TWI642962B - 整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統 - Google Patents

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Abstract

一種整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其包括複數個無線發射裝置、至少一行動裝置以及雲端伺服裝置。複數個無線發射裝置發出複數個無線訊號，且其彼此交疊形成訊號圈。各行動裝置偵測訊號圈內的複數個訊號點而得出複數個磁場值以及複數個無線接收訊號強度，並整合其為定位參數資訊。雲端伺服裝置網路連接於各行動裝置並接收定位參數資訊，且藉此建立座標平面及無線接收訊號強度模式、磁場模式以及混合模式，無線接收訊號強度模式、磁場模式以及混合模式根據接收的磁場值和無線接收訊號強度於座標平面尋找對應的座標點。

Description

整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統
本發明關於一種室內定位系統，特別是，一種整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統。
目前通用的定位系統為全球定位系統，行動裝置透過與衛星的訊號傳遞，並經過演算得知其位置，但卻不適合室內定位系統，由於大樓建築物的干擾而導致衛星訊號的衰減，因此全球定位系統在室內的定位相當不準確，當然也可透過行動裝置的Wifi定位來進行室內定位，其為根據手機偵測到的附近無線網路基地台位置進行定位，無線網路基地台的多寡則決定定位的精準度，而並不是每個地方都有足夠的無線網路基地台，如何解決前述的癥結點，遂成為待解決的問題。
綜觀前所述，本發明之發明者思索並設計一種整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，以期針對習知技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於上述習知之問題，本發明的目的在於提供一種整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，用以解決習知技術中所面臨之問題。
基於上述目的，本發明提供一種整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其包括複數個無線發射裝置、至少一行動裝置以及雲端伺服裝置。複數個無線發射裝置間隔設置並發出複數個無線訊號，複數個無線訊號彼此交疊形成訊號圈。各個行動裝置皆位於訊號圈內並每隔一間距偵測一個訊號點的磁場值以及無線接收訊號強度，並整合各磁場值和各無線接收訊號強度為定位參數資訊。雲端伺服裝置網路連接於各行動裝置，並包括接收模組、特徵模組、資料庫、支持向量模組以及定位模組。其中，雲端伺服裝置於搜集階段時，接收模組接收定位參數資訊，並傳送定位參數資訊至資料庫和特徵模組，根據接收的定位參數資訊，資料庫以訊號圈的最邊緣的訊號點當作原點，而其他訊號點則為相對原點的座標點，最後資料庫建立包括複數個座標點的座標平面，並傳輸座標平面至特徵模組，接著特徵模組傳輸座標平面至定位模組及傳輸定位參數資訊至支持向量模組，支持向量模組根據定位參數資訊於定位模組內建立無線接收訊號強度模式、磁場模式以及混合模式，無線接收訊號強度模式、磁場模式以及混合模式則根據接收的磁場值和無線接收訊號強度於座標平面尋找對應的座標點，由於磁場值不易受網路訊號的影響，所以利用磁場值當作定位的參數相當準確，但易受金屬或鋼筋干擾，則靠無線接收訊號強度輔助，讓定位更為準確。
較佳地，雲端伺服裝置於運算階段時，至少一行動裝置的第一行動裝置偵測其對應的磁場值以及無線接收訊號強度，並整合對應的磁場值以及無線接收訊號強度為第一資訊，接著傳送第一資訊至接收模組，接收模組傳輸 第一資訊至特徵模組，特徵模組傳輸第一資訊至定位模組，無線接收訊號強度模式、磁場模式以及混合模式運算第一資訊，並分別於複數個座標點中選出相應的第一座標點，無線接收訊號強度模式選出的第一座標點、磁場模式選出的第一座標點以及混合模式選出的第一座標點中任兩個相符時，確定第一行動裝置的位置。
較佳地，無線接收訊號強度模式選出的第一座標點和磁場模式選出的第一座標點相符、無線接收訊號強度模式選出的第一座標點和混合模式選出的第一座標點相符或磁場模式選出的第一座標點和混合模式選出的第一座標點相符時，以更加精準地判斷第一行動裝置的位置。
