一种基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法及系统与流程

本发明涉及低功耗蓝牙领域和物联网的
技术领域：
，尤其涉及一种基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法和基于该方法的定位丢失人口的系统。
背景技术：
：近年来儿童、老人或宠物有时会走失，尤其是在人多拥挤的地方或者比较偏远的地方。在拐卖儿童比较严重的地方能尽早的找到丢失人群就变得尤为重要。传统情况下，监护人会在大街上自行搜寻、呼唤、打听，这种方式耗时且低效，通常监护人会花上数十年的精力而无法寻找到亲人，家庭分崩离析。社会上也有通过电视节目或者社交网络进行寻人的平台，但这些资源都比较分散，无法形成快速寻人的能力。当前还有一个流行的解决方案是让儿童或老人佩戴带有gps定位功能的手表。手表上有4gsim卡，可以通过网络连接将自己的gps坐标不停地发送到后台服务器，监护人可以登录到后台终端去确认佩戴者所处的地方。但是这种方法有自己的缺陷：有的地方gps信号很弱，比如室内、大桥下或者隧道内等；gps定位手表的电量有限，如果迟迟不充电的话手表会关机，这样就永远无法定位到丢失人员；gps定位手表比较明显，如果儿童被拐卖，拐卖者会轻易识别出手表并将其丢弃。技术实现要素：本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。因此，本发明解决的一个技术问题是：提供一种低功耗蓝牙进行定位的搜寻方案，能够解决现有搜寻解决方案中机动性、效率和续航的缺陷。为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法，包括以下步骤，将蓝牙信标与待监控定位的目标进行绑定；芯片模块利用通信模块向外广播属于自己的唯一识别号；所述唯一识别号登记到后台服务器并映射到被监护人或物名下；在手机或汽车上安装兼容匹配的搜寻程序并在后台运行；后台运行的所述搜寻程序将通过低功耗蓝牙协议检测到匹配的所述唯一识别号上报至所述后台服务器；所述搜寻程序通过检测到的信号强度估算出所述蓝牙信标的距离；若多个终端同时检测到相同所述唯一识别号，所述后台服务器结合全球定位系统和三角定位算法准确地定位丢失人或物。作为本发明所述的基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法的一种优选方案，其中：所述蓝牙信标使用eddystone协议通过通信模块向外广播属于自己的唯一识别号，每个所述蓝牙信标都有自己的唯一识别号，且eddystone下的所述唯一识别号由16个字节组成。作为本发明所述的基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法的一种优选方案，其中：所述蓝牙信标每隔一段的时间广播一个数据包到周围，作为独立蓝牙协议的移动终端在执行后台扫描动作时会直接收到所述数据包，此操作为系统级底层操作，由所述芯片模块完成。作为本发明所述的基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法的一种优选方案，其中：所述在手机或汽车上安装兼容匹配的搜寻程序并在后台运行，包括打开配套的终端搜索应用程序，所述搜索应用程序将附近检测到的信标的唯一识别号识别并绑定到自己的终端账户上。作为本发明所述的基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法的一种优选方案，其中：所述待监控定位的目标为待被监护人或物，还包括上报步骤，若被监护人或物走失；与之对应的监护人向所述后台服务器上报丢失事件；所述后台服务器自动调用与上报的被监护人或物绑定的所述唯一识别号并将其下发到支持本服务的终端上。作为本发明所述的基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法的一种优选方案，其中：所述搜寻程序通过检测到的信号强度估算出所述蓝牙信标的距离包括以下步骤，定义信号发射点在空间中距离接收信号终端的竖直方向距离为定值z，可知发射点距离接收信号终端的距离d为：式中θ为方向角，其中距离d越大则θ越大；对于每一个接收点，获取信号在该处的信号强度r，假定理想情况其距离为d0时的功率为p0，创建随距离的k次幂衰减的渐变模型方程，即：作为本发明所述的基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法的一种优选方案，其中：由于所述唯一识别号能够对应绑定多个终端进行匹配搜索，还包括以下估算步骤，假设选择n个绑定终端作为参考点，记为a0，a1，a2，…，an-1；其中ai接收到的信号功率为ri、衰减系数为ki，分别计算出每个绑定终端估计的视距di；假设所述信号发射点的坐标为(xs，ys)；得到n个方程成立：(xi-xs)2+(yi-ys)2+z2＝d2i，0≤i<n；根据最小二乘法估计计算出(xs，ys)。