TWI533727B - 受困者偵測及定位之方法與系統 - Google Patents

Description

受困者偵測及定位之方法與系統

本發明是有關於一種定位之方法與系統，且特別是有關於一種受困者偵測及定位之方法與系統。

圖1所示為在災害發生後，基地台失去與行動裝置通訊能力的示意圖。如圖1所示，在天然災害發生後，由於救災人員可能無法利用遭到破壞的基地台(例如基地台110)快速定位災民行動裝置(例如行動裝置120)的位置以進行搶救，因而時常造成嚴重的人員傷亡及財產損失。

現有的定位方式之一是由基地台以無線訊號與行動裝置互相通訊，之後基地台再利用來自行動裝置的無線訊號傳輸到基地台的時間差或延遲時間，計算出行動裝置的位置。然而，此方法必須讓基地台與行動裝置之間能夠互相通訊才可能進行定位。並且，若行動裝置持續地與基地台進行通訊，往往會使得行動裝置的電力快速下降。

第二種定位方式是利用基地台編號，亦即，只要得知行動裝置目前在哪個編號的基地台底下，將可知道此行動裝置的所在區域。然而，此種方式定位的精準度相當的低。

第三種方式是讓行動裝置加裝可接收全球衛星定位系統(Global Positioning System，GPS)訊號的GPS裝置。當基地台要求定位時，此GPS裝置可回傳行動裝置的衛星定位訊息來輔助基地台進行定位。然而，當行動裝置被遮蔽物阻擋時，基地台即無法利用衛星定位訊息偵測行動裝置的位置。

此外，當基地台失去通訊能力之後，由於行動裝置仍可能持續偵測其他可用於連線的基地台所發出的訊號，因而可能導致行動裝置的耗電量大幅上升。當行動裝置的電源耗盡時，將使得救災人員更難找出使用者所在位置，進而使救援行動更加困難。

有鑑於此，本發明提供一種受困者偵測及定位之方法與系統，其可有效降低行動裝置的耗電情形，並同時達到高準確度的定位表現。

本發明提供一種受困者偵測及定位之方法，適於受困者偵測及定位之系統。所述方法包括下列步驟：(a)基於傳輸功率傳輸第一無線訊號，並記錄傳輸功率；(b)當第一行動裝置反應於第一無線訊號註冊至受困者偵測及定位之系統時，記錄第一行動裝置的身分資訊；(c)判斷傳輸功率是否為最大傳輸功率；(d)若否， 增加傳輸功率，並重複步驟(a)至(d)；(e)若是，基於記錄的傳輸功率與身分資訊計算記錄的第一行動裝置與受困者偵測及定位之系統之間的相對位置。

在本發明之一實施例中，在基於傳輸功率傳輸無線訊號的步驟之前，更包括：基於最大傳輸功率傳輸第二無線訊號，並移動於區域中。當第二行動裝置反應於第二無線訊號註冊至受困者偵測及定位之系統時，記錄並停駐於當下的第一位置。

在本發明之一實施例中，在判斷傳輸功率是否為最大傳輸功率的步驟之前，更包括：判斷傳輸功率是否已維持單位時間。若是，接續進行步驟(c)；若否，返回步驟(a)。

在本發明之一實施例中，在基於記錄的傳輸功率與身分資訊計算記錄的第一行動裝置與受困者偵測及定位之系統之間的相對位置的步驟之後，更包括移動至第二位置，並重複執行步驟(a)至(e)。

在本發明之一實施例中，所述方法更包括：當受困者偵測及定位之系統在至少三位置皆被第三行動裝置註冊時，基於三角定位法計算第三行動裝置的絕對位置。

本發明提供一種受困者偵測及定位之系統，包括儲存單元、通訊單元以及處理單元。儲存單元儲存多個模組。處理單元耦接儲存單元以及通訊單元，存取所述多個模組以執行下列步驟：(a)基於傳輸功率控制通訊單元傳輸第一無線訊號，並記錄傳輸功率至儲存單元；(b)當第一行動裝置反應於第一無線訊號註冊 至受困者偵測及定位之系統時，記錄第一行動裝置的身分資訊至儲存單元；(c)判斷傳輸功率是否為最大傳輸功率；(d)若否，增加傳輸功率，並重複步驟(a)至(d)；(e)若是，基於記錄的傳輸功率與身分資訊計算記錄的第一行動裝置與受困者偵測及定位之系統之間的相對位置。

