TWI646347B - 位置估測之方法、用於位置估測之系統與設備以及非暫態電腦媒體 - Google Patents

位置估測之方法、用於位置估測之系統與設備以及非暫態電腦媒體 Download PDF

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TWI646347B
TWI646347B TW103106562A TW103106562A TWI646347B TW I646347 B TWI646347 B TW I646347B TW 103106562 A TW103106562 A TW 103106562A TW 103106562 A TW103106562 A TW 103106562A TW I646347 B TWI646347 B TW I646347B
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烏坦Ｋ 桑蓋塔
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Abstract

本發明係關於用於運用一行動裝置之位置估測之電腦實施系統及方法。一種實例方法可包括在一裝置處接收與一室內環境相關聯之一或多個特徵量測。另外，該裝置可與一使用者相關聯。該方法亦可包括在該裝置處接收用以量測與該裝置及該使用者相關聯之相對運動之一或多個運動追蹤量測。此外，該方法可包括使該一或多個特徵量測與在該室內環境內識別之一或多個虛擬地標相關聯。該方法可進一步包括基於該一或多個特徵量測、該一或多個運動追蹤量測及該一或多個虛擬地標來判定該使用者之一位置。

Description

位置估測之方法、用於位置估測之系統與設備以及非暫態電腦媒體 發明領域
本發明大體上係關於位置估測，且尤其係關於運用行動裝置之位置估測。
發明背景
近來，導出及/或估測室內位置資訊已漸漸變得愈加重要。一種估測與裝置相關聯之室內位置之方法可為採用諸如藍芽低功耗(Bluetooth low energy)、超寬頻帶(ultra-wide band)及/或其類似者之特殊化硬體。其他策略可涉及自無線存取點之各種叢集產生無線信號地圖(wireless signal map)。另一方面，某些策略之部署成本及/或估測準確度仍可起障礙作用。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種方法，其包含：藉由包含一或多個處理器之一裝置接收與一室內環境相關聯之一或多個特徵量測，其中該裝置係與一使用者相關聯；在該裝置接收一或多個運動追蹤量測，該一或多個運動追蹤量測係與該裝置相對於該室內環境之一或多 個態樣之相對運動及該裝置相對於該使用者之相對運動相關聯；藉由該裝置使該一或多個特徵量測與在該室內環境內識別之一或多個虛擬地標相關聯；以及基於該一或多個特徵量測及該一或多個運動追蹤量測來判定該裝置之一位置。
100‧‧‧系統
110‧‧‧行動裝置
120、172‧‧‧處理器
130、174‧‧‧記憶體
140、176‧‧‧儲存體
150‧‧‧定位及資料庫產生模組
160‧‧‧網路
170‧‧‧伺服器
180‧‧‧特徵-地標資料庫
202‧‧‧慣性量測模組
204、304‧‧‧加速度計
206、306‧‧‧迴轉儀
208‧‧‧壓力感測器
210‧‧‧磁強計
212a、212b、212n‧‧‧以位置為基礎之服務(LBS)應用程式
214‧‧‧作業系統
216‧‧‧替代位置來源
218‧‧‧全球定位系統(GPS)位置
220‧‧‧定位模組輸出/定位及資料庫產生模組輸出
222、322‧‧‧相對運動追蹤模組
224‧‧‧特徵-地標關聯模組/特徵-地標模組
230‧‧‧特徵量測
232‧‧‧慣性動態資料
234‧‧‧視訊/影像資料
236‧‧‧音訊資料
238‧‧‧無線信號資料
240‧‧‧攝影機
242‧‧‧揚聲器
244‧‧‧麥克風
246‧‧‧蜂巢式無線電
248‧‧‧WiFi無線電
250‧‧‧地圖
255‧‧‧粗略位置預測模組
260‧‧‧資料庫資料
310‧‧‧距離估測模組/磁強計
320‧‧‧定向估測模組
330‧‧‧框架變換模組
340‧‧‧慣性計算模組/攝影機
400‧‧‧方法
410、420、430、440‧‧‧區塊
現在將參看附圖及圖解，其未必按比例繪製，且其中：
圖1展示根據一或多個實例實施例的用於運用行動裝置之位置估測之系統。
圖2A展示根據一或多個實例實施例的用於位置估測之行動裝置。
圖2B展示根據一或多個實例實施例的用於運用行動裝置之位置估測之另一系統的區塊圖。
圖2C展示根據一或多個實例實施例的用於運用行動裝置之位置估測之又一系統的區塊圖。
圖3展示根據一或多個實例實施例的用於運用行動裝置之位置估測之相對運動追蹤系統。
圖4展示根據一或多個實例實施例的適合於實施用於運用行動裝置之位置估測之方法的實例環境之流程圖。
較佳實施例之詳細說明
在以下描述中，闡述眾多特定細節。然而，應理解，可在無此等特定細節的情況下實踐本發明之實施例。 在其他例項中，尚未詳細地展示熟知方法、結構及技術以便不混淆對此描述之理解。對「一個實施例」、「一實施例」、「實例實施例」、「各種實施例」等等之參考指示出，如此描述的本發明之實施例可包括一特定特徵、結構或特性，但並非各實施例必要地包括該特定特徵、結構或特性。此外，片語「在一個實施例中」之重複運用未必係指同一實施例，但其可能係指同一實施例。
如本文所運用，除非另有指定，否則運用序數形容詞「第一」、「第二」、「第三」等等以描述共同物件僅僅指示出，類似物件之不同例項正被提及且不意欲隱含如此描述之物件必須時間上、空間上、排名上抑或以任何其他方式按給定順序。
