TWI525333B - 室內定位系統、定位伺服器與室內定位方法 - Google Patents

室內定位系統、定位伺服器與室內定位方法 Download PDF

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Description

室內定位系統、定位伺服器與室內定位方法
本發明是有關於一種室內定位系統、定位伺服器與室內定位方法，且特別是有關於一種搭配異質無線通訊標準對可攜式裝置進行定位之室內定位系統、定位伺服器與室內定位方法。
過去，透過全球定位系統(Global Positioning System，簡稱為GPS)對可攜式裝置(如：手機、平板電腦等)進行定位的功能已經相當普遍。全球定位系統原始設計的目的是給具有開放天空(Open Sky)的用戶使用。使用全球定位系統進行室內定位時，衛星信號容易受到建築物的干擾，導致全球定位系統無法將應用延伸至室內環境。因此，如何對位於室內環境的可攜式裝置進行定位為一個待解決的課題。
本發明是有關於一種室內定位系統、定位伺服器與室內定位方法，且特別是有關於一種使用異質無線通訊標準之室內定位系統、定位伺服器與室內定位方法。
根據本發明之第一方面，提出一種室內定位系統，用於感測位於一室內環境之一可攜式裝置的位置，該室內定位系統係包含：一第一無線感測器，設置於該室內環境，其係透過一第一無線通訊標準與該可攜式裝置信號連接，且該第一無線感測器產生與該可攜式裝置對應之一第一無線感測資訊；一第二無線感測器，設置於該室內環境，其係透過一第二無線通訊標準與該 可攜式裝置信號連接，且該第二無線感測器產生與該可攜式裝置對應之一第二無線感測資訊；一第三無線感測器，設置於該室內環境，其係產生與該可攜式裝置對應之一第三無線感測資訊；以及一定位伺服器，信號連接於該等無線感測器，其係接收該第一無線感測資訊、該第二無線感測資訊、該第三無線感測資訊並據以得出該可攜式裝置在該室內環境的位置。
根據本發明之第二方面，提出一種定位伺服器，用於對位於一室內環境之一可攜式裝置定位，該定位伺服器係包含：一接收器，信號連接於一網路，該接收器係透過該網路而接收與該可攜式裝置對應之一第一無線感測資訊、一第二無線感測資訊與一第三無線感測資訊；以及一資料庫，電連接於該接收器，其係儲存與一第一無線感測器對應之一第一感測範圍、與一第二無線感測器對應之一第二感測範圍以及與一第三無線感測器對應之一第三感測範圍，其中該定位伺服器係根據該等無線感測資訊與該等感測範圍而得出該可攜式裝置在該室內環境的位置。
根據本發明之第三方面，提出一種室內定位方法，用於感測位於一室內環境之一可攜式裝置的位置，該室內定位方法係包含以下步驟：透過一第一無線通訊標準與該可攜式裝置建立信號連接，並據以產生與該可攜式裝置對應之一第一無線感測資訊；透過一第二無線通訊標準與該可攜式裝置建立信號連接，並據以產生與該可攜式裝置對應之一第二無線感測資訊；產生與該可攜式裝置對應之一第三無線感測資訊；以及根據該第一無線感測資訊、該第二無線感測資訊、該第三無線感測資訊得出該可攜式裝置在該室內環境的位置。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
11‧‧‧第一無線感測器
13‧‧‧第二無線感測器
15‧‧‧第三無線感測器
10‧‧‧可攜式裝置
12‧‧‧室內環境
17‧‧‧定位伺服器
171‧‧‧資料庫
173‧‧‧接收器
19‧‧‧網路
S1、S11、S13、S3、S31、S33、S5、S51、S53、S7‧‧‧步驟
第1圖，其係本發明之室內定位系統利用異質無線感測器，感測可攜式裝置的位置之示意圖。
第2圖，其係本發明之室內定位系統之示意圖。
第3圖，其係本發明之室內定位方法的流程圖。
為了改善習用技術的定位系統的缺失，本發明提出一種結合異質之無線通訊標準，對位於室內的可攜式裝置進行定位。
請參見第1圖，其係本發明之定位系統利用異質無線感測器，感測可攜式裝置的位置之示意圖。可攜式裝置10可於室內環境內任意移動。根據本發明構想的實施例，第一無線感測器11、第二無線感測器13、第三無線感測器15與可攜式裝置之間，採用至少兩種類型的無線通訊標準而信號連接。
例如：第一無線感測器11與第二無線感測器13為WiFi基地台，透過WiFi感測可攜式裝置10，而第三無線感測器為低功耗藍牙通訊技術(iBeacon)感測器，透過iBeacon感測可攜式裝置10。又如：第一無線感測器11與可攜式裝置10建立WiFi的信號連接；第二無線感測器13與可攜式裝置10建立紫蜂協定(Zigbee)的信號連接；第三無線感測器15為iBeacon感測器，透過iBeacon感測可攜式裝置10。
