基于线性回归的蓝牙室内定位算法

刘业辉

摘 要：对蓝牙用于室内精确定位的可能进行了探索。在蓝牙传播模型为基础的前提下，通过用现代化的智能手机对室内数据的采集，选用线性回归的方法来对蓝牙节点的传播模型进行求解，从而来确定人在室内的具体位置。此种计算方法可以在不同的环境下进行，基本可以满足大部分室内定位的需求，并且83%的定位误差比较小，没有超过3m。

关键词：线性回归 蓝牙 室内 定位算法

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（c）-0024-02

目前，比较低功耗的蓝牙节点使用纽扣电池供电一般的工作时长为几个月到几年不等，平均价格只要20～30元钱就可以买到。此种蓝牙节点在经过蓝牙4.0规范以后，不但功耗低，而且成本低，其大可作为室内的基础设施被安置在室内的空间。因为低功耗蓝牙节点定位具有可行性，因此，要加强对其的研究。

1 基于线性回归的蓝牙室内定位算法

1.1 数据的采集

本文中的数据包括服务器提供的数据和智能手机所提供的数据。蓝牙部署图中需要包括3个方面的信息：蓝牙的节点标号、蓝牙的Mac地址和蓝牙部署的坐标。而采集蓝牙矢量信息和加速度的信息有智能手机提供。蓝牙节点标号：1、2、…；蓝牙Mac地址：Mac1、Mac2、…；蓝牙部署坐标：（x1，y1）、（x2，y2）、…。智能手机的数据采集：时刻：T1、T2、…；蓝牙矢量：[（Mac11，Rss11）、（Mac12，Rss12）、…、（Mac1n，Rss1n）]、[（Mac21，Rss21）、（Mac22，Rss22）、…、（Mac2n，Rss2n）]、…；加速度：Acc1、Acc2、…。

所提供的蓝牙坐标信息，在后面将会为用户提供行人的位置信息。蓝牙矢量和加速度等信息，将会用与对蓝牙的转播模型计算中，其中，每一个蓝牙节点都只有一个唯一的Mac地址。用户所接受到的蓝牙节点的信号都包括哪些以及还包括蓝牙节点的信号强度。

1.2 识别蓝牙正下方

当智能手机采集到上述数据信息以后，先要对蓝牙正下方进行识别。为了在不影响到人的正常行动的基础啊上将蓝牙的覆盖范围达到最广的状态，一般蓝牙节点都会布置在室内顶部的天花板上。将蓝牙节点安置在过道中央的天花板上。开始识别是就是指行人经过蓝牙正下方的时刻，此时，蓝牙节点的信号强度会随着行人距离节点的距离长短出现变化，当行人在蓝牙正下方时，行人智能手机中所接收到的信号强度是最强的。根据这个理论，可以对蓝牙正下方进行识别。在实际的工作中，蓝牙标号是根据蓝牙的Mac地址来对蓝牙节点进行区分的。对以上数据进行整理后得出蓝牙的数据如表1所示。

1.3 计算蓝牙模型

蓝牙的传播模型所表示的是信号强度随着行人与蓝牙节点之间距离的变化而发生变化的关系。如果蓝牙的传播模型已经知道了，那么就可以根据手机中所采集到的蓝牙的信号强度来计算出行人距离蓝牙节点的距离。如果能够从蓝牙的部署图中获取到蓝牙的节点位置时，那么行人距离蓝牙节点的位置就可以转化成具体的坐标点。

本研究中，根据智能手机所采集到的实时数据，采用线性回归的方法来计算出蓝牙的传播模型。线性回归的方法就是通过因变量和自变量的多组独立观测值，从而建立起因变量与自变量的线性回归模型。所以，要想用线性回归的犯法进行计算，及必须要知道回归模型。回归模型也就是蓝牙传播模型的函数表达式。

1.4 估计行人位置

根据以上实例，当行人原远离A节点而靠近B节点时，就可以求出B节点的傳播模型。而后当行人远离B节点靠近C节点时就可以利用所得到的蓝牙传播模型估计出行人的位置。此时，智能手机就会接收到B节点的实时RSS，就可以求得行人距离B节点的距离。而又可以根据蓝牙节点的信号强度的变化趋势计算出行人处于远离B节点靠近C节点的过程中，行人这时在BC的直线上运动，进一步估计出行人的位置坐标。

2 实验验证

在对上述算法进行验证时，选取了某商场1层为验证场地，实验中的环境部署服务器、低功耗蓝牙节点、智能手机、移动通信网及WiFi等。蓝牙节点位置部署在商场内部的天花板上，行人持开启蓝牙的智能手机在商场中活动。同时手机还需要开启移动数据或者无线WiFi。

实验人员在商场1层随意行走，用最终的定位结果来对上述的算法进行验证，看是否可行。根据行人真实运动轨迹与算法估计行人轨迹对比，结果显示两种方法下运行轨迹基本类似，对定位差数据进行提取，从实际验证定位误差结果来看，定位误差在3m以内的达到了83%。因此，上述的计算是可行的。

3 结语

本文用一种在线性回归基础上的定位算法，通过实验验证，在某一个区域，用这种计算方法能够实现对行人的位置进行估计，结果显示，定位误差在3m以内的达到了83%。也就是说此种方法能够满足大部分用户对室内定位的要求，因此，利用蓝牙节点对行人进行定位是可行的，建议研究人员可以在这一方面进行更多的研究。

参考文献

[1] 占小虹，于宁.基于线性回归的蓝牙室内定位算法[J].信息通信，2017（6）：185-187.

[2] 陈立伟，黄璐，曹欢.智能室内定位系统研究与实现[J].应用科技，2017（6）：10-19.

[3] 侯明祥，刘振远，方维维，等.基于蓝牙信标和微信的位置服务系统研究[J].计算机技术与发展，2017（12）：1-4.