TWM530957U - 室內定位裝置 - Google Patents

Description

室內定位裝置

本創作為一種定位裝置，特別是指一種主要利用地磁資訊以進行室內定位的一種室內定位裝置。

習用的定位技術中，最廣為人知的就屬全球衛星定位系統(Global Positioning System，簡稱GPS)，其主要是結合多個衛星及無線通訊技術，用以精確的定位使用者的位置。由於藉由衛星通訊的關係，因此使用者必須要在能接收到衛星訊號的戶外地區，才可以利用GPS取得定位及導航資訊。這主要是因為，在室內環境中的GPS接收器很可能受到建築物的遮蔽，導致訊號的接收不良，因而無法進行定位。

因為GPS的缺陷，因此有需要發展出用於室內環境定位的定位技術。目前主要的室內定位技術有透過同時接收來自多個基地台，例如：WiFi的基地台，透過基地台和使用者手持裝置之間無線訊號的強度，可以用來推估待定位點與各個基地台的距離，並進行相關運算以獲得定位資訊。例如：中國專利公開號CN102883262就揭露一種基於指紋匹配的Wi-Fi室內定位方法包括有步驟1對待測室內空間S劃分為多個參考節點，將移動終端A放置在每個參考節點處，採集Wi-Fi信號並存入伺服器資料庫中，構建空間S的信號資料庫；然後進行步驟2以伺服器將空間S劃為q個區域，並對於任一區域j，建立每一MAC位址 的有效信號範圍，最後進行步驟3當移動終端B處於空間S時，將採集信號發送至伺服器；伺服器在每一區域中每一MAC位址的有效信號範圍，判斷當前信號所屬的區域；如果有效信號最多的區域僅有一個，則判定移動終端B處在該區域中；如果有多個，則判定信號空間距離最小的區域為終端B所在的區域；伺服器根據所在區域所包含的參考節點座標，得到終端B的位置。雖然此方法，可以達到室內定位的效果，但是基地台需要有額外電力提供，而且藉由基地台信號強度容易受環境之影響，像是溫度、反射造成的多通道效應等，導致定位精準度亦不高。

綜合上述，因此需要一種不需要額外提供電源又能產生定位效果的裝置，來進行室內定位，以解決習用技術之不足之處。

本創作提供一種室內定位裝置，透過手持裝置的高度、方位、GPS以及地磁感測器，搭配預先建制好的關於特定室內空間內的地磁分佈資訊，可以在不需要額外裝置需要消耗電力或容易受到干擾的無線基地台的條件下，可以進行室內定位。

在一實施例中，本創作提供一種室內定位裝置，用以定位在一室內空間的位置，該室內定位裝置包括有一可攜式裝置、一感測模組以及一訊號處理器。該感測模組，其係設置於該可攜式裝置內，該感測模組更具有一GPS感測器、一地磁感測器以及一高度感測器，其中該GPS感測器，用以產生一定位訊號，該地磁感測器，用以產生關於一地磁資訊的一地磁訊號，該高度感測器，用以感測關於一高度資訊的一偵測訊號。該訊號處理器，其係與該感測模組電 訊連接，該訊號處理器用以根據該定位訊號、該地磁訊號、該偵測訊號以及關於該室內空間之一地磁分佈資訊，決定關於該可攜式裝置位於該室內空間之位置。

在另一實施例中，該訊號處理器係設置於該可攜式裝置內，該訊號處理器與一地磁資料庫電訊連接，該訊號處理器可以根據該定位訊號，從該地磁資料庫下載對應該室內空間之該地磁分佈資訊。其中該訊號處理器更根據該偵測訊號判斷高度，進而取得對應的樓層所具有的地磁分佈資訊。

在另一實施例中，該訊號處理器係設置於遠端的一伺服器內，該伺服器更具有一地磁資料庫，該訊號處理器可以根據該定位訊號以及該偵測訊號，從該地磁資料庫找出對應該室內空間之該地磁分佈資訊，其中該訊號處理器係藉由一無線通訊和該感測模組電訊連接。

2‧‧‧室內定位裝置

20‧‧‧可攜式裝置

21‧‧‧感測模組

210‧‧‧GPS感測器

211‧‧‧方位感測器

212‧‧‧地磁感測器

213‧‧‧高度感測器

22、30‧‧‧訊號處理器

23‧‧‧傳輸與接收單元

3‧‧‧雲端伺服器

90‧‧‧使用者

91‧‧‧曲線分佈

92‧‧‧建築物

圖1為本創作之室內定位裝置之第一實施例示意圖。

圖2為本創作之地磁資訊分佈示意圖。

圖3為本創作之室內定位裝置之使用情境示意圖。

圖4為本創作之室內定位裝置之另一實施例示意圖。

請參閱圖1所示，該圖為本創作的室內定位裝置實施例架構示意圖。在本實施例中，該室內定位裝置2係設置於一可攜式裝置20內，可攜式裝置20可以為智慧型手機、平板電腦、筆電、手錶、智慧型手環、或者是室內定位 的專用電子裝置等。可攜式裝置20可以讓使用者攜帶至於室內空間內，不管是哪一樓層，而可以定位使用者所在的位置。透過這個功能，當使用者在大型的室內區域時，例如：在大型購物中心、百貨公司或者是大型停車場等，可以讓使用者隨時掌握其所在的位置。此外，這樣的技術也可以應用在建築工地的人員管理上，例如，在每一層的工地有多少人在裡面，不但工人可以隨時掌握其所在位置，而且也可以讓管理階層隨時掌握內部人員的人數與位置。

