基于Bluetooth和TOA定位算法的圖書館導航系統

近年來，隨著無線技術和移動通信的飛速發展，以及Bluetooth，Wifi，GPRS等無線技術的日趨成熟，同時，各種無線定位技術的出現，極大的方便了生活，推進了社會的發展。藍牙技術(Bluetooth)作為一種短距離無線通訊技術，其實質內容是為固定設備或移動設備之間的通信環境建立通用的無線電空中接口(Radio AirInterface)，將通信技術與計算機技術進一步結合起來，使各種3C設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內實現相互通信或操作，實現數據共享。利用藍牙設備近距離范圍內相互通信的特性，結合TOA算法，并全面考慮實際應用中信號衰減、障礙物阻隔等情況，就可以實現較為精準的藍牙定位系統，再進一步結合Web、數據庫等后臺支持，可以開發一套圖書館藍牙自動導航系統，以實現移動終端書籍自助查詢與導航功能。

1 系統結構及功能

圖書館書籍定位系統由三部分組成：安裝在用戶手機上的定位軟件(客戶端)，后臺服務器以及分布在圖書館里的藍牙信號發射點，如圖1所示。

客戶端實現了用戶在手持設備無線查詢書籍以及用戶的定位導航功能。用戶首次登錄軟件后，軟件通過無線網絡自動從后臺數據庫下載地形和藍牙點分布的XML文件，并根據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注在地圖上，同時開啟藍牙，檢測周邊藍牙信號點信號強度并進行定位。定位成功后軟件自動計算用戶從當前位置到書籍位置的最佳路徑，并標注在地圖上。同時，在用戶找書的過程中，系統會實時測量用戶所在位置，實時更新最佳路徑，引導用戶找到所需書籍。

后臺服務器儲存書籍詳細信息、圖書館地形圖以及各個藍牙信號發射點分布情況。并及時響應用戶的不同請求。

藍牙信號發射點分布在整個圖書館內，信號范圍覆蓋整個圖書館，每個藍牙信號發射點有自己惟一的ID標識號，當用戶定位時通過標識號即可從配置文件中知道此藍牙信號發射點的位置。

通過三個子系統的分工合作，系統實現了查詢定位導航一體化的高效圖書查詢功能。

2 定位系統軟件設計

2.1 定位系統客戶端軟件設計

軟件采用Windows Mobile 6.0作為開發平臺，多普達838手機作為軟件測試平臺，使用C#編程實現。目標手機內置藍牙協議棧，直接調用Winsock API搜索周圍藍牙設備并得到信號強度信息。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)輸入關鍵字進行搜索，數據包利用HTTP協議通過無線網絡以POST請求方式發送到服務器，服務器解析出關鍵字(Query Word)后查詢數據庫得到書籍詳細信息，并序列化(Serialization)為標準XML，文檔通過HTTP協議返回到用戶手機。軟件反序列化(Deserialization)這些信息并呈現給用戶。

地圖繪制引擎 在獲得圖書館地形描述的XML數據后，繪制引擎解析文檔中的地形輪廓、書架位置以及藍牙點位置數據，當用戶選擇地圖界面時，繪制引擎生成地圖，并將人物當前位置、計算好的最佳路徑繪制到地圖上，最后顯示在PietureBox中(圖3)。

藍牙定位 定位系統每隔2 min搜索周圍藍牙信號發射點，并把ID號有效的10個藍牙信號發射點存人隊列中。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前用戶位置。

路徑計算 系統得到用戶位置后，路徑計算系統通過啟發式搜索算法計算出用戶到書籍的最短路徑，并儲存在內存中。

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