CN113115245B - 基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统，包括部署在预设全局室内路网结构上的若干个蓝牙信标，移动终端、处理器和存储有计算机程序的存储器，所述蓝牙信标上存储有对应的局部路网信息，所述局部路网信息包括与该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标id、蓝牙信标位置信息以及该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标之间的连线所构建的局部路网结构，M=1,2,3或4；所述蓝牙信标实时广播蓝牙信息，所述蓝牙信息包括对应的所述局部路网信息；所述移动终端上设置有蓝牙采集模块，用于采集所述蓝牙信息。本发明减少了室内定位的计算量并提高了室内定位的精确度。

Description

基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统。

背景技术

现有的室内定位技术主要包括纯蓝牙定位技术，蓝牙定位贴合路网定位技术、或者采用复杂的滤波算法融合惯性传感器、室内的语义地图与路网信息与蓝牙定位技术。其中，蓝牙定位技术可以基于非常小的算力达到米级、分米级的定位结果，但定位精度不高，且由于蓝牙通常需要设置在三五米高度，因此在中庭或礼堂等场景下无法部署蓝牙，在蓝牙不能部署的地方则不能使用蓝牙定位。蓝牙定位贴合路网定位技术会出现蓝牙定位精度本身不高导致路网贴合错误，也无法保证定位精确度。复杂的滤波算法计算量大，会导致端上算力不足，需要设备传输到云上解算。由此可知，如何减少室内定位的计算量并提高室内定位的精确度成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于，提供一种基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统，减少了室内定位的计算量并提高了室内定位的精确度。

根据本发明一方面，提供了一种基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统，包括部署在预设全局室内路网结构上的若干个蓝牙信标，移动终端、处理器和存储有计算机程序的存储器，所述蓝牙信标上存储有对应的局部路网信息，所述局部路网信息包括与该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标id、蓝牙信标位置信息以及该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标之间的连线所构建的局部路网结构，M=1,2,3或4；所述蓝牙信标实时广播蓝牙信息，所述蓝牙信息包括对应的所述局部路网信息；所述移动终端上设置有蓝牙采集模块，用于采集所述蓝牙信息，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现以下步骤：

步骤S1、获取当前时刻所采集的蓝牙信息列表，并将蓝牙信号最强的蓝牙信标确定为第一蓝牙信标，将除所述第一蓝牙信标外蓝牙信号强度排在前N的蓝牙信标确定为第二蓝牙信标；

步骤S2、分别获取所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标的信号强度和蓝牙信标位置，并进行蓝牙定位，生成第一定位点；

步骤S3、从所述第一蓝牙信标对应的蓝牙信息中获取对应的局部路网信息，判断所述第一定位点是否位于该局部路网上，若位于，则将所述第一定位点确定为目标定位信息，否则，基于所述第一定位点向所述局部路网信息的每一局部路径作垂线，并将最短垂线对应的垂足点确定为目标定位信息。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明提供的一种基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本发明在每一蓝牙信标上存储对应的局部路网信息，基于局部路网信息进行蓝牙定位，无需基于全局路信息进行计算，减少了计算量，使得低功率终端设备也可以基于用局部路网进行蓝牙定位，且基于局部路网结合蓝牙定位，大大提高了定位准确性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统示意图；

图2为本发明实施例提供的基于蓝牙和室内路网信息的室内定位流程图；

图3为本发明实施例提供的全局室内路网结构示意图；

图4为本发明实施例提供的基于全局室内路网结构布置蓝牙信标的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统的具体实施方式及其功效，详细说明如后。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

本发明实施例提供了一种基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统，如图1所示，包括部署在预设全局室内路网结构上的若干个蓝牙信标，移动终端、处理器和存储有计算机程序的存储器，所述蓝牙信标上存储有对应的局部路网信息，所述局部路网信息包括与该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标id、蓝牙信标位置信息以及该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标之间的连线所构建的局部路网结构，M=1,2,3或4；所述蓝牙信标实时广播蓝牙信息，所述蓝牙信息包括对应的所述局部路网信息，可以理解的是，所述蓝牙信息还包括蓝牙信号和蓝牙数据包，所述蓝牙数据包中具体可包括蓝牙信标id和蓝牙信标位置信息。所述移动终端上设置有蓝牙采集模块，用于采集所述蓝牙信息。可以理解的是，所述处理器和存储器可以部署在所述移动终端中，也可以部署在服务器（图1以部署在服务器中进行说明），服务器可以为一个云端服务器，也可以为包括多个服务器的服务器群组；移动终端可以物理实现为智能手机、PAD等能够安装蓝牙采集模块移动设备。本领域技术人员知晓，服务器和移动终端的型号、规格等参数并不影响本发明的保护范围。当所述处理器执行所述计算机程序时，如图2所示，实现以下步骤：

步骤S1、获取当前时刻所采集的蓝牙信息列表，并将蓝牙信号最强的蓝牙信标确定为第一蓝牙信标，将除所述第一蓝牙信标外蓝牙信号强度排在前N的蓝牙信标确定为第二蓝牙信标；