在本發明之一實施例中，處理單元更經配置以：基於最大傳輸功率控制通訊單元傳輸第二無線訊號，並移動於區域中；當第二行動裝置反應於第二無線訊號註冊至受困者偵測及定位之系統時，記錄當下的第一位置至儲存單元，並控制受困者偵測及定位之系統停駐於當下的第一位置。

在本發明之一實施例中，處理單元更經配置以：判斷傳輸功率是否已維持單位時間。若是，接續進行步驟(c)；若否，返回步驟(a)。

在本發明之一實施例中，處理單元更經配置以控制受困者偵測及定位之系統移動至第二位置，並重複執行步驟(a)至(e)。

在本發明之一實施例中，當受困者偵測及定位之系統在至少三位置皆被第三行動裝置註冊時，處理單元更經配置以基於三角定位法計算第三行動裝置的絕對位置。

基於上述，本發明實施例提出的定位方法以及受困者偵測及定位之系統可在動態調整傳輸功率的同時，記錄因應於各傳輸功率而註冊至受困者偵測及定位之系統的行動裝置，並據以計算受困者偵測及定位之系統與這些行動裝置之間的相對位置。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

110‧‧‧基地台

120、MS1、MS2、630、640、700、810、820、830‧‧‧行動裝置

200、400、600‧‧‧受困者偵測及定位之系統

210‧‧‧通訊單元

220‧‧‧儲存單元

230‧‧‧處理單元

410、420、430、440、610、620、720、730、740‧‧‧傳輸範圍

650‧‧‧區域

800‧‧‧控制台

L1、L2‧‧‧位置

S310~S350、S510~S590‧‧‧步驟

圖1所示為在災害發生後，基地台失去與行動裝置通訊能力的示意圖。

圖2是依據本發明之一實施例繪示的受困者偵測及定位之系統示意圖。

圖3是依據本發明之一實施例繪示的定位方法流程圖。

圖4是依據圖3實施例繪示的定位機制示意圖。

圖5是依據圖3實施例繪示的定位方法流程圖。

圖6是依據圖5實施例繪示的以最大傳輸功率尋找行動裝置的示意圖。

圖7是依據本發明之一實施例繪示的三角定位機制示意圖。

圖8是依據本發明之一實施例繪示的三角定位機制示意圖。

圖2是依據本發明之一實施例繪示的受困者偵測及定位之系統示意圖。在本實施例中，受困者偵測及定位之系統200可代表具有可移動性的增強節點B(enhanced node B，eNodeB)、進階基站(Advanced Base Station，ABS)、巨型蜂巢式基站(macro-cell base station)、微型蜂巢式基站(pico-cell base station)、或遠端射頻頭(Remote Radio Head，RRH)。

受困者偵測及定位之系統200包括通訊單元210、儲存單元220以及處理單元230。通訊單元210可經配置以用於處理蜂窩式通訊技術的射頻(Radio Frequency，RF)信號，蜂窩式通訊技術例如全球移動系統(Global System for Mobile，GSM)、第三代合作夥伴計畫長期演進(3GPP LTE)、碼分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)、寬頻CDMA(WCDMA)、高速封包存取(High Speed Packet Access，HSPA)，以及全球微波互通(World Interoperability for Microwave Access，WiMAX)等等。儲存單元220例如是記憶體、硬碟或是其他任何可用於儲存資料的元件，而可用以記錄多個程式碼或模組。

處理單元230連接通訊單元210以及儲存單元220。處理單元230可為一般用途處理器、特殊用途處理器、傳統的處理器、數位訊號處理器、多個微處理器(microprocessor)、一個或多個結合數位訊號處理器核心的微處理器、控制器、微控制器、特殊應用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、場可程式閘陣列電路(Field Programmable Gate Array，FPGA)、任何其他種類的積體電路、狀態機、基於進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine，ARM)的處理器以及類似品。

