TW201825868A - 具有高精確度之定位系統 - Google Patents

Abstract

一種具有高精確度之定位系統，至少由定位裝置、輔助定位模組、尋標模組、影像測距模組、處理模組與控制處理模組所構成；前述處理模組係透過前述輔助定位模組所計算出的概略位置資訊，搜尋定位裝置附近的參考點，再根據定位裝置的移動方位自動控制尋標模組之多角度旋轉裝置找尋目標參考點，使影像測距模組可拍攝到所需的參考點，以提供處理模組辨識各參考點並進行測距，接著將各參考點測距之結果與輔助定位模組之定位結果進一步計算，即可獲得定位裝置之精確位置。

Description

具有高精確度之定位系統

本發明係為一種具有高精確度之定位系統；尤指一種利用影像測距定位系統結合無線網路定位系統與(或)GPS定位系統，以提升定位速度與定位精確度之具有高精確度之定位系統。

隨著衛星科技的進步，全球定位系統(Global Position System，GPS)已由早期的軍事用途逐漸發展於一般生活應用上，其中最常見的就是用於目標物的定位與導航。目前市面上的定位裝置(或是導航裝置)大都採用全球定位系統的技術。全球定位系統係結合衛星科技與無線通訊的技術，可提供使用者定位、速度及時間資訊。

然而，全球定位系統的定位與導航需仰賴衛星、定位裝置與導航軟體之間的相互配合才得以順利運作，GPS系統精確定位的關鍵就在於對衛星和接收機之間距離的準確計算，按照固定模式：距離=速度×時間，時間確定之後，速度按電磁波的傳播速度定，即可推算出距離。眾所周知電磁波在真空中的傳播速度很快，但大氣層不是真空狀態，信號要受到電離層和對流層的重重干擾。GPS系統只能對此進行平均計算，在某些具體區域肯定存在誤差，例如在大城市、高架道路、隧道、室內、有遮避物的空間或山區等地區，由於高層建築物及樹木等對信號的影響，也會導致信號的非直線傳播，計算時也會引入一定的誤差，使得定位誤差變大，影響定位精確度及用路人的行車安全。

又，無線區域網路技術也可應用於定位系統中，在無線區域網中的AP(Access Point)接入點或是無線網卡都可以測得無線信號的強度，再通過匹配信號強度的方法進行定位。如台灣發明公開第201520581號「定位方法及其電子裝置」，該電子裝置包括選取單元、儲存單元以及處理單元。選取單元與儲存單元耦接於處理單元。選取單元用以選取電子裝置鄰近的第一參考點，儲存單元用以儲存複數個第二參考點的複數個第二位置資訊。處理單元透過選取單元所選取之第一參考點的第一位置資訊對電子裝置進行單點測距，並從儲存單元選取所儲存的第二位置資訊對電子裝置進行輔助定位，接著將單點測距之結果與輔助定位之結果進一步計算電子裝置之目標位置。該無線區域網路定位係為一種利用無線通訊訊號進行定位的技術，此技術係由定位裝置偵測其周遭多個參考節點的訊號強度，據以推算出定位裝置與各個參考節點之間的近似距離，同時也利用各個參考節點之識別碼找出節點之間的實際位置，從而估算出本身的定位資訊。

然而，大多數的無線通訊標準使用接收信號強度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)來表示通道內的接收信號強度，並依此計算定位裝置與各個參考節點之間的距離。RSSI通常解析度低，而且信號易受干擾而造成接收的效果不佳。

因此，無論GPS定位系統或無線網路定位系統，其定位方式所計算的定位資訊皆不精確，且其誤差甚至達到數公尺不等，端視環境條件而定，最終使得此種定位方式的準確度不佳，且應用上受到許多限制。

為此，本發明者，針對前揭習知定位系統所存在的問題，積多年相關領域之研發與實務經驗，而發明本案。

本發明之目的，是以影像測距定位技術為主，GPS定位技術與無線網路定位技術為輔，將其整合成一系統，以有效的克服習知GPS定位技術之GPS訊號易受到環境、氣候、遮避物干擾而不準確之問題，以及習知無線網路定位技術之參考節點210數量不足與設置密度低而無法準確定位之問題，亦可解決垂直高度位置無法準確定位的問題，無論在大城市、高架道路、隧道、室內、有遮避物的空間或山區等地區皆可輕鬆且準確的完成定位；更可與車隊派遣與管理、人員與貨物之追蹤、區域位置服務與應用(LBS)、地理圍欄(Geotagging)、地理資訊系統(GIS)、急難救助系統與自動機器人等相關產業之技術結合應用，較習知定位技術具有更佳的實用性與經濟效益。