在該可攜式裝置20內具有一感測模組21以及一訊號處理器22。該感測模組21，其係具有一GPS感測器210、一方位感測器211、一地磁感測器212以及一高度感測器213。該GPS感測器210用以產生一定位訊號。GPS感測器為本領域技術之人所熟知的感測器，在此不做贅述。該方位感測器211，用以產生關於一方位資訊的方位訊號。該方位資訊可以代表朝向的方向，例如：東、西、南、北、東南、西北等方位。方位感測器211，可以用電子羅盤方式來實施。該地磁感測器212，用以產生關於一地磁資訊的地磁訊號。該地磁資訊係為關於使用者者所在位置的磁場強度與磁場梯度分佈，一般來說，地磁感測器212可以用磁阻感測器，例如：異性磁阻(Anisotropic Magnetoresistance,AMR)、巨磁阻(Giant Magnetoresistance,GMR)、穿隧磁阻(Tunnel Magnetoresistance,TMR)等類的感測器或者是霍爾效應感測器等都可以用來作為感測地磁資訊的感測器，其係可以為單軸或者是多軸向的感測器。

而高度感測器212，則是用來偵測高度資訊而產生一偵測訊號。在一實施例中，高度感測器212可以透過大氣壓力感測器來實施。大氣壓力隨著高度而下降，例如：當高度在海平面時，大氣壓從1,013.25mbar，而高度在11,000公尺時，氣壓則降到230mbar。當高度低於1,500公尺時，大氣壓力每10公尺大約 降低1mbar左右。根據這樣的資訊，只要選擇適當的氣壓感測器，即可以根據其感測的量測訊號，換算成高度資訊。該訊號處理器22，其係與該感測模組21電訊連接，該訊號處理器22用以根據該定位訊號、該方位訊號、該地磁訊號、該偵測訊號以及關於該室內空間之一地磁分佈資訊，決定關於該可攜式裝置20位於該室內空間之位置。在本實施例中，該訊號處理器22係設置於可攜式裝置20內。

接下來說明關於該室內空間之一地磁分佈資訊，如圖2所示，該圖為一建築內特定樓層之地磁分佈資訊示意圖。在圖2中，該特定樓層上的曲線分佈91代表地磁的強度與梯度。由於每一棟建築物92內各樓層的結構、擺放的物品以及建築物的隔間等會有所差異，因此在地球磁場的作用之下，所產生的磁場梯度分佈也會形成獨特性，如同人類的指紋一般，因此又稱為地磁指紋。由於建築物或建築物每一層都具有獨特性，因此每一樓層的地磁分佈資訊都不相同。因此，只要能夠針對建築物內的各個樓層事先對地磁分佈進行量測，建構出關於每一層樓的獨特的地磁分佈資訊的資料庫，即可以用來進行後續的地磁定位。再回到圖1所示，這些地磁資訊資料庫可以建立在遠端的雲端伺服器3內。

以下說明圖1架構的實施方式，當使用者使用具有圖1室內定位裝置的可攜式裝置20時，在一實施例中，當使用者在戶外移動的時候GPS感測器210作動隨時偵測使用者的位置資訊。當使用者從戶外進入室內時，由於GPS無法在室內有效運作，因此訊號處理器22會取得最後的GPS感測器210所產生的位置訊號，並且尋找出對應位置的建築物，在從雲端伺服器3上，利用3G、4G通訊或者是無線wi-fi通訊的方式，下載關於該建築物92的地磁資訊分佈資料，例如：如果建築物是地下兩層，地上五層，則會下載七層的地磁分佈資訊。接著，如 圖3所示，當使用者90在特定樓層移動時，此時，高度感測器213會將偵測到的資訊傳給訊號處理器22，進而得知使用者90此時的高度，而判斷其位於哪一樓層。例如，圖3中顯示，高度感測器213感測到的訊號，經過訊號處理器22的處理與運算之後，判斷出使用者在3F的位置，此時運算處理器22會從下載的地磁分佈資訊中，找到對應的3F的地磁分佈資訊。

