TWM480071U

TWM480071U - 地表定位系統

Info

Publication number: TWM480071U
Application number: TW101218970U
Authority: TW
Inventors: Jung-Tang Huang
Original assignee: Internat Mobile Iot Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-06-11

Description

地表定位系統

一種地表定位系統，特別是指具有定位功能的智慧聯網系統，由複數個具有通訊功能的固定式LED燈，一行動通訊裝置所組成，可進一步加入一雲端運算器、及至少一張標出該固定式LED燈世界座標與高度的地圖。

眾所皆知，全球定位系統(GPS)，在無遮蔽的戶外，使用一般的行動通訊裝置，其定位精度基本上為10-20米，若要更準確的定位，則需要更昂貴的配備。對於需要定位精度超過兩米以內的要求，僅靠一般的行動通訊裝置與GPS，目前仍然無法達成，所以有改善的必要。

再者，對於有遮蔽的戶外或室內，全球定位系統(GPS)，基本上就無用武之地，建築物眾多的城市內，人們活動幾乎都在建築物內，加上目前全球人口有超過一半都居住在城市內，因此能夠對遮蔽的戶外或室內的人員、寵物等、或對遮蔽的戶外計程車、公車、私人轎車、器具、河道上的航具等精準定位，乃是非常重要的；另外精準定位還可以提供各種以位置相關的服務(location-based service)與協助、進行資料探勘等功能。

本創作的目的在提供一種地表定位系統，以室內/室外燈源為基礎，該燈源係內建藍牙4.0以上通訊功能的LED電燈，室內/室外使用者(包含人員或載具)攜帶至少具有藍芽4.0以上通訊與WIFI通訊功能的行動通訊裝置，例如穿戴式通訊裝置，或手機等；讓每個攜帶行動通訊裝置的使用者可精準定位，無論室內與室外，其精度至少在1~2米，可以知道使用者與其所處環境的位置，可以記錄，可以分析，可以處理，作為私人安全的監控，或是政府單位為人民提供位基(location-based)公共服務，或是商業單位為消費者提供位基商業服務，或是醫療單位為病患提供位基醫療服務。

本創作的目的在提供一種地表定位系統，以室內/室外燈源為基礎，該燈源係內建藍牙4.0以上通訊功能的LED電燈，室內/室外人員或車輛攜帶至少具有藍芽4.0以上通訊與WIFI通訊功能的行動通訊裝置，例如穿戴式通訊裝置，耳機型或手環型，或手機、平板電腦等；讓室內/室外的燈源的開啟與否或亮度可因其周圍的行動通訊裝置的定位而調整，達到節能減碳的功能。

本創作的目的在提供一種地表定位系統，以室內室外燈源為基礎，該燈源係內建藍牙4.0以上通訊功能的LED電燈，人員佩帶至少具有藍芽4.0以上通訊與WIFI通訊功能的行動通訊裝置，例如穿戴式通訊裝置，耳機型或手環型，或手機、平板電腦等；行動通訊裝置藉由藍牙通訊讀取收集用戶身上配戴的感測器資料，甚至LED電燈上加裝的環境感測器資料，配合上述的定位資料，構成一具有地表定位為基礎的用戶穿戴感測器以及環境感測器資料的智慧聯網系統。

室外燈源泛指街燈、地燈、壁燈等室外燈，可配或不配太陽能電池。可以照明戶外區域，例如馬路、公園、停車場、建築物、步道、公園道路、公路和其他公共區域。室外燈源在馬路、公園道路等提供車輛與行人所需的夜間照明，在許多城市常佔有很大的電費支出，雖然政府有義務於夜間提供安全的活動環境，然則因為節能減碳的要求，室外燈源仍然需要藉由智慧型的控制，達到省電與安全照明的兩種目的。過去有人嘗試以GPS定位來控制LED街燈，或是在燈柱上安放ZIGBEE的無線感測器(WSN)模組，企圖配合GPS定位攜帶行動裝置的人員，作為控制街燈是否明亮的依據，此舉的缺點乃是行動裝置之GPS的定位精度僅達10-20米，而ZIGBEE很容易受到樹葉樹木的遮蔽影響，因此控制街燈是否明亮的效果不佳，常常該點亮而未點亮，不該點亮，反而點亮。因此點亮街燈與否，需要有更可靠的方法。

街燈與街燈的距離一般為30米，若是路寬為12米，只需要一排燈，若是路寬大於24米，需要兩排路燈，一般街燈的高度約為4米、6米、8米、10米。高度越低，照明範圍越小，所需的瓦特數小，需要較密集的街燈。反之，高度越高，照明範圍越大，所需的瓦特數大，不需要較密集的街燈。一般以現行技術而言，96瓦的街燈，高度八米，街燈與街燈的距離為32米，若是從日落到日出的平均時間為11小時，則每天需要1.056KW-H，相當於一度電，一年約365度電。

