CN106680766A - 基于蓝牙的室内定位系统及其定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于蓝牙的室内定位系统及定位方法，在室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高分别依序号间隔布置蓝牙设备，蓝牙设备均通过无线方式与用于接收信号强弱、序号、位置、频率信息的信号接收设备通讯连接，信号接收设备与数据处理设备通讯连接，数据处理设备处理分析得到的蓝牙设备的广播频率、空间坐标位置、对应序号以及信号强弱值，数据处理设备与数据统计设备通讯连接，数据统计设备获取数据处理设备的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置。实现室内准确定位，更好的用户体验，定位误差小于2米。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于蓝牙的室内定位系统及其定位方法。
背景技术
蓝牙Beacon简称beacon，每一个beacon设备都有自己唯一的ID编号，这个编号永远不会改变，这样就得到了一个固定的点。
定位原理，设备可以程序控制扫描并收集周围的beacon信号，只要beacon设备开始工作，不论每个设备的发射接收频率是否一致，都会显示在信号列表中，都可以获取到每个beacon的唯一ID。对应每个beacon，有两个重要参数，beacon的具体位置和信号强度，ID号可以确定是哪个beacon；信号强度理论上是和beacon之间的距离有函数关系的，就是能够根据信号强度可以算出beacon的距离。多个beacon设备信号范围重叠时可能出现信号干扰。
设备将这些数据发送到位置服务器，位置服务器就可以计算出设备的地理位置并返回到用户设备。这样就达到了定位推送信息的效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于蓝牙的室内定位系统及其定位方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
基于蓝牙的室内定位系统，特点是：包含蓝牙设备、信号接收设备以及数据处理设备，在室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高分别依序号间隔布置多个蓝牙设备，蓝牙设备均通过无线方式与用于接收信号强弱、序号、位置、频率信息的信号接收设备通讯连接，信号接收设备与数据处理设备通讯连接，数据处理设备处理分析得到的蓝牙设备的广播频率、空间坐标位置、对应序号以及信号强弱值，数据处理设备与数据统计设备通讯连接，数据统计设备获取数据处理设备的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，从而得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置。
进一步地，上述的基于蓝牙的室内定位系统，其中，室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高至少间隔5米分别依序号布置蓝牙设备。
更进一步地，上述的基于蓝牙的室内定位系统，其中，所述信号接收设备为ZOE-M8G接收器模块，数据处理设备为FY-HJCL100环境数据处理单元，数据统计设备为KVM控制台服务器。
更进一步地，上述的基于蓝牙的室内定位系统，其中，所述蓝牙设备为蓝牙Beacon。
本发明基于蓝牙的室内定位方法，包括以下步骤：
1)建立蓝牙设备空间坐标系，指定室内范围，采用空间三维坐标系，设定空间大小，按照三维坐标系的长、宽、高分别依序号间隔布置多个蓝牙设备，远离金属物品，安装在空间范围开放的位置；
2)信号接收，信号接收设备进入蓝牙设备布置的空间中，蓝牙信号基于无线传输，信号接收设备就会接收到蓝牙设备的信号，其中包含有蓝牙设备的强弱、序号、位置、频率信息；
3)数据处理，数据处理设备从信号接收设备获得蓝牙设备的信息，处理分析得到的蓝牙设备的广播频率；处理分析得到的蓝牙设备的空间坐标位置，记录坐标点；处理分析得到的蓝牙设备的序号，获得对应序号；处理分析得到的蓝牙设备的信号强弱值，记录数值；
4)数据统计，数据统计设备获取数据处理设备的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，从而得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置，实现基于蓝牙的室内定位。
再进一步地，上述的基于蓝牙的室内定位方法，其中，步骤1)，室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高至少间隔5米分别依序号布置蓝牙设备。
再进一步地，上述的基于蓝牙的室内定位方法，其中，步骤1)，在室内建筑墙壁上布置蓝牙设备，设置蓝牙设备的广播频率为500ms，信号强弱为-23db。
再进一步地，上述的基于蓝牙的室内定位方法，其中，步骤1)，采用加强型双面胶将蓝牙设备粘贴到墙壁上或者木板上。
再进一步地，上述的基于蓝牙的室内定位方法，其中，所述数据处理设备包含：用于处理分析得到的蓝牙设备广播频率的频率处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备空间坐标位置的位置处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备序号的序号处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备信号强弱值的强弱处理单元。
