TWI494581B - 基於磁場特徵之方位測定方法與系統 - Google Patents

基於磁場特徵之方位測定方法與系統 Download PDF

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Description

基於磁場特徵之方位測定方法與系統
本揭露是有關於一種方位測定方法與系統，特別是一種基於磁場特徵之室內方位測定方法與系統。
方位測定的技術最成熟的是全球定位系統(GPS,Global Positioning System)，不過其受限於「視線」(line of sight)而無法在有遮蔽物的環境下定位，例如GPS在室內或大樓停車場內即無法定位。因此，近年業界發展了利用無線通訊(WiFi)、超寬頻(UWB,Ultra Wideband)、無線射頻辨識(RFID,Radio Frequency Identification)等技術以進行定位，但多需要額外的設備，增加了建置與維護的成本。
本揭露提出一種基於磁場特徵之方位測定方法與系統，能單獨進行方位測定，亦能搭配GPS或WiFi系統而提供精密度(解析度)更高之方位測定效果。
依據本揭露一實施例，基於磁場特徵之方位測定系統包含系統端設備與使用者端裝置。
基於磁場特徵之方位測定系統之系統端設備包含特徵磁場產生裝置、磁場特徵資料庫、及處理裝置，特徵磁場產生裝置在一預定空間內產生多個特徵磁場，該些特徵磁場具有至少二個磁場特徵。磁場特徵資料庫具有多個特徵值及多個定位值，每一該特 徵值對應每一該定位值，該些特徵值係對應該些磁場特徵。
基於磁場特徵之方位測定系統之使用者端裝置包含磁場感測元件、及處理器。磁場感測元件感測特徵磁場並輸出磁場訊號。處理器接收並處理該磁場訊號並於已處理的該磁場訊號構成一單位特徵時，將該單位特徵傳送至該處理裝置，該處理裝置於該磁場特徵資料庫中查找對應該單位特徵之該特徵值及該定位值後，輸出該對應的定位值。
依據本揭露一實施例，基於磁場特徵之方位測定方法包含：於一預定空間內配置多個特徵磁場，該些特徵磁場具有至少二個磁場特徵；接收一單位特徵，該單位特徵係來自於一使用者端裝置，該使用者端裝置於該預定空間內位移至少一預定距離後發出該單位特徵；於一磁場特徵資料庫中查找對應該單位特徵之一特徵值及對應該特徵值之一定位值；以及輸出該定位值。
藉由上述基於磁場特徵之方位測定方法與系統，系統端設備可以經由使用者端裝置回傳的單位特徵來辨視使用者端裝置所在方位(定位值)，並輸出該方位資訊。此方法與系統除了可以單獨在該預定空間內進行方位測定外，亦可搭配GPS或WiFi之定位，而提供更大範圍精度更高之定位結果。
以上有關於本揭露的內容說明，與以下的實施方式係用以示範與解釋本揭露的精神與原理，並且提供本揭露的專利申請範圍更進一步的解釋。有關本揭露的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
以下在實施方式中詳細敘述本揭露之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本揭露相關之目的及優點。
首先，請參考「第1圖」，其為根據本揭露基於磁場特徵之方位測定系統之第一實施例之架構示意圖。為便於了解，本實施例所應用的預定空間90係為單軸之長條形空間，「第1圖」所表示的為預定空間的俯視圖。此預定空間90可以是賣場、儲藏室、庫房、或任何室內、室外的走道，由本方位測定系統直接在該預定空間90內提供方位資訊。若將本揭露之方位測定系統搭配(輔助)GPS或WiFi，則此預定空間90之長度可以是該GPS或WiFi之解析度中的最小辨視單位的長度，如此一來，即可提高所搭配之GPS或WiFi的整體方位測定精度。
第一實施例之方位測定系統包含系統端設備50及使用者端裝置60。在第一實施例之應用下，當使用者端裝置60依圖式之箭頭方向行進行，系統端設備50即可獲得使用者裝置60所在之水平(以圖式方位)位置。
系統端設備50包含特徵磁場產生裝置10、處理裝置20、及磁場特徵資料庫22。
特徵磁場產生裝置10可在預定空間90內產生多個特徵磁場，每一特徵磁場可具有單一或多個磁場特徵。