桂电图书馆室内定位导航系统软件的设计与实现

黄朝帮 黄 静 黄 彬 岑亮军 邓景天 李一媛

0 引言

时过境迁，如今的电子产品领域也在高速发展，电子产品的开发厂商不仅讲究产品本身的外表设计，而且重视用户的实用性，是为了提高用户能够从该产品中体验到该产品带来的效率。

该桂电图书馆室内定位导航系统内含自主定位，智能导航，图书索引，区域提示，模型操作等功能。自主定位是当用户点击当前位置按钮时，手机获取蓝牙信息，发送到服务端，服务端进过算法计算，将模型的位置坐标发送回手机，图书馆模型中会显示用户当前位置；索引书籍时，点击开启导航时，同样获取位置信息。智能导航，导航采用Unity 的Nav 网格模型的自动寻路算法，精准的算出用户位置到目标的最短路径，同时生成一条可视化的线路，路线随用户位置的变化实时更新，用户可根据线路找到目标位置。同时导航提供第一人称视角和第三人称视角两种导航模式，为不同用户带来更好更便捷的体验。

1 项目背景

随着城市化进程加快，信息技术的发展催生了物联网，物联网又间接孵化了“智慧城市”这一概念。在建设智慧城市浪潮的推动下，各行各业纷纷加入到这场技术与方案的比拼之中。从硬件到软件、从产品到方案，物联网延伸到哪里，市场就存在于哪里。

伴随着当今城市化的发展，城市居民把更多的时间用在了室内，因此室内位置信息便拥有了更多的应用价值。通过室内定位技术让多种多样的硬件设备、各式各样的应用场景联系到一起，进而形成人与物、物与物的相互连接，以此来推动智慧城市的建设和发展。

表1 各种定位系统对比

2 系统软件设计方案与实现

本项目基于华南第一大图书馆—桂林电子科技大学图书馆通过项目组的技术攻关研发桂电图书馆室内定位导航系统软件，以实现图书搜索、图书定位和图书位置导航为一体智能软件，服务与广大师生，为同学和老师减少找书的繁琐步骤与困难。通过项目的实施，把书籍位置定位与室内导航相结合，改造传统的找书方式，大大提供了其便利性。项目的具体实施方案将主要在以下几个方面：

（1）场景模型的建立

前期对图书馆进行实地拍摄取景，分析其模型结构，通过Maya 和3D MAX两个建模工具来建立模拟一个比较真实的场景和一个简模场景，简模场景用于图书馆远景的显示，真实场景用于图书馆近景显示，两种模型的建立对手机渲染减少了不少负担，同时也是解决手机展示模型进行优化的一种处理方式。

（2）室内定位实现

针对各种定位系统，如蓝牙技术、UWB、射频技术、Wi- Fi技术等，尤其是蓝牙定位。软件使用蓝牙室内定位，因为蓝牙不受建筑物外壁的阻碍，在图书馆这种相对安静的环境定位信号还是很强的，影响较小，而且成本低，同时移动设备都支持蓝牙功能。要对蓝牙基站进行布点安装工作。移动设备接收到蓝牙基站发出的位置信息传导软件中，进而实现定位功能。

蓝牙定位系统的硬件分为5 类:蓝牙i Beacon 基站、读者终端、智慧图书馆后台服务器、管理员终端、3D 监管终端。

A.蓝牙i Beacon 基站

蓝牙i Beacon 基站作为智慧图书馆定位的基础硬件设备，用于发送蓝牙RSSI 信号，与移动终端进行通信。

图1 软件架构图

图2 系统硬件部署图

（3）软件的交互

A.构建室内空间模型

图书馆在交互功能上，可实现分层显示，全景显示，二维三维显示，实景显示等功能，同时使用Unity3D 引擎软件绘制3D场景，建立具有基本功能的3D 室内空间模型。

B.定位设备部署

定位设备分为手持终端和蓝牙信号发射基站两部分。手持终端被定位人员携带即可。蓝牙信号发射基站将被有序部署在图书馆各层的阅览室、书库、自习室和报告厅等场所。最终需要根据定位效果确定以及调整蓝牙信号发射基站部署规模。每30平米布置一蓝牙信号发射基站。主要突出我们的定位导航功能。

3 结束语

本项目主要是为人们在图书馆寻找书籍时提供实时定位导航服务。通过使用基于蓝牙室内定位技术，实现身临其境的实时跟进功能，为用户带来更为方便快捷的导航功能。我们也从项目开发实现中学习到了U3D 的用法以及室内定位的原理、程序。