CN109362031B - 一种蓝牙信标系统以及蓝牙定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝牙信标系统以及蓝牙定位方法，该蓝牙信标系统包括设置在目标区域内的若干个蓝牙信标；其中，每个蓝牙信标内设置有信号发射模块和信号接收模块；每个蓝牙信标通过信号发射模块向外广播该蓝牙信标的参考数据，通过信号接收模块扫描其他蓝牙信标广播参考数据的信号强度；每个蓝牙信标根据其信号接收模块扫描到的其他蓝牙信标向外广播的信号强度确定一信标间参考强度，并将所述信标间参考强度包含在参考数据中通过该蓝牙信标的信号发射模块向外广播。本发明的优点是：通过蓝牙信标之间的相互扫描，可以消除环境因素对蓝牙信号的强度产生的随机影响，使得蓝牙信号可以用于精确地定位。

Description

一种蓝牙信标系统以及蓝牙定位方法

技术领域

本发明涉及近距通信及定位定域，具体涉及一种蓝牙信标系统以及蓝牙定位方法。

背景技术

随着互联网技术的发展，在全国各个大、中型城市兴起的共享单车几乎随处可见，与“有桩”的公共自行车相比，这种随时取用和停车的“无桩”共享单车给用户带来了极大便利，但同时也导致共享单车“乱停乱放”的现象，尤其是在人流量集中的地铁口乱停现象非常严重，甚至在机动车道、盲道等“危险停放”的现象也屡见不鲜，城市空间的管理因而变得非常困难。

为了治理共享单车“乱停乱放”的现象，城市管理方开始在地铁口、公交站点等人流密集地划定自行车停放区域，来引导用户将共享单车停放到指定区域。但现实实行过程中，共享单车是否能够停放到指定区域，全靠用户自觉；另外，即使用户未将共享单车停放在指定区域，也无法对该用户进行惩罚或者警告。因此，共享单车“乱停乱放”的现象依旧非常普遍。

对于互联网“无桩”共享单车，采用电子围栏技术规范用户停车，是目前各大共享单车运营商采取的主要技术手段，也是城市市容市貌管理者推荐的技术手段。目前，实现电子围栏主要有两种手段，一是采用卫星定位技术(比如北斗卫星定位系统或GPS)，结合电子地图，对地理信息进行管理实现电子围栏；二是采用低功耗信号发射装置(比如蓝牙低功耗基站)，标识电子围栏停车区域。这两种手段中，前者存在的主要问题有两个，即卫星定位精度以及环境遮挡对卫星信号接收的影响，从而影响定位精度，通常误差范围达到10-15m，基本无法判断道路的左右侧，更别提盲道、草地、行人道了；后者存在的一个主要问题是，雨雪等天气对无线信号的影响较大，从而影响电子车锁无线信号接收装置接收到信号的信号强度，导致对电子围栏区域判断产生偏差，进而影响对单车是否停靠在停放区域内的判断不准确，误差范围也达到了5-10m，无法实现矩形围栏。

在理想状况下，蓝牙信号的强度随着传播距离的增加而减小，利用此性质，可布设若干个蓝牙信标对具有蓝牙收发功能的共享单车进行定位。然而蓝牙信号强度受发送设备、接受设备、障碍物、天气、距离等度因素影响。固定的接收设备和发送设备位置，蓝牙信号的强度仍然随着环境因素的变化而改变。多径效应会导致有障碍物比没有障碍物的蓝牙信号强度要高。在雨天，由于空气中湿度增大，蓝牙信号的强度会稍微下降。因此难以直接通过蓝牙信号的强度对共享单车进行定位。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种蓝牙信标系统以及蓝牙定位方法，该系通过采用蓝牙信标实现了蓝牙设备的高精度定位。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种蓝牙信标系统，其包括设置在目标区域内的若干个蓝牙信标；其中，每个蓝牙信标内设置有信号发射模块和信号接收模块；

