[发明专利]结合蓝牙Beacon与智能手机的室内定位系统及其定位方法

说明书

本发明公开了一种结合蓝牙Beacon与智能手机的室内定位系统及其定位方法，所述系统包括蓝牙Beacon、智能手机、服务器；所述智能手机集成加速计、地磁计模块，且具备网络功能，能够在征得用户许可后通过3G、4G或者WiFi与服务器连接上传位置数据；所述服务器，获取上传来的用户位置数据后，按照系统设计者需求对该数据进行处理。所述方法包括：部署蓝牙Beacon、设定初始位置；用户打开蓝牙并执行客户端应用，实时定位并监测蓝牙Beacon信号；用户监测到预部署Beacon信号，判断距离是否在阈值内，若是则执行滤波算法；并将智能手机的蓝牙模块设置为全双工模式；征得用户许可后，将定位结果上传至服务器。本发明方法保证了误差在5米以内的定位精度，且部署成本低。

技术领域

本发明涉及室内定位系统，尤其涉及一种结合蓝牙Beacon与智能手机并利用蓝牙双工通信的特点来增加同一时刻位置校正用户数量的室内定位系统及其定位方法。属于室内定位领域。

背景技术

GPS(Global Positioning System，全球定位系统)的普及，使人们对定位技术带来的便利有了切身的体会，精确实时的位置信息对于商业推广、公共事业建设等都至关重要。而由于现代人大多时间都在楼宇内度过，室内环境下的定位需求逐渐清晰，而像GPS这种满足室外定位需求的龙头技术，面对建筑屋顶遮挡的室内环境，信号会大幅衰减而变得几乎没有用武之地，于是诸多针对特定环境的室内定位技术作为室外定位技术的延伸，应景而生。

常用的室内定位技术可归为四类：三角定位、场景分析、近邻法、步行航位推算(Pedestrian Dead Reckoning，PDR)。

三角定位：该方法首先计算待定位点与AP之间的距离、角度等物理参数，在已知待测目标与三个AP点之间距离时，即可使用几何方法计算出最终位置。这种方法理论上能够得到较高精确度，但极易受到信号不稳定性的影响，最常用的WiFi信号、Bluetooth信号，受限于发射模块的物理特性，导致只能在一定范围内较准地计算出物理距离。

场景分析：通常也被称为“指纹定位”，分为“离线阶段”与“在线阶段”。“离线阶段”在部署AP之后，需要在定位区域采集样本点信息：记录一些采样位置“坐标-RSSI信号”，保存至数据库中，其中“RSSI信号”是指当前坐标处所有能接受到的AP发射来的RSSI值。“在线阶段”是指实际定位过程，当用户处在某位置接收到RSSI后，即可与指纹数据库进行匹配，从而得到位置坐标。这种方法依赖于“离线阶段”的大量工作，并且环境变化后需要重复进行“离线阶段”测量，维护成本较高。

近邻法：这种方法依赖于大量密集部署的AP点，这些AP位置已知，当待定位用户临近某个AP时，可以视为该AP坐标，如果在某处同时接收到多个AP发射的信号，则可以根据算法选取其中一个，例如选择信号最强的AP位置作为定位结果。近邻法缺点明显：大量密集部署的AP点必然增加硬件成本，而如果减少AP点，则会导致系统定位精度的必然下降。

PDR：该方法的主要思想是从设定的初始点开始，累积用户每一步行走的步长与航位方向，通过计算当前位置相对初始位置的变化来判断当前坐标。相较于前三类方法，PDR具有实时定位的特点。但是传统PDR也具有显著缺点：受限于定位过程使用到的IMU(Inertial Measurement Unit惯性测量单元)硬件，采集的每一步行走信息都会产生误差，将带有误差的信息累积，导致定位精度降低。但是相较于前三类定位方法来说，PDR具有实时定位的优点。

综上，现有定位方法存在各自的问题：三角定位高度依赖信号，而信号的不稳定性导致只能在一定范围内相对准确定位；指纹定位需要大量离线阶段采集样本点的工作，并且随着环境变化，还需要重新重复采集指纹，人工成本高；近邻法定位依赖于部署大量AP点，硬件成本高。同时这三类方法均无法实时定位。PDR虽满足了实时定位的需求，但是仍存在误差大的问题。

针对上述问题，本发明提出一种室内定位系统，在定位误差小于5米且实时定位的基础上，还具有部署成本、硬件成本、功耗等都相对降低的优点，且在同一时刻更多用户的位置能够被校正。