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。
基于ibeacon技术的智慧导览系统设计
网络天地124基于ibeacon技术的智慧导览系统设计王永强、宋 磊、陆欣（哈尔滨职业技术学院）（哈尔滨科技大学）本文系2016年哈尔滨市应用技术研究与开发项目（科技创新人才）“物联网时代主动服务式智慧大楼”项目研究成果（编号：2016RAQXJ206）摘要：移动互联技术发展迅猛，苹果公司提出了ibeacon技术后，收到各个移动开发商的关注，进行开发，投入到一些具体的应用领域。
本文就此项技术在智慧导航系统上的应用进行了说明，同时简要的介绍了系统设计的过程。
关键词： ibeacon、信息广播、功能模块、导航一、ibeacon技术简介1.1技术的出现与基本思想介绍：智能客户端出现后，迅速拥有了大量的用户群。
可以说智能客户端尤其是智能手机占据了大量的用户群，人们使用智能手机的份额甚至有赶超微机的势头。
因此移动互联的比重也逐渐加大。
移动互联技术也在不断发展。
几年前，美国的苹果公司率先提出了ibeacon技术。
技术思想并不难于理解，是通过在移动发布设备上配置蓝牙的低耗功能。
简单地说，如果你使用的是苹果的客户端，例如手机、IPAD 等等，那么当你接近这种设备的时候，设备发射的信号会得到接收，向你的移动设备端传送一些信息。
也可以形成简单的互动。
这与早期手机的蓝牙技术接近，不同的是，从某种意义上说有了主从的关系，有移动设备提供服务，从而进行互动。
1.2主要功能简介：主要功能为检测某个区域，提出信息服务，与配套的移动智能设备形成交互。
比如在苹果系列客户端上，一旦进入移动发送设备使用ibeacon技术覆盖的信息区，无论手机端是否开机，是否要求互联，都可以获取信息。
此项技术主要是针对短距离的服务，通常是以米为单位，也就是在相关的一定区域内可以灵活的使用。
1.3主要应用与局限性：通过它的主要功能我们发现，此项技术适合于短距离信息的服务。
那么它在APP方面的应用就体现出来了，通常适合于某个区域内的广告宣传，服务讲解等等。
楼宇的iBeacon室内定位技术
楼宇的iBeacon室内定位技术1iBeacon介绍iBeacon是苹果在2013年WWDC上推出一项基于蓝牙4.0（Bluetooth LE|BLE| Bluetooth Smart）的精准微定位技术，当你的手持设备靠近一个Beacon基站时，设备就能够感应到Beacon信号，范围可以从几毫米到50米。
因为是一种定位技术，苹果将iBeacon相关的接口放到了CoreLocation.framework。
Google在Android 4.3及后续版本支持了该功能，只要满足iBeacon技术标准即可。
BLE与传统的蓝牙相比最大的优势是功耗降低90%，同时传输距离增大（理想状况下超过100米）、安全和稳定性提高（支持AES加密和CRC验证）。
iBeacon同时有一些自己的特点：（1）无需配对，一般蓝牙设备印象中都需要配对工作。
iBeacon无需配对，因为它是采用蓝牙的广播频道传送信号。
（2）程序可以后台唤醒，iBeacon的信息推送需要App支持。
但是我们接收iBeacon 信号无需打开App，只要保证安装了，同时手机蓝牙打开。
（3）iBeacon不具备传统意义上的数据传输功能，Beacon基站只推送位置信息，数据格式如下图所示。
如果开发的APP要运行起来并与服务器通信以实现定制化功能、获取定制化数据，需要开启其他的数据通信方式，如WIFI、4G等。
其中：UUID：厂商识别号Major：相当于群组号，同一个组里Beacon有相同的MajorMinor相当于识别群组里单个的BeaconTX Power：用于测量设备离Beacon的距离UUID+Major+Minor就构成了一个Beacon的识别号，有点类似于网络中的IP地址。
TX Power用于测距，iBeacon目前只定义了大概的3个粗略级别：非常近（Immediate）:大概10厘米内近（Near）:1米内远（Far）:1米外2iBeacon工作原理iBeacon的工作原理是基于Bluetooth Low Energy（BLE）低功耗蓝牙传输技术发送特定识别信息。
室内定位和导航系统的设计与实现
