CN110488224A

CN110488224A - 利用声波的位置信息提供系统

Info

Publication number: CN110488224A
Application number: CN201910770852.1A
Authority: CN
Inventors: 林东权
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2019-11-22
Also published as: KR101303729B1; WO2014142478A1; US9625567B2; CN105209930A; US20160116569A1

Abstract

本发明涉及利用声波的位置信息提供系统，特别涉及如下的利用声波的位置信息提供系统：尤其是在购物广场、博物馆、美术馆等GPS信号不能到达的室内，利用传播速度相对慢的声波，可实时通知携带了专用终端或具备麦克风和扬声器的一般的便携设备的用户的当前位置。

Description

利用声波的位置信息提供系统

本申请是申请日为2014年03月07日、申请号为201480027022.5、发明名称为“利用声波的位置信息提供系统”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及利用声波的位置信息提供系统，更具体而言，涉及如下的利用声波的位置信息提供系统：在百货店、购物广场、博物馆、美术馆等各种室内，可利用传播速度较慢的声波，实时通知用户的当前位置。

背景技术

一般来说，用于提供基于位置的服务(LBS:Location Based Service)的测位技术，大体可分为利用移动通信网的基站单元信息即RF传播环境信息的基于网络的方式和利用GPS接收机的GPS测位方式。

这些方式虽然都适合在电波接收环境优良的室外，但是不太适合如室内那样的阴影区域，需要高价的收发信装备和中继装置，且存在对裸露于高能电波的人体有害的问题。

对此，在以韩国发明专利公开2005-95401号等作为代表的多种文献中，可提出了利用声波的传送时间掌握三维空间位置的装置。即，利用声波产生时间和声波到达所需的时间来求出距离(S＝V×T)，利用三角测量方式等掌握位置。

但是，利用声波的测位技术仅仅用于三维空间位置本身，其应用性较差。

例如，在百货店、购物广场、博物馆和美术馆等多种室内，由于不能捕捉到GPS信号，难以开发和提供使用位置信息的设施或物品的信息提供、移动便利性、寻路以及设施查询等服务。

尤其是，如利用邻近的电波发生器产生的电波强度等的情况，依赖于电波的测位系统误差大，影响要素多，不能发挥实用性能。

发明内容

技术课题

本发明是为解决如上所述的问题而做出的，其目的在于提供一种如下的利用声波的位置信息提供系统：在购物广场、博物馆、美术馆等各种室内，可利用传播速度较慢的声波实时通知用户的当前位置。

此外，本发明还提供如下的利用声波的位置信息提供系统：通过便携式定位终端提供用户的当前位置的同时还提供表现室内结构的地图(map)及对应于地图的各个位置的设施或内容附加信息，从而能够提供多样的应用设备。

解决方案

为此，本发明的利用声波的位置信息提供系统，包括：多个节点信号发生器，分别固定设置在室内的特定位置，分别发射包括自身固有编号、绝对位置信息及信号生成时刻的非可听频段的声波；以及便携式位置终端，分别接收由多个上述节点信号发生器发射的声波，利用上述信号生成时刻和接收时刻之差计算与上述节点信号发生器之间的距离，并组合上述计算的距离及绝对位置信息来计算自身的当前位置，并将上述计算的当前位置显示到显示器上。

此时，优选上述节点信号发生器包括：节点存储器，记录上述节点信号发生器的固有编号及绝对位置信息；节点定时器，提供上述信号生成时刻；节点声波生成部，用于生成上述非可听频段的声波，该非可听频段的声波包括由上述节点存储器提供的固有编号及绝对位置信息、由上述节点定时器提供的信号生成时刻信息；以及节点扬声器，发射由上述节点声波生成部生成的声波。

此外，优选上述节点信号发生器从上述便携式位置终端接收包括上述便携式位置终端的固有编号和信号生成时刻的声波，并将上述便携式位置终端发射的声波与所接收的时刻一同发送到管理服务器，上述管理服务器利用上述便携式位置终端的固有编号、信号生成时刻及从上述节点信号发生器接收声波的时刻，计算上述便携式位置终端的当前位置。

