CN108989984A - 一种蓝牙定位方法 - Google Patents

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杨家全
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张林山
李浩涛
杨洋
罗恩博
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Abstract

本申请提供一种蓝牙定位方法，该方法是以RSSI值和位置指纹库为基础的算法。位置指纹库的设定能够提高算法的定位精度，解决目前无线传感网络定位精度不高的问题。同时，本申请提供的蓝牙定位方法不需要额外添加硬件或硬件设备便能够实现蓝牙的精确定位，定位成本低，适用于没有卫星信号或者卫星信号被严重地遮挡遮蔽的电力现场作业环境。

Description

一种蓝牙定位方法
技术领域
本发明涉及蓝牙技术领域，尤其涉及一种蓝牙定位方法。
背景技术
随着科技的快速发展，手持设备日益普及，如手机、平板电脑、笔记本以及手环等可穿戴物等。手机等手持设备在不同的位置环境和地理环境中，其应用服务不同，如在A地区，手机等手持设备中的应用具有a、b和c的服务。而在B地区，手机等手持设备中的应用则具有a、b和d的服务。因此，根据不同的位置环境和地理环境，手机等手持设备的应用服务不同，因而手机等手持设备的连续可靠地位置感知性能尤为重要。
为提高手持设备中的位置感知性能，LBS(英文名称：Location Based Service；中文名称：位置信息服务)逐渐成为热点服务。在室内和室外环境下，手持设备的位置感知性能不同。在室外环境中，通常运用GPS/北斗等卫星信号进行导航与定位，并且此技术已经相当成熟，已经出现了一大批优秀的产品，定位精度高、可靠性强。然而在室内环境和特殊环境中，如深山、强电磁场、分布区域复杂地形等，卫星信号被复杂地势或强电磁场等严重遮挡遮蔽，导致无法利用卫星进行定位，只能采用其他无线信号来进行导航定位。
电力现场作业经常会处于野外深山、分布区域复杂地形、城市地下电缆沟和处于强电磁环境下的变电站等区域环境中，因此，与其它通信系统相比，电力作业现场通信因电力环境的特殊性而有诸多不同之处。如卫星信号被严重地遮挡遮蔽，无法利用卫星进行定位，进而现场施工负责人和施工监督人无法时刻掌握施工作业人员的位置信息，更无法确定施工作业人员的安全性。
发明内容
本发明提供一种蓝牙定位方法，以解决无法在复杂电力作用环境中利用卫星进行定位的问题。
本发明提供一种蓝牙定位方法，包括：
待测蓝牙多次采集多个信标节点的节点信息，所述节点信息包括信标节点标识、坐标信息和RSSI值；
确定每个所述信标节点RSSI值的平均值；
根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合；
在所述信标节点位置集合中选取所述RSSI值的平均值较大的所述信标节点，建立优选信标节点位置集合；
根据所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标信息以及所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离确定多个所述待测蓝牙的第一坐标值；
根据多个所述待测蓝牙的第一坐标值确定所述待测蓝牙的平均坐标值；
确定所述平均坐标值与已建立的位置指纹库中的记录坐标之间的误差；
判断所述误差是否小于10％；
若小于，则所述平均坐标值为所述待测蓝牙的最终坐标值。
优选地，所述待测蓝牙多次采集多个信标节点的节点信息的过程中，所述信标节点周期性的发出所述节点信息。
优选地，在根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合前，还包括：
判断所述信标节点的数量是否大于或等于3；
若大于或等于3，则根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合；
若小于3，则所述待测蓝牙继续采集所述信标节点的节点信息。
优选地，在判断所述信标节点的数量是否大于或等于3后，根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合前，还包括：
按照所述RSSI值的平均值由大到小的顺序对所述信标节点排序。
优选地，根据所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标信息以及所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离确定所述待测蓝牙的第一坐标值包括：
分别以所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标为顶点，所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离画圆，三个圆的相交部分确定三角形；
确定所述三角形的顶点坐标；
