TWI596365B - 室內定位系統及其方法 - Google Patents

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Description

室內定位系統及其方法
本發明係有關於定位系統，特別是有關於信標輔助式的室內定位系統及其室內定位方法。
隨著科技發展，使用者所擁有的行動裝置通常配備有全球定位系統(Global positioning system，GPS)，可與衛星配合進行室外定位。然而，因為GPS的無線電波強度較弱，當使用者位於室內時，全球定位系統則往往無法發揮功用，例如無法針對使用者在室內的位置(例如是辦公室、教室、商場等等)進行精確定位。
因此需要一種室內定位系統及室內定位方法以進行精確的室內空間定位。
本發明係提供一種室內定位系統，包括：複數個信標裝置，包括頂上信標及平面信標，其中各頂上信標係分別安置於一室內空間之一區域之頂部，且各區域之週圍係安置相應的平面信標；一行動裝置，用以執行室內定位應用程式，藉以接收來自各信標裝置所相應之一定位信號，並判斷行動裝置 與各信標裝置之間的距離資訊；以及一定位伺服器，依據該複數個頂上信標與該行動裝置之距離資訊判斷行動裝置位於室內空間之特定區域，更依據在該特定區域所相應之該複數個平面信標的距離資訊判斷該行動裝置在該特定區域中之一精確位置，且將該精確位置回報至該行動裝置，藉以讓該行動裝置於該室內定位應用程式中之該室內空間的平面圖上顯示該行動裝置之該精確位置。
本發明更提供一種室內定位方法，用於室內定位系統，該室內定位系統包括複數個信標裝置以及一行動裝置，其中該複數個信標裝置包括複數個頂上信標及複數個平面信標，其中各頂上信標係分別安置於一室內空間之一區域之頂部，且各區域之週圍係安置相應的該等平面信標，該方法包括：利用該行動裝置執行一室內定位應用程式，藉以接收來自各信標裝置所相應之一定位信號，並判斷該行動裝置與各信標裝置之間的距離資訊；接收來自該行動裝置之該行動裝置與各信標裝置之間的距離資訊；依據該複數個頂上信標與該行動裝置之距離資訊判斷該行動裝置位於該室內空間之一特定區域；依據在該特定區域所相應之該複數個平面信標的距離資訊判斷該行動裝置在該特定區域中之一精確位置；將該精確位置回報至該行動裝置，藉以讓該行動裝置於該室內定位應用程式中之該室內空間的平面圖上顯示該行動裝置之該精確位置。
100‧‧‧室內定位系統
110‧‧‧信標裝置
111、111A-111F‧‧‧頂上信標
112、112A-112L‧‧‧平面信標
120‧‧‧行動裝置
130‧‧‧定位伺服器
200‧‧‧室內空間
201-206‧‧‧區域
S410-S450‧‧‧步驟
第1圖係顯示依據本發明一實施例之室內定位系統100之功能方塊圖。
第2圖係顯示依據本發明一實施例中之室內空間的俯視圖。
第3圖係顯示依據第2圖之實施例中於空間201進行定位的示意圖。
第4圖係顯示依據本發明一實施例中之定位方法的流程圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示依據本發明一實施例之室內定位系統100之功能方塊圖。
室內定位系統100包括複數個信標裝置110、一行動裝置120、以及一定位伺服器130。舉例來說，各信標裝置110係可分別安置於一室內空間中的不同位置，其中室內空間例如是辦公室、教室、戲院、表演場館等等，但本發明並不限於此。各信標裝置110均可定時地利用無線通訊協定推播(advertising)該信標裝置相關的定位信號。舉例來說，各信標裝置110可每隔一秒利用低功耗藍芽(Bluetooth Low Energy，BLE)、Wifi、紅外線等無線通訊協定進行定位信號之推播。為了便於說明，後述實施例中係採用低功耗藍芽為例進行說明。