此外，优选上述便携式位置终端包括：终端麦克风，接收由上述节点信号发生器发射的声波；终端位置计算部，包括距离计算部和位置计算部，距离计算部利用通过上述终端麦克风接收的声波信号生成时刻和接收时刻之差计算与上述节点信号发生器之间的距离，位置计算部组合上述计算的距离及绝对位置信息计算自身的当前位置；终端定时器，向上述终端位置计算部的距离计算部提供接收上述声波的当前时刻；终端存储器，记录用于表示上述室内结构的地图(map)；以及显示部，在由上述终端存储器提供的地图上映射由上述终端位置计算部提供的上述便携式位置终端的当前位置信息来显示。

此外，优选还包括管理服务器，该管理服务器从上述节点信号发生器或便携式位置终端接收上述便携式位置终端的当前位置信息来进行记录。

此外，优选上述管理服务器向上述便携式位置终端提供表示上述室内的结构的地图(map)。

此外，优选上述管理服务器将上述地图上显示的对各区域设施的说明或对上述地图上显示的各内容的说明与上述地图一同提供给上述便携式位置终端，上述便携式位置终端显示上述地图、上述说明及上述当前位置。

发明效果

如上所述的本发明的利用声波的位置信息提供系统，利用如百货店、购物广场、博物馆及美术馆等那样的各种室内传播速度相对慢的声波，实时地通知用户的当前位置。

此外，通过便携式位置终端提供用户的当前位置时，一同提供表示室内结构的地图和对设施或内容的附加信息，从而提供多样的应用服务。

附图说明

图1是示出本发明的利用声波的位置信息提供系统提供的地图；

图2是示出本发明的利用声波的位置信息提供系统的位置计算方法的图；

图3是示出本发明的利用声波的位置信息提供系统的结构图；

图4是示出本发明的利用声波的位置信息提供系统的节点信号发生器的结构图；

图5是示出本发明的利用声波的位置信息提供系统的便携式位置终端的结构图；

图6是示出本发明的利用声波的位置信息提供系统的管理服务器的结构图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的优选实施例的利用声波的位置信息提供系统进行详细说明。

下面说明的“室内”是指包括百货店、购物广场、博物馆、美术馆及电影院的多种场所。

首先，如图1所示，在本发明中，在如博物馆或美术馆那样的室内I的各种场所分别固定设置节点信号发生器10。此外，如图2所示，用户(例如，博物馆的观光客等)所携带的便携式位置终端20计算自己的当前位置来告知该用户。

便携式位置终端20包括：为了应用本发明而特别制造并通过出租等形式提供的位置终端；以及用户自身携带的智能手机或平板电脑等便携式通信终端等。

智能手机或平板电脑等藉由另外设置应用程序，可适用本发明，因为可直接应用自身上搭载的麦克风和扬声器，所以具有在一般的便携式通信终端也能够识别声波信号的优点。

为此，在节点信号发生器10发射非可听频段的声波，便携式位置终端20利用接收上述发射的声波所需的时间t以及声波的速度v，计算节点信号发生器10和便携式位置终端20之间的距离(s＝v×t)。

此外，根据各节点信号发生器10的绝对位置信息及便携式位置终端20之间的距离s，计算便携式位置终端20的当前位置后提供当前位置信息。便携式位置终端20的当前位置是通过公知的三角测量法计算，所计算的当前位置表示在表现博物馆等室内结构的地图m上。

例如，在图2中用户移动而位于特定位置时，由多个节点信号发生器(10a～10i)中便携式位置终端20所邻接的5个节点信号发生器(10b，10c，10d，10e，10h)计算各个距离(S1～S5)，并通过这个计算便携式位置终端20的当前位置来表示。

另一方面，如图3所示，本发明包括：节点信号发生器10，分别设在室内多个区域而发射声波，以便提供位置信息；以及便携式位置终端20，接收从上述节点信号发生器10发射的声波来计算并表示当前位置。此外，根据需要可追加管理服务器30。

节点信号发生器10基本上包括节点扬声器14，将声波发射到便携式位置终端20。此外，虽然将在后面叙述，但是也可以追加节点麦克风15来收到便携式位置终端20发射的声波。

便携式位置终端20的一例在博物馆等出租给游客，基本上包括终端麦克风21，接收从节点信号发生器10发射的声波。

特别是，在便携式位置终端20的前面设有显示部25，显示对应于室内结构的地图m。在地图m上显示便携式位置终端20的当前位置20’(“星”形状)。此外，虽然将在后面说明，但是作为一例，在后面追加终端扬声器27，向节点信号发生器10发射声波。

