基于微信与iBeacon的图书馆室内定位的研究与实现_陈晨

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图书馆室内定位技术应用现状及不足
图书馆定位系统是指通过技术手段在图书馆内形
台的图书馆二维码定位系统， 充分利用微信的传播普 但是基于二维码定位 及使用率以带动更多读者使用， 的不足之处在于系统需要提前建立定位点数据
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成一套地理定位体系， 实现对读者和实体信息资源位 置的监控， 进而引导读者获取所需馆藏的信息系统 。 在图书馆高效管理中常见的室内定位技术应用包括图 指引座位分配 、 馆内向导服务 、 图书推荐以及 书索取、 读者的监测统计
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楼层之间的信号干扰也较大， 采用 Wi-Fi 影响比较大， 进行室内定位的精确度大约在 1 － 20 米的范围内， 无 法满足实际需要 。
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2． 1
基于微信与 iBeacon 的图书馆室内
可行性分析 截至 2015 年 6 月 30 日， 微信和 Wechat 合并月活
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定位运作模式
跃用户数已达 6 亿， 同比大涨 37%
介绍了绝
价格低廉， 可 大多数与微信配合使用的 iBeacon 设备， 广泛布局， 并提供了详细的配置说明和开发接口说明 。 因此， 使 用 微 信 作 为 第 三 方 APP 来 采 集 蓝 牙 信 对图书馆室内定位服务的广泛推广与普及起到十 号， 分重要的作用， 而且能够友好 、 有效地搭建了读者和图 书馆之间的桥梁， 节省开发成本 。 以微信浏览器为前 端开发展示平台， 既克服了不同浏览器的兼容问题， 同 Ios 等不同手机系统下操作产 时也避免了在 Android、 生的不一致性 。 2． 2 室内定位服务准备阶段 在准备阶段， 主要包括获取微信公众平台的开发 权限， 设计室内等比例平面图， 配置并绑定 iBeacon 蓝 牙设备。其具体流程如图 1 所示：
图4 室内定位算法模型
在已知这 3 个设备的距离的前提下， 通过解二元 二次方程即可计算出读者在一个矩形平面图中的 坐 标。如图 3 所示， 假设读者与设备 A 的距离为 x， 与设 备 B 的距离为 y， 与设备 C 的距离为 z， 需要解出宽和 长。室内宽为 w， 长为 h ， 设计如下二元二次方程（ 单位 米） ：
该工具包中包括 开发者的一个客户端开发的工具包， 自定义分享功能 、 语音图片上传等功能， 且处于不断更 新中， 十分有利于开发者进行创新开发 。 在微信内置 可使用该 JS 代码调起查找商 浏览器中被访问的网页， 家自己周边的设备的功能， 由于本文所使用的“H5 页 是微信公众平台于 2015 年 面获取周边设备信息接口 ” 9 月 16 日开放的， 因此需要注意的是， 在 HTML5 中需 要从 http： / / res． wx． qq． com / open / js / jweixin -1． 1． 0． js 引入最新版本的 JS SDK。 3． 1． 2 设计室内定位算法 由于蓝牙设备与微信配 合使用时能精确返回手机客户端距离每个设备的距 因此基于这个距离可以设计一个模型计算出读者 离， 所在的位置 。以其中一个设备为例， 读者与它的距离 形成的轨迹为一个以设备为圆心 、 以距离为半径的圆， 基于此理论， 以 3 个设备所在的位置为圆心绘制 3 个 圆， 手机客户端距离 3 个设备的距离保持动态变化， 这 3 个圆的交点即为手机同时距离 3 个设备的距离， 如
第 60 卷 第 1 期 2016 年 1 月
基于微信与 iBeacon 的图书馆室内定位的研究与实现
■ 陈晨 北京市委党校图书馆 北京 100044 摘要： ［ 目的 / 意义］ 旨在实现图书馆室内精确定位 ， 指引读者更快找到所需资源 ， 提升图书馆服务效率 。 ［ 方法 / 过程］ 以微信公众平台为依托 ， 结合蓝牙硬件设备 iBeacon 及 HTML5 页面 ， 实现北京市委党校图书馆室 内定位系统的设计与开发 。［ 结果 / 结论］ 读者通过使用室内定位服务可更好地寻找到周边的优质图书资源 ， 并 且对图书馆的楼层布局有一个更全面的了解 ； 基于蓝牙设备的图书馆室内定位成本低 、 准确度高 ， 读者更有意 愿主动通过它去了解图书馆的相关资源 。 关键词 ： 图书馆 分类号 ： G250 DOI： 10． 13266 / j． issn． 0252 － 3116． 2016． 01． 005 微信 蓝牙 室内定位 iBeacon
