CN117896827A - 一种基于蓝牙的室内定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于蓝牙的室内定位方法及系统，系统包括定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标：定位设备在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；所述定位设备接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；所述定位设备根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。本申请避免了计算出的距离值与实际存在较大误差，从而提高了蓝牙定位结果的精确度。

Description

一种基于蓝牙的室内定位方法及系统

技术领域

本申请涉及定位技术领域，具体涉及一种基于蓝牙的室内定位方法及系统。

背景技术

基于蓝牙的室内定位技术主要利用蓝牙信号强度值来计算位置。在室内布置一定数量的固定蓝牙设备，这些设备的坐标是已知的。当一个带有蓝牙功能的设备进入这些蓝牙设备的信号范围内时，它会接收到这些蓝牙设备的信号。通过测量信号强度值，可以估算出设备与各个固定蓝牙设备之间的距离。

由于信号强度值受到不同环境的影响较大，同时测量本身存在误差，导致现有的蓝牙定位结果精确度不高，影响用户体验。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于蓝牙的室内定位方法及系统，能够提高蓝牙定位结果的精确度。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于蓝牙的室内定位方法，应用于定位系统，所述定位系统包括定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标，所述定位设备中存储有所述至少三个蓝牙信标的序列号和对应坐标，所述方法包括：

所述定位设备在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；

所述定位设备接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；

所述定位设备根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；

所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标，包括：

所述定位设备使用卡尔曼滤波算法平滑三个所述蓝牙信标的距离值；

所述定位设备根据使用卡尔曼滤波算法处理过的三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标，包括：

所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，通过三角定位算法计算出该定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述蓝牙信标的广播内容包含该蓝牙信标的序列号。

在本申请的一些实施方式中，所述测距公式如下：

；

其中，d表示计算所得距离值，RSSI表示定位设备接收的蓝牙信标的信号强度值，A表示蓝牙信标和定位设备相隔1m时的信号强度，n表示测距公式中使用的常量，该常量表示环境衰减因子。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于蓝牙的室内定位系统，包括：定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标，所述定位设备中存储有所述至少三个蓝牙信标的序列号和对应坐标：

所述定位设备，用于在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；

所述定位设备，用于接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；

所述定位设备，用于根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；

所述定位设备，用于根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述定位设备，具体用于：

使用卡尔曼滤波算法平滑三个所述蓝牙信标的距离值；

根据使用卡尔曼滤波算法处理过的三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述定位设备，具体用于：

根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，通过三角定位算法计算出该定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述蓝牙信标的广播内容包含该蓝牙信标的序列号。

在本申请的一些实施方式中，所述测距公式如下：

；

其中，d表示计算所得距离值，RSSI表示定位设备接收的蓝牙信标的信号强度值，A表示蓝牙信标和定位设备相隔1m时的信号强度，n表示测距公式中使用的常量，该常量表示环境衰减因子。

相较于现有技术，本申请提供的基于蓝牙的室内定位系统，包括定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标，所述定位设备中存储有所述至少三个蓝牙信标的序列号和对应坐标：所述定位设备在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；所述定位设备接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；所述定位设备根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。可见，本申请首先测得了受到室内环境影响的测距公式中使用的常量的值，避免了因为室内环境不同，信号强度值与距离值的换算关系不同导致的计算出的距离值与实际存在较大误差，从而提高了蓝牙定位结果的精确度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请实施例所提供的一种基于蓝牙的室内定位系统的结构示意图；

图2示出了本申请实施例所提供的一种基于蓝牙的室内定位方法的流程图；

图3示出了本申请实施例所提供的一种在室内建立的平面直角坐标系的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了解决现有的蓝牙定位不准确的问题，本申请提出一种基于蓝牙的室内定位方法及系统。

请参考图1，图1是本申请实施例提供的一种基于蓝牙的室内定位系统的结构示意图。所述室内定位系统包括定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标，所述定位设备中存储有所述至少三个蓝牙信标的序列号和对应坐标。

具体的，在需要定位的室内空间建立平面直角坐标系，在适当位置布置多个蓝牙信标，要求任意三个蓝牙信标不共线，为每个蓝牙信标分配一个不同的序列号，以唯一确定特定的蓝牙信标，记录蓝牙信标的坐标，将每个蓝牙信标的序列号与坐标对应起来，保存在定位设备中，蓝牙信标通过低功耗蓝牙发射广播，广播内容包含自己的序列号，定位设备在室内空间时，至少能接收到三个蓝牙信标的广播。

