TWI661402B

TWI661402B - 空間定位及方向指引系統

Info

Publication number: TWI661402B
Application number: TW107120001A
Authority: TW
Inventors: 黃基哲; 林憶茹; 洪翊凱; 黃敏偉; 陳彥廷; 侯春茹
Original assignee: 臺中榮民總醫院嘉義分院
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-06-01
Also published as: TW202001819A

Abstract

本發明係關於一種空間定位及方向指引系統，該系統包含藍牙定位器、具有複數信標發射器、攝影機、方向指引器以及擴音器之定位及指引模組、伺服器及互動平台，藉此，當配戴有藍牙定位器之使用者進入設有定位及指引模組之室內空間且位於信標發射器之發射範圍時，伺服器能藉信標發射器及攝影機分別取得使用者之距離及位置資訊，並產生分析結果以供互動平台依分析結果控制方向指引器及擴音器產生指引光源及播放引導聲響，進而於緊急事件發生時刻利用方向指引器之指引光源或擴音器之引導聲響來引導使用者朝正確方向移動疏散。

Description

空間定位及方向指引系統

本發明係關於一種系統，尤指能透過無線訊號傳輸技術進行室內空間定位、方向指引及動態回饋之系統者。

按，定位技術隨著科技的進步而迅速發展，目前常見的定位方式主要係採用紅外線、超聲波、射頻識別標籤(RFID)、Wi-Fi、藍牙及ZigBee技術。以目前使用頻率較高之射頻識別標籤(RFID)、Wi-Fi及藍牙技術而言，射頻識別標籤(RFID)是利用無線電波來傳送識別資料，且感應器不僅無需與接收器接觸，對於識別資料的傳輸亦無方向性的要求，使用於空間定位時，能透過天線與設於物品之標籤所生成之感應電流進行數據交換，以達到識別與定位之目的。Wi-Fi為一種短程無線傳輸技術，其係透過無線基地台掃瞄Wi-Fi訊號以進行資料交換之工作，並能利用移動設備與三個網路接入點之無線信號強度，藉差分算法精準進行三角定位來達到空間定位之目的。藍牙(Bluetooth)為一種短距離於固定設備、移動設備以及個人網域之間進行數據交換之無線通訊技術，並能透過於空間內安裝複數個藍牙區域網接入點，以藉由測量信號強度來進行三角定位。由於藍牙空間定位技術具有設備體積小、短距離、低功耗及易於設置於移動設備中之優點，加上近年來信標(Beacon)技術發展漸趨成熟，而顯然已成為現今運用於空間移動定位服務之趨勢，甚至能使用於緊急事件發生之逃生導引。

相關之先前技術，請參閱中華民國公告第M490078號專利，係揭露一種「結合電子看板之避難引導系統」，其係將控制中心電氣連接於設在建築大樓內之環境資料蒐集模組及人員位置計算模組，以便於建築大樓發生火災時，將環境資料偵測裝置進行偵測之結果與人員位置計算裝置之計算結果傳送予控制中心，使控制中心依人員位置及火災發生位置發送無線逃生影音訊號予相關位置之電子看板，藉此指引逃生路線。

另，中華民國公告第M526146號專利，係揭露一種「環控、消防自動導引裝置」，其係將控制單元連接於發光單元、通訊單元、環境偵測單元、警報單元以及電力單元，使環境偵測單元偵測到所在環境中溫度與氣體異常時，透過控制單元開啟發光單元以指引滅火方向及導引逃生方向，並利用通訊單元與警報單元發出通報與警示，藉此達到有效導引之功效。

有鑑於目前低功耗藍牙信標技術乃為現今運用於空間定位與方向指引之趨勢，是以，本發明之目的係基於信標技術結合影像技術達到空間定位並指引使用者朝正確方向移動疏散之目的。

為達前揭目的，本發明提供一種空間定位及方向指引系統，該系統包含︰一藍牙定位器，配戴於一使用者；至少一定位及指引模組，係透過一固定平台佈設於一空間內，且於該平台設有︰複數信標(Beacon)發射器，該信標發射器係於配戴有藍牙定位器之使用者進入發射範圍時，依據信號強度指標(Received Signal Strength Indication, RSSI)變化獲知使用者與信標發射器之間的距離資訊；一攝影機，用以擷取該使用者之位置資訊；一方向指引器，包含一光源單元，用以產生引導使用者正確方向之指引光源；以及一擴音器，用以播放引導使用者朝正確方向移動之聲響；一伺服器，用以接收及分析距離資訊及位置資訊，並記錄其分析結果；以及一互動平台，連結於伺服器，並能以分析結果為依據，傳送指令以控制方向指引器及擴音器產生指引光源或聲響。

基於上述，當配戴有藍牙定位器之使用者進入空間且位於信標發射器之發射範圍時，伺服器能藉信標發射器及攝影機分別取得使用者之距離資訊及位置資訊，並產生分析結果以供互動平台依據分析結果控制方向指引器及擴音器產生指引光源及播放引導聲響，藉此，於緊急事件發生時刻，利用方向指引器之指引光源或擴音器之引導聲響來引導使用者朝正確方向移動，並達成方向指引與疏散之功效。