在本實施例中，處理單元230可存取儲存單元220記錄的各個模組以執行本發明提出的定位方法。

圖3是依據本發明之一實施例繪示的受困者偵測及定位之方法流程圖。本實施例提出的方法可由圖2的受困者偵測及定位之系統200執行，以下即搭配圖2的各個元件來說明本方法的詳細步驟。

在步驟S310中，處理單元230可基於傳輸功率控制通訊單元210傳輸第一無線訊號，並記錄傳輸功率至儲存單元220。所述傳輸功率例如是一初始傳輸功率，其可由設計者自行設定。所述第一無線訊號例如是可讓尚未註冊到任何基地台的行動裝置據以註冊到受困者偵測及定位之系統200的任何形式訊號。所述行動裝置例如是移動台(mobile station)、高級移動台(Advanced Mobile Station，AMS)、或無線終端通信裝置。另外，行動裝置可以為手機、智慧型手機、平板電腦(tablet PC)或其他相似的裝置。

在一實施例中，行動裝置可個別包括收發器(未繪示)、通信協定模組(未繪示)以及記憶體(未繪示)。所述收發器和所述記憶體均可以連接至通信協定模組。收發器可以配置用以對來自其覆蓋範圍內其他裝置的信號進行傳輸和接收。收發器可以執行類比數位信號轉換(ADC)、數位類比信號轉換(DAC)、調變(Modulation)、解調(Demodulation)、信號放大(signal amplification)、低通濾波(low-pass filtering)以及帶通濾波(bandpass filtering)。例如，收發器經配置用以向通信協定模組提供已接收信號的資訊、將從通信協定模組接收到的資料調變成已調變信號，以及將已調變信號傳輸到其他裝置。

通信協定模組可以配置用以從其他裝置接收請求訊息(Request Message)，並且對所述訊息中的命令進行處理(或根據所述訊息中的參數來執行相應操作)。通信協定模組可以包括處理器和嵌入式軟體或韌體程式。所述嵌入式軟體或韌體程式可以包括通信協定堆疊(Communication Protocol Stack)的程式碼。另外，記憶體可以經配置以暫時儲存各種參數或其他資料。行動裝置可個別進一步包括其他元件，例如，天線模組，用於實現收發器、通信協定模組以及記憶體的上述功能。根據受困者偵測及定位之系統200與行動裝置所採用的無線網路方案(例如CDMA、WCDMA、GSM、UMTS、3G、4G、WiMAX、LTE等)，其他元件也可以包含在受困者偵測及定位之系統200與行動裝置中。

為了便於說明本發明的精神，以下篇幅中出現的各個行動裝置皆具有與上述相同或相似的性質。

接著，在步驟S320中，當第一行動裝置反應於第一無線訊號註冊至受困者偵測及定位之系統200時，處理單元230可記錄第一行動裝置的身分資訊至儲存單元220。所述身分資訊例如包括行動裝置中用戶識別模組(Subscriber Identification Module，SIM)卡的國際性行動用戶識別碼(International Mobile Subscriber Identity，IMSI)或其他可用於唯一地識別第一行動裝置或其使用者的資訊。

在一實施例中，當第一行動裝置原本註冊的基地台因災害(例如地震)的發生而失去功能時，第一行動裝置仍會持續偵 測其他可建立連線的基地台。在第一行動裝置註冊至受困者偵測及定位之系統200之後，第一行動裝置即可停止偵測而進入休眠模式(sleep mode)，進而達到節省電力的效果。如此一來，救災人員即能夠以較充裕的時間來找到第一行動裝置的使用者，進而使救援行動的難度大幅下降。

之後，在步驟S330中，處理單元230可判斷傳輸功率是否為最大傳輸功率。若否，處理單元230可接續執行步驟S340；若是，處理單元230可接續執行步驟S350。所述最大傳輸功率例如是受困者偵測及定位之系統200所能發送傳輸功率的最大值。