街燈點亮的時間隨著季節與地點不同，基本上由於電燈內嵌含微控制器的藍牙通訊模組，一種可能的實施例是TI CC2540/2541或是CSR-1000，CSR-1001等，或是ANT、ANT+，可以在其微控制器內程式化當地的日出日落時間，又藍牙通訊模組，可以由行動通訊裝置直接無線對其寫入更新的控制參數，因此街燈點亮的時間可以智慧型的調控，兼顧安全照明與節能減碳。

街燈基本上乃是為了行經該街燈照明範圍的人員或車輛提供夜間照明，因此除了上述按照季節日出日落限定點亮的時間外，還可以藉由行動裝置的藍牙與WIFI，特別是藍牙與街燈內的藍牙之間的接收訊號強度指標(RSSI)或距離來調整其照明強度，其通訊強度以50米為較佳實施例，因為在這樣的狀況，可確保夜間行人的周遭50米的視野內都是照明完整的，甚至也可以當附近無人在50米內，採用低照度，維持不讓壞人藏匿的可能，又能兼顧節能減碳，而當有人在50米內，再採用高照度。

夜間時段行人與車量稀少時，降低照度，不但可以省電，同時也可降低街燈的LED模組與其他電路模組的折舊率，相對提高使用壽命。

如圖1所示，為本創作之街燈，在交流-直流轉接器101的48V DC的輸出線加入一電路方塊，該電路方塊主要係包含LDO模組102，藍芽4.0的模組103，達靈頓對(Darlington pair)104，LED模組105，該藍芽4.0的模組103的實施例可以是TI的CC2540/2541，或是CSR-1000，CSR-1001等，或是ANT、ANT+，內建微控制器8051，因此可以寫入程式，進行各種調光的控制，例如透過脈寬調變(PWM)控制提供給達靈頓放大器(Darlington)104再給LED模組105的導通時間以提供照明的亮度。另外，有關電燈轉換成內建藍牙4.0以上通訊功能的LED電燈，可參考創作人申請的中華民國新型專利，案號100127360“燈源為基礎的物聯網”。該新型提出在既有的標準LED燈泡或LED燈管內建藍牙4.0以上通訊功能的電路模組，讓用戶可以直接更換舊有的電燈或燈管，成為具通訊功能的LED電燈。

如圖1所示的LED燈其內嵌的無線通訊模組，如上述之TI的CC2540/2541，為同時具有藍牙低功耗通訊功能以及微控制器的系統晶片，該晶片工作於從節點模式時，其廣播的資料最長可達128bytes，該資料可能的組合實施例可以包含26byte的經度座標、26byte的緯度座標、9byte的高度座標、30bytes的環境感測器資料、6bytes的時間資料等。此處要特別注意經緯度與高度座標乃標示此LED燈的所在位置或地點，乃是具唯一性的世界座標，遵守EXIF標準，如表.1所示，因此可以容易進行轉換，也可以將其內嵌於圖片、影片、錄音檔。有了LED燈的所在位置或地點，行動通訊裝置的藍牙模組即可利用掃描的方式快速取得其周圍的 LED燈的三維座標，進而推算出行動通訊裝置自己的三維座標。

換言之，本創作所稱的定位功能，主要是利用更換原有電燈(燈泡或燈管)成為具通訊功能的LED電燈，該LED電燈內建藍牙4.0以上通訊功能的電路模組；另提供一行動通訊裝置，至少具有藍芽4.0以上通訊與WIFI通訊功能，用戶藉由該行動通訊裝置掃描其所在處附近的LED電燈上的經緯度與高度座標或藍牙辨識碼(BTID)以及其接收訊號強度指標(Received Signal-Strength Indicator,RSSI)值，直接於行動通訊裝置內加以運算，並且透過WIFI將這些資料送到附近的閘道器(gateway)或是雲端，送出給相關照護人員或監控人員。該定位資訊或知識的取得是建立於三點定位的技術，其主要方法是三角定位技術配合功率發射調控技術以有效增進定位精度，其執行順序：步驟一、行動通訊裝置的藍牙主節點利用掃描功能來讀取在藍牙4.0可及範圍的從節點，這時候藍牙主節點的收發功率都是最大的位準，同時其掃瞄所需時間非常短，可少至1/20秒內；步驟二、利用至少一三燈源組合進行三角定位確定在掃描範圍內的藍牙主節點的可能位置，可以由多個三燈源組合來增進其定位精度。

設置於天花板的燈具或街燈由於具有制高權，結合行動通訊裝置可以有效執行從節點與主節點之間的視線(LOS,Line of Sight)通道，不會有嚴重的多重路徑傳輸，因此其精確度可以大為提升。可以根據移動人物的多寡進行適當的校正，也可使用模糊推論，或類神經推論等方法，來建立模型。此為熟悉此技藝者習知的技術，在此不再贅述。