為使貴審查委員瞭解本發明欲達成目的所運用之技術、手段及功效，餘下，茲列舉一較佳實施例並配合圖式，詳細說明如后︰

首先，請參閱第1圖並配合第2圖所示，該系統包含一藍牙定位器１、至少一定位及指引模組２、一伺服器３以及一互動平台４。該藍牙定位器１配戴於一使用者Ａ；該定位及指引模組２係透過一固定平台２０佈設於一空間Ｂ內（圖中未顯示），且平台２０包含複數信標(Beacon)發射器２１、一攝影機２２、一方向指引器２３以及一擴音器２４；其中，信標發射器２１為蘋果公司所研發之iBeacon信標發射器２１，且係利用低功率藍牙技術(BLE4.0)進行傳輸，並能於配戴有藍牙定位器１之使用者Ａ進入發射範圍時，依據信號強度指標(Received Signal Strength Indication, RSSI)變化獲知使用者Ａ與信標發射器２１之間的距離資訊；該攝影機２２為紅外線攝影機，位於攝影機２２周圍佈設有複數紅外線光源，且於前方設有魚眼鏡頭以增加拍攝視角，而能擷取使用者Ａ之位置資訊；該方向指引器２３係於平台２０形成一具容槽２３１之移動塊２３０（配合參閱第3圖），位於容槽２３１內設有一樞軸２３２，並將光源單元２３３樞接於樞軸２３２，該光源單元２３３係以低能雷射光源來產生引導使用者Ａ正確方向之指引光源Ｃ（圖中未顯示），且於光源單元２３３前端設有一光柵轉盤２３４，位於光柵轉盤２３４結合至少一具指引圖案之光柵片２３５，較佳者，移動塊２３０及光柵轉盤２３４係透過馬達360°旋轉，並使光源單元２３３藉樞軸２３２以單一軸向擺動樞轉，進而讓光源單元２３３所發出之指引光源Ｃ藉光柵轉盤２３４、樞軸２３２及移動塊２３０依不同方位調整投射方向；該擴音器２４用以播放引導使用者Ａ朝正確方向移動之聲響。該伺服器３用以接收及分析距離資訊及位置資訊，並記錄其分析結果；該互動平台４連結於伺服器３，並能以分析結果為依據傳送指令以控制方向指引器２３及擴音器２４分別產生指引光源Ｃ或聲響。

其次，請仍然參閱第1~3圖並配合第4圖所示，於本發明之一實施例中，位於一空間Ｂ設伺服器３以及六個定位及指引模組２，當發生緊急事件時，若配戴有藍牙定位器１之使用者Ａ位於空間Ｂ中定位及指引模組２之信標發射器２１的發射範圍，則信號強度指標(RSSI)值會隨著使用者Ａ與信標發射器２１之距離遠近產生變化，同時透過攝影機２２發射位於外側之紅外線光源，再利用魚眼鏡頭擷取俯視空間影像，並進行影像幾何校正以獲得使用者Ａ於實際空間Ｂ之位置資訊，且將信標發射器２１與攝影機２２之定位及位置資訊傳送予伺服器３進行紀錄分析。

其中，於本實施例所使用之第一種定位演算法為三角定位法(Triangulation)，請配合參閱第5~6圖，首先，係於六個定位及指引模組２設於空間Ｂ時，定義每一信標發射器２１於空間Ｂ內之已知座標位置{如(x ₁,y ₁)、(x ₂,y ₂)…}，接著，利用三個參考點進行定位演算，如第5圖，使用者Ａ之位置座標為(x,y)，已知的三個參考點座標為(x ₁,y ₁)、(x ₂,y ₂)及(x ₃,y ₃)，同時利用信號強度指標(RSSI)值測得三個參考點座標之間的距離L ₁、L ₂及L ₃，由於高度H ₁、H ₂及H ₃皆為相同數值，故可經公式(1)運算分別獲得如第6圖之空間Ｂ平面距離半徑值r1、r2及r3︰公式(1)︰，，假設座標(x ₁,y ₁)=(0,0)，此時，可經公式(2)運算獲得公式(3)之關係矩陣，並以公式(4)表示︰公式(2)︰ , , 公式(3)︰公式(4)︰公式(5)︰再由公式(5)運算以得知(x,y)，可獲知使用者Ａ所在的空間位置座標值(x,y)。當(x ₁,y ₁)、(x ₂,y ₂)及(x ₃,y ₃)進行座標轉移時能獲得新的(x’ ₁,y’ ₁)、(x’ ₂,y’ ₂)及(x’ ₃,y’ ₃)的座標值，同樣經由反轉移計算可推導至所要定位之位置，而獲得所在位置之資訊。

