TWI828218B - 多階段定位暨走失警報系統 - Google Patents

Abstract

一種多階段定位暨走失警報系統，其係在各使用者身上配戴一定位器以定期發送一識別訊息。閘道器會為識別訊息附加閘道器資訊以形成一完整訊息並上傳到一地理伺服器。地理伺服器會定時根據來自不同閘道器且源於相同識別訊息之完整訊息的數量及閘道器資訊判斷定位器在安全區域、邊界地帶、A級走失區域或B級走失區域並進行不同等級的定位及警報。若地理伺服器無法收到定位器的完整訊息，則判定定位器在C級走失區域並進行C級走失警報。本發明的設計與採納技術可減少地理伺服器的整體運算負荷及定位器的耗電量與物料成本，且減少C級走失的機率。

Description

多階段定位暨走失警報系統

本發明係有關一種定位機制，特別是指一種多階段定位暨走失警報系統。

人口高齡化為一全球性的現象，而台灣人口老化的速度相當快，必須加快腳步與高齡化及少子化交織而成的種種困境正面直球對決，刻不容緩。而人口老化直接面對的就是長期照顧的問題，少子化造成長照的人力匱乏，但台灣失智的人口還正以每天平均增加38.1人的速度在成長著。

這些失智長輩的走失，不僅為他們本身的生命帶來威脅，也讓家屬心急如焚，嚴重衝擊其生活及工作效能(進而影響這些家屬的工作場域)，此外，警局或消防局亦必須撥出人力進行協尋，難以將已然匱乏的警力及安防力分配到其他有需要的地方，而長輩本身若因走失導致生理損傷或宿疾發作，恐也衝擊台灣的醫療量能，並加重人力已然匱乏之醫護人員的工作負荷。如何藉由科技的力量，彌補台灣既有協尋系統的不足，就成為一項重要的課題。

有鑑於此，本發明針對上述習知技術之缺失及未來之需求，提出一種多階段定位暨走失警報系統，以解決上述該等缺失，具體架構及其實施方式將詳述於下：

本發明之主要目的在提供一種多階段定位暨走失警報系統，其採用LoRaWAN搭配TDoA經緯度運算的方式進行定位追蹤，因此定位器完全無需使用GPS模組，無論是訊號發送或是經緯度取得，皆基於LoRaWAN達成，可降低定位器的耗電量及物料成本。

本發明之另一目的在提供一種多階段定位暨走失警報系統，其有別於一般定位追蹤相關應用服務系統運作方式，是以多階段定位的設計，當定位器在安全區域內時，地理伺服器不對定位器的位置進行TDoA經緯度運算之精確定位，可大幅減少地理伺服器的整體運算負荷。

為達上述目的，本發明提供一種多階段定位暨走失警報系統，包括：至少一定位器，分別配戴在一使用者身上，定位器係固定週期發送一識別訊息；複數閘道器，訊號連接定位器，接收識別訊息，並為識別訊息附加至少一閘道器資訊以重新封裝成一完整訊息並上傳；以及一地理伺服器，訊號連接閘道器，用以判斷一安全區域、一邊界地帶及複數等級的走失區域，且地理伺服器定時判斷來自不同閘道器且源於相同識別訊息的完整訊息之數量，若該數量大於等於4，則依據完整訊息中之閘道器資訊判定定位器在安全區域、邊界地帶或走失區域中的一A級走失區域，並在判定出定位器在邊界地帶或A級走失區域時，依據閘道器資訊對定位器進行精確定位，且向 一行動裝置主動推播一邊界警報或一A級走失警報。若該數量大於0且小於4，則判定定位器在走失區域中的一B級走失區域，並依據閘道器資訊對定位器進行模糊定位，且向一行動裝置主動推播一B級走失警報。若一段預設時間內皆未收到源於某一定位器的任何完整訊息，則判定該定位器在走失區域中的一C級走失區域，並向一行動裝置主動推播一C級走失警報。

依據本發明之實施例，定位器採用長距離低功耗無線通訊(Long Range,LoRa)技術，識別訊息為LoRaWAN訊息。

依據本發明之實施例，識別訊息包括定位器之一定位器識別碼及其所發送之識別訊息的訊息序號，閘道器資訊包含一閘道器識別碼、閘道器接收到識別訊息時的一RSSI值及一接收時間。

依據本發明之實施例，固定週期係依據使用者之步行或移動速度動態調整，而預設時間則係依據固定週期動態調整。

依據本發明之實施例，閘道器包括：一核心閘道器，設置於安全區域之中心位置，利用接收識別訊息時的一RSSI值輔助地理伺服器界定安全區域、邊界地帶及A級走失區域，亦用以提供完整訊息給地理伺服器進行定位器之TDoA經緯度運算以進行精確定位；以及至少四台之複數周邊閘道器，設置於安全區域之四周，用以提供完整訊息給地理伺服器進行定位器之TDoA經緯度運算，以進行精確定位或模糊定位。

