TWI547707B

TWI547707B - Positioning navigation system

Info

Publication number: TWI547707B
Application number: TW103136270A
Authority: TW
Inventors: Jieh Chian Wu
Original assignee: Univ Nat Kaohsiung 1St Univ Sc
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-09-01
Also published as: TW201616151A

Description

定位導航系統

本發明係關於一種定位導航系統，特別是一種以辨識標籤作為定位點的定位導航系統，辨識標籤藉由接收定位導航裝置所發射的電磁波後，回傳識別碼訊號，接著定位導航系統利用辨識識別碼訊號來計算所在位置、歷程軌跡、及行進方向，並且與一預先設定的目的地位置，計算導航方向。以達節能、節費及定位精確的效果。

現有的定位導航技術的實施，大部分需要有網際網路提供的雲端服務的配合，這類的技術被稱之為連網式。例如，使用Google Map來定位導航。連網式主要經由行動通訊(例如GSM、3G、或4G等)、或是經由無線區域網路WIFI來連上網際網路(簡稱為上網)。因此對於使用行動通訊來上網的使用者，必需要付出額外的傳輸費用；另外對於使用無線區域網路WIFI上網的使用者，必須在有WIFI服務的區域才能上網，而且使用WIFI的接收器會有較為耗電的現象。因此，不必使用網際網路的雲端服務即能實施定位導航的系統，對於使用者而言則具有節費省電的優勢，此被稱之為非連網式的技術，也就是離線式的定位導航技術。例如，僅使用全球衛星定位系統(GPS)的汽車導航系統即是屬於離線式的定位導航技術。但並非離線式的系統一定可以達到省電的效果，例如使用GPS的接收器時，就如同使用WIFI的接收器一樣，會有較為耗電的現象。

另外，現有的定位方式係以接收主動發射可供定位的信號，加以處理來產生接收端的地理位置資訊。這些主動式的信號來源可以是：全球衛星定位系統(GPS)、輔助型全球衛星定位系統(AGPS)、行動通訊基地台、無線區域網路(WIFI)基地台(Access Point)、藍芽(Bluetooth)發射器、ZigBee發射器、主動式RFID標籤、及iBeacon發射器等。我們稱呼這類的定位導航技術為主動式。其中，使用全球衛星定位系統(GPS)、行動通訊基地台、或公眾使用的WIFI信號來定位時，提供定位導航的系統不需要額外付出訊號傳輸成本；然而使用其他主動式的信號(包含AGPS)時，提供定位導航的系統則需要付出傳送信號的成本。通常這些傳送信號是連續傳送，因此即使沒有定位行為發生時，也不會具有停止發射訊號的節能機制。

全球衛星定位系統(GPS)提供的定位環境是多個衛星信號能被有效接收的區域。因此，室內、或有遮蔽的室外區域通常無法得到GPS的服務，除非使用輔助型的全球衛星定位系統(AGPS)。使用GPS的服務除了有服務區域的限制外，還需要有GPS的接收器，而該接收器通常比較耗電，對於具有GPS的手持式行動設備常會有續航力不足的現象。

利用行動通訊基地台信號來提供定位服務，通常需要行動通訊業者提供非公開資訊來實現。例如，基地台座標、細胞識別碼、或基地台傳送通道編號及發射功率等。另外，使用行動通訊基地台信號來定位時，產生的誤差通常是在數十到數百公尺範圍，對於導航的應用較為不適合。

無線網路WIFI是以提供網際網路的無線接取為目的，至於使用WIFI信號來定位屬於額外效益，而且侷限於WIFI網路服務的地區。除此之外，WIFI基地台(AP)佈建的方式及數量會影響定位的精準度，而且對於具有WIFI的手持式行動設備也常會有耗電而導致續航力不足的現象。

綜合上述，現有的連網式、主動式的定位導航技術皆無法同時兼顧節能、節費及定位準確的效果。

如上述，本發明目的係提供一種定位導航系統，主要是藉由定位導航裝置發射電磁波至設置於空間中的感應標籤組，當感應標籤組接收到電磁波時會回傳識別碼訊號，當定位導航裝置接收該識別碼訊號後，根據該識別碼訊號找出對應於空間的地圖中的位置座標，再根據接收識別碼的時間計算歷程軌跡及行進方向，並根據使用者的目前位置座標及預先設定的目的地座標，計算出導航方向，藉此可達到精確的定位、節能省電及降低成本效益，增加行動裝置的電池續航力。

