CN107302752A - 一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法及定位系统 - Google Patents

一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法及定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法及定位系统,包括以下步骤:1)将办公场所室内空间按照一定规则划分,并在设定位置布置蓝牙基站;每个蓝牙基站的坐标和ID号均存储于服务器中;2)手机根据所有能接收到的蓝牙基站的广播信号强度,通过数学模型计算得到手机和蓝牙基站的距离,同时手机根据接收到的蓝牙信号里面获取基站的ID号,并根据ID号向服务器获取其蓝牙基站的坐标参数,然后手机根据距离和坐标参数计算出手机所在位置坐标,并将位置坐标发送服务器;服务器根据时间间隙获得的手机位置坐标连起来形成手机的轨迹并存入数据库。本发明的计算方法十分简单,相比其他实施方案具有能耗小,在相同配置的服务器下支持更多的蓝牙基站和需要同时定位轨迹的智能手机个数。

Description

一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法及定位系统
技术领域
[0001] 本发明涉及定位技术领域,具体来说是一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方 法及定位系统。
背景技术
[0002] 现有的办公场所室内定位的比较普及的低成本技术主要有蓝牙技术,因为蓝牙办 公场所室内定位技术最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗,容易集成在手机等移动设 备中。其基本原理主要是通过测量接收到的固定在办公场所室内的蓝牙基站的蓝牙信号强 度,从而判断移动物体或者人的具体位置。同时,现有办公室的外来人员流动监控基本都是 采用摄像头的方式来进行监控,办公场所室内定位的方法并没有在一般的办公室管理中使 用。本发明主要是设计了一种高效低成本的办公室办公场所室内定位方法,通过手机或者 佩戴蓝牙手环来获得人在办公室活动的办公场所室内轨迹,从而监控外来拜访人员的活动 范围。
[0003] 现有的视频监控系统相比之下需要人时刻盯着视频来监控人员的走动,尤其是在 摄像头切换以后,人需要找寻切换后摄像头的视频,很难获得一个高效全局的运动轨迹。尤 其是进入敏感区域也不能自动报警而需要人工识别。因此,利用本发明的蓝牙办公场所室 内定位方式,可以轻松获得人员在办公室的活动轨迹,并通过绘制好的办公室区域地图,进 行实时敏感区域预警等等。同时,在蓝牙定位的实施方法中,现有的技术都是各个厂家在获 得基站信号强度的基础上分别实施,例如:加权三边定位,加权三角形质心定位等等。这些 方法随着蓝牙基站或者需要定位的人的数量的增多运算量会越来越大,计算结果精确度有 限。
[0004] 另外,在单个蓝牙基站发射功率和它能覆盖范围一定的情况下,在有限的空间内, 基站采用何种排布结构,可实现布置尽量多的基站,以提高结果的精确到,还能保证相邻两 个基站的覆盖范围交叉最小,。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中随着蓝牙基站或者需要定位的人的数量的 增多运算量会越来越大的缺陷,提供一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法及定位系 统来解决上述问题。
[0006] 为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
[0007] —种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法,包括以下步骤:
[0008] 1)将办公场所室内空间按照一定规则划分,并在设定位置布置蓝牙基站;每个蓝 牙基站的坐标和ID号均存储于服务器中;多个所述蓝牙基站中至少有部分处于坐标轴的X 轴、Y轴之外的区域;
[0009] 2)手机根据所有能接收到的蓝牙基站的广播信号强度,通过数学模型计算得到手 机和蓝牙基站的距离,同时手机获取能够接收到蓝牙信号的相应蓝牙基站的ID号,并根据 ID号向服务器获取其蓝牙基站的坐标参数,然后手机根据距离和坐标参数计算出手机所在 位置坐标,并将位置坐标发送服务器;服务器将根据时间间隙获得的手机位置坐标连起来 形成手机的轨迹并存入数据库;