有了上述的定位功能，各種LED燈調光調色的控制即可透過CC2540/2541等自動根據行動通訊裝置的位置與LED燈位置之間的距離進行調光，達到節能減碳的功能。例如對於街燈的調光，直接由行動通訊裝置對LED燈內嵌的 CC2540/2541等通訊模組寫入RSSI，或是對其寫入距離，由於行人的移動速度一般為5000米/3600秒=1.5米/秒，加上街燈之間通常為30米，因此LED街燈可根據一設定時間例如一秒內接受到手機給的距離或RSSI，決定調光的亮度，仍屬快速有效。須注意較佳的最低亮度，仍為50%亮度或更低亮度，調整的方式可漸亮或漸暗。

除自動調光調色之外，本創作所稱的街燈以及室內燈還可作為地表定位系統的地標，對於這兩種角色，如何兼顧，其解決方案如下：

一、讓燈源設定為從節點，可以被掃描，對於多個行動通訊裝置同時出現，每個行動通訊裝置都能透過掃描到該從節點燈源的該燈源的座標，或是藍牙辨識碼，與RSSI值，因此能上傳雲端運算器，獲得定位結果。進行調光的方法是由行動通訊裝置對燈源寫入RSSI值，燈源調光乃是根據一段時間內例如兩秒，收集周圍多個行動通訊裝置寫入的RSSI值，以最強的RSSI值為依據，立即對應進行調光，基本上RSSI值越大，光度越大。如果較長時間例如5秒以上，沒有收到RSSI的寫入，表示四下無人，應該進行調暗燈光，例如降到50%亮度。

二、燈源的藍牙低功耗模組，分時改變成主節點、與從節點，工作於主節點時，用於讀取周圍行動通訊裝置的RSSI，取其最靠近者，作為其調光的依據；當處於從節點模式時，則受到周圍行動通訊裝置的掃描取得，包括燈源的座標或是燈源的藍牙辨識碼，以及RSSI值，因此能直接運算或上傳雲端運算器，獲得定位結果。

三、每一節點設計成兩個CC2540或CC2541所組成，其中一個設定為從節點，一個設定為主節點。主節點用於讀取周圍行動通訊裝置的RSSI，取其最靠近者，作為其調光的依據；從節點，則受到周圍行動通訊裝置的掃描取得，包括燈源的座標或是燈源的藍牙辨識碼，以及RSSI值，因此能直接運算或上傳雲端運算器，獲得定位結果。

四、所有的街燈都只是無線通訊從節點，廣播MAC位址、經緯度與高度座標，車子與人員都攜帶手機，直接掃描取得街燈的從節點座標與MAC位址，或兩者之一，即可傳送至雲端運算，其實如果手機能直接掃描取得街燈從節點的座標與RSSI，則手機就可由三點定位直接計算出手機所在的位置，無須經過雲端的運算，更為迅速，也就是說手機要精準定位，其實可以直接透過自己的APP就能達到定位，又無需交付網路的通訊費，如果要給雲端監控，則可同時透過WIFI或是透過2G/3G/4G/將定位資料傳送給雲端，如果不要，也可自行取得定位資料，這對於隱私權大有幫助。此外進一步，配合GOOGLE-MAP離線版本，可以即時將位置顯示於GOOGLE-MAP上。

對於室外的定位系統，因為已經有全球定位系統GPS，可以有GPS與本創作之EPS兩套系統的互補，當附近沒有任何地標燈源時，例如50米以內，這時的定位是以GPS為主，如果附近50米內有至少三個地標燈源時，則以EPS之三角定位來運算世界位置。進入室內，基本上是以EPS之室內燈源為定位的依據。

室內與室外的系統轉換必須考慮以下要素，要達到無縫隙的切換地圖系統，其過程如圖2所示，開啟行動通訊裝置的EPS應用程式(APP)120：

步驟一、利用行動通訊裝置讀取GPS與掃描街燈的經緯度與高度座標121，若沒有GPS訊號，則以藍牙燈源的經緯度與高度座標為主，但可能同時掃描到其它非燈源的藍牙訊號，需要能加以排除。排除方法是讓藍牙燈源傳送其所在的經緯度與高度座標，而非燈源的藍牙訊號，則沒有經緯度與高度座標，因此就能加以排除。若有GPS訊號，沒有掃描街燈的經緯度與高度座標，則以GPS為主。若兩者皆有，仍以藍牙燈源的經緯度與高度座標為主。

步驟二、利用搜尋引擎比對最近取得之GPS附近的室內地圖122，擷取對應地圖，該地圖具有已取得之該藍牙燈源的辨識碼或是該燈源的經緯度與高度座標。

步驟三、在該地圖內進行室內追蹤123，若即時讀取的藍牙燈源的辨識碼或是該燈源的經緯度與高度座標無法於該地圖找到，則回到步驟一。若不使用EPS應用程式(APP)，則進入結束124。

