【免费】一种基于蓝牙的室内定位导航技术_杨保1_基于蓝牙的室内定位资源-CSDN文库

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测绘科学

Science of Surveying and Mapping

ISSN 1009-2307,CN 11-4415/P

《测绘科学》网络首发论文

题目：一种基于蓝牙的室内定位导航技术

作者：杨保，张鹏飞，李军杰，路朋

收稿日期： 2019-02-28

网络首发日期： 2019-04-11

引用格式：杨保，张鹏飞，李军杰，路朋．一种基于蓝牙的室内定位导航技术[J/OL]．测

绘科学. http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.4415.P.20190409.1940.061.html

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版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首

发论文视为正式出版。

测绘科学

一种基于蓝牙的室内定位导航技术

杨保

1,2

，张鹏飞

1,2

，李军杰

1,2

，路朋

1,2

(1.北京四维远见信息技术有限公司，北京 100070；

2.河南四维远见信息技术有限公司，郑州 450000）

摘要为解决 GNSS 定位技术的“最后一公里”问题，室内定位近年来成为定位领域的研究热点。为了满足室内定位和

导航服务的需要，该文采用 iBeacon 信标节点，设计了一种蓝牙技术为基础的室内定位系统。利用不同 AP 对位置的

影响差异，实现空间分割以自动构建指纹数据库，结合用户的运动状态实现室内定位。研究结果表明：该文的定位方

案在 500 m

的室内环境下，定位精度优于 2 m，完全可以满足日常定位导航功能。

关键词室内定位；蓝牙；空间分割；信号强度

中图分类号 TN96 文献标志码 A

An indoor positioning and navigation technology based on bluetooth

YANG Bao

1,2

, ZHANG Pengfei

1,2

, LI Junjie

1,2

, LU Peng

1,2

(1. Beijing Geo-Vision Tech. Co., Ltd, Beijing 100070, China;

2. Henan Geo-Vision Tech. Co., Ltd, Zhengzhou 450000, China )

Abstract To solve the last kilometer problem of global navigation satellite system (GNSS) positioning technology, indoor

positioning has been the focus of localization file in recent years. To meet the needs of indoor positioning and navigation

services, an indoor positioning system based on Bluetooth was designed using iBeacon beacon nodes in this paper. Using the

difference of the influence of different access point(AP) on the location, the spatial segmentation was realized to

automatically construct the fingerprint database, and the user’s movement status was combined to realize the indoor

positioning. The results showed that the positioning scheme of this paper was better than 2 m in the indoor environment of

500 m

, and could satisfy the function of daily navigation.

Key words indoor positioning; bluetooth; spatial segmentation; signal strength

0 引言

室外复杂道路的导航问题可以由全球导航定位系统（global navigation satellite system，GNSS）定

位技术轻易解决，然而对于“最后一公里”的室内定位的问题上，GNSS 却显得无计可施

[1]

。为了应对

越来越高的建筑物，为用户提供更准确的位置信息，国内外学者开始研究室内定位技术。

相对于室外定位技术来说，室内定位技术发展起来的时间还很短暂，目前室外定位技术已经非常

成熟，而室内定位技术一直是近年来全世界的研究热点。上世纪 90 年代出现了红外定位技术是第一

个基于无线室内定位技术，英国剑桥大学的 Olivetti 实验室基于红外定位技术开发了 Active Badge 系

统

[2]

。基于雷达(radio detection and ranging, RADAR)的室内定位技术解决方案于 1998 年由微软提

出

[3]

。该技术主要基于信号强度值构建指纹数据库然后利用射频信号的强度值进行测距和基于测距模

型进行定位。该解决方案可以实现高精度。但是构建指纹库需要收集大量数据作为支撑，并且环境对

基金项目：2019-02-28

作者简介：杨保（ 1986— ），男，河南新乡人，工程师，硕士，主要研究方向为航空摄影测量、室内定位。 E-mail ：

[email protected]

网络首发时间：网络首发地址：

2019-04-11 15:57:57 http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.4415.P.20190409.1940.061.html

2 测绘科学

收集到的数据影响也比较大，环境变化数据也要进行更新，需要大量的人力物力来进行数据维护

[4]

。

到了二十一世纪，物联网技术逐渐进入到人们的视野，并且迅速地发展，各种硬件技术也随之有

了快速地发展，为室内定位技术的发展营造了良好的环境，首先进入室内定位技术研究的是各个高校

实验室

[5]

。比如 2000 年的 Cricket 定位系统，由麻省理工学院主导开发，它基于超声波定位和射频定

位技术，能够自动适应环境和用户需求变化

[6]

。2001 年，出现了一种基于到达时间差(time difference

of arrival，TDOA)定位原理的混合定位系统 AHLOS(Ad-Hoc localization system)系统，该系统使用迭

代方法来获得目标位置。但是由于数据计算量大，所以并没有一个良好的实时性能

[7]

。接着到 2002

年，加利福尼亚大学的学者提出了基于传感器网络的 Calamari 定位系统，此系统结合了到达时间与

RSSI 定位技术

[8]

。同时，还优化了节点容易出故障的问题，提高了可靠性

[9]

。苹果公司在 2013 年 9

月发布了 iBeacon 技术，利用 iBeacon 技术可以实现高效的室内定位，这种系统部署容易，功耗低、

成本低，但是信号范围较小

[10]

。

二十一世纪之前，国内的室内定位技术并没有太大的发展

[11]

，新世纪到来之后，越来越多的人开

始进入高科技行列，室内定位的发展势头也是非常迅猛，随着国内的许多大学以及企业研究机构的加

入，国内的室内定位技术在短短几年内取得了一定的成果

[12]

。比如国内一些企业云里物里，April

Brothers，智石说科技公司和真趣科技等，首先嗅到了商机，根据苹果所发布的 iBeacon 数据协议，

开发了大量基于室内定位相关的 iBeacon 产品。

目前的室内定位系统并没有一套完整的解决方案，各个企业都在投入大量的人力物力进行研究，

主流的定位方案是基于蓝牙信号强度测距进行定位，但是由于蓝牙信号不稳定造成定位算法过于复杂

或精度较低，蓝牙的广播信号受到复杂环境的影响较大，所以仍难以满足人们的基本要求。面对如此

紧迫的形式，如何在对室内定位服务日益增长的需求的背景下，寻求到一款高精度、易部署、低成本

的室内定位系统方案是当前人们所迫切期望的。通过对以上现状分析，鉴于低功耗蓝牙技术的优点，

本文以低功耗蓝牙技术作为室内定位技术的基础，开发一套集多种定位算法及传感器融合定位的室内

定位导航系统。

1 蓝牙室内定位系统

蓝牙定位系统整体架构分为 3 部分：服务器端、数据采集终端和定位终端，如图 1 所示。

图 1 系统结构图

Fig.1 System Structure Diagram

在系统实施测试和维护阶段，数据采集终端在定位位置采集各蓝牙信标 AP(access point)信号强度

和电池电量，并在地图上对位置标注或纠正更新。

服务器端存储室内地图及蓝牙信标位置、通过数据采集终端获取的无线指纹数据库；通过无线指

纹数据库，服务器展现各蓝牙信标 AP 信号强度图、并可以对定位 AP 进行合理选择，同样也对 AP

位置进行估计来核实蓝牙信标 AP 的正确性。通过定位引擎选择高效的定位算法，并对定位精度进行

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一种基于蓝牙的室内定位导航技术_杨保1

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