不同類型的無線通訊標準具有不同的覆蓋範圍。以WiFi為例，採用802.11b或802.11g的WiFi在無任何障礙物下，可覆蓋範圍可達室內-50平方米(538英尺)/室外-140平方米(1,500英尺)。採用802.11n的WiFi具有更遠的覆蓋範圍。其次，以iBeacon為例，iBeacon無線感測器可感測的最遠傳輸距離為50m。再以近場通訊(Near Field Communication，簡稱為NFC)為例，NFC是一種短距高頻(13.56MHz)的無線通訊標準。NFC無線感測器可用於在20公分距離內的可攜式裝置。當然，除了WiFi、iBeacon、NFC外，其他諸如ZigBee、藍芽(Bluetooth)等無線通訊標準的感測器，也可應用於本發明的室內定位系統。
根據本發明的構想，無線通訊標準可支援的覆蓋範圍可以第 1圖的圓形表示。當然，隨著室內環境的擺設與建築材料的不同，無線感測器所對應之感測範圍並不一定為對稱的圓形。
隨著無線通訊標準的不同，各個無線感測器所對應之感測範圍的大小也不同。例如，iBeacon無線感測器的感測範圍大於NFC無線感測器的感測範圍，代表以iBeacon無線感測器為圓心之圓的半徑大於以NFC無線感測器為圓心之圓的半徑。
根據本發明的構想，第一無線感測器11可在第一感測範圍D1內，感測是否有任何使用第一無線通訊標準的裝置。換言之，若可攜式裝置10移動其位置，但仍在第一感測範圍D1內時，第一無線感測器11均可以對應產生與可攜式裝置10相對應之第一無線感測資訊。同樣的，第二無線感測器13可在第二感測範圍D2內，感測是否有任何使用第二無線通訊標準的裝置。第三無線感測器15可在第三感測範圍D3內感測是否有任何使用第三無線通訊標準的裝置。
藉由比較各個無線感測器產生的無線感測資訊，室內定位系統可估算出可攜式裝置的實際位置。舉例而言，若第一無線感測器11與第二無線感測器13各自產生與可攜式裝置10對應之第一無線感測資訊與第二無線感測資訊時，代表可攜式裝置10位於第一感測範圍D1以及第二感測範圍D2重疊的區域。
同理，若第一無線感測器11、第二無線感測器13、第三無線感測器15各自產生與可攜式裝置10對應之第一無線感測資訊、第二無線感測資訊與第三無線感測資訊時，代表可攜式裝置10位於第一感測範圍D1、第二感測範圍D2與第三感測範圍D3重疊的區域。第1圖的可攜式裝置10便位於一個第一感測範圍D1、第二感測範圍D2與第三感測範圍D3重疊的區域。
為便於說明，以下假設第一無線感測器11、第二無線感測器13、第三無線感測器15藉由三種不同類型的無線通訊標準而信號連接於可攜式裝置10。換言之，第一無線感測器11經由第一無線通訊標準P1(例如WiFi)連接可攜式裝置10；第二無線感測器13經由第二無線通訊標準P2(例如Zigbee)連接可攜式裝置10；以及第三無線感測器15經由第三無線 通訊標準P3(例如iBeacon)連接可攜式裝置10。
請參見第2圖，其係本發明之定位系統傳送定位資訊之示意圖。定位伺服器17透過網路19而信號連接於第一無線感測器11、第二無線感測器13、第三無線感測器15。
定位伺服器17包含接收器173與資料庫171。接收器173信號連接於網路19，透過網路19而接收與可攜式裝置對應之無線感測資訊。資料庫171電連接於接收器173。資料庫171內部預先儲存與無線感測器相關的資訊。例如，與第一無線感測器11對應之第一感測範圍、與第二無線感測器13對應之第二感測範圍，以及與第三無線感測器15對應之第三感測範圍。據此，定位伺服器17可以根據無線感測資訊與感測範圍而得出可攜式裝置10在室內環境12的位置。
當第一無線感測器11經由第一無線通訊標準P1感測到可攜式裝置10時，第一無線感測器11產生第一無線感測資訊。第一無線感測器11產生第一無線感測資訊後，第一無線感測器11透過網路19將第一無線感測資訊傳送至定位伺服器17。
當第二無線感測器13經由第二無線通訊標準P2感測到可攜式裝置10時，第二無線感測器13產生第二無線感測資訊。第二無線感測器13產生第二無線感測資訊後，第二無線感測器13透過網路19將第二無線感測資訊傳送至定位伺服器17。
當第三無線感測器15經由第三無線通訊標準P3感測到可攜式裝置10時，第三無線感測器15產生第三無線感測資訊。第三無線感測器15產生第三無線感測資訊後，第三無線感測器15透過網路19將第三無線感測資訊傳送至定位伺服器17。
待定位伺服器17自網路19接收第一無線感測信號、第二無線感測信號、第三無線感測信號後，定位伺服器17再搭配定位演算法估算可攜式裝置的位置。其中，定位演算法的種類並不需要被限定。例如，定位伺服器17可採用三角定位演算法(Triangle Math)、圓交點法(Circle Intersection Point)等。
