基于iBeacon的商场室内定位及导航系统设计与实现
商场室内主动导航寻车寻店寻人的实现原理
商场室内主动导航寻车寻店寻人的实现原理商场室内导航系统的实现原理基于无线定位技术和地图数据，通过将商场内部各个位置的信号信息与地图数据进行匹配，实现顾客在商场内自主导航、路径规划等功能。
具体来说，商场室内导航系统可以利用Wi-Fi、蓝牙、RFID等技术对顾客的手机或手持设备进行定位，并根据用户所在位置提供相应的导航服务。
在商场内部，系统会安装多个定位器和信号接收器，这些设备会不断发送信号并接收周围设备发出的信号。
当顾客进入商场时，他们的手机或手持设备会自动连接到最近的定位器，并上传其位置信息。
同时，系统也会根据这些信息计算出顾客所处位置，并将其显示在地图上。
接下来详细介绍一下商场室内导航系统中使用蓝牙定位技术的工作原理和具体实现方式。
首先，商场室内导航系统需要在商场内部安装多个蓝牙信标（Beacon），这些信标可以发射蓝牙低功耗信号，用于定位顾客的位置。
每个信标都有一个唯一的ID号码，可以用来识别不同的信标。
当顾客进入商场时，他们的手机会自动连接到最近的信标，并获取其ID号码以及与该信标之间的距离信息。
通过收集多个信标的ID号码和距离信息，系统就能够计算出顾客所处位置，并将其显示在地图上。
为了提高定位精度和准确性，商场室内导航系统还可以结合地图数据进行优化。
地图数据包括商铺名称、楼层布局、道路走向等详细信息，在使用过程中能够帮助用户更加准确地找到目标位置。
此外，在商场室内导航系统中使用蓝牙定位技术还可以实现其他功能。
例如，在停车场内，系统可以根据顾客手机连接到最近的信标，并计算出车辆所处位置，提供反向寻车服务。
在商场管理方面，系统可以通过对顾客位置和行动轨迹的实时监控，提高管理运营效率和绩效考核水平。
商场室内导航系统是一种利用无线定位技术和地图数据实现商场内自主导航、路径规划等功能的智能化解决方案。
其原理简单易懂、操作便捷，在提升用户体验和商场管理运营效率方面具有广泛应用前景。
ibeacon方案
iBeacon方案简介iBeacon是一种基于蓝牙低功耗技术的室内定位方案。
它利用设备之间的无线信号进行定位和导航，为用户提供室内定位服务。
本文档将详细介绍iBeacon的原理、优势以及如何在应用程序中实现iBeacon方案。
iBeacon原理iBeacon方案由三个主要组件组成：Beacon设备、移动设备和应用程序。
Beacon设备是一个小型的硬件设备，通常由电池供电。
它发送一个带有特定标识符的无线信号，这个标识符可以被附近的移动设备捕获和解读。
移动设备上运行的应用程序可以根据接收到的信号来确定自己在室内的位置。
当用户的移动设备接收到Beacon设备发出的信号时，应用程序将触发相应的操作。
比如，当用户进入某个商店的区域时，应用程序可以发送一条欢迎消息或者优惠券给用户。
这种个性化的体验可以提高用户的满意度和购买意愿。
iBeacon优势iBeacon方案具有以下几个优势：1.低功耗：iBeacon采用蓝牙低功耗技术，Beacon设备可以连续工作数月甚至数年而不需要更换电池。
这使得iBeacon非常适合长时间使用的场景，比如零售商店或者博物馆。
2.精准定位：iBeacon方案可以实现室内定位的精度在1米以内，极大地提高了定位的准确性。
这对于某些需要精确定位的场景非常重要，比如导航、推送信息等。
3.简易部署：iBeacon方案的部署非常简单。
只需要将Beacon设备放置在室内适当的位置即可。
同时，Beacon设备之间的距离可以根据需求灵活调整，从而实现更细粒度的定位。
4.开放性：iBeacon是一种开放性的技术，几乎可以在任何移动设备上运行。
这意味着开发者可以轻松地集成iBeacon技术到他们的应用程序中，为用户提供更好的体验。
实现iBeacon方案要在应用程序中实现iBeacon方案，需要以下几个步骤：1.获取Beacon设备：首先，需要获取一些Beacon设备。
