基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法。本發(fā)明涉及一種利用上述的基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法對位于規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的移動設(shè)備進(jìn)行定位導(dǎo)航及信息發(fā)布的方法。本發(fā)明使用成熟的BLE技術(shù)，信標(biāo)基站建立成本低，用戶方面無需購買任何硬件設(shè)備，只需安裝一個軟件應(yīng)用便可以在已鋪設(shè)信號網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)外區(qū)域范圍使用服務(wù)。本發(fā)明將傳統(tǒng)的區(qū)域平面圖充分?jǐn)?shù)據(jù)化，搭建出實(shí)時引導(dǎo)的空間坐標(biāo)地圖基礎(chǔ)構(gòu)架，結(jié)合成熟的BLE技術(shù)，利用移動終端設(shè)備為輸出載體，方法的可執(zhí)行性強(qiáng)，數(shù)據(jù)精度高，功能有極大的塑造性和可拓展性。彌補(bǔ)現(xiàn)有導(dǎo)航方式的不足，提高定位精度、導(dǎo)航的準(zhǔn)確性和用戶的體驗(yàn)性滿足用戶在尋路方面的更多需求。
【專利說明】基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth Low Energy,英文簡稱為BLE)來精確定位具有BLE功能移動設(shè)備的坐標(biāo)位置以及應(yīng)用上述方法在預(yù)定區(qū)域范圍內(nèi)向具有BLE功能移動設(shè)備發(fā)送導(dǎo)航信息及預(yù)設(shè)信息的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市面上較為常見的定位技術(shù)及導(dǎo)航方式有如下幾種:
[0003]第一、衛(wèi)星定位導(dǎo)航(GPS):
[0004]GPS由空間部分、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備三部分組成?？臻g部分由24顆工作衛(wèi)星組成，均勻分布在6個軌道面上，每個軌道面4顆。此外，還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。地面控制部分由一個主控站，5個全球監(jiān)測站和3個地面控制站組成。用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機(jī)。
[0005]GPS手機(jī)導(dǎo)航的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可以知道接收機(jī)的具體位置。
[0006]其缺點(diǎn)如下:
[0007]UGPS接收器必須接收至少4顆GPS衛(wèi)星的信號，才能確定位置，一旦接受不到信號，將無法實(shí)現(xiàn)定位；
[0008]2、定位精度低，誤差一般在10-20m，較大不適宜精確定位需求；
[0009]3、無法進(jìn)行室內(nèi)定位；
[0010]4、信號捕獲時間長，無法根據(jù)需求進(jìn)行精確的實(shí)時導(dǎo)航。
[0011]第二、衛(wèi)星定位加蜂窩定位(A-GPS):
[0012]手機(jī)本身并不對位置信息進(jìn)行計算，而是將GPS的位置信息數(shù)據(jù)傳給移動通信網(wǎng)絡(luò)，即GSM/GPRS，與傳統(tǒng)衛(wèi)星定位相結(jié)合的定位方式，由網(wǎng)絡(luò)的定位服務(wù)器進(jìn)行位置計算，同時，移動網(wǎng)絡(luò)按照GPS的參考網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的輔助數(shù)據(jù)，如差分校正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)等傳遞給手機(jī)，并從數(shù)據(jù)庫中查出手機(jī)的近似位置和小區(qū)所在的位置信息傳給手機(jī)，手機(jī)可以很快捕捉到GPS信號。這樣，首次捕獲時間將大大減小，一般僅需幾秒的時間。不需像GPS的首次捕獲時間可能要2-3分鐘時間，而精度也僅為5米到10米，高于GPS的精度。
[0013]其缺點(diǎn)如下:
[0014]1、同GPS，依然必須接收至少4顆GPS衛(wèi)星的信號才能定位；
[0015]2、5_10m的定位精度，不能夠滿足精確的實(shí)時導(dǎo)航的需求；
[0016]3、無法進(jìn)行室內(nèi)定位。
[0017]第三、基站定位導(dǎo)航(WIFI):
[0018]基于WIFI的定位技術(shù)可利用無線路由器發(fā)出的802.11無線電信號，找出給人電腦、筆記本電腦、PDA、平板電腦、智能手機(jī)等任何WIFI設(shè)備的精確位置，精度可達(dá)3-5m。
[0019]其缺點(diǎn)如下:
[0020]1、只有在知道信號源在哪里之后，用戶才能使用WIFI搜索器確定出自己的位置。因此，要想讓W(xué)IFI發(fā)揮定位功效，使用者必須要首先確定用戶接入WIFI網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)；
[0021]2、3_5m的定位精度對于室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用，誤差較大；
[0022]3、室內(nèi)建設(shè)基站成本高于RFID ;
[0023]4、信號容易受到其他獨(dú)立的無線網(wǎng)絡(luò)干擾。
[0024]第四、Sensor定位導(dǎo)航(RFID):
[0025]射頻識別技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識別和定位的目的，這種技術(shù)作用距離短，一般最長為幾十米。
[0026]其缺點(diǎn)如下:
[0027]1、作用距離短，不具備通信能力；
