CN101998232B

CN101998232B - 移动装置定位方法及设备

Info

Publication number: CN101998232B
Application number: CN 200910163198
Authority: CN
Inventors: 罗棨钟; 郭圣博; 朱瑞浩; 曾煜棋; 郭伦嘉; 陈昭佑
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: CN101998232A

Abstract

一种移动装置定位方法及设备。该移动装置定位方法包括下列步骤。基于移动装置的一先前定位点，依据关联于先前定位点的一先前机率分布以产生多个样本粒子。取得移动装置的一当前移动轨迹或一当前行为模式，并依据当前移动轨迹或当前行为模式至少其中之一移动这些样本粒子。基于移动装置所接收的一射频信号得到一当前预估点，且产生这些样本粒子对应于射频信号或当前预估点的一当前机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，并依据这些样本粒子的权重高低与分布得到移动装置的一当前定位点。

Description

移动装置定位方法及设备

技术领域

本发明涉及一种移动装置定位方法及设备，且特别涉及一种无缝式混合型的移动装置定位方法及设备。

背景技术

全球定位***(Global Positioning System，GPS)是一种以全球为范围且利用卫星找出物体经纬度坐标信息的***，其取得容易与便宜，且在室外空旷处具有较佳的定位效率。然而GPS具有诸如昂贵的硬件成本或首次定位时间的延迟等缺点。此外，碍于先天上的限制，GPS在高建筑物、隧道或室内时经常收讯不良或中断。因此，如何准确定位得到使用者在室内环境的位置为目前业界广泛讨论和研究的议题，其中利用射频(RF)信号以对使用者进行室内环境定位的方法被提出。

利用射频信号进行定位的诸多方法包括无线网络三角(wirelesstriangulation)定位及无线网络样本比对(pattern matching)定位等，通常牵涉到到达时间(time of arrival，TOA)，到达角度(angle of arrival，AOA)或射频信号强度等特征值或参数。其中，无线网络三角定位通过数学或物理现象以推测使用者与多个存取点(access point，AP)的距离关系而找出使用者的位置。

此外，无线网络样本比对通过使用者所在地对于多个存取点的特征值比对而找出使用者的位置。然而，由于可能会产生信号强度衰减模型不易建立或是信号强度不稳定等问题，因此上述利用射频信号进行定位的方法容易产生定位漂移(drift)的问题，此现象会产生不合理的使用者移动路径。此外，上述方法亦无法有效地在多层建筑内立体移动定位。

发明内容

本发明涉及一种移动装置定位方法及设备，通过感测移动装置的移动轨迹或行为模式，并结合利用射频信号进行定位的方法，故得以兼顾定位的准确度及应用于大型环境时的定位效率。

根据本发明的第一方面，提出一种移动装置定位方法，包括下列步骤。基于移动装置的一先前定位点，依据关联于先前定位点的一先前机率分布以产生多个样本粒子。取得移动装置的一当前移动轨迹或一当前行为模式，并依据当前移动轨迹或当前行为模式至少其中之一移动这些样本粒子。基于移动装置所接收的一射频信号得到一当前预估点，且产生这些样本粒子对应于射频信号或当前预估点的一当前机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，并依据具有这些样本粒子的权重高低与分布得到移动装置的一当前定位点。

根据本发明的第二方面，提出一种移动装置定位设备，包括一接收器、一感测回馈单元以及一处理器。接收器用以接收一射频信号。感测回馈单元用以取得移动装置的一当前移动轨迹或一当前行为模式。处理器耦接至接收器及感测回馈单元。其中，处理器基于移动装置的一先前定位点，依据关联于先前定位点的一先前机率分布以产生多个样本粒子，然后依据当前移动轨迹或当前行为模式至少其中之一移动这些样本粒子，再基于射频信号得到一当前预估点，且产生这些样本粒子对应于射频信号或当前预估点的一当前机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，并依据这些样本粒子的权重高低与分布得到移动装置的一当前定位点。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示依照本发明优选实施例的移动装置的一例的方块图。

图2绘示依照本发明优选实施例的移动装置定位方法的流程图。

图3绘示依照本发明优选实施例的移动装置定位方法的示意图。

图4绘示依照本发明优选实施例的移动装置定位方法的实际取样阶段S300的详细流程图。

【主要元件符号说明】

100：移动装置

110：显示单元

120：移动装置定位设备

122：接收器

124：感测回馈单元

126：图资单元

128：处理器

S200～S500、600～608：阶段

S302～S310：步骤

610～612、616：样本空间

614：障碍物

具体实施方式

本发明提出一种移动装置定位方法及设备，通过感测移动装置的移动轨迹或行为模式，并结合利用射频信号进行定位的方法，故得以减少定位漂移的问题，提高定位的准确度，并且使得应用于大型环境时的定位效率能够提升。

