一种基于iBeacon的室内定位及辅助导航方法、装置及系统与流程

本发明涉及定位导航领域，特别是指一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法、装置及系统。

背景技术：

随着日常生活方式的不断改变，人们对室内定位技术的需求变得越来越迫切。室内定位技术在大型商场、停车场等场景中应用前景广大，能够实现高实时性、高精度、低成本的室内定位技术得到越来越多的关注与研究。

目前主流的室内定位技术之一是基于ibeacon的定位方案。该方案基于低功耗蓝牙模块的解决方案，通过在室内环境布置ibeacon设备，建立基站拓扑，智能设备通过接收ibeacon设备的信号来实现位置的确认。

在ibeacon室内定位方案中，具有较好可行性的两种算法为基于rssi指纹库的算法和三角质心定位算法。由于基于rssi指纹库的算法需要提前进行rssi指纹的收集、过滤、建立数据库，并且容易受到ibeacon装置老化以及电量变化等原因的影响，该算法较为复杂。相比较而言，三角质心定位算法具有较好的实时性，便捷性等特点。

三角质心定位算法以三个ibeacon设备为信标节点，获取与设备相对应的所处平面模型上的坐标位置，最后得出所测未知节点的位置。在圆周定位模型中，理论上如果知道未知节点到三个信标节点的物理距离，那么以该三个信标节点为圆心，到未知节点的物理距离为半径建立三个圆周模型，则未知节点即处于三个圆周模型的交叉处。如图1所示，ms为当前位置，a、b、c为用于定位的ibeacon设备所在的位置。

三角质心定位算法一个主要工作是如何选取合适的信标节点进行定位计算。由于ibeacon是基于低能耗的蓝牙4.0的技术，在实际应用中，信号强度容易受到诸如噪声、信号遇到障碍物以后的急剧衰落、测量工具带来的误差等原因的影响。直接使用基于三个信号最强的ibeacon设备建立圆周模型，其三个圆有很大可能不相交于一点，那么使用三角质心定位算法就会产生较大的误差，甚至出现无法计算出确切位置的情况。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法、装置及系统，能够快速实现室内的精准定位，并提供辅助导航。

基于上述目的本发明实施例提供的一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法，包括：

接收多个ibeacon设备发送的广播信息，每个所述ibeacon设备的广播信息包括该ibeacon设备的位置信息以及设备编号；

计算多个所述ibeacon设备与用户设备的距离，选择距离最近的第一ibeacon设备以及第二ibeacon设备；

根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

可选的，所述接收多个ibeacon设备发送的广播信息之前，还包括：根据使用环境，在道路两侧交叉设备多个所述ibeacon设备，并按顺序为多个所述ibeacon设备设置所述设备编号。

可选的，所述设备编号为连续的编号，且任意三个具有连续设备编号的所述ibeacon设备呈三角形设置。

可选的，还包括：根据接收到的所述广播信息中的接收信号强度指示rssi计算所述ibeacon设备与用户设备的距离。

可选的，所述第一ibeacon设备与用户设备的距离小于所述第二ibeacon设备与用户设备的距离，所述根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置包括：

计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系；

若所述差值大于等于所述预设阈值，则选择与所述第一ibeacon设备的设备编号相邻的两个ibeacon设备作为第三ibeacon设备和第四ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第三ibeacon设备以及所述第四ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

可选的，所述根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置包括：

计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系；

若所述差值小于所述预设阈值且所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备的设备编号相邻，则选择与所述第一ibeacon设备或所述第二ibeacon设备的设备编号相邻的ibeacon设备作为第五ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第二ibeacon设备以及所述第五ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

可选的，所述根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置包括：

计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系；

若所述差值小于所述预设阈值且所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备的设备编号不相邻，则选择设备编号为所述第一ibeacon设备与所述第二ibeacon设备之间的ibeacon设备作为第六ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第二ibeacon设备以及所述第六ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

可选的，还包括：

接收用户输入的目标位置，根据用户设备当前位置及电子室内地图确定当前位置到目标位置的路径；

在用户设备移动过程中，获取用户设备的移动方向和距离，绘制用户设备移动的路径；

通过所述定位方法实时定位用户设备当前所在位置，结合电子室内地图，对用户设备运动的路径进行校正。

本发明实施例还提供一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航装置，包括：

接收模块，用于接收多个ibeacon设备发送的广播信息，每个所述ibeacon设备的广播信息包括该ibeacon设备的位置信息以及设备编号；

选择模块，用于计算多个所述ibeacon设备与用户设备的距离，选择距离最近的第一ibeacon设备以及第二ibeacon设备；

位置确认模块，用于根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备所在位置。

本发明实施例还提供一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航系统，包括多个ibeacon设备以及如上述任意一项所述的基于ibeacon的室内定位及辅助导航装置。