隨著可攜式裝置10在室內環境的位置改變，用於感測可攜 式裝置的無線感測器也可能不同。例如，假設室內定位系統還包含第四無線感測器(未繪式)，且第四無線感測器對應於第四感測範圍D4。若可攜式裝置10的位置離開第三感測範圍D3後，移動至第一感測範圍D1、第二感測範圍D2、第四感測範圍D4的交集處。則，定位伺服器17將改由第一無線感測器11、第二無線感測器13、第四無線感測器接收無線感測資訊，並據以判斷得出可攜式裝置10的新位置在第一感測範圍D1、第二感測範圍D2與第四感測範圍D4的交集處。
換言之，若無線感測器依據本身採用的無線通訊標準而感測到可攜式裝置10的存在時，無線感測器便對應產生並傳送與可攜式裝置10相對應的無線感測資訊至定位伺服器17。反之，若無線感測器依據本身採用的無線通訊標準，並未感測到可攜式裝置10的存在時，無線感測器不會產生與可攜式裝置10相對應的無線感測資訊至定位伺服器17。連帶的，定位伺服器17可以根據傳送無線感測資訊的無線感測器，以及根據內部儲存之無線感測器的安裝位置與其對應的感測範圍，判斷可攜式裝置10的實際位置。
請參見第3圖，其係本發明之定位方法的流程圖。在此圖式中，步驟S1、S3、S5分別代表當可攜式裝置移動至各個無線感測器的感測範圍後，各個無線感測器產生無線感測資訊，以及定位伺服器17接收無線感測資訊的步驟。須留意的是，步驟S1、S3、S5的先後順序並不以此為限。甚至，步驟S1、S3、S5亦可平行進行。
在步驟S1中，第一無線感測器11根據第一無線通訊標準產生與可攜式裝置對應之第一無線感測資訊(步驟S11)。接著，第一無線感測器11透過網路19將第一無線感測資訊傳送至定位伺服器17。換言之，定位伺服器17將透過網路19接收第一無線感測資訊(步驟S13)。
在步驟S3中，第二無線感測器13根據第二無線通訊標準產生與可攜式裝置10對應之第二無線感測資訊(步驟S31)。接著，第二無線感測器13透過網路將第二無線感測資訊傳送至定位伺服器17。換言之，定位伺服器17將透過網路19接收第二無線感測資訊(步驟S33)。
在步驟S5中，第三無線感測器15根據第三無線通訊標準 產生與可攜式裝置10對應之第三無線感測資訊(步驟S51)。接著，第三無線感測器15透過網路19將第三無線感測資訊傳送至定位伺服器17。換言之，定位伺服器17將透過網路19接收第三無線感測資訊(步驟S53)。
其後，定位伺服器17再根據第一無線感測資訊、第二無線感測資訊、第三無線感測資訊，搭配各種定位演算法得出可攜式裝置在室內環境的位置(步驟S7)。
如前所述，定位伺服器17利用資料庫173儲存與無線感測器相關的資訊，以下列表僅為舉例使用並非用於限制資料庫173實際儲存的無線感測器個數與資訊類型。
資料庫173內部儲存每個無線感測器所安裝的位置、採用的無線通訊標準，以及每個無線感測器所對應的感測範圍。若延續前述的例子，第一無線感測器為WiFi無線感測器，安裝於第一安裝位置，與第一無線感測器對應的無線通訊標準為WiFi，且第一感測範圍D1對應於WiFi感測範圍。第三無線感測器為Zigbee無線感測器，安裝於第二安裝位置，與第二無線感測器對應的無線通訊標準為Zigbee，且第二感測範圍D2對應於Zigbee感測範圍。第三無線感測器為iBeacon無線感測器，安裝於第三安裝位置，與第三無線感測器對應的無線通訊標準為iBeacon，且第三感測範圍D3對應於iBeacon感測範圍。
根據前述說明可以得知，本發明的室內定位系統可搭配室內環境既有的各種無線通訊標準，自不同的無線感測器偵測並產生可攜式裝置的無線感測資訊。之後，再利用遠端的定位伺服器17接收並結合由各個無線感測器產生的無線感測資訊，並 且，根據這些無線感測資訊確認可攜式裝置的位置。據此，本發明的室內定位方法並不需要設置專用的無線感測器，能節省室內定位系統的生產成本。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S1、S11、S13、S3、S31、S33、S5、S51、S53、S7‧‧‧步驟

Claims (15)