進一步地說，特 徵磁場產生裝置10包含至少一磁組群100，每一磁組群100包含多個磁場產生元件組102,104,106,108(若磁場產生元件為磁石，則磁場產生元件組亦可稱做磁石組，為便於說明，以下分別以第一、第二、第三、第四磁石組命名，但非用以限定本揭露)，每一磁石組102包含多個磁場產生元件102a,102b，在本實施例中，磁場產生元件102a,102b係以磁石為例，但並不以此為限，任何可以產生磁場的元件均可應用於本提案，以下內容，為簡化用語，磁場產生元件皆以磁石表示，並非用以限定磁場產生元件102a,102b僅為磁石，在單一磁組群100內的磁石組102,104,106,108的該些磁石102a,102b的排列方式係相異(亦可為相同)，在本實施例中，此相異的排列方式指的是磁石102a,102b磁極的排列方式不同，請參考「第1圖」，磁石組102,104,106,108從左至右的磁極排列方式依序為SN,SS,NS,NN(圖示中每組雖以雙磁石表示，但亦可安排為單一或多數)，其中，S代表一個磁石的磁南極朝觀視者(朝上，即垂直穿出圖紙的方向)，也就是說此磁石的NS磁極排列為垂直於「第1圖」圖紙的方式放置且S極朝上，N極朝下；而N代表另一個磁石的磁北極朝觀視者(即朝上)，磁南極S朝下，此另一個磁石即與前述S極朝上之磁石相鄰；因此，每一磁石組102,104,106,108具有一個該特徵磁場且同一磁組群100內的特徵磁場均不相同(例如但不限於分別為SN,SS,NS,NN，容後詳述)。
磁組群100的排列中，在單一磁石組102,104,106,108中的 磁石102a,102b之間距為磁石距d1(亦可稱為磁場產生元件距離)，兩相鄰磁石組102,104之間距為組距d2，而單一磁組群100所能測定方位的距離則稱為群距d3，單一磁石組102,104,106,108所產生的磁場的影響範圍稱為有效磁距d4(容後詳述)。
以本實施例的磁石102a,102b排列方式舉例而言，單一磁組群100內的該些特徵磁場數量不大於以單一該磁石組102內的該些磁石102a,102b數量為指數的2的冪次方，也就是說，以「第1圖」為例，單一磁石組102的磁石102a,102b的數量為2，因此，特徵磁場數量即不大於22 ，也就是不大於4。在此實施例中，雖然單一磁組群100內具有四個磁石組102,104,106,108，但不以此為限，單一磁組群100內亦可僅有二個或三個磁石組102,104,106。若單一磁石組的磁石數量為3，則在單一磁組群100內的特徵磁場數量將不大於23 ，也就是不大於8。
前述磁石102a,102b的「排列方式」除了用磁極的排列做變化外，亦可以是磁石102a,102b排列的距離、磁石102a,102b的相對疊置關係的變化、或選擇不同磁力強度的磁石102a,102b進行排列，容後詳述。
關於不同排列方式的磁石102a,102b所產生之特徵磁場，請參考「第2A圖」、「第2B圖」、「第2C圖」、及「第2D圖」，其為根據本揭露之磁石組所產生之特徵磁場之示意圖。此圖中之座標可見於圖式右上角之座標圖樣92(同「第1圖」)，依圖式水平向右方向為正Y方向，往圖式平面垂直向下之方向為正X方向，而 從圖式圖面垂直穿出圖紙朝觀視者方向則為正Z方向。而使用者端裝置60之座標方位亦與預定空間90之座標方位相同。其中，「第2A圖」與「第2B圖」是以第四磁石組108為例，而「第2C圖」與「第2D圖」則是以第三磁石組106為例進行說明。
首先，使用者裝置60是依「第2A圖」中之朝正Y方向移動，該使用者裝置60在移動了整個路徑之後，因感應該路徑內的特徵磁場而讀取得到磁場訊號108x,108y,108z即如「第2B圖」所示，而「第2D圖」亦為採用相同方式在「第2C圖」中所取得的磁場訊號106x,106y,106z。從「第2B圖」與「第2D圖」可以看出，在單一軸向所讀取到的磁場訊號在不同磁石排列方式時，會得到不同的特徵磁場，例如，以Y軸方向所得磁場訊號108y,106y為例，108y的磁場特徵為對應磁石所在位置磁力強度會從負轉正，106y的磁場特徵為在對應N磁極磁石時，磁力強度由負轉正，當對應S磁極磁石時，磁場強則從正轉負，因此，藉由磁石之排列變化，即可使得磁石組102,104,106,108得到不同的特徵磁場，而前述使用者裝置60在移動了整個路徑(即單一有效磁距d4)後所擷取到的累積的磁場訊號即可稱為單位特徵，換句話說，該有效磁距為單一該磁石組能形成對應的該單位特徵之最小距離。此單位特徵所對應的單位路徑的長度，可為本揭露所能辨視的解析度的最小單位，此最小單位可以是前述的組距d2亦可以是前述的有效磁距d4。關於有效磁距d4與組距d2間的關係，組距d2可以是但不限於以兩相鄰磁石組106,108的有效磁距不相互重疊(或稱干 涉)的最小距離為下限而選定的值，若以「第1圖」為例，相鄰二個磁石組106,108的組距d2的最小尺寸為此二磁石組106,108的有效磁距d4和的一半，也就是1/2×(磁石組106的有效磁距d4+磁石組108的有效磁距d4)；而組距d2的上限則視預定空間90而定。