依據本發明之實施例，若來自不同閘道器且源於相同識別訊息之完整訊息的數量大於等於4，其中包含來自核心閘道器的完整訊息且核心閘道器之RSSI值大於等於-100dBm，則地理伺服器判定出定位器在安全區域，且不會對定位器進行TDoA經緯度運算(即精確定位)。

依據本發明之實施例，若來自不同閘道器且源於相同識別訊息之完整訊息的數量大於等於4，其中包含來自核心閘道器的完整訊息且核心閘道器之RSSI值大於等於-110dBm、小於-100dBm，則地理伺服器判定出定位器在邊界地帶，且定期對定位器進行TDoA經緯度運算(即精確定位)，並向行動裝置主動推播邊界警報。

依據本發明之實施例，若來自不同閘道器且源於相同識別訊息之完整訊息的數量大於等於4，其中包含來自核心閘道器的完整訊息且核心閘道器之RSSI值小於-110dBm，或其中不包含來自核心閘道器的完整訊息，則地理伺服器判定定位器在A級走失區域，且定期對定位器進行TDoA經緯度運算(即精確定位)，並向行動裝置主動推播A級走失警報。

依據本發明之實施例，邊界警報或A級走失警報在行動裝置上被點擊觸發後，行動裝置會定期向地理伺服器取得定位器之經緯度資訊，將精確定位後之定位器的位置顯示於行動裝置之一地圖應用程式中。

依據本發明之實施例，若來自不同閘道器且源於相同識別訊息的完整訊息數量大於0且小於4時，則地理伺服器判定定位器在B級走失區域，且定期對定位器進行模糊定位，並向行動裝置主動推播B級走失警報。

依據本發明之實施例，B級走失警報在行動裝置上被點擊觸發後，行動裝置會一次性地向地理伺服器取得定位器先前被算出之經緯度資訊(即最後一次精確定位)以及定期向地理伺服器取得定位器當前最鄰近之閘道器的經緯度資訊(即模糊定位)，並將此二經緯度資訊所指向的位置顯示於行動裝置之地圖應用程式中。

依據本發明之實施例，若地理伺服器在一段預設時間內皆未接收到來自某一定位器的任何完整訊息，則判定該定位器在C級走失區域，地理伺服器會向行動裝置主動推播C級走失警報。

依據本發明之實施例，C級走失警報在行動裝置上被點擊觸發後，行動裝置會一次性地向地理伺服器取得定位器先前被算出之最後一次精確定位的經緯度資訊以及最後一次模糊定位的經緯度資訊，並將此二經緯度資訊所指向的位置顯示於行動裝置之地圖應用程式中。

依據本發明之實施例，若地理伺服器判定出定位器已重新回到安全區域，則向行動裝置主動推播一解除警報訊息。

依據本發明之實施例，行動裝置中安裝一走失警報應用程式，可對閘道器及定位器進行設定和管理，在部署閘道器時藉由行動裝置本身內建的定位功能將閘道器所在的經緯度資訊上傳至地理伺服器記錄起來，並提供定位器之位置查詢及邊界警報、各級走失警報與解除警報訊息之接收暨提示功能，且可觸發開啟地圖應用程式，將定位器之精確定位和/或模糊定位顯示在該地圖應用程式上，並連動地圖應用程式之導航功能。

依據本發明之實施例，定位器及閘道器中分別包括：一微控制器；一LoRa模組，連接微控制器，以供定位器定期發送識別訊息及供閘道器接收識別訊息；以及一藍牙模組，連接微控制器，以供行動裝置之走失警報應用程式對定位器及閘道器進行設定和管理。

依據本發明之實施例，閘道器包括一Wi-Fi模組，以供閘道器發送完整訊息至地理伺服器。

依據本發明之實施例，地理伺服器中包括一資料庫，儲存完整訊息、閘道器識別碼及其經緯度資訊、定位器識別碼及其最新之精確定位的經緯度資訊、定位器最鄰近之閘道器識別碼等系統運作之一切所需資訊。

10:多階段定位暨走失警報系統

12:定位器

14:閘道器

14a:核心閘道器

14b:周邊閘道器

16:地理伺服器

18:行動裝置

20:安全區域

22:邊界地帶

24:A級走失區域

26:B級走失區域

28:C級走失區域

第1圖為本發明多階段定位暨走失警報系統之方塊圖。

第2圖為本發明中多階段定位之區域示意圖。

第3圖為應用本發明多階段定位暨走失警報系統之流程圖。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，熟悉本技術領域者在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應當理解，當在本說明書和所附申請專利範圍中使用時，術語「包括」和「包含」指示所描述特徵、整體、步驟、操作、元素和/或元件的存在，但並不排除一個或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元素、元件和/或其集合的存在或添加。

