基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>電子通信裝置的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技發(fā)展和人類活動方式的不斷改變，室內(nèi)環(huán)境進(jìn)一步擴(kuò)大，布局也趨于復(fù)雜，人們對于位置信息的需求也越來越大，越來越多的室內(nèi)定位技術(shù)被應(yīng)用于位置確定、室內(nèi)導(dǎo)航、社交娛樂、信息推薦等領(lǐng)域之中。

與室外定位有所不同，室內(nèi)定位一般處于相對封閉的環(huán)境之中，定位的規(guī)模與范圍都比較小，室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，波直達(dá)路徑嚴(yán)重受影響，因此室內(nèi)定位在定位精度、可靠性、安全性、復(fù)雜度、方向識別等方面都有著有別于室外定位的特點(diǎn)。

在室內(nèi)定位的各種解決方案中，依據(jù)對于待測量的節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離測量與否為基準(zhǔn)可以將室內(nèi)定位算法分為非測距與測距的定位算法?；诜菧y距的定位算法主要包括：APIT算法、基于RSSI的指紋定位算法等；基于測距的定位算法主要包括：TOA算法、TDOA算法、基于RSSI測量估計(jì)信道模型的方法等。盡管基于非測距的定位算法實(shí)現(xiàn)相對簡單，不需要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的距離測量，但同時(shí)也存在了對于錨節(jié)點(diǎn)分布要求高、算法定位精度較差等問題，最重要的是大部分基于非測距的室內(nèi)定位算法并不十分適用于我們所期望應(yīng)用到的室內(nèi)環(huán)境。

目前，室內(nèi)定位技術(shù)種類繁多，如無線局域網(wǎng)(WLAN)、射頻標(biāo)簽(RFID)、紫蜂(Zigbee)、藍(lán)牙(Bluetooth)、超寬帶無線電(UltraWideBand)、地磁場、強(qiáng)紅外定位、光跟蹤定位、計(jì)算機(jī)視覺定位、超聲波定位等。現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)如WLAN、超寬帶無線電等系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了局域室內(nèi)高精度定位，但定位成本相對很高，同時(shí)利用指紋數(shù)據(jù)庫定位方法對于數(shù)據(jù)庫的維護(hù)代價(jià)很大，不僅如此節(jié)點(diǎn)的損壞將嚴(yán)重影響定位算法的可靠性，這使得室內(nèi)位置服務(wù)發(fā)展遇到了很大的阻力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，有必要提供一種能夠減少測距誤差的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)。

一種基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法，其包括如下步驟：

S1、通過移動設(shè)備在固定位置連續(xù)多次采集處于不同位置的錨節(jié)點(diǎn)的RSSI值，并將這些RSSI值與移動設(shè)備與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離對應(yīng)起來；

S2、對這些RSSI值進(jìn)行預(yù)處理，通過選出其中的常態(tài)值對應(yīng)其距離來建立測距模型；

S3、通過移動設(shè)備在未知位置采集錨節(jié)點(diǎn)的RSSI值，并通過測距模型計(jì)算出移動設(shè)備到所有錨節(jié)點(diǎn)的距離；

S4、選出距離移動設(shè)備最近的四個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，讀取其坐標(biāo)信息；

S5、根據(jù)二次加權(quán)質(zhì)心算法，計(jì)算移動設(shè)備的實(shí)際坐標(biāo)；

S6、根據(jù)實(shí)際環(huán)境的地圖約束，對定位坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法中，所述步驟S2中建立的測距模型如下：

PL0(d)＝-27.52-33.1*lg(d)，其中PL0(d)表示移動設(shè)備接收到的信號強(qiáng)度值，單位是dBm，d為移動設(shè)備接收距離。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法中，所述步驟S5中二次加權(quán)質(zhì)心算法確定方式如下：

其中Wi為權(quán)值，r_i為錨節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)距離，j為另一未知節(jié)點(diǎn)；n為正數(shù)，用于確定權(quán)值的決定性。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法中，所述n的值為1.5。

本發(fā)明還提供一種基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其包括如下步驟：

RSSI值采集單元，用于通過移動設(shè)備在固定位置連續(xù)多次采集處于不同位置的錨節(jié)點(diǎn)的RSSI值，并將這些RSSI值與移動設(shè)備與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離對應(yīng)起來；

測距模型建立單元，用于對這些RSSI值進(jìn)行預(yù)處理，通過選出其中的常態(tài)值對應(yīng)其距離來建立測距模型；

距離計(jì)算單元，用于通過移動設(shè)備在未知位置采集錨節(jié)點(diǎn)的RSSI值，并通過測距模型計(jì)算出移動設(shè)備到所有錨節(jié)點(diǎn)的距離；

坐標(biāo)信息讀取單元，用于選出距離移動設(shè)備最近的四個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，讀取其坐標(biāo)信息；

實(shí)際坐標(biāo)獲取單元，用于根據(jù)二次加權(quán)質(zhì)心算法，計(jì)算移動設(shè)備的實(shí)際坐標(biāo)；

坐標(biāo)優(yōu)化單元，用于根據(jù)實(shí)際環(huán)境的地圖約束，對定位坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位系統(tǒng)中，所述測距模型建立單元中建立的測距模型如下：

