TWI489126B - 一種動態無線訊號強度修正系統與方法 - Google Patents

一種動態無線訊號強度修正系統與方法 Download PDF

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Description

一種動態無線訊號強度修正系統及方法
本揭露是有關一種動態無線訊號強度修正系統及方法。
由於智慧行動裝置的普及,使得3G/WiFi無線網路使用率大幅提升,進而帶動無線網路佈建需求,以及帶動基於無線網路之應用。除了遊戲或是社群網路外,在智慧行動裝置中一個非常重要的應用即是定位系統。其衍生應用如行動個人導航及適地性服務(Location Based Service,LBS)。一般定位系統可分為戶外定位系統(由GPS定位)與室內定位系統。相較於戶外定位系統,無線訊號定位系統可佈建於室內無法接收到衛星訊號之處,成為室內定位系統中不可或缺的技術。
常見的無線訊號室內定位方法主要分為以訊號衰減模型為基礎之三角定位法、以統計為基礎之機率模型法、及以機器學習為基礎之樣式比對法三種。三角定位法及機率模型法容易因為不同室內環境的差異性而造成較大的定位誤差,因此大多數的定位系統採用樣式比對的方式進行定位。然而,不論是何種方法,都須假設無線訊號發射源所發射之訊號必須為穩定之訊號,不可隨時間的不同而有所差異。但實際上,無線訊號源可能會因為傳輸品質及本身穩定度不足等因素,在不同時間點被量測出不同強度 的訊號,而造成定位精準度的下降。三角定位法必須將環境因素考慮至衰減模型中,並隨著不同環境調整不同參數,而樣式比對法則需重新建立資料庫。然而,實際的室內環境難以使用單一衰減模型搭配某些參數就可完全符合,而重新建立資料庫又無法即時反應變化的訊號。目前常見的行動裝置中除了無線訊號收發器外,也包含了各種慣性測量元件(IMU),如電子羅盤。傳統的室內定位系統皆未深入結合慣性量測元件及地圖資訊以協助進行室內定位。此外,儘管電子羅盤可以提供裝置的朝向資訊,但其量測之數值容易被地磁或室內空間擺設影響其正確性,讓電子羅盤之可用性大幅降低。
本揭露實施例提供一種動態無線訊號強度修正系統及方法。
在一實施例中,本揭露是關於一種動態無線訊號強度修正系統,配合至少一個具備運算與無線訊號收發能力之移動式無線訊號收發裝置及至少一個無線訊號觀察裝置,此系統包含:兩個以上之固定式無線訊號收發裝置,以提供此移動式無線訊號收發裝置及此無線訊號觀察裝置之至少一種無線訊號源,並收發此移動式無線訊號收發裝置之至少一無線訊號,其中,此無線訊號觀察裝置觀察量測 並記錄由此固定式無線訊號收發裝置所發出之至少 一無線訊號之強度;一個以上之資料庫,以儲存一種以上之無線訊號強度與此無線訊號觀察裝置所觀察量測到之至少一無線訊號之強度;以及一個以上之運算核心單元,根據此無線訊號觀察裝置於定位前與定位時所觀察量測到之至少一無線訊號強度、此資料庫所記錄之無線訊號強度進行比對,並根據比對結果對此移動式無線訊號收發裝置之無線訊號強度或此資料庫中之至少一無線訊號強度進行動態無線訊號強度修正。
在另一實施例中,本揭露是關於一種動態無線訊號強度修正方法,配合至少一無線訊號觀察裝置與至少一固定式無線訊號收發裝置,此方法包含:在一訓練階段,此無線訊號觀察裝置觀察並記錄由此固定式無線訊號收發裝置所發出之至少一無線訊號強度,此無線訊號觀察裝置將觀察結果存入一資料庫中,其中此觀察結果係指所觀察量測到的該至少一無線訊號強度;進行定位時,利用一運算核心單元根據當時此無線訊號觀察裝置所觀察量測之至少一無線訊號強度與此資料庫中所記錄之此觀察結果進行比對,並根據比對結果對一移動式無線訊號收發裝置所量測之無線訊號強度或者此資料庫中所記錄的至少一無線訊號強度進行動態無線訊號強度修正。
