CN108668246B - 一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法，其具体操作步骤为：S1：蓝牙信标部署与强度信号采集：将蓝牙信标节点以展位牌形式发放至展馆内的每一个展位，展馆地图与展位坐标信息将会与蓝牙信标的iBeacon广播帧信息绑定；S2：信号预处理：由于蓝牙信号属于载频较大的无线电信号，而无线电信号的传播很容易受到环境影响，特别是在相对结构较为复杂的室内区域，多径效应也相对较为明显，使得信号采集的初步结果往往呈现一定的波动性。本发明通过基于蓝牙信标节点广播设计的一种室内定位方法，且该方法主要面向位置服务使用，即帮助移动终端用户主动获取其所在的室内位置，解决了传统室内定位方法通常所具备的问题。

Description

一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，特别涉及一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法。
背景技术
继卫星定位服务在室外取得成功之后，向室内环境提供定位服务的需求近年来愈发强烈，在会展行业，通过各种展览、展销促进行业经济效益的形式得到迅速推广，传统的定位技术，主要适用于室外空旷位置，利用同步卫星建立的定位系统进行定位，例如全球定位系统(Global Positioning System，通常简称GPS)、北斗系统等。然而随着城市的发展，建筑的规模越来越大，人们对室内定位的需求越来越大，然而室内接收卫星信号较差，无法使用卫星定位系统。
传统的室内定位方法通常具备以下问题：(1)三角定位法等通常需要将强度和距离进行转换，再通过联立方程求解的方法进行定位，算法复杂度较高，还可能会出现无解的情况，不利于实时定位使用；(2)基于Wi-Fi的定位设备通常成本较高，无法在短时间内大量部署。
因此，发明一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法，通过基于蓝牙信标节点广播设计的一种室内定位方法，且该方法主要面向位置服务使用，即帮助移动终端用户主动获取其所在的室内位置，以解决上述背景技术中提出的传统室内定位方法通常所具备的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法，其具体操作步骤为：
S1：蓝牙信标部署与强度信号采集：将蓝牙信标节点以展位牌形式发放至展馆内的每一个展位，展馆地图与展位坐标信息将会与蓝牙信标的iBeacon广播帧信息绑定；
S2：信号预处理：由于蓝牙信号属于载频较大的无线电信号，而无线电信号的传播很容易受到环境影响，特别是在相对结构较为复杂的室内区域，多径效应也相对较为明显，使得信号采集的初步结果往往呈现一定的波动性，若是蓝牙节点位于较远处，还可能会出现信号强度获取结果时有时无的状况，为了获得较为稳定的信号强度数据用于位置估计，故对扫描过程内的非空数据求取平均值来作为本次采集的信号强度；
S3：接近检测：由于会场内分布的蓝牙节点可能会出现疏密不均的情况，对于节点分布较为稀疏且距离相对较远的区域，利用多点定位的方法往往会引入较大的误差，故引入接近检测作为位置判断的依据；
S4：位置加权计算：将S3中的节点选取结果创建各个节点标签，并代入相应的位置加权计算公式内，然后根据各参考点权值估计定位结果。
优选的，所述S1中的所有信标节点的初始坐标默认设置为展位中心坐标，蓝牙信标节点会以一定间隔广播iBeacon信标节点信息，开启手机蓝牙iBeacon节点扫描功能，对室内已分布且位置标定的蓝牙节点进行扫描，并获取对应节点的Major、Minor和强度RSSI值以供室内定位计算使用，其中每一个蓝牙节点的地理坐标信息是已知的，且采样频率根据初步实验设定为20Hz，每次扫描过程时间为2秒。
优选的，所述S4中，根据第(3)步中的节点选取结果创建各个节点标签，如公式(1)所示：
T(i)＝{R(i),x(i),y(i)},1≤i≤4 (1)
其中R(i)为该节点的信号强度值RSSI，而x(i),y(i)则代表该节点的位置坐标。
优选的，所述S4中，基于所有选取的节点标签信息计算每一个标签对应的的权值，如公式(2)所示：
Figure BDA0001658803430000031
由于R(i)取值为负值，且距离越远R(i)越小，而R(i)较大的标签对应的位置估计权值较大，本方法根据预实验确定公式(2)作为权值计算公式。
优选的，所述S4中，根据各参考点权值估计定位结果，如公式(3)、(4)所示：
Figure BDA0001658803430000032
