CN101750087A - 利用识别标签的定位导航系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用识别标签的定位导航系统与方法，应用在分布复数个识别标签之的一区域中，用于对一行动装置之的定位及导航，能有效地于一般室内区域中得到所需的定位信息和进一步的导航服务。该系统包含复数个识别标签及一行动装置。该方法包含下列步骤：读取该至少一识别标签中之的独有位置数据；以及依据该至少一识别标签中之的独有位置数据及该区域之的地理数据，产生一行动装置位置信息；其中该复数个识别标签中之的每一识别标签之的独有位置数据系对应该每一识别标签于该区域之的地理数据之的坐标位置。

Description

利用识别标签的定位导航系统与方法

技术领域

本发明涉及一种利用识别标签的定位导航系统与应用于其上的定位导航方法，尤指一种具有无线射频识别技术的数据读取功能以及针对识别标签的位置进行定位导航的系统与方法。

背景技术

在电子数字科技的不断进步发展下，现代人于日常生活中常使用各种不同应用功能的电子装置或产品。举例来说，行动运算技术的进步，产生了手机、智能电话、个人数字助理、或笔记型计算机等可携式电子装置或行动运算装置产品，带给使用者相当大的方便和实用性。

此外，导航系统(Navigation System)的导航功能也已普遍运用于电子产业的技术中。常见的例如全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)，其主要的原理是根据范围分布于全球的卫星，用一GPS信号接收器来接收某一移动距离附近多颗卫星所发出的信号并进行运算后，从而显示与定位出精确的位置信息；例如经纬度数据或是对应在一预设地图上的坐标数据等。而无论是于移动车辆中或手持其装置的移动使用，透过于客户端指定的行动运算装置内加载相关的电子地图数据并接收GPS卫星的定位信号，都能藉由运算其移动情形来显示出目前所在的位置、坐标、移动方向与移动速度等，进而能实时了解所移动到的地理或环境等信息。

进一步来说，以现今行动运算装置的高运算能力、内存的高储存容量与电子地图的精确显示，定位与导航系统可让使用者在出发前先输入目的地的信息，而导航装置便会运算、规划与寻找出最适合的行经道路或行驶路径，以导引使用者能顺利地依此路径从出发点移动至目的地。而导航过程的显示可采车行方向或步行方向的2D/3D仿真图显示，以便驾驶者或步行者能直觉地将所导引的图案或文字对应到目前行经方向上的路况或地理环境。

然而，现行GPS技术的应用系着重于街道、交通或地形地物等室外方面的定位与导航，对于一般室内空间或建筑物内的定位与导航应用仍属有限。举例来说，如室内展场、大型展览馆、博物馆、大型卖场或购物中心等，由于其区域范围较大和移动路线设计等因素，使得提供参访者适当的路线导航服务亦有其重要性与需求性。另外，一般开放式的电子地图数据也无法有效地呈现出室内空间或建筑物内的细部地图信息或结构特征，致使一般的导航装置所能产生的定位与导航效果便受到限制。

虽然，特定空间或建筑所依据的平面地图可在业者的提供下，采用GPS技术作定位与导航，但就不同楼层间的垂直方向上的运作来说，GPS技术目前仍存有误差大与不易使用等实际情形。另外，对于一般具有自动生产设备的大型厂房或是空间内有复杂性较高的陈设环境来说，设计自动机具于特定路径上的移动，系要有精确度极高的空间对应关系，甚至误差必须在几公分以内的范围；对此，以GPS技术的应用来说仍有着相当大的困难度。

是故，如何针对此一问题提出一适当的定位导航装置与技术，便为本案发展的主要目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用识别标签的定位导航系统与方法，能有效地于一般室内区域中得到所需的定位信息和进一步的导航服务。

为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供一种利用识别标签的定位导航系统，应用在分布复数个识别标签的一区域中，用于对一行动装置的定位及导航，该系统包含有：复数个识别标签，设置于该区域中，该每一识别标签中储存一独有位置数据；以及一行动装置，包含有：一识别标签读取模块，用于读取至少一识别标签中的独有位置数据；一内存，用于储存该区域的地理数据；以及一处理模块，耦接至该识别标签读取模块及该内存，用于依据该至少一识别标签中的独有位置数据及该区域的地理数据，产生一行动装置位置信息；其中该每一识别标签的独有位置数据系对应该每一识别标签于该区域的地理数据的一坐标位置。