本發明之具有高精確度之定位系統，至少由定位裝置、輔助定位模組、尋標模組、影像測距模組、處理模組與控制處理模組所構成。前述定位裝置係可設置於移動設備上；前述輔助定位模組係用於偵測估算前述定位裝置的定位資訊，以獲得定位裝置的概略位置；前述尋標模組設多角度旋轉裝置；前述影像測距模組係設置於前述尋標模組上，以利用前述尋標模組帶動影像測距模組找尋參考點之位置，並透過影像測距模組自動辨識測量該定位裝置與參考點之相對位置，前述影像測距模組設第一攝像機，並利用第一攝像機攝錄影像；前述處理模組係與前述輔助定位模組、尋標模組與影像測距模組互相耦接，前述處理模組設資料庫；前述控制處理模組得設置於前述定位裝置上，或得為一無線控制裝置，前述控制處理模組係訊號連接前述處理模組，以透過控制處理模組操控定位裝置之運作、設定及檢測。

本發明之具有高精確度之定位系統，其中前述影像測距模組設第二攝像機，以與第一攝像機形成雙攝像結構，該雙攝像結構係模擬人類視覺，利用兩攝像機之鏡頭內對於參考點位置之視差計算該定位裝置與參考點之距離，並根據左、右鏡頭內參考點位置之移動來計算定位裝置之相對位移。前述第二攝像機得為具有光柵及夜視功能之攝像機，以提升影像測距模組的功能性與準確度；且前述影像測距模組之第一攝像機與第二攝像機得作為行車記錄器使用，使第一攝像機與第二攝像機之攝錄影像得被儲存記錄。

本發明之具有高精確度之定位系統，其中前述影像測距模組得用於偵測特定目標物，並同步計算該目標物與定位裝置之相對距離，並設置一相對距離的門檻值，當該目標物與定位裝置之相對距離小於門檻值時，處理模組即會發出一警示訊號，以通知附近人員進行回避，或讓移動設備進行迴避，確保交通安全。

本發明之具有高精確度之定位系統，其中前述輔助定位模組得為GPS定位模組；或無線網路定位模組；或同時包含GPS定位模組與無線網路定位模組。

為了更進一步了解本發明，該最佳之具有高精確度之定位系統之實施方式如圖式１～６所示，至少包含：

定位裝置1，可設置於各種移動設備10上，並與移動設備10電性連接，前述移動設備10得為車輛、自動除草機、自動耕耘機、自動清潔機器人、救災機器人或保全機器人等等，端視使用需求而定。前述定位置1得設置電子羅盤10，以掌握定位裝置1之方位。

輔助定位模組2，係連接前述定位裝置 1，前述輔助定位模組2得為GPS定位模組20；或無線網路定位模組21；或同時包含GPS定位模組20與無線網路定位模組21，端視使用需求而定。前述輔助定位模組2係用於偵測估算前述定位裝置1的定位資訊，以獲得定位裝置1的概略位置，例如透過GPS定位模組20可取得定位裝置1的概略座標位置；或是透過無線網路定位模組21可使定位裝置1偵測附近周圍的參考節點210(可為自行佈設的Wi-Fi接入點或電信業者所設置Wi-Fi接入點或無線基地台)的媒體存取控制位址(Media Access Control Address，MAC)，利用定位裝置1周遭多個參考節點210的識別碼找出各參考節點210的實際位置，同時利用定位裝置1所收到各個參考節點210之訊號強度，以分析各參考節點210與定位裝置1之間的相對距離，據以推算出定位裝置1與各個參考節點210的相對概略位置（如圖２所示）。

尋標模組3，係連接前述定位裝置1，該尋標模組3設多角度旋轉裝置30，使尋標模組3得進行水平向與垂直向的多角度旋轉操作，如此即可讓尋標模組3配合處理模組5以達到自動尋標操作之功效。

影像測距模組4，係設置於前述尋標模組3上，以利用前述尋標模組3帶動影像測距模組4找尋參考點40之位置，並透過影像測距模組4自動辨識測量該定位裝置1與參考點40之相對位置；前述參考點40係為預先建置於特定座標上之識別點，例如識別標籤(例如可貼設於牆上、電線桿上或其它固定物上之具有特徵圖案之標籤)、建築物(例如靠示牌、變電箱、郵筒或消防栓)或特定裝飾物(例如可識別之大樹、建築物之裝飾物等)，且前述參考點40之位置座標及位置資訊亦預先儲存在處理模組5之資料庫50內(該參考點40之資料可自行建置或配合Google街景圖之影像資料庫建置)，方便尋標模組3尋找相對應的各參考點40。前述影像測距模組4設第一攝像機41，並利用第一攝像機41攝錄影像；前述影像測距模組4得設置第二攝像機42，以形成雙攝像結構，該雙攝像結構係模擬人類視覺，利用兩攝像機之鏡頭內對於參考點40位置之視差計算該定位裝置1與參考點40之距離，並根據左、右鏡頭內參考點40位置之移動來計算定位裝置1之相對位移，於取得定位裝置1之座標及方位後，即可計算鏡頭內其它參考點40之位置座標，並儲存到處理模組5，以供校正各參考點40之資訊並做為下一次計算使用。前述第二攝像機42得為具有光柵及夜視功能之攝像機，以提升影像測距模組4的功能性與準確度。

