TWI674425B

TWI674425B - 可精確建立空間內圖資３ｄ相對及絶對位置的裝置

Info

Publication number: TWI674425B
Application number: TW107123680A
Authority: TW
Inventors: 林文雄; 王歆崴; 李佩昭
Original assignee: 佐臻股份有限公司
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2019-10-11
Also published as: TW202006389A

Abstract

一種可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其包含一毫米波振動感測器，係設有一毫米波訊號產生器、一發射單元和一接收單元，該發射單元和接收單元分別與該毫米波訊號產生器電性連接；一處理單元，係通訊連接該毫米波訊號產生器，該處理單元設有一圖資建置模組；一通訊裝置，係通訊連接該處理單元；複數無線定位裝置，係分別通訊連接該通訊裝置，該每一無線定位裝置上均設有一振動源。本發明藉毫米波振動感測器於特定空間的範圍內配合該等無線定位裝置予以建置精準圖資，俾可使本發明達到提高定位偵測的精確度之功效。

Description

可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置

本發明係一種可精確建立空間內圖資的裝置，尤指一種可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置，進而精準定位的裝置。

藍芽(Bluetooth)是一種無線技術標準，可實現固定、移動設備和特定空間之個人網域之間的短距離數據交換。此外，利用藍芽功能的裝置iBeacon可結合可攜智慧行動裝置(例如手機)來實現使用者的行動裝置去達到室內定位的效果。該定位係通過接收到的信號強弱(接收信號強度指示，(Received Signal Strength Indication，RSSI))測定信號點與接收點的距離，來判定待測物或待測手機的位置，是一種根據相應數據進行定位計算的一種定位技術。

此一技術方案中，藍芽定位系統(例如前述iBeacon)可用以監控物品(手機)的靠近或遠離。當iBeacon接收端收到目標物之藍芽廣播訊號時，接收端可藉由藍芽廣播訊號之強度變化來判別該目標物是否靠近或遠離此接收端，進而產生一訊息通知後台監控人員。但此iBeacon藍芽定位系統無法提供有效的判斷藍芽發送端(手機)是否已脫離偵測及精確的位置(僅判斷訊號強度變化，無空間感)，進而導致待定位人員(手機持有者)其定位失誤的狀況發生，產生無效之定位，該無效定位無法精確得知待定位人員的位置，例如在水平樓層的精確位置或樓層高低的精確位置。

是故，如何建立精確有效的定位，即為本案申請人所欲解決之技術困難點所在。

有鑑於習用所述，因此本發明在於解決及改善習用所存在之問題與缺失為目的。

為了達成以上之目的，本發明提供一種可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其包含：一毫米波振動感測器，係設有一毫米波訊號產生器、一發射單元和一接收單元，該發射單元和接收單元分別與該毫米波訊號產生器電性連接；一處理單元，係通訊連接該毫米波訊號產生器，該處理單元設有一圖資建置模組；一通訊裝置，係通訊連接該處理單元；複數無線定位裝置，係分別通訊連接該通訊裝置，該每一無線定位裝置上均設有一振動源；其中，使該毫米波振動感測器的毫米波訊號產生器係透過該發射單元以一預定的第二取樣頻率對特定空間範圍內發射毫米波測試訊號，再透過該接收單元接收每一次發射的毫米波測試訊號碰觸該特定空間範圍內障礙物後反射所形成的毫米波反射訊號，而使該處理單元可根據雷達測距，並使該圖資建置模組產生該毫米波振動感測器的位置資訊，可(再)使該毫米波振動感測器之毫米波訊號產生器係透過該發射單元以一預定的第一取樣頻率對具有該振動源且產生振動的該等無線定位裝置發射毫米波測試訊號，再透過該接收單元接收每一次發射的毫米波測試訊號碰觸該每一無線定位裝置之後反射所形成的毫米波反射訊號，而使該處理單元可根據雷達測距，並使該圖資建置模組產生至少一該無線定位裝置的位置資訊。

較佳的，該處理單元連接一影像輸出裝置。該影像輸出裝置為顯示螢幕或投影光機或穿戴式智慧裝置。又該每一無線定位裝置為藍芽定位器或WiFi裝置。該藍芽定位器為藍芽訊號定位發射器，該WiFi裝置為WiFi AP裝置。