本发明提供一种利用识别标签的定位导航方法，应用于一识别标签的定位导航系统上，该系统包含有一行动装置和设置于一区域中的复数个识别标签，该方法包含下列步骤：读取该至少一识别标签中的独有位置数据；以及依据该至少一识别标签中的独有位置数据及该区域的地理数据，产生一行动装置位置信息；其中该复数个识别标签中的每一识别标签的独有位置数据系对应该每一识别标签于该区域的地理数据的一坐标位置。

本发明采用的利用识别标签的定位导航系统与方法，藉由结合无线射频识别技术的数据读取功能以及针对识别标签的位置进行定位的设计，让使用者能在一区域中得知目前所在的位置，以及提供进一步的导航服务。且无论是一般使用者的步行移动，或是相关机器载具的自动移动，本发明相较于习用的GPS定位导航的功能或技术，系更具有空间上的操作精确性，同时还可完成部份GPS技术所无法达到的功能，而能满足使用者的应用需求。

附图说明

图1为识别标签定位导航系统100的示意图。

图2(a)为识别标签定位导航系统100的功能方块示意图。

图2(b)为本发明的识别标签的格式示意图。

图3为本发明的读取识别流程示意图。

图4为识别标签定位导航系统100于第一实施例的示意图。

图5为识别标签定位导航系统100于第二实施例的示意图。

图6为第二实施例的定位流程图。

图7为第二实施例的导航流程图。

【主要组件符号说明】

本案图式中所包含的各组件列示如下：

识别标签定位导航系统100                 室内区域1

行动装置10                              识别标签读取模块11

处理模块12                              指示模块13

内存14                                  设定模块15

导航模块16                              识别标签201

识别接口2010                            数据储存区2011

位置A1、A2、B1、B3                      转折位置B2

第一预设路径L1                          第二预设路径L2

具体实施方式

请参阅图1，系为一识别标签定位导航系统100的示意图。该识别标签定位导航系统100包含了有一行动装置(未显示于此图)，和复数个以无线射频识别(Radio Frequency Identification，简称为RFID)技术所制造的识别标签。在本发明中，该系统100系应用于一室内区域1中，而该等识别标签便是设置于室内区域1中。如图1所示，所设置的识别标签包含了一第一类识别标签(如图中的白色方块)和一第二类识别标签(如图中的黑色较小方块)两种，其中第一类识别标签是以一第一无线频率为读取规格而完成制造；在较佳的实施方式中，第一无线频率为一种超高频率(UHF)。而第二类识别标签是以一第二无线频率为读取规格而完成制造；在较佳的实施方式中，第二无线频率为一种高频率(HF)。

本发明的识别标签定位导航系统100是结合了RFID技术的电子标签以及对此类标签具有读取识别功能的行动装置所构成。同时，行动装置的读取规格也对应的包含有以多种无线频率进行信号产生与读取识别的功能；如上所述，在较佳实施方式中，其规格包含有第一无线频率(UHF)和第二无线频率(HF)。

该等识别标签在室内区域1中的设置方式，如图1所示，系将其中的第一类识别标签平均分布在室内区域1的范围中，即各个标签之间具有适当与固定的距离，例如大小为3至5公尺的长度等级；另外，第二类识别标签的设置则是以紧密连接的方式，以3至5公分的长度等级在室内区域1中设置。由于第二类识别标签的设置较为连串紧密，所呈现的样式便形成一行径路线，如图1所示，便包含了有两预设路径。是故，依行动装置所运作的信号频段，便能扫描到有效感应距离内的识别标签。当以第一无线频率(UHF)扫描时，较佳的实施便能搜寻到数公尺范围内的多个第一类识别标签；而当以第二无线频率(HF)扫描时，较佳的实施便能搜寻到较近距离的数公分范围内的一个或可能多个的第二类识别标签。

本发明的行动装置包含有两种应用，其一是一种可携式电子装置的应用，例如手机、智能电话、个人数字助理、或笔记型计算机等，提供使用者于室内区域1中以手持方式进行移动使用。另一方面是一种自动机具的应用，例如具有自动移动功能的设备或无人操作的机器、载具等，能用于室内区域1中的一预设路径上进行自动移动。

