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CN114360284A - 大型立体公交停车场的蓝牙定位方法 - Google Patents

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CN114360284A CN202111669495.3A CN202111669495A CN114360284A CN 114360284 A CN114360284 A CN 114360284A CN 202111669495 A CN202111669495 A CN 202111669495A CN 114360284 A CN114360284 A CN 114360284A
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余滔滔
方浩杰
廖世凯
邹建敏
方勇
邹博华
裘欢
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Abstract

大型立体公交停车场的蓝牙定位方法，在大型立体公交停车场，利用蓝牙网关获取公交车上蓝牙信标的数据，数据库服务器获取该数据并通过定位算法计算蓝牙信标的位置，从而确定公交车位置，并发送到移动智能终端；包括：S1,布置蓝牙网关和蓝牙信标设备；S2,蓝牙网关获取蓝牙信标数据；S3,寻找目标蓝牙信标；S4,卡尔曼滤波平滑信号强度值；S5,计算蓝牙网关与蓝牙信标距离；S6,计算蓝牙信标位置；S7，蓝牙信标位置与停车场地图匹配。本发明设备成本低且易部署，可密集覆盖大型立体公交停车场；利用本发明方法可准确定位公交车。因不依靠数据指纹库，场景的变换不会使本发明方法失效。

Description

大型立体公交停车场的蓝牙定位方法
技术领域
在大型立体公交停车场内，本发明利用蓝牙技术对公交车进行定位，属于智能交通领域。
背景技术
公共交通的需求在当今城市逐渐增大，公交车保有量也逐渐扩大，2020年全国公交车总保有量为70.44万量，比上年末增长1.6％。目前城市内大型公交停车场景为立体式停车楼，在日常工作中，司机出场、工段维修、车辆补给等业务中均需定位车辆。主流车辆定位方法包括卫星定位、位置指纹定位、视觉定位、射频识别(RFID)定位。对于卫星定位，因卫星信号受高楼遮挡、多路径效应造成定位漂移，从而无法准确定位公交车；位置指纹定位的指纹数据库采集成本较高，任何场景的变换都会导致指纹数据库失效；视觉定位的专用摄像头成本较高，无法密集部署；RFID定位范围较小且密集部署的成本较高。因此，亟需一种能够克服上述缺点的大型立体公交停车场的车辆定位方法。
发明内容
为克服上述的缺点和不足，本发明提出了大型立体公交停车场的蓝牙定位方法，解决车辆定位困难的问题。
本发明的方法所采用的技术方案是：大型立体公交停车场的蓝牙定位方法，所用的系统包括蓝牙信标(ibeacon)、蓝牙网关、数据库服务器、移动智能终端。在大型立体公交停车场，本发明利用蓝牙网关获取公交车上蓝牙信标的数据，数据库服务器获取该数据并通过定位算法计算蓝牙信标的位置，从而确定公交车位置，并发送到移动智能终端；具体包括以下步骤：
步骤1：布置蓝牙网关和蓝牙信标设备；
公交车停放在大型立体公交停车场，总数为n。每辆公交车布置一个蓝牙信标，信标周期性发送数据。蓝牙信标物理地址唯一并与公交车牌号一一对应。蓝牙网关呈一定间隔布置在大型立体公交停车场，总数为m。蓝牙网关的位置包括高度位置z和平面位置(x,y)。设楼层总数为e，高度位置为楼层号(z1 … ze)。令各楼层同一位置为原点o并建立平面坐标系，蓝牙网关平面位置为(x1,y1) (x2,y2) … (xm,ym)。由蓝牙网关获取蓝牙信标发送的数据。
步骤2：蓝牙网关获取蓝牙信标数据；
蓝牙网关获取数据D并存入数据库服务器，之后的步骤都在数据库服务器进行。数据D包括蓝牙信标物理地址A′、蓝牙网关物理地址A、蓝牙信号强度值R、某一时刻信号接收时间T。
D＝{A,A′,R,T} (1)
步骤3：寻找目标蓝牙信标；
定位目标公交车过程中，根据公交车车牌号找到目标蓝牙信标。步骤4：卡尔曼滤波平滑信号强度值；
