑子系統（Database Support Subsystem，DSS），实现的主要功能为用户提供校园内的空间信息查询，包括人、各建筑物，各办公室和各部门等位置信息查询。
其中AMS模块，主要提供功能是让管理者基于WEB 界面来设定定位***所提供用户信息数据维护、黄页数据维护、空间地理数据维护和***消息推送的各项服务，同时为定位系統提供各项地理相关信息。管理员先针对校园內定位点进行规划指定，即设定所欲提供定位信息，即校內建筑物或设施，设定內容含景点坐标、范围、文字与多媒体信息等，设定完成后便以地图数据封包方式发布于网站上，提供使用者下載至手机或Pocket PC 上，其后再配合定位子***(LGS)來读取本***所提供之数据封包进行定位功能。
LGS模块，使用者以Pocket PC 或智能手机为平台，与GPS或GPRS定位接收器共同使用，通过GPS 接收器接收卫星定位信号后，经定位子***处理后将其所在地理之相关信息呈现给使用者的Pocket PC 或手机上，包括将获取的位置信息转化为可视化的地图显示，主要分为用户的个性化地图显示，个人定位及目录服务对象的定位。
DSS模块，提供管理员子***存取、修改、刪除资料、储存所有地图信息以及有关信息，对有关地理分布数据进行采集、储存、管理和描述，运用服务器的数据综合、数据模拟与数据分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息***难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。该数据库支撑模块中概括性地可以分为地理数据库、目录查询数据库、协作数据库和用户信息管理数据库。
由于移动终端性能限制，Campus-LBS整个***的大部分数据存储和业务操作都是在服务器端完成，服务器端的数据主要有空间数据、属性数据和SVG地图数据，空间数据内容主要是基础地理数据(点、线、面)，主要是和位置服务密切相关的空间数据。
以上详细介绍了本发明基于LBS平台的校园定位方法及其实现***的全部技术特征。以此为基础，分析可得本发明技术方案在实施上具有突出的优势，具体如下。
1、为了能弥补GPS 在室内无信号的缺点，本发明把Wi-Fi、GPRS等和无线局域网通信标准协议进行了融合，实现数据在无缝转换和短距离传输处理，把无线局域网和GPS接入也融合在一起，从而实现了校园网LBS定位***实时性、可靠性和低能耗。
2、实现了各种图形数据分层与分级显示，当缩放比例大于等于该缩放区间下限时，该级图层才被渲染，否则不被渲染。
3、地址编码科学，将宿舍、教室、实验楼等不同的层显示在一起，直接在图上进行编码，***已预先编好一个编号，使用者在使用前修改。***跟踪新画的宿舍、教室等，要求在绘完图形后输入其名称和编号，以便在生成用户编号时提取。
4、问题反馈及后台数据库管理便捷，收集各用户在使用过程中的意见或建议。通过后台的简单超作即可实现数据的输出、更新、删除等操作。
在应用实施上，本发明所提供的终端集成方案的技术效果远不止上述该些。且其实施方式上具有多样化、灵活性的特点。本领域的相关人员应当理解，如上所述之实施例，仅作为阐明该发明的必要手段之一，在不脱离本发明实质内容的前提下，对本发明所做的一切等效变形或修改，均应包含在本案权利要求保护的范围之中。

Claims (10)

1.基于LBS平台的校园定位方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：基于无线通信技术用Client/Server结构将移动终端接入服务器端或用Browser/Server结构将个人PC端接入服务器端，在服务器端对接入用户管理、情景封包管理、情景设定与发布、导航服务及GIS管理，所述服务器端为校园LBS平台的核心构件；
S2：在室外开阔环境下，通过全球定位***GPS对移动终端用户在校园中的位置实现定位，可视化地呈现地图；
S3：在室内环境下，移动终端用户通过无线局域网和GIS网络的移动网关接入Internet网络并与服务器端连接交互信息，个人PC端用户通过无线局域网、TCP/IP协议与服务器端连接交互信息，实现在校园室内位置的定位，可视化地呈现地图。
