TWI247131B - Positioning device, its system and its method - Google Patents

Description

1247131 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係應用於一種定位之技術領域，尤指一種同時 適用於室内及室外之定位裝置及系統與其方法。 【先前技術】 按，目前應用於地理資訊系統（GIS，ge〇graphicai information system)中的空間定位方法種類繁多，習知最廣 泛使用的方法即為全球定位系統（gl〇bal p〇siti〇ning system, 10 GPS)，#係以空間後方交會法作為基本定位原王里，在全球 各地的空曠地點（即「對空通視」之室外地點），皆可同時 接收複數個衛星訊號，以在數百公里的範圍内，均可達到 公分以内的精準度。 15 例如一計程車係同時裝設有一 GPS模組及一整合封包 無線電服務（general packet radio service，gprs)模組，則當 GPS模組接收到衛星訊號並計算出計程車的目前位置座二 將可透過GPRS模組把目前位置座標傳送至基地台， 地台傳回計程車隊的行車控制中心、伺服器端，使 ^丁車^中心可確實掌握各計程車的行縱；或當使 時配備有GPS及GPRS功能的行動電話時，行動 蹤使用：=:前位置座標傳至伺服器端以供伺服器端追 ^，例如當學生持有上述行動電話時，學& 豕長將可藉此瞭解子女的去向…等。 予生 20 1247131 又如利用GPS模組接收到衛星訊號並計算出目前位置 座標後’配合一地圖資料’即可進行位置或路徑導航。 然而，由於GPS必須在收訊良好的室外空瞻地點才能 接收到衛魏號，因此-旦裝置持有人/車進人建㈣或遮 敝物等收訊死角時，GPS將幾乎無法完成定位作業 習知定位裝置具有僅在r室外」收訊良好、一旦進入「室 内」就失效的問題。習知亦發展出結合全球行動通訊系統 (global system for moblle commun.cations, ίο 疋位功能來達成室内定位目的的裝置，然而，由於GSM係 :用f地台為中心、並根據訊號強度(signal strength)來計 异出定位結果，因此基地台僅能得知裝置位於某—特定區 域:’但卻仍舊無法得知裝4的確切位^，導致gsm所 計算出之定位座標與實際位置座標具有相當大的誤差，亦 非十分理想。 15 【發明内容】 盆本务明之主要目的係在提供一種定位裝置及系統與 /、套俾月b /肖除衛星定位模組因進入遮蔽地區受到屏障 而產生收訊不良的問題，達成涵蓋室外及室内之全區域定 20位的目的。 立a為達成上述目的，依據本發明之一特色，所提出之定 置係與複數個無線伺服器配合，前述的無線伺服器安 於各疋點位置且儲存有伺服器本身所在的定點位置座 1247131 ^定位裝置能根據無線伺服器所傳來之座標信號而得出 疋位裝置的目前位置座標。 “而疋位裝置包括有一無線模組一微處理器。其中，無 ;=、且則可接收由無線伺服器端所傳來之定點座標；微處 理為係用以接收由無線模組所傳來的定點座標以計算出 位裝置之目前位置座標， ^ f，本發明之定位裝置可再包括一通訊模組，係可將 疋位裝置之目前位置座標傳送至_控制中心的伺服器，以 利控制中心監控。 10 15 二本發明之定位裝置更可再包括一衛星定位模組， 、匕衛生疋位模組係能接收由複數個衛星所傳來之衛星訊號 出定位裝置的目前位置座標，而微處理器係依據此 ί星定位模組所傳送之訊息，判斷衛星定位模組之收訊狀 悲’當判斷出衛星定位模組之收訊狀態不良時，微處理器 則啟用無線模組，反之，則依據衛星定位模 息獲得定位裝置之目前位置座標。 依據本發明之再一特色，係提出一種定位方法，其應 :於士述定位裝置中。首先係判斷衛星定位模組之收訊狀 悲，虽判斷出衛星定位模組之收訊狀態不良時，微處理器 將啟用無線权組，以由無線模組接收由無線伺服器端所傳 來之定點座標以計算出定位裝置之目前位置座標，最後透 過通：模組傳送出去；反之，若判斷出衛星定位模組之收 訊狀態良好時’微處理器則可直接依據衛星定位I 來之衛星訊號以計算出定位裝置之目前位置座標。 20 1247131 本發明之執行過程可以藉由軟體程式完成，因此本發 明可以以電腦語言撰寫程式後再載入一電腦可讀取記錄媒 體中，該記錄媒體可以是ic晶片、硬碟、光碟或其他可記 錄軟體程式之物品，較佳地係將其載入一隨機存取記憶體 5 (RAM)，俾易於更新。 【實施方式】 為能讓貴審查委員能更瞭解本發明之技術内容，特 舉較佳具體實施例說明如下。 10 首先，請參閱圖1，為本發明的基本架構，本發明提 出一種由複數個定位裝置1 〇與複數個無線伺服器2 〇配合而 形成定位系統，前述的無線伺服器2〇係設於各定點，包含 一第一無線模組22、一第一微處理器24，而定位裝置1〇為 一可攜式裝置，主要係包含一第二無線模組12、一第二微 15 處理器14。 此實施例中所採用第一或第二微處理器24，14係為一 種含有§己憶體功能之微處理器，例如·· Nati〇nal semiconductor的CP3BT10，以使能存放資料或者程式。當 然，吾人可推知若改採用不具記憶體功能之微處理器晶^ 20時，則需另外搭配一記憶體以存放執行裝置功能時所須之 貧料或程式。 ' 於本實施例所提出之定位系統中，無線祠服器2〇與定 位裝置10間係透過藍芽（bluetooth)協定進行雙向溝通/，'因 此，定位裝置10與無線伺服器20中，第二及第一無線模組 1247131 12,22係為藍芽模組，以使定位裝置1〇與無線伺服器加間得 以透過藍芽協定進行資料傳輸，當然第一及第二無線模組 22及12亦可以採用其他如：無線區域網路 area network，WLAN)模組、紅外線傳輸（IrDA)模組、或其 5 $等效之無線模組替代，只要得以讓定位裝置與無線伺服 器間進行無線溝通既可。 無線伺服器20内的第一微處理器24係内存有該無線 伺服器20本身所在的定點位置座標PS。t 一定位裝置1〇進 入可與某一無線伺服器2〇的無線傳輸區域範圍内而得以與 ίο之進行溝通連結時，定位裝置10的第二無線模組12榻取^ 線舰器20中第-微處理器24透過第一無線模組22所傳送 =定點座標p s，而第二微處理器丨4再根據此定點座標p s計 异出定位裝置1 〇的目前位置座標p A。 例如：直接擷取伺服器20的定點座標ps所對應的絕對 15位置當作定位裝置1〇的目前位置座標以（即pA=ps)，而毋 須經過任何運算程序，據此所取得的目前位置座標PA係為 較粗略的數值，目的僅為了瞭解定位裝置1〇所在的大概位 置，例如位於辦公大樓的某一樓層、 而不需要相當精準的定位結果。 ^…4 扣 @ ’若需要取得更精確的座標資訊，較佳可根據第二 無線（藍芽）模組12與第一無線（藍芽）模組22之間連線時間 (connecting time)的長短來計算出兩者間的相對距離D : D = TxS， 1247131 其中，τ為兩無線模組12,22之連接時fa1，轉兩無線（藍 模組12,22之訊號傳輸頻率，而由於藍芽裝置彼此在傳輪資 料的速度幾乎是固定的，因此可以取出㈣平均值，即為 使用2.4 GHz頻段。如此一來，定點座標^加上距離d後， 5即可更精確地計算出相對於定點座標以距離d處的目前位 置座標P A。 此外，亦可根據兩無線（藍芽）模組12,22間的訊號強度 (signal strength)來計算出兩者間的相對距離D : 又 P〇_P(d) D = 1 〇 10xn ， 10 其中，P(d)為兩裝置間距離為d之訊號強度，pG為兩藍 芽模組間㈣為i公尺之訊號強度，n為訊號強度隨距^ 減之權重值，通常係根據經驗來決定。 因此，4述本發明之基本架構搭配一地圖資料庫及路 徑搜尋程式，即可執行導航功能。 15 而疋位裝置10内加設一通訊模組13，使用通訊模組13 將目刖位置座標PA經由基地台3〇傳送至控制中心伺服器 4〇，使得控制中心伺服器4〇得以掌握各定位裝置的位置資 吼，如此則可執行監控功能。前述的通訊模組13較佳者為 =無線通訊模組，以使能透過同通訊系統的基地台30傳輸 20資訊給一控制中心伺服器4〇進行，例如：一 GpRs模組。其 亦可以疋GSM模組、分碼多工存取（c〇de divisi〇n muUiple access，CDMA)模組、或個人手持行動電話系統⑽μ handyphone system，PHS)模組等，兼具傳輸及接收訊息功 1247131 能的雙向無線通訊模組。然亦可為傳呼系統的單向無線 : 訊模組。 。本务明之另一實施例所提出之定位裝置除前述之基 冓卜尚包3衛生疋位模組，以補助解決習知採用衛 5星定㈣置在進人遮蔽地區（例如建築物内、或隧道内·· 所產生的收訊不良問題。 …請參閱圖2 ’於本實施例所提出之定位裝置1〇，中，衛 星定位模組係為-GPS模組u，、無線模組係為—藍芽㈣^ =〇th)模組12,、且通訊模組係為一 GpRs模組η，。其中， 10衛星定位模組亦可為其他等效可應用於地理資訊系統_) I 中之空間定位模組。 睛一併麥閱圖3之實施環境示意圖，本實施例之定位 裝置10’位於室外衛星收訊良好地區時，係由⑽模組⑴ 以接收由何星50所傳來的衛星訊號，據此運算出定位裝置 15 1〇之目别位置座標PA ;而當定位裝置1〇’進入建築物叩列 如辦公大樓）時，由於導致Gps模組n，收訊不良，因此，將 會啟動藍芽模組12，用以與裝設於室内的藍芽（無線）伺服 # 器20主動進行溝通連結，以擷取藍芽祠服器2〇的定點座標 S來计：出疋位裝置1 〇 ’的目前位置座標p A。接著，不論 20疋位於至外時由GPS模組丨丨，、或是位於室内時由藍芽模組 12’所得的目前位置座標PA，皆可使用GpRS模組13，將目前 · 位置座PA經由基地台3〇傳送至控制中心伺服器4〇，使得 控制中心伺服器40得以掌握各定位裝置的位置資訊。 11 1247131 請一併參閱圖4，係詳述本實施例定位裝置ι〇，在不同 收訊環境下選用GPS模組U，或藍芽模組12,來進行定位之 作動流程。首先，微處理器M，將定時接收由Gps模組u， 所傳來的衛星收訊狀態（步驟S4〇1)，其包括座標、及各項 5參數等，較佳係由微處理器14,即時接收GPS模組11，的收訊 狀悲’或由GPS模組11 ’定時或即時回報其收訊狀態以告知 微處理器14’ ；當依據所接收到之參數而判斷出目前Gps模 組1 Γ處於收訊不良而無法接收衛星訊號的狀態時（步驟 S402)，代表定位裝置1〇,可能已進入遮蔽地區（例如進入建 10築物5中），因此將啟用（enable)藍芽模組12，（步驟S4〇3”並 由GPS模組11 ’在背景後繼續執行，且仍定時地接收衛星收 汛狀悲。此時，若建築物5内裝設有藍芽伺服器20，則定位 裝置10 ’中的藍芽模組丨2，與藍芽伺服器2 〇係可在近距離内 偵測到彼此而形成一個微型網路（pic〇net)連線，以利藍芽 15杈組12’取得由藍芽伺服器2〇所傳來的定點座標ps(步驟 5404) ;接著，藍芽模組12，將可更進一步根據定點座標” 來求取定位装置1〇,位於室内的目前位置座標pA(步驟