還應當理解，在此本發明說明書中所使用的術語僅僅是出於描述特定實施例的目的而並不意在限制本發明。如在本發明說明書和所附申請專利範圍中所使用的那樣，除非上下文清楚地指明其它情況，否則單數形式的「一」、「一個」、「一台」、「此」及「該」意在包括複數形式。

還應當進一步理解，在本發明說明書和所附申請專利範圍中使用的術語「及/或」與「和/或」是指相關聯列出的項中的一個或多個的任何組合以及所有可能組合，並且包括這些組合。

本發明提供一種多階段定位暨走失警報系統，請參考第1圖，其為本發明多階段定位暨走失警報系統之方塊圖。本發明之多階段定位暨走失警報系統10包括至少一定位器12、複數閘道器14及一地理伺服器16。定位器12與閘道器14之間是透過無線廣域網路訊號連接，定位器12固定週期發出上行的識別訊息給閘道器14。閘道器14的最佳實施例是至少五個，透過有線或無線網路與地理伺服器16訊號連接，閘道器14也傳送上行的完整訊息給地理伺服器16，此完整訊息為閘道器14在接收到定位器12發出的上行識別訊息後，為該上行識別訊息附加至少一閘道器資訊重新封裝而成。地理伺服器16另外還與至少一行動裝置18訊號連接，此行動裝置18可供照顧者使用，例如社區保全人員、社區服務人員、家扶人員、親屬等。在行動裝置18中安裝有一走失警報應用程式，可接收地理伺服器16主動推播的邊界警報、各級走失警報及解除警報訊息並跳出提示以通知照顧者，且邊界及各級走失警報提示可在照顧者點擊觸發下以一地圖應用程式顯示定位器12的精確或模糊定位。走失警報應用程式可連動該地圖應用程式的導航功能，亦可向地理伺服器16查詢定位器12的相關資訊，例如位置資訊、走失警報歷史等等。走失警報應用程式還可對定位器12及閘道器14進行設定和管理，並可在部署閘道器14時藉由行動裝置18本身內建的定位功能將閘道器14所在的經緯度資訊上傳至地理伺服器16記錄起來。

請同時參考第2圖，本發明將定位器12的周圍地區畫分成安全區域20、邊界地帶22、A級走失區域24、B級走失區域26及C級走失區域28。當定位器12進入邊界地帶22時，地理伺服器16會主動推播一邊界警報給行動裝置18。而當定位器12進入A級走失區域24、B級走失區域26或C級走失區域28時，地理伺服器16則分別會發送一對應等級的走失警報給行動裝置18。以下詳述各元件的做動。

定位器12係配戴在一使用者身上，此使用者是需要被定位追蹤的對象，例如失智長輩、孩童、寵物、物品資產......等。定位器12固定週期發出的上行識別訊息包含該定位器12的一定位器識別碼，以供地理伺服器16得知由此識別訊息重新封裝而成的完整訊息是源自哪一個定位器12，亦包含該定位器12所發出之識別訊息的訊息序號，以供地理伺服器16判斷來自不同閘道器14之複數完整訊息是否源於同一個識別訊息。由於定位器12採用長距離低功耗無線通訊(Long Range,LoRa)技術-在無任何障礙物阻隔的情況下LoRa的傳輸距離長達10公里甚至更遠，故此識別訊息為LoRaWAN訊息。定位器12中包括一微控制器(圖中未示)、一LoRa模組(圖中未示)及一藍牙模組(圖中未示)，微控制器連接LoRa模組和藍牙模組。LoRa模組用以供定位器12與閘道器14訊號連接，以定期發送識別訊息給閘道器14。藍牙模組用以供行動裝置18之走失警報應用程式與定位器12及閘道器14配對連線，對定位器12及閘道器14進行設定和管理。此外，定位器12發送上行識別訊息的固定週期係依據使用者之步行或移動速度動態調整，若使用者移動很慢，則可以拉長發送上行識別訊息的週期時間，以進一步節省定位器耗電量；若使用 者移動很快，則需縮短發送上行識別訊息的週期時間，以避免對使用者的追蹤不夠即時。

本發明之系統會在使用者身邊部署複數閘道器14，閘道器14包括一核心閘道器14a及複數周邊閘道器14b，在一較佳實施例中，周邊閘道器14b的數量為4，如第2圖之實施例，核心閘道器14a設置於安全區域20之中心位置，利用接收識別訊息時的一RSSI值輔助地理伺服器16界定安全區域20、邊界區域22及A級走失區域24，亦用以提供完整訊息給地理伺服器16進行定位器12之TDoA經緯度運算(即精確定位)。周邊閘道器14b則設置於安全區域20之四周，用以提供完整訊息給地理伺服器16進行定位器12之TDoA經緯度運算(即精確定位)或模糊定位。