因此，本發明藉毫米波振動感測器於特定空間的範圍內配合該等無線定位裝置予以建置精準圖資，俾可使本發明達到提高定位偵測的精確度之功效。

〔本發明〕

1‧‧‧毫米波振動感測器

11‧‧‧毫米波訊號產生器

12‧‧‧發射單元

13‧‧‧接收單元

2‧‧‧處理單元

21‧‧‧圖資建置模組

3‧‧‧電子裝置

4‧‧‧通訊裝置

5‧‧‧無線定位裝置

51‧‧‧振動源

6‧‧‧影像輸出裝置

100‧‧‧區域環境或特定空間

200‧‧‧下樓層

300‧‧‧上樓層

400‧‧‧距離

500‧‧‧高度距離

700‧‧‧距離

S1‧‧‧毫米波測試訊號

S2‧‧‧毫米波反射訊號

301‧‧‧地板

第一圖係本發明較佳實施例之可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置之方塊結構示意圖。

第二圖係本發明較佳實施例之產生藍芽定位的方塊結構動作示意圖。

第二之A圖係本發明較佳實施例之產生藍芽定位的圖資示意圖。

第三圖係本發明較佳實施例之毫米波振動感測器其立體掃描定位區域環境或特定空間，並預測產生毫米波振動感測器的位置資訊之操作圖資示意圖。

第四圖係本發明較佳實施例之毫米波振動感測器其立體掃描定位區域環境或特定空間內的各該無線定位裝置，並預測產生各該無線定位裝置的位置資訊之操作圖資示意圖。

第五圖係本發明較佳實施例之第四圖的其毫米波振動感測器立體掃描定位偵測計算出各無線定位裝置位置(距離或高度)的方塊結構動作示意圖。

第六圖係本發明較佳實施例之第四圖的其毫米波振動感測器立體掃描定位偵測計算出各無線定位裝置位置(距離或高度)的大樓室內空間的樓層立體格局(三維，3D)使用操作示意圖。

為了使貴審查委員能清楚了解本發明之內容，係以下列實施例搭配圖式及符號加以說明，敬請參閱之。

請參閱第一圖所示，本發明提供一種可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其包含：一毫米波振動感測器1、一處理單元2、一通訊裝置4和複數無線定位裝置5。

該毫米波(millimeter wave)振動感測器1，設有一毫米波訊號產生器11、一發射單元12和一接收單元13，該發射單元12和接收單元13分別與該毫米波訊號產生器11電性連接。請配合參閱第五圖所示，該毫米波訊號產生器11係用以產生一可供偵測一振動源之振動狀態的毫米波測試訊號S1。

其中，該毫米波訊號產生器11所產生的毫米波測試訊號S1其頻帶可介於57~77GHz，在本實施例中，該毫米波測試訊號S1的頻率較佳係為77GHz。此外，該發射單元12或接收單元13具體可為天線，更具體地，該發射單元12或接收單元13實際上可以是單一個天線或是由複數個天線所構成的天線陣列，且較佳地，該發射單元12或接收單元13的天線可以是具備波束成型(beamforming)功能的天線或天線陣列，在本實施例中，該發射單元12係包含有三個天線，該接收單元13則包含有四個天線，亦即，在本發明的一實施例中，該發射單元12與接收單元13兩者整體可以是由七根天線所構成的多輸入多輸出波束成型(MIMO beamforming)智慧型天線模組，藉此，不僅可應用於雷達測距，並予以提高訊號的收發效果，當然，該發射單元12或接收單元13之天線數量與類型，並不以上述所列舉者為限。

該處理單元2有線或無線通訊連接該毫米波訊號產生器11，本實施例中，該處理單元2具體可以是控制器或處理器，例如微控制器(MCU)、中央處理器(CPU)、圖型處理器(GPU)或數位訊號處理器(DSP，包括圖像處理器，Image Processor)等等，且處理單元2具體亦可由一電子裝置3構成，該電子裝置3例如電腦、筆記型電腦、智慧手機或其它具有處理訊號能力的裝置。此外，該處理單元2可進一步設有一圖資建置模組21，該圖資建置模組21具體可為軟體應用程序(例如電腦軟體或app)，當然，實際上可以是地圖製作軟體，且並非以此為限。

該處理單元2有線或無線通訊連接一影像輸出裝置6，較佳的，該影像輸出裝置6具體可以是各種顯示螢幕(Display)或投影光機(Projector)或穿戴式智慧裝置(wearable device)等等，且該穿戴式智慧裝置例如智能眼鏡、智能手錶等。