其次，前述磁場特徵資料庫22具有多個特徵值及多個定位值，每一該特徵值對應每一該定位值，該些特徵值係對應該些磁場特徵。此特徵值即為前述之108x,108y,108z,106x,106y,106z之值，而對應之定位值，若以本實施例為例時，108z,108y,108z的特徵值即對應「第1圖」第四磁石組108所在位置的座標，而106x,106y,106z的特徵值所對應的定位值即為「第1圖」第三磁石組106所在位置的座標。前述的特徵值可以是但不限於特徵曲線、數值、比例、三軸對應關係，亦可以為相對數值或邏輯上的對應關係。前述定位值可以是一個絕對座標，亦可以是一個相對的增量(相對增量可為正值或負值)，例如，若預定空間90為整個方位測定範圍，則定位值即可以是絕對座標，若在預定空間90中，經過一特殊定位點後，亦可以增量方式估計在空間中的定位點。如測得第三磁石組106的特徵值後，並接著測得磁石組108的特徵，當已知106與108組距為d2，則可知所位置為106磁場所在位置增加d2的定位點(以增量方式輸出定位值)，當然以此類推，若空間中以此方式設置多組108磁石組(如：n組)，且組距皆為d2則測得的是對應第三磁石組106位置的多倍的組距(如：n×d2)。
前述的特徵磁場之產生係以磁石(固定磁鐵)為例，但並不以此為限，亦可以是電磁鐵方式產生，或是磁石與電磁鐵混合方式產生。
為避免混淆，茲對特徵磁場、特徵值、單位特徵、磁場訊號、單位特徵等名詞做一說明，特徵磁場係為磁石組102,104,106,108在有效磁距d4內所產生之磁場，特徵值則是儲存於磁場特徵資料庫22之資料，磁場訊號是使用者端裝置60在單一有效磁距d4內所測得的單一時間點內的訊號，單位特徵則是使用者端裝置60在單一有效磁距d4內累加所有磁場訊號而得的訊號值，如同前述，此訊號值可以是但不限於訊號曲線、數值、比例、三軸相對關係，亦可以是相對數值或邏輯上的關係。
前述處理裝置20係用以接收使用者端裝置60傳來的單位特徵，並於該磁場特徵資料庫22中查找對應該單位特徵之特徵值及定位值後，輸出該對應的定位值。此處所述之定位值的輸出，可以是但不限於將定位值傳給使用者端裝置60以顯示於使用者端裝置60的螢幕，亦可於系統端設備50中顯示於螢幕上。
前述單位特徵可以是對應三軸的特徵值，亦可以是對應單軸或雙軸的特徵值，實施時，可視辨視能力及效能而決定。此外，為了能提高單位特徵之辨視力，可以適當調配磁石距d1、組距d2，以搭配不同的磁石或電磁場。
請再參閱「第1圖」，使用者端裝置60包含磁場感測元件62及處理器64。磁場感測元件62感測該些特徵磁場並輸出一磁場訊 號。處理器64接收並處理該磁場訊號並於已處理的該磁場訊號構成(累積)達一單位特徵時，將該單位特徵傳送至該處理裝置20。更明確地說，處理器64係於該使用者端裝置60於該預定空間90內位移大於或等於磁石組的有效磁距d4後，獲得該單位特徵。而磁場感測元件62可以是但不限於行動裝置中的電子羅盤。如同前述，所傳回之單位特徵可以是但不限於訊號曲線、數值、比例、三軸相對關係等。
而處理器64與處理裝置20間的耦接方式，可以是在使用者端裝置60配置有一傳接元件66，在系統端設備50配置有一收發元件24，藉由傳接元件66與收發元件24間的有線或無線通訊，即可達成由使用者端裝置60將單位特徵傳至系統端設備50之目的。
接著，請參閱「第3圖」，其為根據本揭露之磁石組所產生之使用者端裝置之另一實施例。圖中可以見悉，使用者端裝置、60’包含磁場感測元件62、處理器64、傳接元件66、加速度計67、以及陀螺儀68。
此使用者端裝置60’可適於使用者端裝置60’在預定空間90內以不同速度、不同仰角(與XY平面夾角)、及/或不同移動角度(與XZ平面夾角)之方式移動的情形，此情形較適於一般人在移動的狀態下的方位測定，而「第1圖」之使用者端裝置60則可以是但不限於已預先設定好的無人搬運裝置等情形的方位測定，此種情形通常配置於無人搬運裝置上的使用者端裝置60已設定好角度及 移動速度，故可以不考慮此二因素即能得到正確的單位特徵。
加速度計67用以獲得該使用者端裝置60’位移之加速度值；陀螺儀68用以獲得該使用者端裝置60’位移之角度；而處理器64係依該磁場訊號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特徵。
處理器64在依該磁場訊號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特徵時，係考量使用者端裝置60’移動之加速度與速度值，而可經過一正規化處理程序，將磁場訊號適當地正規化至單位特徵的時間長度內。同時，處理器64亦可依移動時的角度而計算出在X,Y或Z方向之分量，以得到單軸、雙軸或三軸之單位特徵，如此一來，所傳送至處理裝置20的單位特徵，將更能符合磁場特徵資料庫22中的特徵值，更能便利處理裝置20之查找。
此外，使用者端裝置60’另可包含螢幕69，如同前述，當系統端設備50之處理裝置20傳出定位值時，處理器64可經由收發元件24、傳接元件66而接收到該定位值，處理器64即可將該定位值於螢幕69顯示。