在步驟S340中，處理單元230可增加傳輸功率，並接著重複執行步驟S310~S330。

接著，在傳輸功率被增加至最大傳輸功率之後，在步驟S350中，處理單元230可基於記錄的傳輸功率與身分資訊計算記錄的第一行動裝置與受困者偵測及定位之系統之間的相對位置。

詳細而言，本領域具通常知識者應可了解，一個傳輸功率實質上對應於一個傳輸範圍(及/或傳輸半徑)。隨著重複執行的步驟S310~S340，受困者偵測及定位之系統200的傳輸功率將逐步增加，因而導致其傳輸範圍亦對應地增加。並且，受困者偵測及定位之系統200可記錄在各個傳輸範圍下註冊至受困者偵測及定位之系統200的各個第一行動裝置。因此，受困者偵測及定位之系統200可精確地依據得知與各個第一行動裝置之間的距離，並進而推得各個第一行動裝置與受困者偵測及定位之系統200之 間的相對位置。

從另一觀點而言，本發明提出的方法是以受困者偵測及定位之系統200本身的傳輸功率來換算行動裝置與受困者偵測及定位之系統200之間的距離，因而不同於傳統上利用來自行動裝置的無線訊號傳輸到基地台的時間差或延遲時間來計算行動裝置位置的方式。更進一步而言，由於本發明提出的方法可省去行動裝置與受困者偵測及定位之系統200之間進行的頻繁訊息交換，因而能夠降低行動裝置的電力消耗。

請參照圖4，圖4是依據圖3實施例繪示的定位機制示意圖。在本實施例中，傳輸範圍410例如是對應於初始傳輸功率的傳輸範圍，傳輸範圍440例如是對應於最大傳輸功率的傳輸範圍。

如圖4所示，由於在傳輸範圍410中未存在註冊至受困者偵測及定位之系統400的行動裝置，因此受困者偵測及定位之系統400可增加傳輸功率以將傳輸範圍410擴大至傳輸範圍420。此時，由於行動裝置MS1位於傳輸範圍420內，因此行動裝置MS1可註冊至受困者偵測及定位之系統400，並接著進入休眠模式。受困者偵測及定位之系統400可記錄當下的傳輸功率(以P1表示)以及行動裝置MS1的身分資訊(例如，IMSI)。接著，受困者偵測及定位之系統400可再次增加傳輸功率以將傳輸範圍420擴大至傳輸範圍430。此時，由於行動裝置MS2位於傳輸範圍430內，因此行動裝置MS2可註冊至受困者偵測及定位之系統400，並接著進入休眠模式。受困者偵測及定位之系統400可記錄 當下的傳輸功率(以P2表示)以及行動裝置MS2的身分資訊(例如，IMSI)。

在受困者偵測及定位之系統400將傳輸範圍擴大至傳輸範圍440之後，受困者偵測及定位之系統400可分別基於P1及P2計算與行動裝置MS1及MS2的相對位置(例如距離)。

為了使定位的準確度進一步提升，本發明更提出圖4的方法來進一步說明本發明的精神。

圖5是依據圖3實施例繪示的定位方法流程圖。本實施例提出的方法同樣可由圖2的受困者偵測及定位之系統200執行，以下即搭配圖2的各個元件來說明本方法的詳細步驟。

在步驟S510中，處理單元230可基於最大傳輸功率控制通訊單元210傳輸第二無線訊號，並控制受困者偵測及定位之系統200移動於一區域中。接著，在步驟S520中，當第二行動裝置反應於第二無線訊號註冊至受困者偵測及定位之系統200時，處理單元230可記錄當下的第一位置至儲存單元220，並控制受困者偵測及定位之系統200停駐於當下的第一位置。

請參照圖6，圖6是依據圖5實施例繪示的以最大傳輸功率尋找行動裝置的示意圖。在本實施例中，假設受困者偵測及定位之系統600在位置L1具有對應於最大傳輸功率的傳輸範圍610。由於傳輸範圍610內沒有註冊至受困者偵測及定位之系統600的行動裝置，因此受困者偵測及定位之系統600可在區域650內任意移動。區域650例如是災區或是其他由設計者指派的地點， 但本發明的可實施方式不限於此。

