CN111050275B - 一种基于rssi特征值的蓝牙定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其通过在待定位场地部署多个蓝牙信标设备和多个蓝牙网关设备，获取定位参照数据，获取待定位点的第三信标RSSI特征值序列，分别对比第三信标RSSI特征值序列与多个第二信标RSSI特征值序列以确定参考网关；对比参考网关的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列以获取所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重；分别计算所述第三信标RSSI特征值序列与多个第一信标RSSI特征值序列之间的加权欧式距离，加权欧式距离最小时第一信标RSSI特征值序列对应的位置坐标作为待定位点的定位坐标，通过参考网关引入可信度权重调整信标RSSI值的权重，减少不可信RSSI值对于定位结果的影响，有效的降低由于一个或数个蓝牙信标信号波动引起的定位漂移现象。

Description

一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法
技术领域
本发明属于蓝牙定位领域，具体涉及一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法。
背景技术
室内定位技术是用于在室内实现定位，可用于人员、物资管理或室内定位导航等应用。目前常见的室内定位技术主要包括Wi-Fi、蓝牙、超宽带、红外线、RFID、ZigBee及超声波等。其中，蓝牙技术是一种无线数据和语音通信开放的全球规范，它是基于低成本的近距离无线连接，为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接。基于蓝牙的室内定位方式由于成本低、易于集成等原因，应用比较广泛。
目前主流的蓝牙定位方法为指纹法和三边定位法。两种方法都有各自的优劣，三边定位法受限于距离和信号衰减关系难以精确确认，且由于信号波动，经常难以获得一个精确解；而指纹法不需要考虑信号衰减和距离的因素，不过由于信号波动问题，同样会导致定位产生较大偏移。
基于蓝牙的室内定位方法的主要不足体现在于定位精度较差，由于蓝牙设备的信号本身存在一定的跳变，而基于RSSI值的定位方法在信号跳变时必然会导致定位结果的偏移；其次，由于空间环境的变化影响，基于蓝牙定位的***受到空间环境的影响，当空间中出现其它电磁干扰或者由于装修等导致空间中信号传导环境产生变化时，也会导致定位结果出现偏差，而且这种变化通常难以监测。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其通过在分别对比第三信标RSSI特征值序列与多个第二信标RSSI特征值序列以确定参考网关，进而利用参考网关获取所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重以计算加权欧式距离，加权欧式距离最小时第一信标RSSI特征值序列对应的位置坐标作为待定位点的定位坐标，通过参考网关引入可信度权重调整信标RSSI值的权重，减少不可信RSSI值对于定位结果的影响，有效的降低由于一个或数个蓝牙信标信号波动引起的定位漂移现象。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，包括以下步骤：
S1.待定位场地部署多个蓝牙信标设备和多个蓝牙网关设备，获取定位参照数据，具体为：在获取标定参照点的位置坐标及与位置坐标一一对应的第一信标RSSI特征值序列；获取与蓝牙网关设备一一对应的第二信标RSSI特征值序列；
S2.获取待定位点的第三信标RSSI特征值序列，分别对比第三信标RSSI特征值序列与多个第二信标RSSI特征值序列之间的欧式距离，将欧式距离最小时第二信标RSSI特征值序列对应的蓝牙网关作为参考网关；
S3.获取参考网关实时上报的第四信标RSSI特征值序列，对比参考网关的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列以获取所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重；
S4.分别计算所述第三信标RSSI特征值序列与多个第一信标RSSI特征值序列之间的加权欧式距离，该加权欧式距离为利用所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重进行所有蓝牙信标RSSI特征值距离的加权求和，加权欧式距离最小时第一信标RSSI特征值序列对应的位置坐标作为待定位点的定位坐标。
作为本发明的进一步改进，多个蓝牙信标设备和多个蓝牙网关设备以吸顶和/或水平放置的方式进行均匀部署。
作为本发明的进一步改进，蓝牙网关设备通过扫描周围蓝牙信标，获取蓝牙信标名称及RSSI信号强度，通过HTTP或MQTT协议方式将数据上传至后台服务器。
作为本发明的进一步改进，对比参考网关的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列以获取所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重具体为：
第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重Kj依据参考网关的第二信标RSSI特征值序列中的RIj与在第四信标RSSI特征值序列中的rij的误差进行确定。
作为本发明的进一步改进，第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重Kj具体为：
