CN107347209A - 基于Beacon技术的三点共线定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Beacon技术的三点共线定位方法包括以下步骤：由Beacon数据转换模块获得三个呈直线分布的三个基点，同时获得三个基点的坐标及每个基点到用户所在位置的距离；判断用户所在位置是否在直线L上；根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，穿过中间基点设置一条与水平线J；根据同一个三角形面积相等原则获得用户所在位置到直线L的垂直距离，以中间基点为顶点的内角角度α；根据直线L的斜率k获得直线L及平行线J之间的角度β；判断用户所在位置与直线L的位置，获得用户所在位置、中间基点及平行线J之间的角度γ；根据用户所在位置、角度γ，用户所在位置至中间基点的距离及中间基点的坐标获得用户所在位置的坐标，定位出具体位置。

Description

基于Beacon技术的三点共线定位方法

技术领域

本发明涉及一种三点定位方法，更具体地说，涉及一种基于Beacon技术的三点共线定位方法。

背景技术

Beacon就是一种通过低功率蓝牙技术(Bluetooth Low Energy)实现精确定位的设备，如今，Beacon技术应用得越来越广泛，根据用户所处位置提供相关服务的需求也越来越强烈，同时这里面也蕴含着巨大的商机，而如何比较准确地定位用户所处位置是其中的关键，也是难点。

如图1和图2所示，目前基于Beacon技术的定位系统及方法是在用户逛商场的时候，先定位出用户的位置，然后使用手机/平板的摄像头拍摄出用户行进路线前方的照片，然后经由网络将定位信息和拍摄的前方照片发往AR服务器(增强现实)，经由AR服务器经过一系列运算，确定用户当前走到商场的哪家门店，最后将商场门店信息发给手机/平板做进一步处理。

具体地说，基于Beacon技术的定位系统包含移动端和Beacon硬件设备，如图1和图2所示，其中Beacon硬件设备和移动端App都采用iBeacon(低功率蓝牙技术)协议。移动端利用其内部安装的Beacon搜索模块1搜索用户附近的Beacon设备，得到最原始的数据(Beacon Raw Data)，该得到的最原始数据包括Beacon设备号(UUID)、组号(major)、组内编号(minor)、信号强度(RSSI)、功率(TxPower，距离Beacon 1米时的信号强度)，然后将原始数据(Raw Data)传递给Beacon数据转换模块2。由Beacon数据转换模块2将Beacon搜索模块1输出的Beacon Raw Data转换成经度、纬度、用户到Beacon的距离等信息，然后将转换后的数据传给定位模块3。由定位模块3接收Beacon数据转换模块2的输出数据，调用定位方法，测出用户当前位置，并将结果传输给数据处理/集成模块4。

数据处理/集成模块4接收定位模块3和照相(Camera)模块5传送的数据，打包成特定的数据结构，然后传给第一网络处理模块6。

第一网络处理模块6接收数据处理/集成模块4的数据后通过网络接口将数据发送到AR服务器。

AR服务器中的第二网络处理模块7接收移动端发来的用户位置和Camera图像，并将收到的数据转码、返解成服务端能够识别的数据结构，然后将处理结果传给图像识别及图像转换模块8。

图像识别及图像转换模块8识别移动端发来的Camera照片，调用图像识别算法和后台数据知识库，将识别结果封装为特定的数据结构给数据处理/存储模块9做进一步处理。

数据处理/存储模块9接收图像识别及转换模块8传来的数据结构，同时查询存储有图像识别及处理算法的算法/数据知识库10，并结合用户位置，分析图像信息，最终得到用户当前在哪些店面附近。

数据处理/存储模块9将最终得到用户当前在哪些店面附近的信息通过第二网络处理模块7传送回网络处理模块6和数据处理/集成模块4，由数据处理/集成模块4根据AR服务器传回的处理数据和营销信息，通过营销模块11以一种友好的形式告知用户。

在上述Beacon技术中用于对用户所在位置进行定位的方法一般采用三边测量法、质心算法、最小二乘法以及中国专利号为200610148023.2中公开的基于非电子地图上的三点定位方法等等，但是这些方法存在参考基点间形成一条直线时，计算结果误差大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于减小上述方法中误差的基于Beacon技术的三点共线定位方法。也就是说利用本发明中的方法当参考Beacon基点间形成一条直线时，可以有效解决上述各方法中存在的问题。