茲配合下列圖示、實施例之詳細說明及申請專利範 圍,將上述及本揭露之其他內容詳述於後。
本揭露是關於一種動態無線訊號強度修正系統及方法。
第一圖所示為本揭露之一種基於慣性量測元件與地圖資訊輔助之無線訊號室內定位系統架構示意圖。如第一圖所示,本揭露之系統包含:至少一個可執行運算之移動式無線訊號收發裝置101,每個裝置101至少包含一種以上的無線訊號收發器(如WiFi等),與一種以上的慣性感測元件(IMU,如加速度計等),用於蒐集裝置101所接收之無線訊號與本身之運動資訊;兩個以上之固定式無線訊號收發裝置102(如基地台等),用以提供定位所需之無線訊號來源;一個以上之無線訊號觀察裝置107,用以觀察固定式無線訊號收發裝置102之無線訊號強度;一個以上的資料庫103,用於儲存一種以上之標準比對資訊;一個以上包含對室內空間描述之地圖資訊104,用以協助判斷連續時間內位移的合理性;以及一個以上之運算核心單元105,根據訓練階段所蒐集之資訊與定位階段所蒐集之資訊,藉由地圖資訊的輔助進行比對,用以計算出定位結果。
值得注意的是,該運算核心單元105根據目前及先前 歷史特徵進行多次比對,其中特徵,例如無線訊號強度、朝向角度、磁力計值、陀螺儀值、加速度計值等,並根據與該特徵最接近的一候選位置,決定移動式無線訊號收發裝置101之實際所在位置,其中該候選位置,可經由運算核心單元105搭配室內地圖資訊、是否正在行進中、及朝向等相關資訊,並刪除不合理之候選位置後,以得到實際之位置,提升定位之準確度。該運算核心單元105可執行於一伺服器106或移動式無線收發裝置101上,二者實施方式類似,差別在於,當執行於移動式無線訊號收發裝置101時,相關所需之資料庫103與地圖資訊104會存放於該移動式無線訊號收發裝置101中;而當執行於伺服器106時,同理相關所需之地圖資訊104也會存放於伺服器106中,但資料庫103則可存放在於伺服器106中或外部伺服器。以下之實施例將依照執行於伺服器106之例來說明。另外,該固定式無線訊號收發裝置102或移動式無線訊號收發裝置101所收發之無線訊號類型,可為WiFi、Bluetooth、RFID、Zigbee,或其他可量測出強度之無線訊號。其中,該無線訊號強度觀察裝置107可為一基地台(Access Point)、路由器(Router)、電子標籤(Tag)等,但不受限。另外,無線訊號觀察裝置107亦可同時充當為提供無線訊號來源之一固定式無線訊號收發裝置102。
本揭露之基於慣性量測元件與地圖資訊輔助之無線訊號室內定位系統,其操作包含一訓練階段與一定位階 段;其中,在訓練階段時,無線訊號觀察裝置107會觀察量測並記錄固定式無線收發裝置102之無線訊號強度,並在定位階段時進行相同之觀察量測。運算核心單元105於定位階段時,則根據無線訊號觀察裝置107於訓練階段及定位階段之觀察結果,動態修正移動式無線訊號收發裝置101所量測,或者資料庫103所記錄之無線訊號強度。再者,在建立資料庫103時,同時記錄根據慣性量測元件所得之朝向角度、預期朝向角度、或以上兩者之偏移量,並於定位時藉由無線訊號比對之結果,動態修正移動式無線訊號收發裝置101之當下朝向角度。最後,利用修正後之無線訊號強度、朝向角度、及慣性量測元件所得出之移動步數、移動步距、是否轉彎、與地圖等各資訊間的關係,搭配歷史記錄,採取一篩選機制,過濾樣式比對不符合條件之候選位置。以下將對本系統的各個操作進行說明。