本發明定位導航系統，其為離線式兼被動式的定位導航新技術，簡稱離線被動式，所謂的離線式，是指在施行定位導航時，不須要連接網際網路來取得雲端伺服器的服務；而所謂的被動式，是不使用主動發射可供定位導航的信號來完成定位導航，而是使用被動式的標籤來協助定位導航，被動式感應標籤是由無須外接電源之被動電路所組成，可以經由標籤讀取器或感應器來讀取標籤的識別碼，其中的標籤讀取或感應的方式，可以使用無線射頻識別(RFID)或無線近場通訊(NFC)等技術來實現。

本發明定位導航系統，包括：複數個感應標籤組，其無外接電源，且分別設置於空間中的任意位置，用以感應電磁波後，發射識別碼訊號；以及定位導航裝置，用以發射電磁波，並且接收識別碼訊號及該識別碼訊號接收時的一時間，定位導航裝置包括：地圖資料庫，具有對應於空間等比例縮小的地圖，且地圖具有對應於該些感應標籤組位置的複數個位置座標；定位資料庫，用以儲存所接收的識別碼訊號及該識別碼訊號接收時的時間；以及處理器，根據所接收的識別碼訊號計算出地圖中所對應的該些位置座標；其中處理器根據所接收的識別碼訊號所對應的位置座標及時間計算出行進方向向量，根據所接收的識別碼訊號所對應的位置座標與目的地座標定義目的地向量，根據行進方向向量與目的地向量所形成的夾角計算出導航方向。

如上述，在一實施例中，該些感應標籤包括有第一感應標籤組及第二感應標籤組，識別碼訊號包括有對應第一感應標籤組所發射第一識別碼訊號及對應第二感應標籤組所發射的第二識別碼訊號，時間包括有第一時間組，第一時間組為第一識別碼訊號及第二識別碼訊號分別所接收時的時間，處理器依據第一時間組與第一識別碼訊號及第二識別碼訊號所對應的位置座標，計算出歷程軌跡。

如上述，也就是說，第一時間組中最後的時間所對應的位置座標為使用者目前的位置，前一時間所對應的位置座標為使用者的前一位置，處理器依據時間前後所對應的位置座標計算出歷程軌跡。

如上述，在一實施例中，任一該些感應標籤組中具有第一標籤及第二標籤，識別碼訊號更包括對應於第一標籤所發射的第一標籤訊號及對應於第二標籤所發射的第二標籤訊號，時間包括有第二時間組，第二時間組為第一標籤訊號及第二標籤訊號分別所接收時的時間，處理器依據第二時間組與第一標籤訊號及第二標籤訊號所對應的位置座標，計算出行進方向向量。

如上述，其中目的地座標為使用者由該些位置座標中預先設定的欲達到的座標位置，識別碼訊號接收時的時間中，最後的時間所對應的位置座標為使用者目前的位置，處理器根據最後的時間所對應的位置座標與目的地座標之間以一射線定義目的地向量，並且依據行進方向向量與目的地向量依順時針旋轉形成的夾角，計算出導航方向。

如上述，在一實施例中，處理器更包括依據目的地向量計算出一直線距離。

如上述，在一實施例中，其中更包括具有圓形區域的導航盤，其切割成複數個扇形區域，該些扇形區域以內夾角平分線分別定義不同的導航方向，處理器在導航盤中以一基準向量為基準點根據夾角的角度順時針旋轉一導航向量，以旋轉後導航向量所對應的該些扇形區域，計算出導航方向。