單位特徵： 關於處理器64判斷所收集的磁場訊號是否構成了一個單位特徵之方式可以是但不限於下列幾種方法：首先，就「第1圖」的使用者端裝置60可採用的單位特徵之獲得方法進行說明，如前所述，「第1圖」之使用者端裝置60的應用領域可以是但不限於已預先設定好的無人搬運裝置等情形的方位測定，在此種情形下，配置於無人搬運裝置上的使用者端裝置60的磁場感測元件62已設定好與行進方向成一預定角度，同 時無人搬運裝置之移動速度亦固定。
「第1圖」的使用者端裝置60係利用特徵磁場搭配自然磁場(即地磁)來辦視使用者端裝置60是否已行經一完整的有效磁距d4並取得單位特徵。在無人搬運裝置應用情形下，實施時可以適當地調整前述組距d2，使得當使用者端裝置60移動時，經過某一磁石組104時，其磁力強度較強，而當移至相鄰兩個磁石組104,106中央時，其磁力強度相對較弱，因此，處理器64在接收到磁場大小高於一第一門檻值時，即開始收集磁場訊號，並磁場大小於低於一第二門檻值時，則停止收集磁場訊號，處理器64並將在此段時間內所累積收集到的磁場訊號，經由一磁場訊號處理程序轉換為前述的單位特徵，再將該單位特徵傳送至處理裝置20進行比對與辨識。前述的第一門檻值與第二門檻值可以是相同的數值或成某個比例關係，視實際實施現況而定。
由上述的說明可知，在此應用環境下，由於所搭配的使用者端裝置60之移動速度與角度為已知，因此，使用者端裝置60所配置之元件較為精簡，且處理器64在處理上則較為快速。此外，針對多個磁組群100之應用情形，可以調整磁組群100之間的群距d3，使得磁石組102,104,106,108間磁場大小低於第一、二門檻值之區間距離相異於磁組群100間磁場大小低於第一、二門檻值之區間距離，如此一來，處理器64即可利用此相異的低磁場大小區間來判斷使用者端裝置60已跨越了一個磁組群100。
其次，「第3圖」的使用者端裝置60’的單位特徵獲得方法除 了可採用前述特徵磁場與自然磁場搭配的方式外，亦可採用計算使用者端裝置60’已行經距離的方法。
如前所述，使用者端裝置60’具有加速度計67與陀螺儀68，因此，處理器64可以獲得使用者端裝置60’的速度、加速度、陀螺儀68等資訊，該些資訊除了可用來校正所收到的磁場訊號外，亦可用來計算使用者端裝置60’已行經的路徑與距離，當使用者端裝置60’已行經了完整的一段有效磁距d4時，處理器64即可整合所累積收集到的磁場訊號為單位特徵，此整合程序可包含前述的正規化(或標準化)，且在正規化過程序亦可能包含了分量的計算、磁場訊號的加減(使用者端裝置60’在單一組距內往復行進)等。
前述實施例中單位特徵之獲得與處理，係於使用者端設備60,60’所完成，但並不限於此，使用者端設備60,60’可將相關資料傳送至系統端設備50進行單位特徵之處理，此相關資料可以是但不限於磁場訊號、速度、加速度、角度等。
特徵磁場： 關於特徵磁場之產生及預定空間之配置，請搭配「第4A圖」、「第4B圖」、及「第4C圖」閱覽之，其為根據本揭露之磁石組在不同量測高度下之特徵磁場示意圖。
在此實施例中，單一磁石組包含三個磁石，磁石距d1為60公分，驗證的有效磁距範圍為200公分，且此磁石組是以NNN方式排列，排列高度為75.5公分，「第4A圖」是在高度為105公分位置量測而得的磁場訊號、「第4B圖」是在高度為180公分位置量測而得的磁場訊號、「第4C圖」是在高度為160公分位置量測 而得的磁場訊號。30x,32x,34x各別代表在X軸方向所測得的磁場訊號。30y,32y,34y各別代表在Y軸方向所測得的磁場訊號。30z,32z,34z各別代表Z軸方向所測得的磁場訊號。從此三圖式中可以看出，Y軸方向所測得的磁場訊號30y,32y,34y的特徵較為明顯且一致，因此，若欲僅採用單軸之磁場訊號作為單位特徵，可採用Y軸之磁場訊號，在本實施例中，Y軸指的是與行進方向平行的軸向(請見於「第1圖」的座標圖樣92與使用者端裝置60的移動路行，即圖中虛線箭頭所指方向)。
接著，請續參閱「第5A圖」、「第5B圖」、「第5C圖」、「第5D圖」、「第6A圖」、「第6B圖」、「第6C圖」及「第6D圖」為根據本揭露之磁石組在磁石距與磁極排列方式下之特徵磁場示意圖。其中，「第5A圖」、「第5B圖」、「第5C圖」、及「第5D圖」是採用NN方式排列，而該四圖中的磁石距d1依序為80公分、60公分、40公分、及20公分。「第6A圖」、「第6B圖」、「第6C圖」及「第6D圖」是採用NS方式排列，而該四圖中的磁石距d1依序為80公分、60公分、40公分、及20公分。
從「第5A圖」、「第5B圖」、「第5C圖」、「第5D圖」、「第6A圖」、「第6B圖」、「第6C圖」及「第6D圖」可以看出，在縮短磁石距d1後NS的排列方式仍有很明顯的特徵，而NN排列的特徵就較不明顯，因此，若欲縮小有效磁組距d4，以較小的距離空間創造更多的磁場特徵時(獲得更小的方位測定精度)，可考慮在單一磁組群100內，採用N、S交錯的排列方式。