閘道器14用以接收定位器12所發送之識別訊息。接著閘道器14會為識別訊息附加至少一閘道器資訊以重新封裝成一完整訊息並上傳到地理伺服器16。此必要訊息包括一閘道器識別碼、閘道器14接收到識別訊息時的一RSSI值及一接收時間。閘道器識別碼可供地理伺服器16辨別此完整訊息是由哪一台閘道器14所送出；來自核心閘道器14a之完整訊息內的RSSI值可供地理伺服器16根據門檻值判斷定位器12當前是在安全區域20、邊界地帶22或A級走失區域24；此外，藉由比對來自複數閘道器14的RSSI值強弱，可供地理伺服器16判斷定位器12當前距離哪一個閘道器14最近；最後，接收時間為閘道器14接收到識別訊息的時間，可輔助地理伺服器16對定位器12的位置進行TDoA經緯度運算。

地理伺服器16用以判斷一安全區域、一邊界地帶及複數等級的走失區域，且地理伺服器16定時判斷來自不同閘道器14且源於相同識別訊息的 完整訊息之數量。由於TDoA經緯度運算需要至少四台閘道器14的資訊才能精準進行，因此以四個完整訊息為基準，若地理伺服器16從不同閘道器14收到之源於相同識別訊息的完整訊息數量大於等於4，則依據該等完整訊息中之閘道器資訊可判定定位器12是在安全區域20、邊界地帶22或A級走失區域24。當判定出該定位器12在安全區域時，地理伺服器16不對定位器12進行精確定位(即不對其進行TDoA經緯度運算)，藉以降低運算負荷。當判定出該定位器12在邊界地帶22或A級走失區域24時，地理伺服器16依據閘道器資訊對定位器12進行精確定位(即進行TDoA經緯度運算)，且向一行動裝置18主動推播一邊界警報或A級走失警報。若來自不同閘道器14且源於相同識別訊息的完整訊息數量大於0且小於4，則判定定位器12在B級走失區域26，並依據閘道器資訊對定位器12進行模糊定位，且向一行動裝置18主動推播一B級走失警報。若一段預設時間內皆未收到源於某一定位器12的任何完整訊息，則判定該定位器12在C級走失區域28，且向一行動裝置18主動推播一C級走失警報。

請同時參考第3圖，其為應用本發明多階段定位暨走失警報系統之流程圖。於步驟S10中，定位器12配戴在使用者身上，當定位器12開機之後，會固定週期發送一識別訊息，例如每分鐘發送一次。步驟S12中，若一定位器12尚在至少一閘道器14涵蓋範圍內，則會進入步驟14，閘道器14接收識別訊息，並為識別訊息附加至少一閘道器資訊以重新封裝成一完整訊息，上傳到地理伺服器16。步驟S16中，地理伺服器16會先判斷送訊息來的閘道器和定位器是否為本系統簽約服務的裝置，若是，才會將完整訊息儲存在地理伺服器16內的一資料庫(圖中未示)中，接著地理伺服器16也會定時(例 如每分鐘一次)確認是否有尚未處理的訊息，並判斷是否從不同的閘道器14接收到源於相同識別訊息之完整訊息。進一步，在步驟S18中，地理伺服器16判斷源於相同識別訊息的完整訊息數量是否大於等於4(因為TDoA經緯度演算法需要至少四台閘道器14才能精準進行)。若此數量大於等於4，則代表定位器12在安全區域20、邊界地帶22或A級走失區域24，這時候利用完整訊息中的閘道器資訊便可判定出該定位器12到底在哪一個區域，若定位器12在安全區域20，則不對定位器12進行TDoA經緯度運算(即精確定位)，如此可降低地理伺服器16的運算負荷；若定位器12在邊界地帶22或A級走失區域24，才對定位器12進行TDoA經緯度運算(即精確定位)，並向行動裝置18主動推播一邊界警報或A級走失警報，如步驟S20~S22所述。若此數量小於4，代表只有1~3台閘道器14接收到了定位器12的識別訊息，而低於四台閘道器14就無法精準進行TDoA經緯度運算，因此判定定位器12在B級走失區域26，並對定位器12進行模糊定位，且向行動裝置18主動推播一B級走失警報，如步驟S24所述。在步驟12中，若一定位器12已離開所有閘道器14的涵蓋範圍，則地理伺服器16在一段預設時間內皆不會收到源於該定位器12的任何完整訊息，此時便判定該定位器12在C級走失區域28，並向行動裝置18主動推播一C級走失警報。

以下進一步說明如何界定安全區域20、邊界地帶22、A級走失區域24、B級走失區域26及C級走失區域28，以將多階段定位暨走失警報機制分成五個不同的處理階段。本發明會依據定位器識別碼、訊息序號(皆包含在識別訊息中)、閘道器識別碼、閘道器接收到識別訊息時的RSSI值(皆包含 在完整訊息中)及源於相同識別訊息之完整訊息的數量等資訊判斷定位器12目前位在哪一個區域，並進行不同階段的處理程序。