室内定位和导航系统的设计与实现概述随着人们对室内定位和导航需求的增加，室内定位和导航系统成为了一项重要的技术领域。
本文将探讨室内定位和导航系统的设计与实现，介绍其原理、挑战和解决方案。
一、室内定位和导航系统的原理室内定位和导航系统通过利用无线通信、地磁传感器、惯性测量单元等技术手段来确定用户在室内环境中的准确位置，并为其提供准确的导航指引。
以下是几种常见的室内定位和导航原理：1. 无线通信定位：利用WiFi、蓝牙、射频识别等无线通信技术，通过接收器接收来自参考节点的信号，计算用户与参考节点之间的距离，从而确定用户位置。
2. 地磁传感器定位：利用地磁传感器感知地磁场的变化，并通过对地磁场的分析，确定用户的位置。
3. 惯性测量定位：利用加速度计、陀螺仪等惯性测量单元，测量用户的加速度和角速度等信息，通过积分和滤波算法计算用户的位置和方向。
4. 视觉定位：利用摄像头、图像识别和计算机视觉等技术，对室内环境进行图像分析和特征提取，从而确定用户的位置和方向。
二、设计室内定位和导航系统的关键挑战在设计和实现室内定位和导航系统时，面临着一些关键挑战。
以下是几个常见的挑战：1. 多路径效应：室内环境中存在多个反射、干扰等问题，导致无线信号的多次传播和变形，造成定位误差。
2. 信号遮挡：在室内环境中，墙壁、家具等物体会阻挡信号的传输，导致信号弱化和失真，影响定位精度。
3. 定位算法优化：针对不同的定位原理，需要研发出适应各种复杂环境的定位算法，提高定位的准确性和鲁棒性。
4. 能耗问题：室内定位和导航系统需要长时间稳定运行，因此需要考虑系统的能耗问题，延长设备的使用时间。
三、室内定位和导航系统的解决方案为了解决上述挑战，设计室内定位和导航系统需要综合运用多种技术手段，采取合适的解决方案。
以下是几个常见的解决方案：1. 多路径效应和信号遮挡问题：可以采用多传感器融合的方式，结合不同的定位原理，通过对多个传感器获取的数据进行融合处理，提高定位的准确性和稳定性。
基于iBeacon的普适计算位置服务系统设计及实现
由此 ， 许 多研究 机 构设 计 制 定 了 各 自的位 置 感 知 系 统 。但 基本 的结 构都 很相 似 ， 大致遵 循位 置感 知 、 位 置融合 、 提 供应 用接 口、 服 务执 行这 一流程 ［ ３ ］ 。具体 而言 ， Ｌ Ｂ Ｓ系 统 由传感 器 网 络 和 计 算 单 元 组 成 ， 首
目的 。
现 消失 的计算 。计 算 消隐 化 的主要 原 因为人 的 注意
力 是稀 缺 资源 ， 各 种 设 备 和 服 务应 该 具 有 自维 护 性 和 能够 学 习进 化 的智能 能 力 。这 样 才能 减少 普适 计
算 环境 中用户将 过 多 的精 力放 在如 何配 置 、 使用 、 管
Ｉ ） ＯＩ ： １ ０ ． １ ４ １ ５ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ２ ０ ９ ６ — １ ９ １ Ｘ ２ ０１ ７ ． ０ １ ． ０ １ １
引 言
“ 普 适计 算” 概念 所 定 义 的应 用 环 境 是 “ 无 所 不 在 的计算 、 无 所不 在 的通 信 和用户 接 口应用 ” 三 者 的 有 机 整合 。一 个 典型 的普 适计 算 系统 中应该 包 括各 种 各样 的设备 和 传感 器 ， 他们 被 透 明 的 隐藏 在 环 境 中， 并 为人 （ 用户） 提供 主动 的 、 智能 的 服务 。对普 适 计 算用 户 来说 ， 传 感器 、 电子设 备可 以相 当微 小甚 至 是 不 可见 的 ， 消隐 在我们 平 常 的生 活环境 中 ， 从 而实
而不 断地 发 生 迭 代 进 化ｌ ２ ］ 。典 型 的 Ｌ Ｂ Ｓ系 统 中包
含两 大核 心 技 术 ： 位置定 位技术及 服务发现 技术。
间用户 不用 进行 任 何操 作 ， ６ － ｌ ｌ 一 １ ６
室内导航系统的设计与实施
室内导航系统的设计与实施引言：随着城市化进程的不断加速，大型商场、办公楼、机场、医院等室内空间的规模和复杂度不断增加，人们在其中常常感到迷失和困惑。
为了解决这个问题，室内导航系统应运而生。
它是一种基于技术的解决方案，通过使用多种定位技术和智能算法，帮助用户在室内环境中准确定位并找到所需位置。