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， 读
者需要靠近二维码进行扫描才能知道当前所处位置， 因此无法实现读者的实时定位 。郧阳师范高等专科学 FI 室内定位技术在移动图书 校图书馆探究了基于 WI馆中的应用
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， 而常见的室内无线定位技术主要
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， 其最大的问题在于无线信号受环境的
红外线室内定位技术 、 蓝牙技 包括室内 GPS 定位技术 、 WiFi 技术 、 ZigBee 技术 术、 射频识别技术 、 。 通过检 索中国知网期刊全文数据库发现， 当前， 图书情报界对 图书馆室内定位技术的研究与应用主要集中于 Wi-Fi ＲFID 技术和二维码技术， 技术、 早期蓝牙室内定位技 PC 以及手 术的优点是设备体积小 、 易于集成在 PDA、 但是其最大的不足是蓝牙器件和设备的价格比 机中， 因此在图书馆内很难推广普及 。 较昂贵， 随着蓝牙 4． 0 标准的引入， 该标准支持新蓝牙低 功耗连接， 采用蓝牙低功耗技术的设备可以仅凭一款 纽扣就运行数年， 而且智能手机在苹果 iPhone5s 和三 星 Galley Note3 发 布 的 时 候 就 已 经 开 始 支 持 BLE （ bluetooth low energy， 低功耗蓝牙） ， 因此使用该蓝牙 设备大大降低了固定成本 。武汉大学计算机学院开发 了基于 iBeacon 定位技术的智慧图书馆， 该系统规模较 大， 采用第三方读者终端采集蓝牙信号， 开发成本大， 推广途径少
。福建师范大学开发的基于微信公众平
Email： 452311791@qq． com。 作者简介： 陈晨（ OCＲID： 0000 － 0003 － 3413 － 4739 ） ， 中级工程师， 馆员， 收稿日期： 2015 － 11 － 19 修回日期： 2015 － 12 － 15 44 本文起止页码： 32 － 36 ， 本文责任编辑： 刘远颖
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在对应的一个设备上， 打开手机蓝牙， 进入微信摇一 “周边 ” 摇， 出现 即代表手机微信能收到 iBeacon 广播 这样即完成了一个 iBeacon 设备绑定到微 的蓝牙信号， 信公众号的操作 。 2． 2． 3 设计室内等比例平面图 室内定位服务最终 提供给读者的是读者所在楼层的平面图以及用户在该 平面图中的位置 。 因此， 需要将楼层平面布局等比例 设计并绘制成一张图片， 将实景中的书柜 、 自习桌椅等 最后将定位的点图与平面图 实物绘制在二维图片中， 合并形成完整的定位图片 。 2． 3 室内定位应用阶段流程 在该阶段中， 将微信公众平台的定位服务接口绑 定在 HTML5 页面中， 当读者通过微信以不同方式进入 该 HTML5 页面时， 该页面调用定位服务的接口并生成 定位图片返回给读者， 并在图片中展示读者周边的图 书馆数据资源 。具体流程如图 2 所示：
＜ script type =“text / javascript ”src =“__PUBLIC__ / js / jweixin1． 0． 0． js”＞ ＜ / script ＞ wx． config（ ｛ debug： false， appId： ' ｛ $ app_id｝ ' ，/ / 必填， 公众号的唯一标识 timestamp： ' ｛ $ timestamp ｝ ' ，/ / 必填， 生成签名的时 间戳
2． 2． 1
获取微信公众平台的开发权限
wenku.baidu.com
图书馆应该在微信公众平台开设公众账号， 微信公众 服务号 、 企业号， 其中， 微信摇周边是微 号分为订阅号 、 信公众平台面向已认证公众号提供的功能插件之一， 本文使用的微信公众号是北京市委党校图书馆微信公 该公众号已经通过认证， 并具备微信接口的 众服务号， 调用权限 。 2． 2． 2 配置并绑定 iBeacon 蓝牙设备 开发的权限后， 需 要 准 备 iBeacon 蓝 牙 设 备 。 iBeacon Major、 Minor 3 个设备号［8］， 主要配置 UUID、 根据平面 布局分析 iBeacon 所需数量 。 通过微信公众平台添加 设备， 每添加一个设备即生成一组设备号 。 通过 iBeacon 设备供应商提供的 APP 将微信提供的设备号绑定