再者，請參閱「第7A圖」、「第7B圖」、「第7C圖」、及「第7D圖」，其為根據本揭露之磁石組在不同量測角度下之特徵磁場示意圖。此特徵磁場是在磁石組(NSN)位於約90公分的高度，磁石距為40公分，感測器高度為180公分所測得之磁場訊號。其中，「第7A圖」是在使用者端裝置60’的Y軸與預定空間的Y軸夾0度角所測得的磁場訊號，「第7B圖」是在使用者端裝置60’的Y軸與預定空間的Y軸夾30度角所測得的磁場訊號，「第7C圖」是在使用者端裝置60’的Y軸與預定空間的Y軸夾60度角所測得的磁場訊號，「第7D圖」是在使用者端裝置60’的Y軸與預定空間的Y軸夾90度角所測得的磁場訊號。
從「第7A圖」、「第7B圖」、「第7C圖」、及「第7D圖」可以看出，Y軸的磁場訊號隨著使用者端裝置60’移動方向與Y軸的夾角越大，使原有Y軸投影行走方向的軸向分量降低，造成採用原有Y軸特徵辨識可能不如預期，此時應配合平行行走方向的軸向(如：若夾角90度時應為『-Z』軸)，取代原有Y軸的特徵進行辨識。如上說明可知，若以相同磁力強度的磁石做為特徵磁場產生的基礎元件，可利用磁極之適當排列、磁石距d1的變化、組距之變化，配合適當的感測器資訊，即可得到不同的特徵磁場及所需的定位精度(解析度)。
而對應前述已產生的特徵磁場，其所對應的磁場特徵資料庫22的特徵值，亦有幾種方式產生，第一種為在安裝系統端設備50，在研發階段即建立各種特徵磁場所對應的特徵值，直接建構於磁 場特徵資料庫22中，而當處理裝置20在以單位特徵查找磁場特徵資料庫22時，由值擬合(值適配，或曲線擬合)的方式進行辨視，此辨視方法中須加上一容忍誤差，以能夠更迅速地查找到對應該單位特徵之特徵值，此容忍誤差係可依實施時之經驗而設定，所需參考之因素包含預定空間90內的自然磁場的強度、磁石組102,104,106,108之磁力強度、預定空間之大小等。
平面二維方位測定 ： 前述實施例之應用例係以單軸向的方位測定，平面二維方位之測定請參考「第8圖」，其為根據本揭露之特徵磁場產生裝置之另一實施例配置於預定空間之示意圖。
「第8圖」中可以看見預定空間90’為一個賣場，其中入門處配置有一原點磁場產生元件組49(亦可稱為原點磁石組)以產生原點特徵磁場(容後詳述)，在此預定空間90’內有多個貨架95a,95b,95c及對應的走道96a,96b，為便於說明，僅說明二個走道96a,96b上各別配置的磁組群40,42，也就是說此特徵磁場產生裝置10’包含了二個磁組群40,42(以下分別以第一磁組群40及第二磁組群42命名)及一原點磁場產生元件組49。
從圖中可以得知，原點磁場產生元件組49之磁石排列方式為SNSN，而第一磁組群40包含磁石組40a,40b,40c,40d，每一此磁石組40a,40b,40c,40d均具有二個磁石，且其排列方式依序為NN,NS,SS,SN，而第二磁組群42包含磁石組42a,42b,42c,42d,42e,42f,42g,42h，在第二磁組群42內的每一磁石組42a,42b,42c,42d,42e,42f,42g,42h各具有三個磁石，且其磁石排列方式依序為NNN, NNS,NSN,NSS,SNN,SNS,SSN,SSS。
第一磁組群40與第二磁組群42係位於不同區域，因此，當使用者端裝置60,60’所傳回來的單位特徵對應了某一特徵值時，即可得知該使用者端裝置60,60’所在位置，在此實施例當中，原點磁場產生元件組49係可以做為當使用者端裝置60,60’進入賣場後的原點觸發作用，當所傳回來的單位特徵與原點特徵值一致時，即表示該使用者端裝置60,60’正在於賣場之出入口。接著，即可以依據其他單位特徵之獲得與比對而測定使用者端裝置60,60’目前所在位置。
在此實施例中，特徵磁場產生裝置10所產生的特徵磁場並未重複，也就是說一個特徵磁場即代表在預定空間90’的一個座標，但並不以此為限，特徵磁場產生裝置10亦可以產生有重覆的特徵磁場，只要適當搭配累計的技巧或原點特徵磁場之配置，即可得到平面二維之方位測定。
此外，關於前述磁石102a,102b的其他排列方式，此排列方式亦可以是透過不同磁性材質、不同充磁方式、不同磁石形狀等方式來產生不同的特徵磁場。前述不同磁性材質可以是但不限於以不同磁性材質(如鐵氧體、釹鐵硼)進行充磁，不同充磁方式可以是但不限於採用不同磁力強度的磁石。