  1. 一種室內定位系統，用於感測位於一室內環境之一可攜式裝置的位置，該定位系統係包含：一第一無線感測器，設置於該室內環境，其係透過一第一無線通訊標準與該可攜式裝置信號連接，且該第一無線感測器產生與該可攜式裝置對應之一第一無線感測資訊；一第二無線感測器，設置於該室內環境，其係透過一第二無線通訊標準與該可攜式裝置信號連接，且該第二無線感測器產生與該可攜式裝置對應之一第二無線感測資訊；一第三無線感測器，設置於該室內環境，其係產生與該可攜式裝置對應之一第三無線感測資訊；以及一定位伺服器，信號連接於該等無線感測器，其係接收該第一無線感測資訊、該第二無線感測資訊、該第三無線感測資訊並據以得出該可攜式裝置在該室內環境的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位系統，其中該定位伺服器係透過一網路而信號連接於該等無線感測器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位系統，其中該定位伺服器係根據該等無線感測資訊與一定位演算法得出該可攜式裝置在該室內環境的位置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之室內定位系統，其中該定位演算法係為一三角定位演算法(Triangle Math)、一圓交點法(Circle Intersection Point)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位系統，其中該第三無線感測器係透過一第三無線通訊標準與該可攜式裝置信號連接，且該第三無線感測器產生該第三無線感測資訊。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之室內定位系統，其中該等無線通訊標準彼此為異質無線通訊標準。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位系統，其中該第三無線感測器係透過該第一無線通訊標準或該第二無線通訊標準之一者感測該第三無線感測資訊。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位系統，其中該等無線通訊標準係為一無線區域網路標準(WiFi)、一紫蜂協定(Zigbee)、一近距離無線通訊(Near Field Communication，簡稱為NFC)、一藍牙通訊技術(Bluetooth)、一低功耗藍牙通訊技術(iBeacon)。
  9. 一種定位伺服器，判斷位於一室內環境之一可攜式裝置的位置，該定位伺服器係包含：一接收器，信號連接於一網路，該接收器係透過該網路而接收與該可攜式裝置對應之一第一無線感測資訊、一第二無線感測資訊與一第三無線感測資訊；以及一資料庫，電連接於該接收器，其係儲存與一第一無線感測器對應之一第一感測範圍、與一第二無線感測器對應之一第二感測範圍以及與一第三無線感測器對應之一第三感測範圍，其中該定位伺服器係根據該等無線感測資訊與該等感測範圍而得出該可攜式裝置在該室內環境的位置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之定位伺服器，其中該第一無線感測資訊係由該第一無線感測器產生後傳送至該網路；該第二無線感測資訊係由該第二無線感測器產生後傳送至該網路；以及該第三無線感測資訊係由該第三無線感測器產生後傳送至該網路。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之定位伺服器，其中該第一無線感測器根據一第一無線通訊標準而與該可攜式裝置建立信號連接，並根據該第一無線通訊標準而產生該第一無線感測資訊；以及該第二無線感測器根據一第二無線通訊標準而與該可攜式裝置建立信號連接，並根據該第二無線通訊標準而產生該第二無線感測資訊。
  12. 一種室內定位方法，應用於一室內定位系統，該室內定 位方法係包含以下步驟：透過一第一無線通訊標準與位於一室內環境之一可攜式裝置建立信號連接，並據以產生與該可攜式裝置對應之一第一無線感測資訊；透過一第二無線通訊標準與該可攜式裝置建立信號連接，並據以產生與該可攜式裝置對應之一第二無線感測資訊；產生與該可攜式裝置對應之一第三無線感測資訊；以及根據該第一無線感測資訊、該第二無線感測資訊、該第三無線感測資訊與一定位演算法得出該可攜式裝置在該室內環境的位置。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之室內定位方法，其中產生與該可攜式裝置對應之該第三無線感測資訊之步驟係指：透過一第三無線通訊標準與該可攜式裝置建立信號連接，並據以產生該第三無線感測資訊。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之室內定位方法，其中該等無線通訊標準彼此為異質無線通訊標準。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之室內定位方法，其中產生與該可攜式裝置對應之該第三無線感測資訊之步驟係指：透過該第一無線通訊標準與該第二無線通訊標準之一者而與該可攜式裝置建立信號連接，並據以產生該第三無線感測資訊。
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