基于線性回歸的藍牙室內(nèi)定位算法

劉業(yè)輝

摘 要：對藍牙用于室內(nèi)精確定位的可能進行了探索。在藍牙傳播模型為基礎(chǔ)的前提下，通過用現(xiàn)代化的智能手機對室內(nèi)數(shù)據(jù)的采集，選用線性回歸的方法來對藍牙節(jié)點的傳播模型進行求解，從而來確定人在室內(nèi)的具體位置。此種計算方法可以在不同的環(huán)境下進行，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，沒有超過3m。

關(guān)鍵詞：線性回歸 藍牙 室內(nèi) 定位算法

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0024-02

目前，比較低功耗的藍牙節(jié)點使用紐扣電池供電一般的工作時長為幾個月到幾年不等，平均價格只要20～30元錢就可以買到。此種藍牙節(jié)點在經(jīng)過藍牙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)設施被安置在室內(nèi)的空間。因為低功耗藍牙節(jié)點定位具有可行性，因此，要加強對其的研究。

1 基于線性回歸的藍牙室內(nèi)定位算法

1.1 數(shù)據(jù)的采集

本文中的數(shù)據(jù)包括服務器提供的數(shù)據(jù)和智能手機所提供的數(shù)據(jù)。藍牙部署圖中需要包括3個方面的信息：藍牙的節(jié)點標號、藍牙的Mac地址和藍牙部署的坐標。而采集藍牙矢量信息和加速度的信息有智能手機提供。藍牙節(jié)點標號：1、2、…；藍牙Mac地址：Mac1、Mac2、…；藍牙部署坐標：（x1，y1）、（x2，y2）、…。智能手機的數(shù)據(jù)采集：時刻：T1、T2、…；藍牙矢量：[（Mac11，Rss11）、（Mac12，Rss12）、…、（Mac1n，Rss1n）]、[（Mac21，Rss21）、（Mac22，Rss22）、…、（Mac2n，Rss2n）]、…；加速度：Acc1、Acc2、…。

所提供的藍牙坐標信息，在后面將會為用戶提供行人的位置信息。藍牙矢量和加速度等信息，將會用與對藍牙的轉(zhuǎn)播模型計算中，其中，每一個藍牙節(jié)點都只有一個唯一的Mac地址。用戶所接受到的藍牙節(jié)點的信號都包括哪些以及還包括藍牙節(jié)點的信號強度。

1.2 識別藍牙正下方

當智能手機采集到上述數(shù)據(jù)信息以后，先要對藍牙正下方進行識別。為了在不影響到人的正常行動的基礎(chǔ)啊上將藍牙的覆蓋范圍達到最廣的狀態(tài)，一般藍牙節(jié)點都會布置在室內(nèi)頂部的天花板上。將藍牙節(jié)點安置在過道中央的天花板上。開始識別是就是指行人經(jīng)過藍牙正下方的時刻，此時，藍牙節(jié)點的信號強度會隨著行人距離節(jié)點的距離長短出現(xiàn)變化，當行人在藍牙正下方時，行人智能手機中所接收到的信號強度是最強的。根據(jù)這個理論，可以對藍牙正下方進行識別。在實際的工作中，藍牙標號是根據(jù)藍牙的Mac地址來對藍牙節(jié)點進行區(qū)分的。對以上數(shù)據(jù)進行整理后得出藍牙的數(shù)據(jù)如表1所示。

1.3 計算藍牙模型

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

本研究中，根據(jù)智能手機所采集到的實時數(shù)據(jù)，采用線性回歸的方法來計算出藍牙的傳播模型。線性回歸的方法就是通過因變量和自變量的多組獨立觀測值，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行計算，及必須要知道回歸模型。回歸模型也就是藍牙傳播模型的函數(shù)表達式。

1.4 估計行人位置

根據(jù)以上實例，當行人原遠離A節(jié)點而靠近B節(jié)點時，就可以求出B節(jié)點的傳播模型。而后當行人遠離B節(jié)點靠近C節(jié)點時就可以利用所得到的藍牙傳播模型估計出行人的位置。此時，智能手機就會接收到B節(jié)點的實時RSS，就可以求得行人距離B節(jié)點的距離。而又可以根據(jù)藍牙節(jié)點的信號強度的變化趨勢計算出行人處于遠離B節(jié)點靠近C節(jié)點的過程中，行人這時在BC的直線上運動，進一步估計出行人的位置坐標。

2 實驗驗證

在對上述算法進行驗證時，選取了某商場1層為驗證場地，實驗中的環(huán)境部署服務器、低功耗藍牙節(jié)點、智能手機、移動通信網(wǎng)及WiFi等。藍牙節(jié)點位置部署在商場內(nèi)部的天花板上，行人持開啟藍牙的智能手機在商場中活動。同時手機還需要開啟移動數(shù)據(jù)或者無線WiFi。

實驗人員在商場1層隨意行走，用最終的定位結(jié)果來對上述的算法進行驗證，看是否可行。根據(jù)行人真實運動軌跡與算法估計行人軌跡對比，結(jié)果顯示兩種方法下運行軌跡基本類似，對定位差數(shù)據(jù)進行提取，從實際驗證定位誤差結(jié)果來看，定位誤差在3m以內(nèi)的達到了83%。因此，上述的計算是可行的。

3 結(jié)語

本文用一種在線性回歸基礎(chǔ)上的定位算法，通過實驗驗證，在某一個區(qū)域，用這種計算方法能夠?qū)崿F(xiàn)對行人的位置進行估計，結(jié)果顯示，定位誤差在3m以內(nèi)的達到了83%。也就是說此種方法能夠滿足大部分用戶對室內(nèi)定位的要求，因此，利用藍牙節(jié)點對行人進行定位是可行的，建議研究人員可以在這一方面進行更多的研究。

參考文獻

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