从上面所述可以看出，本发明实施例提供的一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法、装置及系统，依据停车场的构造具体布置，将ibeacon设备铺设在道路的两边，简单方便，与实际场景紧密贴合。并且通过该方法能够更好的确定用于实现用户设备定位的定位节点，从而能够更好的实现室内的精确定位，并能够有效的应用于停车场或其他实际室内场景中。

附图说明

图1为使用三角质心定位算法进行定位的原理图；

图2为本发明实施例一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法的流程图；

图3为本发明实施例所述基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法的相关设备室内布置示意图；

图4为本发明实施例所述基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法的原理示意图；

图5为本发明实施例一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航装置的结构图；

图6为本发明实施例一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

图2为本发明实施例一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法的流程图。

本发明实施例提供一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法，包括：

步骤100，接收多个ibeacon设备发送的广播信息，每个所述ibeacon设备的广播信息包括该ibeacon设备的位置信息以及设备编号。

具体的，令用户设备所在待定位点a处接收到周围n个节点的rssi集合为{r1,r2,r3,…,rn}。

其中，在处理智能设备收集得到的ibeacon设备的rssi值过程中，对数据的过滤是必要的。由于处于多个ibeacon设备的环境中，因此智能设备可能会接受到大量ibeacon信号。有些ibeacon信号因为其对应ibeacon设备所在距离和环境的影响，可能存在较大误差，不具有计算价值。因此需要在rssi收集阶段，对ibeacon信号进行过滤。可以设置一个相关的阈值，高于阀值的信号则根据一定的数据统计方法进行处理，以此去掉可能存在较大误差的信号。这将会有效的提高室内定位的精度。

步骤200，计算多个所述ibeacon设备与用户设备的距离，选择距离最近的第一ibeacon设备以及第二ibeacon设备。

可选的，根据接收到的所述广播信息中的接收信号强度指示rssi计算所述ibeacon设备与用户设备的距离。在本实施例中，第一ibeacon设备与用户设备的距离小于第二ibeacon设备与用户设备的距离。

具体的，根据rssi测距算法公式计算出未知测距点与各个接收到rssi节点之间的距离集合，记为{d1,d2,d3,…,dm}，由于已经对rssi值进行过滤处理，故m≤n，算法公式为

rssi＝a-10nlg(d)

上式为信号强度值与距离之间衰减的模型的计算公式，依据该公式可通过已知接收到的ibeacon设备的rssi值计算对应的距离值d，其中a和n均为预设的经验值，和具体使用的硬件节点和无线信号传播的环境密切相关。通过对上述公式的计算，可获取过滤后的各个ibeacon节点与未知节点之间的距离d。选取与未知节点距离最近的两个设备节点，再依据这两个设备节点对应的序号之间的差值进行下一步的计算。

步骤300，根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

在本发明的另一个实施例中，步骤100所述接收多个ibeacon设备发送的广播信息之前，还包括：根据使用环境，在道路两侧交叉设备多个所述ibeacon设备，并按顺序为多个所述ibeacon设备设置所述设备编号。可选的，所述设备编号为连续的编号，且任意三个具有连续设备编号的所述ibeacon设备呈三角形设置。

在一个具体的实施例中，参照图3所示，在过道两侧交叉设备ibeacon设备，并依次编号为1、2、3、4、5，任意三个设备编号连续的ibeacon设备如1、2、3或者2、3、4或者3、4、5均呈三角形设置。

在一个可替换的实施例中，设备编号不限于连续的数字，还可使用其他具有先后顺序的编号规则，例如将图3中的设备编号1、2、3、4、5替换为e、f、g、h、i，此时设备编号为e、f、g或f、g、h或g、h、i的ibeacon设备也为设备编号连续的ibeacon设备。

在图3中，a点为用户设备的当前位置，理想情况下应该采取1、2、3点处的ibeacon进行定位计算，但是实际情况中，由于rssi的不稳定经常采用的不是理想情况，可能会用到1、4、5或者2、3、4或者1、3、5，这种情况采用基本的三角质心算法定位误差比较大，而且不稳定。而采用本发明所述方法，则可以选择到更好的ibeacon设备进行定位，减小定位误差，保证定位的稳定。

在本发明的一些实施例中，步骤300中所述根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位确定用户设备的当前位置包括：

步骤301，计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系。

步骤302，若所述差值大于等于所述预设阈值，则选择与所述第一ibeacon设备的设备编号相邻的两个ibeacon设备作为第三ibeacon设备和第四ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第三ibeacon设备以及所述第四ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