行動裝置120係可由一使用者所攜帶，例如是一智慧型手機、一平板電腦、或一筆記型電腦等等，但本發明並不 限於此。當該使用者攜帶著行動裝置120進入佈置有信標裝置110之室內空間，使用者可啟動行動裝置120中之一特定室內定位應用程式，藉以利用行動裝置120之收發器(transceiver)接收來自各信標裝置110之推播信息。舉例來說，若使用低功耗藍芽協定，行動裝置可在距離各信標裝置110一定距離內的範圍(例如5~10公尺左右，視其功率而定，無方向性)接收到推播信息。
更進一步而言，行動裝置120上所運行的特定室內定位應用程式係包括了將所接收到之推播信息之電波強度轉換為相應距離之程式碼，例如可用軟體開發工具包(Software Development Kit)所實現，但本發明並不限於此。需注意的是，若僅以接收到特定信標裝置而判斷行動裝置120與該特定信標之間的距離有可能會產生判斷距離失準的情況，因為該特定信標裝置與該行動裝置120之間可能有障礙物，進而導致電波強度變弱。
定位伺服器130例如可為一個人電腦、一專用伺服器、或是其他可計算定位資訊之運算裝置，但本發明並不限於此。舉例來說，定位伺服器130係可透過一無線網路由行動裝置120取得行動裝置120在室內空間中與各信標裝置之距離資訊，進而判斷行動裝置120在室內空間中之位置。
在一實施例中，信標裝置110係可分為頂上信標111及平面信標112兩部份，頂上信標111係依據一預定排列分式安置於室內空間之天花板藉以相應於室內空間中之大區域。因為頂上信標設置於天花板，使用者之行動裝置120與頂上信標之 間通常不會有障礙物，因此可更精準地判斷行動裝置在室內空間中所在的區域。平面信標112則是安裝或固定於室內空間中各個頂上信標所相應之各區域週圍之牆上或物件上，藉以定義各大區域中之小區域。關於更進一步之室內定位的細節，請參考後述實施例。
第2圖係顯示依據本發明一實施例中之室內空間的俯視圖。
請同時參考第1圖及第2圖，頂上信標111包括頂上信標111A~116F係依據一預定排列分式安置於室內空間200之天花板，其中各頂上信標111A~116F係相應於室內空間200中之一大區域，例如是區域201~206。為了便於說明，區域201~206係以長方形為例，使用者可視實際情況調整所需的空間規劃方式來配置頂上信標及平面信標。
平面信標112則包括了平面信標112A~112L，其中每個空間201~206均有相應的4個平面信標，例如空間201中除了頂上信標111A之外，亦包括了平面信標112A、112B、112C、及112D；空間202中除了頂上信標111A之外，亦包括了平面信標112C、112D、112E、及112F；依此類推。因為區域201及202是相鄰的，且平面信標所發射的推播信息是無方向性的，故在兩個區域201及202的共同邊緣之平面信標112C及112D則可以共用。
第3圖係顯示依據第2圖之實施例中於區域201進行定位的示意圖。
第3圖係以第2圖中之區域201為例，如第3圖所 示，若行動裝置120處於區域201，則行動裝置120可接收到來自在區域201中之各信標111A、112A~112D所推播的定位信號。在行動裝置120上所運作的室內定位應用程式可將在區域201中之各信標111A、112A~112D所推播的定位信號的強度轉換為相應的距離，其中上述距離係為該定位信號之強度與時間之函數。舉例來說，行動裝置120與頂上信標111A之間的距離函數可表示為D(S111A，T)，行動裝置120與平面信標112A之間的距離函數可表示為D(S112A，T)，其中S111A及S112A係表示在時間T所測量到的定位信號之強度。類似地，行動裝置120與平面信標112B~112D之間的距離函數可分別表示為D(S112B，T)、D(S112C，T)、D(S112D，T)，其中S112B、S112C、S112D係分別表示在時間T所測量到的定位信號之強度。需了解的是，就算行動裝置120是靜止的，在不同時間T所測量到的定位信號的強度仍可能會有變化，其係取決於各平面信標之定位信號的穩定度、以及是否有障礙物、或受到其他干擾。