PL0(d)＝-27.52-33.1*lg(d)，其中PL0(d)表示移動設(shè)備接收到的信號強(qiáng)度值，單位是dBm，d為移動設(shè)備接收距離。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位系統(tǒng)中，所述實(shí)際坐標(biāo)獲取單元中二次加權(quán)質(zhì)心算法確定方式如下：

其中Wi為權(quán)值，r_i為錨節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)距離，j為另一未知節(jié)點(diǎn)；n為正數(shù)，用于確定權(quán)值的決定性。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位系統(tǒng)中，所述n的值為1.5。

實(shí)施本發(fā)明提供的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：不拘泥于以往研究工作中為不同類型室內(nèi)環(huán)境中的測距模型，而是對不同的室內(nèi)場景，不同的信號源，進(jìn)行實(shí)地的數(shù)據(jù)采集，這種做法更能夠保證測距模型的準(zhǔn)確性，不僅如此，本發(fā)明在測距模型建立之后，采用數(shù)學(xué)方法對測距模型進(jìn)行優(yōu)化，使得測距誤差減小。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

一種基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法，其包括如下步驟：

S2、對這些RSSI值進(jìn)行預(yù)處理，通過選出其中的常態(tài)值對應(yīng)其距離來建立測距模型；

S3、通過移動設(shè)備在未知位置采集錨節(jié)點(diǎn)的RSSI值，并通過測距模型計(jì)算出移動設(shè)備到所有錨節(jié)點(diǎn)的距離；

S4、選出距離移動設(shè)備最近的四個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，讀取其坐標(biāo)信息；

S5、根據(jù)二次加權(quán)質(zhì)心算法，計(jì)算移動設(shè)備的實(shí)際坐標(biāo)；

S6、根據(jù)實(shí)際環(huán)境的地圖約束，對定位坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

iBeacon是蘋果公司2013年9月發(fā)布的移動設(shè)備用OS(iOS7)上配備的新功能。其工作方式是，配備有低功耗藍(lán)牙(BLE)通信功能的設(shè)備使用BLE技術(shù)向周圍發(fā)送自己特有的ID，接收到該ID的應(yīng)用軟件會根據(jù)該ID采取一些行動。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法中，所述步驟S2中建立的測距模型如下：

PL0(d)＝-27.52-33.1*lg(d)，其中PL0(d)表示移動設(shè)備接收到的信號強(qiáng)度值，單位是dBm，d為移動設(shè)備接收距離。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法中，所述步驟S5中二次加權(quán)質(zhì)心算法確定方式如下：

其中Wi為權(quán)值，r_i為錨節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)距離，j為另一未知節(jié)點(diǎn)；n為正數(shù)，用于確定權(quán)值的決定性。

在本發(fā)明所述的基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位方法中，所述n的值為1.5。

使用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行室內(nèi)定位較之于其他定位有著很大的優(yōu)勢。iBeacons節(jié)點(diǎn)本身的特點(diǎn)是設(shè)備小巧，本方法采用的iBeacons節(jié)點(diǎn)，大小約為一個(gè)一元硬幣這么大，加上封裝也不過比火柴盒的一半稍大一些，可以將其置于任何室內(nèi)空間，而且iBeacons節(jié)點(diǎn)采用紐扣電池供電，無需布線，更加方便了節(jié)點(diǎn) 的布置：價(jià)格低廉，較之依托于路由器的WIFI節(jié)點(diǎn)而言，iBeacons節(jié)點(diǎn)價(jià)格要低很多；信號穩(wěn)定，藍(lán)牙4.0規(guī)范在系帶協(xié)議、射頻、鏈路管理協(xié)議中采用可靠性措施，使得iBeacons節(jié)點(diǎn)的信號對傳播過程中所受的干擾大大降低，增強(qiáng)了信號的穩(wěn)定性；更加省電，新版本的藍(lán)牙在待機(jī)功耗和傳輸過程中都比以前省電好多，故而可用紐扣電池驅(qū)動很長時(shí)間；傳播距離更遠(yuǎn)，藍(lán)牙4.0在傳播距離上是傳統(tǒng)藍(lán)牙的10倍，完全能夠適應(yīng)室內(nèi)定位的需求；使用人群多，現(xiàn)在的手機(jī)普遍裝有藍(lán)牙模塊，隨著藍(lán)牙4.0的推廣，藍(lán)牙作為室內(nèi)定位信號源也會更加合適。

本發(fā)明使用的iBeacons節(jié)點(diǎn)，采用TICC2540的基礎(chǔ)上封裝的iBeacons節(jié)點(diǎn)。一些主要的工作參數(shù)如下：

(1)工作頻率：2.4G}k ISM band。

(2)調(diào)制方式：GFSK。

(3)發(fā)射功率：0.23dbm，0.6dbm，0dbm，4dbm，可以通過AT指令修改。

(4)靈敏度：<一84dBm at 0.1％BER。

(5)功耗：自動休眠模式下；待機(jī)電流400uA-800uA，傳輸時(shí)8.5mA。

(6)供電電源：+3.3vDC 50mA。

(7)支持服務(wù)：Central&Peripheral UUID FFE0，F(xiàn)FEl。

(8)供電電源：+3.3VDC 50mA。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于iBeacons節(jié)點(diǎn)的RSSI測距的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其包括如下步驟：