根据所述顶点坐标和三角形质心定位算法确定所述三角形的质心坐标为所述待测蓝牙的第一坐标值。
优选地，所述位置指纹库的建立包括：
在不同的环境中分别采集预设蓝牙设备或无线通信设备的蓝牙信息，所述蓝牙信息包括蓝牙标识、蓝牙坐标位置和蓝牙RSSI值；
根据所述蓝牙RSSI值以及所述蓝牙设备或所述无线通信设备的丢包率筛选所述蓝牙信息；
根据筛选后的蓝牙信息组建位置指纹库。
优选地，所述不同的环境包括野外深山、复杂地形区域、城市地下电缆沟和强磁场变电站。
优选地，所述待测蓝牙至少采集10次同一个所述信标节点的节点信息。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请提供一种蓝牙定位方法，该方法包括待测蓝牙多次采集多个信标节点的节点信息，所述节点信息包括信标节点标识、坐标信息和RSSI值；确定每个所述信标节点RSSI值的平均值；根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合；在所述信标节点位置集合中选取所述RSSI值的平均值较大的所述信标节点，建立优选信标节点位置集合；根据所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标信息以及所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离确定多个所述待测蓝牙的第一坐标值；根据多个所述待测蓝牙的第一坐标值确定所述待测蓝牙的平均坐标值；确定所述平均坐标值与已建立的位置指纹库中的记录坐标之间的误差；判断所述误差是否小于10％；若小于，则所述平均坐标值为所述待测蓝牙的最终坐标值。
本申请提供的蓝牙定位方法以RSSI值和位置指纹库为基础的算法。位置指纹库的设定能够提高算法的定位精度，解决目前无线传感网络定位精度不高的问题。同时，本申请提供的蓝牙定位方法不需要额外添加硬件或硬件设备便能够实现蓝牙的精确定位，定位成本低，适用于没有卫星信号或者卫星信号被严重地遮挡遮蔽的电力现场作业环境。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的蓝牙定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的位置指纹库的建立过程示意图；
图3为本发明实施例提供的根据三个信标节点的坐标信息以及信标节点与待测蓝牙之间的距离确定待测蓝牙第一坐标值的过程示意图；
图4为本发明实施例提供的以三个信标节点为圆心确定交叠区域的示意图；
图5为本发明实施例提供的以三个信标节点为圆心确定三角形质心的示意图。
具体实施方式
在电力现场作业过程中，手机、平板等手持设备所处的地理环境不同。为便于确定不同地理环境中手持设备的位置，本申请中通过确定手持设备中蓝牙的位置确定手持设备的位置，以便于在强磁场屏蔽场所或复杂地区中准确确定手持设备的位置。
请参考附图1，附图1示出了本申请实施例提供的蓝牙定位方法的流程示意图。由附图1可见，本申请实施例提供的蓝牙定位方法具体包括：
S01：待测蓝牙多次采集多个信标节点的节点信息，所述节点信息包括信标节点标识、坐标信息和RSSI值。
为便于确定待测蓝牙的位置，本申请中预先根据不同的地理环境建立位置指纹库。具体地，如附图2所示，位置指纹库的建立包括：
S011：在不同的环境中分别采集预设蓝牙设备或无线通信设备的蓝牙信息，所述蓝牙信息包括蓝牙标识、蓝牙坐标位置和蓝牙RSSI值。
在不同环境中的不同位置处分别放置多个蓝牙设备或带有蓝牙的无线通信设备，如在野外深山、复杂地形区域、城市地下电缆沟和强磁场变电站中设置蓝牙设备或无线通信设备。具体地，根据环境特征的不同，在等间隔的参考点处设置蓝牙设备或无线通信设备。蓝牙4.0的标准有效传输距离是100米，当蓝牙所处的环境越复杂，有效传输距离会越短。因此考虑到上述4种应用场景存在的干扰比较严重，蓝牙4.0的信号强度收到干扰会出现大幅度的衰减，再结合实际应用场景定位距离需求，设定每一种应用场景中蓝牙设备或无线通信设备之间的信标节点间距分别为1米，2米，3米……20米。
蓝牙设备或无线通信设备能够接收可见AP(英文名称：Wireless Access Point，中文名称：无线访问接入点)的信号强度以及MAC(英文名称：Multiple Access Channel，中文名称：多址接入信道)地址，因此，能够采集到各参考点处蓝牙设备或无线通信设备的蓝牙信息。该蓝牙信息包括蓝牙标识、蓝牙坐标位置和蓝牙RSSI(英文名称：Received SignalStrength Indication；中文名称：接收信号强度指示)值。
S012：根据所述蓝牙RSSI值以及所述蓝牙设备或所述无线通信设备的丢包率筛选所述蓝牙信息。
野外深山、复杂地形区域、城市地下电缆沟和强磁场变电站等环境中存在多径效应，这使得接收到的蓝牙RSSI值容易出现波动，因此，每个参考点处应采集较多的数据，以便准确确定位于每个参考点处的蓝牙设备或无线通信设备的蓝牙RSSI值。蓝牙信息采集完成后，计算每个参考点处的蓝牙设备或无线通信设备的蓝牙RSSI值的平均值，继而将该蓝牙RSSI值平均值作为该参考点处的蓝牙设备或无线通信设备的蓝牙RSSI值。
