TW201433808A - 移動體之偵測定位系統與方法 - Google Patents

Abstract

一種移動體之偵測定位系統與方法，該偵測定位系統包含一設置於移動體上並可發送RSSI訊號之移動模組、多個參考點模組及一計算點模組。該等參考點模組可讀取移動模組之RSSI，並可以一偵測訊號偵測該移動模組，且將自身座標資料、RSSI與偵測結果對外無線發送。計算點模組由該等參考點模組之座標資料、RSSI，及偵測結果，準確定位出該移動模組座標。透過該等參考點模組分別讀取該移動模組之RSSI，且可以偵測移動模組是否存在其偵測訊號發射方向的設計，可大幅提高該計算點模組定位出之移動模組的準確座標的準確度。

Description

移動體之偵測定位系統與方法

本發明是有關於一種定位系統與定位方法，特別是指一種結合RSSI偵測技術的定位系統與定位方法。

目前常見的定位技術中，最為大家所知悉且較常使用的要屬GPS(全球衛星定位系統)。但是因為這種定位技術使用了GPS技術，因此必須支付昂貴的費用，且GPS的定位容易受到天氣與建築物等的遮蔽影響，有時會出現定位不佳或無法定位的情况，所以一般來說，GPS定位技術較適合用於空曠地區，在多層建築物結構內的室內定位效果不是很好。

近年來，隨著無線傳感技術的進步，已發展出所謂RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信號强度指示)定位技術，此技術雖然大大降低對硬體設備的要求，且方便進行建築物內之移動體的定位偵測，但實際使用時，卻常因為相關設備在各個方向上發出的信號强弱不同，而經常出現過大之定位誤差，整體技術上仍有待改良。

因此，本發明之目的，即在提供一種可準確進行移動體之偵測定位的偵測定位系統。

本發明之另一目的，即在提供一種可準確進行移動體之偵測定位的偵測定位方法。

於是，本發明移動體之偵測定位系統，適用於即時偵測在一空間內移動之移動體位置，該偵測定位系統包含一移動模組、多個參考點模組，及一計算點模組。該移動模組是設置於所述移動體上，並可朝各方向無線發送一接受信號強度指示(RSSI)訊號。該等參考點模組是分別定位在所述空間內之不同座標位置，且分別內建有一座標資料，分別可讀取該接受信號強度指示(RSSI)訊號，並可朝特定方向發送偵測訊號，偵測在該偵測訊號發射方向之偵測訊號發射範圍內是否存在該移動模組，而對應輸出一偵測結果，且會將其座標資料、接收之接受信號強度指示(RSSI)與該偵測結果以一數據封包對外無線發送。該計算點模組是可無線接收讀取該等參考點模組之數據封包，並可由該等數據封包之座標資料、接受信號強度指示(RSSI)，以及有偵測到該移動模組存在之參考點模組的偵測訊號發送方向，定位出一代表該移動模組在所述空間中之座標位置的準確座標點。

於是，本發明移動體之偵測定位方法，包含以下步驟：(a)使該移動模組朝各方向無線發送一接收信號強度指示(RSSI)訊號；(b)使該等參考點模組分別讀取該移動模組的接收信號強度指示(RSSI)訊號，並分別以一偵 測訊號偵測該移動模組，並使每一參考點模組4將其自身的座標資料、讀取之該接收信號強度指示(RSSI)訊號，及該偵測訊號之偵測結果對外無線發送；及(c)使該計算點模組接收該等參考點模組發送之座標資料、讀取之該接收信號強度指示(RSSI)，及該偵測訊號之偵測結果，並計算出該移動體的座標。

本發明之功效：透過該等參考點模組分別讀取該移動模組之RSSI，且可以偵測移動模組是否存在其偵測訊號發射方向的設計，可大幅提高該計算點模組定位出之移動模組的準確座標的準確度。

