饒怡欣

摘 要：為了滿足當前大型建筑室內定位導航和商業(yè)應用的需求，在分析iBeacon室內定位技術的基礎上，針對智能設備的取電問題提出了LED照明與iBeacon結合的基站實現(xiàn)方案，詳細探討了基于iBeacon的室內定位導航系統(tǒng)的系統(tǒng)架構、系統(tǒng)組成與部署和系統(tǒng)功能設計方案。通過運行效果分析，該系統(tǒng)具有施工簡便、定位精度高、信號干擾小等優(yōu)勢。

關鍵詞：LED；iBeacon；室內定位；室內導航

中圖分類號：TN966 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.049

隨著O2O業(yè)務以及LBS數(shù)據(jù)業(yè)務的迅速發(fā)展，人們對室內定位與導航的需求日益增加，尤其是在復雜的室內環(huán)境中，比如大型商場、機場、博物館等環(huán)境中，用戶常常需要獲取自己的位置及周邊信息。LBS系統(tǒng)的應用場景非常廣闊，在定位和導航應用的基礎上，根據(jù)不同的商業(yè)場景訂制開發(fā)近場景O2O互動應用，提高商業(yè)的現(xiàn)場轉化率。此外，為了響應國家節(jié)能減排的號召，當前對于大型商場、辦公樓宇等室內照明系統(tǒng)工程，無論是新裝還是改造，均普遍使用了LED照明系統(tǒng)，我們創(chuàng)新地將互聯(lián)網(wǎng)技術與智能照明系統(tǒng)結合，使智慧科技融入了能源利用的每個細節(jié)，解決了室內照明問題的同時，還解決了物聯(lián)網(wǎng)智能設備的取電問題。

因此，本文首先對當前流行的iBeacon室內定位技術進行了分析，然后提出了LED照明與iBeacon基站結合的實現(xiàn)方案，詳細探討了基于iBeacon的室內定位導航系統(tǒng)的設計方案，分別從系統(tǒng)架構、系統(tǒng)組成與部署、系統(tǒng)功能和系統(tǒng)運行效果4方面進行了闡述。

1 iBeacon定位概述

1.1 iBeacon簡介

iBeacon是蘋果公司于2013-09發(fā)布的一項用于室內定位的技術，該項技術與其他室內定位技術相比具有易部署、功耗低、成本低、定位精度高等優(yōu)勢，但是需要額外部署iBeacon基站和用戶打開藍牙。iBeacon設備具有低功耗藍牙通信功能，以一定的周期向周圍發(fā)送自己特有的ID，接收到該ID的智能終端上的APP會根據(jù)抓取的UUID和RSSI信息向系統(tǒng)反饋，并通過后臺系統(tǒng)進行相應的信息處理，為用戶提供各種位置感知、上下文感知服務等。

1.2 iBeacon定位原理

iBeacon室內定位系統(tǒng)主要由iBeacon基站和移動終端部分組成，基站與移動終端之間采用藍牙4.0通信協(xié)議，在移動終端上配套使用應用軟件以實現(xiàn)用戶交互。

iBeacon基站的報文主要由以下4種資訊構成：①UUID為標準規(guī)定的128位標識符，是每個iBeacon節(jié)點的通用唯一標識符；②Major和Minor由iBeacon發(fā)布者自行設定，均為16位的標識符；③Measured Power是iBeacon模塊與接收器之間相距1 m時的參考接收信號RSSI（Received Signal Strength Indicator）。

iBeacon室內定位系統(tǒng)的工作原理：用戶隨身攜帶的移動終端捕捉來自于布設在相應區(qū)域內的iBeacon基站周期性發(fā)送的包含UUID等特征值的報文信息，并過濾出信號最強的3個基站；移動終端先解算抓取的UUID和RSSI信息并傳送至平臺系統(tǒng)，平臺系統(tǒng)通過精確定位算法確定出人員的精確位置后反饋到移動終端上。

2 基于LED照明的iBeacon基站設計

當前，對于大型商場、辦公樓宇等的室內照明系統(tǒng)工程，無論是新裝的，還是改造項目，均普遍使用了LED照明系統(tǒng)。為了解決室內照明和物聯(lián)網(wǎng)智能設備取電的問題，我們進行了安裝方式的創(chuàng)新，將iBeacon基站模塊植入LED照明的電源中，將兩者集成一體，電源同時為LED燈珠和iBeacon模塊供電。

我們在設計過程中也遇到了諸多難點和問題，比如把LED燈珠和iBeacon的用同一套電源供電會帶來溫升過高、光效降低等問題，燈具的結構、材料、安裝都會對藍牙信號在傳輸過程中的衰減造成很大的影響。我們在設計過程中對上述問題均使用了有針對性的解決方案，從而保證系統(tǒng)定位精度的要求。

3 基于iBeacon的室內定位導航系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)M2M的應用要求，利用iBeacon室內定位技術，基于SOA軟件架構，采用J2EE技術框架，支持多種設備的接入，通過SaaS模式對外提供服務。

