楼宇的iBeacon室内定位技术
基于ibeacon的盲人建筑物内定位与导航
基于ibeacon的盲人建筑物内定位与导航作者：吴文卿来源：《课程教育研究》2017年第22期【摘要】国家统计局网站公布：中国是全世界盲人最多的国家之一，眼部疾病在中国也是一个主要的公共卫生问题。
中国约有盲人600-700万，占世界盲人总数的18%，另有双眼低视力患者1200万。
我国盲人数量早已超过诸如丹麦、芬兰、挪威等国家的人口数。
盲人的出行问题是关系到盲人生活质量的重要因素。
如今，广泛普及的智能手机与导航软件极大的缓解了盲人出门在外的定位与导航问题。
但是，现今导航软件、设备的使用场景都局限在室外，进入室内后无法定位与导航。
室内建筑中大量使用的标识以及平面图为普通人提供了极大的便利，使得人们可以在不熟悉的建筑中快速通往目标位置。
对于盲人以及更广大的低视力人群，进入陌生室内环境、建筑将寸步难行。
因此，本课题的目的在于设计一套建筑物内定位与导航的解决方案，填补盲人出行障碍的“最后100米”，是盲人进入建筑物后能准确找到餐厅、洗手间、会议室、商铺、教室、图书室等位置。
【关键词】ibeacon 导航定位盲人导航【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）22-0222-03一、研究背景室内导航技术是近年来的热点领域，主要有WIFI定位、ibeacon定位、RFID定位、超声波定位、激光定位、移动通讯网定位等。
（一）ibeacon技术ibeacon是苹果公司2013年9月发布的使用于移动设备的通讯协议。
使用低功耗蓝牙BLE 技术进行广播信号，ibeacon向周围的设备发送自己特有的ID。
ID可以包括名字，UUID，信号强度RSSI。
（二）其他技术各定位技术方向对比见表1。
在上述技术方向中，激光定位没有避障能力，如果场景中有行人遮住了发射源，直接影响到定位，且激光会对正常视力人群产生一定伤害、存在光污染问题。
超声波定位虽然比激光定位的安全性好，但避障能力仍然很差，当受到其他行人的遮蔽时，导航效果会很差。
ibeacon定位是什么
人员定位管理系统选用iBeacon蓝牙定位技术，通过人员佩戴定位卡片来获取人员的实时位置，还可以在重要区域设置电子围栏，当有人误闯进入时，系统自动报警。
系统通过获取的信息，进行了分类统计：职工人数、访客人数、围栏报警数、区域实时人数等。
ibeacon 定位的详细介绍如下：
1、Beacon
Beacon是发射蓝牙广播的蓝牙发射器，可以作为iBeacon基站来使用。
Beacon持续对外发送设定好的广播，当用户进入接收范围时，即可通过相应的程序获取广播内容。
2、iBeacon
iBeacon的工作方式是：配备有低功耗蓝牙（BLE）通信功能的设备使用BLE技术向周围发送自己特有的ID，接收到该ID的应用软件会根据该ID采取一些行动。
3、部署原则
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。
蓝牙Beacon水平间距：4-8m
一维定位场景：适合隔离度过高的过道，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。
使用IBeacon技术的系统进一步加强了企业生产区域人员管控，分类统计出入生产区域企业人员、外来人员信息，精确显示生产区域内在线人员动态，第一时间掌握企业应急状态时涉险人员情况，提高应急救援效率，杜绝未经培训、未经批准人员进入生产区域，全面提升企业风险管控能力和精细化安全管理水平。
iBeacon技术在室内位置综合信息服务中的应用
iBeacon技术在室内位置综合信息服务中的应用摘要地理位置是人的行为活动的重要基础之一，而室内又是人每天活动时间最长的处所，只要将室内位置、用户数据或用户感兴趣的信息和服务相结合，那么，室内位置综合信息服务必定有非常广阔的应用前景。
室内位置综合信息服务必将成为移动互联时代的最为重要的入口之一。
关键词iBeacon；室内位置；综合信息引言室内位置综合信息服务就是在商场里为消费者提供导购、导航、引流等综合信息服务。
室内位置综合信息服务系统会实时准确地告诉你：你目前在哪个楼层的哪个位置？附近有哪些商家商品在打折？这商场内有什么品牌？你的车放在停车场什么位置？大型商场里面最近的餐馆在哪里？精确引导消费者查找咨询台、服务中心、母婴室、洗手间、安全出口、电梯位置等等。
1 室内定位技术现状室内位置综合信息服务技术是基于WiFi、Zigbee、RFID、蓝牙或超声波等无线信号技术，通过测距或定位算法等手段实现室内目标的精确定位及服务的综合性技术，在商业应用、公共安全和医疗卫生等许多领域有着广泛的需求与应用。
然而室内的复杂环境和人身遮挡等影响因素对室内定位的精度提出了严峻的挑战，同时，受硬件开销和部署成本的影响，基于各种无线信号的室内定位系统在应用规模上也受到很大的限制，这也使得室内定位和服务技术成为当前无线定位研究的热点。
目前，大部分商场面积大，环境复杂，消费者难以寻找目标商家；消费者难以获知当前地点准确信息；地下有多个大型停车场，多个出入口，消费者消费回来找车困难等等问题。
要解决这些大商场普遍存在的痛点，商场迫切需要为消费者提供室内位置综合信息服务。
2 iBeacon技术特点及优势[1]室内定位面临的技术挑战，主要包括定位精度、抗干扰性、传输距离等。