前述影像測距模組4之第一攝像機41與第二攝像機42得作為行車記錄器使用，使第一攝像機41與第二攝像機42之攝錄影像得被儲存記錄。前述影像測距模組4得用於偵測特定目標物(例如車輛、建築物、水溝、水池、凹洞、障礙物、人、動物或其它可移動物品)，並同步計算該目標物與定位裝置1之相對距離，並設置一相對距離的門檻值，當該目標物與定位裝置1之相對距離小於門檻值時，處理模組5即會發出一警示訊號，以通知附近人員進行回避，或讓移動設備10進行迴避，確保交通安全。

處理模組5，係設置於前述定位裝置1上，並與前述輔助定位模組2、尋標模組3與影像測距模組4互相耦接，前述處理模組5設資料庫50，以儲存影像測距模組4之參考點40的位置資訊以及其它系統資訊；前述處理模組5係透過前述輔助定位模組2所計算出的概略位置資訊，搜尋其附近的參考點40，再根據定位裝置1的移動方位自動控制尋標模組3之多角度旋轉裝置30找尋目標參考點40，使影像測距模組4可拍攝到所需的參考點40，以提供處理模組5辨識各參考點40並進行測距，接著將各參考點40測距之結果與輔助定位模組2之定位結果進一步計算，即可獲得定位裝置1之精確位置。經本案發明人實際測試，此定位系統可達到公釐級(mm)的高準確度。

控制處理模組6，得設置於前述定位裝置1上(例如人機介面控制裝置)，或得為一無線控制裝置(例如電腦、手機或平板)，前述控制處理模組6係訊號連接前述處理模組5，以透過控制處理模組6操控定位裝置1之運作、設定及檢測。

如圖３～６所示，本發明之具有高精確度之定位系統在使用時，係預先將定位裝置1連接設置在移動設備10上，透過輔助定位模組2可先定位出該定位裝置1所在位置的概略位置，此時輔助定位模組2即會將該定位裝置1所在位置的概略位置傳送到處理模組5，處理模組5即可根據該概略位置的座標搜尋其附近的參考點40，再根據定位裝置1的移動方位自動控制尋標模組3之多角度旋轉裝置30找尋目標參考點40，如此即可讓影像測距模組4根據所拍攝到的參考點40立即計算出該定位裝置1的精確位置。由於各參考點40皆有完整的座標資訊，且包含有垂直軸向(Z向量)之位置資訊，透過足夠數量的參考點40即可計算出定位裝置1在空間中的實際三維座標位置並進行定位，以有效解決習知GPS定位系統與無線網路定位系統僅能定位平面位置之缺陷。

再者，本發明之定位系統可依照使用需求選擇輔助定位模組2，當使用無線網路定位模組21時，利用無線區域網路定位分佈密度高、具有訊號覆蓋範圍大的特點，透過找尋附近地區中所有參考節點210的位置，再經由附近之參考節點210判斷目標物的概略位置，即可大幅簡化定位技術之運算量，並解決現有室內外定位系統所受環境限制之問題，此技術相較於衛星導航定位技術或者全區域影像掃瞄具有更快的定位速度與穩定度。此外，當輔助定位模組2同時採用GPS定位模組20與無線網路定位模組21時，可透過處理模組5的程式設計，依照所接收到的訊號條件，自行切換較佳的定位系統，如此即可確保輔助定位模組2在各種環境條件下皆可達到最佳的處理速度與定位效果。

是以，本發明以準確度較高之影像測距定位技術為主，再以定位速度較快之GPS定位技術與無線網路定位技術為輔，將其整合成一系統，即可有效的克服習知GPS定位技術之GPS訊號易受到環境、氣候、遮避物干擾而不準確之問題，以及習知無線網路定位技術之參考節點210數量不足與設置密度低而無法準確定位之問題，達到快速定位與具有高精確度之功效；本發明之定位系統具備三維定位之精確度，做為一般車輛的導航機可有效的克服垂直高度位置無法準確定位的問題，且無論在大城市、高架道路、隧道、室內、有遮避物的空間或山區等地區皆可輕鬆且準確的完成定位，提升導航定位的品質與實用性。此外，本發明之定位系統亦可與車隊派遣與管理、人員與貨物之追蹤、區域位置服務與應用(LBS)、地理圍欄(Geotagging)、地理資訊系統(GIS)、急難救助系統與自動機器人等相關產業之技術結合應用，具有較習知定位技術更佳的實用性與經濟效益，為本案之組成。