每个蓝牙信标通过信号发射模块向外广播该蓝牙信标的参考数据，通过信号接收模块扫描其他蓝牙信标广播参考数据的信号强度；

每个蓝牙信标根据其信号接收模块扫描到的其他蓝牙信标向外广播的信号强度确定一信标间参考强度，并将所述信标间参考强度包含在参考数据中通过该蓝牙信标的信号发射模块向外广播。

本发明的进一步改进在于，每个蓝牙信标每隔一预设周期扫描其他蓝牙信标向外广播的信号强度，并根据扫描结果更新信标间参考强度，更新后的信标间参考强度在下一预设周期内向外广播。

本发明的进一步改进在于，每个蓝牙信标的信标间参考强度通过以下步骤确定：

每个蓝牙信标的信号接收模块每间隔一预设周期多次扫描其他蓝牙信标向外广播的信号强度；

每次扫描结束后记录扫描到的最强信号强度，多次扫描结束后形成最强信号强度集；

选择所述最强信号强度集中的中位数作为该蓝牙信标的信标间参考强度，并在下一预设周期内向外广播。

本发明的进一步改进在于，在所述目标区域内，各蓝牙信标的间距≤1m。

本发明的进一步改进在于，所述信号发射模块的发射频率≤800ms。

本发明的进一步改进在于，每个蓝牙信标向外广播的参考数据还包括该蓝牙信标的名称和/或序列号。

本发明还涉及一种蓝牙定位方法，其包括以下步骤：

(1)利用定位目标扫描蓝牙信标系统向外广播的参考数据，记录扫描到的蓝牙信标及其信号强度，并将信号强度最大的蓝牙信标所广播的信标间参考强度作为参考强度R；

(2)根据所述参考强度R，确定定位阈值Y；

(3)将步骤(1)扫描到的各蓝牙信标的信号强度与所述定位阈值Y比较；如果信号强度≥Y，则判断该信号强度对应的蓝牙信标为有效蓝牙信标；反之，如果信号强度＜Y，则判断该信号强度对应的蓝牙信标为无效蓝牙信标；

(4)统计有效蓝牙信标的个数，并与预设标准K对比，如果有效蓝牙信标的个数≥K，则判断所述定位目标在目标区域内，反之，如果有效蓝牙信标的个数＜K，则判断所述定位目标不在目标区域内。

本发明的进一步改进在于，所述定位阈值通过以下公式计算获得：

Y＝R-X

其中，X表示标准强度差分值，X≤40。

本发明的进一步改进在于，所述预设标准K≥1。

本发明的进一步改进在于，所述步骤(1)中，定位目标的扫描时间≤20s。

本发明的进一步改进在于，所述步骤(1)中，如果所述定位目标扫描同一蓝牙信标2次以上，则记录该蓝牙信标的平均强度和最新的信标间参考强度，并以该平均强度与定位目标扫描到的其他蓝牙信标的信号强度进行比较；或者，

记录该蓝牙信标最新的信号强度和最新的信标间参考强度，并以该最新的信号强度与定位目标扫描到的其他蓝牙信标的信号强度进行比较。

本发明的优点是：通过蓝牙信标之间的相互扫描，可以消除环境因素对蓝牙信号的强度产生的随机影响，使得蓝牙信号可以用于精确地定位。

附图说明

图1为本发明中蓝牙信标系统的俯视图；

图2为本发明中的蓝牙信标的结构框图。

符号说明：

1目标区域，2蓝牙信标，3信号发射模块，4信号接收模块，

5信号处理模块，6定位目标。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：如图1和图2所示，本实施例具体涉及一种蓝牙信标系统，其包括设置在目标区域1内的若干个蓝牙信标2。蓝牙信标2设置在地表或地表内。每个蓝牙信标2内设置有信号发射模块3、信号接收模块4、信号处理模块5以及电源。信号发射模块3以及信号接收模块4分别用于发射和接收蓝牙信号，信号接收模块4还可与信号处理模块5配合检测蓝牙信号的强度；电源用于向信号发射模块3、信号接收模块4以及信号处理模块5进行供电。本实施例中，目标区域中设置有三个蓝牙信标2，各蓝牙信标2均匀分布，且蓝牙信标2之间的距离≤1m。

