TWI741821B - 具有重力感測器輔助定位的電子裝置 - Google Patents

具有重力感測器輔助定位的電子裝置 Download PDF

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TWI741821B TW109134664A TW109134664A TWI741821B TW I741821 B TWI741821 B TW I741821B TW 109134664 A TW109134664 A TW 109134664A TW 109134664 A TW109134664 A TW 109134664A TW I741821 B TWI741821 B TW I741821B
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Abstract

一種電子裝置包括一室內定位標籤及一室內定位器。室內定位標籤包括一重力感測器。室內定位標籤依據重力感測器所偵測的加速度大小、加速度方向、及加速度變化的持續時間，決定是否開始發射無線訊號，以及動態調整無線訊號的發射間隔頻率。

Description

具有重力感測器輔助定位的電子裝置
本發明係有關於一電子裝置，特別係有關於具有重力感測器輔助定位的電子裝置。
在室內定位的應用中，室內定位無線標籤透過其本身具備的無線訊號發射器持續地將無線訊號發射出來，而由室內定位無線接收器將所接收。室內定位無線接收器將接收的無線訊號所包含的資料回傳至後端定位引擎伺服器以運算位置。一般來說，上述的室內定位系統通常只專注完成兩件事情，即訊號擷取及演算法運算。
但是，不同的演算法都有其不同的優缺點、盲點與無法避免的使用限制，而難以十全十美。因此，如何在室內定位系統中加入系統性的輔助功能來強化定位服務成為一重要課題。
依據本發明實施例之電子裝置，包括一室內定位標籤及一室內定位器。室內定位標籤包括一重力感測器。室內定位標籤依據重力感測器所偵測的加速度大小、加速度方向、及加速度變化的持續時間，決定是否開始發射無線訊號，以及動態調整無線訊號的發射間隔頻率。
本發明係參照所附圖式進行描述，其中遍及圖式上的相同參考數字標示了相似或相同的元件。上述圖式並沒有依照實際比例大小描繪，其僅僅提供對本發明的說明。一些發明的型態描述於下方作為圖解示範應用的參考。這意味著許多特殊的細節，關係及方法被闡述來對這個發明提供完整的了解。無論如何，擁有相關領域通常知識的人將認識到若沒有一個或更多的特殊細節或用其他方法，此發明仍然可以被實現。以其他例子來說，眾所皆知的結構或操作並沒有詳細列出以避免對這發明的混淆。本發明並沒有被闡述的行為或事件順序所侷限，如有些行為可能發生在不同的順序亦或同時發生在其他行為或事件之下。此外，並非所有闡述的行為或事件都需要被執行在與現有發明相同的方法之中。
第1圖為本發明實施例之室內定位系統100的示意圖。如第1圖所示，室內定位系統100包括複數室內定位標籤102、102-2、複數室內定位器104、…、104-n，以及一定位引擎伺服器106。在一些實施例中，室內定位標籤102、102-2可設置在使用者裝置上，例如可內建於使用者所配戴的智慧行動裝置上、或身分辨識的卡片中。室內定位標籤102、102-2隨著使用者的移動，在符合一些特定情況下，持續週期性地發射無線訊號予設置於不同位置的室內定位器102、102-2。每一室內定位標籤102、102-2，以室內定位標籤102為例，具有一重力感測器110及一無線訊號發射器112。在一些實施例中，無線訊號發射器112係用以在符合一些特定情況下，週期性地發射藍芽信標(beacon)。在一些實施例中，室內定位標籤102依據重力感測器110所偵測使用者的加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間，決定是否開始發射無線訊號，並且動態調整無線訊號的發射間隔頻率。無線訊號(例如藍芽信標)載有使用者(智慧行動裝置的室內定位標籤102)的加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間的資訊。