本发明的移动装置定位设备可以单独存在，也可被整合于各种移动装置，例如为移动电话、个人数字助理或是导航装置。接下来现在举将移动装置定位设备整合于移动装置为例做说明。请参照图1，其绘示依照本发明优选实施例的移动装置的一个例子的方块图。移动装置100包括一显示单元110及一移动装置定位设备120。移动装置定位设备120是将定位得到的移动装置100的位置以文字或图形显示于显示单元110。

移动装置定位设备120包括一接收器122、一感测回馈单元124、一图资单元126以及一处理器128。接收器122用以接收一射频信号，此射频信号，例如为一全球定位***(GPS)信号、一WiFi信号、一Zigbee讯息、一GSM信号、一蓝牙信号或其他的射频信号，并不做限定。感测回馈单元124用以取得移动装置100的一当前移动轨迹或一当前行为模式。图资单元126用以存储并提供一地图信息，但不限于此。地图信息也可由外部建置的伺服器经由传输而由接收器122提供给处理器128，进而节省图资单元126的成本。亦即，图资单元126实质上为一可选择(option)元件。处理器128耦接至接收器122、感测回馈单元124及图资单元126。

处理器128基于移动装置100的一先前定位点，依据关联于先前定位点的一先前机率分布以产生多个样本粒子。处理器128依据当前移动轨迹或当前行为模式至少其中之一移动这些样本粒子。亦即，处理器128可依据当前移动轨迹及当前行为模式两者移动样本粒子，也可仅依据两者之一移动样本粒子。然后，处理器128再基于射频信号得到一当前预估点，且产生这些样本粒子对应于射频信号或当前预估点的一当前机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重。之后，处理器128依据这些样本粒子的权重高低与分布得到移动装置100的一当前定位点。

请参照图2，其绘示依照本发明优选实施例的移动装置定位方法的流程图。在初始阶段(initial stage)S200中，移动装置定位设备120对移动装置100进行首次定位。处理器128基于移动装置100的一初始位置，在一样本空间(sample space)内产生多个样本粒子(sample particle)，这些样本粒子可为随机散布于样本空间内，也可为固定形态(例如为矩阵形态)散布于样本空间内。接下来现在以样本粒子是随机散布为例做说明，然并不做限定。因为是首次定位，故对应于初始位置，这些样本粒子被设定为具有相同的权重。

然后于实际取样阶段(sampling stage)S300中，这些样本粒子被随机移动。接着于预估位置阶段(prediction stage)S400，处理器128基于接收器122所接收的射频信号得到一初始预估点，此初始预估点可由传统诸多利用射频信号进行定位的诸多方法(例如无线网络三角定位或无线网络样本比对定位等)而得到。处理器128产生这些样本粒子对应于射频信号或初始位置的一初始机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，并依据这些样本粒子的权重高低与分布得到移动装置的一初始定位点。至此，完成了第1次定位程序。其中，处理器128所产生的对应于射频信号的机率分布为利用射频信号与一内部数据库或一外部数据库内所存储的多笔特征值比对而得到。

对于移动装置100而言，第t次定位程序所得到的定位点为第(t+1)次定位程序的一先前定位点，t为正整数。请配合参照图3，其绘示依照本发明优选实施例的移动装置定位方法的示意图。在完成第t次定位程序后，接续决定取样分布阶段(re-sampling stage)S500，基于在第t次定位程序中得到的移动装置100的一先前定位点E_t(如图3的阶段600所示)，依据关联于先前定位点E_t的样本粒子的一先前机率分布，在一样本空间610内产生并随机散布多个样本粒子(以固定形态散布也可，不做限制。)其中，因为先前机率分布可能为高斯分布或常态分布的关系，这些样本粒子具有不尽相同的权重。其中，因为关联到样本粒子的先前机率分布，故在第t定位程序中具太低机率的点会被过滤掉而不会散布有样本粒子。

请配合参照图4，其绘示依照本发明优选实施例的移动装置定位方法的实际取样阶段S300的详细流程图。实际取样阶段S300接收初始阶段S200或决定取样分布阶段S500的多个样本粒子。在步骤S302中，感测回馈装置124取得移动装置100的一当前移动轨迹

(如图3的阶段602所示，移动装置100由真实位置L_t移到真实位置L_t+1。)，并依据当前移动轨迹

移动这些样本粒子。在步骤S302中，感测回馈装置124可利用加速度感测器、指北感测器与加速度感测器、或角加速度感测器与加速度感测器等惯性元件取得当前移动轨迹此外，感测回馈装置124也可以利用移动装置100的移动趋势数据计算取得当前移动轨迹