第二圖所示為在訓練階段時,移動式無線訊號收發裝置101資訊蒐集的資訊流示意圖。本系統的使用須在系統啟始前規劃好蒐集樣式比對所需之各訓練位置,並於每個訓練位置之單一相同或多個不同方向,使用移動式無線訊號收發裝置101進行多次訓練資料之蒐集。蒐集資料需包含環境中提供定位之無線訊號強度,及移動式無線訊號收發裝置101中各種慣性測量元件所量測之資訊。如第二圖所示,移動式無線訊號收發裝置101將所感測到由固定式無線訊號收發裝置102所發出的無線訊號強度,與其慣性 感測元件所量測之資訊,直接或經由一固定式無線訊號收發裝置102傳至伺服器106並儲存於資料庫103中。
第三圖所示為無線訊號觀察裝置107掃瞄固定式無線訊號收發裝置102之無線訊號強度之資訊流示意圖。在訓練階段,除了移動式無線訊號收發裝置101蒐集訓練資料外,每台無線訊號觀察裝置107也都會觀察量測其餘固定式無線訊號收發裝置102所發出的無線訊號強度,並且將多次所量測之數值回報給伺服器106並儲存於資料庫103中。由於不同時間所觀察量測之無線訊號強度可能會不同,故可對於不同時間之觀察量測各別儲存其觀察值,例如對於早晨、中午、晚間三個時段的觀察結果分別儲存之。
第四圖所示則為在定位階段時,移動式無線訊號收發裝置101掃瞄固定式無線訊號收發裝置102之資訊流示意圖。當完成訓練階段或資料庫103已建立後,使用者若開啟移動式無線訊號收發裝置101之定位程式,該定位程式就會開始蒐集當下環境中的無線訊號強度以及本身慣例量測元件所量測到的加速度、朝向、與旋轉角度等資訊,並且傳送給伺服器106作為位置辨識所需之資訊(以執行於伺服器106之例進行說明)。同時,每台無線訊號觀察裝置107都會持續觀察量測其餘固定式無線訊號收發裝置102之無線訊號強度,並回報予伺服器106中之運算核心單元105。此時無線訊號觀察裝置107所觀察量測之結果 可儲存於資料庫103中,再由運算核心單元105於資料庫103中取出,或者由無線訊號觀察裝置107送至運算核心單元105,或者亦可由運算核心單元105於無線訊號觀察裝置107中取出。運算核心單元105收到觀察結果後,會將經無線訊號觀察裝置107所動態掃瞄到之訊號資訊,與訓練階段所蒐集到的觀察量測資料進行比對,運算核心單元105並且動態地將移動式無線訊號收發裝置101所量測到的無線訊號強度,或資料庫103中所記錄之無線訊號強度進行動態修正。
第五圖所示為定位階段時,固定式無線訊號收發裝置102掃瞄移動式無線訊號收發裝置101之資訊流示意圖。在某些廠牌之移動式無線訊號收發裝置101的限制下,是無法對固定式無線訊號收發裝置102進行掃瞄,例如iPhone或iPad等產品,在作業系統iOS 4以後的版本中,是禁止手機應用程式掃瞄WiFi基地台之無線訊號強度。因此,本揭露提出一以固定式無線訊號收發裝置102掃瞄移動式無線訊號收發裝置101無線訊號強度之方法進行定位。如第五圖所示,固定式無線訊號收發裝置102掃瞄移動式無線訊號收發裝置101之無線訊號強度,並將掃描結果傳至伺服器106。
第六圖所示為本揭露之一種基於慣性量測元件與地圖資訊輔助之無線訊號室內定位方法的流程圖。如第六 圖所示,步驟601為在訓練階段中,場地或建物之管理者必須先繪製出室內空間之地圖,以建立地圖資訊並規劃方位、座標系統以及訓練位置;在每個訓練位置上將移動式無線訊號收發裝置101於單一相同或多個不同方位,所量測到的無線訊號與慣性訊號等資訊,傳至資料庫103記錄;以及,將無線訊號觀察裝置107所掃瞄到之固定式無線訊號收發裝置102之無線訊號強度,亦傳送至資料庫103記錄。在步驟602中,則開始進入定位階段,使用者開啟移動式無線訊號收發裝置101的一定位程式後,並將當時的無線訊號強度與慣性訊號等資訊,傳送給伺服器106中之運算核心單元105。