如本文所運用，除非另有指定，否則術語「行動裝置」大體上係指無線通信裝置，且更特定地係指以下各者中之一或多者：可攜式電子裝置、電話(例如，行動電話、智慧型電話)、電腦(例如，膝上型電腦、平板電腦)、可攜式媒體播放器、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)，或具有網路連接能力之任何其他電子裝置。
如本文所運用，除非另有指定，否則術語「伺服器」可係指具有網路連接性且經組配以將一或多個專用服務提供至諸如行動裝置之用戶端的任何計算裝置。服務可包括資料之儲存或任何種類之資料處理。中央伺服器之一個實例包括主控一或多個網頁之網頁伺服器。網頁之一些實例可包括社交網路連接網頁。伺服器之另一實例可為主 控用於一或多個電腦裝置之網頁服務的雲端伺服器。
本發明係關於用於運用一行動裝置之位置估測之電腦實施系統及方法。根據本發明之一或多個實施例，提供一種方法。該方法可包括在一裝置處接收與一室內環境相關聯之一或多個特徵量測。另外，該裝置可與一使用者相關聯。該方法亦可包括在該裝置處接收用以量測與該裝置及該使用者相關聯之相對運動之一或多個運動追蹤量測。此外，該方法可包括使該一或多個特徵量測與在該室內環境內識別之一或多個虛擬地標相關聯。該方法可進一步包括基於該一或多個特徵量測、該一或多個運動追蹤量測及該一或多個虛擬地標來判定該使用者之一位置。
根據本發明之一或多個實施例，提供一種系統。該系統可包括至少一記憶體，其用於儲存資料及電腦可執行指令。另外，該系統亦可包括至少一處理器，其用以存取該至少一記憶體且執行該等電腦可執行指令。此外，該至少一處理器可經組配以執行該等指令以在裝置處接收與一室內環境相關聯之一或多個特徵量測。該至少一處理器亦可執行該等指令以接收用以量測與一裝置及與該裝置相關聯之一使用者相關聯之相對運動的一或多個運動追蹤量測。此外，該至少一處理器可執行該等指令以使該一或多個特徵量測與在該室內環境內識別之一或多個虛擬地標相關聯。該至少一處理器亦可執行該等指令以基於該一或多個特徵量測、該一或多個運動追蹤量測及該一或多個虛擬地標來判定該使用者之一位置。
根據本發明之一或多個實施例，提供一種非暫時性電腦可讀媒體。該非暫時性電腦可讀媒體可在其上體現有可由一或多個處理器執行之指令。該等指令可使該一或多個處理器在一裝置處接收與一室內環境相關聯之一或多個特徵量測。因而，該裝置可與一使用者相關聯。另外，該電腦可讀媒體可包括用以在該裝置處接收用以量測該裝置之相對運動及該裝置與該使用者之間的相對運動之一或多個運動追蹤量測的指令。此外，該電腦可讀媒體可包括用以使該一或多個特徵量測與在該室內環境內識別之一或多個虛擬地標相關聯的指令。此外，該媒體可包括用以產生一資料庫以儲存該一或多個特徵量測與該一或多個虛擬地標之間的一或多個特徵-地標關聯的指令。該電腦可讀媒體可包括用以基於該一或多個特徵量測、該一或多個運動追蹤量測及該一或多個虛擬地標來判定該使用者之一位置的另外指令。在一些實施例中，該一或多個虛擬地標係可藉由該一或多個特徵量測與一或多個座標位置之各別組合而識別。
現在參看圖1來說明以上原理以及可能其他原理，圖1描繪用於估測位置資訊之系統100。系統100可包括行動裝置110，行動裝置110具有彼此通信之一或多個處理器120、記憶體130、儲存體140以及定位及資料庫產生模組150。記憶體130可經組配以儲存待由處理器120執行之指令。記憶體130可為任何類型之記憶體，包括但不限於隨機存取記憶體、快閃記憶體、唯讀記憶體，及/或任何永續性 或非永續性記憶體。
儲存體140可用以儲存待由處理器及/或任何其他組件存取之任何資料。因此，儲存體140可為諸如以下各者之任何儲存裝置：硬碟機、磁帶機、固態磁碟、軟碟機、CD-ROM、DVD-ROM、藍光(Blu-ray)光碟、隨機存取記憶體、快閃記憶體、直接存取記憶體，及/或其類似者。
另外，行動裝置110亦可包括定位及資料庫產生模組150以促進行動裝置110之位置之判定及/或估測。在一些實施例中，定位及資料庫產生模組150可用以產生儲存特徵-地標關聯之資料庫180或促進資料庫180之產生。此外，定位及資料庫產生模組150可基於特徵-地標關聯來判定行動裝置110之室內位置。另外，在一些實施例中，定位及資料庫產生模組150可包括處理器120，及/或可包括其自己的處理器。下文將參看圖2A至圖2B及圖3來更詳細地描述定位及資料庫產生模組150。
根據一些實施例，系統100亦可包括經由網路160而與行動裝置110通信之伺服器170。網路160可包括區域網路(local area network,LAN)、廣域網路(wide area network,WAN)、網際網路(Internet)、Wi-Fi網路、特用無線網路、藍芽網路，及/或任何其他有線或無線網路(無論為私用抑或公用)。該伺服器亦可包括與記憶體174、儲存體176及資料庫180通信之一或多個處理器172。此外，資料庫180可儲存用以判定與行動裝置110相關聯之位置資訊的資訊。在一些實施例中，資料庫180可包括於行動裝置110而非伺服器170 中，或包括於行動裝置110及伺服器170兩者中。將結合後續圖之論述來更充分地描述行動裝置110及資料庫180。
圖2A描繪根據一或多個實施例的能夠判定位置資訊之行動裝置110。詳言之，根據一些實施例，圖2A可描繪具有相對高處理能力之行動裝置110。在一些實施例中，圖2A所說明之行動裝置110可被稱作豐裕型行動裝置(fat mobile device)。如先前所提及，行動裝置110可包括定位及資料庫產生模組150。在一些實施例中，行動裝置110亦可包括作業系統214。作業系統214可與許多以位置為基礎之服務(location-based service,LBS)應用程式212a至212n介接/通信，LBS應用程式212a至212n可需要與行動裝置110相關聯且按延伸與使用者相關聯之位置資訊。舉例來說，在一些實施例中，LBS應用程式可依如下假定而操作：使用者將攜載行動裝置110，且因此，使用者之位置與行動裝置之位置相同。