市面上有很多Beacon设备的供应商，可以根据实际需求选择合适的设备。
ibeacon定位方案
ibeacon定位方案介绍iBeacon是一种基于蓝牙低功耗技术的定位方案，其能够通过发送广播信号来快速定位用户的位置信息。
本文档将介绍iBeacon技术的原理、应用场景以及开发流程。
技术原理iBeacon基于蓝牙4.0的低功耗模式，利用蓝牙广播在固定的距离内发送信号，并依靠接收到的信号强度指示(RSSI)来确定用户与iBeacon设备之间的距离。
iBeacon设备包含一个唯一的识别码(UUID)和两个用于定位的数值：主版本号(Major)和次版本号(Minor)。
应用场景iBeacon技术在室内定位和移动支付等领域有着广泛的应用。
以下为几个常见的应用场景：1.零售商店：零售商店可以使用iBeacon技术将优惠券或促销信息发送给附近的顾客。
当顾客进入指定范围时，商店的应用程序将向顾客手机发送通知，并展示相关的优惠信息。
2.智能导航系统：在室内环境中，传统的GPS导航无法定位用户的准确位置。
iBeacon技术可以用作室内导航系统，为用户提供准确的定位和路径规划。
3.展览和博物馆：展览和博物馆可以利用iBeacon技术提供参观者的位置信息，并根据其所处的位置提供相关的解说和介绍。
4.室内导航系统：大型商场、机场、医院等场所常常复杂，使用iBeacon技术可以帮助用户快速找到目标位置，并提供随时更新的导航信息。
开发流程下面是使用iBeacon技术开发的一般流程：1.确定需求：明确需要开发的应用场景和功能，例如室内定位、导航等。
2.设计架构：根据需求设计应用的架构和工作流程。
确定需要的硬件设备和软件工具。
3.开发应用：使用合适的开发工具和编程语言，开发应用程序。
其中包括与iBeacon设备通信、接收信号强度指示(RSSI)、实时定位等功能。
4.测试和调试：进行测试和调试，确保应用程序能够准确地获取iBeacon设备的位置信息，并能够根据需要进行路径规划和导航。
5.部署和发布：将开发完成的应用程序部署到目标设备上，并发布到相应的应用商店或平台上。
如何使用iBeacon实现iOS应用中的商场导航(三)
如何使用iBeacon实现iOS应用中的商场导航引言随着移动设备和智能手机的普及，人们更加依赖手机来进行购物和导航。
在商场中，人们常常迷失在复杂的商场布局中。
为了解决这个问题，商场导航成为一个热门的需求。
而使用iBeacon技术实现商场导航成为了一种高效而且可行的解决方案。
一、iBeacon技术简介iBeacon是一种低功耗蓝牙技术，它基于蓝牙协议，能够实现设备之间的短距离通信和定位。
iBeacon设备通常被放置在商场的不同位置，它能向周围的设备发送广播信号，告知设备自己的唯一标识符以及信号强度。
二、商场地图构建和数据采集要实现商场导航，首先需要构建商场的地图并采集相关数据。
在商场中安置iBeacon设备，并记录每个iBeacon设备的位置和唯一标识符。
为了准确获取iBeacon设备的位置，可以配合使用GPS或其他定位技术。
此外，在商场中还需要布置WiFi设备，以便获取用户设备的位置。
通过不断收集并整理这些数据，可以得到商场的准确地图和每个区域的位置信息。
三、iOS应用开发在iOS应用中实现商场导航，主要依赖于Core Location框架和Core Bluetooth框架。
首先，需要在应用中获取用户设备的位置信息。
通过Core Location框架，可以获取到用户设备的经纬度坐标，然后与商场地图上的位置信息进行匹配，得到用户在商场中的位置。
接下来，需要监听iBeacon设备的信号，并获取到每个iBeacon设备的唯一标识符和信号强度。
通过Core Bluetooth框架，可以扫描周围的iBeacon设备，并获取到相关信息。
然后，将获取到的iBeacon 设备信息与商场地图上的位置信息进行匹配，得到用户设备附近的iBeacon设备和对应位置。