同时，室内定位又需要成本低、功耗小、覆盖度广、灵活性高，以及可以接受的精度要求等。
目前的室内定位技术，主要包括几种：RFID、超声波、蓝牙、Zigbee、WiFi、超宽带定位等。
基于蓝牙信标的室内定位
基于蓝牙信标的室内定位随着人们对室内定位需求的逐渐增加，依赖于蓝牙信标的室内定位系统也逐渐成为了一种较为普遍的解决方案。
蓝牙信标是一种小型电子设备，可与移动设备配对，向其发送信号并在附近广播自身位置的信息，被用于室内定位系统中，可以使应用程序能够确定手机或其他智能设备相对于信标所在的位置。
本文将对蓝牙信标与室内定位技术进行详细探讨。
一、蓝牙信标技术蓝牙信标是一种被设计用于室内位置识别与导航的电子设备，利用低功耗蓝牙技术连接到其他设备，并通过广播自身ID等信息被识别出来。
从技术上讲，一个蓝牙信标可以容纳一个唯一的标识符，而且有一个比其他设备更广的射程。
当移动设备进入蓝牙信标的覆盖范围内时，它会发现并读取信标广播的信息以确定自己的位置。
目前市场上的蓝牙信标种类繁多，主要分为两种类型：iBeacon和Eddystone。
1.iBeaconiBeacon是由苹果公司于2013年推出的一种低功耗蓝牙设备标准，其广播范围为几米到几十米。
它包含三个重要的参数:UUID、Major和Minor。
其中UUID为全球唯一的标识符，Major和Minor则分别用于在UUID的基础上定义区域和子区域。
2.EddystoneEddystone是谷歌公司于2015年推出的蓝牙信标协议。
同样是低功耗蓝牙技术，Eddystone与iBeacon不同的是，其数据包括广播的ID、URL、TLM三种类型，同时Eddystone的广播范围更大，最多可达到200米。
室内定位技术是一项涉及室内环境定位、路线规划等多个方面的技术，可用于导航、安保和移动广告等多个领域。
蓝牙信标技术作为其中的一种定位技术，也逐渐成为了重要的室内定位解决方案之一。
基于蓝牙信标的室内定位技术主要分为两个部分：部署和定位。
1.部署部署是指在室内环境中放置蓝牙信标。
在放置蓝牙信标时，需要已知房间的大小和形状，确定蓝牙信标摆放点的位置以及信标数量。
通过相应的软件工具，管理员可以为每个信标输入其ID等信息，并将其放置于建筑物的不同位置。
beacon定位原理
beacon定位原理Beacon定位原理是基于无线电信号传播原理实现的一种室内定位技术。
通过在室内放置一系列的beacon设备，利用它们发出的无线信号来定位移动设备的位置。
Beacon设备通常采用蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy，BLE）技术，可以持续广播短距离的信号。
移动设备可以通过扫描周围的beacon信号来确定自己所处的位置。
下面将详细介绍Beacon定位原理的几个关键方面：1. 信号广播和接收：Beacon设备通过固定的时间间隔发送广播信号。
这个广播信号包含了设备的唯一识别码（UUID）和其他一些有关设备的信息，如信号强度（RSSI）和发射功率（TX Power）。
移动设备通过扫描周围的信号来获取这些信息。
2. 信号传播模型：Beacon信号的传播遵循一定的信号强度衰减规律。
信号衰减模型主要包括两个因素：距离和环境。
根据收到的信号强度，移动设备可以推断出自己离Beacon设备的距离。
3. 三角测距：借助收到的多个Beacon信号，移动设备可以使用三角测距算法来确定自己的位置。
三角测距原理是通过收集至少三个Beacon的信号，并结合它们与移动设备之间的距离，计算设备的精确位置。
这个过程类似于GPS定位系统。
4. 基站定位：Beacon设备的布局和位置也是Beacon定位原理的关键因素。
布置不同位置的Beacon设备可以根据需要创建不同大小和形状的定位区域。
通过计算所收到的Beacon信号位置来自不同Beacon设备的距离和方向，可以确定移动设备相对于这些Beacon设备的位置。
这种基站定位适用于中小范围的室内环境。
5. 参考点匹配：随着Beacon设备数量和覆盖范围的增加，可以建立一个详细的参考点数据库。
移动设备在接收到Beacon信号时，可以与数据库中的参考点进行匹配，进一步提高位置的准确性。
总结起来，Beacon定位原理基于无线电信号的广播和接收，通过信号传播模型和三角测距等算法来确定移动设备的位置。
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技术介绍
iBeacon技术介绍iBeacon技术介绍iBeacons是苹果在2013年WWDC上推出一项基于蓝牙4.0（Bluetooth4.0|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。
2014年3月11日，苹果iOS7.1版本发布的同时也为iBeacaon协议带来了新的功能，它允许用户设备上的应用在关闭状态下也能搜索到iBeacon信标，并改善了蓝牙的响应速度，用户在探索iBeacon信标时几乎是瞬时反应，随时随地可得。
iBeacons技术特点1、免配对。
苹果在之前对蓝牙设备的控制比较严格，所以只有通过MFI认证过的蓝牙设备才能与iDevice连接，而蓝牙4.0就没有这些限制了；2、定位精准、距离更远。
普通的蓝牙（蓝牙4.0之前）一般的传输距离在0.1-10m，而iBeacons 信号可以精确到毫米级别，并且最大可支持到50m的范围；3、超低功耗。