本发明中基于Beacon技术的三点共线定位方法，该方法用以参考的Beacon基点间形成一条直线时对未知点进行定位，该方法包括以下步骤：

1)由移动端的Beacon数据转换模块获得三个呈直线L分布的三个Beacon基点，分别为第一Beacon基点、第二Beacon基点和第三Beacon基点，同时获得三个Beacon基点的坐标及每个基点到用户所在位置的距离；

2)判断用户所在位置是否在直线L上，若不是，则执行以下步骤，若是则返回第1)步骤，重定获得三个呈直线分布的Beacon基点；

3)根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，穿过位于中间的第二Beacon基点设置一条与水平X轴线平行的平行线J；

4)根据同一个三角形面积相等原则，利用海伦公式和三角形底×高/2的求面积原理，获得用户所在位置到直线L的垂直距离h，进一步获得用户所在位置与第二Beacon基点、第一Beacon基点形成的三角形一个顶点，即第二Beacon基点为顶点处的内角角度α；

5)根据三个基点所在的直线L的斜率k获得第一Beacon基点、第二Beacon基点及平行线J之间的角度β；

6)判断用户所在位置与直线L的位置，若用户所在位置位于直线左侧，用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ为角度β加上内角角度α；若用户所在位置位于直线右侧，用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ为角度β减去内角角度α；

7)根据用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ，用户所在位置至第二Beacon基点的距离及第二Beacon基点的坐标可以获得用户所在位置的坐标，从而定位出用户所在位置的具体位置。

步骤2)中，判断用户所在位置是否在直线L上，若是，则设置一条与水平X轴线平行的平行线J，并根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，再根据用户所在位置、直线L及平行线J之间的角度γ，计算用户所在位置的坐标，获得用户所在位置的具体位置。

在获得直线L的斜率k后，增加判断斜率k是否等于0或1的步骤。

所述定位方法集成于定位模块，所述定位模块安装于移动端或AR服务器内。

本发明中基于Beacon技术的三点共线定位方法，该方法用以参考的Beacon基点间形成一条直线时对未知点进行定位，该方法包括以下步骤：

1)由移动端的Beacon数据转换模块获得三个呈直线L分布的三个Beacon基点，分别为第一Beacon基点、第二Beacon基点和第三Beacon基点，同时获得三个Beacon基点的坐标及每个基点到用户所在位置的距离；

2)判断用户所在位置是否在直线L上，若不是，则执行以下步骤，若是则返回第1)步骤，重定获得三个呈直线分布的Beacon基点；

3)根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，穿过位于中间的第二Beacon基点设置一条与水平X轴线平行的平行线J；

4)根据同一个三角形面积相等原则，利用海伦公式和三角形底×高/2的求面积原理，获得用户所在位置到直线L的垂直距离h，进一步获得用户所在位置与第二Beacon基点、第一Beacon基点形成的三角形一个顶点，即第二Beacon基点为顶点处的内角角度α；

5)根据三个基点所在的直线L的斜率k获得第一Beacon基点、第二Beacon基点及平行线J之间的角度β；

6)假设用户所在位置位于直线L的右侧，则通过角度β减去内角角度α获得用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ；

7)根据用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ，用户所在位置至第二Beacon基点的距离及第二Beacon基点的坐标可以获得用户所在位置的坐标，由于用户所在位置的坐标有两种不同取值，进一步引入与第一Beacon基点、第二Beacon基点和第三Beacon基点不共线的第四Beacon基点，并计算用户所在位置到第四Beacon基点的距离，判断距离近者为最终的用户所在位置，从而定位出用户所在位置的具体位置。

步骤2)中，判断用户所在位置是否在直线L上，若是，则设置一条与水平X轴线平行的平行线J，并根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，再根据用户所在位置、直线L及平行线J之间的角度γ，计算用户所在位置的坐标，获得用户所在位置的具体位置。