最后，根据用户设备的位置和附近的iBeacon设备位置，利用算法计算出用户所在的区域，并在应用中显示商场地图。
通过将用户设备位置和iBeacon设备位置实时进行匹配，实现商场导航功能。
使用iBeacon技术实现iOS应用中的室内定位(二)
使用iBeacon技术实现iOS应用中的室内定位一、介绍iBeacon技术及其应用背景随着智能手机的普及，人们对于室内定位的需求日益增长。
而iBeacon技术则提供了一种创新的室内定位解决方案。
iBeacon是苹果公司在2013年推出的一项基于蓝牙低能耗技术的室内定位技术。
其原理是通过在室内布置一系列蓝牙设备（称为iBeacon），当用户靠近这些设备时，iBeacon会发送出特定的信号，手机上的应用程序可以通过接收到的信号来计算用户的位置，并提供相应的服务。
二、iBeacon技术的工作原理iBeacon技术基于蓝牙低能耗技术，每个iBeacon设备都有一个唯一的ID，包括主ID和次ID。
当用户靠近iBeacon设备时，手机上的应用程序通过扫描附近的信号来检测到iBeacon设备，并获取其ID信息。
利用这些信息，应用程序可以计算用户与iBeacon之间的距离，并进一步确定用户的位置。
三、iBeacon技术在室内定位中的应用1. 商场导购：商场可以在各个角落安装iBeacon设备，并将其ID与商铺信息绑定。
当顾客进入商场后，手机上的应用程序可以获取到用户与iBeacon的距离，从而推送相应商铺的促销信息或优惠券。
2. 博物馆导览：博物馆可以在每个展品附近安装iBeacon设备，展品信息与iBeacon的ID进行关联。
游客在游览博物馆时，应用程序可以根据iBeacon设备的信号判断游客当前所在的展区，并提供相应的导览信息和解说。
3. 室内地图导航：大型商场、机场等室内空间可以利用iBeacon技术实现室内地图导航功能。
通过在不同位置布置iBeacon设备，用户可以轻松地找到目的地，并按需获取周边服务。
四、iBeacon技术的优势与局限性使用iBeacon技术实现室内定位具有以下优势：1. 低成本：相比于其他技术，iBeacon技术的设备成本相对较低，易于推广和使用。
2. 低功耗：iBeacon设备采用蓝牙低能耗技术，能够持续工作更长时间，不易耗电。
ibeacon室内定位方案
iBeacon室内定位方案1. 简介iBeacon是一种基于蓝牙低功耗技术的室内定位方案。
它通过在室内放置iBeacon设备来实现定位功能，并与移动设备进行通信。
本文将介绍iBeacon的原理、应用场景和实现步骤。
2. 原理iBeacon技术主要基于Bluetooth低功耗（Bluetooth Low Energy, BLE）协议。
在iBeacon定位方案中，iBeacon设备作为发射器，发射固定的信号。
移动设备上运行的应用程序通过接收这些信号，并结合信号的强度（RSSI）来计算用户的位置。
具体来说，iBeacon设备会以固定的时间间隔发射信号，其中包含设备的唯一标识符（UUID）、主要标识符（Major）和次要标识符（Minor）。
移动设备的应用程序在接收到iBeacon信号后，可以根据UUID来识别出不同的iBeacon设备，进而计算用户与设备的距离。
3. 应用场景iBeacon室内定位方案可以应用于各种场景，如商场、展览馆、机场等。
下面介绍一些具体的应用场景：3.1 零售业在商场中使用iBeacon可以实现精准广告投放和导购服务。
商场可以通过在不同区域放置iBeacon设备，根据用户的位置发送相应的广告内容。
比如，当用户靠近某个商品时，可以向用户推送该商品的特价信息。
同时，商场还可以根据用户的位置提供导购服务，帮助用户找到需要的商品。
3.2 展览馆在展览馆中使用iBeacon可以提供更加丰富的参观体验。
展览馆可以在不同展览品前放置iBeacon设备，当用户靠近展览品时，可以向用户推送相应的介绍信息。