因而本发明的一实施方式便是应用在诸如展场、展览馆、卖场或购物中心等室内空间，提供使用者或参访者手持其行动装置进行位置信息的定位服务，以及于参访路线上的导航服务。而另一实施方式，便是在于一般的大型厂房或陈设环境较复杂的区域中，提供可作自动移动的行动装置于预设路径上作精确的移动。在上述两种应用方式中，识别标签可被设置在室内区域1的地板上，或者是内部建筑结构和所陈设的物体的表面上，以利行动装置的信号扫描与读取识别。

请参阅图2(a)，系为识别标签定位导航系统100的功能方块示意图；其中系由系统中的行动装置10以RFID技术来识别读取对应的一至多个识别标签，而此图是以其中一识别标签201作说明。如图2(a)所示，行动装置10中包含有一识别标签读取模块11、一处理模块12、一指示模块13、一内存14、一设定模块15和一导航模块16，而识别标签201包含有一数据储存区2011和一识别接口2010；其中数据储存区2011中储存有关于该识别标签201的设置位置的一独有位置数据。同时在本发明中，所使用的每一识别标签在其数据储存区中都储存有对应的一独有位置数据。而识别接口2010则用以提供识别标签读取模块11进行识别验证，其目的在于作为是否准予行动装置10作读取信息的判断。

本发明的识别标签的格式，系如图2(b)所示。以识别标签201作说明，在识别接口2010中包含用于和其它标签作出区别的唯一标签识别码(TagIdentification)，可设计为8位的大小；还有包含本发明的识别标签定位导航方法所需的一定位识别码，设计为4位的大小，用以标示出本标签的用途。其中标签并采开放的格式进行识别，即不需作特别的加密处理便能提供资料的读取。

于数据储存区2011中所储存的数据，可为本识别标签的经度数据和纬度数据，且各自采约4位大小的区块设计，并可视其储存空间大小记录其它有关的说明内容。本发明的识别标签的独有位置数据除以经、纬度方式来表示外，还可采用特定的坐标系统来定义出所在的坐标位置，而此部份系由该室内区域1的管理者加以定义。举例来说，在某一卖场中的坐标，其高度的部份便可使用于该卖场内所位处的楼层数来表示。

承上所述，由于环境中，RFID识别标签的应用种类或数目都可能很多，因此，使用者对于识别对象是否为所需的识别标签，在本发明中便藉由如图3所示的读取识别流程来处理。首先，可针对应用性来决定行动装置所要运作的无线频率(步骤S01)；当决定以第二无线频率(HF)进行读取时，进入步骤S02，由行动装置产生出第二无线频率(HF)的信号来进行对应的第二类识别标签的读取；否则，进入步骤S03，由行动装置产生出第一无线频率(UHF)的信号来进行对应的第一类识别标签的读取。其中于步骤S01的判断，较佳的实施方式系亦可设计成由行动装置交替选用第一无线频率(UHF)或第二无线频率(HF)进行读取，而此部份可视具体实施例的应用来作设定。

接着，接收来自识别标签的反应便可得知是否搜寻到对应的识别标签(步骤S04)。若有搜寻到识别标签，便进入步骤S05；若无，则重复上述的流程。在步骤S05中，由行动装置去读取所搜寻出的识别标签中所储存的该定位识别码。接着在步骤S06的判断，若该识别标签具有该定位识别码时，代表该识别标签便为针对本发明的定位用途所设计的标签；若无，则重复上述的流程。其次，当确认为定位用途的标签后，行动装置才再读取储存于该识别标签中的独有位置数据(步骤S07)。另一方面，此流程的判断，行动装置可位于如图1所示的室内区域1中，或者位于室内区域1的出入口附近。

现以第一实施例来说明本发明的识别标签定位导航方法的应用。此实施例实作于展场、展览馆、卖场或购物中心等室内空间，提供使用者手持行动装置以得知其位置信息以及所需的路线导航。请参阅图4，系为识别标签定位导航系统100于第一实施例的示意图。如图所示，使用者手持行动装置10并位于室内区域1中；而当使用者欲得知目前位置时(亦同样视为行动装置10的位置)，便由行动装置10以第一无线频率(UHF)来读取设置于室内区域1中的第一类识别标签。由于行动装置10的识别标签读取模块11所发出的读取信号具有一范围，因此对应于各个识别标签在空间中的设置，所能读取到的第一类识别标签就可能有一至多个。