管理服务器(参照图6的30)对便携式位置终端20的移动路径进行追踪和记录，并向便携式位置终端20提供以地图m为主的各种服务信息。虽然图3中也省略图示，但是这种管理服务器30设在包括管理室的各种场所。

更具体来说，节点信号发生器10分别固定设置在室内的特定位置，分别发射包括自身固有编号(ID_node)、绝对位置信息以及信号生成时刻的非可听频段的声波。

节点信号发生器10具备多个，所以为了辨别分别包括自身固有编号(ID_node)。绝对位置信息包括自身被设置位置的纬度、经度及高度等。信号生成时刻表示生成声波的时刻。

如上，在绝对位置信息中使用纬度、经度及高度等的理由是在将适用本发明的终端或其他便携装备等带到室外时，从使用本发明的利用声波的局部测位装置可连续(seamless)向一般的卫星测位装置(GPS)传送信息。

此外，与此相反，在从室外进入室内时，同样是为了由卫星测位装置向本发明的利用声波的局部测位装置连续传送信息。即，为了在使用程序时位于室外时使用卫星测位装置，在室内通过本发明收到地理坐标。

如图4所示，这种节点信号发生器10包括：节点存储器11，节点定时器12，节点声波生成部13，节点扬声器14，节点麦克风15，节点有线无线通信部16以及节点控制部17。

在节点存储器11存储上述的固有编号，绝对位置信息以及信号生成时刻等。当然，除此之外，还存储用于节点信号发生器10的处理的各种应用程序等。

节点定时器12是一种时钟，将当前时刻提供给节点控制部17，以便了解发射声波的时刻。如上所述，从节点定时器12提供的时刻相当于存储在节点存储器11中的信号生成时刻。

节点声波生成部13生成分别包括从节点存储器11提供的固有编号及绝对位置信息，以及从节点定时器12提供的信号生成时刻信息的非可听频段的声波。

使用非可听频段的声波的理由是为了使室内的观光客听不到。通过各种信号处理及信号调制，声波中包含如固有编号等那样的各种信息。

节点扬声器14发射在节点声波生成部13生成的声波。声波除了扬声器之外还可以通过天线或超声波振荡器发送，因此这种天线或超声波振荡器实质上与节点扬声器14相同这一点是当然的。

可根据需要来追加节点麦克风15及节点有线无线通信部16，所述节点麦克风15接收从便携式位置终端20发射的声波，节点有线无线通信部16将所接收的声波传送到管理服务器30。

即，便携式位置终端20向节点信号发生器10发射包括自身固有编号(ID_terminal)和信号生成时刻(t_t)的声波，节点信号发生器10在所接收的声波上搭载接收该声波的时刻(t_n)后传送到管理服务器30。

藉此，除了在便携式位置终端20计算并提供用户的当前位置之外，也可另外在管理服务器30计算便携式位置终端20的当前位置，并将该计算结果一并进行管理。

另一方面，节点控制部17负责以上说明的包括节点存储器11、节点定时器12、节点声波生成部13以及节点有线无线通信部16等的该节点信号发生器10的整个处理。

便携式位置终端20分别接收从多个节点信号发生器10发射的声波，并利用信号生成时刻和接收时刻之差计算与节点信号发生器10之间的距离。并且，组合所计算的距离及绝对位置信息来计算自身的当前位置，将计算的当前位置显示到显示部25。

如图5所示，这种便携式位置终端20包括：终端麦克风21，滤波部21a，终端位置计算部22，终端定时器23，终端存储器24，显示部25，终端声波生成部26，终端扬声器27，终端无线通信部28以及终端控制部29。

终端麦克风21接收从节点信号发生器10发射的声波。但是，可代替终端麦克风21而使用声波接收天线，终端麦克风21和声波接收天线实质上可看成相同结构。

滤波部21a通过终端麦克风21将所接收的声波进行滤波来除去噪声。在这种滤波部21a还可以连接设置低噪声放大器(LNA:Low Noise Amplifier)等。

终端位置计算部22计算该便携式位置终端20的当前位置。这种终端位置计算部22的一例，包括：计算距离的距离计算部22a；以及根据上述计算的距离计算出当前位置的位置计算部22b。