同时，展览馆还可以根据用户的位置提供导览服务，帮助用户更好地参观展览。
3.3 游乐园在游乐园中使用iBeacon可以提供更加个性化的游玩体验。
游乐园可以在不同游乐设施附近放置iBeacon设备，当用户接近某个游乐设施时，可以向用户推送相应的优惠信息。
同时，游乐园还可以根据用户的位置提供游玩路线推荐，帮助用户更好地游玩。
使用iBeacon技术实现iOS应用中的室内定位(一)
使用iBeacon技术实现iOS应用中的室内定位随着智能手机的普及和移动应用的快速发展，人们对于提供更精确的室内定位需求越来越高。
iBeacon技术的出现，为实现室内定位提供了新的可能性。
本文将探讨iBeacon技术在iOS应用中的应用场景和实现方式。
一、iBeacon技术简介iBeacon是苹果公司推出的一种低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）技术，通过发送广播信号，将定位信息广播到附近的设备。
其核心组件是一个小型的硬件设备，内置低功耗蓝牙芯片，能够根据设定的距离和方向，向周围的设备发送信号。
二、iBeacon在室内定位中的应用室内定位一直是个难题，GPS精度无法满足需求，而Wi-Fi定位在某些场景下也存在一些限制。
iBeacon技术的出现，为室内定位提供了新的解决方案。
1. 室内导航iBeacon技术可以在商场、医院、机场等场所内安装多个iBeacon 设备，将其放置在不同位置。
通过接收信号强度的变化，iOS应用可以根据用户当前所处的位置，提供室内导航功能。
例如，当用户进入商场后，iOS应用可以根据用户所在的位置向其推送当前位置以及周边的商店信息，帮助用户快速定位到需要的店铺。
2. 室内定位服务除了室内导航，iBeacon技术还可以用于提供室内定位服务。
在一个大型的综合体内，通过安装不同位置的iBeacon设备，iOS应用可以精确获取用户的位置信息，并根据位置提供个性化的服务。
例如，在一个购物中心内，当用户接近某个商店时，iOS应用可以根据用户的兴趣推送相关商品的促销信息。
三、实现iOS应用中的室内定位要在iOS应用中实现室内定位，首先需要购买并安装一些iBeacon设备，并将其放置在需要的位置。
然后，通过iOS开发工具，编写iOS应用代码，以便检测并处理接收到的iBeacon信号。
1. 接收iBeacon信号iOS应用可以使用Core Location框架来监测并处理接收到的iBeacon信号。
基于IBeacon的室内定位技术发展综述
通过接 受到 的信号 强度 Ｒ Ｓ Ｓ Ｉ （ Ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ Ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｏ ｒ ） 来 判 定位置 。
易部署 、 低功耗 、 轻量级 、 高精 度成为室 内定位技术 领域 中的四大 核心问题。室 内定位技术主要是通过智能设备上 的传感 器以及传感 器 的无线发射器所搭建 的位置 网络 ， 计算获取用 户实时坐标 的实现 。
二、 基于 Ｉ Ｂ ｅ ａ ｃ ｏ ｎ的 室 内定 位 技 术
室 内定位 系统采用 的技术按照信号 类别分 为射频识别 ， ｚ ｉ 邸ｅ ｅ ［ ，
超声波 ， 蓝牙等 ， 定而位算法按照是否对距离进行 测定 分为基 于测距 和
非测距两类。其 中， 测距算 法主要有 Ｔ Ｏ Ａ （ Ｔ ｉ ｍ ｅ ｏ ｆ Ａ ｒ ｒ ｉ ｖ ｅ ） ［ ３ １ 、 Ａ Ｏ Ａ （ Ａ ｎ ｇ ｌ ｅ
是经过分析以及经验而总结出来 型选择非常重要 ，因为对于室内环境来说传播过
摘 要： 随 着基 于 Ｂ Ｌ Ｅ （ Ｂ ｌ ｕ ｅ ｔ ｏ ｏ ｔ ｈ Ｌ ｏ ｗＥ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ） ４ ． ０ 协议的低功耗 ， 高精度 的新一代蓝 牙技 术的发展 ， 尤其是苹果公 司提 出的 Ｉ Ｂ ｅ ａ ｃ ｏ ｎ近场通信
