一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，屬于室內(nèi) 定位計算領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)位置定位，主要采用無線通訊、基站定位、慣導(dǎo)定 位等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系，從而實現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的位 置監(jiān)控。
[0003] 室內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)WifiSLAM被蘋果以2000萬美元收購。蘋果的這一舉動勢必推動室 內(nèi)定位競爭的升溫。WifiSLAM是一家創(chuàng)立僅兩年的創(chuàng)業(yè)公司，他們的技術(shù)可以讓手機應(yīng)用 通過WIFI信號，偵測用戶在建筑物內(nèi)的位置，室內(nèi)地圖的應(yīng)用開發(fā)商以及新型的零售和社 交應(yīng)用都對這項技術(shù)產(chǎn)生了興趣。而在倫敦舉行的Nokia World展會中，諾基亞研究中心 也展示了他們的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)?，F(xiàn)在這套系統(tǒng)已經(jīng)有了新版本，諾基亞也放出了一個新的 推廣視頻。這套系統(tǒng)主要依靠多個定位信號收發(fā)裝置組網(wǎng)，來代替"導(dǎo)航衛(wèi)星"的作用，這 些裝置可以放置在天花板上，可以實現(xiàn)對目標(biāo)的實時跟蹤，最大精度可以達(dá)到30厘米。
[0004] 另外，移動設(shè)備巨頭Nokia，Samsung，Sony Mobile移動及其他十九家公司共同成 立了室內(nèi)定位聯(lián)盟，共謀推進(jìn)室內(nèi)地圖技術(shù)發(fā)展和解決方案部署進(jìn)程。他們將會建立通用 接口和標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)這項技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，開把它定為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。這個聯(lián)盟旨在提供"高精度， 低功耗，高移動性，高性能，高可用性"的設(shè)備或解決方案，以期由此構(gòu)建一個促進(jìn)創(chuàng)新的生 態(tài)系統(tǒng)，推動這項技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
[0005] 其中，室內(nèi)定位技術(shù)的的應(yīng)用需求包括公共安全及應(yīng)急響應(yīng)、定位導(dǎo)覽、社交需 求、市場推廣需求和有價值數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)方式應(yīng)用，比如，在緊急情況下，每一個人都想被 救援人員精確定位到，大到建筑物的位置，甚至是樓層或者房間號；建筑物內(nèi)有什么東西； 辦公室的周圍是誰；車放在地下停車場什么位置；超市里的牛奶在什么位置；大型商場里 面最近的餐館在哪里；實現(xiàn)名片交換、微博推送、類似微信進(jìn)行交友互動等等。在百貨商場 里為客戶提供導(dǎo)購服務(wù)。手機會告訴你，提供導(dǎo)購服務(wù)，附近有哪些商品在打折。在旅游景 區(qū)、展館、機場、實現(xiàn)定位導(dǎo)覽，進(jìn)行展品介紹等。機場，可以精確引導(dǎo)用戶辦手續(xù)、指示衛(wèi)生 間位置等等。
[0006] 基于以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其采用一 套基于藍(lán)牙4.0基站（iBeacon)定位的室內(nèi)定位系統(tǒng)，運用本系統(tǒng)，用戶可以通過手中的手 機客戶端啟動定位模塊，通過定點設(shè)立的iBeacon基站的信號采集，轉(zhuǎn)化為衰減模型測算 距離，實時獲取當(dāng)前位置，精確程度可達(dá)40CM。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)和使用簡單、合理，成本低，性能穩(wěn)定、定位準(zhǔn)確的 一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)， 其包括iBeacon低功耗藍(lán)牙基站、地圖繪制組件、掃描與收集組件、過濾不恰當(dāng)數(shù)據(jù)組件、 提取集合區(qū)域組件、半徑輻射加權(quán)組件和加權(quán)計算組件，其特征在于，所述的iBeacon低功 耗藍(lán)牙基站采用采用搭載了 TICC2540芯片的APRILBEAC0N 202系列基站；
