[发明专利]一种基于iBeacon的优选信标节点的室内定位方法

说明书

本发明公开了一种基于iBeacon的优选信标节点的室内定位方法，本发明首先将待定位区域划分成较小的网格，在每个网格的顶点处部署一个编号唯一的iBeacon设备，在选定平面地图的坐标原点之后，确定每个iBeacon设备的坐标并将其编号与对应的坐标上传至定位数据库中存储。定位阶段，用户使用智能手机的蓝牙功能扫描周边iBeacon设备发送的广播帧，然后根据广播帧中的信号强度信息将设备排序并选择其中信号强度最强的4个设备参与定位，定位方法采用加权质心定位方法，最后利用卡尔曼滤波算法和均值滤波算法对定位结果进行两次优化，提高定位稳定性。本发明具有定位精度高、实施简单、部署灵活、可推广性强等优点。

技术领域

本发明涉及一种利用iBeacon设备和智能手机实现的室内定位方法，是一种通过在室内部署位置信息已知的iBeacon设备以及利用智能手机实现室内定位的方法。

背景技术

GPS全球定位系统提供了完善的室外定位导航服务，但是由于信号遮挡问题，导致这一定位方式并不适用于室内。因此，作为室外定位导航技术的拓展和补充，室内定位导航技术发展迅速，成为近年来研究的重点和热点。同时，通讯技术的发展以及智能手机的普遍应用，使得将智能手机的应用于定位成为可能。

目前主流的且相对成熟的室内定位技术如Wi-Fi定位技术、超声波定位技术、红外线定位技术存在定位精度不足或者由于部署成本高昂等缺点无法得到大规模的推广应用。

而随着无线传感器成本的降低及应用的普及，利用无线传感器网络进行室内定位的技术得到了广泛研究，特别是基于蓝牙信标的室内定位技术已经成为室内定位的研究热点。蓝牙(Bluetooth)是一种短距离无线通信技术规范，可实现固定设备、移动设备之间的短距离数据交换。在室内安装适当的蓝牙局域网接入点之后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是在一个微网络的主设备，这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。目前几乎所有的智能手机终端都有内置了蓝牙模块。蓝牙4.0是2012年采用了蓝牙低功耗技术(BLE)的最新蓝牙版本，传输距离最远可达100米(可依据不同应用功能进行距离调节)，且蓝牙4.0模块价格低廉，能够作为无线传感器节点使用，其应用前景非常好。智能移动终端基本都内置了蓝牙4.0模块，应用BLE技术实现室内定位具有低成本、应用广泛的优点。

iBeacon技术是在2013年9月苹果公司在苹果开发者大会上提出的一项主要用于现代网络服务连接以及区域定位的技术，它在BLE技术的基础上进行了扩展，因此继承了BLE技术的低功耗及传输距离远等优点。如同近场通信技术(NFC)一样应用iBeacon技术也可以实现身份识别，iBeacon主要通过使用BLE技术向周围区域发送带有身份识别的广播帧，该广播帧数据中包括该iBeacon信标的Major、Minor以及UUID等信息，其中UUID是以ISO/IEC11578:1996标准为依据的128位标识符，Major和Minor可以自行设置，例如在博物馆通过Major来标识展厅，Minor来标识展厅中的展品等。

基于iBeacon技术的室内定位方法主要有基于测距的和与距离无关的定位方法。基于测距的方法有三边测量法、三角测量法等，其中常用的测距技术有信号强度指示RSSI、TOA、TDOA等。与距离无关的定位方法有质心算法、DV-Hop等。基于测距的方法定位精度高但是对硬件要求高且环境因素对定位结果干扰大，与距离无关的方法对硬件要求不高但是定位精度低。传统的加权质心定位算法是基于测距的和距离无关的定位算法的结合。利用节点之间的距离信息(根据接收到的信号强度指示(RSSI)，再结合信号传输模型计算得到距离)，可获得定位信标节点的偏移权值，从而可以提高质心定位算法的精度。但是在信标节点部署密度低的时候，该方法的定位精度仍然较低。同时在室内移动定位过程中，定位结果往往存在较大的跳动，传统的采用单一的滤波算法对定位结果进行优化时，优化效果不明显，不能保证定位结果的稳定性。

发明内容