而本實施例所使用之第二種定位演算法為訊號指紋法(Fingerprinting)，其係於離線階段事先於室內空間Ｂ區域中分別規劃且固定各個信標發射器２１之參考點，以便將所獲得之各參考點信號強度指標(RSSI)值存放於指紋資料庫中，當使用者Ａ實際於空間Ｂ中移動時，則能透過上線階段經由先前所建立之指紋資料庫查詢以得到所在位置，並藉由實際位置與查詢指紋資料庫所得位置進行比對與修正，進而找出接近參考點的位置。

藉此，當伺服器３能利用信標發射器２１及攝影機２２分別取得使用者Ａ之距離資訊及位置資訊（請回顧第1~2圖）並產生分析結果時，則互動平台４依據其分析結果來控制方向指引器２３及擴音器２４，此時，方向指引器２３能藉由雷射光源並利用旋轉光柵轉盤２３４以投射所需光柵片２３５圖案之指引光源Ｃ（如第4圖所示），並透過使光源單元２３３於樞軸２３２上樞轉或旋轉移動塊２３０之方式調整投影指引光源Ｃ的指引位置（如第3圖所示），此外，亦可利用擴音器２４播放引導使用者朝出口方向移動之聲響，以引導使用者Ａ朝正確出口方向移動，並達成方向指引與疏散之功效。

是以，使用本發明之系統顯然能達成如下功效︰ 1. 本發明係基於信標技術結合紅外線影像技術達到空間定位之功效，並進一步透過投射指引光源或播放引導聲響來達成指引使用者朝正確方向移動之目的。 2. 本發明之系統能設置於公共空間，以便於發生緊急事件時，透過空間定位投射指引光源以引導人們朝正確逃生方向疏散並逃離現場。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之實施範圍，凡未脫離本發明技術精神所為之變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

綜上所述，本發明確實已突破傳統並具有改良及創新之創作內容且能具體實施，理應符合發明專利之法定要件，爰依法提出專利申請，懇請　鈞局審查委員授予合法專利權，以勵創作，至感德便。

本發明

１‧‧‧藍牙定位器

２‧‧‧定位及指引模組

２０‧‧‧平台

２１‧‧‧信標發射器

２２‧‧‧攝影機

２３‧‧‧方向指引器

２３０‧‧‧移動塊

２３１‧‧‧容槽

２３２‧‧‧樞軸

２３３‧‧‧光源單元

２３４‧‧‧光柵轉盤

２３５‧‧‧光柵片

２４‧‧‧擴音器

３‧‧‧伺服器

４‧‧‧互動平台

Ａ‧‧‧使用者

Ｂ‧‧‧空間

Ｃ‧‧‧指引光源

第1圖係本發明系統之架構圖。第2圖係本發明定位及指引模組之立體圖。第3圖係本發明方向指引器之立體圖。第4圖係本發明系統之使用示意圖。第5~6圖係本發明系統之定位演算示意圖。

Claims

一種空間定位及方向指引系統，該系統包含︰一藍牙定位器，配戴於一使用者；至少一定位及指引模組，係透過一固定平台佈設於一空間內，且於該平台設有︰複數信標(Beacon)發射器，該信標發射器係於配戴有該藍牙定位器之使用者進入發射範圍時，依據信號強度指標(Received Signal Strength Indication, RSSI)變化獲知該使用者與該信標發射器之間的距離資訊；一攝影機，用以擷取該使用者之位置資訊；一方向指引器，包含一光源單元，用以產生引導該使用者正確方向之指引光源；以及一擴音器，用以播放引導該使用者朝正確方向移動之聲響；一伺服器，用以接收及分析該距離資訊及該位置資訊，並記錄其分析結果；以及一互動平台，連結於該伺服器，並能以該分析結果為依據，傳送指令以控制該方向指引器及該擴音器產生該指引光源或該聲響。
如請求項1所述之空間定位及方向指引系統，其中，該信標發射器係利用低功率藍牙技術(BLE4.0)進行傳輸。
如請求項1所述之空間定位及方向指引系統，其中，該攝影機為紅外線攝影機，且於該攝影機周圍佈設有複數紅外線光源。
如請求項1所述之空間定位及方向指引系統，其中，該攝影機前方設有魚眼鏡頭。
如請求項1所述之空間定位及方向指引系統，其中，該方向指引器係於該平台形成一具容槽之移動塊，且於該容槽內設一樞軸，以供該光源單元樞接，並於該光源單元前端設有一光柵轉盤，使該光源單元所發出之指引光源能藉該光柵轉盤、該樞軸及該移動塊依不同方位調整投射方向。
如請求項5所述之空間定位及方向指引系統，其中，該光柵轉盤設有至少一具指引圖案之光柵片。
如請求項5所述之空間定位及方向指引系統，其中，該移動塊及該光柵轉盤能360°旋轉，而該光源單元能藉該樞軸以單一軸向擺動樞轉。
如請求項7所述之空間定位及方向指引系統，其中，該移動塊及該光柵轉盤係透過馬達轉動。
如請求項1所述之空間定位及方向指引系統，其中，該指引光源為低能雷射光源。