部署閘道器14的時候就已知道每個閘道器14的經緯度資訊，這是地理伺服器16進行TDoA經緯度運算以對定位器12進行精確定位的基礎之一，另一基礎是閘道器14接收到識別訊息的時間，地理伺服器16收集到來自至少四台閘道器14、且源於相同識別訊息之完整訊息，即有能力對來源的定位器12進行TDoA經緯度運算(即精確定位)。另一方面，RSSI值有兩種用途，首先，核心閘道器14a接收到識別訊息時的RSSI值可供地理伺服器16根據門檻值界定出定位器12在安全區域20、邊界地帶22或A級走失區域24；再者，複數閘道器14接收到識別訊息時的RSSI值可供地理伺服器16透過比較其強弱得知定位器12距離哪一個閘道器14最近。本發明將安全區域的RSSI門檻值設定為-100dBm，將邊界地帶的RSSI門檻值設定為-110dBm，此為模擬實驗的最佳數值。在上述步驟S18中，當源於相同識別訊息之完整訊息的數量大於等於4(接收到來自至少四個不同閘道器14且源於相同識別訊息之完整訊息)，則代表定位器12在安全區域20、邊界地帶22或A級走失區域24，此時，進一步判斷完整訊息中是否包含從核心閘道器14a送出者，若否，則判定定位器12已位於A級走失區域，處理方式同下述第3點；若是，則進一步判斷RSSI值，如下所述：

1.若來自核心閘道器14a之完整訊息中的RSSI值大於等於-100dBm，則地理伺服器16會判定定位器12位於安全區域20，由於此階段使用者並未走失，並無精確定位的必要，故不對定位器12進行任何TDoA經緯度運算(即精確定位)，藉以降低地理伺服器16的運算負荷。

2.若來自核心閘道器14a之完整訊息中的RSSI值介於-101dBm到-110dBm之間，則地理伺服器16會判定定位器12位於邊界地帶22，由於此階段使用者有即將走失之虞，且尚在至少四台閘道器14的涵蓋範圍內，可進行TDoA經緯度運算，故開始對定位器12定期進行TDoA經緯度運算(即精確定位)，並向照顧者的行動裝置主動推播一邊界警報以提醒照顧者應立即前往使用者位置予以關切。

3.若來自核心閘道器14a之完整訊息中的RSSI小於-110dBm，則地理伺服器16會判定定位器12已超出邊界地帶22，進入了A級走失區域24。需注意的是，當定位器12位於此區域時，仍位於至少四台閘道器14的涵蓋範圍內，故仍可進行TDoA經緯度運算，地理伺服器16會繼續對定位器12定期進行精確定位，並向照顧者的行動裝置主動推播一A級走失警報以提醒照顧者應立即前往使用者位置予以關切、或是向警方提供精確協尋資訊。

4.當定位器12繼續外移，進入少於四台閘道器14涵蓋範圍的區域時，地理伺服器16就會根據源於相同識別訊息之完整訊息的數量不到4而察覺此情況，並判定定位器12已進入B級走失區域26。此時閘道器14的數量已不足以精準進行TDoA經緯度運算之精確定位，僅可模糊定位，即定期比較該等完整訊息中之RSSI值強弱以判定出定位器12當前距離哪一台閘道器14最近，另外當然也保留先前算出之最後一次精確定位的經緯度資訊，並向照顧者的行動裝置主動推播一B級走失警報以利照顧者和/或警方根據最後一次精確定位以及當前最鄰近之閘道器14的位置與其涵蓋範圍進行大範圍搜索。

5.若定位器12繼續外移，而地理伺服器16察覺到針對此定位器12已經「超過預設倍數(如4倍)之定位器12訊息發送週期」都沒有收到源於該定位器的任何完整訊息，例如原本1分鐘就會收到源於定位器12的完整訊息，但此時已經超過4分鐘都沒有收到，此時，地理伺服器16便會判定該定位器12已進入了C級走失區域28，也就是沒有任何閘道器14涵蓋到的走失範圍。由於地理伺服器16無法收到源於此區域之任何識別訊息形成的完整訊息，故無法對該區域的定位器進行定位，僅能保留最後一次精確定位以及失聯前最鄰近閘道器14的經緯度資訊(即最後一次模糊定位)，並向照顧者的行動裝置主動推播一C級走失警報以利照顧者和/或警方根據最後一次精確定位以及失聯前最鄰近閘道器14的位置與其涵蓋範圍進行大範圍搜索。前述預設倍數係依據使用者步行或移動速度動態調整。

當一定位器12在安全區域20時(本發明視此為第一階段)，雖然地理伺服器16不會對該定位器12進行TDoA經緯度運算(即精確定位)，但若對應照顧者想關切配戴該定位器12之使用者在安全區域20中的大略位置時，即使未收到任何走失警報，仍可透過走失警報應用程式查詢該定位器12在安全區域20中的模糊定位，即該定位器12當前最鄰近之閘道器14的經緯度資訊。