技术 ， 使得 高精度的室 内定位技术主键 成为 了室 内精 准定位领域 中的研究热点。本 文当前 室内定位进行 了总结， 指 出了基于 Ｉ Ｂ ｅ ａ ｃ ｏ ｎ的室内定位技 术的 两大方式。其 中， 一种称 为距 离测算定位法 ， 另外一种称 为非距 离测算定位法。同时 ， 重点分析 了距 离测算定位法的技 术难 点和技术重点。题 。
ｏ ｆ Ａ ｒ ｒ ｉ ｖ ｅ ） 、 Ｔ Ｄ Ｏ Ａ（ Ｔ ｉ ｍｅ Ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ａｒ ｒ ｉ ｖ ｅ ） 等 方法 。而非测 距算法 主要
ibeacon室内定位方案
ibeacon室内定位方案iBeacon是一种基于蓝牙低能耗技术的室内定位方案，它被广泛应用于商场、博物馆、医院、展览馆等各类室内场景。
本文将介绍iBeacon室内定位方案的原理、应用场景以及相关技术。
一、iBeacon的原理iBeacon基于蓝牙低能耗技术，通过发送蓝牙信号来实现设备之间的定位。
iBeacon设备通常由三个主要组件组成：蓝牙芯片、电池和外壳。
它们可以被安装在墙壁、天花板或其他固定位置，并向周围的设备发送信号。
iBeacon的定位原理是利用蓝牙硬件的无线电信号强度指示（RSSI）来测量设备之间的距离。
当接收器设备接收到iBeacon发送的蓝牙信号时，它可以通过信号的强度变化来计算与iBeacon设备的距离。
根据距离计算的结果，可以确定接收器设备的位置信息。
二、iBeacon的应用场景1. 商场导航：在复杂的商场中，顾客经常迷失方向。
利用iBeacon技术，商场可以提供导航功能，向顾客推荐特别优惠和折扣信息，提升购物体验。
2. 博物馆导览：iBeacon可以安装在博物馆的各个展览品旁边，当游客靠近展品时，可以通过手机APP接收到展品的详细信息，提供更丰富、便捷的导览服务。
3. 医院定位：医院可以将iBeacon设备安装在医疗设备或病房附近，通过手机APP让医护人员准确定位并追踪所需的设备，提高医疗服务效率。
4. 展览馆导览：在展览馆中，iBeacon可以提供游客定位服务，让游客了解展品的相关信息，还可以通过手机APP提供互动游戏和奖励。
三、iBeacon技术相关1. BLE技术：iBeacon利用BLE（蓝牙低能耗）技术进行通信，它具有低功耗、低成本、短距离通信等特点，适用于室内环境的定位需求。
2. UUID、Major和Minor：在iBeacon中，每个设备都有一个唯一识别码（UUID），用于区分不同的iBeacon设备。
此外，还可以设置Major和Minor来标识特定的iBeacon设备，使得定位更加准确。
如何使用iBeacon实现iOS应用中的商场导航
在如今发展迅猛的科技时代，我们不禁开始思考如何更好地利用新技术来改善和便利我们的生活。
iBeacon作为一种近场通信技术，正逐渐被应用在各行业中，为人们带来了更多的便利。
而在这篇文章中，我将论述如何使用iBeacon实现iOS应用中的商场导航。
首先，我们需要了解什么是iBeacon。
iBeacon是一种基于蓝牙低功耗技术的近场通信技术，它可以将信号发送给附近的设备，并通过接收这些信号，确定设备与iBeacon之间的距离和方向。
这项技术可以广泛应用在商场、博物馆、机场等场所中。
为了实现商场导航，我们需要首先在商场的各个地点安装iBeacon设备。
这些设备会发送包含商场内特定位置信息的信号。
在iOS应用中，我们可以使用Core Location框架来接收这些信号，并确定用户的位置。
开发iOS应用时，我们可以结合地图和iBeacon技术来实现商场导航功能。
首先，我们需要引入地图数据，可以使用苹果提供的MapKit框架。
在地图上标注商场内各个关键位置，比如商店、洗手间、出入口等。
