TWI593988B - Indoor positioning system and method - Google Patents

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TWI593988B
TWI593988B TW104124099A TW104124099A TWI593988B TW I593988 B TWI593988 B TW I593988B TW 104124099 A TW104124099 A TW 104124099A TW 104124099 A TW104124099 A TW 104124099A TW I593988 B TWI593988 B TW I593988B
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Description

室內定位系統及方法
本發明是有關於一種定位技術，特別是指一種室內定位系統及方法。
在資訊、科技都蓬勃、迅速發展的時代，將科技應用於生活中，也讓生活越來越便利。例如在戶外就可透過全球定位系統(Global Positioning System,GPS)定位目前的所在地，再提供相對應的服務，比如尋找附近資訊、導航、車輛管理等，而全球定位系統是透過太空中的衛星結合三角測量原理進行定位，故需要與衛星保持通訊才能進行定位，其精準度相當高，但卻無法在上方有遮蔽物的室內環境內使用。因此有業者應用其他技術於室內定位，例如紅外線、超音波、無線網路等，但這些技術的定位準確度還需改進。
因此，本發明之目的，即在提供一種解決上述問題的室內定位系統及方法。
該室內定位系統包含一標籤、多個定位器及一伺服器。
該標籤發送至少一個的廣播封包。
每一定位器適用於掃描該廣播封包，且量測所接收的廣播封包的一訊號強度以得到一強度資訊，且發送一定位封包，該定位封包具有一對應該標籤的強度資訊。
該伺服器儲存一資料庫，該資料庫記錄多個訊號點所分別對應的預設強度集合，每一預設強度集合具有多個預設強度，該多個預設強度是分別對應同一訊號點且多個不同定位器。
該伺服器根據該資料庫及來自多個的定位器的強度資訊，以判斷出該標籤的一位置。
該室內定位方法由一室內定位系統執行，該室內定位系統包括至少一標籤、多個定位器，及一伺服器，該室內定位方法包含以下步驟：
(S)該伺服器儲存一資料庫，該資料庫記錄多個訊號點所分別對應的預設強度集合，每一預設強度集合具有多個預設強度，該多個預設強度是分別對應同一訊號點且多個不同定位器。
(A)該標籤發送至少一個的廣播封包由該多個定位器掃描。
(B)每一定位器量測所接收的廣播封包的一訊號強度以得到一強度資訊，且發送一定位封包至該伺服器，該定位封包具有一對應該標籤的強度資訊。
(C)該伺服器根據該資料庫及來自多個的定位器的強度資訊，以判斷出該標籤的一位置。
本發明之功效能在於至少根據強度資訊以有效達到室內定位的效果。
S0~S4‧‧‧訊號點
T0~T1‧‧‧標籤
11‧‧‧感測單元
12‧‧‧處理單元
13‧‧‧無線界面
L1~L3‧‧‧定位器
14‧‧‧無線介面、藍芽介面
16‧‧‧乙太網介面
17‧‧‧WiFi介面
18‧‧‧藍芽介面
2‧‧‧匯集通道
20‧‧‧乙太網交換機
21‧‧‧無線路由器
211‧‧‧乙太網介面
212‧‧‧WiFi介面
22‧‧‧閘道器
220‧‧‧乙太網介面
23‧‧‧藍芽適配器
231‧‧‧藍芽介面
232‧‧‧USB介面
4‧‧‧網路
3‧‧‧伺服器
30‧‧‧乙太網介面
31‧‧‧WiFi介面
32‧‧‧USB介面
S、A、B、C‧‧‧定位方法的步驟
C0~C4‧‧‧定位方法的步驟
K、J、H‧‧‧定位方法的步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明室內定位系統之一第一實施例的示意圖；圖2是該第一實施例的方塊圖；圖3是該第一實施例計算移動步數一作法的示意圖；圖4是該第一實施例計算移動步數另一作法的示意圖；圖5是該第一實施例執行一室內定位方法的流程圖；圖6是當標籤為靜止或初始狀態時，該室內定位方法計算機率的流程圖；圖7是當標籤為移動時，該室內定位方法計算機率的流程圖；圖8是該第一實施例中的標籤於訊號點間移動的示意圖；圖9是該第一實施例執行一室內定位方法以切換成接收模式的一流程圖；圖10是該第一實施例執行一室內定位方法以切換成接收模式的另一流程圖；圖11是本發明室內定位系統之一第二實施例的方塊圖； 圖12是本發明室內定位系統之一第二實施例的方塊圖；圖13是本發明室內定位系統之一第三實施例的方塊圖；圖14是本發明室內定位系統之一第四實施例的方塊圖；圖15是本發明室內定位系統之一第五實施例的方塊圖；圖16是本發明室內定位系統之一第六實施例的方塊圖；圖17是本發明室內定位系統之一第七實施例的方塊圖；圖18是本發明室內定位系統之一第八實施例的方塊圖；及圖19是本發明室內定位系統之一第九實施例的方塊圖。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
<第一實施例>
參閱圖1與圖2，本發明室內定位系統之一第一實施例適用定位於多個訊號點S1~S4，且包含至少一標籤T0~T1、多個定位器L1~L2、一匯集通道2，及一伺服器 3(在圖2中為方便說明只畫出一個標籤T0及一個定位器L1，但不以此個數為限)。標籤T0可設置於待定位的人或物體身上，藉由標籤T0的自我感測及回報伺服器3，讓伺服器3可定位出該標籤T0的位置，以監控設置標籤T0的人或物體的所在位置。
每一標籤T0儲存一專屬的標籤辯識碼，且每一定位器L1~L2儲存一專屬的定位器辯識碼。如圖2所示，標籤T0包括一感測單元11、一處理單元12，及一無線界面13的至少之一。