Figure BDA0001658803430000033
其中(xe,ye)为估算的位置输出结果。
优选的，所述S1中的信标节点还可以选用低功耗的无线传输器。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明中提出的定位方法最大程度的利用单个信标节点的信号覆盖(只需接受到信标节点的广播信号)，对信标节点坐标发生变化或者出现由信号传播环境引入的干扰不敏感，且仍能给出具有一定精度的定位结果，此定位方法具有针对传播环境干扰与参考坐标偏离的鲁棒特性，即抗变换性；
2、手机客户端工作始终处在被动模式，不受用户隐私问题限制；
3、通过将蓝牙信标节点以展位牌形式发放至展馆内的每一个展位，且展馆地图与展位坐标信息与蓝牙信标的iBeacon广播帧信息绑定，部署快，部署成本较低，还无需依赖展馆固定设施部署，同时，可结合展会电子会刊向客户提供全面的行业数据与基于即时位置的精准推送，还能够收集手机用户的行为数据。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的蓝牙信号采集示意图；
图3为本发明的多节点定位示意图；
图4为本发明的模糊区域定义方法示意图；
图5为本发明的信号强度差分示意图；
图6为本发明的信号强度与距离的关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了如图1-6所示的一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法，其具体操作步骤为：
S1：蓝牙信标部署与强度信号采集：将蓝牙信标节点以展位牌形式发放至展馆内的每一个展位，展馆地图与展位坐标信息将会与蓝牙信标的iBeacon广播帧信息绑定，所有信标节点的初始坐标默认设置为展位中心坐标，蓝牙信标节点会以一定间隔广播iBeacon信标节点信息，开启手机蓝牙iBeacon节点扫描功能，对室内已分布且位置标定的蓝牙节点进行扫描，并获取对应节点的Major、Minor和强度RSSI值以供室内定位计算使用，其中每一个蓝牙节点的地理坐标信息是已知的，且采样频率根据初步实验设定为20Hz，每次扫描过程时间为2秒；
S2：信号预处理：由于蓝牙信号属于载频较大的无线电信号，而无线电信号的传播很容易受到环境影响，特别是在相对结构较为复杂的室内区域，多径效应也相对较为明显，使得信号采集的初步结果往往呈现一定的波动性，具体见说明书附图2，若是蓝牙节点位于较远处，还可能会出现信号强度获取结果时有时无的状况，为了获得较为稳定的信号强度数据用于位置估计，故对扫描过程内的非空数据求取平均值来作为本次采集的信号强度；
S3：接近检测：由于会场内分布的蓝牙节点可能会出现疏密不均的情况，对于节点分布较为稀疏且距离相对较远的区域，利用多点定位的方法往往会引入较大的误差，故引入接近检测作为位置判断的依据；
当检测过程发现节点数量大于等于4时，为了避免强度较弱的值对位置估计结果造成影响，选取接收信号强度值(RSSI)最大的4个节点用于后续位置加权计算，具体见说明书附图3，当扫描过程发现节点数量少于4时，本方法中设计了一种接近检测的方法选取最接近的点作为估计位置参考，具体如下：
首先，本方法中定义了一种信号强度模糊区域，对于检测到的所有节点信号强度进行降序排列，对于前两大强度值做差，据试验可知当绝对值小于7dB时，直接使用强度最大值选取方法会出现定位干扰现象，如说明书附图4中阈值以下区域，故定义此情况为模糊区域，定位结果暂维持上一周期定位结果不变；
其次，对于说明书附图4中的每一个柱状图进行分析，当连续两个周期的柱状图均高于门限时，初步认定该柱状图对应下的最大信号强度节点为最接近节点；
最后，利用梯度尖峰检测的方法进一步确定上一步中初步确定的最接近节点是否为最终的最接近点，具体做法为，对该节点对应的信号强度进行后向差分，如果此周期对应的后向差分结果大于阈值10dB，如说明书附图5所示，则确定其为最终最接近点，可用于位置估计参考；
S4：位置加权计算：
根据第(3)步中的节点选取结果创建各个节点标签，如公式(1)所示：
T(i)＝{R(i),x(i),y(i)},1≤i≤4 (1)
其中R(i)为该节点的信号强度值RSSI，而x(i),y(i)则代表该节点的位置坐标；
基于所有选取的节点标签信息计算每一个标签对应的的权值，如公式(2)所示：
Figure BDA0001658803430000061
由于R(i)取值为负值，且距离越远R(i)越小，而R(i)较大的标签对应的位置估计权值较大，本方法根据预实验确定公式(2)作为权值计算公式；