較佳地，無線接收訊號強度模式選出的第一座標點、磁場模式選出的第一座標點以及混合模式選出的第一座標點皆一致時，確定第一行動裝置的位置無誤。
較佳地，至少一行動裝置的數量為兩個，包括第一行動裝置和第二行動裝置，第二行動裝置偵測其對應的磁場值以及無線接收訊號強度，並整合對應的磁場值以及無線接收訊號強度為第二資訊，接著傳送第二資訊至接收模組，接收模組傳輸第二資訊至特徵模組，特徵模組傳輸第二資訊至定位模組，第二資訊分別進入無線接收訊號強度模式、磁場模式以及混合模式運算，並分別於複數個座標點中選出相應的第二座標點，無線接收訊號強度模式選出的第二座標點、磁場模式選出的第二座標點以及混合模式選出的第二座標點中任兩個相符時，確定第二行動裝置的位置。
較佳地，各行動裝置偵測各訊號點的磁場值以及無線接收訊號強度之次數為至少三次，而得出至少三個定位參數資訊，減少定位錯誤的發生。
較佳地，資料庫儲存至少三個定位參數資訊。
較佳地，複數個無線訊號為藍芽訊號。
較佳地，各行動裝置包括磁場測量組件以及無線接收訊號強度測量組件，各磁場測量組件和各無線接收訊號強度測量組件分別測量訊號圈內的複數個磁場值和複數個無線接收訊號強度。
承上所述，本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其可具有一或多個下述優點：
(1)本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，利用磁場值和無線接收訊號強度當作定位特徵，不會受無線網路基地台的數量影響定位精準度。
(2)本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，各行動裝置偵測至少三次磁場值以及無線接收訊號強度，降低定位錯誤的發生。
10‧‧‧無線發射裝置
20‧‧‧行動裝置
21‧‧‧磁場測量組件
22‧‧‧無線接收訊號強度測量組件
30‧‧‧雲端伺服裝置
31‧‧‧接收模組
32‧‧‧資料庫
33‧‧‧特徵模組
34‧‧‧支持向量模組
35‧‧‧定位模組
201‧‧‧第一行動裝置
202‧‧‧第二行動裝置
203‧‧‧第三行動裝置
351‧‧‧無線接收訊號強度模式
352‧‧‧磁場模式
353‧‧‧混合模式
A、B‧‧‧地點
O‧‧‧原點
Ps‧‧‧訊號點
Psa‧‧‧A訊號點
Psb‧‧‧B訊號點
第1圖為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第一實施例於搜集階段時的方塊圖。
第2圖為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第一實施例於運算階段時的方塊圖。
第3圖為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第二實施例的訊號圈圖。
第4圖為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第二實施例的誤差圖。
第5圖為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第三實施例的行動裝置方塊圖。
第6圖為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第三實施例於運算階段時的方塊圖。
本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。
雖然本文中使用「第一」、「第二」、「第三」等詞彙來描述各種行動裝置、資訊以及座標點，這些行動裝置、資訊以及座標點應當不被這些詞彙限制。這些詞彙僅用來從另一個行動裝置、資訊以及座標點區分出一個行動裝置、資訊以及座標點。