步骤S2、分别获取所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标的信号强度和蓝牙信标位置，并进行蓝牙定位，生成第一定位点；

步骤S3、从所述第一蓝牙信标对应的蓝牙信息中获取对应的局部路网信息，判断所述第一定位点是否位于该局部路网上，若位于，则将所述第一定位点确定为目标定位信息，否则，基于所述第一定位点向所述局部路网信息的每一局部路径作垂线，并将最短垂线对应的垂足点确定为目标定位信息。

可以理解的是，正常情况下，基于步骤S3是能够获取到目标定位信息，若无法获取到，说明本地定位结果错误，则不再输出本地目标定位信息，跳转进入步骤S1，重新进行下一轮定位。

本发明实施例在每一蓝牙信标上存储对应的局部路网信息，基于局部路网信息进行蓝牙定位，无需基于全局路信息进行计算，减少了计算量，使得低功率终端设备也可以基于用局部路网进行蓝牙定位，且基于局部路网结合蓝牙定位，大大提高了定位准确性。

作为一种实施例，当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S10、将室内可通行路径的终点以及路径交点确定为全局路径节点，将两个相邻全局路径节点之间的连线构成一条全局路径；

步骤S20、基于所有全局路径节点和全局路径生成所述预设全局室内路网结构。

通过步骤S10-步骤S20所生成的室内路网结构包括多条全局路径和多个全局路径节点，所述全局路径节点包括路径终点和路径交点，相邻两个全局路径节点之间的连线构成一条全局路径，如图3所示示例，图3中黑色区域表示不可通行区域，白色区域表示可通行区域，路网结构设置在可通行区域，每一圆形表示一个全局路径节点。

作为一种实施例，当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S100、在每一所述全局路网节点上对应设置一个蓝牙信标；

步骤S200、判断每一路径长度是否大于预设距离最大值，若大于，则在该路径上再布置一个或多个蓝牙信标，使得该路径上每两个相邻蓝牙信标之间的距离均在预设距离最小值和预设距离最大值之间。仍基于与图3所示示例，基于步骤S100-步骤S200布置好蓝牙信标后的全局路网结构示意图如图4所示，图4中，每一个正方形与圆形叠加的图形代表一个蓝牙信标。

作为一种优选示例，所述预设距离最小值为3米，预设距离最大值为5米，但可以理解的是，预设距离最小值和预设距离最大值的具体取值根据具体室内场景以及所需要的室内定位精度来设定。

在图4构建的全局路网的基础上，所述局部路网结构包括局部路网节点和局部路径，其中，该蓝牙信标以及与该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标所处位置分别对应一个局部路径节点，两个局部路径节点之间的路线为局部路径。如图4所示，与蓝牙信标A直接连接的蓝牙信标为蓝牙信标B、蓝牙信标C和蓝牙信标D， 蓝牙信标A与蓝牙信标B、蓝牙信标C和蓝牙信标D的局部路径分别为路径AB，路径AC和路径AD，则蓝牙信标A、蓝牙信标B、蓝牙信标C、蓝牙信标D、路径AB，路径AC和路径AD共同组成所述蓝牙信标A所存储的局部路网结构。

具体可通过以下两种实施方式获取与该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标所处位置：

实施方式一、

每一蓝牙信标中存储有一个位图文件（bitmap），所述bitmap存储有全局路网结构中的蓝牙信标id，以及对应的连接状态信息，连接状态为“1”表示直接连接，连接状态为“0”表示非直接连接，当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S110、遍历每一蓝牙信标所存储的bitmap，将连接状态为“1”的蓝牙信标id确定为与该蓝牙信标直接相连的蓝牙信标id。

实施方式二、

每一蓝牙信标中存储有对应的位置X轴、Y轴坐标信息和角度标识信息，所述角度标识表示基于该蓝牙信标位置所在路径与下一能够直接到达的蓝牙信标所在路径的夹角，当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S120、遍历所有蓝牙信标中存储有对应的位置坐标信息和角度标识信息；

步骤S130、以每一蓝牙信标为基准，将与该蓝牙信标X轴坐标差一级Y轴坐标差均处于预设距离最小值和预设距离最大值之间，且存在相同的角度标识信息的蓝牙信标id确定为与该蓝牙信标直接相连的蓝牙信标id。

作为一种实施例，所述步骤S3可包括：

步骤S31、若N=2，则基于所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标中每一蓝牙信标的信号强度RSSI和预设的无线电衰减模型生成移动终端距离该蓝牙信标的距离：

d = 10^((abs(RSSI) - A) / (10 * s))

其中，A表示蓝牙信标和移动终端距离1米时的信号强度，s为预设的环境衰减因子；

步骤S32、基于所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标的位置，以及与移动终端的距离进行三点定位算法，生成所述目标定位信息。

可以理解的是，当获取三个点的坐标，以及移动终端距离这三个点的距离后，直接采用现有的三点定位算法即可，现有的三点定位算法不再展开描述。

作为一种实施例，所述步骤S3还可包括：

步骤S301、获取所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标中每一蓝牙信标的蓝牙信号强度值RSSI（m），m=1,2，…N+1，将第一蓝牙信标对应的RSSI（m）确定为RSSI（max），