接著，隨著使用者的移動所在的位置不同，地磁感測器212所感測到的地磁訊號會傳給該訊號處理器22，該訊號處理器22根據地磁訊號與關於3F的地磁分佈資訊進行比對，找出對應該地磁訊號的位置，而以找到對應對應該地磁分佈的位置，作為使用者90所在的室內位置。該方位感測器211所感測到的方位訊號也會傳給訊號處理器22，進而決定出使用者所在的方位。透過圖1的室內感測裝置2，就可以得知使用者90在室內的位置資訊以及所在的方位資訊。要說明的是，該可攜式裝置20更可以透過使用者圖形介面或APP的方式產生關於使用者位置的地圖資訊，以利使用者識別。前述的方式，是根據GPS定位訊號210一次下載相關建築物內部的各樓層地磁分佈資訊，在另一實施例中，可以根據使用者的高度先預先決定所在的樓層，再從雲端伺服器3下載對應樓層的地磁分佈資訊。因此，每當使用者的高度一改變，訊號處理器22就會根據該高度決定出使用者所在的樓層，再從雲端伺服器3下載對應樓層的地磁分佈資訊。

此外，在另一實施例中，如果使用者可以事先知道建築物92的位置或名稱，可以透過事先的APP執行，選擇目的地位置的建築物92，進而預先下載。此外，要說明的是，感測模組21可以是將GPS感測器210、方位感測器211、地磁感測器212以及高度感測器213利用半導體製程整合成單一的晶片；或者 是，其分別為一封裝的晶片共同電訊連接在一電路板上，其係可根據體積與設計需求而定，並無特定限制。

請參閱圖4所示，該圖為本創作之室內定位裝置另一實施例示意圖。在本實施例中，基本上和圖1類似，差異的是，本實施例中，該訊號處理器30係設置於遠端的雲端伺服器3內，該雲端伺服器3更具有一地磁資料庫，該訊號處理器30接收來自於可攜式裝置20所傳來的定位訊號、地磁訊號、偵測訊號以及方位訊號。要說明的是，該可攜式裝置20內具有傳輸與接收單元23，用以將該定位訊號以及該偵測訊號傳至該伺服器，其傳輸的方式，可以利用3G、4G或者是wi-fi無線通訊的方式，但不以此為限制。接著訊號處理器30根據GPS感測器210產生的定位訊號以及該高度感測器213所產生的偵測訊號，決定出建築物以及樓層，進而從該地磁資料庫找出對應的該地磁分佈資訊，再根據接收到的地磁訊號與對應樓層的地磁分佈資訊進行比對，找出對應的位置作為使用者所在的室內位置資訊，以及根據方位訊號決定方位。當雲端伺服器3決定出位置與方位之後，再將資訊回傳至可攜式裝置20。可攜式裝置20可以透過電腦應用程式或者是APP所產生的圖像介面，即時性的顯示出相關的圖像資訊，讓使用者可以隨時掌握其所在的位置。

綜合上述，本創作之室內定位裝置，透過手持裝置的高度、方位、GPS以及地磁感測器，搭配預先建制好的關於特定室內空間內的地磁分佈資訊，可以在不需要額外裝置需要消耗電力或容易受到干擾的無線基地台的條件下，可以進行室內定位。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本創作之特點及功效，而非用於限定本創作之可實施範疇，於未脫離本創作上揭之精神與技術範疇 下，任何運用本創作所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

2‧‧‧室內定位裝置

20‧‧‧可攜式裝置

21‧‧‧感測模組

210‧‧‧GPS感測器

211‧‧‧方位感測器

212‧‧‧地磁感測器

213‧‧‧高度感測器

22‧‧‧訊號處理器

3‧‧‧雲端伺服器

Claims (7)

1. 一種室內定位裝置，用以定位在一室內空間的位置，該室內定位裝置包括：一可攜式裝置；一感測模組，其係設置於該可攜式裝置內，該感測模組更具有：一GPS感測器，用以產生一定位訊號；一地磁感測器，用以產生關於一地磁資訊的一地磁訊號；以及一高度感測器，用以感測關於一高度資訊的一偵測訊號；以及一訊號處理器，其係與該感測模組電訊連接，該訊號處理器用以根據該定位訊號、該地磁訊號、該偵測訊號以及關於該室內空間之一地磁分佈資訊，決定關於該可攜式裝置位於該室內空間之位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位裝置，其中該訊號處理器係設置於該可攜式裝置內，該訊號處理器與一地磁資料庫電訊連接，該訊號處理器可以根據該定位訊號，從該地磁資料庫下載對應該定位訊號之建築物所具有各樓層的該地磁分佈資訊。
3. 如申請專利範圍第2項所述之室內定位裝置，其中該訊號處理器更根據該偵測訊號判斷高度，進而取得對應的樓層所具有的地磁分佈資訊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位裝置，其中該訊號處理器係設置於遠端的一伺服器內，該伺服器更具有一地磁資料庫，該訊號處理器可以根據該定位訊號以及該偵測訊號，從該地磁資料庫找出對應該室內空間之該地磁分佈資訊，傳給該可攜式裝置。
5. 如申請專利範圍第4項所述之室內定位裝置，其中該訊號處理器係藉由一無線通訊和該感測模組電訊連接。
6. 如申請專利範圍第1項所述之室內定位裝置，其中該感測模組更具有一方位感測器，用以產生一方位訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之室內定位裝置，其中該訊號處理器更根據該方位訊號決定出一方位資訊。