更進一步而言，在行動裝置120上所運作的室內定位應用程式會透過無線網路將各信標裝置之定位信號所轉換出的相應距離傳送至定位伺服器130，定位伺服器130則依據行動裝置120所傳送之各信標裝置的相應距離計算該行動裝置120係處於室內空間的位置。
舉例來說，行動裝置120係傳送與各頂上信標的距離，因為行動裝置120與頂上信標111A之距離最近，故定位伺服器130係判斷行動裝置120應處於區域201。接著，定位伺服器130更進一步判斷行動裝置120在區域201中的精確位置。更 進一步而言，因行動裝置120處於區域201之中，故行動裝置120在一般未受到障礙物影響的情況下可同時接收到來自平面信標112A~112D之定位信號，故定位伺服器130可利用行動裝置120與各平面信標112A~112D之間的距離判斷該行動裝置120在區域201之中的位置。
此外，當定位伺服器130判斷出該行動裝置120在區域201之中的相對位置，定位伺服器130會進一步進行精確校正。舉例來說，在某些特殊情況下，例如行動裝置120位於頂上信標111A之正下方，故定位伺服器130會判斷行動裝置120與區域201中之4個平面信標112A~112D之距離均相等。在此種特殊情況下，定位伺服器130則會再進一步檢查行動裝置120與區域201中之4個平面信標112A~112D之距離是否均大於行動裝置120與空間201中之頂上信標111A之距離。若是，則可判斷行動裝置120係處於區域201之中心位置。若否，則可判斷前述的精確位置係為誤判。
在一實施例中，室內定位應用程式可顯示室內空間200的詳細平面圖，例如各座位、使用者代號、及/或其編號等資訊，當定位伺服器130利用行動裝置120與各平面信標112A~112D之間的距離判斷該行動裝置120在區域201之中的位置，則可進一步將所判斷的位置資訊傳送至行動裝置120。此時，行動裝置120之使用者則可由室內空間定位程式之平面圖中得知目前所在的位置。
需注意的是，定位伺服器130可管理多個室內空間之定位，其包括一資料庫用以記錄各室內空間之平面圖及各信 標裝置的位置資訊，作為各室內空間位置規劃的詮譯資料(meta data)，藉以提供精確定位計算。
在一些實施例中，在行動裝置120上所運作的室內定位應用程式可取代定位伺服器130之功能，意即判斷行動裝置120在室內空間的位置以及在平面圖上顯示行動裝置120在室內空間之位置均是由行動裝置120所進行。
第4圖係顯示依據本發明一實施例中之定位方法的流程圖。在步驟S410，利用行動裝置執行一室內定位應用程式，藉以接收來自各信標裝置所相應之一定位信號，並判斷該行動裝置與各信標裝置之間的距離資訊。
在步驟S420，利用定位伺服器接收來自該行動裝置之該行動裝置與各信標裝置之間的距離資訊。
在步驟S430，利用該定位伺服器依據該複數個頂上信標與該行動裝置之距離資訊判斷該行動裝置位於該室內空間之一特定區域。
在步驟S440，利用該定位伺服器依據在該特定區域所相應之該複數個平面信標的距離資訊判斷該行動裝置在該特定區域中之一精確位置。
在步驟S450，利用該定位伺服器將該精確位置回報至該行動裝置，藉以讓該行動裝置於該室內定位應用程式中之該室內空間的平面圖上顯示該行動裝置之該精確位置。
綜上所述，本發明係提供一種室內定位系統及其室內定位方法，藉由信標裝置之輔助及適當的位置擺設，本發明之室內定位系統及其室內定位方法更精準地定位使用者之 行動裝置於室內空間之位置。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何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，當可做些許的更動與潤飾，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。