根 据 上 述 方 程， 即 可 计 算 出 width （ 宽） 与 height （ 长） ， 从而实现在等比例地图中添加定位点图标 。 3． 1． 3 调用微信定位接口 根据以上接口及定位理 论模型， 将其表现在程序中 。 微信接口在请求蓝牙信 值得注意的是， 在请求定 号时每隔一秒请求一次距离， 位开始时距离数据会有较大偏差， 容易导致定位失败， 因此需要在程序中加以判断 。当数据异常导致定位点 不在室内时， 将再次请求定位接口， 直到数据稳定时再 调用停止定位接口， 并通过 PHP 将数据传向服务端 。 为保证用户体验的友好性， 当系统请求的定位数据达 到 10 次且仍然没有有效数据时， 系统将提示定位超时 并请求重新定位， 以确保用户在定位界面一直等待下 去。具体流程如下： 加载微信 JS SDK 定位接口， 代码如下：
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J］ ． 图书情报工作， 2016 ， 60 （ 1 ） ： 32 － 36 ， 44． 陈晨． 基于微信与 iBeacon 的图书馆室内定位的研究与实现［
值得注意的是， 这些接口中包括 HTML5 页面， 通过微 信 JS SDK 获取周边设备信息接口 。 这为本文实现室 内定位提供了技术可能 。 iBeacon 设备在市场上已经有不少 蓝牙设备方面， 成熟的产品， 微信开通的摇周边功能插件
图3
等比例室内模拟地图
{
（ h － width） 2 + height2 = y2 （ w － height ） 2 + width2 = z2 width2 + height2 = x2
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3． 1 3． 1． 1
定位服务实现的关键问题
HTML5 与微信定位接口绑定 引入微信 JS SDK 微信 JS SDK 是微信提供给
图2
系统应用阶段流程
2． 3． 1
图1 系统准备阶段流程
创建 HTML5 页面定位入口
当读者进入微信
公众号时， 微信将提供多种室内定位入口给读者， 主要 系统开发前， 包括以下 3 种： ① 自定义菜单读者从微信公众号的菜 单中直接点击进入定位页面； ② 在读者打开蓝牙的前 提下， 读者使用微信“摇一摇 ” 的周边选项卡， 将能摇 出室内定位页面； ③朋友圈将 HTML5 页面绑定微信自 定义分享功能， 读者可以从朋友圈中获取进入服务的 页面 。 2． 3． 2 获取微信接口 标识 iBeacon 蓝牙设备 在 HTML5 页面的微 信接口查找蓝牙信号前， 需要对蓝牙设备进行标识以 识别每个定位的距离所对应的定位点 。 本文通过三点 定位法来计算定位点， 因此将蓝牙设备按照 Minor 设 iBeacon-B 、 iBeacon-C ， 备号分别标识为 iBeacon-A、 分别 对应室内的 3 个角以及平面图内的左上角 、 右上角 、 右 下角， 如表 1 所示：
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第 60 卷 第 1 期 2016 年 1 月
表1
标识 ID - Minor 18222 1909 1847
标识 iBeacon 蓝牙设备
别名 iBeaconA iBeaconB iBeaconC 位置 左上角 右上角 左下角
图 4 所示：
2． 3． 3
绘制等比例室内地图
在划分 iBeacon 设备安
， 微信在我国移动
应用市场上具有越来越高的市场占有率 。 市场研究公 司 On device 于 2013 年 11 月发布调查显示， 微信在中 国智能手机用户中的市场渗透率高达 93% 。 微信公 众平台 （ https： / / mp． weixin． qq． com / ） 是 腾 讯 公 司 于 2012 年 8 月在微信的基础上构建的自媒体平台， 通过 机构与个人可以以公众账号的形式向订阅 这一平台， 用户推送信息及提供交互服务， 不仅如此， 微信公众平 台为公众账号维护者提供了众多公众平台开发接口 。
需要等比例输入平面地图中， 经实地测 置的位置之后， 量， 室内测试用的房间的长（ height ） 为 8 米， 宽（ width ） 为 5 米， 因此将平面图设置为 800 × 500 像素， 并在图 通过该图计算读 中标识出相应的 iBeacon 设备 。之后， 者的定位数据 。如图 3 所示：