每个蓝牙信标2通过信号发射模块3向外广播该蓝牙信标2的参考数据，并通过信号接收模块4扫描其他蓝牙信标2广播参考数据的信号强度。每个蓝牙信标2根据其信号接收模块4扫描到的其他蓝牙信标向外广播的信号强度确定其信标间参考强度。

每个蓝牙信标2周期性地通过信号发射模块3向外广播该蓝牙信标的参考数据。蓝牙信标2发出的参考数据中包括该蓝牙信标2的信标间参考强度、该蓝牙信标2的名称和序列号。本实施例中，每个蓝牙信标2每隔500ms向外广播一次参考数据。蓝牙信标2广播参考数据的时间间隔不应过短，以便降低蓝牙信标的功耗。

具体的，每个蓝牙信标2每隔一预设周期扫描其他蓝牙信标2向外广播的信号强度，并根据扫描结果更新信标间参考强度，更新后的信标间参考强度在下一预设周期内向外广播。

每个蓝牙信标2的信号接收模块4每间隔一预设周期多次扫描其他蓝牙信标向外广播的信号强度；每次扫描结束后记录扫描到的最强信号强度，多次扫描结束后形成最强信号强度集；选择最强信号强度集中的中位数作为该蓝牙信标2的信标间参考强度，并在下一预设周期内向外广播。

本实施例中，蓝牙信标2更新信标间参考强度的预设周期为10min，在每个预设周期中，蓝牙信标2的两次扫描之间的间隔大于3s。由于各个蓝牙信标2间隔一定的距离，使得各蓝牙信标2接收到的其他蓝牙信标2广播的参考数据会经过一定的传播路径，承载参考数据的蓝牙信号会在传播过程中受到环境因素的影响，发生衰减或增强。在各蓝牙信标2的安装位置以及蓝牙信号的强度固定的条件下，各蓝牙信标2得到的信标间参考强度可以反映出对应蓝牙信标周围的环境状况，比如车辆密集程度等。

本实施例中，蓝牙信标2的信号发射模块3、信号接收模块4以及信号处理模块5集中在一块芯片上，其发射广播的参考数据包经过加密处理。

如图1所示，本实施例还涉及一种蓝牙定位方法，该方法用于检测定位目标6是否位于目标区域1内部；该方法包括以下步骤：

(1)定位目标6的蓝牙读写器依次扫描蓝牙信标系统向外广播的参考数据，并记录扫描到的各蓝牙信标2的参考数据以及信号强度；定位目标6将信号强度最大的蓝牙信标2所广播的参考数据中的信标间参考强度作为参考强度R；对于定位目标6来说，信号强度最大的蓝牙信标2为距离定位目标6最近的蓝牙信标2；

(2)定位目标6根据参考强度R确定定位阈值Y；本实施例中，定位阈值Y通过以下公式计算获得：

Y＝R-X

其中，X表示标准强度差分值，X≤40。标准强度差分值X是一个统计值，其通过综合考虑了蓝牙信标2的发送频率、发射功率、蓝牙信标2的间距、定位精度、定位区域中定位目标6的密集程度等不同因素的影响程度后统计得出，该统计值可以存储于云端服务器中，根据定位目标6确定的参考强度R匹配不同的X值，用于计算定位阈值Y；

(3)将步骤(1)扫描到的各蓝牙信标2的信号强度与定位阈值Y比较；如果信号强度≥Y，则判断该信号强度对应的蓝牙信标2为有效蓝牙信标；反之，如果信号强度＜Y，则判断该信号强度对应的蓝牙信标2为无效蓝牙信标；

(4)统计有效蓝牙信标的个数，并与预设标准K对比，如果有效蓝牙信标的个数≥K，则判断所述定位目标在目标区域1内，反之，如果有效蓝牙信标的个数＜K，则判断所述定位目标不在目标区域1内。本实施例中，预设标准K等于2。