S410-S450‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種室內定位系統，包括：複數個信標裝置，包括複數個頂上信標及複數個平面信標，其中各頂上信標係分別安置於一室內空間之一區域之頂部，且各區域之週圍係安置相應的該等平面信標；一行動裝置，用以執行一室內定位應用程式，藉以接收來自各信標裝置所相應之一定位信號，並判斷該行動裝置與各信標裝置之間的距離資訊；以及一定位伺服器，用以接收來自該行動裝置之該行動裝置與各信標裝置之間的距離資訊，並依據該複數個頂上信標與該行動裝置之距離資訊判斷該行動裝置位於該室內空間之一特定區域，其中該定位伺服器更依據在該特定區域所相應之該複數個平面信標的距離資訊判斷該行動裝置在該特定區域中之一精確位置，且該定位伺服器更將該精確位置回報至該行動裝置，藉以讓該行動裝置於該室內定位應用程式中之該室內空間的平面圖上顯示該行動裝置之該精確位置，其中在該定位伺服器判斷出該行動裝置在該特定區域中之該精確位置後，若該定位伺服器判斷該行動裝置與該特定區域所相應之各平面信標的距離相等，則該定位伺服器更判斷該行動裝置與該特定區域所相應之各平面信標的距離是否大於該行動裝置與該特定區域所相應之該頂上信標的距離，若是，該定位伺服器係判斷該行動裝置位於該特定區域 之中心點。 若否，該定位伺服器係判斷該行動裝置之該精確位置為誤判。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位系統，其中該複數個信標裝置係支援低功率藍芽(Bluetooth Low Energy)通訊協定。
  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判斷在該複數個頂上信標中與該行動裝置具有一最小距離之一者係相應於該特定區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位系統，其中該室內定位應用程式係包括一程式碼將所接收到來自各信標裝置之定位信號的強度轉換為相應的距離資訊。
  5. 一種室內定位方法，用於室內定位系統，該室內定位系統包括複數個信標裝置、一行動裝置、及一定位伺服器，其中該複數個信標裝置包括複數個頂上信標及複數個平面信標，其中各頂上信標係分別安置於一室內空間之一區域之頂部，且各區域之週圍係安置相應的該等平面信標，該方法包括：利用該行動裝置執行一室內定位應用程式，藉以接收來自各信標裝置所相應之一定位信號，並判斷該行動裝置與各信標裝置之間的距離資訊；利用該定位伺服器接收來自該行動裝置之該行動裝置與各信標裝置之間的距離資訊；利用該定位伺服器依據該複數個頂上信標與該行動裝 置之距離資訊判斷該行動裝置位於該室內空間之一特定區域；利用該定位伺服器依據在該特定區域所相應之該複數個平面信標的距離資訊判斷該行動裝置在該特定區域中之一精確位置；利用該定位伺服器將該精確位置回報至該行動裝置，藉以讓該行動裝置於該室內定位應用程式中之該室內空間的平面圖上顯示該行動裝置之該精確位置，在判斷出該行動裝置在該特定區域中之該精確位置後，若該行動裝置與該特定區域所相應之各平面信標的距離相等，判斷該行動裝置與該特定區域所相應之各平面信標的距離是否大於該行動裝置與該特定區域所相應之該頂上信標的距離；若是，判斷該行動裝置位於該特定區域之中心點；以及若否，係判斷該行動裝置之該精確位置為誤判。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之室內定位方法，其中該複數個信標裝置係支援低功率藍芽(Bluetooth Low Energy)通訊協定。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之室內定位方法，更包括：判斷在該複數個頂上信標中與該行動裝置具有一最小距離之一者係相應於該特定區域。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之室內定位方法，其中該室內定位應用程式係包括一程式碼將所接收到來自各信標 裝置之定位信號的強度轉換為相應的距離資訊。
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