導航技術的“最后一公里”——室內導航
iBeacon是一項基本Bluetooth LE/BLE/Bluetooth Smart 的精準微定位技術,當你的手持設備靠近一個Beacon基站時,設備就能夠感應到Beacon信號,范圍可以從幾毫米到50米。iBeacon相比于原來的藍牙技術有幾個特點:首先它不需要配對,普通的藍牙設備之間的連接在每次交互前需要通過連接操作,而iBeacon就沒有這些限制;準確與距離,普通的藍牙一般的傳輸距離在0.1-10m,而iBeacon信號可以精確到毫米級別,并且最大可支持到50m的范圍;功耗更低,其實iBeacon又叫低功耗藍牙,一個普通的紐扣電池可供一個Beacon基站硬件使用兩年。用一句話總結,iBeacon 那就是該技術就像是GPS,獲得各種準確的定位信息。比如說當你駕駛到地下停車場,停車之后去購物。回來之后,iBeacon可以指導你找到自己機車的精確位置。但導航只是iBeacon技術的一部分而已,iBeacon還允許發出簡單的類似“我在這”信號,這意味這著iBeacon技術可以完成更多事情,例如室內導航。
隨著基于用戶位置信息的相關技術的應用和發展,位置服務(LBS)已經成為人們日常工作、生活所必須的一項基本服務需求,尤其在大型復雜的室內環境中,如博物館、機場、超市、醫院、地下礦井等區域,人們對位置服務有迫切需求。在移動互聯網迅速發展和位置服務應用需求的推動下,當前室內導航技術處于較快的發展階段,研究者們提出了眾多室內導航技術的理論與方法。導航技術可以分為室外導航技術和室內導航技術兩種,在室外環境下,全球導航系統(GPS)、北斗導航系統(BDS)等全球導航衛星系統(GNSS)為用戶提供米級的位置服務,基本解決了在室外空間中進行準確導航的問題,并在日常生活中得到了廣泛的應用。然而,在占人類日常生活時間80%的室內環境中,受到建筑物的遮擋和多徑效應的影響,GNSS導航精度急劇降低,無法滿足室內位置服務需要,但室內導航在一些特定場合的迫切需求已經日趨顯著,因此,室內導航技術已成為物聯網應用的新的熱點。
結合圖1我們來介紹一下iBeacon在室內導航中的應用,辦公室、會議室、洗手間、
大廳分別分布若干個iBeacon(紅點),其中大廳分布包括3個的iBeacon,具體編號為1、2、3的iBeacon,假設某人在大廳的A點位置,那通過應用iBeacon的室內導航技術是如何定位出A點位置的呢,定位的核心技術其實是測距。給定空間中已知三點1、2、3的具體坐標,和一個未知點A到三點1、2、3的距離,即可算出未知點A的坐標。這通常叫做三點測量定位算法。具體可根據RSSI算法得出準確坐標值,基于信號強度(RSSI) 無線信號的信號強度隨著傳播距離的增加而衰減,接收方與發送方離得越近,則接收方的信號強度就越強;接收方離發送方越遠,則接收到的信號強度就越弱。根據移動終端測量接收到的信號強度和已知的無線信號衰落模型,可以估算出收發方之間的距離,根據多個估算的距離值,可以計算出移動終端的位置。這一種方法相對簡單,不需要對網絡添加額外的硬件設備。

圖1
我司(云里物里)為室內導航技術的發展提供了”路標“性的產品,即iBeacon產品,尤其是E5定位型iBeacon采用塑料外殼,圓形外觀、手感細膩;使用旋扣方式組裝,易于更換電池;可采用螺絲和貼膠兩種方式固定。
用戶運用我們的iBeacon產品到室內導航現場,大體遵循如下步驟:
第一步、iBeacon部署過程基站部署之前要完成地圖繪制,通常用作室內定位導航的地圖均為矢量地圖,這種地圖無論怎么縮放都不會影響地圖的展現效果。矢量地圖本身是帶坐標信息的,地圖上的每個點相對參考點都有一個相對坐標。iBeacon部署需要借助部署工具,即一個手機App軟件,部署人員使用部署工具從服務器獲取矢量地圖。部署人員部署iBeacon時,在地圖上選擇和實際位置對應的點,App會自動從地圖中抓取該點位的坐標,加上部署人員記錄的iBeacon編號,將數據一并上傳到服務器。用戶開啟應用時,就會從數據庫獲取到相關iBeacon的坐標數據,方便手機進行定位計算 。
第二步、手機定位過程:用戶打開應用開啟藍牙掃描后,會獲取周圍iBeacon的ID和信號強度等數據,根據信號強度和高頻信號的衰減公式可以計算出手機到周圍每個iBeacon的距離。但是由于iBeacon是2.4G HZ高頻信號,信號本身的穩定性很差,再加上室內環境的各種反射和折射,所以單次的信號強度是不能直接拿來使用的,否則會產生巨大的誤差,所以必須引入相應的濾波和加權算法,來盡量減少信號噪音的干擾。 濾波算法可以采用簡單的高斯濾波法,將不符合要求的信號數據直接過濾掉,剩余的有效數據按照時間先后順序進入數據列表,并采用先進先出的隊列數據刷新方式。在設定的隊列長度范圍內,時間尺度上越近的數據獲得越高的權重。同時采用多角定位算法,并不局限于使用三角定位。
(部分資料整理自網絡)