再进一步地，上述的基于蓝牙的室内定位方法，其中，所述蓝牙设备为蓝牙Beacon。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
①本发明基于蓝牙设备的室内定位系统，能够在室内准确的定位，实现更好的用户体验，而且蓝牙设备小巧，方便安装，而且耗电量小，可以维持较长时间正常工作。经过实验测试蓝牙设备定位误差小于2米；
②解决了不同beacon设备自身的信号强度大小不一样而造成干扰的问题；还解决了出现多个beacon，有更多beacon时，信号干扰严重的问题；还解决了beacon设备处于室内建筑中，信号会聚集、信号范围难以精确确定的问题；
③蓝牙beacon设备可以调节信号强度、距离，而且可以恢复默认初始化状态，有利于设备的调试与使用。
附图说明
图1：本发明室内定位系统示意图；
图2：本发明室内定位系统应用示意图；
图3：蓝牙设备空间三维坐标系示意图；
图4：一个蓝牙设备的信号范围示意图；
图5：两个蓝牙设备的信号范围示意图；
图6：三个蓝牙设备的信号范围示意图；
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明具体实施方案。
如图1所示，基于蓝牙的室内定位系统，包含蓝牙设备1、信号接收设备2以及数据处理设备3，在室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高至少间隔5米分别依序号布置蓝牙设备1，蓝牙设备1为蓝牙Beacon，蓝牙设备1均通过无线方式与用于接收信号强弱、序号、位置、频率信息的信号接收设备2通讯连接，信号接收设备2与数据处理设备3通讯连接，数据处理设备3处理分析得到的蓝牙设备的广播频率A、空间坐标位置D、对应序号B以及信号强弱值C，数据处理设备与数据统计设备通讯连接，数据统计设备4获取数据处理设备3的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，从而得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置。
其中，信号接收设备2为ZOE-M8G接收器模块，数据处理设备3为FY-HJCL100环境数据处理单元，数据统计设备4为KVM控制台服务器。
基于蓝牙的室内定位方法，如图2所示，包括以下步骤：
1)建立蓝牙设备空间坐标系，如图3所示，指定室内范围，采用空间三维坐标系，设定空间大小，室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高至少间隔5米分别依序号布置蓝牙设备，室内建筑墙壁上布置蓝牙设备，设置蓝牙设备的广播频率为500ms，信号强弱为-23db，采用加强型双面胶将蓝牙设备粘贴到墙壁上或者木板上，远离金属物品，安装在空间范围开放的位置；
设定空间大小为长20米，宽10米，高5米，三维坐标系大小从(0，0，0)到(20，10，5)，空间中蓝牙的坐标点001(0，0，0)，002(5，0，0)，003(0，0，5)，004(0，5，0)，005(5，5，5)......；
2)信号接收，人员携带信号接收设备进入室内空间，信号接收设备进入蓝牙设备布置的空间中，蓝牙信号基于无线传输，信号接收设备就会接收到蓝牙设备的信号，其中包含有蓝牙设备的强弱、序号、位置、频率信息；
3)数据处理，数据处理设备从信号接收设备获得蓝牙设备的信息，处理分析得到的蓝牙设备的广播频率；处理分析得到的蓝牙设备的空间坐标位置，记录坐标点；处理分析得到的蓝牙设备的序号，获得对应序号；处理分析得到的蓝牙设备的信号强弱值，记录数值；
靠近某一个蓝牙设备时，信号接收设备就会接收到信号；
当收到1个蓝牙信号响应时，例如001，说明人员进入001的信号范围内，空间位置即是(0，0，0)-(2.5，2.5，2.5)，说明人员在空间的位置是(0，0，0)-(2.5，2.5，2.5)；一个蓝牙设备的信号范围如图4所示，五边形式蓝牙设备，信号范围是半径为2.5的球形区域内；理论上现实中蓝牙信号是球形空间范围，实际中，由于室内墙壁干扰，所以是半球形，或者90度范围；
当收到2个蓝牙信号响应时，例如001，002，说明人员进入001，002的信号范围内，空间位置即是(2.5，2.5，2.5)-(5，2.5，2.5)，说明人员在空间的位置是从2.5米到5米的X轴上；两个蓝牙设备的信号范围如图5所示，五边形式蓝牙设备，信号范围是半径为2.5的两个球形的区域内；携带信号接收设备的人员就在图中所示的虚线所示位置上；
当收到3个蓝牙信号响应时，例如001，002，003，说明人员进入001，002，003的信号范围内，空间位置即是(2.5，2.5，2.5)-(5，2.5，2.5)-(2.5，2.5，5)，说明人员在空间的位置是(2.5，2.5，2.5)；3点定位是定位最为准确的；三个蓝牙设备的信号范围如图6所示，五边形是蓝牙设备，信号范围是三个球形的区域，中间圆形黑色的是携带蓝牙设备的人员所在的位置；
4)数据统计，数据统计设备获取数据处理设备的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，从而得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置，实现基于蓝牙的室内定位，即可得出人员在室内的空间方位坐标。