本文将探讨室内导航系统的设计原则和实施方式。
一、室内导航系统的设计原则1. 精确定位能力：室内导航系统的核心功能是提供准确的室内定位服务。
为了实现这一目标，系统需要结合多种定位技术，如Wi-Fi定位、蓝牙定位、惯性导航等，以提供更精确的定位信息。
2. 实时性和响应性：室内导航系统应具备快速响应能力，能够实时追踪用户的位置和行为，并以最快速度提供路线规划和导航指引。
在设计系统时，应考虑到实时数据流的处理和推送，降低系统的延迟时间。
3. 用户友好的界面设计：室内导航系统的用户界面应简洁、直观、易于理解和操作。
用户在使用过程中，应能够轻松输入目的地或选择兴趣点，并得到清晰明了的导航指引，减少用户操作的复杂性。
4. 多语言和多功能支持：室内导航系统的用户群体来自不同国家和地区，因此需要支持多种语言的切换。
此外，系统应考虑到用户不同的需求，提供多种功能选择，如快速导航、路线规划、兴趣点推荐等。
二、室内导航系统的实施方式1. 定位技术选择：为了实现精确的室内定位，室内导航系统可以采用多种技术手段。
例如，Wi-Fi定位可通过扫描周围Wi-Fi信号强度进行定位；蓝牙定位可利用iBeacon或者蓝牙信号强度来确定位置；惯性导航则通过使用加速度计、陀螺仪和磁力计来估算位置。
2. 地图数据采集和建模：室内导航系统需要事先采集和处理室内建筑物的地图数据。
这可以通过室内地图绘制工具或者激光扫描仪等设备进行。
采集到的数据可以包括建筑布局、楼层划分、房间编号等信息，以及与定位相关的信号强度数据。
3. 数据处理和导航算法：通过对采集到的地图数据和定位数据进行处理，室内导航系统可以利用算法进行路径规划和导航指引。
基于微芯BM701蓝牙模块iBeacon在室内定位系统的应用
基于Beacon的定位系统非常适合室内定位应用。 标签可以使用电池供电，布置非常方便，应用很多， 例如智慧商场推送及引导，停车场反向定位，微信摇 一摇找周边用户等，愿各位读者发挥想象，找到最适 合自己的应用。
①极低的功耗，对比经典蓝牙，BLE可降低90%以上 远。当设备检测到多个Beacon标签的Tx Power后，
的功耗。基站可以使用电池供电。②无需配对，通过 即可估算出自己的大概位置。
广播的方式进行数据传输。③对于iOS系统，同样支
通常情况下，距离估算只定义了三个粗略的距离
持后台唤醒，保证客户良好的使用体验。
在基于Beacon的定位系统中，可以使用具有最小 尺寸的BM71蓝牙模组，以尽可能使Beacon节点具有 更小的尺寸以便于安装布置。对于iBeacon应用，微 芯科技提供了一套方便的UI配置界面帮助客户快速配 置广播信息。
BM70/1内部存储空间分为2部分，分别为FLASH 和EEPROM区。其中，FLASH区用于存储产品级蓝牙 固件，该固件以HEX形式提供，用户不需要2次修改 即可直接使用。EEPROM区用于存储配置信息，客户 可以提前配置好蓝牙模组的Device Name、Pin Code 及UUID等各种信息并烧录到模组中。
Focus Technology 热门技术
基于微芯BM70/1蓝牙模块 iBeacon在室内定位系统的应用
Application of iBeacon technology in indoor positioning system based on Microchip BM70/1 Bluetooth module
等级，即：
一个Beacon广播包通常包含如表1的信息。
•非常近：10 cm内。
基于智能导航技术的室内定位与导航系统设计
基于智能导航技术的室内定位与导航系统设计室内定位与导航系统的设计随着科技的发展和人们生活水平的提高，对于室内定位与导航系统的需求也越来越大。
在大型商场、展览馆、机场、医院以及其他室内场所，人们常常会遇到迷失方向的情况。
传统的室内标识牌和地图并不能提供准确的导航服务，因此基于智能导航技术的室内定位与导航系统的设计显得尤为重要。
一、系统设计目标设计这样一个室内定位与导航系统的主要目标是为用户提供准确、实时、方便的导航服务。
系统需要满足以下几个方面的需求：1. 定位精确度：室内环境通常复杂多样，要求系统能够实现高精度的定位。
最好能够达到米级甚至厘米级的精确度。
2. 导航准确性：系统应能够提供准确的导航路径和指引，以帮助用户快速找到目的地。