另外，由于接入点及干扰等不可预知的原因，接收到的每个蓝牙设备或无线通信设备的蓝牙信息可能会出现丢包现象。若一个参考点处存在过多的丢包现象容易导致该参考点处记录的蓝牙信息不准确，进而导致位置指纹子库中的数据不准确。因此，需要检测每个参考点处的丢包率。当丢包率小于10％时，则该参考点处的蓝牙信息能够记录到位置指纹子库，即为有效参考点。
S013：根据筛选后的蓝牙信息组建位置指纹库。
当有效参考点确认后，选取每个有效参考点处蓝牙RSSI值平均值最大的10-20个点。将选取的有效参考点组建为位置指纹库。
在本申请实施例中，位置指纹库中的数据精确，这能够为后期实时确定待检蓝牙的位置提供准确地校正对比数据。同时，还能够降低直接使用RSSI计算距离的计算误差，提高定位精度。
位置指纹库建立完成后，有效参考点处的蓝牙设备或无线通信设备会周期性的发出其自身的节点信息，即有效参考点处的信标节点会周期性的发出其自身的节点信息。其中，该节点信息包括标节点标识、坐标信息和RSSI值。当手持设备进入到野外深山等复杂环境或强磁场环境中时，手持设备中的蓝牙(即本申请中的待测蓝牙)会自动采集有效参考点处蓝牙设备或无线通信设备发出的节点信息。同样，由于多径效应以及确保数据的准确性，待测蓝牙至少采集10次同一个信标节点的节点信息。
S02：确定每个所述信标节点RSSI值的平均值。
S03：根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合。
在建立信标节点位置集合前还需要判断信标节点的数量是否大于或等于3，以便于根据多个信标节点判断待检蓝牙的位置，提高检测精度。具体地，若信标节点的数量大于或等于3时，则按照RSSI值的平均值由大到小的顺序对信标节点进行排序，进而根据信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合，如信标节点位置集合P＝{(x1，y1)、(x2，y2)，……，(xn，yn)}。若信标节点的数量小于3，则待测蓝牙继续采集信标节点的节点信息，直至待测蓝牙采集到的信标节点的数量大于或等于3。
S04：在所述信标节点位置集合中选取所述RSSI值的平均值较大的所述信标节点，建立优选信标节点位置集合。
在信标节点位置集合中选取RSSI值的平均值较大的信标节点，即选择位于靠近待测蓝牙的参考点处的蓝牙设备或无线通信设备发出的节点信息。选取出的RSSI值的平均值较大的信标节点构成优选信标节点位置集合。如选取RSSI值的平均值排序为前10的信标节点。
S05：根据所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标信息以及所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离确定多个所述待测蓝牙的第一坐标值。
在优选信标节点位置集合中任意选取三个信标节点的坐标信息。根据所选取的三个信标节点以及三角形质心定位算法确定以该三个信标节点为基础确定的待测蓝牙的第一坐标值。再重新在优选信标节点位置集合中任意选取三个信标节点的坐标信息，进而确定待测蓝牙的另一个第一坐标值。优选信标节点位置集合中所有信标节点任选三个组合完成后，得到待测蓝牙的多个第一坐标值，继而根据多个第一坐标值确定待测蓝牙的最终坐标值。
具体地，如附图3所示，根据三个信标节点的坐标信息以及信标节点与待测蓝牙之间的距离确定多个待测蓝牙的第一坐标值的过程包括：
S051：分别以所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标为顶点，所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离画圆，三个圆的相交部分确定三角形。
在优选信标节点位置集合中任意选取三个信标节点的坐标信息，如选取A、B、C三点，其坐标分别为A(xa，ya)、B(xb，yb)、C(xc，yc)。初始估计待测蓝牙的待测节点位置为点D(xd，yd)。根据RSSI模型计算出的信标节点A和待测节点D的距离为ra；信标节点B和待测节点D的距离为rb；信标节点C和待测节点D的距离为rc。分别以信标节点A、B、C为圆心，距离ra、rb、rc为半径画圆，得到三个圆的交叠区域以及三个交叉点E、F、G。三个交叉点E、F、G形成三角形EFG，如附图4、5所示。
S052：确定所述三角形的顶点坐标。
根据下述公式(1)计算得出三角形EFG的顶点坐标，即交叉点E、F、G的坐标。
其中，xe、ye分别为交叉点E的横坐标和纵坐标。
S053：根据所述顶点坐标和三角形质心定位算法确定所述三角形的质心坐标为所述待测蓝牙的第一坐标值。
根据上述公式(1)计算得出交叉点E、F、G的坐标后，根据三角形质心定位算法确定三角形EFG的质心D的坐标。质心D的坐标为其中，xf、yf分别为交叉点F的横坐标和纵坐标，xg、yg分别为交叉点G的横坐标和纵坐标。确定的质心D的坐标即为待测蓝牙的第一坐标值。