请参考图2，图2是本申请实施例提供的一种基于蓝牙的室内定位方法的流程图，该方法应用于图1所示的室内定位系统，该方法包括以下步骤：

S101、所述定位设备在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；

所述测距公式如下：

；

其中，d表示计算所得距离值，单位:m；RSSI表示定位设备接收的蓝牙信标的信号强度值，单位:dB；A表示蓝牙信标和定位设备相隔1m时的信号强度；n表示测距公式中使用的常量，该常量表示环境衰减因子。

如图3所示，在室内建立平面直角坐标系，布置多个蓝牙信标，保证定位设备至少能接收到三个蓝牙信标的广播。在室内测量多组信号强度值与距离值，确定测距公式中使用的常量的值，避免因为室内环境不同，信号强度值与距离值的换算关系不同，计算出的距离值与实际存在较大误差。

例如，测量两组不同的d值与RSSI值，分别为(0.7m,-64.3dB)，(1.6m,-71.9dB)；

根据距离与信号强度计算n值公式：

;

根据距离与信号强度计算A值公式：

;

将两组d值与RSSI值代入上述公式中，确定测距公式中常量值A值为-67.5dB，n值为2.14，进而得到目标测距公式。

S102、所述定位设备接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；

其中，所述蓝牙信标的广播内容包含该蓝牙信标的序列号。定位设备可以根据序列号得到蓝牙信标在预先建立的平面直角坐标系中的坐标。

S103、所述定位设备根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；

S104、所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。

上述步骤S104可以具体实现为：所述定位设备使用卡尔曼滤波算法平滑三个所述蓝牙信标的距离值；所述定位设备根据使用卡尔曼滤波算法处理过的三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出定位设备的坐标。具体的，所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，通过三角定位算法计算出该定位设备的坐标。

例如，三个蓝牙信标的坐标为信标1:（0，0），信标2:（2，5），信标3:（5，2）。定位设备计算出与上述三个蓝牙信标的距离为：信标1：5.29m，信标2：1.49m，信标3：2.8m。

假设三个信标的坐标分别为(xa,ya)，(xb,yb)，(xc,yc)，与定位设备的距离为da，db，dc，可列出如下方程组：

将本实例中，三个信标的坐标与距离值：信标1:（0,0）5.29m，信标2:（2,5）1.49m，信标3：（5,2）2.8m，代入到上述方程组中，解得x=3.24，y=4.18，则（3.24，4.18）即为定位设备的坐标。

本申请中，根据接收到的蓝牙信标广播的信号强度值，计算定位设备与蓝牙信标的距离值，并使用卡尔曼滤波方法平滑计算值。具体的，定位设备接收蓝牙信标的广播，获得蓝牙信标的信号强度值和序列号，将信号强度值代入步骤S101中确定的目标测距公式中，计算出蓝牙信标的距离值，受到环境影响，信号强度值的测量存在误差，进一步导致计算的距离值存在误差，采用卡尔曼滤波方法，对距离值进行最优估计，以平滑距离值的计算结果。定位设备获得蓝牙信标的序列号，在保存的数据中找到对应蓝牙信标的坐标，根据与三个蓝牙信标的距离值以及三个蓝牙信标的坐标，通过三角定位原理，计算出定位设备的坐标。

可见，本申请通过实地测量确定公式常量，避免使用通用公式计算时，由于不同环境的影响，距离值计算不准确。采用卡尔曼滤波方法，对距离值进行最优估计，以平滑距离值的计算结果。减小误差，提高了定位结果的精确度。

本申请中，基于蓝牙的室内定位包括多个蓝牙信标和定位设备，测量室内信号强度值和距离值，确定测距公式中的常量值，在室内布置至少三个蓝牙信标，且三个蓝牙信标不共线，定位设备扫描蓝牙信标的广播，获得蓝牙信标的坐标和信号强度值，通过信号强度值计算与蓝牙信标的距离值，使用卡尔曼滤波平滑计算结果，结合距离值与蓝牙信标的坐标计算出定位设备的位置坐标。使用本申请的基于蓝牙的室内定位方法，可以减少信号强度值测量波动带来的误差，获得更精确的室内定位结果。