在一些實施例中，室內定位器104、…、104-n可設置於室內的不同位置(例如設置於走廊、走道轉角、樓梯、或房間內)。一般來說，每一室內定位器104、…、104-n具有一陣列天線，用以接收由室內定位標籤102、102-2所發射出的無線訊號。以室內定位器104為例，室內定位器104接收來自室內定位標籤102、102-2的無線訊號，並且依據無線訊號內載有的加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間的資訊，判斷室內定位標籤102、102-2為靜止狀態或移動狀態。在一些實施例中，室內定位器104依據所接收無線訊號的接收強度和接收相位，進一步計算出每一室內定位標籤102、102-2的到達角，並且將到達角的資訊傳送予定位引擎伺服器。定位引擎系統106依據所接收到達角資訊，計算並判斷每一室內定位標籤102、102-2的位置，而最後完成對室內定位標籤102、102-2的定位。
本發明的電子裝置100的室內定位標籤102可透過第2A圖的步驟S200~S206及第2B圖的步驟S210~S216減緩網路流量壅塞。本發明的電子裝置100的室內定位標籤102可透過第3圖的步驟S300~S316動態調整發射間隔頻率。
第2A圖為本發明實施例之第1圖的室內定位標籤102判斷是否發射無線訊號的流程圖。如第2A圖所示，室內定位標籤102在初始狀態下，預設係不發射載有自身加速度大小、加速度方向及加速度變化的持續時間的資訊的無線訊號予室內定位器104(步驟S200)。接著，在步驟S202中，室內定位標籤102依據自身重力感測器110所偵測的加速度大小是否大於一閾值ΔA，來決定是否發射開始無線訊號。例如，當加速度大小大於閾值ΔA(即步驟S202中為「是」)，則室內定位標籤102開始發射無線訊號予室內定位器104(步驟S204)。當加速度大小小於等於閾值ΔA(即步驟S202中為「否」)，則室內定位標籤102仍不發射無線訊號予室內定位器104(即回到步驟S200)。
接著，室內定位標籤102依據重力感測器110所提供的加速度資訊判斷自身在一第一時段Δtw內是否維持靜止，並且依據上述判斷結果決定是否再次發射無線訊號。例如，當在第一時段Δtw內室內定位標籤102皆維持靜止狀態(即步驟S206中為「是」)，則室內定位標籤102停止發射無線訊號(回到步驟S200)，用以節省室內定位標籤102的電池電量消耗。當在第一時段Δtw內室內定位標籤102非維持靜止狀態(即步驟S206中為「否」)，則室內定位標籤102繼續發射無線訊號(回到步驟S204)。在一些實施例中，室內定位標籤102執行第2A圖的流程圖以決定何時發報(even trigger report)係稱為一般模式。
於一具體實施例中，判斷加速度大小是否靜止可設定在一可接受的變動範圍內。例如，若加速度大小之變化係在5%之內變動，可視為靜止。
第2B圖為本發明實施例之第1圖的室內定位標籤判斷是否發射無線訊號的流程圖。如第2B圖所示，室內定位標籤102在初始狀態下，預設係不發射載有自身加速度大小、加速度方向及加速度變化的持續時間的資訊的無線訊號予室內定位器104(步驟S210)。接著，在步驟S212中，室內定位標籤102依據自身重力感測器110所偵測的加速度大小、加速度方向及加速度變化的持續時間，來決定是否發射開始無線訊號。舉例來說，當加速度方向維持相同，且加速度大小大於一閾值Δa，及加速度大小大於閾值Δa的持續時間達到一第二時段Δt (即步驟S212中為「是」)，則室內定位標籤102開始發射無線訊號予室內定位器104(步驟S214)。當加速度方向不維持一致，或加速度大小小於等於閾值Δa，或加速度大小大於閾值Δa的持續時間未達到第二時段Δt(即步驟S212中為「否」)，則室內定位標籤102不發射無線訊號予室內定位器104(回到步驟S210)。