如圖3所示，由於室外定位系統幾乎都屬於公共區域，地圖系統因此主要是由GPS與街燈地標31所構成，而室內燈源定位系統33，需要以室內地圖34資料庫為基礎，室內地圖34屬於公共區域35的包括學校、政府單位、醫院、百貨公司、遊樂場所、各類公開的商業場所等；室內地圖34屬於私人區域36的，則為住宅。應用程式(APP)EPS-home產生個人家庭的地圖，儲存於個人的雲端計算器中；而應用程式(APP)EPS-outdoor則是可以公開查詢，但不能隨意更改，基於安全性與隱私性的顧慮，公共區域35可以提供對燈源地標的狀況於Google map或Apple map。私人區域36則要另外設一個地圖系統，例如將Google map或Apple map當作背景，加註街燈地標，也就是由個人雲端資料庫，提供加註資料，而加註資料屬於個人所有。若加註資料要成為公開資料，需要經過認證，其認證的方式可以參考WIKI的義工管理制度，藉由統計由10個不同的人提供，才加以更新。

Google Maps是一種Google服務，提供了強力的友善的地圖映射技術與在地商業資訊-包含了商業地點、聯絡資訊、與驅車方向。Google Maps Javascript是一種免費的服務可以讓消費者內嵌Google Maps到他們自己的網頁。如圖4A所示，為行動通訊裝置10的Google map的內容，圖4B為加註“街燈地標40”以及“使用者所在位置41”的Google map，使用者可以開放這個即時資料給相關受許可的人員觀看，另外也可以成為歷史記錄，做為日後查詢之用。

根據上述的技術說明，本創作的地表定位系統(EPS)可提供的位置服務包括以下各項：

‧確定用戶的位置

‧跟踪用戶的位置

‧通知用戶他/她的位置

‧通知其他的用戶，與該用戶相關的用戶的位置

‧在Google地圖或是APPLE地圖或是室內地圖上顯示用戶的位置

‧當用戶在需要幫助時，通知適當的機構。

地表定位系統的定位方式除了上述使用行動通訊裝置為主節點配合固定式燈源為從節點之外，也可以將移動的裝置作為從節點，固定式燈源為主節點或主從交替節點，來達成對移動的裝置進行定位。以下為此定位上的說明：

從節點廣播的資料，包括MAC地址、經緯度座標，其他感測器量測結果；每一節點也同時儲存GATEWAY的座標；如圖5所示，藍牙LED燈為二維平面分佈的架構，LED燈可隨時切換其主節點或從節點，GATEWAY則為從節點加上連結雲端的裝置。

步驟一、每一個LED燈平常都是藍牙主節點，定時進行掃描其附近移動裝置的從節點，並且進行判斷有無從節點進入其範圍，如果有，例如圖5A中的LED燈M1。

步驟二、該LED燈M1，對四周進行掃描判讀附近的從節點S2、S3、S4、S5、S6，如圖5A，當藍牙主節點從掃描中取得多個附近的從節點MAC地址、經緯度座標，RSSI，就可以計算該幾個從節點與閘道器的距離，得出與GATEWAY的最近距離的從節點。

步驟三、對與閘道器B最近距離的從節點S4進行聯結，之後對其寫入其附近移動裝置的從節點資料，如圖5A所示。

步驟四、被寫入的從節點S4立刻轉換成藍牙主節點M4，如圖5B所示，重複步驟二直到將其附近移動裝置的從節點資料傳送到閘道器B。

如果有多於一個LED燈掃描到移動裝置的從節點，該些LED燈從節點仍然可以直接轉換成LED燈主節點，並且對附近的LED燈節點進行掃描，掃描後如果有可以連接的LED燈從節點接受寫入，如此就能傳送出去，LED燈主節點一旦將資料寫入選定的LED燈從節點，其本身立刻變成LED燈從節點，並且停留60秒都持續扮演LED燈從節點，如此一來，最壞的情況是：如果每個LED燈節點都有資料要傳送，並且假設每個LED燈節點傳送的距離為50米，因此第一個到最靠近GATEWAY的從節點可以傳送成功到GATEWAY。

對於損壞了的節點，其更換非常簡單，重新設定也很簡單，只要提供各邊GATEWAY的經緯度、其本身的經緯度、相關運算程式即可。

綜而言之，上述的EPS包含複數個具有無線通訊功能的固定式LED燈，每一LED燈的角色可在主節點與從節點之間交替變換，並可無線傳送出該LED燈所在的經緯度與高度座標；一移動從節點，可廣播資料包括無線通訊模組辨識碼、感測器量測值；該複數個LED燈可布置於室內或室外，對經過其周圍的該移動從節點掃描，取得該從節點的無線通訊模組辨識碼、感測器量測值、其接收訊號強度指標(RSSI)，以及該些LED燈所在地的經緯度與高度座標組成的封包，透過該複數個LED燈其角色在主節點與從節點之間交替變換並利用多重跳躍傳送(multi-hop relay)機制收送封包至閘道器再至雲端。