距离计算部22a利用所接收的声波中包含的信号生成时刻(t1)(即，节点信号发生器的声波发射时刻)和接收时刻(t2)(即，从便携式位置终端接收的时刻)之差(t＝t2-t1)，计算节点信号发生器10和便携式位置终端20之间的距离(s＝v×t)。

位置计算部22b组合上述计算的距离和绝对位置信息来计算便携式位置终端20的当前位置。位置计算部22b一般分别计算最近的3个节点信号发生器10之间的距离，与此同时，考虑绝对位置信息来计算公知的三角测量公式等来计算当前位置。

与此同时，通过由该距离计算部22a和位置计算部22b构成的终端位置计算部22，可知道便携式位置终端20位于博物馆等的室内空间中的当前哪个位置。进一步，所计算的当前位置显示于将要后述的显示部25，以通知其持有者(例如观光客等)。

终端定时器23将由接收声波的当前时刻提供给终端位置计算部22的距离计算部22a，以便如上所述可计算出节点信号发生器10和便携式位置终端20之间的距离。

终端存储器24记录基本上表示室内结构的地图m和所计算的当前位置信息。地图m一般由影像文件构成，通过规定的信号处理显示于显示部25。此时，以在地图m同时表示便携式位置终端20的当前位置(参照图3的20')的方式进行映射(mapping)。

此外，在终端存储器24还同时存储与地图m对应的各种信息。各种信息包括如出口、停车位置、便利设施那样的相关各种设施的信息，还包括以对于事务或展示物的说明等作为代表的各种内容的信息。因此，在显示部25显示地图m及信息，以提供更加多样的服务。

显示部25可使用LCD板等，为了提高便利性，可应用搭载了触摸屏的显示屏。在这种显示部25显示表示室内结构的地图m和各种信息，在包括触摸屏时，触摸所显示的特定区域来获得所需的信息。

另一方面，如上所述，终端声波生成部26及终端扬声器27用于将便携式位置终端20的当前位置最终记录到管理服务器30。

即，终端声波生成部26生成包括便携式位置终端20本身的固有编号(ID_terminal)及信号生成时刻(t_t)的非可听频段的声波。终端扬声器27发射在终端声波生成部26生成的声波。

通过节点麦克风15接收到从便携式位置终端20发射的声波，节点信号发生器10在声波上搭载接收声波的时刻(t_n)之后，通过节点有线无线通信部16传送到管理服务器30。管理服务器30利用这一点计算便携式位置终端20的当前位置。

在便携式位置终端20也可以使用代替声波而将数据信号处理的信息直接传送到管理服务器30的方法。此时，使用终端无线通信部28。

如上所述，从管理服务器30获得便携式位置终端20的当前位置的信息的方法，有从便携式位置终端20直接接受传送的方式及通过节点信号发生器10传送的方式，所以可适用任何一种方式。

此外，被传送的信息也可以是直接提供便携式位置终端20的终端位置计算部22计算的当前位置，也可以是直接提供便携式位置终端20的固有编号、声波发射信号、声波到达信号等为主的便携式位置终端20的位置的基本信息。

上面省略说明的终端无线通信部28用于从管理服务器30接收地图m，或向管理服务器30传送当前位置数据等多种用途的通信中，终端控制部29担当该便携式位置终端20的整体处理。

另一方面，本发明优选还包括用于记录便携式位置终端20的当前位置信息的管理服务器30。

如图6所示，这种管理服务器30包括：位置信息数据库31，地图数据库32，引导信息数据库33，服务器有线无线通信部34，服务器位置计算部35以及中央处理器36。

位置信息数据库31实时记录各用户(例如博物馆游客)所持有的便携式位置终端20的固有编号及当前位置。由此，可掌握各用户的移动路径。

因此，提供用户们喜欢的多种服务。例如，还可以用于利用便携式位置终端20的当前位置寻找迷失儿童等多种用途。

地图数据库32存储与该管理服务器30所管理的室内结构对应的地图m。存储在地图数据库32的地图m通过服务器有线无线通信部34被传送到远程便携式位置终端20。在这种地图数据库32当然还保存设在室内的节点信号发生器10的设置位置和固有编号。

在引导信息数据库33先存储对应于地图m的各位置的各种设施或内容的信息(或说明)，之后再将其与地图m一同提供给便携式位置终端20。

服务器位置计算部35从节点信号发生器10接收便携式位置终端20的固有编号及声波生成时刻，以及来自节点信号发生器10的接收时刻及固有编号等，在管理服务器30计算出便携式位置终端20的当前位置。

