CN112272407A - 一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法及装置 - Google Patents

一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法及装置 Download PDF

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CN112272407A
CN112272407A CN202011517735.3A CN202011517735A CN112272407A CN 112272407 A CN112272407 A CN 112272407A CN 202011517735 A CN202011517735 A CN 202011517735A CN 112272407 A CN112272407 A CN 112272407A
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丁强
朱海波
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Nanjing Power Technology Co ltd
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Abstract

本发明提出了一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法及装置，包括以下步骤：步骤1、输入样本数据资料库；步骤2、基于样本数据资料库获得当前位置的概率分布、并计算转移概率；步骤3、结合概率分布及转移概率获取当前所有可能位置的幸存概率；步骤4、构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至步骤2至步骤3进行校正、得出精定位点；步骤5、将矢量地图定位结果转换为GIS系统定位结果。本发明通过构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至转移概率计算模块和幸存概率计算模块，从而对定位结果进行校正，提高了定位结果的准确度。

Description

一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法及装置，涉及导航中位置或航向的测定（G01P）领域。
背景技术
一般空间内定位一个物体的位置或者说坐标，类似室外GPS卫星定位，卫星定位一般最少要3颗星才能实现定位，蓝牙也是这个道理，只是这时的“卫星”换成了蓝牙信标（基站）。
比如说定位一个人，已知在室内有三个固定的蓝牙beacon，且在矢量地图（室内地图，在服务器端）的坐标已知。
单一的一个基站，就是一个固定坐标，只能能确定人在一个以固定坐标为圆心的圆上；最少需要3个固定的坐标，这三个圆在空间内相交，通过后台室内定位算法，就是一套数学运算关系，才能准确的确定人在哪个位置。
现有的蓝牙定位局限于矢量地图上（二维坐标系统），无法直接在GIS系统（经纬度）中展示。
发明内容
发明目的：提出一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法及装置，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：第一方面，提供一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、输入样本数据资料库；
步骤2、基于样本数据资料库获得当前位置的概率分布、并计算转移概率；
步骤3、结合概率分布及转移概率获取当前所有可能位置的幸存概率；
步骤4、构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至步骤2至步骤3进行校正、得出精定位点；
步骤5、将矢量地图定位结果转换为GIS系统定位结果。
在进一步的实施例中，步骤1中服务器端每隔预定时间采集多组样本数据并发送至蓝牙信标，每组样本数据按照信号强度值排列。
在第一方面的一些可实现方式中，步骤2进一步包括：将服务器端发送过来的样本数据与资料库的样本数据进行匹配，并将匹配结果归一化，得到当前位置在每个方格的概率分布：
步骤2-1、设定当前为A组，基于每个蓝牙信标的信号强度，得到一组最有可能位置的概率分布，此时对于M个蓝牙信标得到N个概率分布向量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
……
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
表示根据第M个蓝牙信标的信号强度指示值推出当前位置在放个N的概率；
步骤2-2、进行横向归一化处理，综合各蓝牙信标的数据，将上述得到的M个概率分布向量进行归一化处理，得到综合的N维向量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤2-3、计算当前位置的转移概率：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
表示从方格
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
转移至方格
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
的转移概率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
表示方格i的相邻方格的集合，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
表示邻居方格的个数，k表示转移系数，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
。
在第一方面的一些可实现方式中，步骤3进一步包括：
步骤3-1、结合用户移动定位历史路径对当前位置进行辅助定位，记t时刻之前的历史路径和t-1时刻的位置概率分布