如图中的虚线圆圈所示，可侦测到四个第一类识别标签，并读取该四个识别标签中的独有位置数据。在本发明中，行动装置10的内存14内储存有对应于室内区域1的一地理数据；而在此实施例中，系由行动装置10的处理模块12将所读取到的四个识别标签的独有位置数据加以处理，并依据该地理数据产生一行动装置位置信息。详细来说，识别标签中的独有位置数据代表着其识别标签在该地理数据上的一种坐标位置。行动装置10的处理模块12将所得到的四个识别标签的独有位置数据进行一平均计算，例如统计上的内差法、外差法或权重距值等，并将该平均计算的结果当作为行动装置10目前的位置信息。

此外，可利用行动装置10的指示模块13，例如以显示屏幕来显示出对应于室内区域1的地理数据的一地图，并将所得到的行动装置位置信息依其坐标而标记于地图上。如此，使用者便能得知目前的所在位置。此外，若识别标签读取模块11所读取到的识别标签只有一个时，例如使用者位在室内区域1的出入口附近或在室内区域1的边缘，则本发明的处理模块12直接将该识别标签的独有位置数据当作为该行动装置位置信息，也就是视该行动装置10目前所在的位置是在该识别标签的位置上。虽然定位上会和实际状态有所差距，但由于第一无线频率(UHF)的扫描范围为数公尺，所以显示在地图上的标记仍可有效地提供使用者得知目前所在位置。

在第一实施例中，仅使用第一类识别标签的定位信息。同时在此例中，系以约数公尺为间距来分布识别标签；因为使用者在移动的过程中，可自行掌握适当的移动距离和主动避开室内区域1的障碍结构。另外，识别标签读取模块11系会持续发出信号来搜寻和读取对应的识别标签，使得在移动过程中，能持续产生最新的行动装置位置信息并标记于地图上，让使用者随时都能得知自己的目前位置。而我们亦可增加第一类识别标签在室内区域1的分布密度，从而能提升对行动装置10的定位精确度；或于另一实施例中，将第二类识别标签亦设置于室内区域1中并加以使用，以提高精确度至公分的等级。

是故，在第一实施例中，当使用者在进行移动时，在行动装置10上所显示代表目前位置的标记也会相对地图作改变，如此便能呈现出使用者的移动方向或路线；例如可在地图上以一箭头的方式显示，或是地图以2D/3D仿真显示出对应的移动情形，以提供使用者了解空间的对应关系。此外，本发明的行动装置10亦能提供导航服务。

举例来说，使用者可利用行动装置10的设定模块15，例如使用者接口、多个方向键或相关功能键等，相对于所显示的地图来设定一目的地数据，而行动装置10的导航模块16便根据该目的地数据、代表目前位置的该行动装置位置信息以及对应于室内区域1的该地理数据，产生一导航信息，而该导航信息便和目前位置至目的地位置之间的路径描述有关。导航模块16进而根据导航信息产生一指示信息，并由指示模块13将该指示信息显示出对应的方向指示。较佳的实施方式除可利用屏幕显示出箭头的遵循方向外，亦可采用语音的方式进行提示，而产生图像、声音及影音其中的一提示讯息；例如当要寻找室内区域1的出口，并位于图4中的位置A1上时，便发出“于前方信道左转”的提示讯息，或是于位置A2上时，便发出“于前方通道右转”的提示讯息。

另以第二实施例来说明本发明的识别标签定位导航方法的应用。此实施例是关于在诸如大型厂房或陈设环境较复杂的室内区域，提供可作自动移动的行动装置(如机器人)得知其位置信息以及于预设路径上移动。请参阅图5，系为识别标签定位导航系统100于第二实施例的示意图；并请同时参阅图6，系为第二实施例的定位流程图。在此实施例中，行动装置10为具有自动移动功能的机器或载具；于另一实施例亦可将本发明的行动装置安装在一般的自动载具上。同时，该行动装置10被设计为要从某一位置自行移动至另一位置，例如从室内区域1的入口移至其出口。此第二实施例系设计为需交替选用第一无线频率(UHF)和第二无线频率(HF)进行读取，且所设置的识别标签包含了第一类识别标签和第二类识别标签。