重新选取三个信标节点，继而根据上述方法重新得到一个待测蓝牙的第一坐标值。当优选信标节点位置集合中的所有信标节点完成三个信标节点的组合时，能够得到多个待测蓝牙的第一坐标值。
S06：根据多个所述待测蓝牙的第一坐标值确定所述待测蓝牙的平均坐标值。
根据上述计算得到的多个待测蓝牙的第一坐标值分别计算其x坐标和y坐标的平均值，进而得到待测蓝牙的平均坐标值(x，y)。
S07：确定所述平均坐标值与已建立的位置指纹库中的记录坐标之间的误差。
在已建立的位置指纹库中查找待测蓝牙的记录位置，假设为(x1，y1)。根据下述公式(2)计算平均坐标值(x，y)与记录位置(x1，y1)之间的误差，以便确定计算得到的待测蓝牙的坐标位置是否准确。
S08：判断所述误差是否小于10％。
S09：若小于10％，则所述平均坐标值为所述待测蓝牙的最终坐标值。
若误差小于10％，则表示计算得到的待测蓝牙的坐标位置可用，在误差范围内。此时，确定计算得到的待测蓝牙的平均坐标值为待测蓝牙的最终坐标值，实现待测蓝牙的精确定位。若误差大于或等于10％，则表示计算得到的待测蓝牙的坐标位置与记录位置之间存在较大误差，需要重新测定待测蓝牙的坐标位置。
本申请实施例提供的蓝牙定位方法是以RSSI值和位置指纹库为基础的算法。位置指纹库的设定能够提高算法的定位精度，解决目前无线传感网络定位精度不高的问题。同时，本申请提供的蓝牙定位方法不需要额外添加硬件或硬件设备便能够实现蓝牙的精确定位，定位成本低，适用于没有卫星信号或者卫星信号被严重地遮挡遮蔽的电力现场作业环境。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种蓝牙定位方法，其特征在于，包括：
待测蓝牙多次采集多个信标节点的节点信息，所述节点信息包括信标节点标识、坐标信息和RSSI值；
确定每个所述信标节点RSSI值的平均值；
根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合；
在所述信标节点位置集合中选取所述RSSI值的平均值较大的所述信标节点，建立优选信标节点位置集合；
根据所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标信息以及所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离确定多个所述待测蓝牙的第一坐标值；
根据多个所述待测蓝牙的第一坐标值确定所述待测蓝牙的平均坐标值；
确定所述平均坐标值与已建立的位置指纹库中的记录坐标之间的误差；
判断所述误差是否小于10％；
若小于，则所述平均坐标值为所述待测蓝牙的最终坐标值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测蓝牙多次采集多个信标节点的节点信息的过程中，所述信标节点周期性的发出所述节点信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合前，还包括：
判断所述信标节点的数量是否大于或等于3；
若大于或等于3，则根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合；
若小于3，则所述待测蓝牙继续采集所述信标节点的节点信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在判断所述信标节点的数量是否大于或等于3后，根据所述信标节点的坐标信息建立信标节点位置集合前，还包括：
按照所述RSSI值的平均值由大到小的顺序对所述信标节点排序。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标信息以及所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离确定所述待测蓝牙的第一坐标值包括：
分别以所述优选信标节点位置集合中的任意三个信标节点的坐标为顶点，所述信标节点与所述待测蓝牙之间的距离画圆，三个圆的相交部分确定三角形；
确定所述三角形的顶点坐标；
根据所述顶点坐标和三角形质心定位算法确定所述三角形的质心坐标为所述待测蓝牙的第一坐标值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置指纹库的建立包括：
在不同的环境中分别采集预设蓝牙设备或无线通信设备的蓝牙信息，所述蓝牙信息包括蓝牙标识、蓝牙坐标位置和蓝牙RSSI值；
根据所述蓝牙RSSI值以及所述蓝牙设备或所述无线通信设备的丢包率筛选所述蓝牙信息；
根据筛选后的蓝牙信息组建位置指纹库。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述不同的环境包括野外深山、复杂地形区域、城市地下电缆沟和强磁场变电站。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测蓝牙至少采集10次同一个所述信标节点的节点信息。
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