(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811334468.9
(22)申请日 2018.11.09
(71)申请人 中科数字健康科学研究院（南京）有
限公司
地址 210046 江苏省南京市栖霞区尧化街
道甘家边东108号综合楼601
(72)发明人 王红亮 阳宇翔
(74)专利代理机构 北京清诚知识产权代理有限
公司 11691
代理人 乔东峰 樊锦标
(51)Int.Cl.
H04W 4/02(2018.01)
H04W 4/33(2018.01)
H04W 4/80(2018.01)
H04W 64/00(2009.01)
G01S 11/06(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种室内定位系统及相应的
定位设备和定位方法，所述系统包括：信号采集
单元(100)，其用于获取室内iBeacon信号，
得到RSSI信号值；离线建库单元(200)，
其用于根据多个RSSI信号强度数据和室内环境的参考点 务器中；坐标计算单元(300)，其用于调用所述位
置指纹库，对实时获取的RSSI信号强度向量进行
坐标匹配计算，获得室内坐标。本发明算法精简，
且能够达到大多数室内定位场景的精度要求。权利要求书2页 说明书7页 附图4页CN 109275095 A 2019.01.25
C N 109275095
A
1.一种室内定位系统，包括：
信号采集单元(100)，其用于获取室内iBeacon信号，得到RSSI信号值；
离线建库单元(200)，其用于根据多个RSSI信号强度数据和室内环境的参考点坐标信息建立位置指纹库，并将其存储到定位服务器中；
坐标计算单元(300)，其用于调用所述位置指纹库，对实时获取的RSSI信号强度向量进行坐标匹配计算，获得室内坐标。
2.如权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于：
还包括轨迹处理单元(400)，用于根据坐标计算单元(300)实时计算得到的多个坐标进行轨迹绘制。
3.如权利要求2所述的室内定位系统，其特征在于：还包括输出单元(500)，其用于在输出运动轨迹和坐标。
4.如权利要求1至3中任一项所述的室内定位系统，其特征在于：还包括离线服务器，其用于存储所述位置指纹库。
5.一种室内定位方法，包括：
在室内定位环境中建立若干iBeacon的位置参考点；
对每一个位置参考点，采集多组RSSI信号强度值，根据多个RSSI信号强度数据和室内环境的位置参考点坐标信息建立位置指纹库，并将其存储到定位服务器中；
调用所述位置指纹库，对实时获取的RSSI信号强度向量进行坐标匹配计算，获得室内坐标。
6.如权利要求5所述的室内定位方法，其特征在于，所述根据多个RSSI信号强度数据和室内环境的位置参考点坐标信息建立位置指纹库的步骤包括：
对每个位置参考点的各个iBeacon信标的RSSI信号进行卡尔曼滤波；
对每个位置参考点的各个iBeacon信标的RSSI信号进行均值滤波。
7.如权利要求5所述的室内定位方法，其特征在于，所述对实时获取的RSSI信号强度向量进行坐标匹配计算，获得室内坐标的步骤包括：
对实时采集的RSSI向量，记作与新位置指纹库中的每一组位置指纹的
计算欧氏距离，遍历位置指纹库后形成距离向量；
对距离向量进行由小到大的排序；
选取前k个距离最小的距离所对应的位置指纹库的的索引，取出这k个位置指纹的坐标，k为自然数；
对k个坐标求平均值；
将平均值作为待定位的RSSI向量的坐标估计值。
8.一种室内定位设备，包括：
信号采集单元(100)，其用于获取室内iBeacon信号，得到RSSI信号值；
坐标计算单元(300)，其用于调用所述位置指纹库，对实时获取的RSSI信号强度向量进行坐标匹配计算，获得室内坐标，其中，所述位置指纹库是根据多个RSSI信号强度数据和室内环境的参考点坐标信息建立并存储到定位服务器中。
9.如权利要求8所述的室内定位设备，其特征在于，所述根据多个RSSI信号强度数据和
室内环境的位置参考点坐标信息建立位置指纹库的步骤包括：
对每个位置参考点的各个iBeacon信标的RSSI信号进行卡尔曼滤波；
对每个位置参考点的各个iBeacon信标的RSSI信号进行均值滤波。
10.如权利要求9所述的室内定位设备，其特征在于，所述对实时获取的RSSI信号强度向量进行坐标匹配计算，获得室内坐标的步骤包括：
对实时采集的RSSI向量，记作与新位置指纹库中的每一组位置指纹的
计算欧氏距离，遍历位置指纹库后形成距离向量；
对距离向量进行由小到大的排序；
选取前k个距离最小的距离所对应的位置指纹库的的索引，取出这k个位置指纹的坐标，k为自然数；
对k个坐标求平均值；
将平均值作为待定位的RSSI向量的坐标估计值。
一种基于蓝牙的室内定位系统、定位设备和定位方法
技术领域
[0001]本申请涉及室内定位与导航技术领域，具体涉及一种基于蓝牙的室内定位系统、定位设备和定位方法。
背景技术
[0002]准确获取目标的位置信息在众多研究领域中显示出了重要的研究意义。随着研究的发展，基于GPS和蜂窝网络的室外定位技术已经发展得比较成熟。