导航算法需要考虑实时的交通状况和用户个人偏好。
3. 实时性：定位和导航系统需要具备较高的实时性，能够实时更新用户的位置和导航信息。
系统响应时间应尽量短，以提供流畅的用户体验。
4. 可靠性：系统应具备良好的可靠性，能够在复杂的室内环境中稳定运行，并提供可靠的数据和指引。
二、实现方案为了满足上述目标，基于智能导航技术的室内定位与导航系统的设计可以采用以下几个关键技术：1. 定位技术：室内定位技术可采用多种方式来实现，例如无线信号定位、惯性导航、电磁波测距等。
根据具体场景和需求选择合适的定位技术，结合多种技术可以提高定位精确度和可靠性。
2. 地图建模：系统需要建立室内地图模型，包括各种设施、路径、出入口等信息。
可以利用三维建模技术和激光扫描等方法来获取室内环境的结构信息，并将其转化为数字地图。
3. 导航算法：根据用户的起点和终点位置，系统需要实时规划最佳的导航路径。
导航算法应考虑实时的交通状况、路径距离、步行时间等因素，以提供最优的导航方案。
4. 用户界面：系统的用户界面应设计简洁直观，方便用户使用和操作。
可以采用图形化界面和语音交互等方式，提供多样化的导航方式。
5. 数据传输与存储：为了实现实时定位与导航服务，系统需要建立稳定的数据传输通道和存储机制。
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Microcomputer Applications Vol. 35 ,No. 1,2019 研究与设计 微型电脑％ 用 2019 年第 35 )第 1 期
文章编号！007-757X(2019)01-0076-04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(上海海事大学信息工程学院，上海201306)
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。
关键词：iBeacon;室内定位及导航；三边质心法& A-算法 中图分类号：TN925 文献标志码：A
Indoor Location and Navigation System Based on iBeacon in Shopping MallQIAN Jin，CHEN Shurong(School of information Engineering，Shanghai Maritime Univeristy，Shanghai 201306)
Abstract： An indoor location and navigation system for mobile phones is designed with the C/S architecture by using iBeacon. A mobile phone receives the Bluetooth signal and uploads it to the server，the server calculates the distance from the mobile phone to the iBeacon according to the strength blue teeth signal and the iBeacon distance-RSSI lossmodel，and then uses the trilateralcentroid method to determine the position coordinates of themobile phonemarked ocording t o t he des t i na t i on informa t i on input t ed by t he mobile phone， t he server runs the A-
mechanism to plan an op t i mal pa t h，so as to realize t he shopping naviga t i on for t he mobile phone. Experimthemaximumpositioning error iswithin3meters，thenavigationpath isaccurate.