另一種EPS實施方式，則是讓LED燈內建藍芽4.0/WIFI雙模組，可以直接掃瞄移動裝置的從節點，因為從節點廣播的資料，包括無線通訊模組辨識碼、其他感測器量測結果。LED燈掃描後將該從節點的無線通訊模組辨識碼、其他感測器量測結果，以及該LED燈的經緯度與高度座標透過WIFI送至GATEWAY送至雲端。雲端可以整合同時掃描到該從節點的LED燈，進行三角定位運算出該從節點的精準經緯度與高度座標，達成定位與追蹤的功能。另外，手機基本上其藍芽 4.0是雙模的，而LED燈內建BT4/WIFI Combo也是雙模，因此可以直接溝通，使調光與定位皆可同時完成。

[行動通訊裝置]

本創作所稱的行動通訊裝置，是指至少具有藍芽4.0以上通訊與WIFI通訊功能的裝置，進一步可以讓該裝置有較佳的實施例：

1.腕帶式裝置，輕巧、防水，可於任何場合佩帶，具有外殼可容納下列元件。

2.具有一微控制器或微處理器，做為控制單元，與其他電路模組聯接。

3.藍牙BT4.0通訊模組，提供身份辨識，與外部具有藍牙4.0功能的LED燈源，或內建藍牙4.0功能的穿戴式感測器溝通。

4. WIFI通訊模組在有WIFI的環境下，可無線直接連上雲端，將穿戴式感測器的感測值傳送至雲端。WIFI通訊模組的傳輸功率可調，避免過度消耗功率。

5.電源，供應腕帶式行動通訊裝置的電路元件所需的電源，一般以電池較為適當。

進一步可包含下列元件

A. LCD/或觸控式螢幕，做為顯示器

B.至少一個麥克風，提供語音辨識的輸入介面與輸出介面，結合雲端語音辨識(Cloud Speech Recognition,CSR)運算；可直接藉由語音求救；具有錄音功能。

C.內建揚聲器，可作為人聲傳遞的介面，可由朋友或親人或照護人員呼叫，類似對講機，但是主要是靠雲端與無線網路，無須經過系統商付費。揚聲器也可透過藍芽耳機傳送。

D.可收集週遭內建藍牙4.0功能的環境感測器資訊，協助判斷是否對個人體質有害。

E 內建加速度計，以紀錄用戶的活動量內建心跳量測，以知道用戶的活動強度。

值得注意的是，上述的腕帶行動通訊裝置，如果使用具有BT4.0的手機也可以達成同樣功能。例如支援android 4.0以上的手機，HTC one V,X等，或是iPhone 4S。只需要撰寫一個APP到手機，即可。當然，上述的腕帶行動通訊裝置也需要有一個作業系統，也需要有工作程式。使用腕帶式行動通訊裝置的目的是提供必要功能，不需要照像攝影的功能，不需要大螢幕，不需要長程的無線通訊能力，如GSM、GPRS、3G、4G等，具有防水的設計，可以任何場合佩帶。

實施例一

參考圖6，為本創作較佳的LED燈源配置的實施例，每一LED燈源內建一藍牙4.0晶片模組，在燈源底下的使用人員配備具有行動通訊裝置。藍牙4.0的通訊規範具有快速的掃描功能，基本上，主節點掃描40個從節點所需要的時間，不超過一秒，因此本創作不但可以靜態定位使用者的所在位置，也可以定位移動中的使用者，這是過去藍牙2.0或3.0，或是ZIGBEE不能達到的功能。也就是說，本創作提出了可以動態室內定位的創新功能。

藍牙4.0晶片模組的實施例之一為TI的CC2540/CC2541系統單晶片，該晶片不但具有藍牙4.0的通訊功能，也有8051微處理器，以及ADC轉換器，可以連接八個感測訊號的輸入，以聯接環境感測器，在某些實施例中，也可在行動通訊裝置讀取該燈源的藍牙辨識碼時，同時讀取該些環境感測器的量測值，並送到雲端。

圖6的WIFI也指Wi-Fi Direct，可讓裝置間彼此直接通訊，無需連接存取點。這不只讓裝置之間的通訊變得更簡單更快速，並可以隨時隨地連線。

圖6的閘道器(Gateway)27，可以是家用電腦，PC、筆電、手機、平板電腦等，因為這些裝置都已經內建BT4.0+WIFI組合晶片，藉由其有線或無線上網的功能，成為閘道器(Gateway)27，因此可以輕易連上雲端28運算服務。

雖然圖6的行動通訊裝置，是以可攜式或穿戴式為主要的實施例，但是其中部分的行動通訊裝置也可以是固定式，換句話說，可攜式行動通訊裝置進一步加以固定於室內外不妨礙人或物移動的位置，成為固定式行動通訊裝置，可以由閘道器的WIFI與固定式行動通訊裝置的WIFI溝通聯結，這也就是說，即使沒有人員配帶行動通訊裝置在智慧聯網燈源下提供命令，也可以在遠端透過網際網路與雲端，由閘道器的WIFI與固定式行動通訊裝置的WIFI溝通聯結，再由固定式行動通訊裝置的藍牙雙模節點對圖6中的所有具有藍牙節點的裝置進行監控與調控。例如LED燈源可以被調光或調色或開啟或關閉；LED燈源上的感測器可以被讀取，而具有藍牙介面的電器用品可以被開啟或關閉，或監控等；而機器人也可被監控或下命令。