感測單元11感測該標籤T0的自身於空間的變化以得到多種相關於相對位移或方向的數值、或是時間的變化的數值、開關的數位數值(開或關)、或是其電池電量變化的數值。感測單元11包括一加速器、一陀螺儀、一地磁測量器、一石英震盪器、一氣壓計、一開關偵測器或一電量感測器的至少之一。加速器感測標籤T0於一相關空間三軸(x，y，z)的加速度以作為該等數值的其中之一，也可只感測至少一個軸向。陀螺儀感測標籤T0於一相關空間三軸的角速度以作為該等數值的其中之一，也可只感測至少一個軸向。地磁測量器感測標籤T0於一相關空間三軸的磁力以作為該等數值的其中之一，也可只感測至少一個軸向，由地磁大小與方向的對應關係(如越指向北則地磁大小越大)進而計算目前標籤的方向(如向東30度)，以藉此估算移動方向。氣壓計感測標籤T0於一相關垂直地表的氣壓變化值以作為該等數值的其中之一。石英震盪器計時 以得到一時間作為該等數值的其中之一。電量感測器感測電池電量以得到一電量值作為該等數值的其中之一。開關偵測器感測標籤T0的電源開關的啟閉狀態以得到一數位值以作為該等數值的其中之一。
處理單元12電連接該感測單元11以接收該多種數值，並根據該多種數值進行讀取或運算以得到一感測資訊。感測資訊包括一指示靜止或移動中的狀態碼、一指示電池電量的狀態碼、一指示是否進入省電模式的狀態碼、一指示是否有異常事件的狀態碼、一指示輸入信號事件的狀態碼、一步數、一距離、一方向、一高度、一根據時間不同而變化的同步碼或一指示廣播封包時間的時間戳記等的至少之一。
在此進一步說明，參閱圖3，處理單元12可根據該加速度變化所產生一完整波形(如波峰至波峰或波谷至波谷)來得到一段期間內總共走了幾步(位移的距離大小)，以及走一步的時間(放在人身上)或如圖4所示(放在物體上，如推車)，處理單元12更可根據該加速度變化對一時間積分以算出於該時間內移動的距離。處理器12根據該加速度是否小於一閥值來判斷靜止或移動中。
處理單元12判斷那一方向的作法，一種為處理單元12以來自該地磁感測器的一指示該移動方向的資訊來決定，常見的作法是由地磁大小與方向的對應關係(如越指向北則地磁大小越大)進而計算目前標籤的方向(如向東30度)，另一種為處理單元12以三軸磁力感測器的磁力 矩陣與三軸加速計的加速矩陣進行運算以得到一旋轉矩陣，根據該旋轉矩陣計算出標籤方向。
標籤T0的無線界面13發送載有該感測資訊的廣播封包，且包括一適合低功率傳輸的藍牙通訊器、一適合高功率傳輸的Wi-Fi通訊器，一適合低功率傳輸的主動式RFID通訊器及一適合低功率傳輸的ZigBee通訊器中至少一者。每一定位器L1包括至少一無線界面14，定位器L1的無線界面14包括一藍牙界面、一Wi-Fi界面，及一ZigBee界面中至少一者。在本實施例中，定位器與標籤的無線界面為同一種規格，如皆是藍芽、或皆是Wi-Fi，或皆是ZigBee。每一定位器L1、L2量測所接收的廣播封包的一訊號強度以得到一強度資訊，將此強度資訊傳送至匯集通道2，另外，也可將強度資訊加上感測資訊加上標籤識別碼以及定位器識別碼傳送至匯集通道2。
參閱圖1，匯集通道2設置於每一定位器L1~L2與伺服器3間，以彙集來自多個定位器L1~L2的封包，再傳送到伺服器3。但不限於此，另一作法為不使用匯集通道，而是多個定位器L1~L2直接將封包傳送到伺服器3，且伺服器3與定位器L1~L2的無線界面也為同一種規格。
<省電模式>
如圖5所示，室內定位系統執行一室內定位方法，該室內定位方法包含以下步驟：
步驟K，標籤T0判斷是否其靜止且長達一預設時間，若是，則進到步驟S，若否，則標籤T0於廣播封包 中發送此狀態碼，並執行一省電模式。其中，當標籤T0是判斷其加速度值小於一閥值時，則判斷為靜止，反之，則為移動。進入省電模式後，有三種處理方式：(1)標籤T0的處理單元12進入低功率模式以節省電力消耗，同時無線界面13不發封包以節省電力消耗，若加速度大於一閥值超過一預設時間，則感測單元11通知處理單元12以離開省電模式。(2)處理單元12周期性檢查加速度的大小，若加速度小於一閥值時，無線界面13不傳送封包，若加速度大於一閥值超過一預設時間則離開省電模式。(3)處理單元12周期性檢查加速度大小並計算移動位移，當標籤T0累積位移大於一位移閥值時，則標籤T0的無線界面13傳送封包(包含該位移之至少一距離或方向)。
步驟S，伺服器3儲存一資料庫，該資料庫記錄多個訊號點所分別對應的預設強度集合，每一預設強度集合具有多個預設強度，該多個預設強度是分別對應同一訊號點且多個不同定位器L1~L2。資料庫如表一所示，對應訊號點S1所對應的預設強度集合包括二定位器L1、L2的預設強度-50、-50。對應訊號點S2所對應的預設強度集合包括二定位器L1、L2的預設強度-30、-70。
步驟A，標籤T0發送至少一個的廣播封包由該多個定位器L1~L2掃描，標籤T0每秒會發送至少一個封包，每秒之封包內容會改變(如同步碼、同步碼的序號累加、感測資訊不同等)，該廣播封包具有一標籤辯識碼及一感測資訊的至少之一。該感測資訊包括一相對位移、一方向，一狀態碼及一同步碼之至少之一等。該相對位移具有相關於該加速度的步數、方向等之至少之一。
步驟B，每一定位器L1~L2量測所接收的廣播封包的一訊號強度以得到一強度資訊，若定位器L1掃描不到某一標籤之封包(如距離過遠)就會將該標籤對應之訊號強度欄位以一未收到代碼標示，且發送一定位封包至該伺服器3，該定位封包具有一對應標籤辨識碼的強度資訊、一定位器辨識碼、一標籤辨識碼、接收封包時間、及一感測資訊等之至少一者。
步驟C，伺服器3根據該資料庫及來自多個的定位器L1~L2的強度資訊，以判斷出該標籤T0的一位置。當標籤T0為靜止或是初始狀態時，如圖6所示，步驟C包括以下子步驟：
