TWI612320B - 動態室內定位系統及其方法 - Google Patents

動態室內定位系統及其方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI612320B
TWI612320B TW105134790A TW105134790A TWI612320B TW I612320 B TWI612320 B TW I612320B TW 105134790 A TW105134790 A TW 105134790A TW 105134790 A TW105134790 A TW 105134790A TW I612320 B TWI612320 B TW I612320B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
received signal
dynamic
signal strength
base stations
mobile terminal
Prior art date
Application number
TW105134790A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201816419A (zh
Inventor
王添盛
柯嘉惠
方凱田
曾柏軒
Original Assignee
臺灣高等法院檢察署
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 臺灣高等法院檢察署 filed Critical 臺灣高等法院檢察署
Priority to TW105134790A priority Critical patent/TWI612320B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI612320B publication Critical patent/TWI612320B/zh
Publication of TW201816419A publication Critical patent/TW201816419A/zh

Links

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

動態室內定位系統及其方法
本發明係為一種定位系統及其方法，特別是指一種基於路線資訊(route information)及指紋式動態接收訊號強度(fingerprinting-based dynamic received signal strength)的室內定位(indoor positioning)系統及其方法。
近年來，由於智慧型裝置的興起以及科技的不斷進步，並基於位置的服務(Location-based Service,LBS)興起的應用主要是希望能透過智慧型終端裝置與網際網路的結合，可確定使用者的位置，進而提供使用者/用戶可能需要的資訊。
一般來說，全球定位系統(Global Positioning System,GPS)定位技術的應用已經相當普遍，例如，全球定位系統可提供戶外定位或路線規劃，然而受到建築物遮蔽的影響，在大型的室內環境中，如百貨公司、醫院及室內停車場，無法接收到全球定位系統的衛星訊號，所以普遍應用的全球定位系統定位便無法有效地執行，因此，亟需利用其他的方式來有效地進行室內定位。
現今室內區域定位的常見技術包括Wi-Fi、藍牙無線射頻技術、地球磁場、可見光、音波、慣性定位等方式，此外，較早期的技術則 有Zigbee、紅外線與無線射頻辨識(Radio Frequency IDentification,RFID)等無線技術。
換言之，由於全球定位系統已無法滿足室內區域定位的需求，並且在傳統的室內定位系統中，總是會產生許多不合理的定位結果，如將位置定位在牆壁中或在其他障礙物中。
基於上述習知技術之缺失，需要提供一種能有效地改善不合理的室內定位結果，以增加室內定位精準度。因此，如何提供一種較佳的室內定位系統及其方法，進而使室內定位的精確度達到最佳的狀態，乃是亟待解決的問題。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明之動態室內定位方法包括以下步驟：在一定位階段(online phase)，將一行動終端裝置接收來自複數無線基地台的複數接收訊號強度(Received Signal Strength,RSS)、該複數無線基地台相互接收來自該複數無線基地台的複數接收訊號強度以及一事前階段(offline phase)的第一資料庫一起傳送至一伺服器的一動態接收訊號強度調整模組(dynamic RSS adjustment module)；藉由該動態接收訊號強度調整模組，計算出該行動終端裝置的調整接收訊號強度(adjusted RSS)；藉由一指紋辨識比對模組，對該調整接收訊號強度與該事前階段的第二資料庫進行指紋辨識比對；以及估計該行動終端裝置的即時位置(real-time position)。
再者，本發明之動態室內定位方法復包括以下步驟：在該事前階段，將該複數無線基地台相互接收來自該複數無線基地台的該複數接收訊號強度的平均值及標準差儲存於該伺服器的該第一資料庫。
又，本發明之動態室內定位方法復包括以下步驟：在該事前階段，將該複數無線基地台的位置資訊、該行動終端裝置的方向以及該複數無線基地台的平均接收訊號強度儲存於該伺服器的該第二資料庫。
較佳地，本發明之動態接收訊號強度模組可包含一動態接收訊號強度調整演算法，該動態接收訊號強度調整演算法包含以下步驟：在該事前階段，藉由該第一資料庫所儲存的該複數接收訊號強度的平均值及標準差，在該複數基地台之間建立複數連接配對；在該定位階段，計算該複數接收訊號強度的移動平均值，並將該移動平均值與該第一資料庫進行比較；從該複數連接配對中獲得複數有效連接配對；進行接收訊號強度移位估計(RSS shift estimation)；以及計算出該調整接收訊號強度。