接著，室內定位標籤102依據重力感測器110所提供的加速度資訊判斷自身在第一時段Δtw內是否維持靜止，並且依據上述判斷結果決定是否發射無線訊號。例如，當在第一時段Δtw內室內定位標籤102皆維持靜止狀態(即步驟S216中為「是」)，則室內定位標籤102停止發射無線訊號(回到步驟S210)，用以節省室內定位標籤102的電池電量消耗。當在第一時段Δtw內室內定位標籤102非維持靜止狀態(即步驟S216中為「否」)，則室內定位標籤102繼續發射無線訊號(回到步驟S214)。在一些實施例中，室內定位標籤102執行第2B圖的流程圖以決定何時發報(even trigger report)係稱為地圖圍欄應用模式。
在一些實施例中，第1圖的室內定位標籤102可同時執行第2A圖的一般模式及第2B圖的地圖圍欄應用模式，用以更頻繁地向室內定位器104發送無線訊號。換句話說，當室內定位標籤102偵測到其加速度資訊達到步驟S202或步驟S212之一者的條件時，都會開始發射無線訊號予室內定位器104。上述室內定位標籤102同時執行第2A圖的一般模式及第2B圖的地圖圍欄應用模式的操作模式可稱為混和應用模式。
第1圖的室內定位標籤102於開始向室內定位器104發送無線訊號後，室內定位標籤102可依據重力感測器110所偵測的加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間，動態調整無線訊號的發射間隔頻率。第3圖為本發明實施例之第1圖的室內定位標籤動態調整無線訊號的發射間隔頻率的流程圖。在一些實施例中，室內定位標籤102以一預設間隔頻率( fi)發送無線訊號予室內定位器104(步驟S300)。接著，室內定位標籤102判斷來自重力感測器110的加速度大小(在一觀測期間內)是否呈線性遞增，並且加速度方向維持相同(步驟S302)。當室內定位標籤102判斷加速度大小呈線性遞增，並且加速度方向維持相同(即步驟S302中為「是」)，則室內定位標籤102大幅增加發射間隔頻率(步驟S304)，例如將發射間隔頻率由預設間隔頻率 f i調升為一第一頻率( fi+2*Δ f)。其中，Δ f為發射間隔頻率的梯度增加值。換句話說，當符合步驟S302的條件時，意味使用者(室內定位標籤102)在空間座標內的移動愈來愈快，因此室內定位標籤102必須對應地調高發射間隔頻率以精準地計算定位。當室內定位標籤102判斷加速度大小非呈線性遞增，或加速度方向不一致，則室內定位標籤102執行後續步驟S306(即步驟S302中為「否」)。
之後，室內定位標籤102判斷來自重力感測器110的加速度大小(在一觀測期間內)是否呈線性遞增，並且加速度方向不一致(步驟S306)。當室內定位標籤102判斷加速度大小呈線性遞增，並且加速度方向不一致(即步驟S306中為「是」)，則室內定位標籤102小幅增加發射間隔頻率(步驟S308)，例如將發射間隔頻率由預設間格頻率 f i調升為一第二頻率( fi+Δ f)。在一些實施例中，步驟S304中的第一頻率( fi+2*Δ f)係大於步驟S308中的第二頻率( fi+Δ f)。換句話說，當符合步驟S306的條件時，意味著使用者(室內定位標籤102)在空間座標內的移動不規則，因此室內定位標籤102可對應地小幅度調高發射間隔頻率。當室內定位標籤102判斷加速度大小非呈線性遞增，或加速度方向維持相同，則室內定位標籤102執行後續步驟S310 (即步驟S306中為「否」)。
接著，室內定位標籤102判斷來自重力感測器110的加速度大小是否呈線性遞減，並且加速度方向維持相同(步驟S310)。當室內定位標籤102判斷加速度大小呈線性遞減，並且加速度方向維持相同(即步驟S310中為「是」)，則室內定位標籤102大幅減少發射間隔頻率(步驟S312)，例如將發射間隔頻率由預設間格頻率 fi調降為一第三頻率( fi-2*Δ f)。其中，-Δ f為發射間隔頻率的梯度減少值。換句話說，當符合步驟S310的條件時，使用者(室內定位標籤102)在空間座標內的移動愈來愈慢，因此室內定位標籤102必須對應地調低發射間隔頻率以達成節能省電功能。當室內定位標籤102判斷加速度大小非呈線性遞減，或加速度方向不一致，則室內定位標籤102執行後續步驟S316(即步驟S310中為「否」)。