前述之實施例或圖式並非限定本發明之態樣或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

1‧‧‧定位裝置

10‧‧‧移動設備

2‧‧‧輔助定位模組

20‧‧‧GPS定位模組

21‧‧‧無線網路定位模組

210‧‧‧參考節點

3‧‧‧尋標模組

30‧‧‧多角度旋轉裝置

4‧‧‧影像測距模組

40‧‧‧參考點

41‧‧‧第一攝像機

42‧‧‧第二攝像機

5‧‧‧處理模組

50‧‧‧資料庫

6‧‧‧控制處理模組

圖１是本發明之架構方塊圖。 圖２是本發明之輔助定位模組之無線網路定位模組之定位方式之示意圖。 圖３是本發明之實施例之前視圖。 圖４是圖３之部分放大圖。 圖５是本發明之實施例之後視圖。 圖６是圖５之部分放大圖。

Claims (10)

1. 一種具有高精確度之定位系統，至少包含： 定位裝置； 輔助定位模組，係連接前述定位裝置 ，前述輔助定位模組係用於偵測估算前述定位裝置的定位資訊，以獲得定位裝置的概略位置； 尋標模組，係連接前述定位裝置，該尋標模組設多角度旋轉裝置，使尋標模組得進行水平向與垂直向的多角度旋轉操作； 影像測距模組，係設置於前述尋標模組上，以利用前述尋標模組帶動影像測距模組找尋參考點之位置，並透過影像測距模組自動辨識測量該定位裝置與參考點之相對位置；前述參考點係為預先建置於特定座標上之識別點，且前述參考點之位置座標及位置資訊亦預先儲存在處理模組之資料庫內，方便尋標模組尋找相對應的各參考點；前述影像測距模組設第一攝像機，並利用第一攝像機攝錄影像； 處理模組，係設置於前述定位裝置上，並與前述輔助定位模組、尋標模組與影像測距模組互相耦接，前述處理模組設資料庫；前述處理模組係透過前述輔助定位模組所計算出的概略位置資訊，搜尋其附近的參考點，再根據定位裝置的移動方位自動控制尋標模組之多角度旋轉裝置找尋目標參考點，使影像測距模組可拍攝到所需的參考點，以提供處理模組辨識各參考點並進行測距，接著將各參考點測距之結果與輔助定位模組之定位結果進一步計算，即可獲得定位裝置之精確位置； 控制處理模組，得設置於前述定位裝置上，或得為一無線控制裝置，前述控制處理模組係訊號連接前述處理模組，以透過控制處理模組操控定位裝置之運作、設定及檢測。
2. 根據申請專利範圍第１項之具有高精確度之定位系統，其中前述影像測距模組設第二攝像機，以與第一攝像機形成雙攝像結構，該雙攝像結構係模擬人類視覺，利用兩攝像機之鏡頭內對於參考點位置之視差計算該定位裝置與參考點之距離，並根據左、右鏡頭內參考點位置之移動來計算定位裝置之相對位移。
3. 根據申請專利範圍第２項之具有高精確度之定位系統，其中前述第二攝像機得為具有光柵及夜視功能之攝像機，以提升影像測距模組的功能性與準確度。
4. 根據申請專利範圍第２項之具有高精確度之定位系統，其中前述影像測距模組之第一攝像機與第二攝像機得作為行車記錄器使用，使第一攝像機與第二攝像機之攝錄影像得被儲存記錄。
5. 根據申請專利範圍第１項之具有高精確度之定位系統，其中前述影像測距模組得用於偵測特定目標物，並同步計算該目標物與定位裝置之相對距離，並設置一相對距離的門檻值，當該目標物與定位裝置之相對距離小於門檻值時，處理模組即會發出一警示訊號，以通知附近人員進行回避，或讓移動設備進行迴避，確保交通安全。
6. 根據申請專利範圍第１至５項任一項之具有高精確度之定位系統，其中前述定位裝置係設置於移動設備上，該移動設備得為車輛、自動除草機、自動耕耘機、自動清潔機器人、救災機器人或保全機器人。
7. 根據申請專利範圍第１至５項任一項之具有高精確度之定位系統，其中前述定位置設電子羅盤，以掌握定位裝置之方位。
8. 根據申請專利範圍第１至５項任一項之具有高精確度之定位系統，其中前述輔助定位模組係為GPS定位模組。
9. 根據申請專利範圍第１至５項任一項之具有高精確度之定位系統，其中前述輔助定位模組係為無線網路定位模組。
10. 根據申請專利範圍第１至５項任一項之具有高精確度之定位系統，其中前述輔助定位模組係為GPS定位模組與無線網路定位模組。