Keywords： iBeacon； Indoor pos it ioning and navigat ion； Three-sided centroid method； A- algorithm
0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][]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[4]指出Di- jsta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。
作者简介:前晋（1994-)，男，硕士，研究方向：无线通信及接入技术。陈淑荣（1972-)，女，副教授，研究方向：视频分析与处理，现代通信网络及控制技术。
,76 ,Microcomputer Applications Vol. 35, No. 1,2019研究与设计徽型电胎％用2019年第35卷第1期
服务器由MyEclipse结合ApacheTomcat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 doPott方式与手机端 数据 ，功能 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 ；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 机制的A-算法规划 ：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-RS- SI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 ，实现定位。算法 _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 耗，在信 定后采集RSSI值其它信 扰，减少环境 ；在同一地 集 、RSSI值采用均值滤波预处理，以减少测量误差，如式（1)。
Rssi = 1 # Rss i (1)n人」1
第二步：建立iBeacon距离-RSSI损耗模型。已有实验 数据 信号强度与 存在对数关系[36]，
PL(<) % PL(<〇 ) + 10nlg )4 X。 #)其中，PL(<)、PL(<。）分别表示无线信号在 < 和 <。米处的信 号强度损耗，为环境变量因子，X。是方差为。的正态随机 分布，单位为dB。设<〇=1m，（2)式变为式（3)。Rss i (<) % R1 4 1"nlg(<) 4 X。 (3)式中，Rssi(<)表示 < 米处的无线信号强度值，R:表示iBeacon 与手机 1m时的 信号强度值。 度RssiCO) 测量得到，和R1 的待定参数。第三步:参数只：和〃的最优估计。采用最小二乘法*]， 利用 化 的平方 数据的最佳 数，，痈定最优参数值。误差函数如式（）。
2(Ri，）％ 1 # (Rss i (dl) — Rss i (dl))2 ⑷2m s=1
其中Rssi(dz)表示dz米处RSSI实际测量值，Rs(dz)表示 根据式（3)求得的RSSI估计值。R1和n 据初值不断循环
优化，如式（5)。Rz : % Ri + a 丄# m ”（Rsi(dz) + Rssi(dz))m ^ s=1
〜 （5) n : % n — a 1 # (Rssi(dz ) — Rssi(dz ) ) 10lg(d)
其中a为梯度因子，取a = 〇.。2,使2R1，n)达到最小即可求 得所需的R:和n。根据最优参数建立的iBeacon距离-RSSI
损耗模型如式（）。Rssi(d)—尺1d % 1。 1。 (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： 机位置坐标。采用三边质心法[6]，如图2所示。
其中，A、B、C三点代表iBeacon设备位置，n、2、3表示 过 (6) 求 得 机 与 其 近 的 三 Beacon 设 . 的d。阴影三角形的三 别为LKxd，％)、^(xe，:ye)、/(Xy，3V)，三角形的质心坐标P(x，：y)即为确定的 手机位置坐标，如式（7)。
2. 2商场室内导航导航作 内位置服务的 ，实质是寻定 用户搜索目的地之间的 路径。如图3所示。
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 ：• 77 •