劉業(yè)輝

摘 要：對(duì)藍(lán)牙用于室內(nèi)精確定位的可能進(jìn)行了探索。在藍(lán)牙傳播模型為基礎(chǔ)的前提下，通過(guò)用現(xiàn)代化的智能手機(jī)對(duì)室內(nèi)數(shù)據(jù)的采集，選用線性回歸的方法來(lái)對(duì)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的傳播模型進(jìn)行求解，從而來(lái)確定人在室內(nèi)的具體位置。此種計(jì)算方法可以在不同的環(huán)境下進(jìn)行，基本可以滿足大部分室內(nèi)定位的需求，并且83%的定位誤差比較小，沒(méi)有超過(guò)3m。

關(guān)鍵詞：線性回歸 藍(lán)牙 室內(nèi) 定位算法

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（c）-0024-02

目前，比較低功耗的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)使用紐扣電池供電一般的工作時(shí)長(zhǎng)為幾個(gè)月到幾年不等，平均價(jià)格只要20～30元錢(qián)就可以買(mǎi)到。此種藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)在經(jīng)過(guò)藍(lán)牙4.0規(guī)范以后，不但功耗低，而且成本低，其大可作為室內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施被安置在室內(nèi)的空間。因?yàn)榈凸乃{(lán)牙節(jié)點(diǎn)定位具有可行性，因此，要加強(qiáng)對(duì)其的研究。

1 基于線性回歸的藍(lán)牙室內(nèi)定位算法

1.1 數(shù)據(jù)的采集

本文中的數(shù)據(jù)包括服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)和智能手機(jī)所提供的數(shù)據(jù)。藍(lán)牙部署圖中需要包括3個(gè)方面的信息：藍(lán)牙的節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)、藍(lán)牙的Mac地址和藍(lán)牙部署的坐標(biāo)。而采集藍(lán)牙矢量信息和加速度的信息有智能手機(jī)提供。藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)：1、2、…；藍(lán)牙Mac地址：Mac1、Mac2、…；藍(lán)牙部署坐標(biāo)：（x1，y1）、（x2，y2）、…。智能手機(jī)的數(shù)據(jù)采集：時(shí)刻：T1、T2、…；藍(lán)牙矢量：[（Mac11，Rss11）、（Mac12，Rss12）、…、（Mac1n，Rss1n）]、[（Mac21，Rss21）、（Mac22，Rss22）、…、（Mac2n，Rss2n）]、…；加速度：Acc1、Acc2、…。

所提供的藍(lán)牙坐標(biāo)信息，在后面將會(huì)為用戶提供行人的位置信息。藍(lán)牙矢量和加速度等信息，將會(huì)用與對(duì)藍(lán)牙的轉(zhuǎn)播模型計(jì)算中，其中，每一個(gè)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)都只有一個(gè)唯一的Mac地址。用戶所接受到的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的信號(hào)都包括哪些以及還包括藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度。

1.2 識(shí)別藍(lán)牙正下方

當(dāng)智能手機(jī)采集到上述數(shù)據(jù)信息以后，先要對(duì)藍(lán)牙正下方進(jìn)行識(shí)別。為了在不影響到人的正常行動(dòng)的基礎(chǔ)啊上將藍(lán)牙的覆蓋范圍達(dá)到最廣的狀態(tài)，一般藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)都會(huì)布置在室內(nèi)頂部的天花板上。將藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)安置在過(guò)道中央的天花板上。開(kāi)始識(shí)別是就是指行人經(jīng)過(guò)藍(lán)牙正下方的時(shí)刻，此時(shí)，藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨著行人距離節(jié)點(diǎn)的距離長(zhǎng)短出現(xiàn)變化，當(dāng)行人在藍(lán)牙正下方時(shí)，行人智能手機(jī)中所接收到的信號(hào)強(qiáng)度是最強(qiáng)的。根據(jù)這個(gè)理論，可以對(duì)藍(lán)牙正下方進(jìn)行識(shí)別。在實(shí)際的工作中，藍(lán)牙標(biāo)號(hào)是根據(jù)藍(lán)牙的Mac地址來(lái)對(duì)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分的。對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后得出藍(lán)牙的數(shù)據(jù)如表1所示。