5405) 。而在計算出定位裝置1〇，之目前位置座標？八後（計算 之方式請參閱前述），GPRS模組13,即可將目前位置座標pA 20透過基地台3〇傳送到控制中心伺服器4〇(步驟S4〇6)，以利 控制中心伺服器追縱定位裝置10,的動向。 再請參考圖4之流程圖，反之，當定位裝置1〇,之使用 者位於室外或空曠處（例如··步出建築物5)，促使微處理器 14判斷出GPS模組11，目前已恢復良好收訊狀態時（步驟 12 1247131 S402)，即可依據由GPS模组1Γ所傳來之衛星訊號以計算 出定位裝置10,位於室外的目前位置座標ΡΑ(步驟S407)，最 後同樣使用GPRS模組13,將目前位置座標ΡΑ透過基地台30 傳送到控制中心伺服器40(步驟S406)。 5 由於本實施例之無線模組係為藍芽模組12，，因此根據 藍芽技術的特性，前述二實施例之定位裝置10或1〇,將可應 用於如圖5至圖7所示之使用環境中： 圖5 :藍芽模組12,對固定一點：例如將藍芽伺服器s 固定裝設於會議室中（例如：會議桌上），則當持有藍芽模 10組12的使用者走進此會議室時，藍芽模組丨2,將會主動與 藍芽伺服器s溝通以形成微型網路，進而取得藍芽伺服器s 所在之絕對位置的定點座標ps，並計算出定位裝置A的目 前位置座標PA，當然並不限於應用在會議室中，其亦可應 用於辦么至座位、教室、地下室、或其他室内或室外的特 15 定區域中； 圖6:藍芽模、组12，對固定多點：為避免因定位裝置 移動速度太快、導致藍芽伺服器s偵測不到彼此，因此 藉由裝設多個固定的藍芽㈣器⑽抑㈣來改善化 20