接著，當受困者偵測及定位之系統600移動至位置L2，並具有傳輸範圍620時，由於行動裝置630及640可註冊至受困者偵測及定位之系統600，因此受困者偵測及定位之系統600的處理單元可記錄當下的位置L2至受困者偵測及定位之系統600的儲存單元，並控制受困者偵測及定位之系統600停駐於當下的位置L2。

請再次參照圖5，在步驟S530中，處理單元230可基於傳輸功率控制通訊單元210傳輸第一無線訊號，並記錄傳輸功率至儲存單元220。在步驟S540中，當第一行動裝置反應於第一無線訊號註冊至受困者偵測及定位之系統200時，處理單元230可記錄第一行動裝置的身分資訊至儲存單元220。步驟S530及S540的細節可參照圖3中步驟S310及S320的相關說明，在此不再贅述。

之後，在步驟S550中，處理單元230可判斷傳輸功率是否已維持一單位時間。若否，則返回步驟S540；若是，則接續進行步驟S560。所述單位時間可以是任何由設計者設定的時間區間，例如10分鐘、半小時等。如此一來，即可避免有行動裝置因來不及註冊至受困者偵測及定位之系統200而對應至不精準的傳輸功率。

在步驟S560中，處理單元230可判斷傳輸功率是否為最大傳輸功率。若否，處理單元230可接續執行步驟S570；若是， 處理單元230可接續執行步驟S580。在步驟S560中，處理單元230可增加傳輸功率，並接著重複執行步驟S530~S560。接著，在傳輸功率被增加至最大傳輸功率之後，在步驟S580中，處理單元230可基於記錄的傳輸功率與身分資訊計算記錄的第一行動裝置與受困者偵測及定位之系統之間的相對位置。步驟S560~S580的細節可參照圖3中步驟S330~S350的相關說明，在此不再贅述。

在步驟S590中，處理單元230可控制受困者偵測及定位之系統200移動至第二位置，並接著返回至步驟S530。所述第二位置例如是由設計者指定的鄰近於第一位置的地點，或是其他任意的地點。換言之，受困者偵測及定位之系統200可在第二位置再次將傳輸功率從初始傳輸功率逐漸增加至最大傳輸功率，並同時記錄對應於各個傳輸功率的行動裝置。並且，受困者偵測及定位之系統200可再次計算各個行動裝置與第二位置的相對位置。

在一實施例中，當受困者偵測及定位之系統200在至少三位置皆被第三行動裝置註冊時，處理單元230可基於三角定位法計算第三行動裝置的絕對位置。

請參照圖7，圖7是依據本發明之一實施例繪示的三角定位機制示意圖。在本實施例中，假設受困者偵測及定位之系統700分別在圖7所示的三個位置皆被行動裝置710註冊，受困者偵測及定位之系統700即可基於傳輸範圍720~740來估算行動裝置710的絕對位置，也就是傳輸範圍720~740的交集處。

在其他實施例中，若同時存在多個受困者偵測及定位之 系統的話，將可進一步提升本發明提出的定位方法的效率。

請參照圖8，圖8是依據本發明之一實施例繪示的三角定位機制示意圖。在本實施例中，受困者偵測及定位之系統810~830可同時受控於控制台800。控制台800可經配置以控制受困者偵測及定位之系統810~830移動的位置以及處理由受困者偵測及定位之系統810~830回傳的各種資料。舉例而言，受困者偵測及定位之系統810~830可即時或批次將註冊至受困者偵測及定位之系統810~830的各個行動裝置的身分資訊以及對應的傳輸功率回傳至控制台800，而控制台800即可對應地計算各個行動裝置與受困者偵測及定位之系統810~830之間的相對位置，或是行動裝置的絕對位置。