3‧‧‧移動模組

31‧‧‧指示訊號發送單元

32‧‧‧定時單元

4‧‧‧參考點模組

41‧‧‧訊號讀取單元

42‧‧‧偵測單元

420‧‧‧偵測訊號發射範圍

43‧‧‧封包發送單元

5‧‧‧計算點模組

51‧‧‧訊號接收單元

52‧‧‧計時單元

53‧‧‧三點定位單元

530‧‧‧三圓交集區域

531‧‧‧圓形區域

532‧‧‧兩圓交會點

533‧‧‧概略座標點

534‧‧‧準確座標點

54‧‧‧校準單元

55‧‧‧訊號發送單元

6‧‧‧定位顯示模組

61‧‧‧節點單元

62‧‧‧顯示單元

63‧‧‧座標標示單元

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明移動體之偵測定位系統之功能方塊圖；圖2是該較佳實施例於一空間中之配置示意圖；圖3是該較佳實施例之一個三點定位單元進行三點定位時的功能示意圖；圖4是該較佳實施例進行移動體之偵測定位的步驟流程圖。

如圖1、2、3所示，本發明移動體之偵測定位系統的較佳實施例，適用於安裝架設在一個空間中，而用以即時偵測定位在該空間中移動之移動體(圖未示)的位置 ，所述移動體可以是物品或動物體，例如可用以定位出停車場內之某一車輛的位置、定位出博物館中之某位參觀者的位置等，或者是對一安防空間內之人員位置的安防管制。但實施時，所述移動體與空間類型皆不以上述為限。為方便說明，以下是以應用設置在一安防空間為例進行說明，在本實施例中，該安防空間會具有一非重點區域，及一緊鄰該非重點區域之重點區域，其中，該重點區域不可有人員進入。

該定位系統包含一移動模組3、一計算點模組5、多個參考點模組4，及一定位顯示模組6。

該移動模組3包括一指示訊號發送單元31，及一定時單元32，該移動模組3可供安裝於所述移動體上，例如以識別證模式配掛在一位被限定僅能在該非重點區域活動之人員身上，該指示訊號發送單元31可間歇地自動對外無線發送一接收信號強度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)訊號(以下簡稱RSSI訊號)，該定時單元32可供設定該指示訊號發送單元31間歇發送該RSSI訊號的間歇時間，該間歇時間可以是數秒、數分鐘，甚至是數小時，例如每隔30秒或1小時發送一次該RSSI訊號。

該等參考點模組4是分別安裝定位在所述安防空間之重點區域內的不同座標位置，且分別內建有一相對所述安防空間之某一座標基準點(圖未示)的座標資料，在本實施例中，該等參考點模組4之座標為平面之二維座標。每一參考點模組4包括一訊號讀取單元41、一偵測單元42 ，及一封包發送單元43。

該訊號讀取單元41可無線接收讀取該移動模組3發送之RSSI訊號，該偵測單元42會於該訊號讀取單元41讀取該RSSI訊號後，朝該重點區域之特定方向發送一偵測訊號，並偵測在該偵測訊號發射方向的偵測訊號發射範圍420中是否有該移動體存在，而對應輸出一偵測結果。該封包發送單元43會將其內建之座標資料、該訊號讀取單元41讀取之RSSI與該偵測結果彙整成一個數據封包，並對外無線發送。

在本實施例中，該偵測單元42為可發射與接收紅外線訊號之設備，而該偵測訊號為紅外線訊號，該偵測單元42是藉由朝特定方向發射紅外線偵測訊號，並感測分析是否有移動體反射該偵測訊號，進而判斷出在其偵測範圍內是否存在該移動體，也就是否存在該移動模組3，而對應輸出該偵測結果。但實施時，該偵測單元42也可以是指向性無線電設備，所述偵測訊號為無線電波訊號，但實施時，偵測單元42與偵測訊號類型不以此為限。且因透過偵測分析反射訊號來判定偵測訊號前方式否有物體為習知技術，因此不再詳述。

該計算點模組5是設置定位在所述安防空間中，且同樣內建有一相對該座標基準點之座標資料，並無線訊號連接於該等參考點模組4與該定位顯示模組6間，該計算點模組5包括一個可無線接收該等數據封包的訊號接收單元51、一個計時單元52、一個三點定位單元53、一個 校準單元54，及一個訊號發送單元55。