作为本发明所述的基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法的一种优选方案，其中：所述三角定位算法包括以下步骤，已知三点位置(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)；已知未知点(x0,y0)到三点距离d1,d2,d3；以d1、d2、d3为半径作三个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即未知点的位置计算公式：(x1-x0)2+(y1-y0)2＝d12(x2-x0)2+(y2-y0)2＝d22(x3-x0)2+(y3-y0)2＝d32本发明解决的一个技术问题是：提供一种低功耗蓝牙进行定位的搜寻方案实现的依托系统，能够解决现有搜寻解决方案中机动性、效率和续航的缺陷。为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于低功耗蓝牙定位丢失人口的系统，包括蓝牙信标，集成设置于所述蓝牙信标内的芯片模块、通信模块和能源模块，以及后台服务器；所述蓝牙信标通过安装孔设置于待监控定位的目标身上；所述芯片模块设置于所述蓝牙信标内，用于向外广播属于自己的唯一识别号；所述通信模块用于所述唯一识别号的定期发送和与外界设备通信；所述后台服务器与所述芯片模块通过所述通信模块通信连接，用于后台数据的绑定和处理，准确地定位丢失人或物；所述能源模块，用于所述芯片模块、所述通信模块的能源提供。作为本发明所述的基于低功耗蓝牙定位丢失人口的系统的一种优选方案，其中：所述芯片模块、通信模块和能源模块通过集成封装与所述蓝牙信标内构成pcb线路板。本发明的有益效果：一是机动性强，汽车强大的机动性意味着它可以在几乎任何地方搜寻丢失人员或物；二是效率高，现在几乎每个人都有手机，此方案一旦推广，能够非常快速地搜寻到丢失人员或物；三是续航时间长，蓝牙信标超长的待机时间可以长期保持走失人员或物被找回的可能性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明第一种实施例所述基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法的整体流程结构示意图；图2为本发明第一种实施例所述蓝牙定位场景示意图；图3为本发明第一种实施例所述三角定位算法的原理示意图；图4为本发明第一种实施例所述绘出圆形及交点的示意图；图5为本发明第二种实施例所述基于低功耗蓝牙定位丢失人口的系统的整体原理示意图；图6为本发明第二种实施例所述蓝牙信号设备的整体架构示意图；图7为本发明第二种实施例所述蓝牙信号设备绑定被监护人衣服上示意图；图8为本发明第二种实施例所述蓝牙信号设备绑定宠物项圈的示意图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。实施例1参照图1的示意，示意为本实施例中提出一种基于低功耗蓝牙定位丢失人口的方法整体流程示意图，该方法利用蓝牙信标100定期向周围发射识别信号，再通过与其绑定的终端搜索绑定的识别信号，然后通过服务器计算出识别信号发射点的位置，定位蓝牙信标100。该方法和gps定位手表以及传统的寻人或物的方法相比具有如下明显的优势：机动性强，汽车强大的机动性意味着它可以在几乎任何地方搜寻丢失人员或物。效率高，现在几乎每个人都有手机，此方案一旦推广，可以非常快速地搜寻到丢失人员或物。续航时间长，蓝牙信标超长的待机时间可以长期保持走失人员或物被找回的可能性。进一步需要说明的是，蓝牙信标100是手机应用的外置设备，其工作原理是通过低功耗蓝牙向周围发送自己特有的id(唯一识别号)，手机上的应用软件可以扫描并解析出id，最后实现基于室内位置的信息推送。蓝牙信标本身不具备收集数据的功能，不会窃取手机用户的身份信息，但有手机定位并推送信息的功能。其相比于传统的gps定位，蓝牙信标具有耗电量小、定位精准、方便室内使用等优势,同时具备发送信息的“信”功能和标明位置的“标”功能。