再者，前述「排列方式」亦可以是採用不同堆疊或不同組合之排列方式，請見於「第9A圖」、「第9B圖」、「第9C圖」、及「第9D圖」，其為根據本揭露之磁石的排列方式之實施例示意圖。「第 9A圖」中之排列方式係將單一磁石102a以磁極垂直方式配置，意即S極朝+Z軸，而N極朝-Z軸。「第9B圖」中之排列方式係將單一磁石102a的S極朝+Y軸，N極朝-Y軸。「第9C圖」中之排列方式係將單一磁石102a的N極朝+X軸，S極朝-X軸方式排列。而「第9D圖」的排列方式則可組合了上述「第9A圖」、「第9B圖」、及「第9C圖」之排列方式而形成前述單一的一個磁石組110。在「第9D圖」中的磁石組110包含了三個磁石110a,110b,110c，每一磁石110a,110b,110c具有不同之排列方式，除此之外，各磁石110a,110b,110c之磁力強度亦可相異，例如各磁石的磁場可以依據是但不限於3000高斯(Gauss)、1000高斯、及3000高斯。再者，各磁石110a,110b,110c之間距亦可不同，例如第一磁石110a與第二磁石110b之間距係可小於第二磁石110b與第三磁石110c之間距。
最後，由於磁石102a的排列方式可以有多種排列方式，因此，若磁石的排列方式在某一行進方向為NSNS，而所傳回的磁場訊號為SNSN，則可以判定目前使用者端裝置60,60’之行進方向與前述某一方向為相反。換句話說，除了磁場單一特徵的比對之外，系統端設備50的處理裝置20，亦可依據特徵磁場的順序關係，推估該使用者端裝置60,60’的所在行徑路徑與行進方向。
本提案雖以前述實施例方式呈現如上，但並不以此為限，例如，在前述實施例中，單位特徵的獲得方式是由使用者端裝置60或60’的處理器64接收並處理磁場訊號後而獲得的，但並不以此 為限，在其他實施例中，磁場感測元件62感測而得的磁場訊號、加速度計67所獲得的加速度值、及陀羅儀68所獲得的位移角度等資訊，可以部分或全部直接由處理器64傳送給處理裝置20，處理裝置20處理磁場訊號以獲得一單位特徵，也就是說，該處理裝置可依該磁場訊號、該加速度值、及/或該角度而獲得該單位特徵。
更進一步說，基於磁場特徵之方位測定系統包含系統端設備50及使用者端裝置60,60’。系統端設備50包含特徵磁場產生裝置10,10’、磁場特徵資料庫22、及處理裝置20。使用者端裝置包60,60’含磁場感測元件62、及處理器64。特徵磁場產生裝置10,10’在一預定空間內產生多個特徵磁場，該些特徵磁場具有至少二個相異之磁場特徵；磁場特徵資料庫22具有多個特徵值及多個定位值，每一該特徵值對應每一該定位值，該些特徵值係對應該些磁場特徵；磁場感測元件62感測該些特徵磁場並輸出一磁場訊號；處理器，接收並傳送該磁場訊號至該處理裝置，該處理裝置處理該磁場訊號以獲得一單位特徵，該處理裝置並於該磁場特徵資料庫中查找對應該單位特徵之該特徵值及該定位值後，輸出該對應的定位值。
基於磁場特徵之方位測定方法 ： 接著，請參閱「第10圖」，其為根據本揭露之基於磁場特徵之方位測定方法之流程示意圖。
基於磁場特徵之方位測定方法包含：S80：於一預定空間內產生多個特徵磁場，該些特徵磁場具有至少二個相異之磁場特徵； S82：接收一單位特徵；S84：於一磁場特徵資料庫中查找對應該單位特徵之一特徵值及對應該特徵值之一定位值；以及S86：輸出該定位值。
其中，如同前述，S80之於該預定空間內產生多個特徵磁場另包含產生一原點特徵磁場。而S82之單位特徵係可以來自於使用者端裝置60,60’，且使用者端裝置60,60’於該預定空間內位移至少一預定距離後發出該單位特徵；而該使用者端裝置60,60’係可依該使用者端裝置之一位移加速度、一位移角度、及偵測該特徵磁場所得之一磁場訊號而產生該單位特徵。
此外，S82之單位特徵亦可以由系統端裝置50來獲得，其獲得之方法包含：S820：接收多個磁場訊號；S822：判斷該些磁場訊號是否大於一門檻值；S824：當該些磁場訊號大於該門檻值時，累加並處理該些已接收之磁場訊號為該單位特徵；以及S826：當該些磁場訊號等於或小於該門檻值時，回到該接收多個磁場訊號。
雖然本揭露以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習相像技藝者，在不脫離本揭露之精神與範圍內，當可作些許更動與潤飾，因此本揭露之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10,10’‧‧‧特徵磁場產生裝置
100‧‧‧磁組群
102,104,106,108,110‧‧‧磁石組、磁場產生元件組
102a‧‧‧磁石、磁場產生元件
106x,106y,106z‧‧‧磁場訊號
108x,108y,108z‧‧‧磁場訊號
110a,110b,110c‧‧‧磁石
20‧‧‧處理裝置
22‧‧‧磁場特徵資料庫
24‧‧‧收發元件
30x,32x,34x‧‧‧磁場訊號
30y,32y,34y‧‧‧磁場訊號
30z,32z,34z‧‧‧磁場訊號
40,42‧‧‧磁組群
40a,40b,40c,40d‧‧‧磁石組、磁場產生元件組
42a,42b,42c,42d‧‧‧磁石組、磁場產生元件組
42e,42f,42g,42h‧‧‧磁石組、磁場產生元件組
49‧‧‧原點磁石組、原點磁場產生元件組
50‧‧‧系統端設備
60,60’‧‧‧使用者端裝置