之後，室內定位標籤102判斷來自重力感測器110的加速度大小是否呈線性遞減，並且加速度方向不一致(步驟S314)。當室內定位標籤102判斷加速度大小呈線性遞減，並且加速度方向不一致(即步驟S314中為「是」)，則室內定位標籤102小幅減少發射間隔頻率(步驟S316)，例如將發射間隔頻率由預設間格頻率 f i調降為一第四頻率( fi-Δ f)。在一些實施例中，步驟S316中的第四頻率( fi-Δ f)係大於步驟S312中的第三頻率( fi-2*Δ f)。換句話說，當符合步驟S314的條件時，意味著使用者(室內定位標籤102)在空間座標內的移動速度亦雖趨緩，但移動方向難以預測，因此可對應地小幅度調低發射間隔頻率。在一些實施例中，室內定位標籤102判斷加速度大小非呈線性遞減，或加速度方向維持相同(即步驟S314中為「否」)，則室內定位標籤102繼續以預設間隔頻率 fi發射無線訊號予室內定位器104。
在一具體實施例中，當符合步驟S302的條件，並且執行步驟S304的同時，室內定位標籤102更透過所發射的無線訊號傳送一第一旗標(flag)(例如，一頻率大幅增加旗標)予室內定位器104。室內定位器104在收到第一旗標後，亦對應地大幅增加其接收無線訊號的接收頻率及定位頻率(例如將接收頻率及定位頻率變更為第一頻率)。當符合步驟S306的條件，並且執行步驟S308的同時，室內定位標籤102亦透過所發射的無線訊號傳送一第二旗標(例如，一頻率小幅增加旗標)予室內定位器104。室內定位器104在收到第二旗標後，亦對應地小幅增加其接收無線訊號的接收頻率及定位頻率(例如將接收頻率及定位頻率變更為第二頻率)。
同樣地，當符合步驟S310的條件，並且執行步驟S312的同時，室內定位標籤102更透過所發射的無線訊號傳送一第三旗標 (例如，一頻率大幅減少旗標)予室內定位器104。室內定位器104在收到第三旗標後，亦對應地大幅減少其接收無線訊號的接收頻率及定位頻率(例如將接收頻率及定位頻率變更為第三頻率)。當符合步驟S314的條件，並且執行步驟S316的同時，室內定位標籤102亦透過所發射的無線訊號傳送一第四旗標 (例如，一頻率小幅減少旗標)予室內定位器104。室內定位器104在收到第四旗標後，亦對應地小幅減少其接收無線訊號的接收頻率及定位頻率(例如將接收頻率及定位頻率變更為第四頻率)。
第1圖的室內定位器104可依據室內定位標籤102的加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間的資訊，判斷室內定位標籤102係為靜止狀態或移動狀態。在一些實施例中，室內定位器104可直接依據室內定位標籤102的加速度大小是否為零，來判斷室內定位標籤102為靜止或移動狀態。例如，當加速度大小不為零，則判斷室內定位標籤102為移動狀態。相反地，當加速度大小為零，則判斷室內定位標籤102為靜止狀態。在一些實施例中，室內定位器104亦可依據室內定位標籤102的加速度大小是否大於閾值ΔA 2，且大於閾值ΔA 2的持續時間是否大於一時段Δt 2，以判斷室內定位標籤102為靜止或移動狀態。例如，當加速度大小大於閾值ΔA 2，並且大於閾值ΔA 2的持續時間大於時段Δt 2，則室內定位器104判斷室內定位標籤102為移動狀態。相反地，當加速度大小小於等於閾值ΔA 2，或大於閾值ΔA 2的持續時間小於等於時段Δt 2，則室內定位器104判斷室內定位標籤102為靜止狀態。