如果智慧聯網燈源布局的空間範圍不大，並且藍牙通訊的距離可以達10-30米，則閘道器(Gateway)內建BT4.0+WIFI 組合晶片，就可直接透過其藍牙4.0界面，對具有藍牙節點的LED燈源或電器用品或感測器或機器人進行監控與調控。

此外，利用LED燈源的物聯網，帶著腕帶行動通訊裝置或是手機的人員，可以被三角定位，得知是否靠近在場適用(on-site applied)的電器用品(從節點)，而由閘道器(GATEWAY)決定該電器用品是否處於冬眠、睡眠、或是叫醒的狀態。在場適用(on-site applied)的電器用品包括空調系統例如電風扇、電暖扇、冷暖氣；電燈或照明；電腦或電視；等。

雖然上述的說明主要是以人員做為使用者，但是事實上，使用者可以泛指寵物、動物、機器人、重要的設備、移動載具等，只要該使用者配戴本創作的行動通訊裝置即可。

定位功能：案例(一)，參考圖6

1.行動通訊裝置21掃瞄附近的LED燈源的藍牙從節點座標與RSSI，例如4、7、5、8；或是行動通訊裝置22掃瞄附近的LED燈源的藍牙從節點座標與RSSI，例如3、6、11、14；

2.行動通訊裝置21將這四個藍牙從節點座標與RSSI資料直接利用三角定位技術加以運算，求出行動通訊裝置21，同理，也可計算出行動通訊裝置的所在位置三維座標。

3.行動通訊裝置21將其所在位置三維座標透過WIFI送至WIFI AP或是閘道器25後，再到網際網路或雲端26。行動通訊裝置22將其位置三維座標透過WIFI送至WIFI AP或是閘道器27後，再到網際網路或雲端28，並對照三維空間地圖，判斷是否位於特殊屬性的房間，例如浴室或廚房。或是機密的房間或是受到管制的房間等。或是有相關的位基服務(LBS)。

4.回傳該位置的屬性或相關的位基服務至行動通訊裝置21，行動通訊裝置22。或是進一步給照護人然或管控人員參考，甚至可以再次要求行動通訊裝置21，行動通訊裝置22，提供其用戶身上的穿戴式感測器的感測值或是其附近LED燈源上的環境感測器感測值。

定位功能：案例(二)，參考圖6

1.行動通訊裝置23掃瞄附近的LED燈源的藍牙從節點座標與RSSI，例如6、9、14、17；

2.行動通訊裝置23將這四個藍牙從節點座標與RSSI資料，利用三角定位技術加以運算，分別求出行動通訊裝置23的所在位置三維座標，之後將該座標以及LED燈源14、17的環境感測器感測值，透過WIFI送至WIFI AP或是閘道器27 後，再到網際網路或雲端28。

3.在雲端對照預設的三維空間地圖，判斷是否位於特殊屬性的房間，例如浴室或廚房。或是機密的房間或是受到管制的房間等，並且根據LED燈源14、17的環境感測器感測值判斷是否環境有危險狀況，例如空氣中含有過多的二氧化碳，顯示通風不良；或是有過多的一氧化碳，顯示通風不良並且有危險要儘速處理。

4.回傳該位置相關的危險訊息至行動通訊裝置23，進一步給照護人然或管控人員參考，要求行動通訊裝置23的佩戴用戶儘速處理，並且上述步驟持續進行追蹤，直到危機解除。

上述所稱的環境感測器進一步可選自氣體感測器，空氣傳染的病原體感測器、溫度計、濕度計、壓力計、照度計、流量計、流速計等。

此外，在上述案例(二)中，當然行動通訊裝置23的佩戴用戶身上的穿戴式感測器也可一併傳送至雲端接受監控與管理，並且即時提供用戶各種合宜的處置。

此實施例進一步延伸可用於城市管理，例如利用市民攜帶大量移動的行動通訊裝置協助將城市中的狀況提供給市府單位、公共單位。當然也可以要求警察等公務員於例行巡邏攜帶行動通訊裝置來提供，只要於LED燈源上加裝相關感測器，即可獲得更多當地的狀況，例如空氣品質。這些狀況可以即時顯示於GOOGLE MAP，各地政府可以利用這些資訊來協助進行城市管理與建設。

實施例二

在沒有地圖資訊，沒有正確可走之路或最佳路線的情況下，沒有配備雲端或網路的EPS下，對於攜帶行動通訊裝置的用戶80而言，他只能認經緯度與高度座標，並朝目標前進，如圖7所示，周圍原本就佈置了許多藍牙LED燈，如果其要抵達的目標位置83在室內，而其起始的地點81在室外，攜帶行動通訊裝置的用戶80憑著導引方向或兩點間最短距離86的指示前進，路程中，會遇到障礙，會到樓梯，會遇到死路，攜帶行動通訊裝置的用戶80可以繞路閃開，但是不論如何走，始終都會藉由接收周圍的藍牙LED燈之經緯度與高度座標而獲得其本身的經緯度與高度座標，因此不會迷路，可以以正確方向朝目標位置83前進，其最後抵達目標的路線如一連串箭頭84所示。另一攜帶行動通訊裝置的用戶88的起始位置82，同理也可順利抵達目標位置83。