子步驟C0，伺服器3根據每一定位封包的同步碼以過濾重複的定位封包，在此需補充說明的是無論標籤移動或靜止都需執行一過濾模式，伺服器3根據每一定位 封包的同步碼以過濾重複的定位封包，同步碼可為根據時間而變化之序號(Sequence number，SN)等，同步碼可由標籤裝置發出，由定位裝置掃描而得。主要目的在於：不同定位器L1~L2掃描與傳送時間不一定會同步，定位器L1~L2與伺服器3間之時間也不一定會同步，以下舉例時間是以伺服器3之時間為基準，假設定位器L1~L2每一秒傳送一次定位封包至伺服器3，伺服器3每一秒處理一次不同定位器傳送的定位封包，若定位器L1~L2掃描時間不同步，則標籤T0於同一時間(如第4.5秒)點所發送之封包一，有可能在定位器L1是在第4.5秒掃瞄到封包一並於第4.8秒傳送封包一，而定位器L2是第4.5秒1時間點掃描到封包一並於第5.1秒傳送封包一，若無同步碼，則伺服器3會在第5秒處理定位器L1的封包一資訊，伺服器3會在第6秒處理定位器L2的封包一資訊，若有同步碼，伺服器3就可濾除重複封包，例如濾除抵達時間點較晚之封包。如上所述，每個定位器L1~L2回傳時伺服器3時若無同步碼則會產生混淆，如定位器L1提供伺服器3資訊為標籤T0之感測資料為靜止，定位器L2提供伺服器3資訊為標籤T0之感測資料為移動中，或是如定位器L1提供伺服器3資訊為標籤1之感測資料為走了3步，定位器L2提供伺服器3資訊為標籤T0之感測資料為靜止，或是如定位器L1提供伺服器3資訊為標籤T0之感測資料為方向為90度，定位器L2提供伺服器3資訊為標籤T0之感測資料為方向為180度。另外，值得一提的是，若場域中有多個標籤，則伺服 器3會根據標籤識別碼加上同步碼來濾除屬於同一標籤的重複封包。
子步驟C1，該伺服器3根據該標籤辨識碼及該定位器辨識碼以區分每一強度資訊對應那一標籤辨識碼及那一定位器辨識碼，以得到多個強度資訊集合，該多的強度資訊集合分別對應不同標籤辨識碼，且每一強度資訊集合具有多個屬於同一標籤辨識碼且不同定位器辨識碼的強度資訊。
子步驟C2，伺服器3根據該資料庫及一相關機率分佈的函數將每一強度資訊集合轉換成多個對應不同訊號點的總強度機率，相關機率分佈的函數包含高斯函數或是其他機率密度函數，技術手段為將資料庫數值與強度資訊集合進行比對，愈接近，則機率越高，在此以高斯函數為例，該高斯函數記錄資料庫的預設強度與機率的分佈關係。其中，得到總強度機率的方法有二種，第一種為伺服器3將強度資訊集合的多個強度資訊分別轉換成多個強度機率P1、P2、…PN，進而根據多個強度機率進行相乘以得到該總強度機率P1×P2×…×Pn。第二種為根據多個強度機率進行相加以得到該總強度機率P1+P2+…+PN。
在此進一步說明，預設強度為高斯函數之分佈模型的中心值，越接近中心值機率越高，越遠離中心值機率越低，所以當定位器所接收的封包強度與資料庫預設強度越接近，相似度越高，機率也越高。
子步驟C3，伺服器3根據該總強度機率以運算 出每一訊號點所對應的一綜合機率。
子步驟C4，伺服器3根據該多個綜合機率的至少之一判斷該標籤T0的一位置接近那一訊號點。在此進一步說明，可選綜合機率前T名高的訊號點來代表，如T=1，則定位於具有最高綜合機率的訊號點，T=2，則定位於前兩名高綜合機率的訊號點之間。
當標籤T0為移動時，如圖7所示，相較於標籤T0靜止的差異為：
該子步驟(C1)更包括該伺服器3根據該標籤辨識碼以區分每一感測資訊對應那一標籤。
該子步驟(C2)更包括該伺服器3根據一相關於相對位移的高斯函數將每一感測點的相對位移轉換成多個對應不同訊號點的相對位移機率，該伺服器3根據一相關於方向的高斯函數將每一感測點的方向轉換成多個對應不同訊號點的方向機率。
在子步驟(C3)的差異為，伺服器3根據該總強度機率、相對位移機率及方向機率以運算出每一訊號點所對應的一綜合機率。在此進一步說明，相對位移機率可根據標籤之加速度判斷移動了M步，並以一個高斯函數來決定機率，越接近M越高，如M=1，則1步之機率最高，0與2步次之，3步更低等，若M=0，則靜止機率為最高。方向機率可根據標籤之電子羅盤決定方向D，離D越近機率越高，如D=90度，則90度機率最高，80度之機率高於70度。針對每一訊號點計算其綜合機率的方式的第一種為： 總強度機率+相對位移機率+方向機率，而第二種為：總強度機率×相對位移機率×方向機率。但不限於此。
在此舉一實例說明，參閱圖8及表一，當一開始標籤T0處於靜止，定位器L1、L2收到來自標籤T0的封包強度分別為-65、-45，伺服器3根據資料庫所記錄的表一所對應的高斯函數算出位於訊號點S1、S2、S3、S4之總強度機率分別為0.0004576、0.00000015708、0.0012、0.0004576，由於標籤T0靜止無需考慮感測資訊，伺服器3以總強度機率作為綜合機率，若選綜合機率前1名高的訊號點來代表(T=1)，則伺服器3定位標籤T0位於訊號點S3。機率密度分佈的高斯函數如下： ，其中，參數σ=10為標準差， μ為中心值為每一訊號點對應不同定位器L1~L2的預設強度。
詳細計算式如下說明：訊號點S1對應於定位器L1、L2的強度機率分別為：
位於訊號點S1的總強度機率=0.013×0.0352=0.0004576。
訊號點S2對應於定位器L1、L2的強度機率分別為：
位於訊號點S2的總強度機率=0.000087268×0.0018=0.00000015708。
訊號點S3對應於定位器L1、L2的強度機率分別為：
位於訊號點S3的總強度機率=0.0352×0.0352=0.0012。
訊號點S4對應於定位器L1、L2的強度機率分別為：
位於訊號點S4的總強度機率=0.0352×0.013=0.0004576。