中央处理器36对上面说明的管理服务器30的各结构的整体进行控制。

工业实用性

以上，说明了本发明的特定实施例。但是，本发明的思想及范围不限于这种特定实施例，对于本发明技术领域的人员应都能理解，在不改变本发明的主旨的范围内，能够进行多种修改和变形。

因此，以上说明的实施例仅仅是为了向本发明所属技术领域的人员告知发明的范畴而提供的，在各方面应理解为仅仅是示例性的而不是限定性的，本发明仅由权利要求范围来定义。

Claims

1.一种利用声波的位置信息提供系统，其特征在于，包括：

多个节点信号发生器(10)，分别固定设置在室内的特定位置，分别发射包括自身固有编号(ID_node)、绝对位置信息、相对位置信息及信号生成时刻的非可听频段的声波，所述非可听频段的声波为可听范围之外的高频或低频声波；以及

便携式位置终端(20)，分别接收由多个上述节点信号发生器(10)发射的声波，利用上述信号生成时刻和接收时刻之差计算与上述节点信号发生器(10)之间的距离，并组合上述计算的距离及绝对位置信息来计算自身的当前位置，将所接收的所有信息发送到管理服务器(30)以计算上述当前位置，并将上述计算的当前位置显示到显示器上，上述计算的当前位置由上述便携式位置终端(20)或上述管理服务器(30)确定，

其中，上述节点信号发生器(10)包括：

节点存储器(11)，记录上述节点信号发生器(10)的固有编号及绝对位置信息；

节点定时器(12)，提供上述信号生成时刻；

节点声波生成部(13)，用于生成上述非可听频段的声波，该非可听频段的声波包括由上述节点存储器(11)提供的固有编号及绝对位置信息、由上述节点定时器(12)提供的信号生成时刻信息；以及

节点扬声器(14)，发射由上述节点声波生成部(13)生成的声波，

其中，上述绝对位置信息包括自身被设置位置的纬度、经度及高度，

其中，上述利用声波的位置信息提供系统还包括上述管理服务器(30)，

上述管理服务器从便携式位置终端(20)接收上述所有信息并根据上述所有信息计算上述便携式位置终端(20)的当前位置，或者上述管理服务器记录由上述便携式位置终端(20)计算的当前位置，其中，上述便携式位置终端(20)的当前位置能够由上述位置信息提供系统外的没有节点位置和便携式位置终端的详细信息的用户访问；或者，

上述节点信号发生器(10)从上述便携式位置终端(20)接收包括上述便携式位置终端(20)的固有编号(ID_terminal)和信号生成时刻(t_t)的声波，并将上述便携式位置终端(20)发射的声波发送到管理服务器(30)，上述管理服务器(30)利用上述便携式位置终端(20)的固有编号(ID_terminal)、信号生成时刻(t_t)、及由各个上述节点信号发生器(10)接收声波的时刻(t_n)或者由上述管理服务器(30)从各个上述节点信号发生器(10)接收数据的时刻，计算上述便携式位置终端(20)的当前位置并对计算的上述便携式位置终端(20)的当前位置进行记录。

2.根据权利要求1所述的利用声波的位置信息提供系统，其特征在于，

上述便携式位置终端(20)包括：

终端麦克风(21)，接收由上述节点信号发生器(10)发射的声波；

终端无线通信部，将上述所接收的所有信息发送到上述管理服务器(30)，使得上述管理服务器(30)能够将所计算的当前位置返回到上述便携式位置终端(20)；

终端位置计算部(22)，包括距离计算部(22a)和位置计算部(22b)，距离计算部利用通过上述终端麦克风(21)接收的声波信号生成时刻和接收时刻之差计算与上述节点信号发生器(10)之间的距离，位置计算部组合上述计算的距离及绝对位置信息计算自身的当前位置；

终端定时器(23)，向上述终端位置计算部(22)的距离计算部(22a)提供接收上述声波的当前时刻；

终端存储器(24)，记录用于表示上述室内的结构的地图(m)(map)；以及

显示部(25)，在由上述终端存储器(24)提供的地图(m)上映射由上述终端位置计算部(22)提供的上述便携式位置终端(20)的当前位置信息来显示。