[0009] 所述地圖繪制組件的繪制過程包括以下步驟：
[0010] 首先，實例化MapManager，在實例化過程中，MapManager會生成一個MapArray對 象，每當(dāng)讀入一個建筑物后，會對MapArray中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，同時生成一個BlockBase 的對象添加到blockList中，當(dāng)讀取建筑物數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)生成Bitmap，MapView根據(jù)當(dāng)前的 mapMatrix，對地圖進(jìn)行縮放和旋轉(zhuǎn)操作，在繪制在Surface的畫布上，呈現(xiàn)給用戶；
[0011] 所述掃描與收集組件負(fù)責(zé)利用系統(tǒng)自帶的藍(lán)牙模塊高頻掃描附近藍(lán)牙基站信號， 通過計算提取信號強度最大的3-4個基站，積累200條以上的信號強度數(shù)據(jù)，通過測距公式 首先得出原始的距離集合；
[0012] 所述過濾不恰當(dāng)數(shù)據(jù)組件采用多種算法的疊加，保證最大可能的過濾；
[0013] 提取集合區(qū)域組件的算法核心為兩圓或三圓相交法，利用基站坐標(biāo)以及計算的單 個距離值做圓，每兩個圓進(jìn)行一次比較，若有相交區(qū)域，則根據(jù)一種算法采樣相交區(qū)域的有 效點；
[0014] 所述半徑輻射加權(quán)組件負(fù)責(zé)二次過濾無效點如何算出含有效點及無效點的區(qū)域 內(nèi)點集的中心點；
[0015] 所述加權(quán)計算組件負(fù)責(zé)依據(jù)有效點的輻射值分別對X、y坐標(biāo)進(jìn)行加權(quán)運算，得出 結(jié)果坐標(biāo)。
[0016] 進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述過濾不恰當(dāng)數(shù)據(jù)組件采用的多種算法至少包括盒型圖算 法、隊列均值算法和高斯分布算法，其中，所述盒型圖算法包括以下步驟：
[0017] 首先，按從小到大的順序列出所有的數(shù)值，把所有數(shù)值的個數(shù)記為n，按順序這樣 排號：X1是最小的數(shù)，X2是次小的數(shù)，直到最大的數(shù)Xn ;然后，計算中位數(shù)：把數(shù)據(jù)分成兩 半，找到半數(shù)值大于它、一半數(shù)值小于它的點的中位數(shù)；之后，計算四分位數(shù)：把數(shù)據(jù)分為 四個部分，找到一半數(shù)據(jù)的中位數(shù)即四分位數(shù)；之后，計算四分位距：計算兩個分位數(shù)之間 的距離即四分位距，其中，四分位距=第3四分位數(shù)-第1四分位數(shù)；再后，計算內(nèi)部范圍： 區(qū)分屬于特定分布和分布之外的數(shù)值，其中，內(nèi)部范圍的上限處在高于第3四分位數(shù)和1. 5 倍四分位距之和的位置，下限則處在低于第1四分位數(shù)減去1. 5倍四分位距的位置，即：
[0018] 內(nèi)部上限=第3四分位數(shù)+1. 5 X四分位距
[0019] 內(nèi)部下限=第1四分位數(shù)-I. 5X四分位距；
[0020] 所述隊列均值算法是構(gòu)造一個長度為η的隊列，初始為空，當(dāng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，從隊列 末端放入，同時檢查是否超出隊列長度，若超出，刪去隊列首端數(shù)據(jù)，最后統(tǒng)計時取隊列的 平均值；
[0021] 所述高斯分布算法采用高斯分布中的而積分布算法。
[0022] 進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述半徑輻射加權(quán)組件包括以下步驟：首先，依據(jù)信號強度正 比變化構(gòu)造輻射半徑R，定義輻射值，每個點的輻射值初始為〇 ;然后，對每個點做圓，進(jìn)行 掃描，如果圓內(nèi)存在其他點，則對應(yīng)的點的輻射值加權(quán)；之后，依區(qū)域內(nèi)點數(shù)將輻射值小于 a的無效點進(jìn)行過濾，以避免極端情況，保證大部分點的有效性。
[0023] 進(jìn)一步，作為優(yōu)選，其設(shè)置有定位精度提升組件，該組件采用RSSI進(jìn)行測距方法， 其無線信號傳輸中采用漸變模型，漸變模型的簡化模型為：
[0025] 為便于表達(dá)和計算，通常取d0為lm。于是可得：
[0026] [p(d)] dBm = A-IOnlg (d)，把[p(d) dBm 寫成 RSSI 的形式得到 RSSI = A-IOnlg(d)；