如圖2A所描繪，與行動裝置110相關聯之各種組件及資料可包括及/或儲存於記憶體130中。然而，在其他實施例中，此等組件(例如，作業系統214、相對運動追蹤模組222、定位及資料庫產生模組150等等)之功能性係可藉由與行動裝置110相關聯之各種處理器(例如，處理器120)、軟體、硬體及/或其任何組合而提供。相似地，被描繪為儲存於記憶體130中之任何資料(例如，特徵量測230)亦可儲存於行動裝置110之其他組件中，或可在行動裝置110遠端被儲存。
此外，行動裝置110可包括慣性量測模組202以在任何時間點時量測行動裝置110之慣性動態。因而，慣性量測模組202可包括加速度計204、迴轉儀206、壓力感測器208或磁強計210。加速度計204可量測由行動裝置110經歷之動力學動態(例如，適當加速度)，而迴轉儀可量測其角加速度。壓力感測器208可量測由行動裝置110經歷之大氣壓力或其他類型之壓力，且可為諸如氣壓計及/或其類似者的任何類型之壓力感測器。磁強計210可用以量測由行動裝置110經歷之磁畸變。
此外，雖然圖2A將慣性量測模組202說明為包括以上四個量測裝置，但應理解，其他實施例可包括更多或更少量測裝置以量測行動裝置110之慣性動態。
根據一或多個實施例，行動裝置110亦可包括特徵量測230。一般而言，特徵量測230可為由各種感測器關於特定環境而收集之量測。因此，特徵量測230可包括慣性動態資料232、視訊/影像資料234、音訊資料236及無線信號資料238。為此，特徵量測230可包括關於偵測由行動裝置110經歷且按延伸由該行動裝置之使用者經歷之實體環境的資訊及/或資料。
因而，可自包括於行動裝置110中及/或與行動裝置110通信之各種感測器接收特徵量測230。舉例來說，可自慣性量測模組202接收慣性動態資料232，而可自攝影機240接收視訊/影像資料234。另外，可自揚聲器242及麥克風248中之一或兩者接收音訊資料236。可自蜂巢式無線電 246、WiFi無線電248及/或任何其他無線信號無線電或無線信號無線電組合接收無線信號資料238。在其他實施例中，可自經由網路160而與行動裝置110通信之其他行動裝置接收特徵量測230。在又其他實施例中，可自伺服器170接收特徵量測230。
根據一些實施例，可充分利用揚聲器242及麥克風244以產生聲音傳播延遲設定檔。因此，揚聲器242與麥克風244之組合可經組配以計算為室內環境或任何其他環境所特有之聲音傳播屬性。舉例來說，揚聲器242可經組配以傳輸聲音(例如，超音波)，而麥克風244可接收在環境中(諸如，在房間內)自不同表面反射回之回音。與環境相關聯之各種因素(諸如，房間佈局、牆壁材料及/或其他因素)可影響聲音傳播延遲設定檔之計算。替代地，代替計算聲音傳播設定檔，揚聲器242及麥克風244可僅僅用以偵測可對應於室內環境中之特定區的環境聲音。
在其他實施例中，攝影機240可經組配以計算某些以視覺為基礎之特徵量測230。舉例來說，攝影機240對諸如前門之物件之辨識可用以判定出，行動裝置110相對靠近該物件/前門。在一些實施例中，取決於行動裝置110之處理能力及/或功率要求，該行動裝置可選擇不擷取特徵量測230中之一或多者。舉例來說，歸因於室內環境中存在之可能不良照明條件，以及由行動裝置110之移動引起的攝影機240之潛在視點改變，與該攝影機相關聯之處理要求可相對高。因此，在行動裝置110相較於豐裕型行動裝置可具有 較少處理能力的情形中，當彙總特徵量測230時可省略來自攝影機240之資料。另外，若行動裝置110希望節約電力，則該行動裝置亦可決定放棄自攝影機240收集資料。
根據一或多個實施例，來自無線信號無線電(例如，蜂巢式無線電246及WiFi無線電248)之無線信號資料238亦可用於特徵量測230。舉例來說，無線電信號可隨著其傳播通過空間而衰減。因此，由蜂巢式無線電246及/或WiFi無線電248經歷之無線電信號強度可提供特徵量測230之部分作為無線信號資料248之部分。
另外，兩個無線電可經組配以判定無線電傳播延遲設定檔。舉例來說，與無線電波相關聯之飛行時間可為另一形式之特徵量測230以作為無線信號資料248。為此，無線電波傳播可對室內多路經條件相對敏感。因而，直接信號路徑、反射信號路徑及/或繞射信號路徑皆可促成在無線電接收器(例如，蜂巢式無線電246及/或WiFi無線電248)處觀察之一或多個最終信號。此外，可觀察到，對於特定位置，無線電傳播延遲設定檔可傾向於遍及相對長時段保持相對靜態且不變。因此，隨著行動裝置110移動通過室內環境，無線電(例如，蜂巢式無線電246及/或WiFi無線電248)可與各種存取點及/或基地台(諸如，長期演進網路中之eNodeB)通信，以執行關於無線信號之飛行時間或到達時間差量測的計算。
此外，特徵量測230亦可包括由包括於慣性量測模組202中之各種感測器執行且作為慣性動態資料232而輸 出的量測230。舉例來說，磁強計210可提供關於與某一位置相關聯之磁場之畸變的某些特徵量測230。實際上，在室內環境中，室內環境內之電裝置(例如，行動裝置110)及/或鐵磁性結構可造成室內磁場之偏差。此等偏差或畸變可被指定為特別的位置特徵，以用作關於慣性動態資料232之特徵量測230。