[0010]计算过程具体为:设手机从数据库中获得各个能够接收到信号的蓝牙基站坐标分 别为Oaj1),(X2,y2)……(xn,yn),通过测得手机接收至IJ蓝牙基站的信号强度计算出手机到 各蓝牙基站的距离分别为dhcb,...,dn;选取距离平方的倒数1/cU2,作为权值^,则手机的 坐标(X,y)为:
Figure CN107302752AD00061
[0012] 优选的,所述步骤1)中,办公场所室内空间划分和蓝牙基站布置规则为:将办公场 所室内空间划分成多个矩形区域并形成矩阵,在矩阵节点处分别布置一个蓝牙基站。
[0013] 优选的,所述蓝牙ID信息包括识别信息和蓝牙基站的坐标信息。
[0014] 优选的,所述步骤2)中,手机到与其连接上的蓝牙基站的距离d的具体计算步骤 为:
[0015] 记手机距离蓝牙基站d米时接收到的RSSI值为T (d),则无线信号在自由空间的传 播模型表示为:
[0016] T(d)=T(dQ)-l〇alg(d/dQ)+| ⑴
[0017] 其中T (do)为距离蓝牙基站Im时所接收到的信号强度;a为无线信号衰减因子;ξ为 均值为〇的服从正态分布的随机变量;因此(1)式可简写为:
[0018] T (d) =A-Blg (d) +ξ (2)
[0019] 其中Α、Β为常数;
[0020] 当不关心随机变量ξ的影响时,T (d)与Ig⑷满足线性关系,可以通过测算不同距 离的RSSI值拟合按(2)式用最小二乘法拟合后得出T (d)与d的函数关系;若将η组实验数据 按照(RSSI值,距离)二元组的形式记录为(Τ (Cl1),cU),(Τ (d2),d2),. ..,(Τ (dn),dn),则用最 小二乘法拟合的过程为:
Figure CN107302752AD00062
[0024] 在办公场所室内空间中布置一组蓝牙基站后,能够在手机上测得手机检测到信号 的每个基站所对应的RSSI值,分别记为T1J2, ...,Tn;代入(3)式后可得关于距离d的一元方 程,记为手机与每个基站的距离的理论值为dhcb……dn,则求解该方程的过程为:
[0025]
Figure CN107302752AD00063
[0026] 优选的,作业人员通过计算机访问服务器,以查阅手机运动轨迹。
[0027] 本发明还提供一种基于蓝牙定位的办公场所室内定位系统,包括蓝牙基站、手机、 服务器;手机接入网络;将办公场所室内空间按照一定规则划分,并在设定位置布置蓝牙基 站;每个蓝牙基站的坐标和ID号均存储于服务器中;手机不断接收蓝牙基站的信号,手机根 据所有能接收到的蓝牙基站的广播信号强度,通过数学模型计算得到手机和蓝牙基站的距 离,同时手机获取能够接收到蓝牙信号的相应蓝牙基站的ID号,并根据ID号向服务器获取 其蓝牙基站的坐标参数,然后手机根据距离和坐标参数计算出手机所在位置坐标,并将位 置坐标发送服务器;服务器将根据时间间隙获得的手机位置坐标连起来形成手机的轨迹并 存入数据库;
[0028]计算过程具体为:设手机从数据库中获得各个能够接收到信号的蓝牙基站坐标分 别为(X1,yi),(X2,y2) ... (Xn,yn),通过测得手机接收到蓝牙基站的信号强度计算出手机到 各蓝牙基站的距离分别为dhcb,...,dn;选取距离平方的倒数1/cU2,作为权值wi,则手机的 坐标(X,y)为:
Figure CN107302752AD00071
[0030] 优选的,其中,手机到与其连接上的蓝牙基站的距离d的具体计算步骤为:
[0031] 记手机距离蓝牙基站d米时接收到的RSSI值为T (d),则无线信号在自由空间的传 播模型表示为:
[0032] T(d) =T (do)-IOalg (d/do) +ξ (I)
[0033] 其中T (do)为距离蓝牙基站Im时所接收到的信号强度;α为无线信号衰减因子;ξ为 均值为〇的服从正态分布的随机变量;因此(1)式可简写为:
[0034] T (d) =A-B Ig (d) +ξ (2)
[0035] 其中A、B为常数;
[0036] 当不关心随机变量ξ的影响时,T (d)与Ig⑷满足线性关系,可以通过测算不同距 离的RSSI值拟合按(2)式用最小二乘法拟合后得出T (d)与d的函数关系;若将η组实验数据 按照(RSSI值,距离)二元组的形式记录为(Τ (Cl1),cU),(Τ (d2),d2),. . .,(Τ (dn),dn),则用最 小二乘法拟合的过程为:
Figure CN107302752AD00072
[0040] 在办公场所室内空间中布置一组蓝牙基站后,能够在手机上测得手机检测到信号 的每个基站所对应的RSSI值,分别记为T1J2, ...,Tn;代入(3)式后可得关于距离d的一元方 程,记为手机与每个基站的距离的理论值为dhcb,...,dn,则求解该方程的过程为: _