若地理伺服器16判定出一定位器12在邊界地帶22(本發明視此為第二階段)，則開始定期針對該定位器12進行TDoA經緯度運算、並將經緯度寫入資料庫中。此階段開始耗用較多地理伺服器16運算資源。地理伺服器16也將主動透過雲端訊息推播服務(例如Google FCM)向對應照顧者之走失警報應用程式推播「邊界警報」訊息，而走失警報應用程式接收到此訊息時， 會跳出邊界警報的提示訊息，照顧者點擊該提示訊息後，走失警報應用程式便會開始定期透過Web API向地理伺服器16的資料庫取得該定位器12之經緯度，並在地圖應用程式(例如Google Maps介面)上標示出該定位器12當前的經緯度位置，直到該定位器12離開邊界地帶22。關於走失警報應用程式定期向地理伺服器16取得定位器12經緯度的週期，可配合定位器12發送識別訊息及地理伺服器16處理完整訊息的週期來設定，以目前系統實施例而言，此兩訊息的發送週期皆為1分鐘，故亦將走失警報應用程式取得經緯度的週期設定為1分鐘，而這些週期都可根據簽約服務場域的實際需求(如使用者的步行或移動速度等)進行動態調整。

若地理伺服器16判定出一定位器12在A級走失區域24(本發明視此為第三階段)，由於該定位器12仍位於至少四台閘道器14的涵蓋範圍內，故仍可定期針對該定位器12進行TDoA經緯度運算、並將經緯度寫入資料庫中。此階段亦耗用較多地理伺服器16運算資源。地理伺服器16也將主動透過雲端訊息推播服務(例如Google FCM)向對應照顧者之走失警報應用程式推播「A級走失警報」訊息，而走失警報應用程式接收到此訊息時，會跳出A級走失警報的提示訊息，照顧者點擊該提示訊息後，走失警報應用程式便會開始定期透過Web API向地理伺服器16的資料庫取得該定位器12之經緯度，並在地圖應用程式(例如Google Maps介面)上標示出定位器12當前的經緯度位置，直到該定位器12離開A級走失區域24。關於走失警報應用程式定期向地理伺服器16取得定位器12經緯度的週期，同前段所述。

若地理伺服器16判定出一定位器12在B級走失區域26(本發明視此為第四階段)，由於該定位器12已位於不到四台閘道器14的涵蓋範圍內， 故已無法對該定位器12精準進行TDoA經緯度運算，此時地理伺服器16除了保留住前段所述之該定位器12的最後一次精確定位外，僅能針對該定位器12定期進行模糊定位，即定期比較來自該定位器12且源於相同識別訊息之完整訊息內的RSSI值強弱以判定出該定位器12當前距離哪個閘道器14最近。此階段地理伺服器16將主動透過雲端訊息推播服務(例如Google FCM)向對應照顧者之走失警報應用程式推播「B級走失警報」訊息，而走失警報應用程式接收到此訊息時，會跳出B級走失警報的提示訊息，照顧者點擊該提示訊息後，走失警報應用程式便會透過Web API向地理伺服器16的資料庫一次性地取得「該定位器12的最後一次精確定位」以及定期取得「該定位器12當前最鄰近之閘道器14的經緯度(即模糊定位)」，並在地圖應用程式(例如Google Maps介面)上標示出該定位器12最後一次精確定位下的經緯度位置以及當前最鄰近之閘道器14的經緯度位置，直到該定位器12離開B級走失區域26。關於走失警報應用程式定期向地理伺服器16取得最鄰近閘道器14經緯度的週期，同前段所述。

若地理伺服器16判定出一定位器12在C級走失區域28(本發明視此為第五階段)，代表地理伺服器16認定已無任何閘道器14涵蓋著該定位器12，故已無法針對該定位器12的當前位置進行任何形式的定位。進入此階段時，地理伺服器16將主動透過雲端訊息推播服務(例如Google FCM)向對應照顧者之走失警報應用程式推播「C級走失警報」訊息，而走失警報應用程式接收到此訊息時，會跳出C級走失警報的提示訊息，照顧者點擊該提示訊息後，走失警報應用程式便會透過Web API向地理伺服器16的資料庫一次性地取得「該定位器12的最後一次精確定位」及「該定位器12的最後一次模糊 定位」，並在地圖應用程式(例如Google Maps介面)上標示出該定位器12最後一次精確定位下的經緯度位置以及失聯前最鄰近之閘道器的經緯度位置(即模糊定位)，直到該定位器12回到B級走失區域26。