此外，該通訊裝置4有線或無線通訊連接該處理單元2，本實施例中，該通訊裝置4可為使用者持有的智慧手機或平板電腦因此具有藍芽通訊功能。

該每一無線定位裝置5可為藍芽定位器(Beacon，可指的是低功耗(Bluetooth Low Energy，BLE)藍芽定位技術)，且該藍芽定位器可為藍芽訊號定位發射器，又藍芽訊號定位發射器具體的可為包含一對多功能的低功耗藍芽，且無線定位裝置5亦可為WiFi裝置，例如WiFi AP(Access Point)。以及，該等無線定位裝置5分別可通訊連接該通訊裝置4，該每一無線定位裝置5上均設有一振動源51，該振動源51具體的可為PZT振動元件(或稱振動子)或其它聲源振動元件例如揚聲器或微型喇叭或(微型)蜂鳴器或石英振動子等等。

請繼續參閱第二圖、第二之A圖所示，其中，可優先藉由圖資建置模組21(以地圖製作軟體為例)，模擬並建置一區域環境或特定空間100的(電子化)圖資(該圖資例如可建置為室內設計圖、樓層平面(導覽)圖、樓層格局立體(導覽)圖、景點導覽圖、地圖導覽圖等等的形式)，該區域環境100可為戶外的區域範圍例如公園綠地、遊樂園等，或該特定空間100例如室內大樓空間、賣場等。

為了產生藍芽定位，該每一無線定位裝置5可優先並分散佈建於該區域環境或特定空間100內，當使用者所持有的通訊裝置4進入該區域環境或特定空間100，並且操作該通訊裝置4上對應的Beacon應用服務其所對應的行動應用程式(App)，故該通訊裝置4與(各)該無線定位裝置5之間，除了產生(各)該無線定位裝置5對通訊裝置4廣播(推播)一個特定的識別ID(identity)以外，更可藉以訊號強弱(RSSI)的測定產生定位的效果。

因此，當通訊裝置4與(各)該無線定位裝置5之間均可網路通訊連接於後端管理伺服器，可使後台管理者之該處理單元2的圖資建置模組21產生藍芽定位的圖資，藉以得知通訊裝置4其使用者的大致位置與否，本實施例中，藍芽定位(Beacon)的定位動作原理為該領域技術人員所能熟知，於此不再贅述。此時，其所產生的藍芽定位圖資尚不精準，且各該(每兩)無線定位裝置5之間形成相對位置的圖資訊息。

故進一步的，請再參閱第一圖和第三圖所示，其中在該區域環境或特定空間100之空間範圍內(以大樓室內空間為例，且並非以單一樓層為限)，且其無論是否架設各該無線定位裝置5。故可(優先)使該毫米波振動感測器1的毫米波訊號產生器11透過該發射單元12以一預定的第二取樣頻率對特定空間100(大樓室內空間)範圍內發射毫米波測試訊號，再透過該接收單元13接收每一次發射的毫米波測試訊號碰觸該特定空間100(大樓室內空間)範圍內障礙物後反射所形成的毫米波反射訊號，該障礙物例如是磚牆、梁柱、鋼筋、鋼條、地板、玻璃、桌椅、電視(或當架設有各該無線定位裝置5時)等非生命的物件或移動的物件例如是人、動物等，再將毫米波反射訊號傳送至處理單元2，而使該處理單元2可根據雷達測距的原理測距(即毫米波振動感測器1與(各)障礙物之間的距離)，並藉該圖資建置模組21依原始的特定空間100的圖資為基底建置(產生)毫米波振動感測器1的位置資訊(原始點位置)，例如(三維)座標點、圖文標記等，予以得知毫米波振動感測器1於特定空間100內(大樓室內空間內)的位置，藉以同時將原始特定空間100的圖資其與藍芽定位圖資及毫米波振動感測器1的位置資訊相疊並通聯輸出顯示於影像輸出裝置6上。本實施例中，該毫米波振動感測器1可藉由不同位置多次的對(各)障礙物的掃描測定，而建置多個毫米波振動感測器1的位置資訊，予以提升整體圖資的完整性與正確性。