接下來當標籤T0處於移動中，若下一瞬間定位器L1、L2分別收到封包強度是-65、-65，則位於訊號點S1、S2、S3、S4之總強度機率分別為0.000169、0.0000030718、0.00006336、0.0012，詳細計算方式參考上述，故不重複說明。
而若感測資訊的相對位移為1步，若取標準差為1步、中心值為1步，伺服器3據以算出1步、2步、0步的機率分別為0.3989、0.242、0.242，則判斷由訊號點S3移動到訊號點S4、由訊號點S3移動到訊號點S1、由訊號點S3移動到訊號點S3、由訊號點S3移動到訊號點S2的相對位移機率分別為0.3989、0.3989、0.242、0.242，詳細計算方式如下：
1步的機率為
2步的機率為
0步的機率為
而若感測資訊的方向為-90度，若取標準差為1、中心值為(-π/2)，則伺服器3判斷由訊號點S3移動到訊號點S4、由訊號點S3移動到訊號點S1、由訊號點S3移動到訊號點S3、由訊號點S3移動到訊號點S2的方向機率分別為0.1162、0.3989、0.3989、0.2931，詳細計算方式如下：方向為-90度的機率為
方向為-45度的機率為
方向為0度的機率為
則由訊號點S3移動到訊號點S4的綜合機率為0.000169×0.3989×0.3989=2.6891×10-5、由訊號點S3移動到訊號點S1的綜合機率0.0000030718×0.242×0.2931=2.1788×10-7、由訊號點S3移動到訊號點S3的綜合機率為0.00006336×0.242×0.3989=6.1164×10-6、由訊號點S3移動到訊號點S2的綜合機率0.0012×0.3989×0.1162=5.5623×10-5，若選綜合機率前1名高的訊號點來代表(T=1)，由於移動到訊號點S1~S4的機率為S4>S1>S3>S2，則伺服器3定位標籤T0位於訊號點S4。
<相關時間戳記的運算方法>
在此進一步補充，如前所述室內定位方法，其中，該步驟(S)的更進一步為該資料庫記錄多個訊號點所分別對應的預設時間差衍生集合，每一預設距離集合具有多個預設時間差衍生(其中，每一預設時間差衍生包含一預設時間差或一預設距離的至少之一，該預設距離=預設時間差×光速)，該多個預設時間差衍生是分別對應同一訊號點且不同定位器。且該步驟(A)中的每一廣播封包更具有一時間戳記，該時間戳記相關於該廣播封包發出的時間點 。且該步驟(B)中的每一定位封包更具有接收該廣播封包的時間點及該時間戳記。且該步驟(C)更包括一子步驟(C00)該伺服器3根據每一廣播封包的時間點及該時間戳記計算出一時間差衍生資訊(時間差衍生資訊包含一時間差資訊或一距離資訊的至少之一，該距離資訊=時間差資訊×光速，其中，每一時間差資訊為標籤封包實際傳到每一定位器的時間，每一距離資訊為標籤與每一定位器的實際距離)。且該子步驟(C1)更包括該伺服器3根據該標籤辨識碼及該定位器辨識碼以區分每一時間差衍生資訊對應那一標籤辨識碼及那一定位器辨識碼，以得到多個時間差衍生資訊集合，該多個時間差衍生資訊集合分別對應不同標籤辨識碼，且每一時間差衍生資訊集合具有多個屬於同一標籤辨識碼且不同定位器辨識碼的時間差衍生資訊。且該子步驟(C2)更包括該伺服器3根據一相關於預設時間差衍生且相關於機率分佈的函數將將每一時間差衍生資訊集合轉換成多個對應不同訊號點的時間差衍生機率。且該子步驟(C3)為該綜合機率更相關於該時間差衍生機率。
<接收模式>
如圖9所示，標籤T0也可切換成一接收模式，與圖5的差異在於以步驟J取代步驟K。
步驟J，標籤T0判斷是否接收一指示異常的輸入信號，若是，則標籤T0於廣播封包中加入此輸入信號狀態碼，並執行一接收模式。在此進一步說明，配帶標籤T0的使用者按下標籤T0的一緊急求救鈕，則標籤T0廣播一 載有緊急求救訊息的緊急封包，接收到該緊急封包的定位器再回報給伺服器3，伺服器3根據緊急求救訊息下達一回應封包根據標籤T0目前之位置選定鄰近至少一個定位器發送，該回應封包具一特別的緊急回應資訊與對應標籤識別碼，執行接收模式的標籤T0掃描來自鄰近定位器的封包，比對緊急回應資訊與對應標籤識別碼以確認此回應封包為給該標籤T0之資訊，以利後續處理，如於標籤T0的一螢幕呈現或是標籤發出聲響。
如圖10所示，為接收模式的另一作法，與圖9的差異在於以步驟H取代步驟J。
步驟H，標籤T0判斷是否感測到一異常事件，若是，則標籤T0於廣播封包中加入此異常事件狀態碼，並執行一接收模式。在此進一步說明，異常事件為當標籤T0判斷加速度大於一第一閥值(如發生跌倒狀況)或加速度小於一第二閥值的時間過久(如進入管制區的人員將配帶於身上標籤T0拿下，而無法追蹤)。
<第一實施例封包傳遞方式的更進一步說明>
如圖11所示，本發明室內定位系統之第一實施例封包傳遞方式的更進一步說明為：匯集通道2包括一乙太網(Ethernet)交換機20，每一定位器L1~L2更包括一發送該定位封包的乙太網界面16，該伺服器3包括一乙太網界面30。
定位器L1~L2的無線界面14只掃描來自標籤T0的廣播封包，而不會傳送定位封包，改由定位器L1~L2 的乙太網界面16傳送該定位封包至該乙太網交換機20。
該乙太網交換機20有線連接至每一定位器L1~L2與伺服器3間匯集來自多個定位器L1~L2的定位封包，並轉傳至伺服器3。在本實施例中，該標籤T0與定位器L1~L2的無線界面14可為一較低功耗介面(如藍芽界面、Zigbee(低速短距離傳輸的無線網路協定)、主動式射頻辨識(Radio Frequency IDentification，RFID))，由於藍芽低功耗，配合有線乙太網傳送，適用於低電磁波場合(如醫院)。該標籤T0與定位器L1~L2的無線界面14也可為一較高功耗介面(如WiFi界面)，由於WiFi功率較高，距離較遠，適用於樓板較高或是範圍較大之區域。