綜上所述，本發明實施例提出的定位方法以及受困者偵測及定位之系統可在動態調整傳輸功率的同時，記錄因應於各傳輸功率而註冊至受困者偵測及定位之系統的行動裝置，並據以計算受困者偵測及定位之系統與這些行動裝置之間的相對位置。因此，當行動裝置原本註冊的基地台因受災而失去通訊能力時，受困者偵測及定位之系統可用於準確地定位行動裝置。並且，在行動裝置註冊至受困者偵測及定位之系統之後，行動裝置可進入休眠模式，因而可達到省電的效果。如此一來，救災人員即能夠以較充裕的時間來找到行動裝置的使用者，進而使救援行動的難度大幅下降。此外，由於本發明提出的方法可省去行動裝置與受困者偵測及定位之系統之間用於進行定位的頻繁訊息交換，因而能 夠在低耗電的情形下達到高準確度的定位表現。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S310~S350‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種基於動態調整傳輸功率的定位方法，適於一受困者偵測及定位之系統，包括下列步驟：(a)基於一傳輸功率傳輸一第一無線訊號，並記錄該傳輸功率；(b)當一第一行動裝置反應於該第一無線訊號註冊至該受困者偵測及定位之系統時，記錄該第一行動裝置的一身分資訊；(c)判斷該傳輸功率是否為一最大傳輸功率；(d)若否，增加該傳輸功率，並重複步驟(a)至(d)；(e)若是，基於記錄的該傳輸功率與該身分資訊計算記錄的該第一行動裝置與該受困者偵測及定位之系統之間的一相對位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在基於該傳輸功率傳輸該無線訊號的步驟之前，更包括：基於該最大傳輸功率傳輸一第二無線訊號，並移動於一區域中；以及當一第二行動裝置反應於該第二無線訊號註冊至該受困者偵測及定位之系統時，記錄並停駐於當下的一第一位置。
3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中在判斷該傳輸功率是否為該最大傳輸功率的步驟之前，更包括：判斷該傳輸功率是否已維持一單位時間；若是，接續進行步驟(c)；以及若否，返回步驟(a)。
4. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中在基於記錄的該傳輸功率與該身分資訊計算記錄的該第一行動裝置與該受困者偵測及定位之系統之間的該相對位置的步驟之後，更包括：移動至一第二位置，並重複執行步驟(a)至(e)。
5. 如申請專利範圍第4項所述的方法，更包括：當該受困者偵測及定位之系統在至少三位置皆被一第三行動裝置註冊時，基於一三角定位法計算該第三行動裝置的一絕對位置。
6. 一種受困者偵測及定位之系統，包括：一儲存單元，儲存多個模組；一通訊單元；以及一處理單元，耦接該儲存單元以及該通訊單元，存取該些模組以執行下列步驟：(a)基於一傳輸功率控制該通訊單元傳輸一第一無線訊號，並記錄該傳輸功率至該儲存單元；(b)當一第一行動裝置反應於該第一無線訊號註冊至該受困者偵測及定位之系統時，記錄該第一行動裝置的一身分資訊至該儲存單元；(c)判斷該傳輸功率是否為一最大傳輸功率；(d)若否，增加該傳輸功率，並重複步驟(a)至(d)；(e)若是，基於記錄的該傳輸功率與該身分資訊計算記錄的該第一行動裝置與該受困者偵測及定位之系統之間的一相對位置。
7. 如申請專利範圍第6項所述的受困者偵測及定位之系統，其中該處理單元更經配置以：基於該最大傳輸功率控制該通訊單元傳輸一第二無線訊號，並移動於一區域中；以及當一第二行動裝置反應於該第二無線訊號註冊至該受困者偵測及定位之系統時，記錄當下的一第一位置至該儲存單元，並控制該受困者偵測及定位之系統停駐於當下的該第一位置。
8. 如申請專利範圍第7項所述的受困者偵測及定位之系統，其中該處理單元更經配置以：判斷該傳輸功率是否已維持一單位時間；若是，接續進行步驟(c)；以及若否，返回步驟(a)。
9. 如申請專利範圍第8項所述的受困者偵測及定位之系統，其中該處理單元更經配置以控制該受困者偵測及定位之系統移動至一第二位置，並重複執行步驟(a)至(e)。
10. 如申請專利範圍第9項所述的受困者偵測及定位之系統，其中當該受困者偵測及定位之系統在至少三位置皆被一第三行動裝置註冊時，該處理單元更經配置以基於一三角定位法計算該第三行動裝置的一絕對位置。