如上述，在一實施例中，其中所定義的導航方向分別為：前方、右前方、右方、右後方、後方、左後方、左方及左前方。

如上述，在一實施例中，其中更包括輸出顯示裝置，用以顯示地圖、位置座標、目的地座標、直線距離以及導航方向。

本發明另一目的係提供一種定位導航方法，包括：提供複數個感應標籤組，其分別設置於空間中的任意位置，且藉由感應電磁波後，發射識別碼訊號；利用定位導航裝置，發射電磁波，並且接收識別碼訊號後，儲存識別碼訊號及識別碼訊號接收時的時間，且根據識別碼訊號找出對應於空間的地圖中的複數個位置座標；根據所接收的識別碼訊號所對應的位置座標及時間計算出行進方向向量；根據所接收的識別碼訊號所對應的位置座標與目的地座標定義目的地向量；以及根據行進方向向量與目的地向量所形成的夾角計算出導航方向。

藉由上述定位導航系統及方法，本發明適用於公園、校園、展覽館、遊樂場、停車場、賣場或百貨公司等場所之室內、室外或室內外混合的平面區域或樓層。所謂的定位功能，是指以電子地圖的方式顯示使用者的所在位置；而所謂的導航功能，是指以電子地圖的方式顯示使用者所欲到達的目的地位置、到達目的地的直線距離、到達目的地的方向指引及行走過的路徑歷程軌跡，藉此可達到精確的精準定位暨導航的功能、節能省電及降低成本效益，以及增加行動裝置的電池續航力。

1‧‧‧定位導航系統

2‧‧‧空間

10‧‧‧感應標籤組

11‧‧‧第一標籤

12‧‧‧第二標籤

13‧‧‧行進方向向量

14‧‧‧目的地向量

15‧‧‧夾角

101‧‧‧第一感應標籤組

102‧‧‧第二感應標籤組

20‧‧‧定位導航裝置

21‧‧‧電磁波

22‧‧‧識別碼訊號

221‧‧‧第一標籤訊號

222‧‧‧第二標籤訊號

30‧‧‧地圖資料庫

31‧‧‧地圖

32、321、322‧‧‧位置座標

3221、3222‧‧‧位置座標

323‧‧‧歷程軌跡

40‧‧‧處理器

45‧‧‧定位資料庫

50‧‧‧輸出顯示裝置

60‧‧‧目的地座標

70‧‧‧導航盤

71‧‧‧導航方向

73‧‧‧基準向量

74‧‧‧導航向量

80‧‧‧網格

81‧‧‧水平線

82‧‧‧垂直線

圖1A係本發明之定位導航系統的方塊圖。

圖1B係本發明之定位導航系統的定位導航裝置方塊圖。

圖2係本發明之定位導航系統的空間示意圖。

圖3係本發明之定位導航系統的地圖示意圖。

圖4係本發明之定位導航系統的感應標籤組示意圖。

圖5係本發明之定位導航系統的導航方向示意圖。

圖6係本發明之定位導航系統的網格示意圖。

為了讓本創作之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。

首先，請參閱圖1至圖3，圖1A係本發明之定位導航系統的方塊圖，圖1B係本發明之定位導航系統的定位導航裝置方塊圖，圖2係本發明之定位導航系統的空間示意圖，圖3係本發明之定位導航系統的地圖示意圖。本發明定位導航系統1，包括：複數個感應標籤組10，其無外接電源，且分別設置於空間2中的任意位置，以地面等高的高度適當地設置在所欲實施定位導航的地區內，如導航地區的路徑或地標上的布告欄、指示牌、牆面或樑柱等，感應標籤組10用以感應電磁波21後，發射識別碼訊號22，識別碼訊號22具有唯一的識別碼；以及定位導航裝置20，用以發射電磁波21，並且接收識別碼訊號22。在圖1B、圖2及圖3中，定位導航裝置20包括：地圖資料庫30，具有對應於空間2等比例縮小的地圖31，且地圖31具有對應於該些感應標籤組10位置的複數個位置座標32；定位資料庫45，用以儲存所接收的識別碼訊號22及該識別碼訊號接收時的時間；以及處理器40，根據所接收的該識別碼訊號22計算出地圖31中所對應的該些位置座標32；其中處理器40根據所接收的識別碼訊號22所對應的位置座標32及時間，計算出行進方向向量13，根據所接收的識別碼訊號22所對應的位置座標32與目的地座標60定義目的地向量14，根據行進方向向量13與目的地向量14所形成的順時針方向旋轉夾角15計算出導航方向。