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
，依次遍历所有方格，用户每一时刻t的位置为预定状态
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
，记
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
，则t时刻到达状态
Figure 846076DEST_PATH_IMAGE030
共有n(
Figure 262014DEST_PATH_IMAGE022
)条备选路径；
步骤3-2、遍历每条路径，选择
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
最大路径作为当前方格的幸存路径，选择
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
的最大值作为当前方格的幸存概率
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
。
在第一方面的一些可实现方式中，步骤4进一步包括：
步骤4-1、构建移动终端在距蓝牙信标d距离处的接收功率：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
表示额定蓝牙发射功率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
表示信号发射端天线增益，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
表示信号接收端天线增益，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
表示发射的信号波长；d表示移动终端与蓝牙信标的距离；
步骤4-2、根据步骤4-1中的接收功率构建自由空间的路径损耗：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
表示实际蓝牙发射功率，其余各符号含义同上；
步骤4中所述蓝牙定位解算法进一步定义蓝牙信标的节点坐标分别为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
；
定义未知节点的坐标为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
；
得出方程组：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
表示第一个蓝牙信标的坐标，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
表示第二个蓝牙信标的坐标，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE064
表示第m个蓝牙信标的坐标，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE066
表示第n个蓝牙信标的坐标。
在进一步的实施例中，步骤4-2中，当信号发射端和信号接收端的天线增益相同时，此时接收端信号功率为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
式中，n表示信号随距离衰减的路径损耗因子，由无线信号的传播环境决定；d表示移动终端与蓝牙信标的距离，其余各符号含义同上；
对上式两边取对数：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE070
对上式两边乘10，并联立参考距离为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE072
和距离为d的方程得：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE074
计算距离发射端距离为d时的接收信号功率：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE076
式中，A表示距离发射端距离为
Figure 266398DEST_PATH_IMAGE072
时的信号接收功率，其余各符号含义同上。
在第一方面的一些可实现方式中，步骤5进一步包括：
步骤5-1、根据定位区域，提供GIS系统的正北方向的正射图，及定位区域左下角的经纬度坐标(lng0,lat0)；
步骤5-2、蓝牙定位地图以上面的正北方向的正射图确定蓝牙信标的已知的二维坐标
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE078
；
步骤5-3、蓝牙定位引擎根据蓝牙定位原理实时算出定位卡片，在正北方向正射图上二维坐标
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE080
；
步骤5-4、将正北方向正射图上二维坐标
Figure 262036DEST_PATH_IMAGE080
转换成跟左下角坐标点的距离dx，dy；
步骤5-5、根据定位区域匹配地球的半径，已知左下角（lng0，lat0）GIS坐标，及定位卡片距左下角的距离（dx，dy），再根据GIS系统中的坐标转换公式，计算出定位卡片的GIS坐标(lng1，lat1)：
lng1 = lng0 + dx/[R*cos(lat0)*2π/360]
lat1 = lat0 +dy/ (R *2π/360)
式中，dx表示水平平移的距离，dy表示垂直平移的距离，R表示地球半径。
第二方面，提供一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位装置，该装置包括用于输入样本数据资料库的数据库模块；基于样本数据资料库获得当前位置的概率分布、并计算转移概率的转移概率计算模块；结合概率分布及转移概率获取当前所有可能位置的幸存概率的幸存概率计算模块；用于构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至转移概率计算模块和幸存概率计算模块进行校正、得出精定位点的校正模块；以及用于将矢量地图定位结果转换为GIS系统定位结果的定位转换模块。