在获得直线L的斜率k后，增加判断斜率k是否等于0或1的步骤。

所述定位方法集成于定位模块，所述定位模块安装于移动端或AR服务器内。

本发明的中基于Beacon技术的三点共线定位方法有效改进了三边测量法/三角形质心算法在Beacon基站三点共线时定位误差较大的问题。

附图说明

图1是目前基于Beacon技术的定位系统的功能模块图。

图2是目前基于Beacon技术的定位系统的功能流程图。

图3是本发明实施例一中三点共线定位方法的示意图。

图4是本发明实施例二中三点共线定位方法的原理模块图。

图5是本发明中基于Beacon技术的定位系统的功能模块图。

图6是本发明中基于Beacon技术的定位系统的功能流程图。

图7是本发明中用户所在位置与三个Beacon基点共线时的定位方法示意图一。

图8是本发明中用户所在位置与三个Beacon基点共线时的定位方法示意图二。

图9是本发明中用户所在位置与三个Beacon基点共线时的定位方法示意图三。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中的三点共线定位方法进行详细说明。

如图5和图6所示，本发明中基于Beacon技术的定位系统包括有移动端和AR服务器(Augmented Reality)，其中移动端为智能手机或平板电脑等等。

在移动端内设置有Beacon搜索模块1、Beacon数据转换模块2、照相(Camera)模块5、数据处理/集成模块4、第一网络处理模块6和营销模块11。在AR服务器内设置有第二网络处理模块7、定位模块3、图像识别及图像转换模块8、数据处理/存储模块9和算法/数据知识库10。

在用户进入商场时，利用移动端内部安装的Beacon搜索模块1搜索用户附近的Beacon设备，得到最原始的数据(Beacon Raw Data)，同时使用手机/平板的摄像头即Camera模块5拍摄出用户行进路线前方的照片，由Beacon数据转换模块2将Beacon搜索模块1输出的Beacon Raw Data转换成经度、纬度、用户到Beacon基点的距离等信息后连同Camera模块5拍摄的照片一起经由第一网络处理模块6发往AR服务器，在AR服务器内，由第二网络处理模块7接收传送的信息及照片，并将接收的信息及照片分别传送到定位模块3和图像识别及图像转换模块8，由定位模块3根据传送的信息对用户所在位置进行定位，并由图像识别及图像转换模块8作进一步定位处理找出相应的门店，定位后的信息及找出的相应门店的信息经数据处理/存储模块9存储处理后经由第二网络处理模块7将需要推送的信息传送给移动端，由移动端中的营销模块11向用户推送营销内容，即将商场门店信息发给手机/平板做进一步处理。

其中定位模块3内部对用户所在位置进行定位时具有以下多不同的实施方例，下面对各个实施例进行一一描述。

实施例一

定位模块3中对用户所在位置进行具体定位的方法包括以下步骤：

1)由移动端的Beacon数据转换模块1获得三个呈直线L分布的三个Beacon基点，分别为第一Beacon基点B1、第二Beacon基点B2和第三Beacon基点B3，同时获得三个Beacon基点B1、B2、B3的坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)及每个基点到用户所在位置U的距离，分别为a、b、c；

2)判断用户所在位置是否在直线L上，若不是，则执行以下步骤，若是则返回第1)步骤，重定获得三个呈直线分布的Beacon基点；

3)根据三个基点B1、B2、B3的坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)获得直线L的斜率k，

k＝(y1-y2)/(x1-x2)

穿过位于中间的第二Beacon基点B2设置一条与水平X轴线平行的平行线J，如图3所示；

3)根据同一个三角形面积相等原则，利用海伦公式和三角形底×高/2的求面积原理，获得用户所在位置到直线L的垂直距离h，进一步获得用户所在位置U与第二Beacon基点B2、第一Beacon基点B1形成三角形一个顶点，即第二Beacon基点B2为顶点处的内角角度α；具体过程如下：

用户所在位置U与第二Beacon基点B2、第一Beacon基点B1形成一个三角形，通过

海伦公式：

其中S为三角形面积，p为三角形周长的地半，a、b、c分别为三角形的边长。

以及三角形面各S＝三角形底×高/2

获得用户所在位置U到三个Beacon基点B1、B2、B3所在直线L的垂直距离为h，如图4所示。

S_ΔUB1B2＝B1B2*h/2

从而获得

在三角形UB2B1的第二Beacon基点B2为顶点处的内角角度α通过正弦值方法sin(∠UB2B1)＝h/UB2可以获得角α＝sin^-1(h/UB2)。

4)根据三个基点所在的直线L的斜率k获得第一Beacon基点B1、第二Beacon基点B2及平行线J之间的角度β；

β＝tan^-1((y1-y2)/(x1-x2))