運算核心單元105在收到該移動式無線訊號收發裝置101所傳送之資訊後,會先根據慣性訊號之資訊進行朝向、是否移動、移動步數、移動距離等進行前處理。步驟603中,當運算核心單元105收到無線訊號強度與慣性訊號等資訊後,再將其中之無線訊號強度之資訊進行修正之處理;接著進行步驟604,將處理過的資訊進行方向修正與定位演算,以得到使用者之實際位置。最後,如步驟605所示,將辨識出的位置結果傳回移動式無線訊號收發裝置101之定位程式進行顯示。值得注意的是,上述對朝向、是否移動、步數與步距等資訊之計算方式是不作任何限制,例如可由該慣性訊號中一軸(如指向地心之軸)之振幅值大小來決定。另一方面,本實施例的定位演算法是採用歷史比對及候選位置集合縮小法(History Matching with Candidate Set Shrinking),其詳細演算法在後面會加以說明。其中步驟601之訓練階段中,更包含該運算核心單元105根據移動式無線訊號收發裝置101於蒐集訓練資料時所記錄之標準朝向角度,或者標準朝向角度與實際量測之朝向角度之差異,進行動態朝向角度修正。
第七圖至第九圖用以說明上述步驟601中定義座標系統與步驟604中方向修正時的計算。第七圖所示為地球方位、使用者定義之方位與方向偏差之示意圖。第八圖所示為使用者定義之方位軸向計算之示意圖。第九圖為修正朝向之示意圖。
由於使用者所定義的室內空間方位並不一定符合地球的東南西北方位,因此使用者方位與羅盤方位往往會有一個角度的偏差量。此外,由於一般的電子羅盤是藉由空間中的地磁判斷方向,但是地磁在室內空間中很容易會受到室內擺設,如馬達、鐵櫃等物品干擾,而不同地點又會有不同程度的干擾。因此,在未知的情形下難以僅藉由電子羅盤得到正確的方位資訊,如第七圖所示,於室內使用電子羅盤並非在任何位置都能量測出與實際地球方位一致的方向。
由於一般的室內空間多以方形設計為主,因此即使站在不同位置,還是可以單靠人的判斷找出大致一致的方 位。例如,站在門口面向窗戶的方向與站在窗戶面向門口的方向是否一致是很容易辦到的。因此,本揭露利用這個特點作為判斷方位的標準,提出的下列方向修正方式:
1.首先選定一個參考點(RP)作為基準,此參考點是選取磁場干擾較少的地點,如第七圖所示。
2.定義一組前後、左右的兩條互相垂直之方位軸(一般與建物方位有關),此二條方位軸與地球之東西南北之方位軸無須同向。並且,在參考點上針對此所定義之方向軸進行多次方向值之偵測與記錄。
3.根據所記錄的多組方向值,利用迴歸方式(regression)求出與記錄值最接近且相互垂直之二軸,即參考點之參考方位軸,如第八圖所示之前後、左右二軸,由於此二軸必須垂直,因此可先將其中一軸旋轉90度後,將所有方向值以單一迴歸方程式,計算單一軸之角度,再將此角度逆轉90度以求得另一軸之角度。
4.在其它所有的訓練位置(TP)上,同樣進行前後、左右二條方位軸的多次方向值偵測與記錄,並且求出平均值,然後依據各平均值,求出與參考點於此方向之方向值之差異,以得到每個訓練位置之各別方向差異量。
5.在定位階段中,若是要對某訓練位置之無線訊號強度進行特徵比對時,即使用此方向差異量,對定位時所量測到之方向值進行修正。此外,亦可將方向 差異量作為樣式比對中的一項,與無線訊號強度一起計算整體特徵差異量。
6.最後,若該訓練位置之整體特徵差異量最小,並被挑選為辨識之位置,則該位置之方向修正結果即視為當下之方向修正結果。
使用者亦可對所有訓練位置,包含參考位置均直接採用東西南北之地球方位而非自行定義之方位來計算。而修正結果等同於前後、左右之方位軸與地球方位軸之夾角為0度或90度之倍數之情形。