在一些實施例中，室內定位器104依據透過室內定位標籤102的加速度資訊(例如包括加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間)所計算的一俯仰(pitch)值、一翻滾(roll)值，及一偏擺(yaw)值，判斷(室內定位標籤102的運動或位移量)是否合理。當室內定位器104判斷室內定位標籤102的運動為合理，則室內定位器104判斷室內定位標籤102為移動狀態。當室內定位器104判斷室內定位標籤102的運動為不合理，則室內定位器104判斷室內定位標籤102為靜止狀態。舉例來說，假設室內定位標籤102係設置在一大型貨架上(無法輕易移動)。當室內定位器104依據室內定位標籤102的加速度資訊所計算出的俯仰值、翻滾值、偏擺值為有效值，例如不為零，由於室內定位標籤102係設置在大型貨架上，室內定位標籤102具有俯仰值、翻滾值或偏擺值係為不合理，因此室內定位器104則會判斷室內定位標籤102的運動係為不合理，因而判定室內定位標籤102為靜止狀態。在一些實施例中，當室內定位器104判斷室內定位標籤102的運動為不合理時，室內定位器104可直接忽略當下室內定位標籤102的加速度資訊，並等待下一時間點的加速度資訊，以確認室內定位標籤102的實際運動狀態。
在一些實施例中，第1圖的室內定位標籤102依據重力感測器110所偵測使用者(或物件)的加速度大小、加速度變化的持續時間，決定是否執行重力感測器的一座標軸校驗。更詳細地說，當室內定位標籤102的加速度大小有變化時，並且加速度變化的持續時間大於一時段Δt 3(校驗條件1)，則室內定位標籤102執行對重力感測器110執行座標軸校驗。在一些實施例中，室內定位標籤102將重力感測器110所輸出的重力原始資料(raw data)(例如，重力感測器每一分鐘輸出60筆重力原始資料)，輸入至一動作偵測演算法(motion detection algorithm)，用以判斷自身是否發生運動。在一些實施例中，室內定位標籤102包括一處理器(未圖示)，用以執行動作偵測演算法，並判斷自身是否發生運動。重力原始資料係直接對應於室內定位標籤102的加速度大小、加速度方向、及加速度變化的持續時間。
在一些實施例中，當室內定位標籤102依據動作偵測演算法的一計算結果判斷自身正發生運動，並且運動的持續時間達到一時段Δt 4(校驗條件2)，則室內定位標籤102才執行重力感測器110的座標軸校驗。由於室內定位標籤102執行重力感測器110的座標軸校驗時，會消耗大量電量。因此，室內定位標籤102需滿足校驗條件1，或同時滿足校驗條件1及2時，室內定位標籤102才會實際執行重力感測器110的座標軸校驗。
本發明的電子裝置100係可達成以下效果：(1)提升第1圖的室內定位器104或定位引擎伺服器106的定位精準度；(2) 節省第1圖的室內定位標籤102的無線電資源及電池電力；以及(3)降低網路壅塞的風險。雖然本發明的實施例如上述所描述，我們應該明白上述所呈現的只是範例，而不是限制。依據本實施例上述示範實施例的許多改變是可以在沒有違反發明精神及範圍下被執行。因此，本發明的廣度及範圍不該被上述所描述的實施例所限制。更確切地說，本發明的範圍應該要以以下的申請專利範圍及其相等物來定義。儘管上述發明已被一或多個相關的執行來圖例說明及描繪，等效的變更及修改將被依據上述規格及附圖且熟悉這領域的其他人所想到。此外，儘管本發明的一特別特徵已被相關的多個執行之一所示範，上述特徵可能由一或多個其他特徵所結合，以致於可能有需求及有助於任何已知或特別的應用。
本說明書所使用的專業術語只是為了描述特別實施例的目的，並不打算用來作為本發明的限制。除非上下文有明確指出不同，如本處所使用的單數型，一、該及上述的意思係也包含複數型。再者，用詞「包括」，「包含」，「（具、備）有」，「設有」，或其變化型不是被用來作為詳細敘述，就是作為申請專利範圍。而上述用詞意思是包含，且在某種程度上意思是等同於用詞「包括」。除非有不同的定義，所有本文所使用的用詞(包含技術或科學用詞)是可以被屬於上述發明的技術中擁有一般技術的人士做一般地了解。我們應該更加了解到上述用詞，如被定義在眾所使用的字典內的用詞，在相關技術的上下文中應該被解釋為相同的意思。除非有明確地在本文中定義，上述用詞並不會被解釋成理想化或過度正式的意思。