然后，通过使用Core Location框架获取用户的当前位置，将用户在地图上实时定位。
同时，我们可以使用iBeacon信号来检测用户的接近和离开，以及用户在商场内的运动方向。
接下来，我们可以使用算法将用户的位置信息与地图上的关键位置进行匹配。
通过计算用户与各个关键位置之间的距离和方向，我们可以确定用户所处位置的准确性，并根据用户的需求提供相应的导航信息。
比如，当用户进入商场的时候，我们可以展示商场的整体地图，并标注用户所处的位置；当用户搜索某个具体的商店或服务时，我们可以根据用户的搜索结果在地图上标注相应的位置，并提供最佳的导航路径。
除了基本的导航功能外，我们还可以结合商场内的数据和用户个人喜好来提供更加个性化的导航服务。
比如，我们可以记录用户在商场内的消费习惯，并根据用户的喜好推荐商店和优惠活动。
我们还可以结合商场内的实时促销信息，提供用户附近的优惠活动通知。
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基于iBeacon的商场室内定位及导航系统设计与实现前晋;陈淑荣【摘要】基于蓝牙iBeacon设计C/S架构的商场室内手机定位及导航系统.手机接收蓝牙信号并上传至服务器,后台从蓝牙信号强度根据iBeacon距离-RSSI损耗模型计算出手机至iBeacon的距离,再采用三边质心法确定手机位置坐标,并标示在手机端商场地图上;另外,按照手机端输入的目的地信息,服务器运行引入回退机制的A*算法,规划出最优可行路径,实现手机端的商场导航.实验数据表明最大定位误差在3米以内,导航路径精准.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2019(035)001【总页数】4页(P76-79)【关键词】iBeacon;室内定位及导航;三边质心法;A*算法【作者】前晋;陈淑荣【作者单位】上海海事大学信息工程学院,上海201306;上海海事大学信息工程学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TN9250 引言随着商场、地下停车场、机场等大型室内场馆的兴建，手机室内定位及导航需求日趋强烈，如商场中基于位置信息给予用户手机特定的商品消息推送，地下停车场智能寻车，机场室内位置导航等。
目前手机室内定位技术主要通过蓝牙iBeacon和Wi-Fi来实现，文献[1][2]使用Wi-Fi指纹定位算法，将接收Wi-Fi信号的RSSI值与已建立的指纹数据库进行对比实现定位；文献[3][4]使用iBeacon定位技术，首先建立iBeacon信号强度与距离之间的关系，再通过三边定位算法实现定位。
以上两种定位技术均能满足商场室内定位精度需求，但商场人流较大，商铺位置易变动，导致Wi-Fi指纹库需要时常更新维护，人工成本较大，相比之下iBeacon技术更适用于商场环境。
导航是手机位置信息服务的一种，可转化为找寻定位点与目的地之间的最短可行路径。
常用的路径规划算法包括Dijkstra算法、A*搜索算法、蚁群算法等。
文献[5]指出Dijstra算法搜索全局空间，难以满足快速规划路径的需求，而通过改进A*算法建立平滑的A*模型,其性能优于蚁群算法，且能处理障碍物随机分布的复杂环境下的路径规划问题。
可见A*算法更适用于障碍物较多的室内环境。
本文利用蓝牙iBeacon技术实现手机室内定位及导航功能，首先在室内部署ibeacon设备，测量室内环境中各点的RSSI值，得出信号强度与距离之间的关系，建立iBeacon距离-RSSI损耗模型；其次手机接收iBeacon的RSSI值，上传至服务器，利用上述模型和三边质心法计算手机位置坐标；服务器端按照用户输入的目的地，采用引入回退机制的A*算法计算最优路径，并在手机端自制的商场地图上标示最优导航路径。
1 系统概述系统主要由3个部分组成：iBeacon设备、Android智能手机、服务器，如图1所示。
