一种基于蓝牙的室内定位系统及方法技术方案

一种基于蓝牙的室内定位系统及方法，涉及室内定位技术，具体来说是根据蓝牙信号的强度进行室内定位的系统及方法。系统包括带有蓝牙信号发送装置的终端、蓝牙接收标签、定位管理服务器以及连接蓝牙接收标签和定位管理服务器的通信网络，定位空间分成不同的定位区域并设置蓝牙接收标签及定位参考点，服务器通过接收终端的广播信息，经区域定位和区域内的精确定位，确定终端在定位空间内的位置。本发明专利技术，克服了单一算法的缺陷，减轻了服务器的负担，加快定位速度，提高服务器的容量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蓝牙的室内定位系统及方法
本专利技术涉及室内定位技术，具体来说是根据蓝牙信号的强度进行室内定位的系统及方法。
技术介绍
监狱、看守所是关押和改造犯罪人员的场所，对在押犯人行为的监控是保障监狱安全必不可少的管理手段。监狱智能化管理系统是提高监狱安防、技防水平的重要工具，它对于监督犯人的改造、防范监狱内突发事件的发生都起到了不可替代的作用。我国监狱设立的初衷同其他国家一样，是为了实现对罪犯的劳动改造。很多资深狱政管理人员都认为，监狱管的好不好关键看监控，如果监狱的监控功能做不好，则实际上监狱管理将会非常浪费人力物力。在押犯人多在室内活动，虽然有监控录像，但值班人员有眼球疏忽的情况。因此，我国监狱迫切需要这样一个系统。在系统中，有犯人室内位置监控功能，周界防范及报警功能。另外，现阶段我国人口老龄化现象越来越严重，传统的养老方式已不能满足人们的需要。在物联网、智能感知、人工智能等技术的推动下，传统养老院向智慧化、人性化服务与管理方向发展已成为行业转型的必然趋势。通过室内定位系统可以实现对老人的实时位置监护，查看老人位置，每天的活动轨迹，一旦发生危险还可以“一键求助”。通过和养老院的声光报警系统、视频监控系统相结合还可以实现实时联动，防止老人走失。针对以上两个应用场景，目前的室内定位一般采用终端发送UWB、WIFI、蓝牙等近距离通信信号再经过多个接收装置接收，或者运用MEMS惯性导航器件进行航迹推导定位。运用UWB定位虽然精度高，但是部署成本高。MEMS惯性导航器件进行航迹推导定位的精度会由于随机误差的随时间积累而变差。单一运用WIFI、蓝牙进行定位，根据无线信号距离损耗模型、三角质心定位或者单纯指纹点匹配来判断位置，由于2.4GHZ的无线信号的波长为分米级，和室内物品尺寸属于同一量级，加之室内环境错综复杂，极易发生干涉、反射、折射等物理现象，产生多径效应，使得接收的此波段信号跳变严重，不稳定度高，从而造成上述单一的方式定位不准确。另外，如果应用整个定位空间的所有指纹点进行匹配，计算量过大，在多个终端需要同时监控的情况下，实时性难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种系统和方法，精确、及时、稳定地定位多个对象。本专利技术采用多算法融合+多传感器融合的方式实现上述目的，具体的技术方案为：一种基于蓝牙的室内定位系统，包括带有蓝牙信号发送装置的终端、蓝牙接收标签、定位管理服务器以及连接蓝牙接收标签和定位管理服务器的通信网络，关键在于：所述终端中还包括加速度传感器；所述通信网络由485集线器和通信线路组成，485集线器经通信线路分别连接蓝牙接收标签和通信网关，通信网关连接定位管理服务器；所述系统将定位空间按现有的物理分隔划分成不同的定位区域，也是最小划分的区域，每个定位区域中设置2个及2个以上蓝牙接收标签；每个蓝牙接收标签设定一个覆盖范围，覆盖范围是该蓝牙接收标签所在定位区域及相邻的定位区域；定位管理服务器中存储定位空间的地图、各蓝牙接收标签的ID及覆盖范围；定位空间中设置定位参考点，相邻定位参考点之间的距离为2-3米，定位管理服务器中存储由定位参考点的位置信息和信号强度向量组成的指纹信息数据库，定位参考点的位置信息包括坐标和所属定位区域；终端定时广播信息，蓝牙接收标签接收，并将接收到的信号强度发送给定位管理服务器。