Figure CN107302752AD00073
(S)0
[0042] 优选的,办公场所室内空间划分和蓝牙基站布置规则为:将办公场所室内空间划 分成多个矩形区域并形成矩阵,在矩阵节点处分别布置一个蓝牙基站。
[0043] 优选的,所述蓝牙ID信息包括识别信息和蓝牙基站的坐标信息。
[0044] 优选的,还包括计算机;作业人员通过计算机访问服务器,查看手机运动轨迹。
[0045] 本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
[0046] 本发明的计算方法十分简单,并通过实际测试,完全可以做到1米左右的精度,完 全可以满足实际需要,使得服务器开销小,相比其他实施方案具有能耗小,在相同配置的服 务器下支持更多的蓝牙基站和需要同时定位轨迹的智能手机个数。
[0047] 本发明通过考虑了基站发射功率和覆盖范围一定的情况,在有限的空间内,基站 采用矩阵排布,可增加基站数量,达到计算结果更加精确的目的,又能尽量最大化的发挥每 个基站的作用。
[0048] 由于信号强度和距离的关系成反比,采用Ι/d2作为权值表示信号强度越大的基站 的坐标对计算结果精确性的重要性越大,同样达到计算结果更加精确的目的。
附图说明
[0049] 图1为本发明中实施例1中的基站布置图;
[0050] 图2为本发明中实施例2中的基站布置图;
[0051] 图3为本发明中实施例3的系统结构示意图。
具体实施方式
[0052] 为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识,用以较佳的 实施例及附图配合详细的说明,说明如下:
[0053] 实施例1
[0054] —种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法,包括以下步骤:
[0055] 步骤1.如图1所示,将办公场所室内空间按照一定规则划分,并在设定位置布置蓝 牙基站;办公场所室内空间划分和蓝牙基站布置规则为:办公场所室内空间划分和蓝牙基 站布置规则为:将办公场所室内空间划分成多个矩形区域并形成矩阵,在矩阵节点处分别 布置一个蓝牙基站。矩形区域大概为3 X3m大小;当然,在障碍物多的地方,可适当多设蓝牙 基站。每个蓝牙基站的坐标和ID号均存储于服务器中。
[0056] 步骤2.手机根据所有能收到的蓝牙基站的广播信号强度通过数学模型计算得到 手机和蓝牙基站的距离,同时手机向服务器数据库获得各个接收到信号的蓝牙基站的坐标 参数,然后手机根据距离和坐标参数计算出手机所在位置的坐标,并将位置坐标发送服务 器;服务器根据时间间隙获得的手机位置坐标连起来形成手机的轨迹轨迹存入数据库;作 业人员可通过计算机访问服务器,查阅手机的运动路径。
[0057] 手机坐标计算过程具体为:服务器从数据库中获得蓝牙基站坐标分别为(X1,yi), (x2,y2)……(xn,yn),并测得手机到各蓝牙基站的距离分别为dhcb……dn;选取距离平方的 倒数Ι/di2,作为权值Wi,则手机的坐标为:
Figure CN107302752AD00081
[0059] 其中,之所以选择1/cU2作为权值,主要是考虑手机接收到的信号强度和距离的关 系是成反比的,也就是信号强度越大,距离越近(小)。经过将l/d、l/d2、l/d3分别作为权值计 算,最终得到把1/cU2作为权值,计算出的结果更接近实际数据。
[0060] Cl1,d2……4是根据无线信号在空间中的传播模型实现距离测算。具体为:记手机 距离标准蓝牙基站d米时接收到的RSSI值为T (d),则无线信号在自由空间的传播模型可以 表示为:
[0061] T(d) =T (do)-IOalg (d/do) +ξ (I)
[0062] 其中T (do)为距离蓝牙基站Im时所接收到的信号强度;a为无线信号衰减因子,与 所处无线环境有关;ξ为均值为0的服从正态分布的随机变量。因此(1)式可简写为:
[0063] T (d) =A-B Ig (d) +ξ (2)
[0064] 其中A、B为常数。
[0065] 可以发现在不关心随机变量ξ的影响时,T (d)与Ig (d)满足某种线性关系,可以通 过测算不同距离的RSSI值拟合按(2)式用最小二乘法拟合后得出T (d)与d的函数关系。若将 η组实验数据按照(RSSI值,距离)二元组的形式记录为(T (eh),山),(T (d2),d2),. . .,(T (dn), dn),则用最小二乘法拟合的过程为:
Figure CN107302752AD00091