較佳地，本發明之動態室內定位方法復包括以下步驟：建立室內路線資訊(indoor route information)。
此外，本發明亦提供一種動態室內定位系統，該動態室內定位系統包括：一伺服器，包含一定位階段的一動態接收訊號強度調整模組(dynamic RSS adjustment module)及一指紋辨識比對模組，其中，該動態接收訊號強度調整模組接收一行動終端裝置接收來自複數無線基地台的複數接收訊號強度(Received Signal Strength,RSS)以及該複數無線基地台相互接收來自該複數無線基地台的複數接收訊號強度，並計算出該行動終端裝置的調整接收訊號強度(adjusted RSS)，且傳送該行動終端裝置的調整接收訊號強度至該指紋辨識比對模組；以及在該伺服器中，一事前階段的一第一資料庫及一第二資料庫，分別輸入至該定位階段的該動態接收訊號強度調 整模組及該指紋辨識比對模組。因此，在完成該指紋辨識比對模組之指紋辨識比對後，該行動終端裝置的即時位置可被估計。
較佳地，在該事前階段，該第一資料庫儲存該複數無線基地台相互接收來自該複數無線基地台的該複數接收訊號強度的平均值及標準差。
較佳地，在該事前階段，該第二資料庫儲存該複數無線基地台的位置資訊、該行動終端裝置的方向以及該複數無線基地台的平均接收訊號強度。
本發明之動態室內定位系統復可包括：一室內路線資訊(indoor route information)模組，以提供室內區域(indoor area)的路線資訊。
10‧‧‧行動終端裝置
12‧‧‧室內區域
12a、12b、12c‧‧‧區域
14‧‧‧參考點
16‧‧‧無線基地台
20‧‧‧伺服器
22‧‧‧第一資料庫
24‧‧‧動態接收訊號強度調整模組
26‧‧‧指紋辨識比對模組
28‧‧‧第二資料庫
30‧‧‧即時位置
poff‧‧‧事前階段
pon‧‧‧定位階段
S31、S33、S35、S37‧‧‧步驟
S41、S43、S45‧‧‧步驟
S51、S53、S55、S57、S59‧‧‧步驟
圖1顯示本發明一實施例的動態室內定位的基本架構示意圖；圖2顯示本發明一實施例的動態室內定位系統的示意圖；圖3顯示本發明一實施例的動態室內定位方法的流程圖；圖4顯示本發明一實施例的動態室內定位方法之事前階段的流程圖；以及圖5為本發明一實施例的動態室內定位方法之動態接收訊號強度調整演算法(dynamic received signal strength adjustment algorithm)的流程圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本 發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
並且，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
本發明提出一種基於路線資訊(route information)及指紋式動態接收訊號強度(fingerprinting-based dynamic received signal strength)的動態室內定位系統架構。如圖1的指紋式動態接收訊號強度基本架構所示，一行動終端裝置10在一室內區域12環境空間中，如圖1所示，依據本發明之實施例，室內區域12包含三個區域，分別為區域12a、區域12b及區域12c。其中，在區域12a、區域12b及區域12c中具有複數參考點(reference points)14，並且依據本發明之實施例，於室內區域12中設置複數無線基地台(wireless access point)16。由於複數參考點14的設計，本發明採用指紋式動態室內定位方式來進行室內定位(indoor positioning)，因此，本發明基於路線資訊及指紋式動態接收訊號強度，提出一種較佳的動態室內定位系統(dynamic indoor positioning system)及其方法。
依據本發明之實施例，本發明的行動終端裝置10可為手持裝置(handheld device)、移動終端設備、行動電話、智慧型手機、平板電腦、 手提電腦、筆記型電腦等裝置，但並不限於本發明。
此外，如圖2所示，圖2顯示本發明之實施例的動態室內定位系統的示意圖，本發明之動態室內定位系統包括：一行動終端裝置12、複數無線基地台16(即N個無線基地台)以及一伺服器20，伺服器20包含一事前階段(offline phase)poff及一定位階段(online phase)pon，在定位階段pon，一動態接收訊號強度調整模組(dynamic received signal strength adjustment module；dynamic RSS adjustment module)24接收行動終端裝置12接收來自複數無線基地台16的複數接收訊號強度18a以及複數無線基地台16相互接收來自複數無線基地台16的複數接收訊號強度18b，並計算出行動終端裝置12的調整接收訊號強度(adjusted RSS)，且傳送行動終端裝置12的調整接收訊號強度至一指紋辨識比對模組26；在事前階段poff，一第一資料庫22及一第二資料庫28分別輸入至定位階段pon的動態接收訊號強度調整模組24及指紋辨識比對模組26；之後可估計行動終端裝置12的即時位置(real-time position)30。
依據本發明之實施例，本發明之動態室內定位系統可包括一室內路線資訊(indoor route information)模組，室內路線資訊模組可提供室內區域(indoor area)的路線資訊。
依據本發明之實施例，在事前階段poff，第一資料庫22儲存複數無線基地台16相互接收來自複數無線基地台16的複數接收訊號強度18b的平均值(mean)及標準差(standard deviation)。