本实施例中的蓝牙定位方法可用于共享单车的定位，定位目标6为共享单车的车锁；目标区域1为共享单车的规定停车区域，蓝牙信标2为设置在停车区域内的蓝牙桩。通过本实施例的蓝牙定位方法可判定共享单车是否准确停靠在停车区域。

本实施例中，定位目标6每次定位过程中，定位目标6对各蓝牙信标2的扫描时间持续时间等于15s。扫描持续时间的一段时间设为前设时间，剩余扫描持续时间设为后设时间。前设时间与后设时间之间的时间点为定位触发时刻。定位触发时刻是一个随机的时间点，本实施例中，定位触发时刻是共享单车的车锁关闭的时刻。本实施例中，步骤(1)发生在前设时间、前设时间之前的时间段以及大部分后设时间中，步骤(2)至步骤(4)发生在后设时间的最后时刻。

在步骤(1)中定位目标6扫描周边的蓝牙信标2，并将蓝牙信标2的参考数据以及信号强度进行记录。参考数据中包括该蓝牙信标2的信标间参考强度、该蓝牙信标2的名称和序列号。

此外，在步骤(1)中，若定位目标扫描同一蓝牙信标2两次以上，则记录该蓝牙信标2的平均强度和最新的信标间参考强度，并以该平均强度与定位目标扫描到的其他蓝牙信标2的信号强度进行比较；或者，记录该蓝牙信标2最新的信号强度和最新的信标间参考强度，并以该最新的信号强度与定位目标扫描到的其他蓝牙信标2的信号强度进行比较。具体的：

由于定位目标6为嵌入式系统，存储空间通常非常有限。定位目标6的存储空间中定义有前设存储区块以及后设存储区块。前设存储区块用于存储步骤(1)中定位触发时刻之前定位目标6扫描到的蓝牙信标2的记录；后设存储区块用于存储定位目标6在步骤(1)中定位触发时刻之后扫描到的蓝牙信标2的记录。

在定位触发时刻之前，若前设存储区块有空余的存储空间，则将新扫描到的蓝牙信标2的参考数据以及信号强度记录在前设存储区块中。若定位目标6没有空余的存储空间，则将新扫描到的蓝牙信标2的记录替换存前设存储区块中时间戳最早的蓝牙信标2的记录。

本实施例中，定位触发时刻是一个随机时间点，因此定位目标6无法预料到前设时间从何时开始。本实施例中，前设时间，指的是定位触发时刻之前，定位目标6根据记录的时间戳，将前设存储区块中定位触发时刻(前设时间)之前的蓝牙信标2的记录清除掉，仅将前设时间内扫描到的蓝牙信标2的记录用于定位。在清除过程中，定位目标6将前设存储区块中信号强度最强的蓝牙信标的参考强度作为候选参考强度R-before。

本实施例中，步骤(1)延续到定位触发时刻之后，在步骤(1)的剩余时间中，定位目标6仍然扫描其周边的蓝牙信标2。若扫描到蓝牙信标2已经记录在后设存储区块中，定位目标6将该蓝牙信标2的信号强度与已有的记录进行累加平均，并将平均值作为该蓝牙信标2的信号强度与其他蓝牙信标2进行比较。若扫描到未记录的蓝牙信标2，如果定位目标6的后设存储区块有空余的存储空间，则直接记录新的蓝牙信标2，如果定位目标6的后设存储区块没有剩余的存储空间，则将新的蓝牙信标2的记录替换后设存储区块中信号强度最弱的蓝牙信标2的记录。

在步骤(1)的最后时刻，定位目标6需要确定参考强度R。在本实施例中，定位目标将其记录的各个蓝牙信标2的信号强度进行排序，取记录值中最大的三个信号强度的中位数作为最大的信号强度，并将该信号强度对应的蓝牙信标2广播的信标间参考强度作为参考强度R。若因为某些原因，定位目标6在后设时间中没有扫描到蓝牙信标2，则将前文所述的候选参考强度R-before作为参考强度R。若该参考强度也不存在，则记录参考强度R取默认值。