在一些實施例中，特徵-地標關聯模組224可經組配以接收特徵量測230。換言之，特徵-地標關聯模組224可能夠將特徵量測230之特定組合指定為虛擬地標。因此，虛擬地標可被定義為特徵量測之特定集合或組合。在一些實施例中，定位及資料庫產生模組150可運用特徵-地標關聯模組224之輸出以使座標位置與特徵量測230及虛擬地標相關聯。為此，座標位置可與地圖250相關聯，地圖250可為(例如)實體樓面地圖(physical floormap)。因此，在一些實施中，虛擬地標可表示特徵量測230與座標位置之特定組合。實際上，可因此基於特徵量測230與座標位置之各別組合而使虛擬地標彼此區分。舉例來說，若將房間劃分成2×2方格，且可藉由特徵量測230與座標位置之各別集合來區分各方格區域，則可將各方格區域認為是/識別為虛擬地標。
根據某些實施例，特徵-地標關聯模組224可將資料輸出至定位及資料庫產生模組150，其可運用此資料以產生待儲存於特徵-地標資料庫180中之特徵-地標資料及/或執行定位功能。舉例來說，定位及資料庫產生模組150可判定行動裝置110之位置及/或近似位置且按延伸判定使用者 之位置及/或近似位置。另外，定位及資料庫產生模組150亦可判定與室內環境相關聯之一或多個虛擬地標之位置。在一些實施中，定位及資料庫產生模組150可藉由判定行動裝置110與虛擬地標之間的相對距離來判定行動裝置110及/或虛擬地標之位置。
根據一或多個實施例，行動裝置110亦可包括相對運動追蹤模組222。相對運動追蹤模組222可能夠自慣性量測模組202及特徵量測230接收資訊。為此，相對運動追蹤模組222可運用特徵量測230(例如，來自攝影機240之視訊/影像資料234)以校正由慣性量測模組202執行之計算中可存在的誤差。舉例來說，自攝影機240接收之視訊/影像資料234可用以調整由慣性量測模組202輸出之距離及定向誤差。
根據一或多個實施例，相對運動追蹤模組222亦可分析來自慣性量測模組202及特徵量測230之資訊，以執行關於判定行動裝置110之運動及定向以及裝置110與使用者之間的相對運動之計算。舉例來說，行動裝置110在由使用者處置時可相對於使用者處於恆定運動(例如，當行動裝置110正由使用者握持，同時使用者正在行走、跑步、執行手部運動及/或其類似者時)。因此，諸如攝影機240、揚聲器242、麥克風244及/或無線信號無線電(亦即，蜂巢式無線電246及WiFi無線電248)的與行動裝置相關聯之感測器可正不斷地改變相對於使用者之位置。因此，由此等感測器量測之資料可與相對於使用者之不一致位置相關聯，此情 形可引起量測誤差。作為一實例，隨著使用者將行動裝置110自一隻手轉移至另一隻手，攝影機240可行進某一距離且最終面向完全不同方向。因此，相對運動追蹤模組222可經組配以調整及/或校正行動裝置110(在該狀況下，攝影機240)相對於使用者之變化位置。
根據一些實施例，且如上文先前所論述，行動裝置110亦可包括定位及資料庫產生模組150。定位及資料庫產生模組150可經組配以接收相對運動追蹤模組222及特徵-地標關聯模組224之輸出。另外，定位及資料庫產生模組150可與特徵-地標資料庫180通信，特徵-地標資料庫180可儲存一或多個特徵-地標關聯。一般而言，特徵-地標關聯可使特徵量測230之某一組合與某些虛擬地標相關聯。在一些實施中，特徵-地標資料庫180可儲存由定位及資料庫產生模組150產生之一或多個特徵-地標關聯。為此，特徵-地標資料庫180可對應於一特定環境，諸如，與使用者相關聯之特定建築物。替代地，特徵-地標資料庫180可與多個環境相關聯。
在一些實施中，特徵-地標資料庫180可提供可用以判定室內環境之虛擬表示的資料。在一些實施例中，特徵-地標資料庫180可包括可用以產生室內環境之表示作為不同小區之各種區段的資訊。在此架構下，各小區可對應於室內環境之特定區。此外，各小區之大小可根據以位置為基礎之應用程式212a至212n之位置準確度要求而變化。因此，歸因於由特徵-地標資料庫180提供之小區特定表 示，各小區可經組配以提供不同類型之表示。舉例來說，若一小區對應於室內環境中之特定房間，則該小區可表示用於該房間之拓撲地圖(topology map)。若一小區對應於具有已定義尺寸之方格區域，則該小區可表示用於該對應區域之方格地圖(grid map)。
在一些實施例中，在自相對運動追蹤模組222、特徵-地標關聯模組234及地圖250接收資料之後，定位及資料庫產生模組150可判定行動裝置100之位置且按延伸判定使用者之位置。舉例來說，定位及資料庫產生模組150可直接地接收特徵量測230，抑或其可自特徵-地標關聯模組224接收特徵量測230。定位及資料庫產生模組150可分析自相對運動追蹤模組222發送之資料，相對運動追蹤模組222可相應地調整特徵量測230(參看圖3來更詳細地論述相對運動追蹤模組222及其調整)。此等調整可為補償行動裝置110自身之任何位置改變，以及行動裝置110相對於使用者之定向改變。定位及資料庫產生模組150接著可運用經調整之特徵量測230以判定行動裝置110之位置，以及產生待儲存於特徵-地標資料庫180中之適當特徵-地標關聯。為此，定位及資料庫產生模組150可產生特徵-地標資料庫及/或其部分。定位及資料庫產生模組
如上文所論述，定位及資料庫產生模組150可指定及/或產生一或多個新虛擬地標(例如，藉由特徵量測230之關聯)。定位及資料庫產生模組150亦可使新虛擬地標與地圖250上之對應位置(例如，地圖250內之小區)相關聯。此 後，定位及資料庫產生模組150可將關聯(例如，特徵量測230、虛擬地標與地圖250上之座標之間)儲存至特徵-地標資料庫180中。
