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室内定位之蓝牙Beacon-部署方案

 

Beacon定位原理

iBeacon一项低耗能蓝牙技术技术,工作原理类似之前的蓝牙技术,由Beacon发射信号,蓝牙设备定位接受,反馈信号。当用户进入、退出或者在区域内徘徊时,Beacon的广播有能力进行传播,可计算用户和Beacon的距离(可通过RSSI计算),由此可知,只要有三个Beacon设备即可定位。

iBeacon定位系统架构


主要设备组成
(1)蓝牙终端,包括手机、PAD等;
(2)Beacon基站;
(3)Beacon定位引擎;
(4)其他网络设备设施及服务器。

 主要基本功能
(1)室内位置监测和轨迹记录;
(2)室内地图导航;
(3)精准信息(广告)推送。

三边测量定位算法
基本原理

三边测量是一种常用的定位算法:
已知三点位置 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)
已知未知点 (x0, y0) 到三点距离 d1, d2, d3
以 d1, d2, d3 为半径作三个圆,根据毕达哥拉斯定理,得出交点即未知点的位置计算公式:
( x1 - x0 )2 + ( y1 - y0 )2 = d12    ( x2 - x0 )2 + ( y2 - y0 )2 = d22    ( x3 - x0 )2 + ( y3 - y0 )2 = d32

解法推导


设未知点位置为 (x, y), 令其中的第一个球形 P1 的球心坐标为 (0, 0),P2 处于相同纵坐标,球心坐标为 (d, 0),P3 球心坐标为 (i, j),三个球形半径分别为 r1, r2, r3,z为三球形相交点与水平面高度。则有:
r12 = x2 + y2 + z2
r22 = (x - d)2 + y2 + z2
r32 = (x - i)2 + (y - j)2 + z2
当 z = 0 时, 即为三个圆在水平面上相交为一点,首先解出 x:
x = (r12 - r22 + d2) / 2d
将公式二变形,将公式一的 z2 代入公式二,再代入公式三得到 y 的计算公式:
y = (r12 - r32 - x2 + (x - i)2 + j2) / 2j

蓝牙Beacon要求

在电池工作时长稳定、环境结构不太复杂的前提下,符合以下标准的蓝牙beacon是可以较好支持的:
1、协议:符合ibeacon标准协议(苹果官方)
2、UUID、major、minor:固定不变
3、天线:全向天线
4、是否加密:要求非加密蓝牙beacon
5、信号发射周期:一般要求100ms-200ms
6、功率:要求稳定不变,默认0db 无增强的设备,信号有效半径5m左右,部署间距建议5-8m
检测工具:ibeaconDetector(安卓端),用来判定UUID、major、minor是否符合要求,功率是否稳定。
蓝牙Beacon部署方案

部署原则

1)蓝牙Beacon离地高度:3m
高度H:一般在2.5~3m之间,如现场安装位置较高,需要考虑增加衰减预算。或者采用地面、墙面部署,保证高度在3m内。

2)蓝牙Beacon水平间距:4-8 m
一维定位场景:适合隔离度高的过道,理论上只需要按序列部署一列间距4-8m的Beacon。
一般定位场景(开放区域):蓝牙Beacon呈三角均匀部署,需要3个或3个以上的蓝牙Beacon。互相间距4-8m。

 

不同场景的部署方案(红色为错误布控,蓝色为推荐布控)

A、对一般室内环境,Beacon间距控制在4-8m左右。部署要均匀。
B、蓝牙Beacon的部署需要尽量避开遮挡。部署不要靠近墙角/障碍物。
C、空旷区域保证两两之间距离5m左右,整个空间进行三角网格状交错分布覆盖。
D、对于房间门口、室内路线路口处、路径转折处,需要部署以提高用户体验。
E、房间内部,较小的房间或不需要精确定位的房间内可在中心部署一个。较大的房间考虑与空旷区域类似,进行三角网格交错分布。
F、室内走廊根据宽度可进行单列或双列部署。对于比较封闭的走廊(宽度3m左右),可考虑沿走廊中心线部署;较宽的走廊,可按照双列交错部署。
G、停车场行车道区域在上方尽量在无遮挡处部署,间距5m左右,可根据宽度选择单列或双列交错部署。对于停车位建议每个车位(一般2.5m*5.5m可根据需要部署1-2个 Beacon。
H、大堂或层高较高(层高>4m)的区域、中空等,不得在顶棚部署。可以按照5m左右间距,沿墙壁或在近地面建筑结构上部署。
I、Beacon可根据需要增加或减少部署密度,但一般建议在4-6m间距区间可以获得较好的定位精度,大于6-8m的间距会导致定位效果变差。