另外，依據本發明之實施例，在事前階段poff，第二資料庫28儲存複數無線基地台16的位置資訊、行動終端裝置12的方向以及複數無 線基地台16的平均接收訊號強度(average RSS)。
為了提升室內定位的精確度，本發明提出的動態接收訊號強度調整模組24可包含動態接收訊號強度調整演算法(dynamic received RSS adjustment algorithm)。
簡而言之，本發明提出的動態接收訊號強度調整演算法主要藉由複數無線基地台16相互量測訊號強度，在觀察事前階段poff及定位階段pon時，不同無線基地台16的訊號強度變化會調整使用者的行動終端裝置12接收到的訊號強度，以符合在事前階段poff所建立的資料庫(即第一資料庫22及第二資料庫28)的環境，在相同的基準下進行訊號強度的指紋辨識比對，進而增加室內定位的精準度。
本發明除了提供一種動態室內定位系統之外，本發明也提出一種動態室內定位方法，如圖3所示。因此，基於路線資訊及指紋式動態接收訊號強度之概念下，本發明之動態室內定位方法包括下列步驟S31~S37：步驟S31：在一定位階段，將一行動終端裝置接收來自複數無線基地台的複數接收訊號強度(received signal strength,RSS)、複數無線基地台相互接收來自複數無線基地台的複數接收訊號強度以及一事前階段的第一資料庫一起傳送至一伺服器的一動態接收訊號強度調整模組(dynamic RSS adjustment module)；步驟S33：藉由動態接收訊號強度調整模組，計算出行動終端裝置的調整接收訊號強度(adjusted RSS)；步驟S35：藉由一指紋辨識比對模組，對調整接收訊號強度與事前階段的第二資料庫進行指紋辨識比對；以及 步驟S37：估計行動終端裝置的即時位置(real-time position)。
其中，在事前階段，如圖4所示，本發明之動態室內定位方法復可包括下列步驟S41~S45：步驟S41：在事前階段，將複數無線基地台相互接收來自複數無線基地台的複數接收訊號強度的平均值及標準差儲存於伺服器的第一資料庫；步驟S43：在事前階段，將複數無線基地台的位置資訊、行動終端裝置的方向以及複數無線基地台的平均接收訊號強度儲存於伺服器的第二資料庫；以及步驟S45：建立室內路線資訊(indoor route information)。
值得注意的是，有關在事前階段的步驟S41~S45之執行順序並不限於上述的執行順序。
此外，依據本發明之實施例，本發明之動態室內定位方法可包括一動態接收訊號強度調整演算法(dynamic RSS adjustment algorithm)，如圖5所示，該動態接收訊號強度調整演算法包括下列步驟S51~S59：步驟S51：在事前階段，藉由第一資料庫所儲存的複數接收訊號強度的平均值及標準差，在複數基地台之間建立複數連接配對；步驟S53：在定位階段，計算複數接收訊號強度的移動平均值，並將移動平均值與第一資料庫進行比較；步驟S55：從複數連接配對中獲得複數有效連接配對；步驟S57：進行接收訊號強度移位估計(RSS shift estimation)；以及步驟S59：計算出調整接收訊號強度。
具體而言，本發明之動態接收訊號強度調整演算法主要藉由多個無線基地台相互量測訊號強度，在觀察事前階段及定位階段時，不同無線基地台的訊號強度變化會自動地調整使用者的行動終端裝置接收到的訊號強度，以符合在事前階段所建立的資料庫的環境，並在相同的基準下進行訊號強度的指紋辨識比對，進而提高室內定位精確度的功效。
在上述的實施例中，本發明之伺服器可包含一或複數處理器以及至少一儲存裝置，因此，本發明所提出的上述演算法可經由伺服器執行，並且伺服器可藉由無線網路模組與行動終端裝置或無線基地台進行無線通訊。
在說明本發明之代表性實施例時，本說明書已經提出操作本發明之該方法及/或程序做為一特定順序的步驟。但是，某種程度上該方法並不會依賴此處所提出的特定順序的步驟，該方法不應限於所述之該等特定的步驟順序。如本技藝專業人士將可瞭解，其它的步驟順序亦為可行。因此，在本說明書中所提出之特定順序的步驟不應被視為對於申請專利範圍之限制。此外，關於本發明之方法及/或程序之申請專利範圍不應限於在所提出順序中之步驟的效能，本技藝專業人士可立即瞭解該等順序可以改變，且仍維持在本發明之精神及範圍內。
熟習此項技藝者應即瞭解可對上述各項範例進行變化，而不致悖離其廣義之發明性概念。因此，應瞭解本發明並不限於所揭示之特定範例，而係為涵蓋歸屬如後載各請求項所定義之本發明精神及範圍內的修飾。
S31、S33、S35、S37‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種動態室內定位方法，係包括以下步驟：在一定位階段(online phase)，將一行動終端裝置接收來自複數無線基地台的複數接收訊號強度(received signal strength,RSS)、該複數無線基地台相互接收來自該複數無線基地台的複數接收訊號強度以及一事前階段(offline phase)的第一資料庫一起傳送至一伺服器的一動態接收訊號強度調整模組(dynamic RSS adjustment module)；藉由該動態接收訊號強度調整模組，計算出該行動終端裝置的調整接收訊號強度(adjusted RSS)；藉由一指紋辨識比對模組，對該調整接收訊號強度與該事前階段的第二資料庫進行指紋辨識比對；以及估計該行動終端裝置的即時位置(real-time position)，其中，在該事前階段，將該複數無線基地台的位置資訊、該行動終端裝置的方向以及該複數無線基地台的平均接收訊號強度儲存於該伺服器的該第二資料庫。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之動態室內定位方法，復包括以下步驟：在該事前階段，將該複數無線基地台相互接收來自該複數無線基地台的該複數接收訊號強度的平均值及標準差儲存於該伺服器的該第一資料庫。