第九圖所示為修正朝向之示意圖。如第九(A)圖所示,挑選出參考點之參考方位軸後,將以參考點所量測到的方向值作為標準之方向值,再記錄與計算其餘於訓練位置所量測到之方向值與差異。然後,再如第九(B)圖所示,對於每個候選位置(CP)進行特徵比對前,分別以該候選位置對應之方向差異值進行修正。最後,以挑選出特徵最接近之候選位置之修正結果作為方向或角度修正之結果。
第六圖之步驟603中,無線訊號強度修正的具體實施方式說明如下,請同時參照第三圖。動態修正無線訊號強度是利用某些無線訊號觀察裝置107持續觀察量測其餘固定式無線訊號收發裝置102之無線訊號強度,並將觀察結果傳送給運算核心單元105進行處理。運算核心單元105 在收到觀察結果後,將此結果與訓練時之觀察結果進行比對,並於差異過大時根據比對結果,修正移動式無線訊號收發裝置101所量測到之無線訊號強度或資料庫103中所記錄之無線訊號強度。最後,運算核心單元105再將修正後之無線訊號強度用於特徵比對,以決定移動式無線訊號收發裝置101之所在位置。
無線訊號修正範例流程如下:
1.於訓練階段時,無線訊號觀察裝置107將所觀察量測到的固定式無線訊號收發裝置102之無線訊號強度,以直接或間接方式記錄於資料庫103中。記錄內容可例如為所有在某固定式無線訊號收發裝置102訊號範圍之內所有無線訊號觀察裝置107所量測到的無線訊號強度之平均值。
2.於定位階段時,無線訊號觀察裝置107將所觀察量測到之固定式無線訊號收發裝置102之無線訊號強度,以直接或間接方式傳送至運算核心單元105或暫存於資料庫103中。
3.於定位階段時,對於每個固定式無線訊號收發裝置102,運算核心單元105計算在某固定式無線訊號收發裝置102訊號範圍之內所有無線訊號觀察裝置107所量測到的平均值,並與資料庫103中所記錄之平均值進行比對。
4.根據比對結果,運算核心單元105將移動式無線訊號收發裝置101所量測到之無線訊號強度或者資 料庫103中所記錄之無線訊號強度進行動態修正。
第十圖所示為本揭露於定位演算中所採用的歷史比對及候選位置集合縮小法(History Matching with Candidate Set Shrinking Method)的流程圖。此法乃是利用人員行進的方向來縮小候選位置的集合,以進一步提升準確率。步驟1001根據目前行進之朝向,刪除方向不符合之候選位置。步驟1002根據是否行進朝向是否改變,判斷是否發生轉彎。步驟1003根據最後一次轉彎,搭配地圖資訊刪除不合理之候選位置。步驟1004根據歷史記錄之多筆訊號差異值進行比對。最後,步驟1005回推歷史記錄中之先前位置,並根據當時之轉彎及地圖資訊過濾不合理之候選位置。
第十一圖至第十六圖為本揭露之歷史比對及候選位置集合縮小法之一實施過程。
第十一圖所示為室內直行的情境範例。假設在一個室內環境中,佈建三個固定式無線訊號收發裝置(AP1,AP2,AP3),並已規劃了25個訓練位置(TPs)。在定位階段時,假設使用者從門口進入,在走了三步後,各步傳送了三次無線訊號(WiFi)與三次慣性感測訊號等資訊至伺服器,分別為IMU info1、IMU info2、及IMU info3。
根據慣性感測資訊,將目前之方向根據所有訓練位置所對應之角度偏差值進行修正,得到所有可能目前修正後之角度。藉由歷史記錄,可得知使用者正由本圖的下方往上方行走,因此可以將非從下方往上方走的候選位置(CPs)先行過濾。如第十二圖所示橫向之位置。
接下來進行轉彎偵測,首先考慮直走時沒有發生轉彎的情境。此時不管是最後的時間點或者前幾步的時間點都是否朝同樣的方向前進。當沒有轉彎事件被偵測到時,就直接開始進行歷史比對的計算。如第十三圖所示為歷史比對於直行情境之運算過程,包含:計算每一候選位置與IMU info3的特徵距離d1;計算前一個位置;取得最近的訓練位置;計算該訓練位置與IMU info2的特徵距離d2;以及,計算再前一個位置之最近訓練位置與IMU info1的特徵距離d3。