[0028]2、目前，RFID射頻識別技術(shù)在看守所監(jiān)獄領(lǐng)域的應(yīng)用由于性能有限，只能是區(qū)域性定位，功能相當(dāng)于門禁考勤，不能做到精確定位；
[0029]3、終端設(shè)備除RFID標(biāo)簽外，不能對其他無線終端實(shí)現(xiàn)定位，使用終端設(shè)備掃描需要外接讀寫器卡，硬件 要求較高。
[0030]第五、傳統(tǒng)倒視牌系統(tǒng):
[0031]傳統(tǒng)導(dǎo)視系統(tǒng)引導(dǎo)主要作用為引導(dǎo)個體到某一大概位置，主要引導(dǎo)方式根據(jù)區(qū)域大小、地域、場地不同各分為不同方法，但主要為層級式的遞增。大體為A至B，B至C，C至D，D至E……Y至目標(biāo)地。根據(jù)各個體不同，標(biāo)引、布點(diǎn)都有不同方式方法，但統(tǒng)一都為層層遞減由大到小的關(guān)系。
[0032]其缺點(diǎn)如下:
[0033]1、導(dǎo)引位置有限，無法精確導(dǎo)引到指定位置，受布點(diǎn)數(shù)量影響比較大，無法根據(jù)人行動情況來做出變化；
[0034]2、制作周期較長，可重復(fù)利用率較低，通常制作周期為20日至30日，成品后可重復(fù)利用率較低。
[0035]第六、其他定位導(dǎo)航方式，主要包括:
[0036]紅外線室內(nèi)定位
[0037]紅外線室內(nèi)定位技術(shù)定位的原理是，紅外線IR標(biāo)識發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位。雖然紅外線具有相對較高的室內(nèi)定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點(diǎn)使其室內(nèi)定位的效果很差。當(dāng)標(biāo)識放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時就不能正常工作，需要在每個房間、走廊安裝接收天線，造價較高。因此，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內(nèi)的燈光干擾，在精確定位上有局限性。
[0038]超聲波定位
[0039]超聲波測距主要采用反射式測距法，通過三角定位等算法確定物體的位置，即發(fā)射超聲波并接收由被測物產(chǎn)生的回波，根據(jù)回波與發(fā)射波的時間差計算出待測距離，有的則采用單向測距法。超聲波定位系統(tǒng)可由若干個應(yīng)答器和一個主測距器組成，主測距器放置在被測物體上，在微機(jī)指令信號的作用下，向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同頻率的無線電信號，應(yīng)答器在收到無線電信號后同時想主測距器發(fā)射超聲波信號，得到主測距器與各個應(yīng)答器之間的距離。當(dāng)同時有3個或3個以上不在同一直線上的應(yīng)答器做出回應(yīng)時，可以根據(jù)相關(guān)計算確定出被測物體所在二維坐標(biāo)系下的位置。超聲波定位整體定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡單，但超聲波收多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，同時需要大量的底層硬件設(shè)施投資，成本太高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0040]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提高對于移動設(shè)備的定位精度，且能夠?qū)⒃摱ㄎ环椒☉?yīng)用在室內(nèi)和區(qū)域?qū)Ш街小?br> [0041]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供了一種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法，其特征在于，步驟為:
[0042]第一步、在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)布置多個信標(biāo)設(shè)備，每個信標(biāo)設(shè)備為一個藍(lán)牙信號發(fā)送基站，向進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備發(fā)出藍(lán)牙信號廣播，信標(biāo)設(shè)備的數(shù)量需同時滿足:所有信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播能夠?qū)⒄麄€目標(biāo)區(qū)域完全覆蓋；若目標(biāo)區(qū)域位于二維空間內(nèi)，則具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備移動至目標(biāo)區(qū)域的任意位置點(diǎn)時能夠同時接收到至少三個不同信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播，若目標(biāo)區(qū)域位于三維空間內(nèi)，則具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備移動至目標(biāo)區(qū)域的任意位置點(diǎn)時能夠同時接收到至少四個不同信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播；
[0043]第二步、獲取每個信標(biāo)設(shè)備在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的位置坐標(biāo)；
[0044]第三步、若目標(biāo)區(qū)域位于二維空間內(nèi)，則進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域的移動設(shè)備的位置坐標(biāo)(X，y)通過求解下列方程組得到:
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法，其特征在于，步驟為: 第一步、在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)布置多個信標(biāo)設(shè)備，每個信標(biāo)設(shè)備為一個藍(lán)牙信號發(fā)送基站，向進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備發(fā)出藍(lán)牙信號廣播，信標(biāo)設(shè)備的數(shù)量需同時滿足:所有信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播能夠?qū)⒄麄€目標(biāo)區(qū)域完全覆蓋；若目標(biāo)區(qū)域位于二維空間內(nèi)，則具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備移動至目標(biāo)區(qū)域的任意位置點(diǎn)時能夠同時接收到至少三個不同信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播，若目標(biāo)區(qū)域位于三維空間內(nèi)，則具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備移動至目標(biāo)區(qū)域的任意位置點(diǎn)時能夠同時接收到至少四個不同信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播； 第二步、獲取每個信標(biāo)設(shè)備在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的位置坐標(biāo)； 第三步、若目標(biāo)區(qū)域位于二維空間內(nèi)，則進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域的移動設(shè)備的位置坐標(biāo)(X，y)通過求解下列方程組得到:
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法，其特征在于，在第三步中，P (d0) = 32.44+10nlg(d0)+IOnlog(f), f為當(dāng)前信標(biāo)設(shè)備發(fā)送藍(lán)牙信號廣播的頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法，其特征在于，在第三步的公式RSSI = PS+Pa-P(d)中，收集N個移動設(shè)備接收到的當(dāng)前信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播的信號強(qiáng)度求取平均值得到信號強(qiáng)度RSSI。
4.一種利用如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法對位于商場內(nèi)的移動設(shè)備進(jìn)行定位導(dǎo)航及信息發(fā)布的方法，其特征在于，步驟為:第一步、對商場內(nèi)的結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行測量，建立商場內(nèi)部的結(jié)構(gòu)模型，將結(jié)構(gòu)模型的主要參考物的位置坐標(biāo)化，得到主要參考物的位置坐標(biāo)，主要參考物按需確定； 第二步、在商場內(nèi)布置多個信標(biāo)設(shè)備，得到每個信標(biāo)設(shè)備的位置坐標(biāo)，每個信標(biāo)設(shè)備為一個藍(lán)牙信號發(fā)送基站，向進(jìn)入商場內(nèi)的具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備發(fā)出藍(lán)牙信號廣播，信標(biāo)設(shè)備的數(shù)量需同時滿足:所有信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播能夠?qū)⒄麄€商場完全覆蓋；若商場位于二維空間內(nèi)，則具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備移動至目標(biāo)區(qū)域的任意位置點(diǎn)時能夠同時接收到至少三個不同信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播，若目標(biāo)區(qū)域位于三維空間內(nèi)，則具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備移動至目標(biāo)區(qū)域的任意位置點(diǎn)時能夠同時接收到至少四個不同信標(biāo)設(shè)備發(fā)出的藍(lán)牙信號廣播； 第三步、由所有主要參考物的位置坐標(biāo)及所有信標(biāo)設(shè)備的位置坐標(biāo)共同構(gòu)成完整的商場坐標(biāo)地圖； 第四步、將 不同的商場信息疊加到商場坐標(biāo)地圖上相應(yīng)的位置坐標(biāo)中，商場信息按需確定； 第五步、具有藍(lán)牙組件的移動設(shè)備進(jìn)入商場后利用如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法定位到移動設(shè)備所處的位置坐標(biāo)； 第六步、用戶在移動設(shè)備上選取需要達(dá)到的目標(biāo)地點(diǎn)后，計算當(dāng)前用戶的位置坐標(biāo)與需要達(dá)到目標(biāo)地點(diǎn)的位置坐標(biāo)之間的最佳路徑，將該最佳路徑移動設(shè)備上顯示，用戶在移動過程中，利用如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)精確定位設(shè)備坐標(biāo)的方法實(shí)時定位到移動設(shè)備所處的位置坐標(biāo)，當(dāng)用戶經(jīng)過第四步中疊加有商場信息的位置坐標(biāo)時，將相應(yīng)的商場信息發(fā)送至移動設(shè)備以展示給用戶。
【文檔編號】H04B5/00GK103929807SQ201410174844
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】陳瑩潔, 李正民, 王舜, 付瑤 申請人:上海和視環(huán)境藝術(shù)工程有限公司