又由于蓝牙信标可以不间断发送信号,一旦手机用户进入蓝牙信标的信号覆盖范围内，就可以形成手机端的自动应答机制，无需用户多余的手动操作，即可以实现信息接收功能。具体的，本实施例提出的方法包括以下步骤：将蓝牙信标100与待监控定位的目标进行绑定；芯片模块200利用通信模块300向外广播属于自己的唯一识别号；唯一识别号登记到后台服务器400并映射到被监护人或物名下；在手机或汽车上安装兼容匹配的搜寻程序并在后台运行；后台运行的搜寻程序将通过低功耗蓝牙协议检测到匹配的唯一识别号上报至后台服务器400；搜寻程序通过检测到的信号强度估算出蓝牙信标100的距离；若多个终端同时检测到相同唯一识别号，后台服务器400结合全球定位系统和三角定位算法准确地定位丢失人或物。本实施例还需要说明的是，蓝牙信标100使用eddystone协议通过通信模块300向外广播属于自己的唯一识别号，每个蓝牙信标100都有自己的唯一识别号，且eddystone下的唯一识别号由16个字节组成。eddystone协议为谷歌公司开源、跨平台的信标格式，目的是在公共场合基于情境位置推送服务信息。同时支持android和ios设备。它定义了几种不同的框架类型，且这些框架类型可以独立或结合使用。蓝牙信标100每隔一段的时间广播一个数据包到周围，作为独立蓝牙协议的移动终端在执行后台扫描动作时会直接收到数据包，此操作为系统级底层操作，由芯片模块200完成。芯片模块200设置于蓝牙信标100内部的集成pcb板上，为蓝牙信标100的核心模块。在手机或汽车上安装兼容匹配的搜寻程序并在后台运行，包括打开配套的终端搜索应用程序，搜索应用程序将附近检测到的信标的唯一识别号识别并绑定到自己的终端账户上。该搜索应用程序为安装在终端的app软件，用于搜索接收蓝牙信标100定期发送的唯一识别号。本实施例中针对待监控定位的目标为待被监护人或物，首先监护人将蓝牙信标100的设备包装固定在监控目标的身上，与目标进行绑定。还包括以下的事件上报步骤，若被监护人或物走失；与之对应的监护人向后台服务器400上报丢失事件；后台服务器400自动调用与上报的被监护人或物绑定的唯一识别号并将其下发到支持本服务的终端上。如果此系统由企业发起，则由企业自己建立服务器，如果由政府发起则由政府牵头建立服务器。进一步的，本实施例若终端接收到蓝牙信标100，设置于终端的app搜索程序通过检测到的信号强度估算出蓝牙信标100的距离，具体的还包括以下步骤，定义信号发射点在空间中距离接收信号终端的竖直方向距离为定值z，可知发射点距离接收信号终端的距离d为：式中θ为方向角，其中距离d越大则θ越大；对于每一个接收点，获取信号在该处的信号强度r，假定理想情况其距离为d0时的功率为p0，创建随距离的k次幂衰减的渐变模型方程，即：将测量发射机与接收机的距离分为两步：第一步，对于每一个接收器，其衰减的系数k可以单独通过测量的数据进行拟合，从而可以根据得到的信号值的强度r以及拟合的衰减系数k计算出发射机距离接收机的视距；第二步，由于每个接收机均会收到该发射机的发射信号，并根据接收到的信号估计出其到发射机的视距，因此根据不同的接收点计算得到的视距找到满足测量误差最小的最优。由于唯一识别号能够对应绑定多个终端进行匹配搜索，根据最小二乘法估计得到每个接收终端的k值，然而在实际测量中，对于传统的蓝牙接收终端其较远的距离往往接收的功率较小，此时受到的噪声影响较为明显，其信号强度r值较为不准确。然而在采用定向天线的接收机方案中，此时较远的蓝牙信标100，其信号所在方向角衰减更加明显，往往难以接收到信号，或者信号值十分微弱。因此相对较远的蓝牙信标100，其信号的强度值将会明显低于离发射机较近的接收机，这样即可筛选出离信号更近的终端，而这些终端接收到强度值r相对较大，信噪比较高，计算得到的d也更为精确，本实施例中将其称为参考点。参照图2的示意，分别选择多个离蓝牙信标100最近的接收终端r值作为估计d的参考值，从而选择最优的参考点个数，包括如下估算步骤：假设选择n个绑定终端作为参考点，记为a0，a1，a2，…，an-1；其中ai接收到的信号功率为ri、衰减系数为ki，分别计算出每个绑定终端估计的视距di；假设信号发射点的坐标为xs，ys；得到n个方程成立：xi-xs2+yi-ys2+z2＝d2i，0≤i<n；根据最小二乘法估计计算出xs，ys。进一步的，本实施例中不仅包括通过接收终端来估算蓝牙信标100发射信号的位置，同时还包括后台服务器400结合gps并利用三角定位算法准确地定位丢失人或物。现代的gps定位，其原理是根据卫星定位，既卫星发射信号，到物体反馈，计算时间可得到距离。