另外，在一些實施例中，行動裝置110可經組配以與其他裝置共用特徵-地標資料庫180。可經由網路160、經由伺服器、直接地或藉由任何其他手段(例如，藍芽、Wi-Fi、近場通信等等)促進此共用。結果，相較於行動裝置110具有相對較少處理能力之其他裝置可受益於特徵-地標資料庫180中由行動裝置110產生之特徵-地標關聯。舉例來說，其他裝置可運用儲存於特徵-地標資料庫180中之共用資料以亦執行室內環境中之位置估測。此外，其他裝置亦可經組配以產生特徵-地標關聯且將各別關聯儲存至特徵-地標資料庫180中。結果，可藉由具有關於感測器、處理器功率、儲存空間及/或其類似者之各種能力的相對廣泛範圍之裝置所輸入的資料來增強特徵-地標資料庫。因此，隨著時間的過去，隨著特徵-地標資料庫180接收更多特徵-地標關聯，可以增加之準確度及精確度來識別室內環境中之虛擬地標。
因此，在其他實施例中，除了產生特徵-地標關聯以外，行動裝置110亦可經組配以分析儲存於特徵-地標資料庫180中之特徵量測230，以判定與室內環境相關聯的行動裝置110之位置。舉例來說，行動裝置110可基於經接收之特徵量測230來更新儲存於特徵-地標資料庫180中之一或多個特徵-地標關聯。
根據一些實施例，定位及資料庫產生模組150可輸出資料，其可被稱作定位模組輸出220。可以可由作業系統214讀取之格式來提供定位模組輸出220。應理解，包括但不限於任何版本之Windows、Android、iOS、Symbian、Linux及/或其類似者的各種作業系統可為合適的。此外，可結合定位及資料庫產生模組輸出220來運用全球定位系統(Global Positioning System,GPS)位置281及替代位置來源216，諸如，WiFi三角量測、藍芽定位及/或其類似者。舉例來說，當使用者位於室內環境中時，替代位置來源216及/或GPS 218可用以判定行動裝置110之一般粗略位置。因而，定位及資料庫產生模組輸出220接著可由作業系統214運用以判定行動裝置110的更精確或精細之室內位置。
在一或多個實施例中，統計模組(未圖示)亦可包括於行動裝置110中。統計模組可執行各種演算法以計算與特徵量測230中之各者相關聯的統計顯著性(statistical significance)。舉例來說，統計模組可採用熵度量或叢集演算法以將對應於特徵量測230之唯一性商數分類。因而，統計模組可向特徵量測230中之各者指派一機率分佈以擷取其信賴等級。因此，行動裝置110可能夠在表示虛擬地標時根據特徵量測230之特徵特性(諸如，該等特徵特性之估測品質或準確度)而將不同權重指派至特徵量測230。
現在轉至圖2B，說明根據一或多個實施例的用於運用行動裝置110之位置估測之系統。在圖2B所描繪之情境中，行動裝置110可具有相對少於行動裝置110關於其在 圖2A中之描繪所擁有之處理能力的處理能力。因而，行動裝置110可被稱作複雜型用戶端(thick client)或複雜型行動裝置(thick mobile device)。因此，圖2B中之行動裝置110可依賴於伺服器170來執行用於位置估測及特徵-地標資料庫180之產生之處理負載中的一些。
在某些實施例中，定位及資料庫產生模組150可包括於伺服器內而非包括於行動裝置110中。相似地，特徵-地標資料庫180及地圖250亦可包括於伺服器170內。因此，雖然可在行動裝置110中執行關於位置估測之一些操作，但可由伺服器執行其他操作。舉例來說，行動裝置110之特徵-地標模組224可能夠彙總特徵量測230，且相對運動模組222仍可經組配以自慣性量測模組202接收慣性資料。然而，接著可將特徵量測230及來自相對運動模組222之調整計算發送至伺服器170，其中定位及資料庫產生模組150可處理此資訊。
根據一些實施例，可經由網路160而與包括行動裝置110之其他裝置共用特徵-地標資料庫180。為此，當圖2B之行動裝置110請求位置估測時，行動裝置110可運用特徵量測230來查詢伺服器及/或特徵-地標資料庫180，特徵量測230可能已由相對運動模組222調整。特徵-地標資料庫180可傳回一結果，其可包括對應於特徵量測130之虛擬地標。替代地，代替查詢伺服器，行動裝置110可自伺服器170下載特徵-地標資料庫180之全部或部分，且在本端執行位置估測。
在一些實施例中，因為特徵-地標資料庫180之大小可相對大，所以行動裝置110可下載特徵-地標資料庫180之部分。因而，行動裝置110可包括粗略位置預測模組255以預測行動裝置110之近似移動。在運用由粗略位置預測模組255提供之近似移動資料及包括於特徵量測230中之資料的情況下，行動裝置110可下載對應於此等近似的特徵-地標資料庫180之特定部分。與下載整個特徵-地標資料庫180相比較，此途徑可節省記憶體130及/或儲存體140中之空間。為此，圖2B中之資料庫資料260可表示由行動裝置110下載的特徵-地標資料庫180之特定部分。
另外，在某些實施例中，圖2B中之行動裝置亦可能夠產生其自己的特徵量測230，且產生特徵-地標關聯以儲存於特徵-地標資料庫180中。舉例來說，在一些實施例中，用以擷取特徵量測230之感測器(例如，慣性量測模組202、攝影機240、揚聲器242、麥克風244等等)相較於圖2A所說明於之行動裝置110之感測器可具有相對較低品質/準確度/精確度。然而，此等特徵量測230仍可藉由增強在識別特定虛擬地標方面之準確度來保持值。因此，定位及資料庫產生模組可將特徵量測230儲存於特徵-地標資料庫180中，以便增強當前用以識別特定虛擬地標之特徵量測。
現在轉至圖2C，可說明根據本發明之一或多個實施例的用於運用行動裝置110之位置估測之另一系統。在一些實施例中，圖2C所描繪之行動裝置110可具有相對低處理能力，且實際上低於圖2A及圖2B所描繪之裝置。因而， 圖2C所描繪之行動裝置110可被稱作精簡型用戶端(thin client)或精簡型行動裝置(thin mobile device)。