靈敏度的問題’例如袭設於辦公大樓的人口門禁處，可 每一個門禁皆裝設一個藍芽飼 孤牙钊服态，使得藍芽模組12,能| 更輕易的谓測到其中一個藍芽伺 —搞士 似孤牙和J服态8,81，32,83,84以取本 定點座才示來計算出定位奘罟士 疋位衣置A本身的目前位置座標ΡΑ; 及 13 1247131 圖7:藍芽模組12’對不固定一或多點：例如位於—教 二二人皆持有一褒設有藍芽模組的定位裝置 身’ ’ ’A4’則其中只要有一個定位裝置A已計算出本 #據^ Γ置座標PA ’則其他定位袭置A1，A2，A3，A4將可 =诚牙技術的特性而彼此形成至少—個微型網路來推嘗 出各定位裝置之目前位置座標。 开 根據上述之說明，顯示本發明所提出之定位裝置及系 ，與其方法將可根狀位裝置所麵境而自動選取適用之 ίο 15 20

Si : ’亦：位於室内遮蔽地區時’則選用無線模組來 、二异出目前位置座標，而位於室外時，可選用衛星定 =組或無線模組來完成定位，使得定位裝置達成同時涵 二王二収位的㈣。此外，本發明之以立裝置係可應用 於包括行動電話、或個人數位助理(per_ai响丨 =tant，PDA)等資訊裝置中，亦可裝設於機動車輛上，或 1作為小型識別卡樣式以利於人員攜帶流通...等。 本發明之定位方法可以電腦語言寫成以便執行，而該 I、之軟體程式可以儲存於任何微處理單元可以辨識、解 碩之紀錄媒體，或包含有該紀錄媒體之物品及裝置。直不 :為任何形式’該物品較佳為—隨機存取記憶體（RAM)， /、可為1C晶片、CD、CD_R、M〇、硬碟磁片、軟碟磁片， 壬何熟悉此項技藝者所可使用之包含有該紀錄媒體之物 。"由於本發明之定位方法已揭露完整，因此任何孰悉電 腦語言者閱讀本發明說明書即知如何撰寫軟體程式，故有 關敕體程式細節部分不在此贅述。 14 1247131 上这貫把例僅係為了方便說明而舉例 主張之權利範圍自；*以_ & A 已，本鲞明所 固目應Μ睛專利範圍所 於上述實施例。 千向非僅限 5【圖式簡單說明】 圖1係本發明較佳實施例之實施環境示意圖。 圖2係本發明另—實施例之定位裝置之基本架構圖。 圖3係圖2之定位裝置之實施環境示意圖。 圖4係本發明較佳實施例之作動流程圖。 10圖5係本發明較佳實施例之藍芽模組與藍芽伺服器之使用 $衣境不意圖一。 圖6係本發明較佳實施例之藍芽模组與藍芽伺服器之使用 環境示意圖二。 圖7係本發明較佳實施例之藍芽模組與藍芽伺服器之使用 15 環境示意圖三。 【圖號說明】 籲 定位裝置 10，10，，Α，Α1，Α2，Α3，Α4 GPS模組11， 20藍芽模組12， GPRS 模組 13， 微處理器14， 第一無線模組22 基地台30 第二無線模組12 通訊板組13 弟一微處理器14 無線伺服器20 第一微處理器24 控制中心伺服器40 15 1247131