多个已知位置坐标的iBeacon部署在室内空间中，周期性地向外界广播信号。
手机应用由Android Studio开发环境搭建而成，其功能包括接收iBeacon信号并上传iBeacon的Major值及对应RSSI值至服务器；上传用户输入的目的地；接受返回信息并在室内地图标示当前位置；显示服务器返回的最优导航路径。
图1 系统结构服务器由MyEclipse结合Apache Tomcat搭建而成，内部存储了iBeacon信息和地图信息，采用基于HTTP协议的doPost方式与手机端进行数据交互，功能包括接收手机端上传的RSSI值，运行iBeacon距离-RSSI损耗模型确定手机与iBeacon的距离；利用三边质心法计算手机位置坐标；接收输入的目的地信息，并运行引入回退机制的A*算法规划最优导航路径。
2 系统实现的关键技术2.1 iBeacon室内定位采用iBecaon进行室内定位，需先建立iBeacon距离-RSSI损耗模型，获取手机与最近的3个iBeacon之间的距离，再通过三边质心法计算手机位置坐标，实现定位。
算法步骤如下：第一步：RSSI值采集预处理。
部署iBeacon应选取周围无遮挡物的位置降低信号损耗，在信号稳定后采集RSSI值以防其它信号干扰，减少环境误差；在同一地点采集多个RSSI值采用均值滤波预处理，以减少测量误差，如式(1)。
(1)第二步：建立iBeacon距离-RSSI损耗模型。
已有实验数据表明无线信号强度与距离存在对数关系[3-6]，如式(2)。
(2)其中，PL(d)、PL(d0)分别表示无线信号在d和d0米处的信号强度损耗，n为环境变量因子，Xσ是方差为σ的正态随机分布，单位为dB。
设d0=1 m， (2)式变为式(3)。
Rssi(d)=R1+10nlg(d)+Xσ(3)式中，Rssi(d)表示d米处的无线信号强度值，R1表示iBeacon与手机相距1 m 时的无线信号强度值。
距离d和信号强度Rssi(d)由实际测量得到，n和R1为模型的待定参数。
第三步：参数R1和n的最优估计。
采用最小二乘法[7]，利用最小化误差的平方和寻找数据的最佳匹配函数，从而确定最优参数值。
误差函数如式(4)。
(4)其中Rssi(di)表示di米处RSSI实际测量值，表示根据式(3)求得的RSSI估计值。
R1和n根据初值不断循环优化，如式(5)。
(5)其中α为梯度因子，取α=0.02，使J(R1,n)达到最小即可求得所需的R1和n。
根据最优参数建立的iBeacon距离-RSSI损耗模型如式(6)。
(6)将手机端接收的RSSI值代入式(6)即可得出手机与iBeacon的距离d。
第四步：获取手机位置坐标。
采用三边质心法[6]，如图2所示。
图2 三边质心法计算手机坐标示意图其中，A、B、C三点代表iBeacon设备位置，r1、r2、r3表示通过式(6)模型求得手机与离其最近的三个iBeacon设备的距离d。
阴影三角形的三个顶点坐标分别为D(xd,yd)、E(xe,ye)、f(xf,yf)，三角形的质心坐标P(x,y)即为确定的手机位置坐(7)2.2 商场室内导航导航作为室内位置服务的重要部分，实质是寻找定位点和用户搜索目的地之间的最短可行路径。
如图3所示。
(a)(b)图3 实际地图与路径节点图以上海正大广场1层为例，如图3(a)所示，导航算法步骤如下：第一步：室内地图建模。
将商场地图的所有可行走路径转化为节点图，如图3(b)所示。
每一节点代表一个地点，线段代表可行路径。
节点信息如下：(1) N：整数型节点标识符，以数字形式标识节点。
(2) Floor：整数型楼层标识符，记录该节点楼层信息。
(3) Name：字符型，记录节点名称，一般为对应地图所在地名称。
(4) X、Y：double型，记录该节点对应地图所在位置的二维坐标值。
(5) Next：数组型，记录该节点可到达的下一个节点的N值。
以1节点为例，其中N=1，Floor=1，Name=“扶梯”，X=450，Y=330，Next=[2,3,4,5]。