蓝牙4.0又叫低功耗蓝牙，一个普通的纽扣电池可供一个Beacon基站硬件使用两年。
4、适用广泛。
所有搭载有蓝牙4.0以上版本的设备（iOS设备外，Android和Windows Phone 平台也可以同样适用）都可以作为iBeacons技术的发射器和接收器。
iBeacon典型应用一、室内定位、导航iBeacon精准定位技术，定位范围可从几毫米到50米，即便在没有无线网、GPS的建筑物内，通过iBeacon技术也可以实现“室内导航”的用途。
三、移动支付iBeacon技术除了可以帮助商家及时推送优惠信息以外，还能够在蓝牙技术的帮助下快捷的完成掌上支付。
考虑到iBeacon技术的覆盖范围远远大于NFC，未来在移动支付上iBeacon 有着更广阔的想象空间。
beacons设备及应用示例：Estimote是国外最早开始研究和推广iBeacon技术的厂商，并且成功的获得310万美元风险投资，目前来说在业界做的也算是比较成熟好用的。
ibeacon协议
ibeacon协议iBeacon协议。
iBeacon是一种基于蓝牙低功耗技术的定位服务，它可以帮助移动应用程序识别用户的位置，并向用户发送相关的信息。
iBeacon协议是苹果公司推出的一种基于蓝牙4.0技术的定位服务协议，它可以让移动设备在特定范围内与iBeacon设备进行通信，从而实现室内定位、导航、推送信息等功能。
本文将详细介绍iBeacon协议的相关内容。
首先，iBeacon协议基于蓝牙4.0技术，它利用低功耗蓝牙（BLE）技术实现设备之间的通信。
iBeacon设备通过发射蓝牙信号，向周围的移动设备广播自己的位置信息和唯一标识符。
移动设备在接收到iBeacon设备的信号后，可以计算出自己与iBeacon设备之间的距离，并据此进行定位和导航。
其次，iBeacon协议规定了一套标准的信号格式和数据格式。
每个iBeacon设备都有一个唯一的UUID（通用唯一标识符）、一个主要值（Major Value）和一个次要值（Minor Value）。
移动设备在接收到iBeacon设备的信号后，可以通过解析这些数值来识别不同的iBeacon设备，并进行相应的定位和导航。
另外，iBeacon协议还规定了一些特定的应用场景和使用方式。
比如，在商场、博物馆、机场等室内场所，可以部署多个iBeacon设备，通过这些设备向用户发送特定的信息，比如促销信息、展品介绍、导航指引等。
同时，移动应用程序可以根据接收到的iBeacon信号，向用户推送相关的信息，从而提升用户体验和增加交互性。
最后，iBeacon协议还具有一定的隐私保护机制。
iBeacon设备只能发送信号，不能接收信号，因此用户的隐私信息不会被泄露。
同时，用户可以通过设置自己的移动设备，选择是否接收特定iBeacon设备的信号，从而保护个人隐私。
总之，iBeacon协议是一种基于蓝牙低功耗技术的定位服务协议，它可以帮助移动应用程序实现室内定位、导航、推送信息等功能。
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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（BluetoothLE|BLE|
BluetoothSmart）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Major
Minor相当于识别群组里单个的Beacon
TXPower：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。
TXPower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BluetoothLowEnergy（BLE）低功耗蓝牙传输技术发送
特定识别信息。蓝牙低功耗Beacon基站不断向四周发送蓝牙信号（含相同的
UUID，一个区域内有多个相同UUID时，可附带其他信息以区分），带满足iBeacon
技术标准的蓝牙模块的智能设备进入设定区域时，就能够收到信号。蓝牙设备定
位接受并反馈信号，定位引擎通过三点定位算法、采用RSSI方式计算出用户位
置。
BLE(低功耗蓝牙技术)是一种2.4GHz频段的射频技术，射频信号的传播受环境干
扰大不稳定，基于该原理的测距也不会精确。苹果也是把结果放在一个概率范围
内，分成如上所述的immediate，Near，Far，实际定位精度约在3米左右，国内
一些厂商号称能达到0.3米的3D定位精度。
3系统组成
3.1系统架构
3.2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。
3.3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。
4部署原则
（1）蓝牙Beacon离地高度：3m
一般在2.5-3m之间，如现场安装位置较高或遮挡等，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：4-8m
1D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。
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