一种室内定位方法，基于上述的基于蓝牙的室内定位系统实现，包括以下步骤：前期准备：绘制定位空间地图，在地图上设置定位参考点，在定位参考点上采集RSSI（信号强度）数据，对RSSI进行基于高斯滤波、卡尔曼滤波、均值滤波的融合滤波处理，得到RSSI向量，将定位参考点位置信息和RSSI向量组合，生成指纹数据库。定位：A、终端以5Hz的频率发送功率为0dBm的广播信息，B、蓝牙接收标签将收到的广播信息，连同ID、信号强度发送给定位管理服务器，定位管理服务器对信息进行过滤，将正确的信息进行以下处理，C、针对每个终端，定位管理服务器定时或收到t条广播信息时做以下处理：对每个蓝牙接收标签，将收到该终端广播信息的信号强度求算术平均值；生成终端的实时向量：（ID1，RSSI1），（ID2，RSSI2），......，（IDn，RSSIn），其中，n为蓝牙接收标签的数量，IDm（1<=m<=n）为第m个蓝牙接收标签的标识码，RSSIm（1<=m<=n）为第m个蓝牙接收标签收到该终端信号强度的算术平均值，若标识码为IDm的蓝牙接收标签未收到该终端的广播信息，则RSSIm置信号强度极小值-200dBm，D、判断步骤C得到的向量，如果信号强度大于-200dBm的蓝牙接收标签数量小于N，则放弃该向量，否则，根据步骤C得到的向量，对终端进行区域定位，获得区域定位范围，N大于等于3，E、定位管理服务器在步骤D得到区域定位范围内，选取指纹数据，对终端进行指纹匹配，在地图上显示位置，完成室内定位。进一步地，在前期准备步骤中，首先建立一个参考坐标系，在参考坐标系中绘制定位空间地图；在定位参考点上采集指纹数据，生成指纹数据库包括以下步骤：1）布置定位空间，摆放永久性物品；2）将终端按实际使用情况设置，选取4-8种使用场景，每个场景下，终端发送100-200次广播信息；3）每个场景下，将同一个蓝牙接收标签接收到的100-200个信号强度进行滤波处理，将（ID1，RSSI1），（ID2，RSSI2），......，（IDn，RSSIn）和位置信息组合，作为该定位参考点的一条指纹数据存入数据库，其中，n为蓝牙接收标签的数量，IDm（1<=m<=n）为第m个蓝牙接收标签的标识码，RSSIm（1<=m<=n）为经滤波处理后的第m个蓝牙接收标签收到信号的信号强度；若标识码为IDm的蓝牙接收标签未收到广播信息，则RSSIm置-200dBm，即信号强度极小值。进一步地，步骤A中，终端检测加速度传感器，当检测到快速移动时，提高发送频率。进一步地，为每个终端设定电子围栏，如果定位结果超出电子围栏，发出告警信息。本专利技术的整体思路为应用低功耗蓝牙4.0技术和加速度计惯导技术，通过多种算法融合机制，先区域定位，后精确定位。本专利技术，首先对应用场所进行前期准备，合理分布蓝牙接收模块，并按物理分割划分定位区域，设置定位参考点，生成指纹信息。定位时，首先对终端进行区域定位，再进行精确定位。有益效果：本专利技术，采用多算法融合+多传感器融合的方式，克服了单一算法的缺陷；使用区域定位+精确定位的两级定位策略，避免了大量指纹信息的计算，减轻服务器的负担，加快定位速度，增强定位稳定性，提高服务器的容量；不同的定位触发策略，可以满足不同场景的应用。与其他算法的比较：用L表示总的采样指纹点数，M表示聚类所得的类中心数，同时也是定位区域的个数，不失一般性，假设每个定位区域内指纹点数相同，即为L/M，且一般L远大于M；N表示经决策树锁定区域后所包含的区域单元个数（N>=1），则各种算法的时间复杂度如下表：表1各算法时间复杂度比较由上表可以看出，直接应用指纹定位，时间复杂度非常高;分别融入基于决策树的锁定区域算法或者基于K-means聚类的定位区域缩小算法能一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蓝牙的室内定位系统，包括带有蓝牙信号发送装置的终端、蓝牙接收标签、定位管理服务器以及连接蓝牙接收标签和定位管理服务器的通信网络，其特征在于：所述终端中还包括加速度传感器；所述通信网络由485集线器和通信线路组成，485集线器经通信线路分别连接蓝牙接收标签和通信网关，通信网关连接定位管理服务器；所述系统将定位空间按现有的物理分隔划分成不同的定位区域，每个定位区域中设置2个及以上蓝牙接收标签；每个蓝牙接收标签设定一个覆盖范围，覆盖范围是该蓝牙接收标签所在定位区域及相邻的定位区域；定位管理服务器中存储定位空间的地图、各蓝牙接收标签的标识码及覆盖范围；定位空间中设置定位参考点，相邻定位参考点之间的距离为2‑3米，定位管理服务器中设置数据库，存储定位参考点的指纹信息；终端定时广播信息，蓝牙接收标签接收，并将接收到的信号强度发送给定位管理服务器。