如图5所示，行动装置10系位于室内区域1的入口附近；而此实施例系设计由行动装置10先以第二无线频率(HF)来进行读取，对象便是设置于室内区域1中的第二类识别标签(步骤S11)。而在是否有搜寻到对应的第二类识别标签的判断上(步骤S12)，若有搜寻到时，便进入步骤S13来取得行动装置位置信息。在步骤S13的处理类似于第一实施例，也就是位置信息是根据一个或多个识别标签的独有位置数据，来直接定义或进行平均计算而产生。由于第二类识别标签的设置较为紧密，且扫描须相当靠近，所以步骤S12不一定能搜寻到识别标签。因此，此实施例是设计当无法先以第二无线频率(HF)读取到第二类识别标签时，才再以第一无线频率(UHF)进行读取，对象便是设置于室内区域1中的第一类识别标签(步骤S14)。由于第一无线频率(UHF)的扫描范围较大，因此，本发明设计其能有效地搜寻到对应的第一类识别标签。而接着在步骤S15中对于行动装置位置信息的取得，则同于上述步骤S13以及第一实施例的说明。

请参阅图7，系为第二实施例的导航流程图。由于此例是针对厂房或陈设环境较复杂的区域，因此，具自动移动功能的行动装置10需于预设路径上作精确的移动。其中，行动装置10被设定为于室内区域1中的一第一预设路径L1(如图5所示)上进行自动移动，用以从室内区域1的入口移至其出口。首先，由行动装置10以第二无线频率(HF)进行读取并搜寻第二类识别标签；在步骤S21的判断，若有搜寻到第二类识别标签时，进入步骤S22，若无，则进入步骤S23。其中，若步骤S22的判断为所搜寻到的第二类识别标签系对应第一预设路径L1时，行动装置10便逐一根据紧密串接的第二类识别标签中的独有位置数据的描述，而直接在第一预设路径L1上进行自动移动，进而能精确地顺着第一预设路径L1移动至其终点，即该室内区域1的出口(步骤S24)。

承上所述，行动装置10在开始时可能无法扫描到对应的第二类识别标签，从而无法找到第一预设路径L1；因此，在步骤S23中，设计行动装置10再以第一无线频率(UHF)进行读取并搜得第一类识别标签。而同时在该等第一类识别标签中，便设计其储存有相关的第二类识别标签的数据，例如距离最近的第二类识别标签的坐标位置；使得行动装置10能根据第一类识别标签而自动移动至第一预设路径L1，或移动至第一类识别标签附近的一第二预设路径L2。如图5所示，其中行动装置10此时可能位于一位置B1上，附近的第一类识别标签因而指出对应于第二预设路径L2的第二类识别标签。

承上所述，虽然行动装置10能顺着第二预设路径L2而于室内区域1中作精确移动，但在此例中，第二预设路径L2的终点并非第一预设路径L1的终点，因此需作移动上的衔接。是故，在步骤S22的判断为所搜寻到的第二类识别标签并非对应第一预设路径L1时，例如对应的是附近的第二预设路径L2，行动装置10便逐一根据紧密串接且对应于第二预设路径L2的第二类识别标签中的独有位置数据的描述，而仅在第二预设路径L2上进行自动移动至一转折位置B2；而转折位置B2的选定，系根据靠近第一预设路径L1的终点的坐标而产生(步骤S25)。接着，由行动装置10在该转折位置B2上再以第一无线频率(UHF)进行读取并搜得附近的第一类识别标签，例如在一位置B3上的识别标签，行动装置10便再根据此识别标签的坐标以及第一预设路径L1的终点的坐标，而采用直线方式或最短距离的方式，自动移动至第一预设路径L1的终点，即该室内区域1的出口(步骤S26)。

综上所述，利用本发明的定位系统以及其定位方法，便能有效地于一般室内区域中得到所需的定位信息和进一步的导航服务。且无论是一般使用者的步行移动，或是相关机器载具的自动移动，本发明相较于习用的GPS定位导航的功能或技术，系更具有空间上的操作精确性，同时还可完成部份GPS技术所无法达到的功能，而能满足使用者的应用需求。是故，本发明能解决先前技术中所述的问题，而成功地达成本案发展的主要目的。