在有地圖資訊，有配備雲端或網路的EPS下的導航，參考圖6，可以如下實施，行動通訊裝置的佩戴用戶24，由他的行動通訊裝置設定要抵達LED燈7的位置，雲端立刻從他的定位資料得知其位於LED燈16與19之間，提供其最佳路徑就是往北走，並且在前往的過程，不斷進行定位追蹤，提供指示，以確保行動通訊裝置24的佩戴用戶能順利抵達LED燈7的位置。

上述EPS的導航功能，可以用於更多的位基服務(LBS)例如多人之間約定地點會面，只要將會面地點傳給所有要會面的人的手機並加以記錄，之後每個要會面的人，在約定時間前打開該APP即可將大家的即時位置顯示於每個要會面的人的手機地圖(GOOGLE MAP)中，每個人按照地圖上的導引，最後每個人的即時位置與原約定地點重合，所有人都會無誤的會合。

這個LBS可以在啟動APP後，為您控制時間，預估時間，避免您遲到，同時也可避免他人遲到。另外對於不認識朋友約定地點碰面，或是一群人各自分散活動後，重新會合，不會造成無謂的等待與焦急，這個LBS也可連結停車系統APP，為您事先預約停車位，使得用戶可預估停車所需要的時間，利用約定地點會面的技術，需要停車的車子可以釋出需要停車位的請求，雲端根據停車場釋放的位置，進行媒合，並引導該車子抵達該停車位。其媒合的要件為先行要求與靠近釋放停車位的距離。原則上可以事先預約，但媒合系統必須於該車子在路上時，並距離該停車位在設定時間內可抵達，例如5分鐘內，才開始進行導引。

實施例三位基服務

防止被偷竊的設計，可以使車主願意使用比e-tag更強大的BTID來達成防竊的功效。當車子被駛離原停車位置，可以透過LED街燈的讀取，該slave同時有加速計的訊號，可以被讀取，立即送到手機要求確認，如果手機給予確認，則雲端不再追蹤，如果手機沒有確認，則視同可能被偷竊，必須進行追蹤，以確保車子的位置。

在大型十字路口，設有攝影機與BT4.0/WIFI同時加以確認，只要攝影機辨認出有車輛經過，但是卻沒有讀到BTID則可以懷疑該輛車可能關閉或破壞了BTID。如果隨意更換BTID可以由攝影機判斷該BTID對應的車輛其顏色或車型是否有異，凡是有問題者，立刻由雲端人員人工判斷，如此一來，車輛偷竊將不易發生。

實施例四名勝古蹟、博物館、展場、城市導覽

提供手機自助旅行導覽APP，有各種語言介面，透過WIFI/雲端傳送，對用戶進行隨機導覽，無所不在的導覽。

以LED燈位置作為雲端導覽的觸發點，由於戶外的名勝古蹟或城市景點例如101大樓、大峽谷、巴黎鐵塔等，其景點的所在附近一定有LED街燈或地燈，因此旅客啟動APP，即可獲得正確的語音導覽，該APP具有1.可選擇不同的語言播放；2.可供定位的地圖(室內與室外)；3.可選擇不同深度之該景點的圖文並茂詳細說明；4.可選購的紀念品

進入博物館、展場前，可以由先選擇多個必看展品或攤位，並給予該些展品或攤位對應的LED燈座標，利用實施例二之[約定地點會合]技術，按順序或隨機抵達各個必看攤位，每完成一個會合，即消除該地圖上LED燈的座標，直到所有必看攤位都看完。可紀錄參觀者觀看某展品時間的長短與頻率，得知該參觀者想要購買該真品或複製品的可能性。

實施例五圖資紀錄

無論於室內或室外，本創作之EPS的行動通訊裝置，進一步利用其錄音、照相、錄影功能取得的錄音檔、照片、影片自動內嵌紀錄當下從LED燈掃描運算出之精準的經緯度高度座標與時間於紀錄檔案中。進一步，還可同時內嵌從LED燈掃描取得的環境感測資料，甚至行動通訊裝置用戶的穿戴式感測器資料。

實施例六犯罪防止

犯罪活動會發生於室外也發生於室內，因此當使用手機報案時，同時提供室內或室外的經緯度是非常重要的，利用本創作的設計可使室內的LED燈具有經緯度與高度座標，所以當使用行動通訊裝置撥打119或是110等緊急電話或使用手機APP按下求救SOS的鍵，就會連上警察保安網路，同時提供經緯度與高度座標給該網路的可視化地圖，因此警察就可以立即根據該經緯度高度座標對應的位置進行救援，大幅縮短警力抵達時間，同時因為所有出勤的警察甚至包括便衣警察也會收到位基服務的訊息，立刻會就近提供服務，使得隨處都可達到高見警率，犯罪率即可大幅降低。