進一步的，請繼續參閱第四圖和第五圖所示，其中，當在特定空間100內(大樓室內空間內，且於同樓層或不同樓層各處，且無論架設的高低位置)分佈架設有各該無線定位裝置5時，且此時各該無線定位裝置5可各別設有一振動源51的情況。因此，於特定空間100內(大樓室內空間內)的多個位置(再)使該毫米波振動感測器1之毫米波訊號產生器11透過該發射單元12以一預定的第一取樣頻率對具有該振動源51且產生振動的該等無線定位裝置5發射毫米波測試訊號S1(如第五圖)，再透過該接收單元13接收每一次發射的毫米波測試訊號S1碰觸該每一無線定位裝置5之後反射所形成的毫米波反射訊號S2，再將反射訊號傳送至處理單元2，而使該處理單元2可根據雷達測距的原理偵測距離D，並藉該圖資建置模組21產生該每一無線定位裝置5的位置資訊，例如(三維)座標點、圖文標記等，藉以同時將原始特定空間100(大樓室內空間)的圖資其與藍芽定位圖資、毫米波振動感測器1的位置資訊及該每一無線定位裝置5的位置資訊相疊，予以構成一完整度與正確性足夠的圖資，並通聯輸出顯示於影像輸出裝置6上，除了可得知該毫米波振動感測器1與(各)該無線定位裝置5之間的距離，更可予以模擬建置(計算)出每兩個無線定位裝置5之間的(絕對)距離，使各該(每兩)無線定位裝置5之間形成絕對位置的圖資訊息。故前述圖資，係可由該圖資建置模組21構成一軟體app供持有通訊裝置4的使用者使用。

請再參閱第六圖所示，其中，如前述大樓室內空間為例(各樓層，且各無線定位裝置5具有高低)，分佈架設各該無線定位裝置5(包含各該振動源51)。

本實施例中，如第六圖所示並進一步說明，其中該前述圖資的形成，係可產生毫米波振動感測器1的多個位置資訊(原始點位置)，該位置例如是大樓室內空間內的門柱或門的一側或某樓層的隨機位置或其它任意位置，再根據毫米波振動感測器1偵測出各該無線定位裝置5的距離400(即各該無線定位裝置5分設於上樓層300及下樓層200其相對於毫米波振動感測器1的各別距離400)，及可產生(計算)出各該(每兩)無線定位裝置5之間的距離700。也因此，例如亦可計算並得知出該上樓層300的地板301與其中一個該無線定位裝置5之間的高度距離500，使圖資具有立體空間感。

因此，使本發明可藉毫米波振動感測器1於區域環境或特定空間100的範圍內可配合該等無線定位裝置5予以建置精準圖資，故當能精準建立各該無線定位裝置5時(可精準得知各該無線定位裝置5的相對及絕對位置)，即可直接影響並提升通訊裝置4與各該無線定位裝置5之間的定位能力之精確度，故當通訊裝置4的持有使用者，進入(各)該無線定位裝置5的通訊範圍時，使用Beacon藍芽定位功能連接時亦可產生提高定位精確度的效果，故俾可使本發明達到提高(圖資)定位偵測的精確度之功效。

以上所論述者，僅為本發明較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；故在不脫離本發明之精神與範疇內所作之等效的修飾、組合、置換或轉用等，皆應涵蓋於本發明之申請專利範圍內。

Claims

一種可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其包含：一毫米波振動感測器，係設有一毫米波訊號產生器、一發射單元和一接收單元，該發射單元和接收單元分別與該毫米波訊號產生器電性連接；一處理單元，係通訊連接該毫米波訊號產生器，該處理單元設有一圖資建置模組；一通訊裝置，係通訊連接該處理單元；複數無線定位裝置，係分別通訊連接該通訊裝置，該每一無線定位裝置上均設有一振動源；其中，使該毫米波振動感測器之毫米波訊號產生器係透過該發射單元以一預定的第一取樣頻率對具有該振動源且產生振動的該等無線定位裝置發射毫米波測試訊號，再透過該接收單元接收每一次發射的毫米波測試訊號碰觸該每一無線定位裝置之後反射所形成的毫米波反射訊號，而使該處理單元可根據雷達測距，並使該圖資建置模組產生至少一該無線定位裝置的位置資訊。
如申請專利範圍第1項所述之可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其中該處理單元連接一影像輸出裝置。
如申請專利範圍第2項所述之可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其中該影像輸出裝置為顯示螢幕或投影光機或穿戴式智慧裝置。
如申請專利範圍第1項所述之可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其中該每一無線定位裝置為藍芽定位器或WiFi裝置。
如申請專利範圍第4項所述之可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其中該藍芽定位器為藍芽訊號定位發射器，該WiFi裝置為WiFi AP裝置。
如申請專利範圍第1項所述之可精確建立空間內圖資3D相對及絶對位置的裝置，其中使該毫米波振動感測器的毫米波訊號產生器係透過該發射單元以一預定的第二取樣頻率對特定空間範圍內發射毫米波測試訊號，再透過該接收單元接收每一次發射的毫米波測試訊號碰觸該特定空間範圍內障礙物後反射所形成的毫米波反射訊號，而使該處理單元可根據雷達測距，並使該圖資建置模組產生該毫米波振動感測器的位置資訊。