該計時單元52可供設定該訊號接收單元51能夠接收數據封包的接收時間，且會於該訊號接收單元51每次開始接收到數據封包時，開始計時該接收時間，且該訊號接收單元51會於該接收時間計時結束後，立即停止數據封包之接收。

該三點定位單元53會自該訊號接收單元51接收之該等數據封包中選出RSSI訊號強度最強的三個參考點模組4，並利用RSSI強度與傳輸距離(d)的關係式，如式(1)所示，計算出這三個參考點模組4分別與該移動模組3間的距離(d1、d2、d3)，再透過三點定位方法，以該等參考點模組4為中心，並分別以該等距離(d1、d2、d3)為半徑，而分別求出三個圓形區域531，且該等圓形區域531交集出一個三圓交集區域530，該三圓交集區域530即可能就是該移動模組3所在位置。接著，配合該等參考點模組4之座標資料，找出此三圓交集區域530的三個兩圓交會點532的交點座標，並將該等交點座標之座標值分別取平均，而獲得該移動模組3在所述安防空間中，相對該座標基準點的一概略座標點533。

，A,N為空間參數 (式1)

接著，該校準單元54會依據前述三個參考點模組4之偵測結果，將該三點定位單元53計算出之概略座標點533的座標位置校正調移至同時位在有偵測到該移動體之每一參考點模組4的偵測訊號發射範圍420中，而得到 一代表該移動模組3目前在所述安防空間內之準確位置的準確座標點534。若該概略座標點533的座標位置已同時落在有偵測到該移動體之所有參考點模組4之偵測訊號發射範圍420內，則會以該概略座標點533之座標位置作為該準確座標點534。

該訊號發送單元55會無線發送一含有該準確座標點534之座標資料的準確座標點資料至該定位顯示模組6。

該定位顯示模組6包括一節點單元61、一顯示單元62，及一座標標示單元63。該節點單元61可無線接收該訊號發送模組55發送之準確座標點資料。

該座標標示單元63內建有一代表所述安防空間之非重點區域與重點區域的空間形態的二維平面座標系統、一與該二維平面座標系統對應之空間影像，及該等參考點模組4與計算點模組5在該二維平面座標系統中的座標資料，且可驅使該顯示單元62顯示出該空間影像，並會依據該節點單元61接收之準確座標點資料，在該空間影像中即時標示出代表該移動模組3之準確座標點534的座標位置，而該移動模組3的座標位置就是該移動體目前在該空間中的位置，此時即完成該移動體之偵測定位。

本發明移動體之偵測定位系統之實施舉例說明如下：

當該計算點模組5定位出該移動體之概略座標點533是位在該重點區域內，且其中一個或多個參考點模 組4之偵測結果也顯示有移動體位在該重點區域時，此時，會以該概略座標點533作為準確座標點534，並可確認該移動體之目前座標是位在其不該進入之重點區域，則安防警衛人員需立即採取必要安防措施，但若沒有任何參考點模組4有測得移動體時，表示無移動體在該重點區域，則將該移動體之概略座標點533校正至該非重點區域內，而獲得該準確座標點534。

同樣的，若該計算點模組5定位之移動體的概略座標點533是落在該非重點區域，但有其中一個或多個參考點模組4在該重點區域中測得該移動體時，則該計算點模組5會將該概略座標點533校準至該重點區域內。

如圖1、2、4所示，本發明移動體之偵測定位系統使用時，可先針對所述安防空間，於該座標標示單元63中建立一個二維平面座標系統，並於該安防空間內設置定位該等參考點模組4、計算點模組5與節點單元61，並調整該等參考點模組4之偵測訊號於該重點區域內的偵測方向，並於該座標標示單元63中設定等參考點模組4與計算點模組5之座標資料，然後將該移動模組3安裝於待偵測定位之移動體上，就可進行移動體之定位偵測。

