導航技術的“最後一公里”——室內導航

iBeacon是一項基本Bluetooth LE/BLE/Bluetooth Smart 的精准微定位技術， 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， 範圍可以從幾毫米到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， 並且最大可支援到50m的範圍；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基站硬體使用兩年。 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資訊。

比如說當你駕駛到地下停車場， 停車之後去購物。 回來之後， 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。

隨著基於使用者位置資訊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， 尤其在大型複雜的室內環境中， 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於較快的發展階段， 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）為使用者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， 並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， 受到建築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、

大廳分別分佈若干個iBeacon（紅點）， 其中大廳分佈包括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的具體座標， 和一個未知點Ａ到三點1、2、3的距離， 即可算出未知點Ａ的座標。 這通常叫做三點測量定位演算法。 具體可根據RSSI演算法得出準確座標值， 基於信號強度(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， 不需要對網路添加額外的硬體設備。

圖1

我司（雲裡物裡）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採用塑膠外殼， 圓形外觀、手感細膩；使用旋扣方式組裝， 易於更換電池;可採用螺絲和貼膠兩種方式固定。

使用者運用我們的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製， 通常用作室內定位導航的地圖均為向量地圖， 這種地圖無論怎麼縮放都不會影響地圖的展現效果。 向量地圖本身是帶座標資訊的， 地圖上的每個點相對參考點都有一個相對座標。 iBeacon部署需要借助部署工具， 即一個手機App軟體， 部署人員使用部署工具從伺服器獲取向量地圖。 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座標， 加上部署人員記錄的iBeacon編號， 將資料一併上傳到伺服器。 使用者開啟應用時， 就會從資料庫獲取到相關iBeacon的座標資料， 方便手機進行定位計算 。

第二步、手機定位過程：使用者打開應用開啟藍牙掃描後， 會獲取周圍iBeacon的ID和信號強度等資料，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。但是由於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演算法，來儘量減少信號噪音的干擾。 濾波演算法可以採用簡單的高斯濾波法，將不符合要求的信號資料直接過濾掉，剩餘的有效資料按照時間先後順序進入資料清單，並採用先進先出的佇列資料刷新方式。在設定的佇列長度範圍內，時間尺度上越近的資料獲得越高的權重。同時採用多角定位演算法，並不局限於使用三角定位。

（部分資料整理自網路）

深圳雲裡物裡科技股份有限公司 聯繫熱線：0755-21038160

微信公眾號：Minewtechnologies

會獲取周圍iBeacon的ID和信號強度等資料，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。但是由於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演算法，來儘量減少信號噪音的干擾。 濾波演算法可以採用簡單的高斯濾波法，將不符合要求的信號資料直接過濾掉，剩餘的有效資料按照時間先後順序進入資料清單，並採用先進先出的佇列資料刷新方式。在設定的佇列長度範圍內，時間尺度上越近的資料獲得越高的權重。同時採用多角定位演算法，並不局限於使用三角定位。

（部分資料整理自網路）

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