TWI756095B - 室內定位系統 - Google Patents

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彭成瑜
吳端城
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Abstract

本發明提供一種室內定位系統，其用於偵測一目標物位於一容納體之所在位置；室內定位系統包含：一追蹤標籤、複數定位標籤群組及一掃描裝置，追蹤標籤設於目標物；各定位標籤群組設置於容納體，每一定位標籤群組具有複數標籤單元，各標籤單元定義產生一定位界面，每一定位界面構成容納體之複數區域；掃描裝置感應讀取追蹤標籤及每一定位標籤群組之各標籤單元，掃描裝置透過追蹤標籤與各標籤單元間的訊號關係，以一分析運算取得追蹤標籤對應位於之定位界面，由定位界面判斷取得目標物位於容納體之其中一區域；藉此達到室內搜尋目標物之定位目的。

Description

室內定位系統
本發明係關於一種定位相關領域，尤指一種用於室內搜尋目標物的室內定位系統。
傳統的定位系統，例如全球定位系統(Global Positioning System，GPS)，是藉由GPS晶片接收太空中的24顆GPS衛星之中至少三顆GPS衛星的訊號(稱為三點定位)，以確定GPS晶片所在的位置與海拔高度，進而完成定位。GPS晶片確實可以執行準確定位，但需要使用龐大的計算能力(例如使用高運算高耗能的處理器)才能執行前述的精準定位。
然而，全球定位系統主要應用在戶外的空間，雖然也可被應用在室內定位，但是在室內定位的應用中，因為GPS晶片受到環境因素的影響(例如受到建築物遮蔽等)，導致室內定位的精準度明顯差於戶外定位的精準度。
為解決室內定位的需求，進一步衍伸出無線室內定位技術包括Wi-Fi指紋定位技術(fingerprinting)、利用接收訊號強度定位法(RSSI)的低功耗藍牙定位技術、RFID定位技術、ZigBee定位技術等，配合到達角度定位法(Angle of Arrival，AOA)、到達時間差定位法等(Time Difference of Arrival，TDOA)等演算法來進行定位演算。
目前最為廣泛使用的定位系統採用藍牙或Wi-Fi並配合接收訊號強度定位法(RSSI)；然而，此種定位方式的定位精準度容易受外界訊號干擾。
為解決上述課題，本發明提供一種室內定位系統，利用定位標籤群組將容納體定義複數定位界面，透過掃描裝置讀取標籤訊號關係變化，以取得目標物所處定位介面判斷所在位置，藉以達到快速且精準取得室內定位的效果。
本發明之一項實施例提供一種室內定位系統，其用於偵測一目標物位於一容納體之所在位置；室內定位系統包含：一追蹤標籤，其設於目標物；複數定位標籤群組，其分別設置於容納體，每一定位標籤群組具有複數標籤單元，各標籤單元定義產生一定位界面，每一定位界面構成該容納體之複數區域；以及一掃描裝置，其感應讀取追蹤標籤及每一定位標籤群組之各標籤單元，掃描裝置透過追蹤標籤與各標籤單元間的訊號關係，以一分析運算取得追蹤標籤對應位於之定位界面，由定位界面判斷取得目標物位於容納體之其中一區域。
藉由上述，本發明能夠利用定位標籤群組將容納體定義複數定位界面，透過掃描裝置讀取標籤訊號關係變化，以取得目標物所處定位介面判斷所在位置，藉以改善習知室內定位不準確的缺點，進而達到快速且精準取得室內定位的效果。
為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同載體係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製。
本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是圖式的方向；因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明，合先敘明。
請參閱圖1至圖6所示，本發明提供一種室內定位系統100，其用於偵測一目標物T位於一容納體C之所在位置；其中，容納體C能夠是室內空間、固定載體或活動載體，本發明不限制容納體之型態。
本發明室內定位系統100包含：