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之動態室內定位方法，其中，該動態接收訊號強度模組包含一動態接收訊號強度調整演算法，該動態接收訊號強度調整演算法包含以下步驟：在該事前階段，藉由該第一資料庫 所儲存的該複數接收訊號強度的平均值及標準差，在該複數基地台之間建立複數連接配對；在該定位階段，計算該複數接收訊號強度的移動平均值，並將該移動平均值與該第一資料庫進行比較；從該複數連接配對中獲得複數有效連接配對；進行接收訊號強度移位估計(RSS shift estimation)；以及計算出該調整接收訊號強度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之動態室內定位方法，復包括以下步驟：建立室內路線資訊(indoor route information)。
  5. 一種動態室內定位系統，係包括：一伺服器，包含一定位階段的一動態接收訊號強度調整模組(dynamic RSS adjustment module)及一指紋辨識比對模組，其中，該動態接收訊號強度調整模組接收一行動終端裝置接收來自複數無線基地台的複數接收訊號強度(received signal strength,RSS)以及該複數無線基地台相互接收來自該複數無線基地台的複數接收訊號強度，並計算出該行動終端裝置的調整接收訊號強度(adjusted RSS)，且傳送該行動終端裝置的調整接收訊號強度至該指紋辨識比對模組；以及在該一伺服器中，一事前階段的一第一資料庫及一第二資料庫，分別輸入至該定位階段的該動態接收訊號強度調整模組及該指紋辨識比對模組，其中，在該事前階段，該第二資料庫儲存該複數無線基地台的位置資訊、該行動終端裝置的方向以及該複數無線基地台的平均接收訊號強度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之動態室內定位系統，其中，在完成該指紋辨識比對模組之指紋辨識比對後，估計該行動終端裝置的即時位置。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之動態室內定位系統，其中，在該事前階段，該第一資料庫儲存該複數無線基地台相互接收來自該複數無線基地台的該複數接收訊號強度的平均值及標準差。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之動態室內定位系統，復包括：一室內路線資訊(indoor route information)模組，以提供室內區域(indoor area)的路線資訊。
TW105134790A 2016-10-27 2016-10-27 動態室內定位系統及其方法 TWI612320B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105134790A TWI612320B (zh) 2016-10-27 2016-10-27 動態室內定位系統及其方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105134790A TWI612320B (zh) 2016-10-27 2016-10-27 動態室內定位系統及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI612320B true TWI612320B (zh) 2018-01-21
TW201816419A TW201816419A (zh) 2018-05-01

Family

ID=61728713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105134790A TWI612320B (zh) 2016-10-27 2016-10-27 動態室內定位系統及其方法

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI612320B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504503B1 (en) * 2001-09-28 2003-01-07 Intel Corporation Peer-to-peer global positioning system
TW200605690A (en) * 2004-07-16 2006-02-01 Benq Corp Mobile station apparatus capable of displaying better communication locations for power saving and method of the same
TW200944829A (en) * 2008-04-30 2009-11-01 Twn Mcommerce & Technology Co Ltd Position estimation method for object in two dimensional space
US20120136623A1 (en) * 2010-10-04 2012-05-31 Qualcomm Incorporated Locating a device using a reference point to align location information
TW201336331A (zh) * 2012-02-24 2013-09-01 Broadcom Corp 能夠執行增強指紋映射和位置識別的無線通訊裝置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504503B1 (en) * 2001-09-28 2003-01-07 Intel Corporation Peer-to-peer global positioning system