第二步：建立最优路径搜索算法。
在A*算法的基础上引入回退机制实现室内最优路径规划，流程如图4所示，其中p，q分别为手机定位点和用户输入的目的节点，path为路径节点集，close为已搜索节点集。
搜索下一节点时，取出下一节点集Next中的所有值，若其属于close，则跳过，否则计算其评估函数f(n)[5]，并加入close；当遍历完Next中所有值后，将f(n)值最小的节点作为新的p，并加入到path中，依次循环，直至p=q后，输出最优路径集path。
节点x的评估函数f(n)=g(n)+h(n)(8)其中，g(n)表示初始节点p到节点x的代价函数，表示节点x到目的节点q的启发式函数，采用标准的曼哈顿距离，如式(9)。
h(n)=(|x1-x2|+|y1-y2|)(9)式中，x1、y1表示该节点x的二维坐标，x2、y2表示目的节点q的二维坐标。
第三步：引入回退机制的路径选取策略。
在搜索节点时，会遇到死节点，即除了上一节点没有其它连接节点，如图3(b)中，若以1节点为p，6节点为q，根据传统的A*算法下一节点会选择4节点，此时4节点即死节点，为了应对这种异常情况，算法增加了回退机制，如图4中虚框所示。
遇到死节点时将已搜索节点集close回退到上一状态，并加入死节点，使再次搜索路径时忽略该节点，避免错误发生；另外将路径节点集中的末值赋给p，使p恢复到上一状态，从而实现回退过程。
回退机制消除了死节点的影响，增加了算法运行的稳定性。
3 实验结果与分析3.1 iBeacon距离-RSSI损耗模型参数选取实验为确定模型的待定参数n和R1，在室内距离iBeacon设备0.1 m、0.7 m、1.3 m、1.9 m……处，选取13个点，按照定位算法步骤一对采集的RSSI值进行均值滤波，再根据步骤二运用最小二乘法选取最优参数，得出具体数值如式(10)。
(10)为了验证参数选取的最优性，式(5)中误差函数J(R1,n)值的渐变情况如图5所示。
图4 最优路径搜索流程图5 误差函数J(R1,n)的渐变图可见当循环次数达到2 000次以上时，误差函数值已基本趋于平稳且接近于零，表明参数和的估计已达到最优。
为了验证模型的有效性，将建立的iBeacon距离-RSSI损耗模型曲线与实际测量数据进行对比，如图6所示。
图6 模型曲线与实际数据对比图其中×点表示实际测量数据，图6中显示曲线能有效反映iBeacon信号强度与距离之间的关系。
由上可知，模型参数选取已达最优，建立的iBeacon距离-RSSI损耗模型有效可行。
3.2 定位实验为了测量定位算法的误差，在5.4*16.2室内部署3个iBeacon设备，二维坐标分别为A(0,7.2)、B(2.7,0)、C(2.3,16.2)，单位为m。
随机选择30个采样点，将采集数据代入iBeacon距离-RSSI损耗模型，再根据定位步骤三计算出手机位置坐标，与实际测量的坐标数据比较，得出定位误差值如图7所示。
图7 手机室内定位误差图其中最大定位误差在3米以内，且误差值在2米内有24次，定位精度较好。
10组实际坐标与模拟坐标的对比图，如图8所示。
图8 实际坐标与模拟坐标对比图图中可以看出在定位点距离墙壁较近时，蓝牙信号发生反射，折射，产生多径效应[6]，定位误差较大，而在室内中心区域则定位误差较小。
以上10组定位算法计算总时间为6.777 s，平均每次定位算法实现时间为0.677 7 s，满足实时定位的需求。
3.3 商场室内导航实验根据服务器计算的定位坐标，在手机端的商场地图上标示当前位置，当用户输入目的地，手机上传输入信息，服务器根据改进的A*导航算法规划出最优路径并返回至手机，结果如图9所示。
其中绿点代表起点，蓝点代表终点，红线标示为最优导航路径。
4 总结针对商场手机定位和导航应用，首先通过实验建立iBeacon距离-RSSI损耗模型，利用三边质心法实现手机室内定位，在此基础上实现了C/S架构的商场室内手机定位导航系统。