定位導航裝置20可為行動通訊裝置，如筆記型電腦、平板電腦、或智慧型手機等，而地圖31主要是藉由個人電腦、工作站、筆記型電腦或平板電腦等透過無線(例如WIFI、藍芽、RFID、NFC等)、或有線(例如傳輸線、USB等)等網路連線方式傳輸至定位導航裝置20。

地圖31主要是空間中(導航地區)以等比例縮小的圖片，接著藉由電子地圖置作裝置(個人電腦、工作站、筆記型電腦、平板電腦、或手機等)，將地圖31標示所有對應空間2中該些感應標籤組10的位置座標32。

如上述，換句話說，使用者藉由電子地圖置作裝置在地圖上標示該些位置座標32，而位置座標32其位置是對應於空間2中該些感應標籤組10位置。

如上述，在一實施例中，在圖2及圖3中，該些感應標籤10包括有第一感應標籤組101及第二感應標籤組102，識別碼訊號22包括有對應第一感應標籤組101所發射第一識別碼訊號及對應第二感應標籤組102所發射的第二識別碼訊號，時間包括有第一時間組，第一時間組為第一識別碼訊號及第二識別碼訊號分別所接收時的時間，處理器40依據第一時間組與第一識別碼訊號所對應的位置座標321及第二識別碼訊號所對應的位置座標322，計算出歷程軌跡323。

如上述，也就是說，第一時間組中最後的時間所對應的位置座標為使用者目前的位置，前一時間所對應的位置座標為使用者的前一位置，處理器依據時間前後所對應的位置座標計算出歷程軌跡323，更詳細的說，若使用者從空間2中的第一感應標籤組101走到第二感應標籤組102時，此時第二感應標籤組102所接收到的時間就是最後時間，因此第二識別碼訊號所對應的位置座標322就是為使用者目前的位置，同理而第一識別碼訊號所對應的位置座標321就是為使用者的前一位置，因此可計算出歷程軌跡323。

接著請參閱圖3至圖6，圖3係本發明之定位導航系統的地圖示意圖，圖4係本發明之定位導航系統的感應標籤組示意圖，圖5係本發明之定位導航系統的導航方向示意圖，圖6係本發明之定位導航系統的網格示意圖。如上述，在一實施例中，任一該些感應標籤組10中具有第一標籤11及第二標籤12，第一標籤11及第二標籤12間的實際佈放距離應大於定位導航裝置20可讀取的有效距離，以至於不會使第一標籤11及第二標籤12同時被定位導航裝置20讀取或感應，其最佳距離約具有10公分至20公分，識別碼訊號22更包括對應於第一標籤11所發射的第一標籤訊號221及對應於第二標籤12所發射的第二標籤訊號222，時間包括有第二時間組，第二時間組為第一標籤訊號221及第二標籤訊號222分別所接收時的時間，處理器40依據第二時間組與第一標籤訊號221所對應的位置座標3221及第二標籤訊號222所對應的位置座標3222，計算出行進方向向量13。

如上述，詳細而言，在圖4中，當定位導航裝置20由左至右感應於感應標籤組10時，所接收到第一標籤訊號221所對應的時間會早於第二標籤訊號222的時間，因此依據第二時間組內所接收的時間先後，可計算出使用者的行進方向則是由左至右，也因此可計算出行進方向向量13。

如上述，該目的地座標60為使用者由該些位置座標中預先設定的欲達到座標位置，利用上述第一時間組中最後的時間所對應的位置座標為使用者目前的位置，也就是識別碼訊號22接收時的時間中，最後的時間所對應的位置座標為使用者目前的位置，處理器根據最後的時間所對應的位置座標與該目的地座標60之間以一射線定義目的地向量14，並且依據行進方向向量13與目的地向量14依順時針方向旋轉形成的夾角15，計算出導航方向71。

如圖3所示，例如當位置座標322就是為使用者目前的位置時，位置座標322與目的地座標60之間以一射線定義目的地向量14並且與行進方向向量13依順時針方向旋轉形成的夾角15而計算出導航方向。