5)判断用户所在位置U与直线L的位置，若用户所在位置位于直线左侧，用户所在位置U、第二Beacon基点B2及平行线J之间的角度γ等于角度β加上内角角度α，如图3中的(3)和(4)所示；若用户所在位置位于直线右侧，用户所在位置U、第二Beacon基点B2及平行线J之间的角度γ等于角度β减去内角角度α，如图3中的(1)、(2)所示。

6)根据用户所在位置U、第二Beacon基点B2及平行线J之间的角度γ，用户所在位置U至第二Beacon基点B2的距离及第二Beacon基点B2的坐标可以获得用户所在位置的坐标，

Xu＝x2+UB2*cos(γ)

Yu＝y2+UB2*sin(γ)

从而定位出用户所在位置的具体位置。

上述步骤1)已知三个Beacon基点B1、B2、B3的坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)及其到用户所在位置U的距离UB1、UB2、UB3是在移动端的Beacon数据转换模块1中获得，从搜索到的Beacon信息根据预先设定的Beacon坐标和信号强度RSSI换算获得，这属于现有成熟技术，不再详细描述。

实施例二

本实施例是上述实施例一中的基本相同，不同之处在于实施例一的步骤5)中前判断用户所在位置位于直线L的左侧还是右侧，本实施例则不作判断，而是直接假设用户所在位置位于直线L的右侧，如图3中(1)和(2)所示，用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ则等于角度β减去内角角度α，根据该角度γ，用户所在位置至第二Beacon基点的距离及第二Beacon基点的坐标可以获得用户所在位置的坐标，由于角度的不确定，导致用户所在位置的坐标有两种不同取值。本实施例为了进一步明确用户所在的位置，引入与第一Beacon基点B1、第二Beacon基点B2和第三Beacon基点B3不共线的第四Beacon基点，如图4所示，并计算用户所在位置U到第四Beacon基点的距离，判断距离近者为最终的用户所在位置，从而定位出用户所在位置的具体位置。

实施例三

本实施例是在上述实施例一步骤2)中判断用户所在位置是否在直线L上时，若判断结果是是时不直接返回第1)步骤，而是直接执行以下步骤：

1)进一步判断用户所处位置U在直线L上的具体位置，而用户所在位置在直线L上可以有4种情况，分别为U1、U2、U3、U4，如图7所示。

2)根据三个基点B1、B2、B3的坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)获得直线L的斜率k，

k＝(y1-y2)/(x1-x2)

3)穿过三个Beacon基点中任意一点设置一条与水平X轴线平行的水平线J，本实施例以穿过第三Beacon基点B3为例。

4)根据步骤1)中判断的情况选择一种角B1B3J＝tan^-1k

5)计算U1、U2、U3、U4的坐标

U1坐标

Xu1＝x3-U1B3*cos角B1B3J

Yu1＝y3-U1B3*sin角B1B3J

U2坐标

Xu2＝x2–U2B2*cos角B1B3J

Yu2＝y2–U2B2*sin角B1B3J

U3坐标

Xu3＝x1–U3B1*cos角B1B3J

Yu3＝y1–U3B1*sin角B1B3J

U4坐标

Xu4＝x1+U4B1*cos角B1B3J

Yu4＝y1+U4B1*sin角B1B3J

其中B1、B2、B3坐标为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)。

当然，当直线L的斜率为1或0时，直线L呈与水平X轴线垂直或水平状态，从而可以将上述对用户所在位置的计算定位则更加简单，如图8和图9所示，在此不再详细说明。

综上所述，本发明中的三点共线定位方法主要针对三边测量法/三角形质心算法在Beacon基站三点共线时定位误差较大做了相应的改进，在使用时，定位模块3先使用三个Beacon基站的坐标，判断三个Beacon基站是否共线，如果共线则采用发明中的定位方法，如果未共线，则使用三边测量法/三角形质心算法。

由于Beacon实际应用中，所选择的基点坐标大多数时候不会完全在一条直线上，此时可对本发明中的定位方法做近似处理，即在一定误差范围内认为三个Beacon基点B1、B2、B3共线，并在后续的各步骤中仍在一定误差范围内做近似处理，最终得到用户的位置。

在本发明中，采用了通用的计算机技术，因此具体原理在此不再赘述，以上是本发明的较佳实例，并非对本发明作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术是指对以上的实例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基于Beacon技术的三点共线定位方法，该方法用以参考的Beacon基点间形成一条直线时对未知点进行定位，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)由移动端的Beacon数据转换模块获得三个呈直线L分布的三个Beacon基点，分别为第一Beacon基点、第二Beacon基点和第三Beacon基点，同时获得三个Beacon基点的坐标及每个基点到用户所在位置的距离；