问题是当已知一点及距离，只能画一个圆，无法确定准确的方式，当2颗卫星的时候，对一个物体定位，就是两个以卫星为圆心的圆，已知两个点及距离的情况下，两个圆的交汇处有两个，也无法准确定位。而3颗卫星才能确定物体的位置，也就是经纬度，这就是三角定位法的原理。参照图3的示意，本实施例中三角定位算法包括以下步骤：已知三点位置x1，y1、x2，y2、x3，y3；已知未知点x0,y0到三点距离d1,d2,d3；以d1、d2、d3为半径作三个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即未知点的位置计算公式：x1-x02+y1-y02＝d12x2-x02+y2-y02＝d22x3-x02+y3-y02＝d32设未知点位置为(x，y)，令其中的第一个球形p1的球心坐标为(0，0)，p2处于相同纵坐标，球心坐标为(d，0)，p3球心坐标为(i，j)，三个球形半径分别为r1，r2，r3，z为三球形相交点与水平面高度。则有：r12＝x2+y2+z2r22＝(x-d)2+y2+z2r32＝(x-i)2+(y-j)2+z2当z＝0时，即为三个圆在水平面上相交为一点，首先解出x：x＝(r12-r22+d2)/2d将公式二变形，将公式一的z2代入公式二，再代入公式三得到y的计算公式：y＝(r12-r32-x2+(x-i)2+j2)/2j定义三个圆的坐标及半径，计算出交点的坐标(obj_x，obj_y)。其具体的实现可参照如下：绘出圆形及交点可参照如下实现：在实际定位中，给定的距离由于测量的误差，并不能真正让三个圆交于一点，需要在相交区域绘制出矩形并计算矩形的中心位置，除三边测量计算公式之外，也许还可以采用k-means或overlap聚类算法，本实施例中并不局限。本实施例中还将传统gps定位和采用蓝牙信标的定位功耗进行对比测试，包括对供电电压、电源容量、功耗、平均功耗以及续航时间分别进行对比测试，利用电流测试仪测得实际数据，用计时器记录续航时间，其具体功耗和续航的测试结果如下：模块电源种类供电电压电源容量功耗测试平均功耗续航时间(h)传统gps纽扣电池3.3v500mah40ma43ma10.5蓝牙信标纽扣电池3.3v500mah16ma18ma27.1实施例2参照图5～8的示意，示意为本实施例提出一种基于低功耗蓝牙定位丢失人口的系统的整体原理结构示意图，上述实施例的方法依托于本系统实现，具体的，该系统包括蓝牙信标100，集成设置于蓝牙信标100内的芯片模块200、通信模块300和能源模块500，以及后台服务器400；其中蓝牙信标100通过安装孔设置于待监控定位的目标身上；芯片模块200设置于蓝牙信标100内，用于向外广播属于自己的唯一识别号；通信模块300用于唯一识别号的定期发送和与外界设备通信；后台服务器400与芯片模块200通过通信模块300通信连接，用于后台数据的绑定和处理，准确地定位丢失人或物；能源模块500，用于芯片模块200、通信模块300的能源提供。芯片模块200、通信模块300和能源模块500通过集成封装与蓝牙信标100内构成pcb线路板。本实施例需要说明的是，蓝牙信标100为芯片模块200、通信模块300和能源模块500通过集成封装后的设备，其外包装上设置于安装孔，通过防水、防尘的材料封装后可以方便地通过安装孔缝在衣服内侧或宠物的项圈上，即与待监测的目标进行绑定。蓝牙芯片可被配置为低功耗模式，采用纽扣电池供电可以坚持2年的时间不更换电池。参照图6的示意，为本实施例提出蓝牙信标产品设备的整体架构图，它的内部电路仅需要包含低功耗蓝牙芯片、纽扣电池和天线，所占面积极小，低功耗蓝牙芯片为芯片模块200，可以采用型号为cc2540/cc2541作为蓝牙收发模块的主体，cc2540集成了2.4ghz射频收发器，是一款完全兼容8051内核的无线射频单片机，它与蓝牙低功耗协议栈共同构成高性价比、低功耗的片上系统(soc)解决方案，非常适合蓝牙低功耗应用。纽扣电池即能源模块500，其也称扣式电池，是指外形尺寸象一颗小纽扣的电池，一般来说直径较大，厚度较薄，纽扣电池是从外形上来对电池来分，同等对应的电池分类有柱状电池、方形电池和异形电池。天线即通信模块300，为芯片模块200对外发送唯一识别号的载体设备。天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须经过能量转换过程。还需要说明的是，如在本申请所使用的术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页1 2 3