Figure BDA0002290152700000021
的值处于第一预设范围时，Kj为第一预设值；
Figure BDA0002290152700000022
的值处于第二预设范围时，Kj为第二预设值；
Figure BDA0002290152700000023
的值处于第三预设范围时，Kj为第三预设值。
作为本发明的进一步改进，在预设时间间隔内获取所有蓝牙网关设备实时上报的第四信标RSSI特征值序列，对比所有蓝牙网关设备的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列，蓝牙信标RSSI特征值误差大于预设阈值时，对蓝牙信标RSSI特征值对应的蓝牙信标设备进行检查更新。
作为本发明的进一步改进，加权欧式距离为：
Figure BDA0002290152700000031
其中，Dki为第三信标RSSI特征值序列与第i个标定参照点的第一信标RSSI特征值序列之间的加权欧式距离；Kj为第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重；RSij为第i个标定参照点的测得的第j个蓝牙信标RSSI特征值；rsj为待定位点测得的第j个蓝牙信标RSSI特征值，N为蓝牙信标设备的总数。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种终端设备，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，存储单元存储有计算机程序，当程序被所述处理单元执行时，使得处理单元执行上述方法的步骤。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读介质，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当程序在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其通过在分别对比第三信标RSSI特征值序列与多个第二信标RSSI特征值序列以确定参考网关，进而利用参考网关获取所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重以计算加权欧式距离，加权欧式距离最小时第一信标RSSI特征值序列对应的位置坐标作为待定位点的定位坐标，通过参考网关引入可信度权重调整信标RSSI值的权重，通过利用固定位置的蓝牙网关获取的信标RSSI值作为参考，判断定位时该信标信号数据的可靠性，减少了由于信标信号波动导致的定位漂移情况，增加了定位精度，减少不可信RSSI值对于定位结果的影响，有效的降低由于一个或数个蓝牙信标信号波动引起的定位漂移现象。
本发明的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，由于蓝牙网关设备的加入，可以对定位***中的信标RSSI值进行有效的监控，当被监控信标设备的RSSI值和建立离线库时的RSSI值产生偏差时，意味着空间环境产生了变化或设备本身出现问题，此时根据原离线库的数据进行定位将不再可靠，需要更新离线库或者更换新的设备，有效的避免定位***在长时间运行后定位精度大幅度降低的情况出现，在长期使用中，可以有效的监控由环境变化或信标本身问题导致的非随机性定位偏差。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
图1是本发明实施例的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法的示意图。如图1所示，一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其包括以下步骤：
S1.待定位场地部署多个蓝牙信标设备和多个蓝牙网关设备，获取定位参照数据，具体为：在获取标定参照点的位置坐标及与位置坐标一一对应的第一信标RSSI特征值序列，其中，第一信标RSSI特征值序列为标定参照点测得的所有信标RSSI特征值集合；获取与蓝牙网关设备一一对应的第二信标RSSI特征值序列，其中，第二信标RSSI特征值序列为蓝牙网关测得的所有信标RSSI特征值集合；
具体地，以部署N个蓝牙信标设备和M个蓝牙网关设备为示例，可将第i个标定参照点的第一信标RSSI特征值序列表示为：{RSi1，RSi2，...，RSiN}，其中，RSi1、RSi2和RSiN分别代表第i个标定参照点的测得的第1、2和N个蓝牙信标RSSI特征值，如果某个蓝牙信标特征值无法采集时，将对应的值设置为0；
可将第m个蓝牙网关的第二信标RSSI信号序列表示为：{RIm1，RIm2，...，RImN}，其中，RIm1、RIm2和RImN分别代表第m个蓝牙网关的测得的第1、2和N个蓝牙信标RSSI特征值，如果某个蓝牙信标特征值无法采集时，将对应的值设置为0；
作为一个优选的方案，多个蓝牙信标设备和多个蓝牙网关设备在待定位场地以吸顶或水平放置的方式进行均匀部署，其中，蓝牙信标设备支持蓝牙4.0以上的蓝牙协议和ibeacon协议，蓝牙网关设备支持蓝牙4.0以上的蓝牙协议；更进一步地，蓝牙网关设备通过有线网络或WIFI连接服务器将测得的蓝牙信号RSSI特征值上传，各个蓝牙信标设备之间的距离控制在10米内，蓝牙网关设备的距离控制在15米内，选择一个常规非极端的环境进行部署即可。
作为一个优选的方案，可通过手机或其它可测得蓝牙信号强度的设备测得标定参照点坐标及与位置坐标一一对应的第一信标RSSI特征值序列，为保证定位精度，可在各个位置记录点距离控制在0.5米内，且应测量信号强度10次以上取平均值作为记录值。