<第二實施例>
如圖12所示，本發明室內定位系統之一第二實施例，與該第一實施例不同處在於：匯集通道2包括一無線路由器21，其中，每一定位器L1~L2更包括一發送該定位封包的WiFi界面17，該伺服器3包括一乙太網界面30。該無線路由器21包括一接收來自多個定位器L1~L2的定位封包的WiFi界面212，及一將匯整後的定位封包轉傳至該伺服器3的乙太網界面211。其優點為可用市售之無線路由器來架構匯集通道。
另外，本實施例中的無線界面14可為一高功耗介面(如WiFi界面，範圍較遠)，或是一低功耗介面(如藍芽界面，Zigbee，主動式RFID)，使用低功率介面之好處如下：當標籤T0為採用電池裝置時，希望能延長使用使間 ，當定位器L1~L2為採用電源線接電時，功耗就不是最大考量因素，而希望能利用WiFi連接性佳的優勢，定位器L1~L2不須額外拉訊號線以連接至市售無線路由器，因此，若標籤T0以較低功號介面(如藍芽)發訊號(可以夾帶感測資訊或只發自身識別碼)，定位器L1~L2以較低功號介面(如藍芽)掃描)並以WiFi傳送至無線路由器，則其優點為可同時具有低功耗標籤(可長期使用)與定位器L1~L2易連接現有裝置之特性。
<第三實施例>
如圖13所示，本發明室內定位系統之一第三實施例，與該第一實施例不同處在於：匯集通道2包括一無線路由器21，其中，每一定位器L1~L2更包括一發送該定位封包的乙太網界面211，該伺服器3包括一WiFi界面。該無線路由器21包括一接收來自多個定位器L1~L2的定位封包的乙太網界面211，及一將匯整後的定位封包轉傳至該伺服器的WiFi界面212。其優點為除了可用市售之無線路由器來架構匯集通道，伺服器以WiFi連線較方便。
<第四實施例>
如圖14所示，本發明室內定位系統之一第四實施例，與該第一實施例不同處在於：匯集通2道包括一具有一WiFi界面212的無線路由器21，其中，每一定位器L1~L2更包括一發送該定位封包的WiFi界面17，該伺服器3包括一WiFi界面31。該無線路由器21的WiFi界面212接收來自多個定位器路由的定位封包，並將匯整後的定位 封包轉傳至該伺服器3。
<第五實施例>
如圖15所示，本發明室內定位系統之一第五實施例，與該第一實施例不同處在於：匯集通道2包括一具有一乙太網界面220的閘道器22及一網路4，其中，每一定位器L1~L2更包括一發送該定位封包的乙太網界面16，該伺服器包括一乙太網界面30。該閘道器22的該乙太網界面界面220接收來自多個定位器L1~L2的定位封包，並將匯整後的定位封包經由網路4轉傳至該伺服器3的該乙太網界面30。其優點在於伺服器3建置於雲端，不需要每一室內場域建置一伺服器3。其中於本實施例中，該網路4包含廣域網路(internet)及有線區域網路(local area network)的至少之一。
<第六實施例>
如圖16所示，本發明室內定位系統之一第六實施例，與該第一實施例不同處在於：匯集通道2包括一具有一乙太網界面220的閘道器22及一網路4，其中，每一定位器L1~L2更包括一發送該定位封包的乙太網界面16，該伺服器3包括一WiFi界面31。該閘道器22的該乙太網界面220接收來自多個定位器L1~L2的定位封包，並將匯整後的定位封包經由網路轉傳至該伺服器3的該WiFi界面31。
<第七實施例>
如圖17所示，本發明室內定位系統之一第七實 施例，與該第一實施例不同處在於：匯集通道2包括一藍芽適配器23，該藍芽適配器23包括一USB界面232及一藍芽界面231，該伺服器3包括一USB界面32，且該標籤T0和每一定位器L1~L2的該無線界面13、14是一藍芽界面。該藍芽適配器23的該藍芽界面231接收來自多個定位器L1~L2的藍芽界面14所發出的定位封包，並將匯整後的定位封包經由其USB界面232傳送至該伺服器3的USB界面32。其優點在於以藍芽傳送封包，免於室內拉線。
<第八實施例>
如圖18所示，本發明室內定位系統之一第八實施例，與該第七實施例不同處在於：更包括多個無線串接的定位器L3(圖中為方面說明只畫出一個，但不以此為限)，該多個無線串接的定位器L3設置於該接收廣播封包的定位器L1與該藍芽適配器23間，且呈接力式傳遞該定位封包至該藍芽適配器23。由於串接多個定位器L3，使其優點更多可延長佈建距離。
如圖19所示，本發明室內定位系統之一第九實施例，與該第二實施例不同處在於：更包含連線於無線路由器21與伺服器3間的一閘道器22及一網路4，該匯整後的定位封包經由該閘道器、該網路轉傳至該伺服器。其優點在於伺服器3建置於雲端，不需要每一室內場域建置一伺服器3。其中於本實施例中，該網路4包含廣域網路(internet)及有線區域網路(local area network)的至少之一。
綜上所述，上述實施例以強度資訊或其與感測資訊的組合配合匯集通道2的佈建，而能有效達到室內定位的效果，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
S0~S4‧‧‧訊號點
T0~T1‧‧‧標籤
L1~L2‧‧‧定位器
2‧‧‧匯集通道
3‧‧‧伺服器

Claims (50)