[0003]GPS等GNSS系统在室外定位上表现出了巨大的优势，但是从室外转移到室内时，GPS信号强度和质量会急剧下降，因为GPS在室内定位上变得不可行。由于室内定位情况的相对复杂，室内定位技术受到诸多环境和人为因素的干扰，包括建筑物的设计、室内环境布局和人员走动等。这些因素都会影响信号的传输，给定位过程带来不可避免的干扰和波动。[0004]目前的室内定位技术主要包括以下几种：
[0005]1、基于超声波技术的室内定位方法
[0006]专利CN108646220A公开了一种超声波室内定位装置，该方法定位精度较高、结构相对简单，但极易受到温度变化影响，作用范围比较有限，并且需要安装大量的超声波收发装置，开发成本较高。
[0007]2、基于红外线技术的室内定位方法
[0008]根据专利CN108646219A公开的红外线室内定位装置，该方法利用红外线在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。但是红外线非常容易受到室内布置的遮挡造成信号脱落。
[0009]3、基于射频RFID的室内定位方法
[0010]专利CN108646217A利用此方法公开了一种利用RFID技术实现室内精准定位的系统，该系统接收信号的标签体积较小，成本较低，方便携带，但需在覆盖区域内安装大量的基础设备，并且目标对象需要穿戴上带有RFID信号放大天线的物品在室内移动。
[0011]4、基于超宽带UWP的室内定位方法
[0012]专利CN108594173A公开了一种实现UWP的超宽带室内定位系统的设计方法，UWP定位是一种比较新型的方法，具有对信道衰落不敏感、定位精度高、非视距传播、抗干扰能力强、穿透能力强等优点，但是系统造价过于昂贵，定位原理较难，因而不易推广应用。[0013]5、基于无线WIFI的室内定位方法
[0014]基于无线WIFI的室内定位是目前使用比较广的方法之一，专利CN108668247A公开了一种WIFI室
内定位方法、装置及存储介质，该方法利用接收信号强度信息实现定位，无需增加额外设备，部署成本低，但信号强度的位置辨识力有限，同频、临频干扰大。
[0015]6、基于蓝牙的室内定位方法
[0016]鉴于蓝牙模块已被广泛嵌入各类终端设备中，故其，但现有的大部分蓝牙定位技术定位精度不高，定位延时较大，且传输范围有限。基于蓝牙定位的方法主要包括两种：基
于三边定位的方法和基于位置指纹的方法。
[0017]基于三边定位的方法，原理是通过用户移动端接收对应信标的射频信号强度，根据信号距离衰减公式计算用户与该信标的距离。综合至少三个信标的位置，以及用户与各信标的距离，可以利用三边定位估计用户的位置。基于三边定位法的缺点是，射频信号强度在室内环境中受多路径传播和物体遮挡影响较大，导致定位精度不高。
[0018]基于指纹匹配的定位方法，需要事先对待定位的环境建立一个标准的位置指纹库。首先根据定位精度要求选取若干参考点，对每个参考点采集此位置上的各个信标的射频信号强度，经过处理后形成标准的位置指纹库。将实时采集到的信号强度与指纹库中的各个参考点的信号强度进行比对以估计用户所在位置。该方法的缺点是依赖于收集的参考点数据，定位精度受参考点的数量和数据准确性的影响比较大，参考点数量少或室内环境变化造成参考点的数据不再准确，都会影响定位精度。
[0019]专利CN106792459A公开了一种基于蓝牙定位技术的室内定位方法，该方法采用三边定位原理，固定了多个蓝牙节点，利用蓝牙RSSI信号的距离衰减公式推算出移动节点被障碍物遮挡时衰减后的RSSI对应的距离。此方法计算出的距离是不稳定的，定位精度也难以达到室内定位的要求，同时如果布置过多蓝牙节点也给系统带来了较重的负担。[0020]现有蓝牙定位技术多是采用信号强度值与实际距离的映射关系进行定位，因信号强度受环境因素(温度、湿度、物理遮挡等因素)影响较大，故由其计算得出的实际距离值也是极其不稳定、不准确的。因此，现有蓝牙定位技术的缺点就是定位误差大、精度低、稳定性弱。
发明内容
[0021]本发明旨在解决现有的蓝牙定位技术定位误差大、精度低、稳定性弱的问题。[0022]为解决上述技术问题，本发明提出一种室内定位系统，包括：信号采集单元，其用于获取室内iBeacon信号，得到RSSI信号值；离线建库单元，其用于根据多个RSSI信号强度数据和室内环境的参考点坐标信息建立位置指纹库，并将其存储到定位服务器中；坐标计算单元，其用于调用所述位置指纹库，对实时获取的RSSI信号强度向量进行坐标匹配计算，获得室内坐标。
[0023]根据本发明的优选实施方式，所述室内定位系统还包括轨迹处理单元，用于根据坐标计算单元实时计算得到的多个坐标进行轨迹绘制。
[0024]根据本发明的优选实施方式，所述室内定位系统还包括输出单元(500)，其用于在输出运动轨迹和坐标。
[0025]根据本发明的优选实施方式，所述室内定位系统还包括离线服务器，其用于存储所述位置指纹库。
[0026]本发明还提出一种室内定位方法，包括：在室内定位环境中建立若干iBeacon的位置参考点；对每一个位置参考点，采集多组RSSI信号强度值，根据多个RSSI信号强度数据和室内环境的位置参考点坐标信息建立位置指纹库，并将其存储到定位服务器中；调用所述位置指纹库，对实时获取的RSSI信号强度向量进行坐标匹配计算，获得室内坐标。[0027]根据本发明的优选实施方式，所述根据多个RSSI信号强度数据和室内环境的位置参考点坐标信息建立位置指纹库的步骤包括：对每个位置参考点的各个iBeacon信标的
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