CN102065065A - 基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***与方法，使用各类手持式电子装置上的内建的位置移动感测组件的辅助及配合定位技术以产生一直觉式2D或3D的人机操控介面，使用者以直觉式的手势便可将一文件由一来源装置传输至一目标装置。本发明的基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输方法，包括：设定多个装置的初始通讯环境并决定中介服务器；该多个装置使用定位技术取得各装置的位置信息并与该中介服务器进行及时位置信息的信息同步；该多个装置中的一来源装置经由该中介服务器取得各装置定位转换后的定位信息后，一使用者使用该各装置定位转换后的定位信息指定一文件传输的目标装置；及传输该文件至该目标装置。

Description

基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***与方法 

技术领域

本发明有关一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***与方法，通过装置上的感测组件辅助及定位技术以产生一直觉式的人机操控介面，便于使用者以直觉式的手势将一文件由一来源装置传输至一目标装置。 

背景技术

近几年来随着可携式手持电子装置在人们生活中扮演的角色逐渐加重；各式各样的手持电子装置也演变的更有运算能力，更能处理人们的丰富运算任务，像是发送电子邮件，阅读新闻RSS甚至是收看多媒体影音等等，原本人们在PC上所处理的日常生活事务现在逐渐的转移在具有移动性的手持装置上，手持装置势必变得更有计算能力以及具有更多传感器可以让使用者使用，目前最好的例子就是苹果计算机所发表的iPhone手机。类似iPhone手机的各种智能型手持装置的新颖使用者介面正带给使用者完全不一样的使用行为与体验，例如在iPhone或是宏达电的HTC钻石机上使用者都可以通过很友善且直觉的触控式介面来操控可携式的手持装置。 

改良使用者介面而引起市场的一波改革潮流的例子有很多，像是在计算机产业独树一帜的苹果计算机在还没推出iPhone之前就已经在他们的笔记型计算机(MacBook)系列采取触控板方式的输入来取代鼠标以手指的手势以及动作来让使用者通过简单的手指动作就可以操控计算机，这种特殊且友善的使用者介面在市场上吸引了一群特殊的爱好者热衷于使用MacBook的触控板；而在iPhone上采用独家的“Multi-touch”操控方式，让使用者能够直觉地使用拖曳、缩放等动作，另外加上内置的自动转正及智能型测距感应功能，即使没有触控笔，也能操作得轻松自如；也因此得到使用者的青睐；另外还有一最著名的例子就是游戏产业中的Wii，Wii是由日本任天堂公司在2006所发表的新世代游戏主机，其使用前所未见的无线控制器使用方法来取代以往传统电动游戏主机所使用的繁复操控按钮介面而在市场上造成轰动，更在游戏主机史上写下 革命性的一页；在使用者介面的创新上Wii创下了划时代的科技同时市场也响应给任天堂公司相当大的正面回响；其原本在主机的销售上大落后于新力(SONY)公司的PS1、PS2的主机，但在Wii主机发表后任天堂公司的销售量一度为新力公司的五倍之多。 

以上这些使用者介面的改变，简化使用者介面的科技往往能得到使用者极大的回响，以往手机界有一句名言-“科技始终来自于人性”，这绝对是经典名言，不只是在手机业适用，在所有的科技产业应该都适用，因为科技对使用者友善，使用者的接受度才会更高。 

但，目前市面上的新颖使用者介面无论是通过触控式面板，传感器等，都是专注在单机版上的应用，例如iPhone的触控介面以及Wii的无线感测控制器都是在单机上的操作方式，但，既然市场上的可携式手持装置运算能力越来越强且配备传感器丰富，如先前所提出的一些原本在PC上处理的事务都将逐渐的转移在可携式的手持装置上，例如，一些智能型的手机都有为收发电子邮件这项服务专门打造软硬件的使用介面让使用者更容易上手，亦有一些特殊手持式电子装置在研发良好的使用者介面以便于阅读电子书或新闻，但，研究发现，市面上并没有比较友善的人机操作方式可让使用者在新一代的硬件平台上直接进行数据与文件的传输与交换。 

基与以上的背景及需求，本发明提出了一使用者操控介面，其基于感测组件辅助定位技术以达到信息传输的目的，其友善的操控介面不只可在单一主机上使用，更能延伸到多台主机。 

信息及文件的传输是在PC平台上相当普遍及频繁的行为，现有的作法一般有两种：1)通过中介服务的Server进行文件的交换传输，例如MSN的LiveSpace；2)不通过中介的Server而自行由两台计算机开启传输机制，例如网络芳邻，在第一种类型的文件传输中，使用者必须利用其自身账号登入中介服务的Server并且将文件上传至中介服务的Server上而另一端的使用者也必须登入；再经由文件上传者同意后才能取得下载该文件，手续甚为复杂；而第二种类型的文件传输手续较为简易，但，缺点为无法轻易辨别欲接收文件的使用者计算机，即使有计算机编号的辅助要让使用者辨别且要记住也实属不方便；且，现今的可移动电子计算装置越来越多，故计算机装置变动移动的可能性很大，使用计算机编号来辨认也不是一种可靠的方法；基于以上的背景，在现今 具有多样传感器的可携式电子装置上，友善及直觉的操作介面实有迫切的需求，故，本发明提出一利用使用者的空间定位信息来做为文件传输或是信息交换的基础的操作方法，并藉由传感器的辅助，简化传统技术中文件传输方法的复杂性以及不直觉性。 