根據一或多個實施例，由圖2C之行動裝置收集的特徵量測230可限於由蜂巢式無線電及WiFi無線電248彙總之無線信號資料238。行動裝置110可因此依賴於伺服器170來提供關於位置估測之處理之相對大部分。因此，伺服器170可包括定位及資料庫產生模組150、特徵-地標資料庫180及地圖250。替代地，行動裝置110可直接地依賴於另一行動裝置(例如，圖2A之豐裕型行動裝置110)來執行位置估測及特徵-地標資料庫180之產生。
在一些實施例中，行動裝置110可包括粗略位置預測模組255以判定行動裝置110之近似移動及/或位置。在運用由粗略位置預測模組255提供之近似移動資料及包括於特徵量測230中之資料的情況下，行動裝置110可載入特徵-地標資料庫180之特定部分(亦即，資料庫資料260)。
因此，圖2A至圖2C中之行動裝置110中之各者可能夠共用特徵-地標資料庫180中之特徵-地標關聯及/或將特徵-地標關聯儲存於特徵-地標資料庫180中。因此，隨著共用及儲存更多特徵-地標關聯，特徵-地標資料庫180可逐漸地變得更強固。最後，特徵-地標資料庫180可使得精簡型行動裝置(例如，圖2C中之行動裝置110)可藉由複雜型及/或豐裕型行動裝置(例如，分別為圖2B及圖2A中之行動裝置110)所提供之資料來經歷位置估測品質(例如，定位準確度)之增加效能。因為效能可與特徵-地標資料庫180之品質 相關聯，所以對特徵-地標資料庫180之改良可改良效能。
換言之，眾包(crowd sourcing)特徵量測230及特徵-地標關聯(例如，經由特徵-地標關聯模組224)可使能夠相對快速地建置特徵-地標資料庫180。另外，運用來自具有多種感測器集合之多種裝置集合的多個資料點可允許調整及/或校正個別行動裝置110中之計算中可存在的隨機誤差。在一些實施中，伺服器170亦可執行離線計算及處理以調整/改良儲存於特徵-地標資料庫180內之資料的準確度及精確度。
此外，在一些實施例中，可將定位及資料庫產生模組輸出220提供為至作業系統214之多個位置來源中之僅僅一者。具體而言，定位及資料庫產生模組輸出220可與關於行動裝置110在室內環境內之定位的相對高準確度相關聯。因此，關於室內環境中之位置估測，作業系統214可依賴於定位及資料庫產生模組輸出220。在一些實施例中，定位輸出220亦可用以增強其他位置來源。舉例來說，定位輸出220可由GPS 218之位置來源運用以減少用於GPS 218之首次定位時間(time-to-first-fix,TTFF)。
根據一或多個實施例，作業系統214可選擇其可用位置來源(例如，定位及資料庫產生模組輸出220、GPS 218及/或替代位置來源216)中由其判定為適合於特定環境之任何可用位置來源。此外，作業系統214可經組配以提供針對特徵-地標關聯模組224及/或粗略位置預測模組255之額外約束。
應注意，圖2A至圖2C所說明之行動裝置110僅僅為實例實施例。因而，所說明之行動裝置110中之任一者可具有更多或更少所描繪組件。舉例來說，圖2C中之精簡型行動裝置110可包括更多感測器，諸如，攝影機240，而圖2B中之複雜型行動裝置110可缺少該攝影機。另外，定位及資料庫產生模組150可位於圖2A至圖2C之行動裝置110中之任一者、伺服器170或以上各者之組合中。此外，被說明為包括於行動裝置110及/或伺服器170內之組件中之任一者可以任何組合而分佈於行動裝置110與伺服器170之間。因此，上文關於判定行動裝置110之位置所描述的任何處理可以任何方式而分佈於行動裝置110及伺服器170當中。
圖3描繪根據本發明之一或多個實施例的相對運動追蹤模組322。相對運動追蹤模組222可包括距離估測模組310、定向估測模組320、框架變換模組330，及慣性計算模組340。此外，相對運動追蹤模組322可與定位及資料庫產生模組150以及諸如加速度計304、迴轉儀306、磁強計310及攝影機340之各種感測器通信。
根據某些實施例，距離估測模組310可自加速度計304及攝影機340接收資訊以量測行動裝置110已行進之距離。定向模組320可經組配以自加速度計304、迴轉儀306、磁強計310及/或攝影機340接收資訊。為此，定向模組320可判定行動裝置110之定向改變。此外，距離估測模組310及/或定向估測模組320可根據何時可接收到來自慣性量測模組202及/或特徵量測230之量測來執行其各別計 算。
在一或多個實施例中，框架變換模組330可自距離估測模組310及定向估測模組320接收資料，距離估測模組310及定向估測模組320可基於相對於行動裝置110之座標框架(例如，原點定位於行動裝置之中心處的座標框架)來執行其各別計算。因而，框架變換模組330可將行動裝置110之座標框架變換至導航座標框架。導航座標框架可考量行動裝置110相對於使用者及/或室內環境之位置。因此，由距離估測模組310及定向估測模組320執行之計算可置於適當內容中。
結果，行動裝置110可經組配以基於一或多個運動追蹤量測來調整特徵量測230。行動裝置110亦可經組配以基於特徵量測230來調整運動追蹤量測。因此，特徵量測230及運動追蹤量測可受益於彼此之關聯量測。
圖4表示根據本發明之一或多個實施例的用於運用行動裝置之位置估測之方法400的流程圖。方法400可在區塊410中開始，在區塊410中，諸如行動裝置110之裝置接收與室內環境相關聯之特徵量測130。舉例來說，行動裝置可接收各種類型之資料，包括但不限於慣性動態資料232、視訊/影像資料234、音訊資料236或無線信號資料238。為此，此資料可根據特別性而被指派各別權重，且可經組合以產生特徵量測230。另外，行動裝置110可與使用者相關聯。