建築物5 衛星50 藍芽伺服器S，S1，S2，S3，S4 定點座標PS 目前位置座標PA

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Claims (1)

1247131 拾、申請專利範圍： 1、一種定位系統，其係包含： 至少-無線舰器’該無線舰器㈣存有舰器本 在的定點位置座標，並具有一第一無線模組；以及 5 至少-定位裴置’包含-與該無線伺服器之第一 模組相對應的第二無線馳，使該定位裝置得藉以盘；^ 線伺服器進行資料傳輸，使能接收由該無線祠服器 之定點座標信號而由一微處理器計算出定位裝置的 置座標。

10卜2如申叫專利範圍第1項所述之定位系統，其中，該 第一及第二無線模組係為藍芽模組。 3、 如申請專利範圍第丨項所述之定位系統，其中，該 定位裝置具有可攜性。 ^ 4、 如申請專利範圍第丨項所述之定位系統，其中該定 15位裝置更包括有一衛星定位模組，用以接收複數顆衛星所 傳达之衛星訊號，以計算出該定位裝置的目前位置座標。

5、 如申請專利範圍第4項所述之定位系統，其中該定 位I置之該微處理器係根據該衛星定位模組的收訊狀態， 自動切換選擇接收該第二無線模組或該衛星定位模組所傳 20 送的座標訊號。 6、 如申請專利範圍第4項所述之定位系統，其中，該 定位裝置之微處理器定時接收該衛星定位模組的收訊訊號 包括··座標、及各項參數等。 17 1247131 7、 如申請專利範圍第5項所述之定位系統，其中’定 位裝置位於室外衛星收訊良好地區時，係接收由衛星所傳 來的衛星訊號，據此運算以位裝置之目前位置座標。 8、 如申請專利範圍第5項所述之定位系統，其中，定 5位裝置收訊不良時’將會啟動與裝設於該地區相應的無線 飼服器主動進行溝通連結，以擷取無線飼服器的定點座標 來计异出定位裝置的目前位置座標。 9、 一種定位裝置，包括·· 一無線杈組，係能接收由至少一無線祠服器端傳來之 10 定點座標； 一微處理器，利用該無線模組所接收的定點座標計算 出該定位裝置之目前位置座標。 10·如申請專利範圍第9項所述之定位裝置，更包含： L Λ模、、且，係將该定位裝置之目前位置座標得以透 15過基地台傳送至一控制中心祠服器#，以利該控制中心 伺服器端取得該定位裝置之位置資訊。 U .如申請專利範圍第9項所述之定位裝置，更包含： 衛生疋位模組，係能接收由複數個衛星傳來之衛星 虎以運异出該定位裝置之位置座標； 20 12如申請專利範圍第11項所述之定位裝置，其中， °亥^處理為係判斷該衛星定位模組之收訊狀態，當該微處 理器判斷出兮& u h a曰— 〜錦了生疋位模組之收訊狀態良好時，將依據該 何生疋位板組所傳來之衛星訊號以計算出該定位裝置之目 前位置座標。 18 1247131 益綠L3、如中請專利範圍f 9項所述之定位裝置，其中，兮 …、線模組係為一藍芽模組。 °亥 =如中請專利範圍第9項所述之η裝置，其中，該 標。目别位置座標係為該無線伺服器端之定點座 &如申請專利範圍第9項所述之定位装置， …、線核組之目刚位置座標係為該無㈣服器端 : ρ為加上該無線模組與該無線伺服器端間之距離D，其^ 10

U = TxS， 當中’ T為該無線模組與該無線伺服器端之 間，s為藍芽模組之訊號傳輸頻率。 / 16、如中請專利範圍第15項所述之定位裝置，其中 S係使用2.4 GHz頻段。 ’、