在第二方面的一些可实现方式中，所述数据库模块中服务器端每隔预定时间采集多组样本数据并发送至蓝牙信标，每组样本数据按照信号强度值排列；
所述转移概率计算模块进一步用于将服务器端发送过来的样本数据与资料库的样本数据进行匹配，并将匹配结果归一化，得到当前位置在每个方格的概率分布：并设定当前为A组，基于每个蓝牙信标的信号强度，得到一组最有可能位置的概率分布，此时对于M个蓝牙信标得到N个概率分布向量
Figure 789969DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
……
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
其中
Figure 704704DEST_PATH_IMAGE010
表示根据第M个蓝牙信标的信号强度指示值推出当前位置在放个N的概率；
进行横向归一化处理，综合各蓝牙信标的数据，将上述得到的M个概率分布向量进行归一化处理，得到综合的N维向量
Figure 927875DEST_PATH_IMAGE012
；
计算当前位置的转移概率：
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
式中，
Figure 320679DEST_PATH_IMAGE016
表示从方格
Figure 312906DEST_PATH_IMAGE018
转移至方格
Figure 330366DEST_PATH_IMAGE020
的转移概率，
Figure 40834DEST_PATH_IMAGE022
表示方格i的相邻方格的集合，
Figure 909432DEST_PATH_IMAGE024
表示邻居方格的个数，k表示转移系数，其中
Figure 287324DEST_PATH_IMAGE026
；
所述幸存概率计算模块进一步用于结合用户移动定位历史路径对当前位置进行辅助定位，记t时刻之前的历史路径和t-1时刻的位置概率分布
Figure 215966DEST_PATH_IMAGE028
，依次遍历所有方格，用户每一时刻t的位置为预定状态
Figure 413729DEST_PATH_IMAGE030
，记
Figure 86019DEST_PATH_IMAGE032
，则t时刻到达状态
Figure 318417DEST_PATH_IMAGE030
共有n(
Figure 558905DEST_PATH_IMAGE022
)条备选路径；遍历每条路径，选择
Figure 103019DEST_PATH_IMAGE034
最大路径作为当前方格的幸存路径，选择
Figure 719945DEST_PATH_IMAGE036
的最大值作为当前方格的幸存概率
Figure 665905DEST_PATH_IMAGE038
。
在第二方面的一些可实现方式中，所述校正模块进一步用于构建移动终端在距蓝牙信标d距离处的接收功率：
Figure DEST_PATH_IMAGE040A
式中，
Figure 874032DEST_PATH_IMAGE042
表示额定蓝牙发射功率，
Figure 905442DEST_PATH_IMAGE044
表示信号发射端天线增益，
Figure 60480DEST_PATH_IMAGE046
表示信号接收端天线增益，
Figure 126525DEST_PATH_IMAGE048
表示发射的信号波长；d表示移动终端与蓝牙信标的距离；
根据接收功率构建自由空间的路径损耗：
Figure DEST_PATH_IMAGE050A
式中，
Figure 505554DEST_PATH_IMAGE052
表示实际蓝牙发射功率，其余各符号含义同上；
所述定位转换模块进一步用于根据定位区域，提供GIS系统的正北方向的正射图，及定位区域左下角的经纬度坐标(lng0,lat0)；
蓝牙定位地图以上面的正北方向的正射图确定蓝牙信标的已知的二维坐标
Figure 24260DEST_PATH_IMAGE078
；
蓝牙定位引擎根据蓝牙定位原理实时算出定位卡片，在正北方向正射图上二维坐标
Figure 982988DEST_PATH_IMAGE080
；
将正北方向正射图上二维坐标
Figure 637961DEST_PATH_IMAGE080
转换成跟左下角坐标点的距离dx，dy；
根据定位区域匹配地球的半径，已知左下角（lng0，lat0）GIS坐标，及定位卡片距左下角的距离（dx，dy），再根据GIS系统中的坐标转换公式，计算出定位卡片的GIS坐标(lng1，lat1)：
lng1 = lng0 + dx/[R*cos(lat0)*2π/360]
lat1 = lat0 +dy/ (R *2π/360)
式中，dx表示水平平移的距离，dy表示垂直平移的距离，R表示地球半径。
第三方面，提供了一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位设备，该设备包括：处理器，以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器读取并执行计算机程序指令时实现第一方面或第一方面的一些可实现方式中的室内蓝牙定位方法。
第四方面，，提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现第一方面或第一方面的一些可实现方式中的室内蓝牙定位的方法。
有益效果：本发明涉及一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法及装置，将蓝牙定位展示在GIS系统中，从而使蓝牙定位与GPS定位能互相结合。通过构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至转移概率计算模块和幸存概率计算模块，从而对定位结果进行校正，提高了定位结果的准确度。
附图说明
图1是本发明的工作流程图。
图2是本发明室内蓝牙定位系统的架构示意图。
图3是本发明中蓝牙信号传输衰减模型的示意图。
图4是本发明中原点纬度的切面半径示意图。