請參閱第1圖以及第2圖，其分別為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第一實施例於搜集階段時的方塊圖以及根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第一實施例於運算階段時的方塊圖。於本實施例中，整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統包括複數個無線發射裝置10、至少一行動裝置20以及雲端伺服裝 置30。複數個無線發射裝置10間隔設置並發出複數個無線訊號，複數個無線訊號彼此交疊形成訊號圈。各個行動裝置20皆位於訊號圈內並每隔一間距偵測一個訊號點Ps的磁場值以及無線接收訊號強度，並接著整合各磁場值和各無線接收訊號強度為定位參數資訊。雲端伺服裝置30網路連接於各行動裝置20，並包括接收模組31、特徵模組33、資料庫32、支持向量模組34以及定位模組35。其中，雲端伺服裝置30於搜集階段時，接收模組31接收定位參數資訊，並傳送定位參數資訊至資料庫32和特徵模組33，根據接收的定位參數資訊，資料庫32以訊號圈的最邊緣的訊號點Ps當作原點O，而其他訊號點Ps則為相對原點O的座標點，最後資料庫32建立包括複數個座標點的座標平面，並傳輸座標平面至特徵模組33，接著特徵模組33傳輸座標平面至定位模組35及傳輸定位參數資訊至支持向量模組34，支持向量模組34根據定位參數資訊於定位模組35內建立無線接收訊號強度模式351、磁場模式352以及混合模式353，無線接收訊號強度模式351、磁場模式352以及混合模式353則根據接收的磁場值和無線接收訊號強度於座標平面尋找對應的座標點，由於磁場值不易受網路訊號的影響，所以利用磁場值當作定位的參數相當準確，但易受金屬或鋼筋干擾，則靠無線接收訊號強度輔助，讓定位更為準確。此外，複數個無線訊號為藍芽訊號，當然也可為其他射頻訊號，並未侷限於本發明所列舉的範圍。
續言之，當雲端伺服裝置30於運算階段時，至少一行動裝置20的第一行動裝置201偵測其對應的磁場值以及無線接收訊號強度，並整合對應的磁場值以及無線接收訊號強度為第一資訊，接著傳送第一資訊至接收模組31，接收模組31傳輸第一資訊至特徵模組33，特徵模組33傳輸第一資訊至定位模組35，無線接收訊號強度模式351、磁場模式352以及混合模式353運算第一資 訊，並分別於複數個座標點中選出相應的第一座標點，當無線接收訊號強度模式351選出的第一座標點、磁場模式352選出的第一座標點以及混合模式353選出的第一座標點中任兩個相符時，亦即，當無線接收訊號強度模式351選出的第一座標點和磁場模式352選出的第一座標點相符、無線接收訊號強度模式351選出的第一座標點和混合模式353選出的第一座標點相符或磁場模式352選出的第一座標點和混合模式353選出的第一座標點相符時，而更加精準地判斷且確定第一行動裝置201的位置，降低誤差的發生，另外，當無線接收訊號強度模式351選出的第一座標點、磁場模式352選出的第一座標點以及混合模式353選出的第一座標點皆一致時，則更加肯定第一行動裝置201的位置。
假如至少一行動裝置20的數量為兩個，包括第一行動裝置201和第二行動裝置202，第一行動裝置201的作動資訊已於前段描述而在此不再重複敘述。第二行動裝置202與第一行動裝置201的作動類似，同理地，第二行動裝置202同樣先偵測其對應的磁場值以及無線接收訊號強度，並整合其為第二資訊，接著傳送第二資訊至接收模組31，而第二資訊的傳送並不會干擾接收模組31接收第一資訊，第二資訊經由接收模組31、特徵模組33的傳輸而進入定位模組35，第二資訊分別進入無線接收訊號強度模式351、磁場模式352以及混合模式353運算，並分別於複數個座標點中選出相應的第二座標點，無線接收訊號強度模式351選出的第二座標點、磁場模式352選出的第二座標點以及混合模式353選出的第二座標點中任兩個相符時，亦即，當無線接收訊號強度模式351選出的第二座標點和磁場模式352選出的第二座標點相符、無線接收訊號強度模式351選出的第二座標點和混合模式353選出的第二座標點相符或磁場模式352選出的第二座標點和混合模式353選出的第二座標點相符時，確定第二 行動裝置202的位置，由此得知第二行動裝置202相對於第一行動裝置201的位置。
請參閱第3圖以及第4圖，其分別為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第二實施例的訊號圈圖及根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第二實施例的誤差圖。於本實施例中，相同元件符號之元件，其配置與前述類似，其類似處於此便不再加以贅述，部分元件的配置與前圖相似，而在本實施例的圖中將其省略。