由於該移動模組3每隔一預設間歇時間就會自動發送RSSI訊號，所以該等參考點模組4也會於每次接收到RSSI訊號時，對應送出數據封包至該計算點模組5，該計算點模組5會就其在預設之接收時間內所接收該等數據封包中，挑選出讀取之RSSI訊號最強的三個參考點模組4 ，並先透過該三點定位單元53找出移動模組3於該二維平面座標系統中之概略座標點533後，再利用該校準單元54針對該等數據封包中的偵測結果，將該概略座標點533校準至有偵測到移動體之參考點模組4的偵測訊號發射範圍420內，而定位出該移動模組3目前在該二維平面座標系統中的準確座標點534，並經由該定位顯示模組6於該顯示單元62顯示之空間影像中，即時標示定位出該移動模組3座標位置。且隨著該移動體之移動與該移動模組3每隔一預定間歇時間所發送之RSSI訊號，就可隨時地即時偵測定位出該移動體在該安防空間之準確座標點534的座標位置。

也就是說，本發明移動體之偵測定位系統可先透過RSSI與三點定位技術獲知設置有該移動模組3之移動體的身份與概略座標後，再透過該等參考點模組4來偵測移動體是否出現在其偵測範圍中，來達到準確定位移動體座標之目的。

在本實施例中，該偵測定位系統僅設置一個計算點模組5，而該定位顯示模組6也僅設置一個節點單元61，但實施時，可於該安防空間中分布設置多個計算點模組5與節點單元61，以方便在該安防空間內之各個座標位置皆可順利接收到該等參考點模組4之數據封包，與該等計算點模組5發送之移動模組3的準確座標點資料，且藉由此設計，該定位顯示模組6可方便透過分析該等計算點模組5所回傳之同一移動模組3的準確座標點資料，而獲得一更加準確之移動模組3座標。

綜上所述，透過該等參考點模組4分別讀取該移動模組3之RSSI訊號，且可以偵測移動體是否存在其偵測訊號發射方向的設計，可大幅提高該計算點模組5定位出之移動模組3的準確座標點534的準確度，可改善習知單純利用RSSI進行定位時，會因對應設備在各方向之RSSI強弱差異所產生之嚴重定位誤差情況。且可進一步配合該定位顯示模組6可在一與所述空間對應之空間影像中標示出該移動模組3之準確座標點534座標位置的設計，方便使用者了解設置該移動模組3之移動體目前在該空間中的位置，有助於進行移動體之移動管控，相當方便實用。因此，確實可達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧移動模組

4‧‧‧參考點模組

5‧‧‧計算點模組

61‧‧‧節點單元

62‧‧‧顯示單元

63‧‧‧座標標示單元

Claims (11)