一追蹤標籤10，其設於目標物T；追蹤標籤10能夠係有源元件或無源元件，其中，當追蹤標籤10係有源元件時，會透過接觸式能量輸入，能持續或間斷發射訊號；當追蹤標籤10係無源元件時，會透過非接觸式外部能量輸入後，能持續或間斷發射訊號。
複數定位標籤群組20，其分別設置於容納體C，每一定位標籤群組20具有複數標籤單元21，各標籤單元21能夠係有源元件或無源元件，其中，當標籤單元21係有源元件時，會透過接觸式能量輸入，能持續或間斷發射訊號；當標籤單元21係無源元件時，會透過非接觸式外部能量輸入後，能持續或間斷發射訊號。
再者，各標籤單元21定義產生一定位界面P，每一定位界面P構成容納體C之複數區域A，其中，每一定位標籤群組20以至少三個標籤單元21建構一個定位界面P，如圖2所示，而定位界面P不侷限為平面，亦能夠是曲面、斜面、不規則面等任意構成的界面，也就是說，定位界面P能夠呈現於直角座標、極座標、圓座標、柱座標等，本發明不以此為限；因此，當容納體C被各個定位標籤群組20的各標籤單元21定義出複數個定位界面P後，則能夠被區分成複數個區域A；其中，每個區域A能夠間隔設置或被不同定位界面P任意劃分，本發明不侷限區域A的型態。
一掃描裝置30，其能夠為電磁波能量發射器或接收器；掃描裝置30具有一資訊模組31、一感應模組32、一記憶模組33及一處理模組34，資訊模組31用於儲存追蹤標籤10及各標籤單元21之專屬資訊(例如：識別碼或其它可以識別不同標籤的專屬資訊)，以圖2至圖6所示，各標籤單元21的專屬資訊為1-1、1-2、1-3、1-4、2-1、2-2…以此類推；感應模組32用於感應讀取追蹤標籤10及每一定位標籤群組20之各標籤單元21，以感應追蹤標籤10與各標籤單元21間的訊號關係變化。
感應模組32將每次讀取到的標籤單元21或追蹤標籤10傳送至記憶模組33，記憶模組33能儲存感應模組32每次讀取到各標籤單元21或追蹤標籤10的數量，以記錄為一標籤數量；處理模組34將感應到的標籤與資訊模組31內的資訊比對，確認每次讀取到各標籤單元21或追蹤標籤10的數量，並利用一分析運算將當前記憶模組33紀錄之標籤數量，與前次記憶模組33紀錄之標籤數量進行差值運算，以取得追蹤標籤10(目標物T)對應位於之定位界面P，由定位界面P判斷取得目標物T位於容納體C之其中一區域A。
於本發明實施例，感應模組32能夠以一第一掃描技術或一第二掃描技術感應追蹤標籤10或各標籤單元21，以下針對感應模組32的第一掃描技術與第二掃描技術進行說明：
感應模組32由容納體C的任一位置透過第一掃描技術，以複數個不同發射強度能量，感應不同訊號強度的追蹤標籤10及每一定位標籤群組20之各標籤單元21，進而偵測目標物T位於容納體C的位置。
舉例說明(一)：請參閱圖1及圖3所示，將各定位標籤群組20運用於容納體C為室內空間，掃描裝置30之感應模組32由室內空間的其中一側利用第一掃描技術以多個不同發射強度能量(分別為掃描強度S1、掃描強度S2及掃描強度S3)，以感應讀取到不同標籤單元21的專屬資訊，其中，掃描強度S1所讀取到標籤單元21的專屬資訊為1-2及1-3，則記憶模組33會紀錄感測到的標籤數量為2個；掃描強度S2所讀取到標籤單元21的專屬資訊為1-1、1-2、1-3、1-4、2-2、2-3，則記憶模組33會紀錄感測到的標籤數量為6個；掃描強度S3所讀取到標籤單元21的專屬資訊為1-1、1-2、1-3、1-4、2-1、2-2、2-3、2-4、3-2、3-3及追蹤標籤10的專屬資訊，則記憶模組33會紀錄感測到的標籤數量為11個；接著，處理模組34透過分析運算將記憶模組33依據掃描強度S2所讀取到的標籤數量減去記憶模組33依據掃描強度S3所讀取到的標籤數量，即可獲得標籤單元21的專屬資訊為2-1、2-4、3-2、3-3及追蹤標籤10的專屬資訊，由此可知，追蹤標籤10(目標物T)所處位置定位於容納體C上設置標籤單元21(2-1、2-4、3-2、3-3)間所構成的區域A。