图5是本发明中已知左下角GIS坐标及定位卡片距左下角的距离，计算出定位卡片的GIS坐标的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
申请人认为，现有的蓝牙定位局限于矢量地图上（二维坐标系统），无法直接在GIS系统（经纬度）中展示。
为此，申请人提出一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，并进一步提出一种实现上述方法的装置、设备及计算机存储介质，将蓝牙定位展示在GIS系统中，从而使蓝牙定位与GPS定位能互相结合。
实施例一：
见图2，本系统包括数据库模块、转移概率计算模块、幸存概率计算模块、校正模块、以及定位转换模块。所述数据库模块用于输入样本数据资料库。所述转移概率计算模块基于样本数据资料库获得当前位置的概率分布、并计算转移概率。所述幸存概率计算模块结合概率分布及转移概率获取当前所有可能位置的幸存概率。所述校正模块用于构建蓝牙信号传输衰减模型，该衰减模型见图3，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至转移概率计算模块和幸存概率计算模块进行校正、得出精定位点。所述定位转换模块用于将矢量地图定位结果转换为GIS系统定位结果。
实施例二：
在实施例的基础之上，所述数据库模块中服务器端每隔预定时间采集多组样本数据并发送至蓝牙信标，每组样本数据按照信号强度值排列；
所述转移概率计算模块进一步用于将服务器端发送过来的样本数据与资料库的样本数据进行匹配，并将匹配结果归一化，得到当前位置在每个方格的概率分布：并设定当前为A组，基于每个蓝牙信标的信号强度，得到一组最有可能位置的概率分布，此时对于M个蓝牙信标得到N个概率分布向量
Figure 391153DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
……
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
其中
Figure 725051DEST_PATH_IMAGE010
表示根据第M个蓝牙信标的信号强度指示值推出当前位置在放个N的概率；
进行横向归一化处理，综合各蓝牙信标的数据，将上述得到的M个概率分布向量进行归一化处理，得到综合的N维向量
Figure 346525DEST_PATH_IMAGE012
；
计算当前位置的转移概率：
Figure DEST_PATH_IMAGE014AA
式中，
Figure 924180DEST_PATH_IMAGE016
表示从方格
Figure 848274DEST_PATH_IMAGE018
转移至方格
Figure 216939DEST_PATH_IMAGE020
的转移概率，
Figure 376524DEST_PATH_IMAGE022
表示方格i的相邻方格的集合，
Figure 147034DEST_PATH_IMAGE024
表示邻居方格的个数，k表示转移系数，其中
Figure 101084DEST_PATH_IMAGE026
；
所述幸存概率计算模块进一步用于结合用户移动定位历史路径对当前位置进行辅助定位，记t时刻之前的历史路径和t-1时刻的位置概率分布
Figure 222624DEST_PATH_IMAGE028
，依次遍历所有方格，用户每一时刻t的位置为预定状态
Figure 185900DEST_PATH_IMAGE030
，记
Figure 545338DEST_PATH_IMAGE032
，则t时刻到达状态
Figure 76813DEST_PATH_IMAGE030
共有n(
Figure 279124DEST_PATH_IMAGE022
)条备选路径；遍历每条路径，选择
Figure 921458DEST_PATH_IMAGE034
最大路径作为当前方格的幸存路径，选择
Figure 791194DEST_PATH_IMAGE036
的最大值作为当前方格的幸存概率
Figure 227992DEST_PATH_IMAGE038
。
所述校正模块进一步用于构建移动终端在距蓝牙信标d距离处的接收功率：
Figure DEST_PATH_IMAGE040AA
式中，
Figure 714337DEST_PATH_IMAGE042
表示额定蓝牙发射功率，
Figure 160362DEST_PATH_IMAGE044
表示信号发射端天线增益，
Figure 619025DEST_PATH_IMAGE046
表示信号接收端天线增益，
Figure 226724DEST_PATH_IMAGE048
表示发射的信号波长；d表示移动终端与蓝牙信标的距离；
根据接收功率构建自由空间的路径损耗：
Figure DEST_PATH_IMAGE050AA
式中，
Figure 200365DEST_PATH_IMAGE052
表示实际蓝牙发射功率，其余各符号含义同上；
当信号发射端和信号接收端的天线增益相同时，此时接收端信号功率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE068A
式中，n表示信号随距离衰减的路径损耗因子，由无线信号的传播环境决定；d表示移动终端与蓝牙信标的距离，其余各符号含义同上；
对上式两边取对数：
Figure DEST_PATH_IMAGE070A
对上式两边乘10，并联立参考距离为
Figure 43556DEST_PATH_IMAGE072
和距离为d的方程得：
Figure DEST_PATH_IMAGE074A
计算距离发射端距离为d时的接收信号功率：
Figure DEST_PATH_IMAGE076A
式中，A表示距离发射端距离为
Figure 498937DEST_PATH_IMAGE072
时的信号接收功率，其余各符号含义同上。
所述定位转换模块进一步用于根据定位区域，提供GIS系统的正北方向的正射图，及定位区域左下角的经纬度坐标(lng0,lat0)；
蓝牙定位地图以上面的正北方向的正射图确定蓝牙信标的已知的二维坐标
Figure 402171DEST_PATH_IMAGE078
；
蓝牙定位引擎根据蓝牙定位原理实时算出定位卡片，在正北方向正射图上二维坐标
Figure 207316DEST_PATH_IMAGE080