62‧‧‧磁場感測元件
64‧‧‧處理器
66‧‧‧傳接元件
67‧‧‧加速度計
68‧‧‧陀螺儀
69‧‧‧螢幕
90,90’‧‧‧預定空間
92‧‧‧座標圖樣
95a,95b,95c‧‧‧貨架
96a,96b‧‧‧走道
d1‧‧‧磁石距
d2‧‧‧組距
d3‧‧‧群距
d4‧‧‧有效磁距
第1圖為根據本揭露基於磁場特徵之方位測定系統之第一實施例之架構示意圖。
第2A圖、第2B圖、第2C圖、及第2D圖為根據本揭露之磁石組所產生之特徵磁場之示意圖。
第3圖為根據本揭露之磁石組所產生之使用者端裝置之另一實施例。
第4A圖、第4B圖、及第4C圖為根據本揭露之磁石組在不同量測高度下之特徵磁場示意圖。
第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖、第6A圖、及第6B圖、第6C圖、第6D圖為根據本揭露之磁石組在磁石距與磁極排列方式下之特徵磁場示意圖。
第7A圖、第7B圖、第7C圖、及第7D圖為根據本揭露之磁石組在不同量測角度下之特徵磁場示意圖。
第8圖為根據本揭露之特徵磁場產生裝置之另一實施例配置於預定空間之示意圖。
第9A圖、第9B圖、第9C圖、及第9D圖為根據本揭露之磁石的排列方式之實施例示意圖。
第10圖為根據本揭露之基於磁場特徵之方位測定方法之流程示意圖。
10‧‧‧特徵磁場產生裝置
100‧‧‧磁組群
102,104,106,108‧‧‧磁場產生元件組、磁石組
102a,102b‧‧‧磁場產生元件、磁石
20‧‧‧處理裝置
22‧‧‧磁場特徵資料庫
24‧‧‧收發元件
50‧‧‧系統端設備
60‧‧‧使用者端裝置
62‧‧‧磁場感測元件
64‧‧‧處理器
66‧‧‧傳接元件
90‧‧‧預定空間
92‧‧‧座標圖樣
d1‧‧‧磁石距
d2‧‧‧組距
d3‧‧‧群距
d4‧‧‧有效磁距

Claims (22)

  1. 一種基於磁場特徵之方位測定系統，包含：一系統端設備，包含：一特徵磁場產生裝置，在一預定空間內產生多個特徵磁場，該些特徵磁場具有至少二個磁場特徵；一磁場特徵資料庫，具有多個特徵值及多個定位值，每一該特徵值對應每一該定位值，該些特徵值係對應該些磁場特徵；以及一處理裝置；以及一使用者端裝置，包含：一磁場感測元件，感測該些特徵磁場並輸出一磁場訊號；以及一處理器，接收並處理該磁場訊號並於已處理的該磁場訊號構成一單位特徵時，將該單位特徵傳送至該處理裝置，該處理裝置於該磁場特徵資料庫中查找對應該單位特徵之該特徵值及該定位值後，輸出該對應的定位值；其中，該特徵磁場產生裝置包含至少一磁組群，每一該磁組群包含多個磁場產生元件組，每一該磁場產生元件組包含多個磁場產生元件，每一該磁場產生元件組具有一個該特徵磁場。
  2. 如請求項1所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該處理器係於該使用者端裝置於該預定空間內位移大於或等於一有 效磁距後，獲得該單位特徵，其中該有效磁距為單一該磁場產生元件組能形成對應的該單位特徵之最小距離。
  3. 如請求項1所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該使用者端裝置另包含：一加速度計，用以獲得該使用者端裝置位移之加速度值；以及一陀螺儀，用以獲得該使用者端裝置位移之角度；其中，該處理器係依該磁場訊號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特徵。
  4. 如請求項1所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該特徵磁場產生裝置另包含一原點磁場產生元件組。
  5. 一種基於磁場特徵之方位測定系統，包含一系統端設備，該系統端設備適於接收一單位特徵，該系統端設備包含：一特徵磁場產生裝置，在一預定空間內產生多個特徵磁場，該些特徵磁場具有至少二個磁場特徵；一磁場特徵資料庫，具有多個特徵值及多個定位值，每一該特徵值對應每一該定位值，該些特徵值係對應該些磁場特徵；以及一處理裝置，收接該單位特徵並於該磁場特徵資料庫中查找對應該單位特徵之該特徵值及該定位值後，輸出該對應的定位值；其中，該特徵磁場產生裝置包含至少一磁組群，每一該磁 組群包含多個磁場產生元件組，每一該磁場產生元件組包含多個磁場產生元件，每一該磁場產生元件組具有一個該特徵磁場。
  6. 如請求項5所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該特徵磁場產生裝置另包含一原點磁場產生元件組。