  1. 一種室內定位方法，由一室內定位系統執行，該室內定位系統包括至少一標籤、多個定位器，及一伺服器，該室內定位方法包含以下步驟：(S)該伺服器儲存一資料庫，該資料庫記錄多個訊號點所分別對應的預設強度集合，每一預設強度集合具有多個預設強度，該多個預設強度是分別對應同一訊號點且多個不同定位器；(A)該標籤發送至少一個的廣播封包由該多個定位器掃描，該標籤儲存一標籤辯識碼，且該廣播封包具有該標籤辯識碼；(B)每一定位器量測所接收的廣播封包的一訊號強度以得到一強度資訊，且發送一定位封包至該伺服器，該定位封包具有一對應該標籤的強度資訊，每一定位器儲存一定位器辯識碼，且每一定位封包更具有所對應的該定位器辯識碼，且其強度資訊是對應該標籤辯識碼；及(C)該伺服器根據該資料庫及來自多個的定位器的強度資訊，以判斷出該標籤的一位置，該步驟(C)包括以下子步驟：(C1)該伺服器根據該標籤辨識碼及該定位器辨識碼以區分每一強度資訊對應那一標籤辨識碼及那一定位器辨識碼，以得到多個強度資訊集合，該多的強度資訊集合分別對應不同標籤辨識碼，且每一強度資訊 集合具有多個屬於同一標籤辨識碼且不同定位器辨識碼的強度資訊；(C2)該伺服器根據該資料庫及一相關機率分佈的函數將每一強度資訊集合轉換成多個對應不同訊號點的總強度機率，該函數記錄資料庫的預設強度與機率的分佈關係，其中，該總強度機率的定義為當該定位器所接收的封包強度與資料庫的預設強度越接近，則相似度越高，則該總強度機率也越高；(C3)該伺服器根據該總強度機率以運算出每一訊號點所對應的一綜合機率，該綜合機率正相關於該總強度機率，當該總強度機率越高，則該綜合機率也越高；及(C4)該伺服器根據該多個綜合機率的高低判斷該標籤的一位置接近那一訊號點，該訊號點所對應的該綜合機率越高，則該標籤的該位置越接近該訊號點。
  2. 如請求項1所述的室內定位方法，其中，該子步驟(C2)中的該相關機率分佈的函數為一高斯函數。
  3. 如請求項1所述的室內定位方法，其中，該子步驟(C2)的更進一步為該伺服器將強度資訊集合的多個預設強度分別轉換成多個強度機率，進而根據多個強度機率進行相乘以得到該總強度機率。
  4. 如請求項1所述的室內定位方法，其中，該子步驟(C2)的更進一步為該伺服器將強度資訊集合的多個預設強度分別轉換成多個強度機率，進而根據多個強度機率 進行相加以得到該總強度機率。
  5. 如請求項1所述的室內定位方法，其中，該步驟(A)中的該廣播封包更具有一感測資訊，且該步驟(B)中的每一定位封包更具有該感測資訊，該感測資訊包括該標籤的自身於空間的變化所得到多種相關於相對位移的數值。
  6. 如請求項5所述的室內定位方法，其中，該感測資訊包括一用以記錄時間且根據時間不同而變化的同步碼、一指示靜止或移動中的狀態碼、一相對位移、一高度、一步數及一方向的至少之一。
  7. 如請求項6所述的室內定位方法，更包含以下步驟：(K)該標籤判斷其是否靜止且長達一預設時間，若否，則進到步驟(S)，若是，則進到一省電模式。
  8. 如請求項6所述的室內定位方法，其中，該子步驟(C1)更包括該伺服器根據該標籤辨識碼以區分每一感測資訊對應那一標籤；該子步驟(C2)更包括該伺服器運算出一相對位移機率及一方向機率的至少之一，其中，該伺服器根據一相關於相對位移的相關機率分佈的函數將每一感測點的相對位移轉換成多個對應不同訊號點的相對位移機率，該伺服器根據一相關於方向的相關機率分佈的函數將每一感測點的方向轉換成多個對應不同訊號點的方向機率；
  9. 如請求項8所述的室內定位方法，其中，該子步驟(C3) 為該綜合機率更相關於該相對位移機率及該方向機率的至少之一。
  10. 如請求項9所述的室內定位方法，其中，該步驟(S)的更進一步為該資料庫記錄多個訊號點所分別對應的預設時間差衍生集合，每一預設距離集合具有多個預設時間差衍生，該多個預設時間差衍生是分別對應同一訊號點且不同定位器；且該步驟(A)中的每一廣播封包更具有一時間戳記，該時間戳記相關於該廣播封包發出的時間點；且該步驟(B)中的每一定位封包更具有接收該廣播封包的時間點及該時間戳記；且該步驟(C)更包括一子步驟(C00)該伺服器根據每一廣播封包的時間點及該時間戳記計算出一時間差衍生資訊；且該子步驟(C1)更包括該伺服器根據該標籤辨識碼及該定位器辨識碼以區分每一距離資訊對應那一標籤辨識碼及那一定位器辨識碼，以得到多個時間差衍生資訊集合，該多個時間差衍生資訊集合分別對應不同標籤辨識碼，且每一時間差衍生資訊集合具有多個屬於同一標籤辨識碼且不同定位器辨識碼的時間差衍生資訊；且該子步驟(C2)更包括該伺服器根據一相關於預設時間差衍生的且相關於機率分佈的函數將將每一時間差衍生資訊集合轉換成多個對應不同訊號點的時間 差衍生機率；且該子步驟(C3)為該綜合機率更相關於該時間差衍生機率。
  11. 如請求項10所述的室內定位方法，其中，其中，該子步驟(C2)中的該相關於機率分佈的函數為一高斯函數。
  12. 如請求項1所述的室內定位方法，其中，其中，該步驟(A)中的該廣播封包更具有一感測資訊，且該步驟(B)中的每一定位封包更具有該感測資訊，該感測資訊包括一用以記錄時間且根據時間不同而變化的同步碼、一指示靜止或移動中的狀態碼、一相對位移、一高度、一步數及一方向的至少之一。
  13. 如請求項12所述的室內定位方法，該伺服器根據每一定位封包的該同步碼以過濾重複的定位封包。
  14. 如請求項1所述的室內定位方法，更包含以下步驟：(K)該標籤判斷其是否靜止且長達一預設時間，若否，則進到步驟(S)，若是，則進到一省電模式。
  15. 如請求項1所述的室內定位方法，更包含以下步驟：(J)該標籤判斷其是否接收一指示異常的輸入信號，若否，則進到步驟(S)，若是，則進到一接收模式。
  16. 如請求項1所述的室內定位方法，更包含以下步驟：(H)該標籤判斷其是否感測一異常事件，若否，則進到步驟(S)，若是，則進到一接收模式。