接著，在區塊420中，行動裝置110可接收用以量 測行動裝置110與使用者之間的相對運動之運動追蹤量測。換言之，如先前所論述，可調整特徵量測130之計算誤差，其可由行動裝置110相對於使用者之移動引起。舉例來說，相對運動追蹤模組222可計算可對特徵量測130進行之任何校正。為此，相對運動追蹤模組222可計算關於行動裝置110之移動的距離及定向資訊(例如，運用距離估測模組310及定向估測模組320)。
在區塊430中，行動裝置110可使特徵量測130與一或多個虛擬地標相關聯，該一或多個虛擬地標係與室內環境相關聯。舉例來說，特徵-地標關聯模組234可接收特徵量測130，且將特徵量測130之一或多個特定組合識別為虛擬地標。
因此，在區塊440中，定位及資料庫產生模組150接著可藉由產生待儲存於特徵-地標資料庫180中之一或多個特徵-地標關聯來產生特徵-地標資料庫150或其部分。替代地，行動裝置110可不包括足夠處理能力以產生特徵-地標關聯。因此，行動裝置110可依賴於特徵-地標資料庫180中由其他行動裝置產生之先前項目。因而，行動裝置110可查詢特徵-地標資料庫180以檢查特徵量測130是否與儲存於特徵-地標資料庫180中之虛擬地標中之任一者匹配。
在區塊450中，行動裝置110可基於特徵量測130、運動追蹤量測及一或多個虛擬地標來判定使用者之位置。舉例來說，定位及資料庫產生模組150可接收相對運動追蹤模組222、特徵-地標關聯模組224、地圖250及/或特徵- 地標資料庫180之資訊。如上文所描述，定位及資料庫產生模組150可運用此資訊以判定行動裝置110之位置(例如，室內環境內之室內位置)且按延伸判定使用者之位置(例如，室內環境內之室內位置)。在一些實施例中，可同時地或大致同時地執行區塊440及450中執行之步驟。在其他實施例中，可在不同時間點時執行區塊440及區塊450中執行之步驟。
上文參考根據本發明之實例實施例的系統及方法及/或電腦程式產品之區塊圖及流程圖而描述本發明之某些實施例。應理解，可藉由電腦可執行程式指令來分別實施區塊圖及流程圖之一或多個區塊，以及區塊圖及流程圖中之區塊組合。同樣地，根據本發明之一些實施例，區塊圖及流程圖之一些區塊可能未必需要以所呈現次序被執行，或可能根本未必需要被執行。
可將此等電腦可執行程式指令載入至一般用途電腦、特殊用途電腦、處理器或其他可規劃資料處理設備上以產生一特定機器，使得在電腦、處理器或其他可規劃資料處理設備上執行之指令建立用於實施流程圖區塊中指定之一或多個功能的構件。亦可將此等電腦程式指令儲存於電腦可讀記憶體中，該等電腦程式指令可指導電腦或其他可規劃資料處理設備以特定方式起作用，使得儲存於電腦可讀記憶體中之指令產生一製品，該製品包括實施流程圖區塊中指定之一或多個功能的指令構件。作為一實例，本發明之實施例可提供包含電腦可用媒體之電腦程式產 品，電腦可用媒體具有體現於其中之電腦可讀程式碼或程式指令，該電腦可讀程式碼經調適成被執行以實施流程圖區塊中指定之一或多個功能。亦可將該等電腦程式指令載入至電腦或其他可規劃資料處理設備上，以使在電腦或其他可規劃設備上執行一系列操作元件或步驟以產生一電腦實施處理序，使得在電腦或其他可規劃設備上執行之指令提供用於實施流程圖區塊中指定之功能的元件或步驟。
因此，區塊圖及流程圖之區塊支援用於執行指定功能之構件的組合、用於執行指定功能之元件或步驟的組合，及用於執行指定功能之程式指令構件。亦應理解，可藉由執行指定功能、元件或步驟的以特殊用途硬體為基礎之電腦系統或特殊用途硬體與電腦指令之組合來實施區塊圖及流程圖之各區塊以及區塊圖及流程圖中之區塊組合。
雖然已結合目前被認為是最實務之事項及各種實施例而描述本發明之某些實施例，但應理解，本發明不限於所揭示實施例，而是意欲涵蓋包括於隨附申請專利範圍之範疇內的各種修改及等效配置。儘管本文採用特定術語，但其僅在通用且描述性之意義上而非出於限制之目的被運用。
此書面描述運用實例以揭示本發明之某些實施例(包括最佳模式)，且亦使熟習此項技術者能夠實踐本發明之某些實施例，包括製造及運用任何裝置或系統且執行任何併入式方法。本發明之某些實施例之可取得專利的範疇被界定於申請專利範圍中，且可包括被熟習此項技術者想 到之其他實例。若此等其他實例具有並非不同於申請專利範圍之文字語言的結構元件，或若此等其他實例包括具有不同於申請專利範圍之文字語言之非實質差異的等效結構元件，則此等其他實例意欲在申請專利範圍之範疇內。

Claims (27)

  1. 一種位置估測之方法，其包含下列步驟：藉由包含一或多個處理器之一裝置來接收與一室內環境相關聯之一或多個特徵量測，其中該裝置係與一使用者相關聯；在該裝置接收來自一相對運動追蹤模組之一或多個運動追蹤量測，該等一或多個運動追蹤量測係與該裝置相關於該室內環境之一或多個態樣的相對運動及該裝置相關於該使用者的變化位置相關聯；藉由該裝置使該等一或多個特徵量測與被認定為在該室內環境內之一或多個虛擬地標相關聯；基於該等特徵量測之個別特徵特性來使該等一或多個特徵量測與個別的權重相關聯；以及基於該等一或多個特徵量測及該等一或多個運動追蹤量測來判定該裝置之一位置。
  2. 如請求項1之方法，其中該判定該裝置之該位置的步驟係進一步基於一或多個位置來源或該等一或多個虛擬地標。
  3. 如請求項1之方法，其中該等一或多個特徵量測包含無線信號資料、視訊資料、音訊資料或慣性動態資料中之一或多者。
  4. 如請求項3之方法，其中該無線信號資料包含無線電強度資料、飛行時間資料或到達時間差資料中之一或多 者。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包含：基於該等一或多個運動追蹤量測來調整該等一或多個特徵量測。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包含：產生一資料庫以儲存在該等一或多個特徵量測與該等一或多個虛擬地標之間的一或多個特徵-地標關聯，其中該等一或多個虛擬地標對應於一或多個座標及該等一或多個特徵量測的個別組合。