2.根据权利要求1所述的基于LBS平台的校园定位方法，其特征在于：步骤S1中包括：
S11、管理员管理流程，管理者基于WEB界面设定定位***所提供用户信息数据维护、黄页数据维护、空间地理数据维护和***消息推送服务；
S12、定位流程，服务器端基于情景设定与发布、导航服务，接收来自于Internet网络的各移动终端或个人PC端的所在地理相关信息，并将这些信息以可视化地图呈现至移动终端用户或个人PC端用户；
S13、数据库支撑流程，在服务器端存取、修改、删除用户信息数据、黄页数据、空间地理数据或***消息，并利用服务器端的数据综合、模拟、分析及评价能力实现地理空间过程演化的模拟和预测。
3.根据权利要求2所述的基于LBS平台的校园定位方法，其特征在于： 步骤S13中，所述服务器端提供地理数据服务、目录查询服务、协作服务和用户信息管理服务。
4.根据权利要求1所述的基于LBS平台的校园定位方法，其特征在于：步骤S3中，在室内环境下，移动终端用户接入Internet网络所用的无线局域网方式包括：Wi-Fi传输、GPRS传输或基于窄带无线路由器的无线电频波传输。
5.根据权利要求1所述的基于LBS平台的校园定位方法，其特征在于：步骤S1中，情景封包管理的方法为：根据用户要求显示校园情景要素图层的过程，将校园情景要素分为七层，分别为建筑，包括阅览室、实验室与办公室的教室，学校道路，商铺，食堂，广场和水域；所述要求显示校园情景要素图层的过程取决于用户对呈现地图的多级缩放比例，并且仅在当前缩放比例大于等于对应级别缩放区间的下限时，渲染该级校园情景要素。
6.基于LBS平台的校园定位实现***，其特征在于包括：
校园LBS平台：基于无线通信技术用Client/Server结构将移动终端接入服务器端或用Browser/Server结构将个人PC端接入服务器端，在服务器端对接入用户管理、情景封包管理、情景设定与发布、导航服务及GIS管理，所述服务器端为校园LBS平台的核心构件；
在室外开阔环境下的移动终端，通过全球定位***GPS对移动终端用户在校园中的位置实现定位，可视化地呈现地图；
在室内环境下的移动终端或个人PC端，移动终端用户通过无线局域网和GIS网络的移动网关接入Internet网络并与服务器端连接并交互信息，个人PC端用户通过无线局域网、TCP/IP协议与服务器端连接并交互信息，实现在校园室内位置的定位，可视化地呈现地图。
7.根据权利要求6所述的基于LBS平台的校园定位实现***，其特征在于所述校园LBS平台包含三部分模块，分别为：
管理员管理模块，管理者基于WEB界面设定定位***所提供用户信息数据维护、黄页数据维护、空间地理数据维护和***消息推送服务；
定位子程序模块，服务器端基于情景设定与发布、导航服务，接收来自于Internet网络的各移动终端或个人PC端的所在地理相关信息，并将这些信息以可视化地图呈现至移动终端用户或个人PC端用户；
数据库支撑模块，在服务器端存取、修改、删除用户信息数据、黄页数据、空间地理数据或***消息，并利用服务器端的数据综合、模拟、分析及评价能力实现地理空间过程演化的模拟和预测。
8.根据权利要求7所述的基于LBS平台的校园定位实现***，其特征在于： 所述数据库支撑模块中包含地理数据库、目录查询数据库、协作数据库和用户信息管理数据库。
9.根据权利要求1所述的基于LBS平台的校园定位实现***，其特征在于：在室内环境下的移动终端用户接入Internet网络所用的无线局域网包括：Wi-Fi、GPRS或基于窄带无线路由器的无线电频波。
10.根据权利要求1所述的基于LBS平台的校园定位实现***，其特征在于：校园LBS平台包含有一情景封包管理模块：根据用户要求显示校园情景要素图层的过程，将校园情景要素分为建筑，包括阅览室、实验室与办公室的教室，学校道路，商铺，食堂，广场和水域七层；所述要求显示校园情景要素图层的过程取决于用户对呈现地图的多级缩放比例，并且仅在当前缩放比例大于等于对应级别缩放区间的下限时，渲染该级校园情景要素。
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