  17. 一種室內定位系統，包含：一標籤，發送至少一個的廣播封包；多個定位器，每一定位器適用於掃描該廣播封包，且量測所接收的廣播封包的一訊號強度以得到一強度資訊，且發送一定位封包，該定位封包具有一對應該標籤的強度資訊；及一伺服器，儲存一資料庫，該資料庫記錄多個訊號點所分別對應的預設強度集合，每一預設強度集合具有多個預設強度，該多個預設強度是分別對應同一訊號點且多個不同定位器，該伺服器根據該資料庫及來自多個的定位器的強度資訊，以判斷出該標籤的一位置，該標籤儲存一標籤辯識碼，且該廣播封包具有該標籤辯識碼，每一定位器儲存一定位器辯識碼，且每一定位封包更具有所對應的該定位器辯識碼，且其強度資訊是對應該標籤辯識碼，該伺服器根據該標籤辨識碼及該定位器辨識碼以區分每一強度資訊對應那一標籤辨識碼及那一定位器辨識碼，以得到多個強度資訊集合，該多的強度資訊集合分別對應不同標籤辨識碼，且每一強度資訊集合具有多個屬於同一標籤辨識碼且不同定位器辨識碼的強度資訊；該伺服器根據該資料庫及一相關機率分佈的函數將 每一強度資訊集合轉換成多個對應不同訊號點的總強度機率，該相關機率分佈的函數記錄資料庫的預設強度與機率的分佈關係，其中，該總強度機率的定義為當該定位器所接收的封包強度與資料庫的預設強度越接近，則相似度越高，則該總強度機率也越高；該伺服器根據該總強度機率以運算出每一訊號點所對應的一綜合機率，該綜合機率正相關於該總強度機率，當該總強度機率越高，則該綜合機率也越高；該伺服器根據該多個綜合機率的高低判斷該標籤的一位置接近那一訊號點，該訊號點所對應的該綜合機率越高，則該標籤的該位置越接近該訊號點。
  18. 如請求項17所述的室內定位系統，其中，該伺服器將強度資訊集合的多個預設強度分別轉換成多個強度機率，進而根據多個強度機率進行相乘以得到該總強度機率。
  19. 如請求項17所述的室內定位系統，其中，該伺服器將強度資訊集合的多個預設強度分別轉換成多個強度機率，進而根據多個強度機率進行相加以得到該總強度機率。
  20. 如請求項17所述的室內定位系統，其中，該廣播封包更具有一感測資訊，該感測資訊包括該標籤的自身於空間的變化所得到多種相關於相對位移的數值。
  21. 如請求項20所述的室內定位系統，其中，該感測資訊包括一根據時間不同而變化的同步碼、一指示靜止或 移動中的狀態碼、一相對位移、一高度、一步數及一方向的至少之一，每一定位封包更具有該感測資訊。
  22. 如請求項21所述的室內定位系統，其中：該伺服器根據每一定位封包的該同步碼以過濾重複的定位封包。
  23. 如請求項22所述的室內定位系統，其中：該伺服器根據該標籤辨識碼以區分每一感測資訊對應那一標籤；該伺服器根據一相關於相對位移的相關機率分佈的函數將每一感測點的相對位移轉換成多個對應不同訊號點的相對位移機率，該伺服器根據一相關於方向的相關機率分佈的函數將每一感測點的方向轉換成多個對應不同訊號點的方向機率；該綜合機率更相關於該相對位移機率及該方向機率的至少之一。
  24. 如請求項23所述的室內定位系統，其中，該資料庫記錄多個訊號點所分別對應的預設時間衍生集合，每一預設時間衍生集合具有多個預設時間衍生，該多個預設時間衍生是分別對應同一訊號點且不同定位器；每一廣播封包更具有一時間戳記，該時間戳記相關於該廣播封包發出的時間點；每一定位封包更具有接收該廣播封包的時間點及該時間戳記；該伺服器根據每一廣播封包的時間點及該時間戳記計算出一時間衍生資訊； 該伺服器根據該標籤辨識碼及該定位器辨識碼以區分每一距離資訊對應那一標籤辨識碼及那一定位器辨識碼，以得到多個時間衍生資訊集合，該多的時間衍生資訊集合分別對應不同標籤辨識碼，且每一時間衍生資訊集合具有多個屬於同一標籤辨識碼且不同定位器辨識碼的時間衍生資訊；該伺服器根據一相關於預設時間衍生且相關機率分佈的函數將將每一時間衍生資訊集合轉換成多個對應不同訊號點的時間衍生機率；該綜合機率更相關於該時間衍生機率。
  25. 如請求項22所述的室內定位系統，其中，該標籤包括：一感測單元，該感測單元感測該標籤的自身於空間的變化以得到多種相關於該相對位移或該方向的數值；一處理單元，電連接該感測單元以接收該多種數值，並根據該多種數值進行運算以得到該感測資訊；及一無線界面，發送載有該感測資訊的該廣播封包。
  26. 如請求項25所述的室內定位系統，其中，該感測單元具有一加速計、一電子羅盤、一陀螺儀的至少之一：該加速計感測該標籤於一相關空間三軸的加速度以作為該等數值的其中之一；該電子羅盤感測該標籤的一移動方向作為該等數值 的其中之一。
  27. 如請求項26所述的室內定位系統，其中，該標籤判斷其是否靜止且長達一預設時間，若是，則進到一省電模式。
  28. 如請求項27所述的室內定位系統，其中，該標籤的處理單元進入低功率模式以節省電力消耗，同時該標籤的無線界面不發封包以節省電力消耗，若該加速度大於一閥值超過一預設時間，則該感測單元喚醒該處理單元以離開省電模式。
  29. 如請求項27所述的室內定位系統，進而該處理單元周期性檢查該加速度的大小，若該加速度小於一閥值時，該標籤的無線界面不傳送封包，若該加速度大於一閥值超過一預設時間，則該感測單元喚醒該處理單元以離開省電模式。
  30. 如請求項27所述的室內定位系統，進而該處理單元周期性檢查該加速度大小並計算移動位移，當累積位移大於一位移閥值時，則該標籤的無線界面傳送封包。
  31. 如請求項25所述的室內定位系統，其中，該標籤的無線界面具有一藍牙通訊器、一Wi-Fi通訊器、一主動式RFID，及一ZigBee通訊器中至少一者。
  32. 如請求項17所述的室內定位系統，其中，該標籤判斷其是否靜止且長達一預設時間，若是，則進到一省電模式。
  33. 如請求項17所述的室內定位系統，其中，該標籤判斷 其是否接收一指示異常的輸入信號，若是，則進到一接收模式。
  34. 如請求項17所述的室內定位系統，其中，該標籤判斷其是否感測一異常事件，若是，則進到一接收模式。