蓝牙beacon设备的数据主要由四种资讯构成，分别是UUID(通用唯一标识符)、Major、Minor、Measured Power。解决了不同beacon设备自身的信号强度大小不一样而造成干扰的问题；还解决了出现多个beacon，有更多beacon时，信号干扰严重的问题；还解决了beacon设备处于室内建筑中，信号会聚集，信号范围难以精确确定的问题。
数据处理设备具体包含：用于处理分析得到的蓝牙设备广播频率的频率处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备空间坐标位置的位置处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备序号的序号处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备信号强弱值的强弱处理单元。
蓝牙beacon设备可以调节信号强度、距离，而且可以恢复默认初始化状态，有利于设备的调试与使用。
基于蓝牙设备的室内定位系统，能够在室内准确的定位，实现更好的用户体验，而且蓝牙设备小巧，方便安装，而且耗电量小，可以维持较长时间正常工作。经过实验测试蓝牙设备定位误差小于2米。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。
Claims (10)
1.基于蓝牙的室内定位系统，其特征在于：包含蓝牙设备、信号接收设备以及数据处理设备，在室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高分别依序号间隔布置蓝牙设备，蓝牙设备均通过无线方式与用于接收信号强弱、序号、位置、频率信息的信号接收设备通讯连接，信号接收设备与数据处理设备通讯连接，数据处理设备处理分析得到的蓝牙设备的广播频率、空间坐标位置、对应序号以及信号强弱值，数据处理设备与数据统计设备通讯连接，数据统计设备获取数据处理设备的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，从而得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置。
2.根据权利要求1所述的基于蓝牙的室内定位系统，其特征在于：室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高至少间隔5米分别依序号布置蓝牙设备。
3.根据权利要求1所述的基于蓝牙的室内定位系统，其特征在于：所述信号接收设备为ZOE-M8G接收器模块，数据处理设备为FY-HJCL100环境数据处理单元，数据统计设备为KVM控制台服务器。
4.根据权利要求1所述的基于蓝牙的室内定位系统，其特征在于：所述蓝牙设备为蓝牙Beacon。
5.利用权利要求1所述系统实现基于蓝牙的室内定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)建立蓝牙设备空间坐标系，指定室内范围，采用空间三维坐标系，设定空间大小，按照三维坐标系的长、宽、高分别依序号间隔布置多个蓝牙设备，远离金属物品，安装在空间范围开放的位置；
2)信号接收，信号接收设备进入蓝牙设备布置的空间中，蓝牙信号基于无线传输，信号接收设备就会接收到蓝牙设备的信号，其中包含有蓝牙设备的强弱、序号、位置、频率信息；
3)数据处理，数据处理设备从信号接收设备获得蓝牙设备的信息，处理分析得到的蓝牙设备的广播频率；处理分析得到的蓝牙设备的空间坐标位置，记录坐标点；处理分析得到的蓝牙设备的序号，获得对应序号；处理分析得到的蓝牙设备的信号强弱值，记录数值；
4)数据统计，数据统计设备获取数据处理设备的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，从而得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置，实现基于蓝牙的室内定位。
6.根据权利要求5所述的基于蓝牙的室内定位方法，其特征在于：步骤1)，室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高至少间隔5米分别依序号布置蓝牙设备。
7.根据权利要求5所述的基于蓝牙的室内定位方法，其特征在于：步骤1)，在室内建筑墙壁上布置蓝牙设备，设置蓝牙设备的广播频率为500ms，信号强弱为-23db。
8.根据权利要求5所述的基于蓝牙的室内定位方法，其特征在于：步骤1)，采用加强型双面胶将蓝牙设备粘贴到墙壁上或者木板上。
9.根据权利要求5所述的基于蓝牙的室内定位方法，其特征在于：所述数据处理设备包含：用于处理分析得到的蓝牙设备广播频率的频率处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备空间坐标位置的位置处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备序号的序号处理单元；用于处理分析得到的蓝牙设备信号强弱值的强弱处理单元。
10.根据权利要求5所述的基于蓝牙的室内定位方法，其特征在于：
所述蓝牙设备为蓝牙Beacon。
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