目标蓝牙信标发送数据给j(j＜m)个蓝牙网关。各蓝牙网关接收的信号强度值R作为卡尔曼滤波输入。卡尔曼滤波平滑信号强度值的波动，可得滤波后信号强度值K(R)。
步骤5：计算蓝牙网关与蓝牙信标距离；
将步骤四所获得的滤波后信号强度值K(R)作为多项回归模型的输入计算蓝牙信标与蓝牙网关的距离L。最后可得j个蓝牙网关与目标蓝牙信标的距离。
L＝b0+b1K(R)+b2K(R)2+…+bmK(R)m (2)
式中，b1 … bn为权重。
步骤6：计算蓝牙信标位置；
三边定位方法基于几何学原理，如图1所示，以三个网关位置(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)为圆心，各蓝牙网关与蓝牙信标的距离L1、L2、L3为半径，三圆公共点为所求目标信标位置Q(x′,y′)。三边定位算法公式为：
Figure BDA0003452548460000031
将步骤5所得到的j个网关与目标信标之间的距离从小到大排序，选择距离最小的三个网关。利用这三个网关的已知平面位置和计算所得距离结合上述三边定位算法计算目标蓝牙信标的平面位置。同时蓝牙信标和三个蓝牙网关的高度位置相同。最终确定目标蓝牙信标的平面位置和高度位置。
步骤7：蓝牙信标位置与停车场地图匹配；
步骤6得到的蓝牙信标平面位置和高度位置和已有停车场地图进行匹配，确定目标车辆停放的位置。最后将该位置发送至移动智能终端。
优选地，步骤6所述的三边定位方法，具体包括：针对三个圆无法产生公共点或三圆相交形成一个公共区域的情况，对三边定位算法进行修正：1)当三个圆形成一个公共区域，可通过计算各圆公共点位置的平均值获得目标信标位置；2)若三个圆未产生公共点，则不断调整各蓝牙网关与目标信标的距离至三圆产生公共区域，再计算各圆公共位置的平均值获得目标信标位置。
在大型立体公交停车场，本发明通过蓝牙网关获取蓝牙信标数据，利用卡尔曼波平滑数据波动，然后多项式回归模型计算蓝牙网关与信标间距，最后通过三边定位算法和地图匹配获得车辆位置。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：设备成本低且易部署，可密集覆盖大型立体公交停车场；利用本发明方法可准确定位公交车。因不依靠数据指纹库，场景的变换不会使本发明方法失效。
附图说明
图1是本发明的三边定位方法的几何原理图。
图2是本发明方法的逻辑图。
图3是本发明方法的蓝牙网关和蓝牙信标摆放位置图。
图中：W为网关；L为网关与信标的距离；Q为信标。
具体实施方式
下面结合附图，进一步说明本发明的技术方案。
一种大型立体公交停车场的蓝牙定位方法,具体步骤如下：
步骤一：布置蓝牙网关和蓝牙信标设备；
公交车停放在大型立体公交停车场，总数为n。每辆公交车布置一个蓝牙信标，信标周期性发送数据。蓝牙信标物理地址唯一并与公交车牌号一一对应。蓝牙网关呈一定间隔布置在大型立体公交停车场，总数为m。蓝牙网关的位置包括高度位置z和平面位置(x,y)。设楼层总数为e，高度位置为楼层号(z1 ... ze)。令各楼层同一位置为原点o并建立平面坐标系，蓝牙网关平面位置为(x1,y1) (x2,y2) … (xm,ym)。由蓝牙网关获取蓝牙信标发送的数据。
步骤二：蓝牙网关获取蓝牙信标数据；
蓝牙网关获取数据D并存入数据库服务器，之后的步骤都在数据库服务器进行。数据D包括蓝牙信标物理地址A′、蓝牙网关物理地址A、蓝牙信号强度值R、某一时刻信号接收时间T。
步骤三：寻找目标蓝牙信标；
定位目标公交车过程中，根据公交车车牌号找到目标蓝牙信标。
步骤四：卡尔曼滤波平滑信号强度值
目标蓝牙信标发送数据给j(j＜m)个蓝牙网关。各蓝牙网关接收的信号强度值R作为卡尔曼滤波输入。卡尔曼滤波平滑信号强度值的波动，可得滤波后信号强度值K(R)。
步骤五：计算蓝牙网关与蓝牙信标距离；
将步骤四所获得的滤波后信号强度值K(R)作为多项回归模型的输入计算蓝牙信标与蓝牙网关的距离L。最后可得j个蓝牙网关与目标蓝牙信标的距离。
步骤六：计算蓝牙信标位置；
三边定位方法基于几何学原理，如图1所示，以三个网关位置(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)为圆心，各蓝牙网关与蓝牙信标的距离L1、L2、L3为半径，三圆公共点为所求目标信标位置Q(x′,y′)。