TW200605690A (en) * 2004-07-16 2006-02-01 Benq Corp Mobile station apparatus capable of displaying better communication locations for power saving and method of the same
TW200944829A (en) * 2008-04-30 2009-11-01 Twn Mcommerce & Technology Co Ltd Position estimation method for object in two dimensional space
US20120136623A1 (en) * 2010-10-04 2012-05-31 Qualcomm Incorporated Locating a device using a reference point to align location information
TW201336331A (zh) * 2012-02-24 2013-09-01 Broadcom Corp 能夠執行增強指紋映射和位置識別的無線通訊裝置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201816419A (zh) 2018-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10080100B2 (en) Dynamic user-defined check-in points
US9863773B2 (en) Indoor global positioning system
US20150373503A1 (en) Method and apparatus for positioning system enhancement with visible light communication
US9832615B2 (en) Mobile device sensor and radio frequency reporting techniques
JP2017534047A (ja) センサおよび無線周波数測定によるリアルタイムのモバイルベースの測位のための方法および装置
US8462049B2 (en) Apparatus and method for constructing and utilizing a beacon location database
US9979559B2 (en) Feedback in a positioning system
KR101600190B1 (ko) 환경 변수를 고려한 실내 측위 장치 및 그 방법
TWI592679B (zh) 決定有界區域中行動裝置之位置之方法及處理器電路
US20160261987A1 (en) Vlc-based vector field fingerprint mapping
EP3014469B1 (en) Systems and methods for revisit location detection
US20150212191A1 (en) Method and apparatus for optimizing positioning based on positioning compatibility classification
WO2018090696A1 (zh) 一种室内定位方法及装置、服务器、用户设备
KR20110108450A (ko) 위치 추적용 이동 단말기 및 그를 이용한 위치 추적 방법
US20180195867A1 (en) Systems and methods for indoor and outdoor mobile device navigation
KR102612792B1 (ko) 전자 장치 및 전자 장치의 관심 영역 진입 판단 방법
US10834532B2 (en) Method and system for wireless localization data acquisition and calibration with image localization
TWI612320B (zh) 動態室內定位系統及其方法
US11864056B2 (en) Developing a fingerprint map for determining an indoor location of a wireless device
US11085992B2 (en) System and method for positioning a terminal device
Tiku et al. An Overview of Indoor Localization Techniques
KR102279139B1 (ko) 액세스 포인트의 위치를 추정하는 방법 및 장치
US9374676B1 (en) Mobile communication station having selectable position latency for position estimation in a wireless network
TWI637189B (zh) 室內區域定位系統及其方法
Alsmadi Development of Indoor Positioning System Using RSSI and Beacon Weight Approach in iBeacon Networks