作为一个优选的方案，蓝牙网关设备扫描周围蓝牙信标，获取蓝牙信标名称及RSSI信号强度，通过HTTP或MQTT协议方式将数据上传至后台服务器，为保证记录可靠性，所有网关上传的该网关获得的某个信标RSSI特征值均获取10次以上，取平均值作为结果记录在后台服务器中。
S2.获取待定位点的第三信标RSSI特征值序列，其中，第三信标RSSI特征值序列为待定位点测得的所有信标RSSI特征值的集合，分别对比第三信标RSSI特征值序列与多个第二信标RSSI特征值序列之间的欧式距离，将欧式距离最小时第二信标RSSI特征值序列对应的蓝牙网关作为参考网关；
具体地，以部署N个蓝牙信标设备和M个蓝牙网关设备为示例，可将待定位点的第三信标RSSI特征值序列表示为：{rs1，rs2，...，rsN}，rs1、rs2和rsN分别代表待定位点测得的第1、2和N个蓝牙信标RSSI特征值，第三信标RSSI特征值序列与第m个第二信标RSSI特征值序列之间的欧式距离Dm可表示为：
Figure BDA0002290152700000051
将欧式距离最小的第二信标RSSI特征值序列对应的蓝牙网关作为参考网关；
S3.获取参考网关实时上报的第四信标RSSI特征值序列，其中，第四信标RSSI特征值序列为参考网关实时测得的所有信标RSSI特征值集合，对比参考网关的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列以获取所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重；
具体地，以部署N个蓝牙信标设备和M个蓝牙网关设备为示例，可将参考网关实时上报的第四信标RSSI特征值序列表示为：{ri1，ri2，...，riN}，ri1、ri2和riN分别代表参考网关实时测得的第1、2和N个蓝牙信标特征值；参考网关的第二信标RSSI值序列表示为：{RI1，RI2，...，RIN}，RI1、RI2和RIN分别代表定位参照数据中参考网关测得的第1、2和N个蓝牙信标RSSI特征值；
第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重Kj依据参考网关的第二信标RSSI特征值序列中的RIj与在第四信标RSSI特征值序列中的rii的误差进行确定，具体地，对比参考网关的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列以获取第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重Kj具体为：
Figure BDA0002290152700000061
的值处于第一预设范围时，如
Figure BDA0002290152700000062
时，Kj为第一预设值，作为一个示例，第一预设值可以为1，即认为第j个蓝牙信标RSSI特征值可信；
Figure BDA0002290152700000063
的值处于第二预设范围时，如
Figure BDA0002290152700000064
时，Kj为第二预设值，作为一个示例，第一预设值可以为0.5，即认为第j个蓝牙信标RSSI特征值有偏差但是可作为参考；
Figure BDA0002290152700000065
的值处于第三预设范围时，如
Figure BDA0002290152700000066
时，Kj为第三预设值，作为一个示例，第一预设值可以为0.1，即认为第j个蓝牙信标RSSI特征值无参考意义。
当然，以上误差值的求取方式、误差值的范围及Kj的具体值可以依据设置需求进行相应的调整。
S4.分别计算第三信标RSSI特征值序列与多个第一信标RSSI特征值序列之间的加权欧式距离，具体地，该加权欧式距离为利用所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重进行所有蓝牙信标RSSI特征值距离的加权求和，其中，该蓝牙信标RSSI特征值距离为第三信标RSSI信号序列的该蓝牙信标RSSI特征值与第一信标RSSI信号序列的该蓝牙信标RSSI特征值的距离值；加权欧式距离最小时第一信标RSSI特征值序列对应的位置坐标作为待定位点的定位坐标。
第三信标RSSI特征值序列与第i个标定参照点的第一信标RSSI特征值序列之间的加权欧式距离Dki具体为：
Figure BDA0002290152700000067
其中，Dki为第三信标RSSI特征值序列与第i个标定参照点的第一信标RSSI特征值序列之间的加权欧式距离；Kj为第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重；RSij为第i个标定参照点的测得的第j个蓝牙信标RSSI特征值；rsj为待定位点测得的第j个蓝牙信标RSSI特征值。
作为一个示例，在预设时间间隔内获取所有蓝牙网关设备实时上报的第四信标RSSI特征值序列，对比所有蓝牙网关设备的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列，该蓝牙信标RSSI特征值误差大于预设阈值时，对该蓝牙信标RSSI特征值对应的蓝牙信标设备进行检查更新。
一种终端设备，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，存储单元存储有计算机程序，当程序被所述处理单元执行时，使得处理单元执行上述方法的步骤。