在实际情况中三个圆无法产生公共点或三圆相交形成一个公共区域，故针对不同情况对三边定位算法进行修正：1)当三个圆形成一个公共区域，可通过计算各圆公共点位置的平均值获得目标信标位置；2)若三个圆未产生公共点，则不断调整各蓝牙网关与目标信标的距离至三圆产生公共区域，再计算各圆公共点位置的平均值获得目标信标位置。
将步骤五所得到的j个网关与目标信标之间的距离从小到大排序，选择距离最小的三个网关。利用这三个网关的已知平面位置和计算所得距离结合上述三边定位算法计算目标蓝牙信标的平面位置。同时蓝牙信标和三个蓝牙网关的高度位置相同。最终确定目标蓝牙信标的平面位置和高度位置。
步骤七：蓝牙信标位置与停车场地图匹配；
将步骤六得到的蓝牙信标平面位置和高度位置和已有停车场地图进行匹配，确定目标车辆停放的位置。最后将该位置发送至移动智能终端。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的例举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.大型立体公交停车场的蓝牙定位方法，在大型立体公交停车场，利用蓝牙网关获取公交车上蓝牙信标的数据，数据库服务器获取该数据并通过定位算法计算蓝牙信标的位置，从而确定公交车位置，并发送到移动智能终端；具体包括以下步骤：
步骤1：布置蓝牙网关和蓝牙信标设备；
公交车停放在大型立体公交停车场，总数为n；每辆公交车布置一个蓝牙信标，信标周期性发送数据；蓝牙信标物理地址唯一并与公交车牌号一一对应；蓝牙网关呈一定间隔布置在大型立体公交停车场，总数为m；蓝牙网关的位置包括高度位置z和平面位置(x,y)；设楼层总数为e，高度位置为楼层号(z1…ze)；令各楼层同一位置为原点o并建立平面坐标系，蓝牙网关平面位置为(x1,y1) (x2,y2)…(xm,ym)；由蓝牙网关获取蓝牙信标发送的数据；
步骤2：蓝牙网关获取蓝牙信标数据；
蓝牙网关获取数据D并存入数据库服务器，之后的步骤都在数据库服务器进行；数据D包括蓝牙信标物理地址A′、蓝牙网关物理地址A、蓝牙信号强度值R、某一时刻信号接收时间T；
D＝{A,A′,R,T} (1)
步骤3：寻找目标蓝牙信标；
定位目标公交车过程中，根据公交车车牌号找到目标蓝牙信标；
步骤4：卡尔曼滤波平滑信号强度值；
目标蓝牙信标发送数据给j(j＜m)个蓝牙网关；各蓝牙网关接收的信号强度值R作为卡尔曼滤波输入；卡尔曼滤波平滑信号强度值的波动，可得滤波后信号强度值K(R)；
步骤5：计算蓝牙网关与蓝牙信标距离；
将步骤四所获得的滤波后信号强度值K(R)作为多项回归模型的输入计算蓝牙信标与蓝牙网关的距离L；最后可得j个蓝牙网关与目标蓝牙信标的距离；
L＝b0+b1K(R)+b2K(R)2+…+bmK(R)m (2)
式中，b1…bn为权重；
步骤6：计算蓝牙信标位置；
三边定位方法基于几何学原理，如图1所示，以三个网关位置(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)为圆心，各蓝牙网关与蓝牙信标的距离L1、L2、L3为半径，三圆公共点为所求目标信标位置Q(x′,y′)；三边定位算法公式为：
Figure FDA0003452548450000021
将步骤5所得到的j个网关与目标信标之间的距离从小到大排序，选择距离最小的三个网关；利用这三个网关的已知平面位置和计算所得距离结合上述三边定位算法计算目标蓝牙信标的平面位置；同时蓝牙信标和三个蓝牙网关的高度位置相同；最终确定目标蓝牙信标的平面位置和高度位置；
步骤7：蓝牙信标位置与停车场地图匹配；
步骤6得到的蓝牙信标平面位置和高度位置和已有停车场地图进行匹配，确定目标车辆停放的位置；最后将该位置发送至移动智能终端。
2.如权利要求1所述的大型立体公交停车场的蓝牙定位方法，其特征在于：步骤6所述的三边定位方法，具体包括：针对三个圆无法产生公共点或三圆相交形成一个公共区域的情况，对三边定位算法进行修正：1)当三个圆形成一个公共区域，可通过计算各圆公共点位置的平均值获得目标信标位置；2)若三个圆未产生公共点，则不断调整各蓝牙网关与目标信标的距离至三圆产生公共区域，再计算各圆公共位置的平均值获得目标信标位置。
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