更进一步地，感测回馈装置124可以利用外界所建置分布的感测元件，例如是利用在室内每个房间的出入口建置感应器所感测得到的移动数据，而据以计算以取得当前移动轨迹

对应于阶段602及步骤S302，样本空间610内的每个样本粒子可都移动当前移动轨迹

而散布得到样本空间612。样本空间610内的每个样本粒子也可依据样本空间610内的每个样本粒子而做一锥形随机发散投射而散布得到样本内间612。亦即，依据当前移动轨迹

移动样本粒子的实际方式并不做限制。如此一来，样本粒子可通过当前移动轨迹

而散布在移动装置100移动后的真实位置L_t+1附近而不会过于凌乱分散，提高了整体的定位准确度。

之后，在步骤S304中，处理器128决定是否采用图资模式。如果是，则进入步骤S306，如果否，则进入步骤S308。如果采用图资模式，则在样本粒子依据当前移动轨迹

移动后，处理器128依据所接收的地图信息判断这些样本粒子的移动路径是否合理，如果否，则处理器128移除对应至不合理路径的样本粒子。如图3的阶段604所示，其中由于障碍物614(例如为墙)的存在，故部分样本粒子因移动路径不合理而被移除。之后处理器128会补上足够数量的样本粒子。此外，在取得当前移动轨迹后，处理器128也可以依据当前移动轨迹

并配合地图信息来移动样本粒子，如此则可避免不合理移动路径的产生。

另外，处理器128依据当前移动轨迹并配合地图信息来移动样本粒子也可适用于对在多层建筑内立体移动的使用者进行定位。亦即，当前移动轨迹

可为移动装置100于一平面上的移动轨迹，也可为移动装置100于一立体空间中的移动轨迹。举例来说，搭配地图信息，处理器128可在楼梯间或电梯处触发不同楼层的设定，并通过感测回馈装置124通过地心引力感测器(g sensor)所得到的g值变化量来取得移动轨迹。如此一来，样本粒子即可朝不同楼层散布，进而解决了对在多层建筑内立体移动的使用者进行定位的问题。

在图3的阶段606中，样本粒子被随机移动而散布于样本空间616内。(若样本粒子为固定类型散布则可省略此阶段。)此时，在步骤S308中，处理器128决定是否采用行为模式，如果是，则进入步骤S310，处理器128分析所取得的当前移动轨迹

以得到当前行为模式，并依据当前行为模式调整样本粒子。其中，处理器128分析当前移动轨迹

以判断移动装置100是快速移动、正常移动或缓移移动。如果移动装置100处于快速移动、正常移动或缓移移动状态中，则样本粒子被随机调整移动的距离可依移动状态做动态调整。亦即，移动装置的不同的当前行为模式，会使得样本粒子散布于不同的取样空间616内。此外，也可以通过人为设定而使得处理器128在易定位出错的地域限缩样本空间而得以减低漂移现象。

接着，在预估位置阶段(prediction stage)S400，处理器128基于接收器122所接收的射频信号得到一当前预估点，此当前预估点可由诸多利用射频信号进行定位的诸多方法而得到，例如利用GPS信号通过三角定位而得到，或是利用WiFi信号通过特征值的样本比对定位等而得到。处理器128产生样本粒子对应于射频信号或当前预估点的一当前机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，其中每个样本粒子对应的权重可为对应到当前机率分布的机率，也可为继承先前的权重并以对应到当前机率分布的机率加以调整而得到的新权重。当前机率分布例如为高斯分布。权重越高，即代表移动装置100位在样本粒子所对应的位置上的机率越高。反之，权重越低，即代表移动装置100位在样本粒子所对应的位置上的机率越低。是故，处理器128依据样本粒子的权重高低与分布得到移动装置100的一当前定位点E_t+1。其中，处理器128可挑选具最高权重的样本粒子为当前定位点E_t+1，也可挑选前K个最高权重的样本粒子的中心位置为当前定位点E_t+1，并不做限制。如此一来，整体定位的准确度提升。至此，完成了第(t+1)次定位程序。每一次的定位程序均执行一次S300～S500的循环。

本发明上述实施例所公开的移动装置定位方法及设备，具有多项优点，以下仅列举部分优点说明如下：

本发明的移动装置定位方法及设备，利用粒子过滤演算法(particle filteralgorithm)承接既有的多种利用射频信号进行定位的方法，并利用地图信息的辅助，搭配感测回馈元件取得移动装置的移动轨迹与行为模式，来限制移动装置进行定位的范围，故得以减少射频信号强度漂移、误差的问题，提高整体的定位精准度，并且使得应用于大型环境时的定位效率能够提升，且解决了对在多层建筑内立体移动的使用者进行定位的问题。