具体的，当预设阈值为3时，即两个ibeacon设备的设备编号差相差3以上，那么取与未知位置距离最近的ibeacon设备作为第一ibeacon设备。在确认第一个设备节点后，第二与第三ibeacon设备为所确认第一ibeacon设备节点的编号相邻，即编号差为1的其他两个设备节点。比如在图3中，若所述第一ibeacon设备编号为2，那么为第二与第三ibeacon设备编号为1和3。之后利用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置，此时定位较为精准。

在本发明的一些实施例中，步骤300中所述根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置包括：

步骤301，计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系。

步骤303，若所述差值小于所述预设阈值且所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备的设备编号相邻，则选择与所述第一ibeacon设备或所述第二ibeacon设备的设备编号相邻的ibeacon设备作为第五ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第二ibeacon设备以及所述第五ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

具体的，若距离最近的两个设备的编号为2和3，那么第一与第二ibeacon设备为上述编号对应的ibeacon设备，第三ibeacon设备则在编号为1和4所对应设备中选取。具体的选择方案可依据所测的两个设备与未知位置直接的距离决定，其中距离最近的为第三ibeacon设备。之后利用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置，此时定位较为精准。

在本发明的一些实施例中，步骤300中所述根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置包括：

步骤301，计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系。

步骤304，若所述差值小于所述预设阈值且所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备的设备编号不相邻，则选择设备编号为所述第一ibeacon设备与所述第二ibeacon设备之间的ibeacon设备作为第六ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第二ibeacon设备以及所述第六ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

具体的，若距离最近的两个设备的编号为3和5，那么第一与第二ibeacon设备为上述编号对应的ibeacon设备，第三ibeacon设备则选取编号为4的ibeacon设备。之后利用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置，此时定位较为精准。

在一个具体的实施例中，如图4所示，设i为各个ibeacon设备节点的设备编号且设备编号为连续的数字。根据上述过程选取两个所测距离最小的ibeacon设备，设为b1和b2，计算两者之间对应的编号差即|b1.i-b2.i|，记为a。若a大于所设差值阀值3，即a>3，则判断两个设备所测距离大小，更小者确认为第一ibeacon设备。第二与第三ibeacon则是与第一ibeacon设备相邻的设备，即|b.i-b1.i|＝1，其中b为待获取设备，b1为已经确认的第一ibeacon设备。若a小于所设阀值3，即a＝2，则可确认第一和第二ibeacon设备b1和b2，第三ibeacon设备处于上述两个设备之间，即b1.i<b.i<b2.i，其中不失一般性假设设备b1的编号小于设备b2的编号，b为待确认的第三ibeacon设备。至此三个ibeacon设备b1、b2、b3全部获取，再依据加权三角质心算法得出位置节点的具体坐标。

根据确认的三个ibeacon设备所构成的圆周模型如下。三个圆周的圆心坐标为三个ibeacon设备b1、b2、b3对应的坐标，半径为三个设备与未知位置的距离d1、d2、d3。三个圆周两两相交，可分别求出两圆相交的具体坐标。列如下方程组：

(x1-x)²-(y1-y)²＝d1²

(x2-x)²-(y2-y)²＝d2²

在上述方程组中，假设用于计算的两个ibeacon设备为b1和b2，其平面坐标各为(x1,y1)和(x2,y2)，与未知位置的距离为d1和d2，(x,y)为所求未知点的坐标。解出上述方程组可得两点，取其中距离设备b3最近的一点，设为点p3。依靠此步骤可同样求出点p1和p2。p1、p2、p3三点的位置如图4所示。

根据确认的三个ibeacon设备所构成的圆周模型如下。三个圆周的圆心坐标为三个ibeacon设备b1、b2、b3对应的坐标，半径为三个设备与未知位置的距离d1、d2、d3。三个圆周两两相交，可分别求出两圆相交的具体坐标。列如下方程组：

(x1-x)²-(y1-y)²＝d1²

(x2-x)²-(y2-y)²＝d2²

在上述方程组中，假设用于计算的两个ibeacon设备为b1和b2，其平面坐标各为(x1,y1)和(x2,y2)，与未知位置的距离为d1和d2，(x,y)为所求未知点的坐标。解出上述方程组可得两点，取其中距离设备b3最近的一点，设为点p3。依靠此步骤可同样求出点p1和p2。p1、p2、p3三点的位置如图4所示。