【技术特征摘要】
1.一种基于蓝牙的室内定位系统，包括带有蓝牙信号发送装置的终端、蓝牙接收标签、定位管理服务器以及连接蓝牙接收标签和定位管理服务器的通信网络，其特征在于：所述终端中还包括加速度传感器；所述通信网络由485集线器和通信线路组成，485集线器经通信线路分别连接蓝牙接收标签和通信网关，通信网关连接定位管理服务器；所述系统将定位空间按现有的物理分隔划分成不同的定位区域，每个定位区域中设置2个及以上蓝牙接收标签；每个蓝牙接收标签设定一个覆盖范围，覆盖范围是该蓝牙接收标签所在定位区域及相邻的定位区域；定位管理服务器中存储定位空间的地图、各蓝牙接收标签的标识码及覆盖范围；定位空间中设置定位参考点，相邻定位参考点之间的距离为2-3米，定位管理服务器中设置数据库，存储定位参考点的指纹信息；终端定时广播信息，蓝牙接收标签接收，并将接收到的信号强度发送给定位管理服务器。2.一种室内定位方法，基于权利要求1所述的基于蓝牙的室内定位系统实现，其特征在于包括以下步骤：前期准备：绘制定位空间地图，在地图上设置定位参考点，在定位参考点上采集指纹数据，滤波处理后存入数据库；定位：A、终端以5Hz的频率发送强度为0dBm的广播信息，B、蓝牙接收标签将收到的广播信息，连同标识码、信号强度发送给定位管理服务器，定位管理服务器对信息进行过滤，将正确的信息进行以下处理，C、针对每个终端，定位管理服务器定时或收到t条广播信息时做以下处理：对每个蓝牙接收标签，将收到该终端广播信息的信号强度求算术平均值；生成终端的实时向量：（ID1，RSSI1），（ID2，RSSI2），......，（IDn，RSSIn），其中，n为蓝牙接收标签的数量，IDm（1<=m<=n）为第m个蓝牙接收标签的标识码，RSSIm（1<=m<=n）为第m个蓝牙接收标签收到该终端信号强度的算术平均值，若标识码为IDm的蓝牙接收标签未收到该终端的广播信息，则RSSIm置强度极小值-200dBm，D、判断步骤C得到的向量，如果信号强度大于-200dBm的蓝牙接收标签数量小于N，则放弃该向量，否则，根据步骤C得到的向量，对终端进行区域定位，获得区域定位范围，N大于等于3，E、定位管理服务器在步骤D得到区域定位范围内，选取指纹数据，对终端进行指纹匹配，在地图上显示位置，完成室内定位。3.根据权利要求2所述的室内定位方法，其特征在于：在前期准备步骤中，首先建立一个参考坐标系，在参考坐标系中绘制定位空间地图；在定位参考点上采集指纹数据，滤波处理包括以下步骤：1）布置定位空间，摆放永久性物品；2）将终端按实际使用情况设置，选取4-8个使用场景，每个场景下，终端发送强度为0dBm的100-200次广播信息；3）每个场景下，将同一个蓝牙接收标签接收到的100-200个信号强度进行滤波处理，将（ID1，RSSI1），（ID2，RSSI2），......，（IDn，RSSIn）和位置信息组合，作为该定位参考点的一条指纹数据存入数据库，其中，n为蓝牙接收标签的数量，IDm（1<=m<=n）为第m个蓝牙接收标签的标识码，RSSIm（1<=m<=n）为经滤波处理后的第m个蓝牙接收标签收到信号的信号强度；若标识码为IDm的蓝牙接收标签未收到广播信息，则RSSIm置-200dBm。4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁山清，李恩宁，张凯，李瑞，穆红显，郭磊，张国靖，杨森，王奕为，岳瑶，
申请(专利权)人：中电科卫星导航运营服务有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13