使用者走失到C級走失區域28的第五階段情況發生機率不會太高，原因在於LoRa是一種長距離傳輸的無線通訊技術，藉由閘道器14的參數調整，每個閘道器14的涵蓋範圍達可數公里至十數公里，相當廣闊，而使用者通常為年長者，其步行速度一般而言不會太快，並不容易在短時間內就橫跨好幾個區域到完全無法定位的地步，再加上第二階段邊界地帶22到第四階段B級走失區域26的走失警報機制，已經讓照顧者(如社區保全人員、社區服務人員、家扶人員、親屬等)和/或警方有很大的機會能找到使用者，不至於讓使用者一路走失到C級走失區域28。另一方面，本發明在商業營運層面若能大量簽約部署，則閘道器14的數量及分布地點將足以擴大能精確或模糊定位使用者的範圍，如此亦能降低第五階段C級走失的發生機率。

在前述的五階段中，若定位器12從其中一個區域回到了前一個區域，例如從C級走失區域28回到B級走失區域26時，警報內容就會隨之調整。若定位器12再度回到了安全區域20，則地理伺服器16就會主動透過雲端訊息推播服務(例如Google FCM)向對應照顧者之走失警報應用程式推播「解除警報」訊息。此外，走失警報應用程式除了平時查詢、邊界/走失/解除警報訊息接收、定位器12精確或模糊定位顯示、地圖應用程式(例如Google Maps)導航之連動等功能外，亦可對閘道器14及定位器12進行設定和管理，以及在部署閘道器14時藉由行動裝置18本身內建的定位功能將閘道器14所在的經緯度資訊上傳至地理伺服器16記錄起來。

目前市面上大部分的定位系統或相關應用服務都是定期進行精確定位(如Google Maps導航服務)，無關乎被追蹤的目標位居何處、是否有必要進行精確的定位等，然而若以此種一般性做法導入本發明之相關系統，將會為地理伺服器16帶來大量不必要的運算負荷。故本發明的核心設計就在於：「沒必要進行精確追蹤」的情況，地理伺服器16就「不進行精確定位」，也就是說，針對「位於安全區域20內的定位器12」，地理伺服器16一律「不進行TDoA經緯度運算」，此設計將可降低地理伺服器16的整體運算負荷，且此效益在使用者數量日增時將越發明顯。本發明已藉由模擬實驗驗證了：「初始時位於半徑約為一公里之安全區域20內的100位使用者，即使在8小時內每一位皆維持不斷移動的狀態，8小時後仍有高達71.32%的比例仍位於安全區域20內」，此結果印證了提出本發明的關鍵假設確實成立：「多數使用者大部分時間裡皆身處於安全區域20內」，故「針對『位於安全區域20內的定位器12』，地理伺服器16一律不進行TDoA經緯度運算」確實有機會降低地理伺服器16的整體運算負荷。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:多階段定位暨走失警報系統

12:定位器

14:閘道器

14a:核心閘道器

14b:周邊閘道器

16:地理伺服器

18:行動裝置

Claims (17)