根據(jù)系統(tǒng)需求分析，本系統(tǒng)分層架構設計包含設備接入層、數(shù)據(jù)層、應用層和表現(xiàn)層。設備接入層主要負責iBeacon基站與智能終端之間的設備感知和接入；數(shù)據(jù)層主要負責數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲，建立系統(tǒng)大數(shù)據(jù)中心和標準化數(shù)據(jù)接口；應用層主要負責建立各種業(yè)務處理引擎，比如定位導航引擎、廣告推送引擎、用戶動態(tài)分析引擎等；表現(xiàn)層主要負責提供與不同使用者交互的各種應用，交互方式主要包括Web、APP和微信端應用3種。

3.2 系統(tǒng)組成與部署

搭建基于iBeacon技術的LBS系統(tǒng)主要由一定數(shù)量的分布在室內各個區(qū)域的iBeacon基站、用戶隨身攜帶的智能移動終端、云服務器和監(jiān)控終端組成，如圖1所示。

本研究使用的iBeacon基站采用與iBeacon模塊集成一體設計的LED燈具，按照單個基站的信號覆蓋范圍、系統(tǒng)定位精度和建筑物的特點進行基站安裝的部署設計。iBeacon基站預先綁定了設計好的地圖位置信息，以設定的頻率廣播iBeacon信號，以便于進入覆蓋范圍內的智能移動終端接收。根據(jù)相關工程試驗證明，基站部署間隔在15 m以內能夠保證較好的定位精度。如果LED燈具的分布不符合精度要求，則應補充部署使用蓄電池供電的iBeacon基站。智能移動終端須具有藍牙4.0功能和安裝專有APP或微信，終端應用接收到基站的信息并將該信息發(fā)送至云服務器，通過交互獲得基于位置的活動通知、廣告信息、定位導航等服務。云服務器運行室內定位導航系統(tǒng)軟件，實時處理各種業(yè)務應用，包括定位導航、廣告信息推送、找朋友、找車、商戶管理、廣告管理等業(yè)務應用。監(jiān)控終端包括PC、Pad和手機等終端設備，管理員使用監(jiān)控終端通過Web或APP方式登錄云服務器對系統(tǒng)的各種應用、數(shù)據(jù)、參數(shù)進行管理。

3.3 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的功能按照普通用戶、商戶管理者和運營管理者三類使用者的應用場景進行設計，統(tǒng)一的云平臺系統(tǒng)為這三類使用者提供各種服務及功能。

系統(tǒng)為普通用戶提供的功能主要是基于位置的服務功能，主要包含室內地圖的智能定位導航、找朋友、找車、找優(yōu)惠、找Wi-Fi和根據(jù)用戶位置適時推送各種廣告信息等服務功能。用戶與系統(tǒng)的交互方式可采用專有APP或微信“搖一搖”周邊的公眾號應用。

系統(tǒng)為商戶管理者提供的功能主要用于對商戶信息、活動、宣傳等進行管理，以及商場內大型活動或優(yōu)惠的通知，包含商戶信息、優(yōu)惠活動信息、宣傳廣告、互動信息管理等服務功能。商戶管理者與系統(tǒng)的交互方式可采用專有APP或Web網(wǎng)頁應用登錄。

系統(tǒng)為運營管理者提供的功能主要用于對商鋪發(fā)布的信息進行審核和監(jiān)管，對運營規(guī)則進行設置，對運營數(shù)據(jù)進行分析，以及iBeacon基站的管理和日常維護，包含地圖管理、設備管理、用戶管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、廣告管理和系統(tǒng)管理等服務功能。運營管理者與系統(tǒng)的交互方式可采用專有APP或Web網(wǎng)頁應用登錄。

3.4 系統(tǒng)運行效果

為了驗證系統(tǒng)的定位導航功能和分析系統(tǒng)的運行效果，我們將本研究設計的系統(tǒng)應用在某一大型辦公樓宇中，在樓宇某一層中部署基于LED照明的iBeacon基站，手持移動手機，使用微信“搖一搖”周邊的公眾號應用，主要驗證和分析了系統(tǒng)的找車功能。

打開應用的找車功能，系統(tǒng)會顯示當前所處位置的地圖并根據(jù)記錄的車輛停放的位置自動生成導航路徑，找車過程中實施跟蹤路徑，直到用戶按照路徑找到車輛。通過多次驗證測試發(fā)現(xiàn)，定位的精度可達到3～5 m之內，而在基站部署更密的地方定位精度可達1 m以內，系統(tǒng)的其他各項功能均能正常使用。

4 結束語

基于iBeacon的室內定位導航系統(tǒng)不僅具有施工簡便、定位精度高、基站成本低和信號干擾小等優(yōu)勢，而且可以根據(jù)更多的商業(yè)需求實現(xiàn)豐富的拓展功能。本文創(chuàng)新地實現(xiàn)了LED照明與iBeacon基站結合的解決方案，在完成室內照明建設的同時，解決了設備的取電問題，并通過搭建的室內定位導航系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了智能定位導航服務、設備管理、用戶管理、LBS信息推送等功能，為不同的使用者提供了豐富的應用功能和交互方式。

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〔編輯：張思楠〕