2)判断用户所在位置是否在直线L上，若不是，则执行以下步骤，若是则返回第1)步骤，重定获得三个呈直线分布的Beacon基点；

3)根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，穿过位于中间的第二Beacon基点设置一条与水平X轴线平行的平行线J；

4)根据同一个三角形面积相等原则，利用海伦公式和三角形底×高/2的求面积原理，获得用户所在位置到直线L的垂直距离h，进一步获得用户所在位置与第二Beacon基点、第一Beacon基点形成的三角形一个顶点，即第二Beacon基点为顶点处的内角角度α；

5)根据三个基点所在的直线L的斜率k获得第一Beacon基点、第二Beacon基点及平行线J之间的角度β；

6)判断用户所在位置与直线L的位置，若用户所在位置位于直线左侧，用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ为角度β加上内角角度α；若用户所在位置位于直线右侧，用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ为角度β减去内角角度α；

7)根据用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ，用户所在位置至第二Beacon基点的距离及第二Beacon基点的坐标可以获得用户所在位置的坐标，从而定位出用户所在位置的具体位置。

2.根据要求1所述的基于Beacon技术的三点共线定位方法，其特征在于，步骤2)中，判断用户所在位置是否在直线L上，若是，则设置一条与水平X轴线平行的平行线J，并根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，再根据用户所在位置、直线L及平行线J之间的角度γ，计算用户所在位置的坐标，获得用户所在位置的具体位置。

3.根据要求2所述的基于Beacon技术的三点共线定位方法，其特征在于，在获得直线L的斜率k后，增加判断斜率k是否等于0或1的步骤。

4.根据要求1所述的基于Beacon技术的三点共线定位方法，其特征在于，所述定位方法集成于定位模块，所述定位模块安装于移动端节或AR服务器内。

5.一种基于Beacon技术的三点共线定位方法，该方法用以参考的Beacon基点间形成一条直线时对未知点进行定位，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)由移动端的Beacon数据转换模块获得三个呈直线L分布的三个Beacon基点，分别为第一Beacon基点、第二Beacon基点和第三Beacon基点，同时获得三个Beacon基点的坐标及每个基点到用户所在位置的距离；

2)判断用户所在位置是否在直线L上，若不是，则执行以下步骤，若是则返回第1)步骤，重定获得三个呈直线分布的Beacon基点；

3)根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，穿过位于中间的第二Beacon基点设置一条与水平X轴线平行的平行线J；

4)根据同一个三角形面积相等原则，利用海伦公式和三角形底×高/2的求面积原理，获得用户所在位置到直线L的垂直距离h，进一步获得用户所在位置与第二Beacon基点、第一Beacon基点形成的三角形一个顶点，即第二Beacon基点为顶点处的内角角度α；

5)根据三个基点所在的直线L的斜率k获得第一Beacon基点、第二Beacon基点及平行线J之间的角度β；

6)假设用户所在位置位于直线L的右侧，则通过角度β减去内角角度α获得用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ；

7)根据用户所在位置、第二Beacon基点及平行线J之间的角度γ，用户所在位置至第二Beacon基点的距离及第二Beacon基点的坐标可以获得用户所在位置的坐标，由于用户所在位置的坐标有两种不同取值，进一步引入与第一Beacon基点、第二Beacon基点和第三Beacon基点不共线的第四Beacon基点，并计算用户所在位置到第四Beacon基点的距离，判断距离近者为最终的用户所在位置，从而定位出用户所在位置的具体位置。

6.根据要求4所述的基于Beacon技术的三点共线定位方法，其特征在于，步骤2)中，判断用户所在位置是否在直线L上，若是，则设置一条与水平X轴线平行的平行线J，并根据三个基点的坐标获得直线L的斜率k，再根据用户所在位置、直线L及平行线J之间的角度γ，计算用户所在位置的坐标，获得用户所在位置的具体位置。

7.根据要求6所述的基于Beacon技术的三点共线定位方法，其特征在于，在获得直线L的斜率k后，增加判断斜率k是否等于0或1的步骤。

8.根据要求4所述的基于Beacon技术的三点共线定位方法，其特征在于，所述定位方法集成于定位模块，所述定位模块安装于移动端节或AR服务器内。