综上所述，虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种移动装置定位方法，包括：

基于一移动装置的一先前定位点，依据关联于该先前定位点的一先前机率分布以产生多个样本粒子；

取得该移动装置的一当前移动轨迹或一当前行为模式，并依据该当前移动轨迹或该当前行为模式至少其中之一移动这些样本粒子；以及

基于该移动装置所接收的一射频信号得到一当前预估点，且产生这些样本粒子对应于该射频信号或该当前预估点的一当前机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，并依据这些样本粒子的权重高低与分布得到该移动装置的一当前定位点。

2.如权利要求1所述的移动装置定位方法，还包括：

基于该移动装置的一初始位置，产生这些样本粒子，其中对应于该初始位置，这些样本粒子的权重相同；

随机移动这些样本粒子；以及

基于该射频信号得到一初始预估点，且产生这些样本粒子对应于该射频信号或该初始预估点的一初始机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，并依据这些样本粒子的权重高低与分布得到该移动装置的一初始定位点。

3.如权利要求1所述的移动装置定位方法，还包括：

于这些样本粒子移动后，依据一地图信息判断这些样本粒子的移动路径或结果是否合理；以及

若否，则移除对应至不合理路径的这些样本粒子。

4.如权利要求1所述的移动装置定位方法，其中该当前移动轨迹为该移动装置于一平面上的移动轨迹或该移动装置于一立体空间中的移动轨迹。

5.如权利要求1所述的移动装置定位方法，还包括：

分析所取得的该当前移动轨迹以得到该当前行为模式，并依据该当前移动轨迹及该当前行为模式调整这些样本粒子。

6.如权利要求1所述的移动装置定位方法，还包括：

于取得该当前移动轨迹后，依据该当前移动轨迹并配合一地图信息移动这些样本粒子。

7.如权利要求1所述的移动装置定位方法，其中该射频信号为一全球定位***GPS信号、一无线网络信号、一无线通讯信号或一蓝牙信号。

8.如权利要求1所述的移动装置定位方法，还包括：

利用一惯性元件、一感测元件或是计算该移动装置的一移动向量以取得该移动装置的该当前移动轨迹。

9.一种移动装置定位设备，包括：

一接收器，用以接收一射频信号；

一感测回馈单元，用以取得该移动装置的一当前移动轨迹或一当前行为模式；以及

一处理器，耦接至该接收器及该感测回馈单元；

其中，该处理器基于该移动装置的一先前定位点，依据关联于该先前定位点的一先前机率分布以产生多个样本粒子，然后依据该当前移动轨迹或该当前行为模式至少其中之一移动这些样本粒子，再基于该射频信号得到一当前预估点，且产生这些样本粒子对应于该射频信号或该当前预估点的一当前机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，并依据这些样本粒子的权重高低与分布得到该移动装置的一当前定位点。

10.如权利要求9所述的移动装置定位设备，其中该处理器还基于该移动装置的一初始位置，产生这些样本粒子，其中对应于该初始位置，这些样本粒子的权重相同，该处理器随机移动这些样本粒子，然后基于该射频信号得到一初始预估点，且产生这些样本粒子对应于该射频信号或该初始预估点的一初始机率分布而得到移动后的这些样本粒子对应的权重，并依据这些样本粒子的权重高低与分布得到该移动装置的一初始定位点。

11.如权利要求9所述的移动装置定位设备，还包括：

一图资单元，耦接至该处理器，用以提供一地图信息；

其中，在这些样本粒子移动后，该处理器依据该地图信息判断这些样本粒子的移动路径或结果是否合理，如果否，则该处理器移除对应至不合理路径的这些样本粒子。

12.如权利要求9所述的移动装置定位设备，其中该接收器还用以接收一地图信息，该处理器于这些样本粒子移动后，依据该地图信息判断这些样本粒子的移动路径或结果是否合理，如果否，则该处理器移除对应至不合理路径的这些样本粒子。

13.如权利要求9所述的移动装置定位设备，其中该当前移动轨迹为该移动装置于一平面上的移动轨迹或该移动装置于一立体空间中的移动轨迹。

14.如权利要求9所述的移动装置定位设备，其中该处理器还分析所取得的该当前移动轨迹以得到该当前行为模式，并依据该当前移动轨迹及该当前行为模式调整这些样本粒子。

15.如权利要求9所述的移动装置定位设备，还包括：

一图资单元，耦接至该处理器，用以提供一地图信息；

其中，该处理器还依据该当前移动轨迹并配合该地图信息移动这些样本粒子。

16.如权利要求9所述的移动装置定位设备，其中该接收器还用以接收一地图信息，该处理器还依据该当前移动轨迹并配合该地图信息移动这些样本粒子。

17.如权利要求9所述的移动装置定位设备，其中该射频信号为一GPS信号、一无线网络信号、一无线通讯信号或一蓝牙信号。

18.如权利要求9所述的移动装置定位设备，其中该感测回馈单元为一惯性元件或一感测元件以取得该移动装置的该当前移动轨迹。