整合GIS數據與自動車輛定位(AVL)和本創作地表定位系統(EPS)用於警察的業務。警察部門所使用的地理信息系統(GIS)將犯罪事件的位置和地址存儲在一個集中的數據庫，使其在數位地圖上可視化，並可模型化犯罪模式以預測犯罪活動。地理編碼警方的數據可納入AVL系統的移動地圖，讓警察可以不斷獲得需要注意的事件或人員(性罪犯，假釋，團伙成員等)有關他們的當前位置信息。即時信息可視化可有效提高服務的保證，監控假釋犯，或辨識犯罪模式。

另外，本創作也可建立市民檢舉專線網站，市民只要對不法或違規情事透過行動通訊裝置進行拍照，即可將相片或錄影連同時間與精準地點一起傳送該檢舉網站，即可達到隨時隨地檢舉，以及協助政府與警察部門管理城市，大幅提高見警率。

綜上所述，本創作提出地表定位系統EPS，乃一種可於室內與室外精準定位的智慧聯網系統，係由至少一個內含藍牙4.0以上通訊功能LED電燈網路，一個行動通訊裝置也具有藍牙4.0以上通訊功能、WIFI、與雲端所構成。EPS勝過GPS的優點如下，

‧GPS經常受到烏雲遮住或高樓的遮擋影響，下雨等也會影響，導致手機無法取得GPS的位置。利用EPS則不會受到氣候以及烏雲或高樓的遮擋影響，只要有LED燈就可以定位手機。

‧EPS在室內各個角落，無論幾樓甚至地下室，只要有LED燈，就可以定位手機。GPS不能。

‧EPS的手機自動掃描周遭的LED燈座標，不需要手機連上網路，就可直接讀取LED燈藍牙的訊號，取得定位座標，避免網路死角的影響。手機可以直接挑光調色LED燈源。GPS不能。

‧EPS透過其行動通訊裝置連結穿戴式感測器，其LED電燈結合環境感測器，可以建構室內外精準定位的智慧感測聯網系統。GPS不能。

雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習本創作技術者，當可在不脫離本創作之精神和範圍內，做些許之更動與潤飾，則應屬本創作申請專利範圍所界定之保護範圍。

1-9‧‧‧內含藍牙4.0以上通訊功能LED電燈

11-19‧‧‧內含藍牙4.0以上通訊功能與環境感測器的LED電燈

10‧‧‧行動通訊裝置

21,22,23,24‧‧‧穿戴式感測器與行動通訊裝置

25‧‧‧閘道器(gateway)

26‧‧‧雲端

27‧‧‧閘道器(gateway)

28‧‧‧雲端

31‧‧‧GPS與街燈地標

32‧‧‧Google Map與街燈地標

33‧‧‧室內燈源定位系統

34‧‧‧室內地圖

35‧‧‧公共區域

36‧‧‧私人區域

40‧‧‧街燈地標

41‧‧‧使用者所在位置

S1-S6‧‧‧從節點(內含藍牙4.0通訊功能的LED電燈)

M1‧‧‧主節點(內含藍牙4.0通訊功能的LED電燈)

M4‧‧‧主節點(內含藍牙4.0通訊功能的LED電燈)

80‧‧‧攜帶行動通訊裝置的用戶

81‧‧‧起始的地點

82‧‧‧起始位置

83‧‧‧目標位置

84‧‧‧一連串箭頭

85‧‧‧室內LED燈(藍牙從節點)

86‧‧‧導引方向或兩點間最短距離

88‧‧‧攜帶行動通訊裝置的用戶

101‧‧‧交流-直流轉換器

102‧‧‧LDO模組

103‧‧‧藍芽4.0以上的模組

104‧‧‧達靈頓放大器(Darlington)

105‧‧‧LED模組

120‧‧‧開啟應用程式EPS

121‧‧‧讀取GPS與街燈的經緯度座標與高度資料

122‧‧‧取得Google地圖或室內地圖

123‧‧‧行動通訊裝置在Google map或室內地圖上標註，進行追蹤

124‧‧‧結束應用程式EPS

圖1係為本創作之一種LED街燈內嵌藍牙低功耗模組TI CC2540/2541的電路示意圖。

圖2係為本創作之EPS作業流程圖。

圖3係為本創作之EPS地圖切換關係示意圖。

圖4A係為本創作之行動通訊裝置的Google地圖，圖4B係為圖4A之Google地圖加上LED街燈地標與使用人員標籤。

圖5A係本創作之一種智慧聯網感測器系統實施例示意圖，各LED燈傳遞資料的主節點模式與從節點模式切換的狀態之一，5B係各LED燈傳遞資料的主節點模式與從節點模式切換的狀態之二。

圖6係本創作之另一種智慧聯網感測器系統實施例示意圖。

圖7係本創作之EPS導航利用行動通訊裝置與其附近之藍芽LED燈源之互動示意圖。