舉例說明(二)：請參閱圖1及圖4所示，將各定位標籤群組20運用於容納體C為貨架；掃描裝置30之感應模組32由貨架的其中一側利用第一掃描技術以多個不同發射強度能量(分別為掃描強度S1、掃描強度S2及掃描強度S3)，以感應讀取到不同標籤單元21的專屬資訊，其中，掃描強度S1所讀取到標籤單元21的專屬資訊為1-1、2-1、3-1、4-1、5-1，則記憶模組33會紀錄感測到的標籤數量為5個；掃描強度S2所讀取到標籤單元21的專屬資訊為1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、5-1、5-2，則記憶模組33會紀錄感測到的標籤數量為10個；掃描強度S3所讀取到標籤單元21的專屬資訊為1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3、4-1、4-2、4-3、5-1、5-2、5-3及追蹤標籤10的專屬資訊，則記憶模組33會紀錄感測到的標籤數量為16個；接著，處理模組34透過分析運算將記憶模組33依據掃描強度S2所讀取到的標籤數量減去記憶模組33依據掃描強度S3所讀取到的標籤數量，即可獲得標籤單元21的專屬資訊為1-3、2-3、3-3、4-3、5-3及追蹤標籤10的專屬資訊，由此可知，追蹤標籤10(目標物T)所處位置定位於容納體C上設置標籤單元21(1-3、2-3、3-3、4-3、5-3)間所構成的區域A。
掃描裝置30之感應模組32由追蹤標籤10(目標物T)所處位置透過第二掃描技術，以相同發射強度能量，將追蹤標籤10(目標物T)視為圓心的同心圓，接收同心圓範圍內感應不同訊號強度的追蹤標籤10及每一定位標籤群組20之各標籤單元21，進而偵測追蹤標籤10(目標物T)位於容納體C的位置，於本發明實施例中，第二掃描技術以電磁干擾作為理論基礎。
舉例說明(三)：請參閱圖1及圖5所示，將各定位標籤群組20運用於容納體C為室內空間；掃描裝置30之感應模組32由將追蹤標籤10(目標物T)視為圓心的同心圓，利用第二掃描技術以相同發射強度能量，以感應讀取到不同訊號強度(強干擾區、中干擾區、其他區等)，並讀取接收標籤的不同訊號強度，將無目標的標籤單元21強度設定為初始值，比對有追蹤標籤10及無追蹤標籤10二種情況之強度變化量，其中，如強干擾區可感測出標籤單元21的專屬資訊為2-2、2-3、3-2、3-3，且具有低數值的訊號強度RSSI(大的變化量)，中度干擾區可感測出標籤單元21的專屬資訊為1-2、1-3、2-1、3-1、2-4、3-4、4-2、4-3，且具有中間數值的訊號強度RSSI(中度變化量)，其他區可感測出數個標籤單元21的專屬資訊為1-1、1-4、4-1、4-4、5-1、5-2、5-3、5-4，且具有微小變化量的訊號強度RSSI；接著，處理模組34依據感應模組32搜尋各標籤單元21強度的強變化量，並透過分析運算即可推估，追蹤標籤10(目標物T)的位置定位於標籤單元21(2-2、2-3、3-2、3-3)所構成的區域A。
此外，為說明本發明之定位界面P能由定位標籤群組20進行任意組合，請參閱圖1及圖6所示，於本實施例中，各定位標籤群組20運用於容納體C為桌子與椅子，標籤單元21可設於固定載體或移動載體，當標籤單元21設於固定載體為地面，而各標籤單元21的專屬資訊為1-1、2-1、3-1、11-1、12-1、13-1…等，由前述標籤單元21所構成的定位界面P所定義的區域A為地面區域；當標籤單元21設為固定載體為桌面，而各標籤單元21的專屬資訊為1-3、2-3、3-3、11-3、12-3、13-3…等，由前述標籤單元21所構成的定位界面P所定義的區域A為桌面區域；當標籤單元21設於移動載體為滑椅，而各標籤單元21的專屬資訊為1-2、2-2、3-2、11-2、12-2、13-2…等，由前述標籤單元21所構成的定位界面P所定義的區域A為滑椅區域；將桌面與地面所設置的標籤單元21﹝(1-3、2-3、3-3、11-3、12-3、13-3…等)、(1-1、2-1、3-1、11-1、12-1、13-1…等)﹞所構成之定位界面P視為同一定位標籤群組20，以此類推；因此，本發明之定位標籤群組20能夠構成的定位界面P及區域A之型態非常廣泛。
另外，於本發明一項實施例中，同一容納體C能夠存在有複數個目標物T，當掃描裝置30之處理模組34判斷同一區域A具有複數個目標物T時，處理模組34會產生一警示訊號。
舉例說明(四)：當容納體C為室內社交空間，目標物T為社交者，室內社交空間已佈設複數個定位標籤群組20，每個定位標籤群組20將容納體C分隔出的各區域A，各區域A分別間隔1.5公尺，其中，當同一個區域A中出現兩個以上目標物T時，表示兩位以上的社交者違反室內空間的社交距離規定，此時處理模組34會產生警示訊號，而警示訊號能夠以聲音或燈光顯示，以提醒室內社交空間管理者前往勸導。