100:電子裝置 102,102-2:室內定位標籤 104,104-n:室內定位器 106:定位引擎伺服器 110:重力感測器 112:無線訊號發射器 S200,S202,S204,S206:步驟 S210,S212,S214,S216:步驟 ΔA,Δa:閾值 Δt:第二時段 Δtw:第一時段 S300,S302,S304,S306,S308:步驟 S310,S312,S314,S316:步驟 fi:預設間隔頻率
第1圖為本發明實施例之室內定位系統的示意圖。 第2A圖為本發明實施例之第1圖的室內定位標籤判斷是否發射無線訊號的流程圖。 第2B圖為本發明實施例之第1圖的室內定位標籤判斷是否發射無線訊號的流程圖。 第3圖為本發明實施例之第1圖的室內定位標籤動態調整無線訊號的發射間隔頻率的流程圖。
S300,S302,S304,S306,S308:步驟
S310,S312,S314,S316:步驟
fi:預設間隔頻率

Claims (9)

  1. 一種電子裝置，包括：一室內定位標籤，用以發射一無線訊號；其中，該室內定位標籤包括一重力感測器；該室內定位標籤依據該重力感測器所偵測的加速度大小、加速度方向、及加速度變化的持續時間，決定是否開始發射該無線訊號，以及調整該無線訊號的發射間隔頻率；該無線訊號載有該室內定位標籤的加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間的資訊；以及一室內定位器，接收該無線訊號，並且依據該室內定位標籤的加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間的資訊，判斷該室內定位標籤為靜止或移動狀態。
  2. 如請求項1所述之電子裝置，其中，該室內定位標籤更依據該重力感測器所偵測的加速度大小及加速度變化的持續時間，決定是否執行該重力感測器的一座標軸校驗。
  3. 如請求項1所述之電子裝置，其中，當加速度大小大於一第一閾值，則該室內定位標籤開始發射該無線訊號；以及當在一第一時段內該室內定位標籤皆維持靜止，則該室內定位標籤停止發射該無線訊號。
  4. 如請求項1所述之電子裝置，其中，當加速度方向維持相同，加速度大小大於一第二閾值，並且加速度大小大於該第二閾值的持續時間達到一第二時段，則該室內定位標籤開始發射該無線電號；以及當在該第一時段內該室內 定位標籤皆維持靜止，則該室內定位標籤停止發射該無線訊號。
  5. 如請求項1所述之電子裝置，其中，當加速度大小呈線性遞增，並且加速度方向維持相同，則該室內定位標籤以一第一幅度增加該無線訊號的發射間隔頻率；當加速度大小呈線性遞增，並且加速度方向不一致，則該室內定位標籤以一第二幅度增加該無線訊號的發射間隔頻率，該第一幅度大於該第二幅度。
  6. 如請求項1所述之電子裝置，其中，當加速度大小呈線性遞減，並且加速度方向維持相同，則該室內定位標籤以一第三幅度減少該無線訊號的發射間隔頻率；當加速度大小呈線性遞減，但加速度方向不一致，則室內定位標籤以一第四幅度減少該無線訊號的發射間隔頻率，該第三幅度大於該第四幅度。
  7. 如請求項1所述之電子裝置，其中，當加速度大小為不為零，則該室內定位器判斷該室內定位標籤為移動狀態；或當加速度大小大於一第三閾值，並且加速度大小大於該第三閾值的持續時間大於一第三時段，則該室內定位器判斷該室內定位標籤為移動狀態。
  8. 如請求項1所述之電子裝置，其中，該室內定位器依據該室內定位標籤的加速度大小、加速度方向，及加速度變化的持續時間的資訊，計算該室內定位標籤的一 俯仰(pitch)值、一翻滾(roll)值，及一偏擺(yaw)值；該室內定位器依據該俯仰值、該翻滾值，及該偏擺值判斷是否合理。
  9. 如請求項8所述之電子裝置，其中，當室內定位器判斷為合理，則該室內定位器判斷該室內定位標籤為移動狀態；當室內定位器判斷為不合理，則該室內定位器判斷該室內定位標籤為靜止狀態。
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