；
将正北方向正射图上二维坐标
Figure 729564DEST_PATH_IMAGE080
转换成跟左下角坐标点的距离dx，dy；
根据定位区域匹配地球的半径，已知左下角（lng0，lat0）GIS坐标，及定位卡片距左下角的距离（dx，dy），再根据GIS系统中的坐标转换公式，计算出定位卡片的GIS坐标(lng1，lat1)：
lng1 = lng0 + dx/[R*cos(lat0)*2π/360]
lat1 = lat0 +dy/ (R *2π/360)
式中，dx表示水平平移的距离，dy表示垂直平移的距离，R表示地球半径。
实施例三：
基于上述实施例一和实施例二，本实施例给出一个蓝牙定位方法，如图1，该方法包具体如下：
步骤1、输入样本数据资料库。服务器端每隔预定时间采集多组样本数据并发送至蓝牙信标，每组样本数据按照信号强度值排列。
步骤2、基于样本数据资料库获得当前位置的概率分布、并计算转移概率。
将服务器端发送过来的样本数据与资料库的样本数据进行匹配，并将匹配结果归一化，得到当前位置在每个方格的概率分布：
步骤2-1、设定当前为A组，基于每个蓝牙信标的信号强度，得到一组最有可能位置的概率分布，此时对于M个蓝牙信标得到N个概率分布向量
Figure 162820DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAA
……
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
其中
Figure 564851DEST_PATH_IMAGE010
表示根据第M个蓝牙信标的信号强度指示值推出当前位置在放个N的概率；
步骤2-2、进行横向归一化处理，综合各蓝牙信标的数据，将上述得到的M个概率分布向量进行归一化处理，得到综合的N维向量
Figure 450768DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤2-3、计算当前位置的转移概率：
Figure DEST_PATH_IMAGE014AAA
式中，
Figure 839024DEST_PATH_IMAGE016
表示从方格
Figure 861206DEST_PATH_IMAGE018
转移至方格
Figure 247188DEST_PATH_IMAGE020
的转移概率，
Figure 885980DEST_PATH_IMAGE022
表示方格i的相邻方格的集合，
Figure 750031DEST_PATH_IMAGE024
表示邻居方格的个数，k表示转移系数，其中
Figure 33245DEST_PATH_IMAGE026
。
步骤3、结合概率分布及转移概率获取当前所有可能位置的幸存概率。
步骤3-1、结合用户移动定位历史路径对当前位置进行辅助定位，记t时刻之前的历史路径和t-1时刻的位置概率分布
Figure 714762DEST_PATH_IMAGE028
，依次遍历所有方格，用户每一时刻t的位置为预定状态
Figure 450636DEST_PATH_IMAGE030
，记
Figure 243012DEST_PATH_IMAGE032
，则t时刻到达状态
Figure 115153DEST_PATH_IMAGE030
共有n(
Figure 967571DEST_PATH_IMAGE022
)条备选路径；
步骤3-2、遍历每条路径，选择
Figure 190742DEST_PATH_IMAGE034
最大路径作为当前方格的幸存路径，选择
Figure 521230DEST_PATH_IMAGE036
的最大值作为当前方格的幸存概率
Figure 513456DEST_PATH_IMAGE038
。
步骤4、构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至步骤2至步骤3进行校正、得出精定位点。
步骤4-1、构建移动终端在距蓝牙信标d距离处的接收功率：
Figure DEST_PATH_IMAGE040AAA
式中，
Figure 599093DEST_PATH_IMAGE042
表示额定蓝牙发射功率，
Figure 43981DEST_PATH_IMAGE044
表示信号发射端天线增益，
Figure 184018DEST_PATH_IMAGE046
表示信号接收端天线增益，
Figure 296331DEST_PATH_IMAGE048
表示发射的信号波长；d表示移动终端与蓝牙信标的距离；
步骤4-2、根据步骤4-1中的接收功率构建自由空间的路径损耗：
Figure DEST_PATH_IMAGE050AAA
式中，
Figure 287289DEST_PATH_IMAGE052
表示实际蓝牙发射功率，其余各符号含义同上；当信号发射端和信号接收端的天线增益相同时，此时接收端信号功率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE068AA
式中，n表示信号随距离衰减的路径损耗因子，由无线信号的传播环境决定；d表示移动终端与蓝牙信标的距离，其余各符号含义同上；
对上式两边取对数：
Figure DEST_PATH_IMAGE070AA
对上式两边乘10，并联立参考距离为
Figure 468741DEST_PATH_IMAGE072
和距离为d的方程得：
Figure DEST_PATH_IMAGE074AA
计算距离发射端距离为d时的接收信号功率：
Figure DEST_PATH_IMAGE076AA
式中，A表示距离发射端距离为
Figure 875451DEST_PATH_IMAGE072
时的信号接收功率，其余各符号含义同上。
步骤4中所述蓝牙定位解算法进一步定义蓝牙信标的节点坐标分别为：
Figure 966904DEST_PATH_IMAGE054
；
定义未知节点的坐标为
Figure 207393DEST_PATH_IMAGE056
；
得出方程组：
Figure 17086DEST_PATH_IMAGE058
式中，
Figure 368433DEST_PATH_IMAGE060
表示第一个蓝牙信标的坐标，
Figure 455337DEST_PATH_IMAGE062