綜合上述，本發明室內定位系統100能夠達成下列功效：
1.本發明室內定位系統100利用定位標籤群組20將容納體C定義複數定位界面P，透過掃描裝置30讀取標籤訊號關係變化，以取得目標物T所處定位介面P判斷所在位置，藉以達到快速且精準取得室內定位的效果。
2.本發明室內定位系統100不易受建築物遮蔽影響，且不易受到外界訊號干擾，所以能夠取得精準定位效果。
以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。
100:室內定位系統 10:追蹤標籤 20:定位標籤群組 21:標籤單元 30:掃描裝置 31:資訊模組 32:感應模組 33:記憶模組 34:處理模組 T:目標物 C:容納體 P:定位界面 A:區域 S1:掃描強度 S2:掃描強度 S3:掃描強度
圖1係本發明架構方塊示意圖。 圖2係本發明各標籤單元定義各定位界面示意圖。 圖3係本發明定位標籤群組運用於容納體為室內空間之實施例示意圖，表示掃描裝置由室內空間的其中一側利用第一掃描技術感應標籤。 圖4係本發明定位標籤群組運用於容納體為載體之實施例示意圖，表示掃描裝置由載體的其中一側利用第一掃描技術感應標籤。 圖5係本發明定位標籤群組運用於容納體為室內空間之實施例示意圖，表示掃描裝置利用第二掃描技術感應標籤。 圖6係本發明定位標籤群組運用於容納體為載體之實施例示意圖，表示載體為桌子及椅子。
100:室內定位系統
10:追蹤標籤
20:定位標籤群組
21:標籤單元
30:掃描裝置
31:資訊模組
32:感應模組
33:記憶模組
34:處理模組

Claims (9)

  1. 一種室內定位系統，其用於偵測一目標物位於一容納體之所在位置；該室內定位系統包含：一追蹤標籤，其設於該目標物；複數定位標籤群組，其分別設置於該容納體，每一定位標籤群組具有複數標籤單元，各該標籤單元定義產生一定位界面，每一定位界面構成該容納體之複數區域；以及一掃描裝置，其具有一感應模組、一記憶模組及一處理模組，該感應模組感應讀取該追蹤標籤及每一定位標籤群組之各標籤單元，該記憶模組能儲存該感應模組每次讀取到各該標籤單元或該追蹤標籤的數量，以記錄為一標籤數量；該掃描裝置透過該追蹤標籤與各該標籤單元間的訊號關係，其中，該處理模組利用該分析運算將當前該記憶模組紀錄之該標籤數量，以一分析運算取得該追蹤標籤對應位於之所述定位界面，與前次該記憶模組紀錄之該標籤數量進行差值運算，由所述定位界面判斷取得該目標物位於該容納體之其中一區域。
  2. 如請求項1所述之室內定位系統，其中，該掃描裝置更具有一資訊模組，該資訊模組用於儲存該追蹤標籤及各該標籤單元之專屬資訊，該處理模組將感應到的標籤與該資訊模組內的資訊比對，確認每次讀取到各該標籤單元或該追蹤標籤的數量。
  3. 如請求項1所述之室內定位系統，其中，該掃描裝置判斷同一區域具有複數個目標物時，該掃描裝置產生一警示訊號。
  4. 如請求項1所述之室內定位系統，其中，該掃描裝置透過一第一掃描技術以複數個不同發射強度能量，感應不同訊號強度的該追蹤標籤及每一 定位標籤群組之各標籤單元。
  5. 如請求項4所述之室內定位系統，其中，該掃描裝置由該容納體的任一位置透過該第一掃描技術偵測該目標物位於該容納體的位置。
  6. 如請求項1所述之室內定位系統，其中，該掃描裝置透過一第二掃描技術以相同發射強度能量，感應不同訊號強度的該追蹤標籤及每一定位標籤群組之各標籤單元。
  7. 如請求項6所述之室內定位系統，其中，該掃描裝置由該目標物所處位置，透過該第二掃描技術以該追蹤標籤為圓心的同心圓方式，接收同心圓範圍內所述標籤單元的訊號強度，以偵測該追蹤標籤位於該容納體的位置。
  8. 如請求項1所述之室內定位系統，其中，該追蹤標籤及各該標籤單元係有源元件，該追蹤標籤及各該標籤單元透過接觸式能量輸入，能持續或間斷發射訊號；該感應模組能為電磁波能量發射器或接收器。
  9. 如請求項1所述之室內定位系統，其中，該追蹤標籤及各該標籤單元係無源元件，該追蹤標籤及各該標籤單元透過非接觸式外部能量輸入後，能持續或間斷發射訊號；該感應模組能為電磁波能量發射器或接收器。
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