  35. 如請求項17所述的室內定位系統，其中，該標籤具有一發送該廣播封包的無線界面，每一定位器具有一掃描該廣播封包的無線界面，該定位器與該標籤的無線界面為同一種規格。
  36. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括一乙太網交換機，其中，每一定位器更包括一發送該定位封包的乙太網界面，該伺服器包括一乙太網界面，該乙太網交換機有線連接至每一定位器與伺服器間匯集來自多個定位器的定位封包，並轉傳至伺服器。
  37. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括一無線路由器，其中，每一定位器更包括一發送該定位封包的WiFi界面，該伺服器包括一乙太網界面，該無線路由器包括一接收來自多個定位器的定位封包的WiFi界面，及一將匯整後的定位封包轉傳至該伺服器的乙太網界面。
  38. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括一無線路由器，其中，每一定位器更包括一發送該定位封包的乙太網界面，該伺服器包括一WiFi界面，該無線路由器包括一接收來自多個定位器的定位封包的乙太網界面，及一將匯整後的定位封包轉傳至該 伺服器的WiFi界面。
  39. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括一具有一WiFi界面的無線匯整器，其中，每一定位器更包括一發送該定位封包的WiFi界面，該伺服器包括一WiFi界面，該無線匯整器的WiFi界面接收來自多個定位器的定位封包，並將匯整後的定位封包轉傳至該伺服器。
  40. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括一具有一乙太網界面的閘道器及一網路，其中，每一定位器更包括一發送該定位封包的乙太網界面，該伺服器包括一乙太網界面，該閘道器的該乙太網界面界面接收來自多個定位器的定位封包，並將匯整後的定位封包經由網路轉傳至該伺服器的該乙太網界面。
  41. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括一具有一乙太網界面的閘道器及一網路，其中，每一定位器更包括一發送該定位封包的乙太網界面，該伺服器包括一WiFi界面，該閘道器的該乙太網界面接收來自多個定位器的定位封包，並將匯整後的定位封包經由網路轉傳至該伺服器的該WiFi界面。
  42. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括一藍芽適配器，該藍芽適配器包括一USB界面及一藍芽界面，該伺服器包括一USB界面，且該標籤和每一定位器的該 無線界面是一藍芽界面，該藍芽適配器的該藍芽界面接收來自多個定位器的藍芽界面所發出的定位封包，並將匯整後的定位封包經由其USB界面傳送至該伺服器的USB界面。
  43. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括多個無線串接的定位器，該多個無線串接的定位器設置於該接收廣播封包的定位器與該藍芽適配器間，且呈接力式傳遞該定位封包至該藍芽適配器。
  44. 如請求項35所述的室內定位系統，更包括一無線路由器、連線於該無線路由器與該伺服器間的一閘道器及一網路，其中，每一定位器更包括一發送該定位封包的WiFi界面，該閘道器包括一乙太網介面，該伺服器包括一乙太網界面，該無線路由器包括一接收來自多個定位器的定位封包的WiFi界面，及一傳送匯整後的定位封包的乙太網界面，該匯整後的定位封包經由該閘道器、該網路轉傳至該伺服器。
  45. 如請求項44所述的室內定位系統，該網路包含一廣域網路及一有線區域網路的至少之一。
  46. 如請求項35所述的室內定位系統，其中，每一定位器與該標籤的無線界面為一低功率無線介面，且每一定位器更包括一發送該定位封包的高功率無線界面。
  47. 如請求項46所述的室內定位系統，其中該廣播封包更具有一感測資訊，該感測資訊包括一根據時間不同而 變化的同步碼、一指示靜止或移動中的狀態碼、一相對位移、一高度、一步數及一方向的至少之一，每一定位封包更具有該感測資訊
  48. 如請求項46所述的室內定位系統，其中：該伺服器根據每一定位封包的該同步碼以過濾重複的定位封包。
  49. 如請求項46所述的室內定位系統，其中，該標籤包括：一感測單元，該感測單元感測該標籤的自身於空間的變化以得到多種相關於該相對位移或該方向的數值；一處理單元，電連接該感測單元以接收該多種數值，並根據該多種數值進行運算以得到該感測資訊；及一無線界面，發送載有該感測資訊的該廣播封包；其中，該感測單元具有一加速計、一電子羅盤、一陀螺儀的至少之一，該加速計感測該標籤於一相關空間三軸的加速度以作為該等數值的其中之一，該電子羅盤感測標籤的一移動方向作為該等數值的其中之一，該標籤判斷其是否靜止且長達一預設時間，若是，則進到一省電模式。
  50. 如請求項46所述的室內定位系統，其中，該標籤包括： 一感測單元，該感測單元感測該標籤的自身於空間的變化以得到多種相關於該相對位移或該方向的數值；一處理單元，電連接該感測單元以接收該多種數值，並根據該多種數值進行運算以得到該感測資訊；及一無線界面，發送載有該感測資訊的該廣播封包；其中，該感測單元具有一加速計、一電子羅盤、一陀螺儀的至少之一，該加速計感測該標籤於一相關空間三軸的加速度以作為該等數值的其中之一，該電子羅盤感測標籤的一移動方向作為該等數值的其中之一，該標籤判斷其是否接收一指示異常的輸入信號，若是，則進到一接收模式。
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