表示第二个蓝牙信标的坐标，
Figure 991361DEST_PATH_IMAGE064
表示第m个蓝牙信标的坐标，
Figure 898137DEST_PATH_IMAGE066
表示第n个蓝牙信标的坐标。
步骤5、将矢量地图定位结果转换为GIS系统定位结果，见图4、图5：
步骤5-1、根据定位区域，提供GIS系统的正北方向的正射图，及定位区域左下角的经纬度坐标(lng0,lat0)；
步骤5-2、蓝牙定位地图以上面的正北方向的正射图确定蓝牙信标的已知的二维坐标
Figure 912229DEST_PATH_IMAGE078
；此坐标为蓝牙信标的坐标；
步骤5-3、蓝牙定位引擎根据蓝牙定位原理实时算出定位卡片，在正北方向正射图上二维坐标
Figure 853640DEST_PATH_IMAGE080
；此坐标为定位卡片的坐标；
步骤5-4、将正北方向正射图上二维坐标
Figure 560565DEST_PATH_IMAGE080
转换成跟左下角坐标点的距离dx，dy；
步骤5-5、根据定位区域匹配地球的半径，（中国所处区域应选用EPSG:4326 WGS84坐标系，此时地球半径取值6378137米）。已知左下角（lng0，lat0）GIS坐标，及定位卡片距左下角的距离（dx，dy），再根据GIS系统中的坐标转换公式，计算出定位卡片的GIS坐标(lng1，lat1)：
lng1 = lng0 + dx/[R*cos(lat0)*2π/360]
lat1 = lat0 +dy/ (R *2π/360)
式中，dx表示水平平移的距离，dy表示垂直平移的距离，R表示地球半径。
原点所在的纬度，是一个有用的值，通过它可以知道当前纬度的那个切面的半径长度，下图红线所示用arc表示。地球的半径是R，从图4和图5中可以得出：原点的纬度的切面半径 arc = R*cos(lat0)。
以上的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(Radio Frequency，RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
综上，本发明提出一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法及系统，将蓝牙定位展示在GIS系统中，从而使蓝牙定位与GPS定位能互相结合。通过构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至转移概率计算模块和幸存概率计算模块，从而对定位结果进行校正，提高了定位结果的准确度。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1、输入样本数据资料库；
步骤2、基于样本数据资料库获得当前位置的概率分布、并计算转移概率；
步骤3、结合概率分布及转移概率获取当前所有可能位置的幸存概率；
步骤4、构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至步骤2至步骤3进行校正、得出精定位点；
步骤5、将矢量地图定位结果转换为GIS系统定位结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，其特征在于：步骤1中服务器端每隔预定时间采集多组样本数据并发送至蓝牙信标，每组样本数据按照信号强度值排列。
3.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，其特征在于，步骤2进一步包括：将服务器端发送过来的样本数据与资料库的样本数据进行匹配，并将匹配结果归一化，得到当前位置在每个方格的概率分布：
步骤2-1、设定当前为A组，基于每个蓝牙信标的信号强度，得到一组最有可能位置的概率分布，此时对于M个蓝牙信标得到N个概率分布向量
Figure DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
……
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示根据第M个蓝牙信标的信号强度指示值推出当前位置在放个N的概率；
步骤2-2、进行横向归一化处理，综合各蓝牙信标的数据，将上述得到的M个概率分布向量进行归一化处理，得到综合的N维向量
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤2-3、计算当前位置的转移概率：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示从方格
Figure DEST_PATH_IMAGE018
转移至方格
Figure DEST_PATH_IMAGE020
的转移概率，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示方格i的相邻方格的集合，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
表示邻居方格的个数，k表示转移系数，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE026
。
4.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，其特征在于，步骤3进一步包括：
步骤3-1、结合用户移动定位历史路径对当前位置进行辅助定位，记t时刻之前的历史路径和t-1时刻的位置概率分布
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，依次遍历所有方格，用户每一时刻t的位置为预定状态
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，记
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，则t时刻到达状态
Figure 1507DEST_PATH_IMAGE030
共有n(
Figure 512123DEST_PATH_IMAGE022
)条备选路径；
步骤3-2、遍历每条路径，选择