  7. 一種基於磁場特徵之方位測定系統，包含一使用者端裝置，該使用者端裝置適用於在一配置有多個特徵磁場之預定空間，該使用者端置包含：一磁場感測元件，感測該些特徵磁場並輸出一磁場訊號；以及一處理器，接收並處理該磁場訊號並於已處理的該磁場訊號構成一單位特徵時，輸出該單位特徵；其中，該處理器係於該使用者端裝置於該預定空間內位移大於或等於該磁場產生元件組的一有效磁距後，獲得該單位特徵，其中該有效磁距為單一該磁場產生元件組能形成對應的該單位特徵之最小距離。
  8. 如請求項7所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該處理器係於該磁場訊號小於一門檻值後，處理已收到的該磁場訊號而獲得該單位特徵。
  9. 如請求項7所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該使用者端裝置另包含：一加速度計，用以獲得該使用者端裝置位移之加速度值； 以及一陀螺儀，用以獲得該使用者端裝置位移之角度；其中，該處理器係依該磁場訊號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特徵。
  10. 一種基於磁場特徵之方位測定方法，包含：於一預定空間內產生多個特徵磁場，該些特徵磁場具有至少二個磁場特徵；接收一單位特徵；於一磁場特徵資料庫中查找對應該單位特徵之一特徵值及對應該特徵值之一定位值；以及輸出該定位值；其中，該單位特徵係來自於一使用者端裝置，該使用者端裝置於該預定空間內位移至少一預定距離後發出該單位特徵。
  11. 如請求項10所述之基於磁場特徵之方位測定方法，其中該使用者端裝置係依該使用者端裝置之一位移加速度、一位移角度、及偵測該特徵磁場所得之一磁場訊號而產生該單位特徵。
  12. 如請求項10所述之基於磁場特徵之方位測定方法，其中於該預定空間內產生多個特徵磁場另包含產生一原點特徵磁場。
  13. 如請求項10所述之基於磁場特徵之方位測定方法，其中接收該單位特徵包含：接收多個磁場訊號；判斷該些磁場訊號是否大於一門檻值； 當該些磁場訊號大於該門檻值時，累加並處理該些已接收之磁場訊號為該單位特徵；以及當該些磁場訊號等於或小於該門檻值時，回到該接收多個磁場訊號。
  14. 如請求項10所述之基於磁場特徵之方位測定方法，其中該產生該些特徵磁場之方法係為以一電磁鐵、一磁石、或混合一電磁鐵與一磁石之方式產生該些特徵磁場。
  15. 如請求項10所述之基於磁場特徵之方位測定方法，其中該產生該些特徵磁場之方法為透過不同磁性材質、不同充磁方式、不同磁石形狀、不同堆疊、不同組合、不同磁力強度、或不同設置間距排列之方式產生該些特徵磁場。
  16. 如請求項10所述之基於磁場特徵之方位測定方法，其中該特徵值為一特徵曲線、一數值、一比例、或一多軸間的相對對應或轉換關係。
  17. 如請求項10所述之基於磁場特徵之方位測定方法，另包含依據該特徵磁場獲得一行進方向。
  18. 如請求項10所述之基於磁場特徵之方位測定方法，其中該定位值為一絕對座標或一相對增量。
  19. 一種基於磁場特徵之方位測定系統，包含：一系統端設備，包含：一特徵磁場產生裝置，在一預定空間內產生多個特徵磁場，該些特徵磁場具有至少二個相異之磁場特徵；； 一磁場特徵資料庫，具有多個特徵值及多個定位值，每一該特徵值對應每一該定位值，該些特徵值係對應該些磁場特徵；以及一處理裝置；以及一使用者端裝置，包含：一磁場感測元件，感測該些特徵磁場並輸出一磁場訊號；以及一處理器，接收並傳送該磁場訊號至該處理裝置，該處理裝置處理該磁場訊號以獲得一單位特徵，該處理裝置並於該磁場特徵資料庫中查找對應該單位特徵之該特徵值及該定位值後，輸出該對應的定位值；其中，該特徵磁場產生裝置包含至少一磁組群，每一該磁組群包含多個磁場產生元件組，每一該磁場產生元件組包含多個磁場產生元件，每一該磁場產生元件組具有一個該特徵磁場。
  20. 如請求項19所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該處理器係於該使用者端裝置於該預定空間內位移大於或等於一有效磁距後，獲得該單位特徵，其中該有效磁距為單一該磁場產生元件組能形成對應的該單位特徵之最小距離。
  21. 如請求項19所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該使用者端裝置另包含：一加速度計，用以獲得該使用者端裝置位移之加速度值； 以及一陀螺儀，用以獲得該使用者端裝置位移之角度；其中，該處理器係依據該磁場訊號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特徵。
  22. 如請求項19所述之基於磁場特徵之方位測定系統，其中該特徵磁場產生裝置另包含一原點磁場產生元件組。
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