1.3 計(jì)算藍(lán)牙模型

藍(lán)牙的傳播模型所表示的是信號(hào)強(qiáng)度隨著行人與藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)之間距離的變化而發(fā)生變化的關(guān)系。如果藍(lán)牙的傳播模型已經(jīng)知道了，那么就可以根據(jù)手機(jī)中所采集到的藍(lán)牙的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算出行人距離藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的距離。如果能夠從藍(lán)牙的部署圖中獲取到藍(lán)牙的節(jié)點(diǎn)位置時(shí)，那么行人距離藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的位置就可以轉(zhuǎn)化成具體的坐標(biāo)點(diǎn)。

本研究中，根據(jù)智能手機(jī)所采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用線性回歸的方法來(lái)計(jì)算出藍(lán)牙的傳播模型。線性回歸的方法就是通過(guò)因變量和自變量的多組獨(dú)立觀測(cè)值，從而建立起因變量與自變量的線性回歸模型。所以，要想用線性回歸的犯法進(jìn)行計(jì)算，及必須要知道回歸模型?；貧w模型也就是藍(lán)牙傳播模型的函數(shù)表達(dá)式。

1.4 估計(jì)行人位置

根據(jù)以上實(shí)例，當(dāng)行人原遠(yuǎn)離A節(jié)點(diǎn)而靠近B節(jié)點(diǎn)時(shí)，就可以求出B節(jié)點(diǎn)的傳播模型。而后當(dāng)行人遠(yuǎn)離B節(jié)點(diǎn)靠近C節(jié)點(diǎn)時(shí)就可以利用所得到的藍(lán)牙傳播模型估計(jì)出行人的位置。此時(shí)，智能手機(jī)就會(huì)接收到B節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)RSS，就可以求得行人距離B節(jié)點(diǎn)的距離。而又可以根據(jù)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)計(jì)算出行人處于遠(yuǎn)離B節(jié)點(diǎn)靠近C節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，行人這時(shí)在BC的直線上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步估計(jì)出行人的位置坐標(biāo)。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在對(duì)上述算法進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，選取了某商場(chǎng)1層為驗(yàn)證場(chǎng)地，實(shí)驗(yàn)中的環(huán)境部署服務(wù)器、低功耗藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)、智能手機(jī)、移動(dòng)通信網(wǎng)及WiFi等。藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)位置部署在商場(chǎng)內(nèi)部的天花板上，行人持開(kāi)啟藍(lán)牙的智能手機(jī)在商場(chǎng)中活動(dòng)。同時(shí)手機(jī)還需要開(kāi)啟移動(dòng)數(shù)據(jù)或者無(wú)線WiFi。

實(shí)驗(yàn)人員在商場(chǎng)1層隨意行走，用最終的定位結(jié)果來(lái)對(duì)上述的算法進(jìn)行驗(yàn)證，看是否可行。根據(jù)行人真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡與算法估計(jì)行人軌跡對(duì)比，結(jié)果顯示兩種方法下運(yùn)行軌跡基本類(lèi)似，對(duì)定位差數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，從實(shí)際驗(yàn)證定位誤差結(jié)果來(lái)看，定位誤差在3m以內(nèi)的達(dá)到了83%。因此，上述的計(jì)算是可行的。

3 結(jié)語(yǔ)

本文用一種在線性回歸基礎(chǔ)上的定位算法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在某一個(gè)區(qū)域，用這種計(jì)算方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)行人的位置進(jìn)行估計(jì)，結(jié)果顯示，定位誤差在3m以內(nèi)的達(dá)到了83%。也就是說(shuō)此種方法能夠滿足大部分用戶對(duì)室內(nèi)定位的要求，因此，利用藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)對(duì)行人進(jìn)行定位是可行的，建議研究人員可以在這一方面進(jìn)行更多的研究。

參考文獻(xiàn)

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