[0027] 其中，A為無線收發(fā)節(jié)點相距Im時接收節(jié)點接收到的無線信號強度RSSI值。
[0028] 進(jìn)一步，作為優(yōu)選，其特征在于，其中，A = -42, η = 2,測距公式為RSSI =-42-201g(d)〇
[0029] 進(jìn)一步，作為優(yōu)選，其還包括最短路徑計算組件，該組件的計算步驟為：首先，假定 有X，y，z三個點，如果X到y(tǒng)的最短距離為Sxy，y到z的最短距離為Syz，X到z的最短距 離為Sxz，如果Sxz > Sxy+Syz，則Sxz變更為Sxy+Syz，那么做一次迭代的定義是：當(dāng)前圖 中組合出所有的這樣的三個點，都做一次這樣的操作，直到所有的三個點之間都做過一次 這樣的操作，假定當(dāng)前一共有T個節(jié)點，那么最多需要進(jìn)行（T-2)次的迭代，即可求出任意 兩個點之間的最短距離。
[0030] 進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述最短路徑計算組件采用三重循環(huán)的方式，每個循環(huán)都是從 〇到T進(jìn)行選取，最外面的循環(huán)選取y點，第二層循環(huán)選取X點，第三層循環(huán)選取z點，通過 map [X] [y]和map [y] [z]的值更新map [X] [z]，每次需要更新時，將路徑也更新，直到三層循 環(huán)全部結(jié)束，需要的時間復(fù)雜度T~3,空間復(fù)雜度Γ2,即可計算出map中任何兩個點的最短 路徑。
[0031] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0032] 本發(fā)明提供的一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其采用一套基于藍(lán)牙4. 0基站 (iBeacon)定位的室內(nèi)定位系統(tǒng)，運用本系統(tǒng)，用戶可以通過手中的手機客戶端啟動定位模 塊，通過定點設(shè)立的iBeacon基站的信號采集，轉(zhuǎn)化為衰減模型測算距離，實時獲取當(dāng)前位 置，精確程度可達(dá)40CM。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位計算流程示意圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明的一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)及定位方法的掃描與收集組 件的兩圓相交示意圖；
【具體實施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更 好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對本發(fā)明的限制。
[0036] 如圖1-2所示，本發(fā)明提供一種基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，一種基于無線技 術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其包括iBeacon低功耗藍(lán)牙基站、地圖繪制組件、掃描與收集組件、過 濾不恰當(dāng)數(shù)據(jù)組件、提取集合區(qū)域組件、半徑輻射加權(quán)組件和加權(quán)計算組件，其特征在于， 所述的iBeacon低功耗藍(lán)牙基站采用采用搭載了 TICC2540芯片的APRILBEAC0N 202系列 基站；
[0037] 所述地圖繪制組件的繪制過程包括以下步驟：
[0038] 首先，實例化MapManager，在實例化過程中，MapManager會生成一個MapArray對 象，每當(dāng)讀入一個建筑物后，會對MapArray中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，同時生成一個BlockBase 的對象添加到blockList中，當(dāng)讀取建筑物數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)生成Bitmap，MapView根據(jù)當(dāng)前的 mapMatrix，對地圖進(jìn)行縮放和旋轉(zhuǎn)操作，在繪制在Surface的畫布上，呈現(xiàn)給用戶；
[0039] 所述掃描與收集組件負(fù)責(zé)利用系統(tǒng)自帶的藍(lán)牙模塊高頻掃描附近藍(lán)牙基站信號， 通過計算提取信號強度最大的3-4個基站，積累200條以上的信號強度數(shù)據(jù)，通過測距公式 首先得出原始的距離集合；
[0040] 所述過濾不恰當(dāng)數(shù)據(jù)組件采用多