求得p1、p2、p3三个点的具体坐标后，未知位置a＝(x,y)即在p1、p2、p3所围成三角形中。由于用于确认位置的三个信标节点也就是ibeacon设备的信号强度不同，那么可以通过加权因子来体现信标节点对质心坐标决定权的大小，也就是对该三角形质心位置的影响程度。上述步骤的数学模型如下所示，通过该模型可确认未知点a的具体坐标(x,y)。

上述数学模型中,p1、p2、p3坐标为别(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)，信标节点b1、b2、b3所测与未知点a的距离分别为d1、d2、d3。

在本发明的另一个实施例中，所述基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法还包括：

步骤401，接收用户输入的目标位置，根据用户设备当前位置及电子室内地图确定当前位置到目标位置的路径。

步骤402，在用户设备移动过程中，获取用户设备的移动方向和距离，绘制用户设备移动的路径。

步骤403，通过所述定位方法实时定位用户设备当前所在位置，结合电子室内地图，对用户设备运动的路径进行校正。

本发明实施例所述方法可应用在停车导航系统中，具体方法包括：

步骤501，用户选择目的地的具体停车场后，使用室外gps导航将用户导航到目的地停车场。

步骤502，用户到达停车场后，用户手中的智能设备会扫描停车场周围设备，如果成功扫描到指定设备发出的信号，那么表明用户已经到达停车场入口外，系统会为用户分配一个车位，然后响应停车场外的闸门打开，让用户驶入停车场内。

步骤503，停车场内进行定位导航将用户导航到所指定的车位中。在室内停车场中，进行室内定位和导航，室内定位采用如上述任意一项实施例所述的基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法。

本发明实施例还提供一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航装置，参照图5所示，包括：

接收模块11，用于接收多个ibeacon设备发送的广播信息，每个所述ibeacon设备的广播信息包括该ibeacon设备的位置信息以及设备编号；

选择模块12，用于计算多个所述ibeacon设备与用户设备的距离，选择距离最近的第一ibeacon设备以及第二ibeacon设备；

位置确认模块13，用于根据所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备确定至少一个额外的所述ibeacon设备，并采用三角质心定位方法确定用户设备所在位置。

可选的，所述接收多个ibeacon设备发送的广播信息之前，还包括：根据使用环境，在道路两侧交叉设置多个所述ibeacon设备，并按顺序为多个所述ibeacon设备设置所述设备编号。

可选的，所述设备编号为连续的编号，且任意三个具有连续设备编号的所述ibeacon设备呈三角形设置。

可选的，所述选择模块12还用于根据接收到的所述广播信息中的接收信号强度指示rssi计算所述ibeacon设备与用户设备的距离。

可选的，所述位置确认模块13还用于实现：计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系；

若所述差值大于等于所述预设阈值，则选择与所述第一ibeacon设备的设备编号相邻的两个ibeacon设备作为第三ibeacon设备和第四ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第三ibeacon设备以及所述第四ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

可选的，所述位置确认模块13还用于实现：计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系；

若所述差值小于所述预设阈值且所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备的设备编号相邻，则选择与所述第一ibeacon设备或所述第二ibeacon设备的设备编号相邻的ibeacon设备作为第五ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第二ibeacon设备以及所述第五ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

可选的，所述位置确认模块13还用于实现：计算所述第一ibeacon设备的设备编号以及所述第二ibeacon设备的设备编号的差值，判断所述差值与预设阈值的关系；

若所述差值小于所述预设阈值且所述第一ibeacon设备以及所述第二ibeacon设备的设备编号不相邻，则选择设备编号为所述第一ibeacon设备与所述第二ibeacon设备之间的ibeacon设备作为第六ibeacon设备，根据所述第一ibeacon设备、所述第二ibeacon设备以及所述第六ibeacon设备采用三角质心定位方法确定用户设备的当前位置。

可选的，所述装置还包括导航模块，用于实现：接收用户输入的目标位置，根据用户设备当前位置及电子室内地图确定当前位置到目标位置的路径；在用户设备移动过程中，获取用户设备的移动方向和距离，绘制用户设备移动的路径；通过所述定位方法实时定位用户设备当前所在位置，结合电子室内地图，对用户设备运动的路径进行校正。

本发明实施例还提供一种基于ibeacon的室内定位及辅助导航系统，参照图6所示，所述系统包括多个ibeacon设备以及如上述任一实施例所述的基于ibeacon的室内定位及辅助导航装置。

本发明所述基于ibeacon的室内定位及辅助导航方法、装置及系统，依据停车场的构造具体布置，将ibeacon设备铺设在道路的两边，简单方便，与实际场景紧密贴合。并且通过该方法能够更好的确定用于实现用户设备定位的定位节点，从而能够更好的实现室内的精确定位，并能够有效的应用于停车场或其他实际室内场景中。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。