1. 一種多階段定位暨走失警報系統，包括：至少一定位器，分別配戴在一使用者身上，每一該至少一定位器係固定週期發送一識別訊息；複數閘道器，訊號連接該定位器，接收該識別訊息，並為該識別訊息附加至少一閘道器資訊以重新封裝成一完整訊息並上傳；以及一地理伺服器，訊號連接該等閘道器，用以判斷一安全區域、一邊界地帶及複數等級的走失區域，且該地理伺服器定時判斷來自不同之該等閘道器且源於相同之該識別訊息的該等完整訊息之數量，若該數量大於等於4，則依據該等完整訊息中之該至少一閘道器資訊判定該定位器在該安全區域、該邊界地帶或該些等級的走失區域中之一A級走失區域，並在判定出該定位器在該邊界地帶或該A級走失區域時，依據該至少一閘道器資訊對該定位器的位置進行精確定位，且向一行動裝置主動推播一邊界警報或一A級走失警報，若該數量大於0且小於4，則判定出該定位器在該些等級的走失區域中之一B級走失區域，並依據該至少一閘道器資訊對該定位器的位置進行模糊定位，且向該行動裝置主動推播一B級走失警報，若一段預設時間內皆未收到源於某一該定位器的任何該完整訊息，則判定出該定位器在該些等級的走失區域中之一C級走失區域，並向該行動裝置主動推播一C級走失警報。
2. 如請求項1所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該定位器採用長距離低功耗無線通訊(Long Range,LoRa)技術，該識別訊息為LoRaWAN訊息。
3. 如請求項1所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該識別訊息包括該至少一定位器之一定位器識別碼及其所發送之該識別訊息的一訊息序號，該閘道器資訊包含該等閘道器各自之一閘道器識別碼、該等閘道器各自接收到該識別訊息時的一RSSI值及一接收時間。
4. 如請求項3所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該固定週期係依據該使用者之步行或移動速度動態調整，而該預設時間則係依據該固定週期動態調整。
5. 如請求項1所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該等閘道器包括：一核心閘道器，設置於該安全區域之中心位置，利用接收該識別訊息時的一RSSI值輔助該地理伺服器界定該安全區域、該邊界地帶及該A級走失區域，亦用以提供該完整訊息給該地理伺服器進行該定位器之TDoA經緯度運算，以進行該精確定位；以及至少四台周邊閘道器，設置於該安全區域之四周，用以提供該完整訊息給該地理伺服器進行該定位器之該TDoA經緯度運算以進行該精確定位或該模糊定位。
6. 如請求項5所述之多階段定位暨走失警報系統，其中若來自不同之該等閘道器且源於相同之該識別訊息的該等完整訊息之數量大於等於4，其中包含來自該核心閘道器的該完整訊息且該核心閘道器之該 RSSI值大於等於-100dBm，則該地理伺服器判定該定位器在該安全區域內，且不會對該定位器的位置進行該TDoA經緯度運算。
7. 如請求項5所述之多階段定位暨走失警報系統，其中若來自不同之該等閘道器且源於相同之該識別訊息的該等完整訊息之數量大於等於4，其中包含來自該核心閘道器的該完整訊息且該核心閘道器之該RSSI值大於等於-110dBm、小於-100dBm，則該地理伺服器判定該定位器在該邊界地帶，且定期進行該TDoA經緯度運算，並向該行動裝置主動推播該邊界警報。
8. 如請求項5所述之多階段定位暨走失警報系統，其中若來自不同之該等閘道器且源於相同之該識別訊息的該等完整訊息之數量大於等於4，其中包含來自該核心閘道器的該完整訊息且該核心閘道器之該RSSI值小於-110dBm，或其中不包含來自該核心閘道器的該完整訊息，則該地理伺服器判定該定位器在該A級走失區域，且定期進行該TDoA經緯度運算，並向該行動裝置主動推播該A級走失警報。
9. 如請求項7或請求項8所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該邊界警報或該A級走失警報在該行動裝置上被點擊觸發後，該行動裝置會定期向該地理伺服器取得該定位器之經緯度資訊，並將該精確定位後之該定位器之位置顯示於該行動裝置之一地圖應用程式中。
10. 如請求項9所述之多階段定位暨走失警報系統，其中若來自不同之該等閘道器且源於相同之該識別訊息的該等完整訊息數量大於0且小於4，則該地理伺服器判定該定位器在該B級走失區域，且定期進行該模糊定位，即定期比較該等完整訊息內之RSSI值強弱以判定當前該定 位器距離該等閘道器中之何者最近，並向該行動裝置主動推播該B級走失警報。
11. 如請求項10所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該B級走失警報在該行動裝置上被點擊觸發後，該行動裝置會一次性地向該地理伺服器取得該定位器先前最後一次被算出之經緯度資訊以及定期向該地理伺服器取得該定位器當前最鄰近之該閘道器的經緯度資訊，並將此二經緯度資訊所指向的位置顯示於該行動裝置之該地圖應用程式中。
12. 如請求項9所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該C級走失警報在該行動裝置上被點擊觸發後，該行動裝置會一次性地向該地理伺服器取得該定位器之最後一次該精確定位的經緯度資訊及最後一次該模糊定位的經緯度資訊，並將此二經緯度資訊所指向的位置顯示於該行動裝置之該地圖應用程式中。
13. 如請求項9所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該定位器若再度回到該安全區域，則該地理伺服器向該行動裝置主動推播一解除警報訊息。
14. 如請求項13所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該行動裝置中安裝一走失警報應用程式，對該等閘道器及該至少一定位器進行設定和管理，在部署該等閘道器時藉由該行動裝置本身內建的一定位功能將該等閘道器所在的經緯度資訊上傳至該地理伺服器中記錄，並提供該至少一定位器之位置查詢及該邊界警報、該A級走失警報、該B級走失警報、該C級走失警報與該解除警報訊息之接收暨提示功能，且該邊界警報、該A級走失警報、該B級走失警報及該C級走失警報之提示經觸發即 開啟該地圖應用程式，將該至少一定位器之當前或最後一次精確定位的位置和/或該等閘道器中當前或失聯前最鄰近者的位置顯示在該地圖應用程式上，並連動該地圖應用程式之導航功能。
15. 如請求項1所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該至少一定位器及該等閘道器中分別包括：一微控制器；一LoRa模組，連接該微控制器，以供該定位器定期發送該識別訊息及供該等閘道器接收該識別訊息；以及一藍牙模組，連接該微控制器，以供該行動裝置之該走失警報應用程式對該定位器及該等閘道器進行設定和管理。
16. 如請求項1所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該等閘道器分別包括一Wi-Fi模組，以供該等閘道器發送該等完整訊息至該地理伺服器。
17. 如請求項3所述之多階段定位暨走失警報系統，其中該地理伺服器中包括一資料庫，儲存該等完整訊息、該等閘道器識別碼及其經緯度資訊、該至少一定位器識別碼及其最新之該精確定位的經緯度資訊、該至少一定位器最鄰近之該閘道器識別碼。

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