此實施例為本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統的實際測試，先說明測量地點如下：(1)地點A：長6.3m，寬6.3米；間距0.3m；484個A訊號點Psa和8個無線發射裝置10。(2)地點B：長6.3m，寬2.4米；間距0.3m；176個B訊號點Psb和8個無線發射裝置10。接著將至少一個行動裝置20分別放置於地點A及地點B，各個行動裝置20進行至少三次以上偵測484個A訊號點Psa和176個B訊號點Psb，得出至少三個定位參數資訊，資料庫32則儲存至少三個定位參數資訊並得出至少三個座標平面，接著無線接收訊號強度模式351、磁場模式352以及混合模式353分別運算前述這些A訊號點Psa和B訊號點Psb，而於各個座標平面得出相應的座標點，並計算出誤差值，而為了比對各偵測次數的誤差值，也讓各個行動裝置20進行了一次偵測和兩次偵測，而可看出進行越多次偵測，誤差值會越來越小，甚至到零，直接得知偵測次數越多，定位錯誤的機率越小。
除此之外，也可利用各個行動裝置20進行至少三次以上偵測複數個訊號點Ps的磁場值以及無線接收訊號強度來進行多數決的判定，舉例來說，進行第一次偵測複數個訊號點Ps的磁場值以及無線接收訊號強度，並接著進入 磁場模式352選出相應各個行動裝置20的第一次座標點，同理，進行第二次和第三次偵測複數個訊號點Ps的磁場值以及無線接收訊號強度，接著進入磁場模式352選出相應各個行動裝置20的第二次座標點和第三次座標點，第一次的座標點和第二次的座標點一樣，第三次的座標點異於前述兩者，則將不採用第三次的座標點，取用第一次的座標點或第二次的座標點作為參考，從而提升定位的精準度。同理，無線接收訊號強度模式351以及混合模式353也可對各個行動裝置20進行選擇其相應的座標點，將相異的座標點予以刪除而增進座標點的正確性。
請參閱第5圖及第6圖，其分別為根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第三實施例的行動裝置方塊圖及根據本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統之第三實施例於運算階段時的方塊圖。於本實施例中，相同元件符號之元件，其配置與前述類似，其類似處於此便不再加以贅述，部分元件的配置與前圖相似，而在本實施例的圖中將其省略。
較佳地，各行動裝置20包括磁場測量組件21以及無線接收訊號強度測量組件22，各磁場測量組件21和各無線接收訊號強度測量組件22分別測量訊號圈內的複數個磁場值和複數個無線接收訊號強度，而磁場值的單位為μT及無線接收訊號強度的單位為dB，偵測數值的精準度相當高，降低誤差的發生率。
另外，至少一行動裝置20的數量為三個，包括第一行動裝置201、第二行動裝置202以及第三行動裝置203，第一行動裝置201和第二行動裝置202的作動資訊已於前段描述而在此不再重複敘述，第三行動裝置203與第一行動 裝置201的作動類似。同理地，第三行動裝置203同樣先偵測其對應的磁場值以及無線接收訊號強度，並整合其為第三資訊，接著傳送第三資訊至接收模組31，而第三資訊的傳送並不會干擾接收模組31接收第一資訊和第二資訊，第三資訊經由接收模組31、特徵模組33的傳輸而進入定位模組35，第三資訊分別進入無線接收訊號強度模式351、磁場模式352以及混合模式353運算，且第三資訊的運算時間點與第一資訊運算的時間點及第二資訊運算的時間點相異，因此第三資訊的運算並不會干擾第一資訊的運算和第二資訊的運算，接著無線接收訊號強度模式351、磁場模式352以及混合模式353則根據第三資訊分別於複數個座標點中選出相應的第三座標點，無線接收訊號強度模式351選出的第三座標點、磁場模式352選出的第三座標點以及混合模式353選出的第三座標點中任兩個相符時，亦即，當無線接收訊號強度模式351選出的第三座標點和磁場模式352選出的第三座標點相符、無線接收訊號強度模式351選出的第三座標點和混合模式353選出的第三座標點相符或磁場模式352選出的第三座標點和混合模式353選出的第三座標點相符時，確定第三行動裝置203的位置，由此得知第三行動裝置203相對於第一行動裝置201和第二行動裝置202的位置。除此之外，至少一行動裝置20的數量也可為其他數量，只要在無線接收訊號強度模式351、磁場模式352以及混合模式353能接受的資訊量即可，並未侷限於本發明所列舉的範圍。