在上述的实施例中，提供了一种基于蓝牙的室内定位方法，与之相对应的，本申请还提供一种基于蓝牙的室内定位系统。本申请实施例提供的基于蓝牙的室内定位系统可以实施上述基于蓝牙的室内定位方法，该基于蓝牙的室内定位装置可以包括集成的或分开的功能模块或单元来执行上述各方法中的对应步骤。基于蓝牙的室内定位系统包括：定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标，所述定位设备中存储有所述至少三个蓝牙信标的序列号和对应坐标：

所述定位设备，用于在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；

所述定位设备，用于接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；

所述定位设备，用于根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；

所述定位设备，用于根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述定位设备，具体用于：

使用卡尔曼滤波算法平滑三个所述蓝牙信标的距离值；

根据使用卡尔曼滤波算法处理过的三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述定位设备，具体用于：

根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，通过三角定位算法计算出该定位设备的坐标。

在本申请的一些实施方式中，所述蓝牙信标的广播内容包含该蓝牙信标的序列号。

在本申请的一些实施方式中，所述测距公式如下：

；

其中，d表示计算所得距离值，RSSI表示定位设备接收的蓝牙信标的信号强度值，A表示蓝牙信标和定位设备相隔1m时的信号强度，n表示测距公式中使用的常量，该常量表示环境衰减因子。

本申请实施例提供的基于蓝牙的室内定位系统包括：定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标，所述定位设备中存储有所述至少三个蓝牙信标的序列号和对应坐标：所述定位设备在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；所述定位设备接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；所述定位设备根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。可见，本申请首先测得了受到室内环境影响的测距公式中使用的常量的值，避免了因为室内环境不同，信号强度值与距离值的换算关系不同导致的计算出的距离值与实际存在较大误差，从而提高了蓝牙定位结果的精确度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种基于蓝牙的室内定位方法，其特征在于，应用于定位系统，所述定位系统包括定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标，所述定位设备中存储有所述至少三个蓝牙信标的序列号和对应坐标，所述方法包括：

所述定位设备在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；

所述测距公式如下：

；

其中，d表示计算所得距离值，RSSI表示定位设备接收的蓝牙信标的信号强度值，A表示蓝牙信标和定位设备相隔1m时的信号强度，n表示测距公式中使用的常量，该常量表示环境衰减因子；

所述定位设备接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；

所述定位设备根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；

所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标，包括：

所述定位设备使用卡尔曼滤波算法平滑三个所述蓝牙信标的距离值；

所述定位设备根据使用卡尔曼滤波算法处理过的三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出定位设备的坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标，包括：

所述定位设备根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，通过三角定位算法计算出该定位设备的坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蓝牙信标的广播内容包含该蓝牙信标的序列号。

5.一种基于蓝牙的室内定位系统，其特征在于，包括：定位设备和布置于室内的至少三个蓝牙信标，所述定位设备中存储有所述至少三个蓝牙信标的序列号和对应坐标：

所述定位设备，用于在室内测量任意一个或多个所述蓝牙信标的多组信号强度值与距离值，并根据所述多组信号强度值与距离值确定测距公式中使用的常量的值，得到目标测距公式；

所述测距公式如下：

；

其中，d表示计算所得距离值，RSSI表示定位设备接收的蓝牙信标的信号强度值，A表示蓝牙信标和定位设备相隔1m时的信号强度，n表示测距公式中使用的常量，该常量表示环境衰减因子；

所述定位设备，用于接收到三个所述蓝牙信标的广播，三个所述蓝牙信标不共线；

所述定位设备，用于根据接收到的每个蓝牙信标广播的信号强度值，利用所述目标测距公式计算该定位设备与每个蓝牙信标之间的距离值；

所述定位设备，用于根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出该定位设备的坐标。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述定位设备，具体用于：

使用卡尔曼滤波算法平滑三个所述蓝牙信标的距离值；

根据使用卡尔曼滤波算法处理过的三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，计算出定位设备的坐标。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述定位设备，具体用于：

根据与三个所述蓝牙信标的距离值以及三个所述蓝牙信标的坐标，通过三角定位算法计算出该定位设备的坐标。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述蓝牙信标的广播内容包含该蓝牙信标的序列号。