步骤S302、基于RSSI（m）、RSSI（max）为第m个的蓝牙信标分配权重：

W（m）= 1/（RSSI（max）- RSSI（m）+ 2）

其中，W（m）表示第m个蓝牙信标的权重；

步骤S300、基于所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标中每一蓝牙信标的对应的信标位置以及对应的权重请取质心位置，作为所述目标蓝牙定位信息。

可以理解的是，当获取到多个蓝牙信标位置，以及对应的权重，可以直接采用现有的多边形质心定位算法求得质心位置，多边形质心定位算法细节在此不再展开描述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于蓝牙和室内路网信息的室内定位系统，其特征在于，

包括部署在预设全局室内路网结构上的若干个蓝牙信标，移动终端、处理器和存储有计算机程序的存储器，所述蓝牙信标上存储有对应的局部路网信息，所述局部路网信息包括与该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标id、蓝牙信标位置信息以及该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标之间的连线所构建的局部路网结构，M=1,2,3或4；所述蓝牙信标实时广播蓝牙信息，所述蓝牙信息包括对应的所述局部路网信息；所述移动终端上设置有蓝牙采集模块，用于采集所述蓝牙信息，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现以下步骤：

步骤S1、获取当前时刻所采集的蓝牙信息列表，并将蓝牙信号最强的蓝牙信标确定为第一蓝牙信标，将除所述第一蓝牙信标外蓝牙信号强度排在前N的蓝牙信标确定为第二蓝牙信标；

步骤S2、分别获取所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标的信号强度和蓝牙信标位置，并进行蓝牙定位，生成第一定位点；

步骤S3、从所述第一蓝牙信标对应的蓝牙信息中获取对应的局部路网信息，判断所述第一定位点是否位于该局部路网上，若位于，则将所述第一定位点确定为目标定位信息，否则，基于所述第一定位点向所述局部路网信息的每一局部路径作垂线，并将最短垂线对应的垂足点确定为目标定位信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S10、将室内可通行路径的终点以及路径交点确定为全局路径节点，将两个相邻全局路径节点之间的连线构成一条全局路径；

步骤S20、基于所有全局路径节点和全局路径生成所述预设全局室内路网结构。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S100、在每一所述全局路网节点上对应设置一个蓝牙信标；

步骤S200、判断每一路径长度是否大于预设距离最大值，若大于，则在该路径上再布置一个或多个蓝牙信标，使得该路径上每两个相邻蓝牙信标之间的距离均在预设距离最小值和预设距离最大值之间。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述预设距离最小值为3米，预设距离最大值为5米。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述局部路网结构包括局部路网节点和局部路径，其中，该蓝牙信标以及与该蓝牙信标直接相连的M个蓝牙信标所处位置分别对应一个局部路径节点，两个局部路径节点之间的路线为局部路径。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

每一蓝牙信标中存储有一个bitmap，所述bitmap存储有全局路网结构中的蓝牙信标id，以及对应的连接状态信息，连接状态为“1”表示直接连接，连接状态为“0”表示非直接连接，当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S110、遍历每一蓝牙信标所存储的bitmap，将连接状态为“1”的蓝牙信标id确定为与该蓝牙信标直接相连的蓝牙信标id。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

每一蓝牙信标中存储有对应的位置X轴、Y轴坐标信息和角度标识信息，所述角度标识表示基于该蓝牙信标位置所在路径与下一能够直接到达的蓝牙信标所在路径的夹角，当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S120、遍历所有蓝牙信标中存储有对应的位置坐标信息和角度标识信息；

步骤S130、以每一蓝牙信标为基准，将与该蓝牙信标X轴坐标差一级Y轴坐标差均处于预设距离最小值和预设距离最大值之间，且存在相同的角度标识信息的蓝牙信标id确定为与该蓝牙信标直接相连的蓝牙信标id。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述步骤S3包括：

步骤S31、若N=2，则基于所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标中每一蓝牙信标的信号强度RSSI和预设的无线电衰减模型生成移动终端距离该蓝牙信标的距离：

d = 10^((abs(RSSI) - A) / (10 * s))

其中，A表示蓝牙信标和移动终端距离1米时的信号强度，s为预设的环境衰减因子；

步骤S32、基于所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标的位置，以及与移动终端的距离进行三点定位算法，生成所述目标定位信息。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述步骤S3包括：

步骤S301、获取所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标中每一蓝牙信标的蓝牙信号强度值RSSI（m），m=1,2，…N+1，将第一蓝牙信标对应的RSSI（m）确定为RSSI（max），

步骤S302、基于RSSI（m）、RSSI（max）为第m个的蓝牙信标分配权重：

W（m）= 1/（RSSI（max）- RSSI（m）+ 2）

其中，W（m）表示第m个蓝牙信标的权重；

步骤S300、基于所述第一蓝牙信标以及N个第二蓝牙信标中每一蓝牙信标的对应的信标位置以及对应的权重请取质心位置，作为所述目标蓝牙定位信息。

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