一种计算机可读介质，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当程序在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述方法的步骤。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.待定位场地部署多个蓝牙信标设备和多个蓝牙网关设备，获取定位参照数据，具体为：获取标定参照点的位置坐标及与位置坐标一一对应的第一信标RSSI特征值序列；获取与所述蓝牙网关设备一一对应的第二信标RSSI特征值序列；
S2.获取待定位点的第三信标RSSI特征值序列，分别对比所述第三信标RSSI特征值序列与多个第二信标RSSI特征值序列之间的欧式距离，将欧式距离最小时第二信标RSSI特征值序列对应的蓝牙网关作为参考网关；
S3.获取参考网关实时上报的第四信标RSSI特征值序列，对比参考网关的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列以获取所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重；具体地，依据参考网关的第二信标RSSI特征值序列中的RSSI值与第四信标RSSI特征值序列中相同信标的RSSI值的误差范围确定蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重；
S4.分别计算所述第三信标RSSI特征值序列与多个第一信标RSSI特征值序列之间的加权欧式距离，加权欧式距离为利用所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重进行所有蓝牙信标RSSI特征值距离的加权求和，加权欧式距离最小时第一信标RSSI特征值序列对应的位置坐标作为待定位点的定位坐标；具体地，蓝牙信标RSSI特征值距离为所述第三信标RSSI特征值序列的蓝牙信标RSSI特征值与第一信标特征值序列的蓝牙信标RSSI特征值的特征值的距离值。
2.根据权利要求1所述的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其特征在于，所述多个蓝牙信标设备和多个蓝牙网关设备以吸顶和/或水平放置的方式进行均匀部署。
3.根据权利要求1所述的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其特征在于，所述蓝牙网关设备通过扫描周围蓝牙信标，获取蓝牙信标名称及RSSI信号强度，通过HTTP或MQTT协议方式将数据上传至后台服务器。
4.根据权利要求1所述的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其特征在于，对比参考网关的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列以获取所有蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重具体为：
第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重Kj依据参考网关的第二信标RSSI特征值序列中的RIj与在第四信标RSSI特征值序列中的rij的误差进行确定。
5.根据权利要求4所述的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其特征在于，所述第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重Kj具体为：
Figure FDA0002953204070000021
的值处于第一预设范围时，Kj为第一预设值；
Figure FDA0002953204070000022
的值处于第二预设范围时，Kj为第二预设值；
Figure FDA0002953204070000023
的值处于第三预设范围时，Kj为第三预设值。
6.根据权利要求1所述的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其特征在于，在预设时间间隔内获取所有蓝牙网关设备实时上报的第四信标RSSI特征值序列，对比所有蓝牙网关设备的第二信标RSSI特征值序列与第四信标RSSI特征值序列，蓝牙信标RSSI特征值误差大于预设阈值时，对蓝牙信标RSSI特征值对应的蓝牙信标设备进行检查更新。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种基于RSSI特征值的蓝牙定位方法，其特征在于，所述加权欧式距离为：
Figure FDA0002953204070000024
其中，Dki为第三信标RSSI特征值序列与第i个标定参照点的第一信标RSSI特征值序列之间的加权欧式距离；Kj为第j个蓝牙信标RSSI特征值的可信度权重；RSij为第i个标定参照点的测得的第j个蓝牙信标RSSI特征值；rsj为待定位点测得的第j个蓝牙信标RSSI特征值，N为蓝牙信标设备的总数。
8.一种终端设备，其特征在于，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行权利要求1～7任一权利要求所述方法的步骤。
9.一种计算机可读介质，其特征在于，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当所述程序在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行权利要求1～5任一权利要求所述方法的步骤。
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