任何熟悉本技术领域的人员，可在运用与本发明相同目的的前提下，使用本发明所揭示的概念和实施例变化来作为设计和改进其它一些方法的基础。这些变化、替代和改进不能背离权利要求所界定的本发明的保护范围。是故，本发明得由熟习此技艺的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱离本专利权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用识别标签的定位导航系统，应用在分布复数个识别标签的一区域中，用于对一行动装置的定位及导航，其特征在于，该系统包含有：

复数个识别标签，设置于该区域中，其中每一识别标签中储存一独有位置数据；以及

一行动装置，包含有：

一识别标签读取模块，用于读取该些识别标签中至少一识别标签中的独有位置数据；

一内存，用于储存该区域的地理数据；以及

一处理模块，耦接至该识别标签读取模块及该内存，用于依据该至少一识别标签中的独有位置数据及该区域的地理数据，产生一行动装置位置信息；

其中该每一识别标签中的独有位置数据系对应该每一识别标签于该区域的地理数据的一坐标位置。

2.如权利要求1所述的利用识别标签的定位导航系统，其特征在于，该复数个识别标签，包含第一无线频率的复数个识别标签和第二无线频率的复数个识别标签，其中该第一无线频率为一种超高频率，该第二无线频率为一种高频率。

3.如权利要求1所述的利用识别标签的定位导航系统，其特征在于，该行动装置包含有：

一设定模块，用于设定一目的地数据；

一导航模块，用于根据该目的地数据、该行动装置位置信息和该地理数据产生一导航信息，并进而根据该导航信息产生一指示信息；以及

一指示模块，用于依据该指示信息，产生图像、声音及影音其中的一提示讯息。

4.如权利要求1所述的利用识别标签的定位导航系统，其特征在于，该处理模块，系将其中多个识别标签中的独有位置数据进行一平均计算，并将该平均计算的结果当作该行动装置位置信息。

5.一种利用识别标签的定位导航方法，应用于一识别标签的定位导航系统上，该系统包含有一行动装置和设置于一区域中的复数个识别标签，其特征在于，该方法包含下列步骤：

读取该些识别标签中至少一识别标签的独有位置数据；以及

依据该至少一识别标签中的独有位置数据及该区域的地理数据，产生一行动装置位置信息；

其中该些识别标签中的每一识别标签的独有位置数据系对应该每一识别标签于该区域的地理数据的一坐标位置。

6.如权利要求5所述的利用识别标签的定位导航方法，其特征在于，读取该至少一识别标签中的独有位置数据的步骤包含：

侦测是否存在一第二无线频率的至少一识别标签；以及

若存在，读取该第二无线频率的该至少一识别标签中的独有位置数据，否则，读取一第一无线频率的该至少一识别标签中的独有位置数据；

其中该第一无线频率为一种超高频率，该第二无线频率为一种高频率。

7.如权利要求5所述的利用识别标签的定位导航方法，其特征在于，依据该至少一识别标签中的独有位置数据及该区域的地理数据，产生该行动装置位置信息的步骤包含：

将至少一识别标签中的独有位置数据进行一平均计算，并将该平均计算的结果当作为该行动装置位置信息。

8.如权利要求5所述的利用识别标签的定位导航方法，其特征在于，该方法的步骤更包含：

根据设定的目的地数据、该行动装置位置信息和该地理数据产生一导航信息，并进而根据该导航信息产生一指示信息；以及

依据该指示信息，产生图像、声音及影音其中的一提示讯息。

9.如权利要求6所述的利用识别标签的定位导航方法，其特征在于，该方法的步骤更包含：

若有读取到该第二无线频率的该至少一识别标签中的独有位置数据，且该第二无线频率的该至少一识别标签中的独有位置数据为对应一第一预设路径时，使该行动装置在该第一预设路径上进行自动移动；以及

若无读取到该第二无线频率的该至少一识别标签中的独有位置数据，但有读取到该第一无线频率的该至少一识别标签中的独有位置数据，则产生一路径使该行动装置移动至该第一预设路径上。

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