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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