如上述，在一實施例中，處理器更包括依據目的地向量計算出一直線距離，也就是實際對應於空間2中的直線距離。

如上述，接著在圖5中，更包括具有圓形區域的一導航盤70，其切割成複數個扇形區域，該些扇形區域以內夾角平分線分別定義不同的導航方向71，該處理器40在導航盤中以一基準向量73為基準點根據夾角15的角度順時針旋轉導航向量74，旋轉後的導航向量74所對應座落的該些扇形區域，計算出導航方向71

上述中，更明確說明，行進方向向量13對應基準向量73，將目的地向量14對應導航向量74，以順時針方向旋轉至與夾角15的相同的角度，即可得知導航向量74座落於該些扇形區域，計算出導航方向71。

上述中，更明確說明，導航方向71可分為：前方、右前方、右方、右後方、後方、左後方、左方及左前方。如上述，更明確說明，夾角介於0度到22.5度或337.5度到360度，導航方向71定義為前方；夾角15介於22.5度到67.5度，導航方向71定義為右前方；夾角15介於67.5度到112.5度，導航方向71定義為右方；夾角15介於112.5度到157.5度，導航方向71定義為右後方；夾角15介於157.5度到202.5度，導航方向71定義為後方；夾角15介於202.5度到247.5度，導航方向71定義為左後方；夾角15介於247.5度到292.5度，導航方向71定義為左方；夾角15介於292.5度到337.5度，導航方向71定義為左前方。

如上述，請再參閱圖1B，在一實施例中，定位導航裝置20更包括輸出顯示裝置50，用以顯示地圖31、位置座標32、目的地座標60、導航盤70、及實際最短距離。

輸出顯示裝置50更依據、位置座標32、目的地座標60以及導航方向71進一步具有語音、聲光、震動、文字等方式的訊號輸出或電子羅盤等單一或多重組合方式，顯示給使用者。

另外，歷程軌跡323顯示於輸出顯示裝置50上，可由直線、曲線或連續腳印的圖形表現，顯示的深淺是依照感應時間到當時時間的差值大小來決定，較早感應的時間，顏色就較淺，最新感應的時間，顏色較深。

如上述，在一實施例中，地圖更包括網格80，用以標示所對應的位置座標32及目的地座標60。

如上述，在圖6中，在一實施例中，地圖更包括一網格80，由複數個南北向的垂直線82及複數個東西向的水平線81所構成，其利用垂直線82水平線81交接處用以標示該些位置座標32及/或目的地座標60。

藉由上述定位導航系統及方法，本發明適用於公園、校園、展覽館、遊樂場、停車場、賣場或百貨公司等場所之室內、室外或室內外混合的平面區域或樓層。所謂的定位功能，是指以電子地圖的方式顯示使用者的所在位置；而所謂的導航功能，是指以電子地圖的方式顯示使用者所欲到達的目的地位置、到達目的地的直線距離、到達目的地的方向指引及行走過的路徑歷程軌跡，藉此可達到精確的定位暨導航的功能、節能省電及降低成本效益，以及增加行動裝置的電池續航力。

另外本實施例可藉由應用程式、或APP方式執行，使操作更便捷，更具效率，且應用本發明定位導航系統，因非連網式(連接網路)的系統，因此可達到節能省電及降低成本效益。

綜上所述，乃僅記載本創作為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本創作專利實施之範圍。即凡與本創作專利申請範圍文義相符，或依本創作專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本創作專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧定位導航系統

