桂電圖書館室內定位導航系統軟件的設計與實現

黃朝幫 黃 靜 黃 彬 岑亮軍 鄧景天 李一媛

0 引言

時過境遷，如今的電子產品領域也在高速發展，電子產品的開發廠商不僅講究產品本身的外表設計，而且重視用戶的實用性，是為了提高用戶能夠從該產品中體驗到該產品帶來的效率。

該桂電圖書館室內定位導航系統內含自主定位，智能導航，圖書索引，區域提示，模型操作等功能。自主定位是當用戶點擊當前位置按鈕時，手機獲取藍牙信息，發送到服務端，服務端進過算法計算，將模型的位置坐標發送回手機，圖書館模型中會顯示用戶當前位置；索引書籍時，點擊開啟導航時，同樣獲取位置信息。智能導航，導航采用Unity 的Nav 網格模型的自動尋路算法，精準的算出用戶位置到目標的最短路徑，同時生成一條可視化的線路，路線隨用戶位置的變化實時更新，用戶可根據線路找到目標位置。同時導航提供第一人稱視角和第三人稱視角兩種導航模式，為不同用戶帶來更好更便捷的體驗。

1 項目背景

隨著城市化進程加快，信息技術的發展催生了物聯網，物聯網又間接孵化了“智慧城市”這一概念。在建設智慧城市浪潮的推動下，各行各業紛紛加入到這場技術與方案的比拼之中。從硬件到軟件、從產品到方案，物聯網延伸到哪里，市場就存在于哪里。

伴隨著當今城市化的發展，城市居民把更多的時間用在了室內，因此室內位置信息便擁有了更多的應用價值。通過室內定位技術讓多種多樣的硬件設備、各式各樣的應用場景聯系到一起，進而形成人與物、物與物的相互連接，以此來推動智慧城市的建設和發展。

表1 各種定位系統對比

2 系統軟件設計方案與實現

本項目基于華南第一大圖書館—桂林電子科技大學圖書館通過項目組的技術攻關研發桂電圖書館室內定位導航系統軟件，以實現圖書搜索、圖書定位和圖書位置導航為一體智能軟件，服務與廣大師生，為同學和老師減少找書的繁瑣步驟與困難。通過項目的實施，把書籍位置定位與室內導航相結合，改造傳統的找書方式，大大提供了其便利性。項目的具體實施方案將主要在以下幾個方面：

（1）場景模型的建立

前期對圖書館進行實地拍攝取景，分析其模型結構，通過Maya 和3D MAX兩個建模工具來建立模擬一個比較真實的場景和一個簡模場景，簡模場景用于圖書館遠景的顯示，真實場景用于圖書館近景顯示，兩種模型的建立對手機渲染減少了不少負擔，同時也是解決手機展示模型進行優化的一種處理方式。

（2）室內定位實現

針對各種定位系統，如藍牙技術、UWB、射頻技術、Wi- Fi技術等，尤其是藍牙定位。軟件使用藍牙室內定位，因為藍牙不受建筑物外壁的阻礙，在圖書館這種相對安靜的環境定位信號還是很強的，影響較小，而且成本低，同時移動設備都支持藍牙功能。要對藍牙基站進行布點安裝工作。移動設備接收到藍牙基站發出的位置信息傳導軟件中，進而實現定位功能。

藍牙定位系統的硬件分為5 類:藍牙i Beacon 基站、讀者終端、智慧圖書館后臺服務器、管理員終端、3D 監管終端。

A.藍牙i Beacon 基站

藍牙i Beacon 基站作為智慧圖書館定位的基礎硬件設備，用于發送藍牙RSSI 信號，與移動終端進行通信。

圖1 軟件架構圖

圖2 系統硬件部署圖

（3）軟件的交互

A.構建室內空間模型

圖書館在交互功能上，可實現分層顯示，全景顯示，二維三維顯示，實景顯示等功能，同時使用Unity3D 引擎軟件繪制3D場景，建立具有基本功能的3D 室內空間模型。

B.定位設備部署

定位設備分為手持終端和藍牙信號發射基站兩部分。手持終端被定位人員攜帶即可。藍牙信號發射基站將被有序部署在圖書館各層的閱覽室、書庫、自習室和報告廳等場所。最終需要根據定位效果確定以及調整藍牙信號發射基站部署規模。每30平米布置一藍牙信號發射基站。主要突出我們的定位導航功能。

3 結束語

本項目主要是為人們在圖書館尋找書籍時提供實時定位導航服務。通過使用基于藍牙室內定位技術，實現身臨其境的實時跟進功能，為用戶帶來更為方便快捷的導航功能。我們也從項目開發實現中學習到了U3D 的用法以及室內定位的原理、程序。