如申請專利範圍第9項所述之定位裝置，其中，該 …、線杈、、且之目4位置座標係為該無線伺服器端之定點座標 P加上该無線模組與該無線伺服器端間之距離D其係為_· D = l〇 ι〇χη ， 當中，p(d)為該無線模組與該無線伺服器端間距離為d之訊 20號強度’ PG為該無線模組與該無線伺服器端間距離1公尺之 訊號強度，η為訊號強度隨距離遞減之權重值。 18、如申請專利範圍第9項所述之定位裝置，其中，該 無線模組係為一無線區域網路模組。 19 1247131 ^、如申請專利範圍第9項所述之定位裝置，其中，該 無線枳組係為一紅外線傳輸模組。 2〇、如申請專利範圍第1〇項所述之定位裝置，其中， 省通Λ杈組係為一整合封包無線電服務模組。 5 、21、如申請專利範圍第1〇項所述之定位裝置，其中， 該通矾模組係為一全球行動通訊系統。 22、如申請專利範圍第u項所述之定位裝置，苴 该侑星定位模組係為一全球定位系統。 10 =、-種定位方法，係應用於定位系統中，該定位系 · f少—無線飼服器及定位裝置，而該定位裝置則 二里'侑生：位杈組、-無線模組、-通訊模組、一微 处a Μ及一記憶體，其中該衛星定位 15 =㈣來之衛星訊號以運算出該定位裝置： ^ β亥無線模組係能接收由至少一無線飼服器端傳 ，疋點座標以計算出該定位裂置之目前位置座標，且該至 二 =飼服器端係装設於該衛星定位模組無法接收該等 術生b之地區，該定位方法係包括下列步驟： 錢處理器接收由該衛星定位模組傳來之收訊狀態； :判斷出该衛星定位模組之收訊狀態不良，則啟 20 無線杈組； β亥無線杈組接收由至少—無線伺服 座標以計算出該定位裝置之目前位置座標；以及，‘、、占 :通訊模組將該定位袭置之目前位置座標透過一基 地D傳达至一控制中心伺服器端。 20 1247131 24、如申 括下列步驟： 請專利範圍第23項所述之定位方法，其尚包 ^右輯出該衛星定位模組之收訊狀態良好 ㈣定位模㈣傳來之衛星訊號料算出 裝"目 前位置座標；以及 忒置之目 該通訊模組將該定位裝置之目前位置座標透過一基 也台傳迗至一控制中心伺服器端。 ^ 25 :如申請專利範圍第23項所述之定位方法，其中， 10

線拉組之目刚位置座標係為該無線祠服器端之定點座 ▲ 26、/°中請專利範圍第23項所述之定位方法，其中， 該無線模組及該無線伺服器係為藍芽模組。 ^ 27:如申請專利範圍第23項所述之定位方法，其中， ^、、、線核組之目^位置座標係為該無線祠服器端之定點座 15 ‘Ρ加上该無線模組與該無線伺服器端間之距離d其係為·· D = TxS，

二:γτ為該無線模組與該無線伺服器端之連接時間，S為 藍芽模組之訊號傳輸頻率。 28如申明專利範圍第27項所述之定位方法，其中， 20 S係使用2.4 GHz頻段。 ’、 29、如申請專利範圍第23項所述之定位方法，其中， j無線板組之目别位置座標係為該無線飼服器端之定點座 枯P加上该無線模組與該無線伺服器端間之距離d其係為·· 5)-P(d) D = l〇 10xn ， 21 1247131 —:t/(d)為5亥無線模組與該無線伺服器端間距離為d 之a u又？0為5亥無線模組與該無線飼服器端間距離1 公尺之訊號強度’福訊號強度隨距離遞減之權重值。 種電月向可項取記錄媒體，該記錄媒體記 5用以使電腦執行之程式之程序包含·· 第一程序，依據-衛星定位模組傳來之資料判斷出該 衛星定位模組之收訊狀態； 士第 > 耘序，當判斷出該衛星定位模組之收訊狀態良好 Sr以㈣星定位模組傳送之位置座標作為目前位 10 值；以及 ^ 士少弃序^判断出該衛星定位模組之收訊狀態不良 才則啟用一無線模組，並接收該無線模組所傳送之定 座払以计异出該定位裝置之目前位置座標。 ^ 31 "如申晴專利範圍第30項所述之記錄媒體，其中該 專矛序尚匕括第四程序，用以將該目前位置座標透過一 吼杈組傳送至_控制中心伺服器端。 22