本揭露所使用之樣式比對(pattern matching)的作法是將偵測資料與訓練資料進行差異量d的計算,再從差異量最小的結果挑選出最有可能的對象。因此對於每一個剩下的候選位置,計算差異量時,暫時先假設該位置就是使用者的目前位置。除此之外,可根據目前的候選位置以及使用者之位移,計算出前兩個時間點可能的兩個位置。由於前幾個時間點的無線訊號特徵與最後一個時間點的特徵很有可能會因為使用者的移動而改變,因此藉由利用慣性 感測資訊算出的距離或差異量,可以找出正確的比對對象。接下來,對於這些可能的位置,個別找出離此位置最接近的訓練位置並計算差異量d1、d2與d3。如此一來,就可以對每個候選位置計算出d1+d2+d3的差異量總和。最後,將差異量總和最小的候選位置挑選為使用者目前的位置,而根據此位置修正的方向結果即視為目前方向角度。
接下來考慮使用者在直走時轉彎的情境。如第十四圖所示。若一轉彎事件發生,代表轉彎後之方向必定與轉彎前方向不同,因此除了可以利用轉彎後的方向進行步驟1001處理之外,也可以利用轉彎前的方向資訊,過濾掉那些不可能從轉彎前方向轉到轉彎後方向的候選位置。
第十五圖所示為經過步驟1003後的結果。由於使用者是從朝地圖右方的方向轉至朝上方的方向,因此對於轉彎後的時間點,最左邊一排的候選位置就可以藉由步驟1003的過濾被排除。
在進行歷史比對時(步驟1004),對轉彎前的時間點而言,此時不但可以得知當時的朝向,更可以得知接下來會發生一個轉彎以及轉彎後的朝向。利用此資訊,可進行步驟1005之候選位置過濾。第十六圖所示為歷史比對(步驟1004)與步驟1005於轉彎情境時的運算過程。假設在計算 d2時,所找到的最近訓練位置為地圖最右上方之位置,但是由於已知下一個轉彎會向左轉(朝地圖上方)。因此地圖最上方的一排訓練位置是不可能的轉彎前位置,進而可將目前正在比對的候選位置排除。最後,同樣計算所有可能的d1+d2+d3總和,並在選取最小總和之候選位置後,將以此候選位置修正之方向結果視為目前之方向結果。
本揭露所提出之系統與方法在與習知方法比較後,正確率可以從38%提升2.4倍至89%,而誤差距離可以從1.72公尺縮小將近50%至0.93公尺。因此可以明顯看出本揭露之方法與系統對定位結果可以有顯著的改善。
綜合言之,本揭露提供一種基於慣性量測元件與地圖資訊輔助之無線訊號室內定位系統,包含:至少一個可執行運算之移動式無線訊號收發裝置,每個裝置至少包含一種以上的無線訊號收發器與一種以上的慣性感測元件,用於蒐集行動裝置所量測之無線訊號與本身運動訊號之資訊;兩個以上之固定式無線訊號收發裝置,用以提供定位所需之無線訊號來源;一個以上之無線訊號觀察裝置,用以觀察量測固定式無線訊號收發裝置之無線訊號強度;一個以上的資料庫,用於儲存一種以上之標準比對資訊;一個以上包含對室內空間描述之地圖資訊,用以協助判斷連續時間內位移的合理性;以及一個以上之運算核心單元,根據訓練階段所蒐集之資訊與定位階段所蒐集之資 訊,藉由地圖資訊的輔助進行比對,用以計算出定位結果。
相對地,本揭露也提供一種基於慣性量測元件與地圖資訊輔助之無線訊號室內定位方法,包含:管理者須先建立室內空間之地圖並規劃方位、座標系統以及訓練位置,建立資料庫與地圖資訊;使用者開啟移動式無線訊號收發裝置的定位程式,並將當時的無線訊號強度與慣性感測等資訊傳送給運算核心單元;當運算核心單元收到無線訊號強度與慣性感測等資訊後,將進行訊號修正與位移偵測之處理,接著將處理過的資訊進行方向修正與定位演算以得到使用者位置;以及,將辨識出的位置結果,傳回移動式無線訊號收發裝置進行顯示。