[0069] 本实施例中通过手机与某个标准的蓝牙基站每隔0.1m测量一次的方式测得30组 3m以内RSSI值,拟合后得到该环境下RSSI值随距离的变化关系为:
[0070] T(d) =-59-28 Ig (cD+ξ ⑷
[0071] 在办公场所室内空间中布置的一组蓝牙基站后,可以在手机上测得每个基站所对 应的RSSI值,不妨记为T1,T2,...,Tn;代入(3)式后可得关于距离d的一元方程,记手机与每 个基站的距离的理论值为山,(12……dn,则求解该方程的过程为:
[0072]
Figure CN107302752AD00092
[0073] 在本实施例中,根据⑷式由测得RSSI值逆向推得理论距离值的具体过程为:
[0074]
Figure CN107302752AD00093
[0075] 实施例2
[0076] 下面通过一个具体的实施例来对上述方案进一步说明:
[0077] 如图2所示,我们在一个矩形空旷区域如表一所示,放置6个基站BSl,BS2,BS3, 854,855,856,高度为1米(同时假设手机也都放在同一平面)。水平坐标位置也在图中标记。 在障碍物较多的区域,6个基站中的4个相距较近。现有一个智能手机实际的坐标为(250, 200)需要利用上面的实施方案进行定位,具体数据获得如表一:
[0078] 表一
[0079]
Figure CN107302752AD00101
[0081] 通过本发明的方法获得的坐标为:(209,196),与实际的坐标(250,200)相比较,定 位精度完全在办公室的环境下应用是可以接受的。
[0082] 实施例3
[0083] 如图3所示,本发明还提供一种基于蓝牙定位的办公场所室内定位系统,应用于办 公场所。包括蓝牙基站、手机、服务器、计算机;手机直接接入网络;手机不断接收蓝牙基站 的信号,根据所有能接收到的蓝牙基站的广播信号强度,通过数学模型计算得到手机和蓝 牙基站的距离;选取距离平方的倒数作为权值,计算出手机的位置坐标;并将位置坐标发送 服务器;服务器根据时间间隙获得的手机位置坐标连起来形成手机的轨迹并存入数据库; 作业人员可通过计算机访问数据库,查看手机运动轨迹。
[0084] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明 的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和 改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。

Claims (10)

1. 一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法,其特征在于:包括以下步骤: 1) 将办公场所室内空间按照一定规则划分,并在设定位置布置蓝牙基站;每个蓝牙基 站的坐标和ID号均存储于服务器中;多个所述蓝牙基站中至少有部分处于坐标轴的X轴、Y 轴之外的区域; 2) 手机根据所有能接收到的蓝牙基站的广播信号强度,通过数学模型计算得到手机和 蓝牙基站的距离,同时手机获取能够接收到蓝牙信号的相应蓝牙基站的ID号,并根据ID号 向服务器获取其蓝牙基站的坐标参数,然后手机根据距离和坐标参数计算出手机所在位置 坐标,并将位置坐标发送服务器;服务器将根据时间间隙获得的手机位置坐标连起来形成 手机的轨迹并存入数据库; 计算过程具体为:设手机从数据库中获得各个能够接收到信号的蓝牙基站坐标分别为 (xi,yi),(x2,y2)……(xn,yn),通过测得手机接收到蓝牙基站的信号强度计算出手机到各蓝 牙基站的距离分别为dhcb……dn;选取距离平方的倒数1/cU2,作为权值^,则手机的坐标 (X,y)为:
Figure CN107302752AC00021
2. 根据权利要求1所述的一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法,其特征在于:所 述步骤1)中,办公场所室内空间划分和蓝牙基站布置规则为:将办公场所室内空间划分成 多个矩形区域并形成矩阵,在矩阵节点处分别布置一个蓝牙基站。
3. 根据权利要求1所述的一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法,其特征在于:所 述蓝牙ID信息包括识别信息和蓝牙基站的坐标信息。