根据各参考点权值估计定位结果，如公式(3)、(4)所示：
Figure BDA0001658803430000062
Figure BDA0001658803430000063
其中(xe,ye)为估算的位置输出结果。
根据位置加权计算的方法所得到的信号强度与距离之间的关系，具体见说明书附图6。
实施例2：
与实施例1不同的是，所述S1中的信标节点选用的是低功耗的无线传输器。
对比实施例1与实施例2，相较蓝牙信标节点而言，无线传输器可提供更好的信号覆盖，但针对iOS客户端获取无线网络扫描周边设备信息尚未开放，因而不能针对主流移动终端提供定位服务，同时，较大的覆盖范围针对展位面积与间距较大的特装展区或者主通道会呈现更好的定位效果，然而在标摊展区(展位面积仅10平米)，若单个信标节点覆盖面积远大于摊位面积，则对于传统定位方法会出现较为严重的干扰，且由于单点覆盖面积过大但间距过近，形成的覆盖为非均匀覆盖，此外，由于信号强度在较短距离差异不大，所估算的位置也会出现鉴别度较低的现象。
由上述对比分析可知，采用蓝牙信标节点能够获取更精确的定位结果，而且能够对所有移动终端提供定位服务，适用范围广。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可在超大型展会场馆快速部署的室内定位方法，其具体操作步骤为：
S1：蓝牙信标部署与强度信号采集：将蓝牙信标节点以展位牌形式发放至展馆内的每一个展位，展馆地图与展位坐标信息将会与蓝牙信标的iBeacon广播帧信息绑定；
S2：信号预处理：由于蓝牙信号属于载频较大的无线电信号，而无线电信号的传播很容易受到环境影响，特别是在相对结构较为复杂的室内区域，多径效应也相对较为明显，使得信号采集的初步结果往往呈现一定的波动性，若是蓝牙节点位于较远处，还可能会出现信号强度获取结果时有时无的状况，为了获得较为稳定的信号强度数据用于位置估计，故对扫描过程内的非空数据求取平均值作为本次采集的信号强度；
S3：接近检测：由于会场内分布的蓝牙节点可能会出现疏密不均的情况，对于节点分布较为稀疏且距离相对较远的区域，利用多点定位的方法往往会引入较大的误差，故引入接近检测作为位置判断的依据；
当检测过程发现节点数量大于等于4时，选取接收信号强度值最大的4个节点用于后续位置加权计算；
当扫描过程发现节点数量少于4时，设计接近检测的方法选取最接近的点作为估计位置参考，具体如下：首先，对于检测到的所有节点信号强度进行降序排列，对于前两大强度值做差，当绝对值小于设定阈值时，直接使用强度最大值选取方法会出现定位干扰现象，定义此情况为模糊区域，定位结果暂维持上一周期定位结果不变；其次，对生成的每一个柱状图进行分析，当连续两个周期的柱状图均高于门限时，初步认定该柱状图对应下的最大信号强度节点为最接近节点；最后，对该节点对应的信号强度进行后向差分，此周期对应的后向差分结果大于阈值时，则确定其为最终最接近点，可用于位置估计参考；
S4：位置加权计算：将S3中的节点选取结果创建各个节点标签，并代入相应的位置加权计算公式内，然后根据各参考点权值估计定位结果；所述S1中的所有信标节点的初始坐标默认设置为展位中心坐标，蓝牙信标节点会以一定间隔广播iBeacon信标节点信息，开启手机蓝牙iBeacon节点扫描功能，对室内已分布且位置标定的蓝牙节点进行扫描，并获取对应节点的Major、Minor和强度RSSI值以供室内定位计算使用，其中每一个蓝牙节点的地理坐标信息是已知的，且采样频率根据初步实验设定为20Hz，每次扫描过程时间为2秒；所述S4中，根据第(3)步中的节点选取结果创建各个节点标签，如公式(1)所示：
T(i)＝{R(i),x(i),y(i)},1≤i≤4 (1)
其中R(i)为该节点的信号强度值RSSI，而x(i),y(i)则代表该节点的位置坐标；所述S4中，基于所有选取的节点标签信息计算每一个标签对应的权值，如公式(2)所示：
Figure FDA0002976310770000021
由于R(i)取值为负值，且距离越远R(i)越小，而R(i)较大的标签对应的位置估计权值较大，本方法根据预实验确定公式(2)作为权值计算公式；所述S4中，根据各参考点权值估计定位结果，如公式(3)、(4)所示：
Figure FDA0002976310770000022
Figure FDA0002976310770000023
其中(xe,ye)为估算的位置输出结果；所述S1中的信标节点还可以选用低功耗的无线传输器。
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