綜上所述，本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，利用無線接收訊號強度和磁場值當作特徵進行定位，而不需依靠無線網路基地台，且不會受無線網路的訊號影響室內定位精準度，另外，還透過多次偵測無線接收訊號強度和磁場值，來提升定位的精準度及降低定位座標點的 錯誤，且行動裝置20的數量並未侷限單個而為多個，進行多個行動裝置20的定位。總而言之，本發明之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統具有如上述的優點，不會受無線網路基地台的性能所限制，準確地進行室內定位。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

Claims (8)

  1. 一種整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其包括：複數個無線發射裝置，間隔設置並發出複數個無線訊號，該複數個無線訊號彼此交疊形成一訊號圈；至少一行動裝置，位於該訊號圈內並每隔一間距偵測一訊號點的一磁場值以及一無線接收訊號強度，並整合各該磁場值和各該無線接收訊號強度為一定位參數資訊；以及一雲端伺服裝置，網路連接於各該行動裝置並包括一接收模組、一特徵模組、一資料庫、一支持向量模組以及一定位模組；其中，該雲端伺服裝置於一搜集階段時，該接收模組接收該定位參數資訊，並傳送該定位參數資訊至該資料庫和該特徵模組，該資料庫根據接收的該定位參數資訊建立包括複數個座標點的一座標平面，並傳輸該座標平面至該特徵模組，該特徵模組傳輸該座標平面至該定位模組及傳輸該定位參數資訊至該支持向量模組，該支持向量模組根據該定位參數資訊於該定位模組內建立一無線接收訊號強度模式、一磁場模式以及一混合模式，該無線接收訊號強度模式、該磁場模式以及該混合模式根據接收的該磁場值和該無線接收訊號強度於該座標平面尋找對應的一座標點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其中，該雲端伺服裝置於一運算階段時，該至少一行動裝置的一第一行動裝置偵測其對應的該磁場值以及該無線接收訊號強度，並整合對應的該磁場值以及該無線接收訊號強度為一第一資訊，接著傳送該第一資訊至該接收模組，該接收模組傳輸該第一資訊至該特徵模組，該特徵模組傳輸該第 一資訊至該定位模組，該無線接收訊號強度模式、該磁場模式以及該混合模式運算該第一資訊，並分別於該複數個座標點中選出相應的一第一座標點，該無線接收訊號強度模式選出的該第一座標點、該磁場模式選出的該第一座標點以及該混合模式選出的該第一座標點中任兩個相符時，確定該第一行動裝置的位置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其中，該無線接收訊號強度模式選出的該第一座標點、該磁場模式選出的該第一座標點以及該混合模式選出的該第一座標點皆一致時，確定該第一行動裝置的位置。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其中，該至少一行動裝置的數量為兩個，包括該第一行動裝置和一第二行動裝置，該第二行動裝置偵測其對應的該磁場值以及該無線接收訊號強度，並整合對應的該磁場值以及該無線接收訊號強度為一第二資訊，接著傳送該第二資訊至該接收模組，該接收模組傳輸該第二資訊至該特徵模組，該特徵模組傳輸該第二資訊至該定位模組，該第二資訊分別進入該無線接收訊號強度模式、該磁場模式以及該混合模式運算，並分別於該複數個座標點中選出相應的一第二座標點，該無線接收訊號強度模式選出的該第二座標點、該磁場模式選出的該第二座標點以及該混合模式選出的該第二座標點中任兩個相符時，確定該第二行動裝置的位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其中，各該行動裝置偵測各該訊號點的該磁場值以及該無線接收訊號強度之次數為至少三次，而得出至 少三個該定位參數資訊。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其中，該資料庫儲存至少三個該定位參數資訊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其中，該複數個無線訊號為藍芽訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之整合無線接收訊號強度和磁場特徵之室內定位系統，其中，各該行動裝置包括一磁場測量組件以及一無線接收訊號強度測量組件，各該磁場測量組件和各該無線接收訊號強度測量組件分別測量該訊號圈內的該複數個磁場值和該複數個無線接收訊號強度。
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