Figure DEST_PATH_IMAGE034
最大路径作为当前方格的幸存路径，选择
Figure DEST_PATH_IMAGE036
的最大值作为当前方格的幸存概率
Figure DEST_PATH_IMAGE038
。
5.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，其特征在于，步骤4进一步包括：
步骤4-1、构建移动终端在距蓝牙信标d距离处的接收功率：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
表示额定蓝牙发射功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
表示信号发射端天线增益，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
表示信号接收端天线增益，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
表示发射的信号波长；d表示移动终端与蓝牙信标的距离；
步骤4-2、根据步骤4-1中的接收功率构建自由空间的路径损耗：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
表示实际蓝牙发射功率，其余各符号含义同上；
步骤4中所述蓝牙定位解算法进一步定义蓝牙信标的节点坐标分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
；
定义未知节点的坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；
得出方程组：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
表示第一个蓝牙信标的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE062
表示第二个蓝牙信标的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE064
表示第m个蓝牙信标的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE066
表示第n个蓝牙信标的坐标。
6.根据权利要求5所述的一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，其特征在于，步骤4-2中，当信号发射端和信号接收端的天线增益相同时，此时接收端信号功率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
式中，n表示信号随距离衰减的路径损耗因子，由无线信号的传播环境决定；d表示移动终端与蓝牙信标的距离，其余各符号含义同上；
对上式两边取对数：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
对上式两边乘10，并联立参考距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE072
和距离为d的方程得：
Figure DEST_PATH_IMAGE074
计算距离发射端距离为d时的接收信号功率：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
式中，A表示距离发射端距离为
Figure 17492DEST_PATH_IMAGE072
时的信号接收功率，其余各符号含义同上。
7.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位方法，其特征在于，步骤5进一步包括：
步骤5-1、根据定位区域，提供GIS系统的正北方向的正射图，及定位区域左下角的经纬度坐标(lng0,lat0)；
步骤5-2、蓝牙定位地图以正北方向的正射图确定蓝牙信标的已知的二维坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE078
；
步骤5-3、蓝牙定位引擎根据蓝牙定位原理实时算出定位卡片，在正北方向正射图上二维坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE080
；
步骤5-4、将正北方向正射图上二维坐标
Figure 68493DEST_PATH_IMAGE080
转换成跟左下角坐标点的距离dx，dy；
步骤5-5、根据定位区域匹配地球的半径，已知左下角（lng0，lat0）GIS坐标，及定位卡片距左下角的距离（dx，dy），再根据GIS系统中的坐标转换公式，计算出定位卡片的GIS坐标(lng1，lat1)：
lng1 = lng0 + dx/[R*cos(lat0)*2π/360]
lat1 = lat0 +dy/ (R *2π/360)
式中，dx表示水平平移的距离，dy表示垂直平移的距离，R表示地球半径。
8.一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位装置，其特征是，所述装置包括：
用于输入样本数据资料库的数据库模块；
基于样本数据资料库获得当前位置的概率分布、并计算转移概率的转移概率计算模块；
结合概率分布及转移概率获取当前所有可能位置的幸存概率的幸存概率计算模块；
用于构建蓝牙信号传输衰减模型，利用蓝牙定位解算法计算粗定位点，并以该模型反哺至转移概率计算模块和幸存概率计算模块进行校正、得出精定位点的校正模块；
用于将矢量地图定位结果转换为GIS系统定位结果的定位转换模块。
9.一种基于地理信息系统的室内蓝牙定位设备，其特征在于，所述设备包括：
处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
所述处理器读取并执行所述计算机程序指令，以实现如权利要求1-7任意一项所述的室内蓝牙定位方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的室内蓝牙定位方法。
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