  7. 如請求項6之方法，其進一步包含：與另一裝置分享該等一或多個特徵-地標關聯。
  8. 如請求項6之方法，其進一步包含下列步驟：接收一或多個額外特徵量測及一或多個額外相對運動量測；以及基於該等一或多個額外特徵量測及該等一或多個額外運動追蹤量測來更新該資料庫中之至少一個該等一或多個特徵-地標關聯。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包含：自藉由另一裝置而產生之一資料庫下載該等一或多個特徵量測與該等一或多個虛擬地標之間的一或多個特徵-地標關聯。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包含：接收該室內環境之一地圖，其中判定該使用者之該位置的步驟係進一步基於該地圖。
  11. 如請求項1之方法，其中該等一或多個運動追蹤量測包含與該裝置之慣性動態相關聯的資訊。
  12. 一種用於位置估測之系統，其包含：一記憶體，其儲存指令；一處理器，其用以執行該等指令來：接收與一室內環境相關聯之一或多個特徵量測；接收來自一相對運動追蹤模組之一或多個運動追蹤量測，該等一或多個運動追蹤量測係與一裝置相關於該室內環境的相對運動及該裝置相關於與該裝置相關聯之一使用者的變化位置相關聯；使該等一或多個特徵量測與被認定為在該室內環境內之一或多個虛擬地標相關聯；基於該等特徵量測之個別特徵特性來使該等一或多個特徵量測與個別的權重相關聯；以及基於該等一或多個特徵量測、該等一或多個運動追蹤量測及該等一或多個虛擬地標來判定該使用者之一位置。
  13. 如請求項12之系統，其中用以判定該使用者之該位置的該等指令包含用以判定該裝置在該室內環境內之一室內位置的指令。
  14. 如請求項12之系統，其中該等一或多個運動追蹤量測之至少一部分係由一或多個攝影機感測器調整。
  15. 如請求項12之系統，其中該處理器用以執行進一步的指 令以產生一資料庫來儲存在該等一或多個特徵量測與該等一或多個虛擬地標之間的一或多個特徵-地標關聯，其中該等一或多個虛擬地標對應於一或多個座標及該等一或多個特徵量測的個別組合。
  16. 如請求項15之系統，其中該處理器用以執行進一步的指令來與其他裝置共享該等一或多個特徵-地標關聯中之至少一者。
  17. 如請求項12之系統，其中該處理器用以進一步執行指令來：接收額外特徵量測及額外運動追蹤量測；以及至少部分地基於該等額外特徵量測及該等額外運動追蹤量測來更新該資料庫中至少一個該等一或多個特徵-地標關聯。
  18. 如請求項12之系統，其進一步包含一或多個感測器，該一或多個感測器用以：產生包含與該室內環境相關聯之視訊資料、影像資料、音訊資料或慣性動態資料中之至少一者的該等一或多個特徵量測。
  19. 一種儲存指令之非暫態電腦可讀媒體，該等指令在由一處理器執行時使該處理器：在一裝置處接收與一室內環境相關聯的一或多個特徵量測，其中該裝置係與一使用者相關聯；在該裝置處接收來自一相對運動追蹤模組之一或多個運動追蹤量測，該等一或多個運動追蹤量測係與該 裝置相關於該室內環境的相對運動及該裝置相關於該使用者的變化位置相關聯；使該等一或多個特徵量測與被認定為在該室內環境內之一或多個虛擬地標相關聯；基於該等特徵量測之個別特徵特性來使該等一或多個特徵量測與個別的權重相關聯；產生一資料庫以儲存在該等一或多個特徵量測與該等一或多個虛擬地標之間的一或多個特徵-地標關聯；以及基於該等一或多個運動追蹤量測及該一或多個虛擬地標來判定該使用者之一位置，其中該等一或多個虛擬地標對應於一或多個座標及該等一或多個特徵量測之個別組合。
  20. 如請求項19之非暫態電腦可讀媒體，其進一步包含利用對應於該個別的一或多個虛擬地標之額外特徵量測來更新該資料庫中之等該一或多個虛擬地標的指令。
  21. 如請求項19之非暫態電腦可讀媒體，其進一步包含用以經由該資料庫而與另一裝置共享在該等一或多個特徵量測與該等一或多個虛擬地標之間的一或多個關聯的指令。
  22. 如請求項19之非暫態電腦可讀媒體，其中用以判定該使用者之該位置的該等指令包含用以運用該等一或多個特徵量測、該等一或多個運動追蹤量測及該等一或多個虛擬地標來判定一全球定位系統(GPS)位置的指令。
  23. 一種用於位置估測之設備，其包含：一特徵-地標關聯模組，其經組配以接收與一室內環境相關聯之一或多個特徵量測，該特徵-地標關聯模組經進一步組配以使該等一或多個特徵量測與被認定為在該室內環境內之一或多個虛擬地標關聯，及組配以基於該等特徵量測之個別特徵特性來使該等一或多個特徵量測與個別的權重相關聯；一相對運動追蹤模組，其經組配以接收一或多個運動追蹤量測，該等一或多個運動追蹤量測係與一裝置相關於該室內環境的相對運動及該裝置相關於一使用者之變化位置相關聯，該使用者與該裝置相關聯；以及一定位及資料庫產生模組，其用以基於該等一或多個特徵量測、該等一或多個運動追蹤量測及該等一或多個虛擬地標來判定該使用者之一位置。
  24. 如請求項23之設備，其進一步包含用以產生該等一或多個特徵量測的一或多個感測器。
  25. 如請求項24之設備，其中該等一或多個感測器包含一攝影機、一麥克風、一揚聲器或一無線電中之至少一者。
  26. 如請求項23之設備，其進一步包含用以產生該等一或多個運動追蹤量測的一或多個感測器。
  27. 如請求項26之設備，其中該等一或多個感測器包含一加速度計、一迴轉儀、一壓力感測器或一磁強計中之至少一者。
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