4. 根据权利要求1所述的一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法,其特征在于:所 述步骤2)中,手机到与其连接上的蓝牙基站的距离d的具体计算步骤为: 记手机距离蓝牙基站d米时接收到的RSSI值为T (d),则无线信号在自由空间的传播模 型表示为: T (d) =T (do) -IOalg (d/do) +ξ (I) 其中T (do)为距离蓝牙基站Im时所接收到的信号强度;α为无线信号衰减因子;ξ为均值 为0的服从正态分布的随机变量;因此(1)式可简写为: T(d) =A-Blg (d) +ξ (2) 其中Α、Β为常数; 当不关心随机变量ξ的影响时,T (d)与Ig (d)满足线性关系,可以通过测算不同距离的 RSSI值拟合按(2)式用最小二乘法拟合后得出T (d)与d的函数关系;若将η组实验数据按照 (RSSI值,距离)二元组的形式记录为(Τ (Cl1),cU),(Τ (d2),d2),. . .,(Τ (dn),dn),则用最小二 乘法拟合的过程为:
Figure CN107302752AC00022
在办公场所室内空间中布置一组蓝牙基站后,能够在手机上测得手机检测到信号的每 个基站所对应的RSSI值,分别记为T1,T2,...,Tn;代入(3)式后可得关于距离d的一元方程, 记为手机与每个基站的距离的理论值为山,(12,...,dn,则求解该方程的过程为:
Figure CN107302752AC00031
5. 根据权利要求1所述的一种基于蓝牙定位的办公场所手机定位方法,其特征在于:作 业人员通过计算机访问服务器,以查阅手机运动轨迹。
6. —种基于蓝牙定位的办公场所室内定位系统,其特征在于:包括蓝牙基站、手机、月艮 务器;手机接入网络;将办公场所室内空间按照一定规则划分,并在设定位置布置蓝牙基 站;每个蓝牙基站的坐标和ID号均存储于服务器中;手机不断接收蓝牙基站的信号,手机根 据所有能接收到的蓝牙基站的广播信号强度,通过数学模型计算得到手机和蓝牙基站的距 离,同时手机获取能够接收到蓝牙信号的相应蓝牙基站的ID号,并根据ID号向服务器获取 其蓝牙基站的坐标参数,然后手机根据距离和坐标参数计算出手机所在位置坐标,并将位 置坐标发送服务器;服务器将根据时间间隙获得的手机位置坐标连起来形成手机的轨迹并 存入数据库; 计算过程具体为:设手机从数据库中获得各个能够接收到信号的蓝牙基站坐标分别为 (xi,yi),(x2,y2)……(xn,yn),通过测得手机接收到蓝牙基站的信号强度计算出手机到各蓝 牙基站的距离分别为dhcb……dn;选取距离平方的倒数1/cU2,作为权值^,则手机的坐标 (X,y)为:
Figure CN107302752AC00032
7. 根据权利要求6所述的一种基于蓝牙定位的办公场所室内定位系统,其特征在于:其 中,手机到与其连接上的蓝牙基站的距离d的具体计算步骤为: 记手机距离蓝牙基站d米时接收到的RSSI值为T (d),则无线信号在自由空间的传播模 型表示为: T (d) =T (do) -IOalg (d/do) +ξ (I) 其中T (do)为距离蓝牙基站Im时所接收到的信号强度;α为无线信号衰减因子;ξ为均值 为0的服从正态分布的随机变量;因此(1)式可简写为: T(d) =A-Blg (d) +ξ (2) 其中Α、Β为常数; 当不关心随机变量ξ的影响时,T (d)与Ig (d)满足线性关系,可以通过测算不同距离的 RSSI值拟合按(2)式用最小二乘法拟合后得出T (d)与d的函数关系;若将η组实验数据按照 (RSSI值,距离)二元组的形式记录为(Τ (Cl1),cU),(Τ (d2),d2),. . .,(Τ (dn),dn),则用最小二 乘法拟合的过程为:
Figure CN107302752AC00033
在办公场所室内空间中布置一组蓝牙基站后,能够在手机上测得手机检测到信号的每 个基站所对应的RSSI值,分别记为T1,T2,...,Tn;代入(3)式后可得关于距离d的一元方程, 记为手机与每个基站的距离的理论值为山,(12……dn,则求解该方程的过程为:
Figure CN107302752AC00041
8. 根据权利要求6所述的一种基于蓝牙定位的办公场所室内定位系统,其特征在于:办 公场所室内空间划分和蓝牙基站布置规则为:将办公场所室内空间划分成多个矩形区域并 形成矩阵,在矩阵节点处分别布置一个蓝牙基站。
9. 根据权利要求6所述的一种基于蓝牙定位的办公场所室内定位系统,其特征在于:所 述蓝牙ID信息包括识别信息和蓝牙基站的坐标信息。
10. 根据权利要求6所述的一种基于蓝牙定位的办公场所室内定位系统,其特征在于: 还包括计算机;作业人员通过计算机访问服务器,查看手机运动轨迹。
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