以上所述者皆僅為本揭露實施例,不能依此限定本揭露實施之範圍。大凡本揭露申請專利範圍所作之均等變化與修飾,皆應屬於本揭露專利涵蓋之範圍。
101‧‧‧移動式無線訊號收發裝置
102‧‧‧固定式無線訊號收發裝置
103‧‧‧資料庫
104‧‧‧地圖資訊
105‧‧‧運算核心單元
106‧‧‧伺服器
107‧‧‧無線訊號觀察裝置
第一圖所示為本揭露之一種基於慣性量測元件與地圖資訊輔助之無線訊號室內定位系統的架構示意圖。
第二圖所示為本揭露之系統在訓練階段時,移動式無線收發裝置資訊蒐集的資訊流示意圖。
第三圖所示為本揭露之系統中,無線訊號觀察裝置掃瞄固定式無線訊號收發裝置之資訊流示意圖。
第四圖所示為本揭露之系統在定位階段時,移動式無線訊號收發裝置掃瞄固定式無線訊號收發裝置之資訊流及與伺服器取得定位結果之示意圖。
第五圖所示為本揭露之系統在定位階段時,固定式無線訊號收發裝置掃瞄移動式無線訊號收發裝置之資訊流示意圖。
第六圖所示為本揭露之一種基於慣性量測元件與地圖資訊輔助之無線訊號室內定位方法的流程圖。
第七圖所示為本揭露之方法中,地球方位、使用者定義方位與各訓練位置方向偏差之示意圖。
第八圖所示為本揭露之方法中,使用者方位軸向之計算示意圖。
第九圖所示為本揭露之方法中,修正朝向之示意圖。
第十圖所示為本揭露之定位演算法所採用的歷史比對及候選位置集合縮小法的流程圖。
第十一圖所示為本揭露之實施例中室內直行的情境範例。
第十二圖所示為本揭露之實施例經過步驟1001刪去不合理候選位置後的結果。
第十三圖所示為本揭露之實施例中歷史比對運算於直行情境下之過程。
第十四圖所示為本揭露之實施例中室內轉彎情境範例。
第十五圖所示為本揭露之實施例經過步驟1003刪去不合理候選位置後的結果。
十六圖所示為本揭露之實施例中歷史比對與步驟1005於轉彎情境時的運算過程。
101‧‧‧移動式無線訊號收發裝置
102‧‧‧固定式無線訊號收發裝置
103‧‧‧資料庫
104‧‧‧地圖資訊
105‧‧‧運算核心單元
106‧‧‧伺服器
107‧‧‧無線訊號觀察裝置

Claims (13)

  1. 一種動態無線訊號強度修正系統,配合至少一個具備運算與無線訊號收發能力之移動式無線訊號收發裝置及至少一個無線訊號觀察裝置,包含:兩個以上之固定式無線訊號收發裝置,以提供該移動式無線訊號收發裝置及該無線訊號觀察裝置之至少一種無線訊號源,並收發該移動式無線訊號收發裝置之至少一無線訊號,其中,該無線訊號觀察裝置觀察量測並記錄由該些固定式無線訊號收發裝置所發出之至少一無線訊號之強度;一個以上之資料庫,以儲存一種以上之無線訊號強度與該無線訊號觀察裝置所觀察量測到之至少一無線訊號強度;以及一個以上之運算核心單元,根據該無線訊號觀察裝置於定位前與定位時所觀察量測到之至少一無線訊號強度、與該資料庫所記錄之無線訊號強度進行比對,並根據比對結果對該移動式無線訊號收發裝置之無線訊號強度或該資料庫中之至少一無線訊號強度進行動態無線訊號強度修正。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中該無線訊號之類型為WiFi、Bluetooth、RFID、Zigbee之其中之一或其組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中該無線訊號觀察裝置為基地台、路由器、或電子標籤之其中之一或其 組合,該無線訊號觀察裝置亦可同時為提供無線訊號源之固定式無線訊號收發裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中該資料庫可根據不同時段,如早中晚,分別記錄該至少一無線訊號強度集合。