10‧‧‧感應標籤組

20‧‧‧定位導航裝置

21‧‧‧電磁波

22‧‧‧識別碼訊號

Claims

一種定位導航系統，包括：複數個感應標籤組，包括一第一感應標籤組及一第二感應標籤組，其無外接電源，且分別設置於一空間中的任意位置，用以感應一電磁波後，發射一識別碼訊號，該識別碼訊號包括有對應該第一感應標籤組所發射一第一識別碼訊號及對應該第二感應標籤組所發射的一第二識別碼訊號；以及一定位導航裝置，用以發射該電磁波，並且接收該識別碼訊號及該識別碼訊號接收時的一時間，該時間包括有一第一時間組，該第一時間組為該第一識別碼訊號及該第二識別碼訊號分別所接收時的時間，該定位導航裝置包括：一地圖資料庫，具有對應於該空間等比例縮小的一地圖，且該地圖具有對應於該些感應標籤組位置的複數個位置座標；一定位資料庫，用以儲存所接收的該識別碼訊號及該時間；以及一處理器，根據該第一時間組與該第一識別碼訊號及該第二識別碼訊號找出該地圖中所對應的該些位置座標，並計算一歷程軌跡；其中，該處理器根據所接收的該識別碼訊號所對應的該些位置座標及該時間計算出一行進方向向量，根據所接收的該識別碼訊號所對應的該些位置座標與一目的地座標定義一目的地向量，根據該行進方向向量與該目的地向量所形成的一夾角計算出一導航方向。
如申請專利範圍第1項所述之定位導航系統，其中該第一時間組中最後的時間所對應的該些位置座標為使用者目前的位置，前一時間所對應的該些位置座標為使用者的前一位置，該處理器依據時間前後所對應的該些位置座標計算出該歷程軌跡。
如申請專利範圍第1項所述之定位導航系統，其中任一該些感應標籤組中具有一第一標籤及一第二標籤，該識別碼訊號更包括對應於該第一標籤所發射的一第一標籤訊號及對應於該第二標籤所發射的一第二標籤訊號，該時間包括有一第二時間組，該第二時間組為該第一標籤訊號及該第二標籤訊號分別所接收時的時間，該處理器依據該第二時間組與該第一標籤訊號及該第二標籤訊號所對應的該些位置座標，計算出該行進方向向量。
如申請專利範圍第3項所述之定位導航系統，其中該目的地座標為使用者由該些位置座標中預先設定的欲達到座標位置，該識別碼訊號接收時的該時間中，最後的時間所對應的該些位置座標為使用者目前的位置，該處理器根據最後的時間所對應的該些位置座標與該目的地座標之間以一射線定義該目的地向量，並且依據該行進方向向量與該目的地向量依順時針旋轉形成的該夾角，計算出該導航方向。
如申請專利範圍第4項所述之定位導航系統，其中該處理器更包括依據該目的地向量計算出一直線距離。
如申請專利範圍第5項所述之定位導航系統，其中更包括一輸出顯示裝置，用以顯示該地圖、該些位置座標、該目的地座標、該直線距離及該導航方向。
如申請專利範圍第4項所述之定位導航系統，其中更包括具有圓形區域的一導航盤，其切割成複數個扇形區域，該些扇形區域以內夾角平分線分別定義不同的該導航方向，該處理器在該導航盤中以一基準向量為基準點根據該夾角的角度順時針旋轉一導航向量，以該導航向量旋轉後所對應的該些扇形區域，計算出該導航方向。
如申請專利範圍第7項所述之之定位導航系統，其中該導航方向為：前方、右前方、右方、右後方、後方、左後方、左方、及左前方。
一種定位導航方法，包括：提供複數個感應標籤組，包括一第一感應標籤組及一第二感應標籤組，其分別設置於一空間的任意位置，且藉由感應一電磁波後，發射一識別碼訊號，該識別碼訊號包括有對應該第一感應標籤組所發射一第一識別碼訊號及對應該第二感應標籤組所發射的一第二識別碼訊號；利用一定位導航裝置，發射該電磁波，並且接收該識別碼訊號後，儲存該識別碼訊號及該識別碼訊號接收時的一時間，該時間包括有一第一時間組，該第一時間組為該第一識別碼訊號及該第二識別碼訊號分別所接收時的時間，透過一處理器根據該第一時間組與該第一識別碼訊號及該第二識別碼訊號找出對應於該空間的一地圖中的複數個位置座標，並計算一歷程軌跡；根據所接收的該識別碼訊號所對應的該些位置座標及該時間計算出一行進方向向量；根據所接收的該識別碼訊號所對應的該些位置座標與一目的地座標定義一目的地向量；以及根據該行進方向向量與該目的地向量所形成的一夾角計算出一導航方向。