1. 一種移動體之偵測定位系統，適用於即時偵測定位在一空間內移動之移動體的位置，並包含：一移動模組，設置於所述移動體上，並可朝各方向無線發送一接受信號強度指示(RSSI)訊號；多個參考點模組，分別定位在所述空間內之不同座標位置，且分別內建有一座標資料，分別可讀取該接受信號強度指示(RSSI)訊號，並可朝特定方向發送偵測訊號，偵測在該偵測訊號發射方向之偵測訊號發射範圍內是否存在該移動體，而對應輸出一偵測結果，且會將其座標資料、接收之接受信號強度指示(RSSI)與該偵測結果以一數據封包對外無線發送；及一個計算點模組，可無線接收讀取該等參考點模組之數據封包，並可由該等數據封包之座標資料、接受信號強度指示(RSSI)，以及有偵測到該移動體存在之參考點模組的偵測訊號發送方向，定位出一代表該移動模組在所述空間中之座標位置的準確座標點。
2. 如請求項1所述之移動體之偵測定位系統，其中，該等參考點模組分別包括一訊號讀取單元、一偵測單元，及一封包發送單元，該訊號讀取單元可無線接收讀取該接受信號強度指示(RSSI)訊號，該偵測單元可朝特定方向發送偵測訊號，並偵測在該偵測訊號發射方向是否存在該移動體，而對應輸出該偵測結果，該封包發送單元會將其座標資料、接收之接受信號強度指示(RSSI)與該偵 測結果以一數據封包對外無線發送。
3. 如請求項2所述之移動體之偵測定位系統，其中，該計算點模組包括一訊號接收單元、一個三點定位單元，及一校準單元，該訊號接收單元可無線接收讀取該等參考點模組之數據封包，該三點定位單元可自該訊號接收單元接收之該等數據封包中選出三個接受信號強度指示(RSSI)最強的參考點模組，並以此三個接受信號強度指示(RSSI)與該等參考點模組之座標，計算出一代表該移動模組之概略座標點，該校準單元可依據此三個參考點模組之偵測結果，將該概略座標點校正調移至有偵測到該移動模組存在之每一參考點模組的偵測訊號發射範圍內，而獲得一代表該移動模組的準確座標點。
4. 如請求項3所述之移動體之偵測定位系統，其中，計算點模組還包括一可供設定該訊號接收單元能夠接收數據封包之接收時間的計時單元，且該計時單元會於該訊號接收單元初次收到數據封包後開始計時該接收時間，該訊號接收單元會於該接收時間計時結束後，停止接收數據封包。
5. 如請求項3所述之移動體之偵測定位系統，其中，該計算點模組還包括一可發送一含有該準確座標點之座標位置的準確座標點資料之訊號發送單元，該偵測定位系統還包含一定位顯示模組，該定位顯示模組包括一可接收讀取該訊號發送單元發送之準確座標點資料的節點單元、一顯示單元，及一座標標示單元，該座標標示單 元可驅使該顯示單元顯示出一空間影像，且可依據該節點單元接收之準確座標點資料的準確座標點，於顯示單元顯示之空間影像中即時標示出代表該移動模組之該準確座標點。
6. 如請求項1所述之移動體之偵測定位系統，其中，該移動模組包括一可間歇地無線發送該接受信號強度指示(RSSI)訊號的指示訊號發送單元，及一可供設定該指示訊號發送單元間歇發送該接受信號強度指示(RSSI)訊號之間歇時間的定時單元。
7. 一種移動體之偵測定位系統的偵測定位方法，該偵測定位系統包含多個參考點模組、一計算點模組，及一設置在一移動體上的移動模組，包含以下步驟：(a)使該移動模組朝各方向無線發送一接收信號強度指示(RSSI)訊號；(b)使該等參考點模組分別讀取該移動模組的接收信號強度指示(RSSI)訊號，並分別以一偵測訊號偵測該移動體，並使每一參考點模組將其自身的座標資料、讀取之該接收信號強度指示(RSSI)，及該偵測訊號之偵測結果對外無線發送；及(c)使該計算點模組接收該等參考點模組發送之座標資料、讀取之該接收信號強度指示(RSSI)，及該偵測訊號之偵測結果，並計算出該移動體的座標。
8. 如請求項7所述之移動體之偵測定位方法，其中，步驟(c)是使該計算點模組選出接收信號強度指示(RSSI)強 度最強的三個參考點模組，並以該等接收信號強度指示(RSSI)求出此三個參考點模組分別與該移動模組間的距離，然後以該等距離數值及該等參考點模組之座標，透過三點定位方法求出一代表該移動模組之概略座標點，並依據該等參考點模組之偵測結果，將求得之概略座標點校正至有偵測到移動體存在之參考點模組的偵測訊號發射範圍中，而得到一代表該移動模組之準確座標點。
9. 如請求項8所述之移動體之偵測定位方法，其中，步驟(c)計算點模組是以該等參考點模組為中心，並以測得之該等參考點模組與移動模組間的距離為半徑分別畫出三個交集的圓形區域，而得到在此一個三圓交集區域的三個兩圓交會點的交點座標，並求取該等交點座標之平均值而獲得該概略座標點。
10. 如請求項8所述之移動體之偵測定位方法，其中，步驟(c)計算點模組是在開始收到一參考點模組無線發送之座標資料、讀取之該接收信號強度指示(RSSI)，及該偵測訊號之偵測結果後，開始計時一接收時間，並於該接收時間內選出接收信號強度指示(RSSI)強度最強的三個參考點模組。
11. 如請求項8所述之移動體之偵測定位方法，還包含一步驟(d)依據該計算點模組定位出之移動模組的準確座標點，於一空間影像中即時標示出該準確座標點。