步骤(2)至(4)结束后，定位目标6清除前设存储区块中存储的记录，并将后设存储区块中的记录覆盖前设存储区块，作为下一次定位过程中的初始数据。

本实施例的有益技术效果为：通过蓝牙信标之间的相互扫描，可以消除环境因素对蓝牙信号的强度产生的随机影响，使得蓝牙信号可以用于精确地定位。

以上的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种蓝牙信标系统，其特征在于，包括设置在目标区域内的若干个蓝牙信标；其中，每个蓝牙信标内设置有信号发射模块和信号接收模块；

每个蓝牙信标通过信号发射模块向外广播该蓝牙信标的参考数据，通过信号接收模块扫描其他蓝牙信标广播参考数据的信号强度；

每个蓝牙信标根据其信号接收模块扫描到的其他蓝牙信标向外广播的信号强度确定一信标间参考强度，并将所述信标间参考强度包含在参考数据中通过该蓝牙信标的信号发射模块向外广播；

所述信标间参考强度是所述蓝牙信标根据扫描到的其他蓝牙信标向外广播的最强蓝牙信号强度所决定的。

2.根据权利要求1所述的蓝牙信标系统，其特征在于，每个蓝牙信标每隔一预设周期扫描其他蓝牙信标向外广播的信号强度，并根据扫描结果更新信标间参考强度，更新后的信标间参考强度在下一预设周期内向外广播。

3.根据权利要求1或2所述的蓝牙信标系统，其特征在于，每个蓝牙信标的信标间参考强度通过以下步骤确定：

每个蓝牙信标的信号接收模块每间隔一预设周期多次扫描其他蓝牙信标向外广播的信号强度；

每次扫描结束后记录扫描到的最强信号强度，多次扫描结束后形成最强信号强度集；

选择所述最强信号强度集中的中位数作为该蓝牙信标的信标间参考强度，并在下一预设周期内向外广播。

4.根据权利要求1所述的蓝牙信标系统，其特征在于，在所述目标区域内，各蓝牙信标的间距≤1m。

5.根据权利要求1所述的蓝牙信标系统，其特征在于，所述信号发射模块的发射频率≤800ms。

6.根据权利要求1所述的蓝牙信标系统，其特征在于，每个蓝牙信标向外广播的参考数据还包括该蓝牙信标的名称和/或序列号。

7.一种用于如权利要求1至6中任一所述的蓝牙信标系统的蓝牙定位方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)利用定位目标扫描蓝牙信标系统向外广播的参考数据，记录扫描到的蓝牙信标及其信号强度，并将信号强度最大的蓝牙信标所广播的信标间参考强度作为参考强度R；

(2)根据所述参考强度R，确定定位阈值Y；

(3)将步骤(1)扫描到的各蓝牙信标的信号强度与所述定位阈值Y比较；如果信号强度≥Y，则判断该信号强度对应的蓝牙信标为有效蓝牙信标；反之，如果信号强度＜Y，则判断该信号强度对应的蓝牙信标为无效蓝牙信标；

(4)统计有效蓝牙信标的个数，并与预设标准K对比，如果有效蓝牙信标的个数≥K，则判断所述定位目标在目标区域内，反之，如果有效蓝牙信标的个数＜K，则判断所述定位目标不在目标区域内。

8.根据权利要求7所述的蓝牙定位方法，其特征在于，所述定位阈值通过以下公式计算获得：

Y＝R-X

其中，X表示标准强度差分值，X≤40。

9.根据权利要求7所述的蓝牙定位方法，其特征在于，所述预设标准K≥1。

10.根据权利要求7所述的蓝牙定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中，如果所述定位目标扫描同一蓝牙信标2次以上，则记录该蓝牙信标的平均强度和最新的信标间参考强度，并以该平均强度与定位目标扫描到的其他蓝牙信标的信号强度进行比较；或者，

记录该蓝牙信标最新的信号强度和最新的信标间参考强度，并以该最新的信号强度与定位目标扫描到的其他蓝牙信标的信号强度进行比较。

11.根据权利要求7所述的蓝牙定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中，定位目标的扫描时间≤20s。

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