  5. 申請專利範圍第1項所述之系統,其中該訊號強度修正之被修正訊號強度是資料庫中所記錄之無線訊號強度、或定位階段中由該移動式無線訊號收發裝置所蒐集之無線訊號強度之其中之一或其組合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統,還進一步包括一個以上對室內空間描述之地圖資訊,該地圖資訊包含至少一訓練位置、至少一可行走之位置、至少一可轉彎之位置,及在該每一個可轉彎之位置可進行之一轉彎資訊,以判斷一轉彎行為於該可轉彎之位置上是否合理。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統,其中該運算核心單元是執行於一伺服器中或該移動式無線收發裝置中之其中之一或其組合;當執行於該移動式無線收發裝置時,相關所需之該資料庫與該地圖資訊也可存放於該移動式無線訊號收發裝置中;當執行於該伺服器時,相關所需之該資料庫與該地圖資訊也會存放於該伺服器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之系統,其中該運算核心單元再根據一歷史特徵與一候選位置集合中的每個 候選位置特徵,計算一累積特徵差異,並根據該累積特徵差異最小的一候選位置,決定該移動式無線訊號收發裝置之所在位置;其中,該特徵包含無線訊號強度、朝向角度、磁力計值、陀螺儀值及加速度計值的其中之一或其組合。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之系統,其中該無線訊號強度是指該移動式無線訊號收發裝置量測該固定式無線訊號收發裝置之結果、該固定式無線訊號收發裝置量測該移動式無線訊號收發裝置之結果,或一無線訊號觀察裝置量測該移動式無線訊號收發裝置之結果之其中之一或其組合。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之系統,其中該些特徵,再包含該些訓練位置之一量測朝向角度與一標準朝向角度、或上述該二角度之一差異值之其中之一,以修正角度差異。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之系統,其中該運算核心單元依據該地圖資訊與該些特徵,以縮減該候選位置集合,提升定位準確率。
  12. 一種動態無線訊號強度修正方法,配合至少一無線訊號觀察裝置與至少一固定式無線訊號收發裝置,包含:在一訓練階段,利用該無線訊號觀察裝置觀察量測並記錄由該固定式無線訊號收發裝置所發出之至少一無線訊號強度,利用該無線訊號觀察裝置將觀察結果存入一資料庫中,其中該觀察結果係 指所觀察量測到的該至少一無線訊號強度;進行定位時,利用一運算核心單元根據當時該無線訊號觀察裝置所觀察量測之至少一無線訊號強度與該資料庫中所記錄之該觀察結果進行比對,並根據比對結果對一移動式無線訊號收發裝置所量測之無線訊號強度或者該資料庫中所記錄的至少一無線訊號強度進行動態無線訊號強度修正。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法,其中該觀察結果是由該無線訊號觀察裝置存於該資料庫中再由該運算核心單元於該資料庫中取出、或由該無線訊號觀察裝置傳送至該運算核心單元、或由該運算核心單元於該無線訊號觀察裝置中取出之其中之一或其組合。
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