虽然，数据传输为一现有技术，但随着各种传感器不断的发展，多样化的使用者介面不断的推陈出新，而简化或是创新使用者的使用界面往往是市场上商品的胜负关键，从Windows的图形介面取代传统终端机的文字介面到现在Wii的无线感测控制器人机介面取代传统按钮式的游戏控制方式，使用者最容易上手的方式，往往会是市场上产品技术的趋势。 

一般而言，使用者在PC上交换信息及文件的行为是非常频繁，甚至可说与发送电子邮件，阅读新闻等行为一样的频繁；今天可携式的手持电子装置在电子邮件的收发以及新闻的阅读都提供了简易及良好的使用介面，像是美国总统欧巴马最爱用的黑苺机(BlackBerry)，它提供了非常完善的软硬件设备给商务人士在使用电子邮件上的支持，可以让收发电子邮件变得直觉与简单，既然这些服务在可携式手持电子装置都有如此良好的支持，然，目前市面上在手持装置上，在文件传输方面，尚未看见有如此方便的使用的界面以及遭操作方法，于是本发明提供一种信息交换或是数据传输方法，其为一种结合使用者定位(位置)信息与数据传输行为并具有向量性、空间性的信息交换或是数据传输方法。 

依据上述的背景与动机，本发明提出了一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***与方法，其为一种基于定位***架构下的数据传输机制。本发明所需要的定位***架构，主要在于将感应器的感测数据预先做适当的处理、调整，使其容易与传统定位***做结合，通过配戴在使用者身上的计步器及指北针，可以取得使用者的实时移动信息、目前的累积步数及指北针夹角等信息，并交由转换器(Converter)处理，将其转化为定位区间内，使用者的总移动向量，而另一输入，则为无线电信号样本配对，例如GPS坐标(L_i)与误差(σ_i)配对及线电信号强度(ss_i)与无线网络基地台配对(b_i)等，通过修改内部的定位算法，与转换器(Converter)所产生的移动向量做结合，藉以更精确的来估算使用者目前的位置，只要可提供Global Map(全局地图)信息给予本发明的***的定位技术即可应用于本发明。 

本发明所提出的数据传输机制结合(Binding)使用者自身定位信息与其手 持电子装置所支持的文件传输协议介面，然后，藉由手持装置辅助使用者介面以呈现一立体空间概念显示其它附近的使用者电子装置，主动传输文件的使用者可通过该立体空间概念的显示以发出要求并传输文件，其所使用的方式可能是在一立体空间地图显示上的一个指向性的手势或是一触控拖曳方式的指向以完成文件的传输，甚或是透过传感器的辅助，移动式的将装置指向真实世界的接收者位置，以完成信息或是文件传输，本发明的目的乃在于藉由一简单方便，直觉式的信息传输方式以促进使用者间的互动以及信息交换。 

本发明利用位置感知信息以辅助达成具有向量性的文件传输或是信息交换的目的，而位置感知服务更是近年来一个热门的研究议题，根据In-Stat/MDR最近针对其无线通讯Panel所进行的调查显示，消费者已经逐渐接受“位置型无线通讯服务”，目前消费者所熟悉的位置型无线通讯技术，包括全球卫星定位***(GPS)及手机网络型定位服务***等等。在这份调查中，49％的受访者表示将在明年使用位置型无线通讯服务，19％的受访者则表示将在六个月内使用此项服务。而不了解位置型服务的受访者仅为9％，可见消费者对于位置型无线通讯服务的认识已经逐渐升高。 

同时调查数据亦显示在手持式电子装置中传感器的使用越来越普遍，越来越多原本在PC上运作的事务亦逐渐转移到可携式的电子装置上，如收发电子邮件及观看多媒体以及阅读新闻等，于是，在可携式的电子装置上便有越来越多的服务与应用产生，如针对iPhone手机所产生的软件就高达数千种，其中包含运用惯性组件的游戏软件，意味着可携式电子装置正让使用者习惯于使用直觉式的使用者界面(如触控式介面)及惯性组件感应控制方向等，故将一般使用者常用的传输文件行为简化成直觉式的操作方式必能配合现今世代的触控操作潮流让使用者间的互动更加方便。直觉化或是简化操作行为让使用者乐于接受的最佳例子莫过于任天堂公司在2006年所发表的Wii游戏主机，该公司开发出利用无线传感器辅助游戏操控，摆脱游戏传统以来的复杂按钮式使用方式，使得游戏操控变得直觉以及简单，此娱乐主机一上市果然造成市场的震撼以及好评。 

由以上的说明可知，使用无线传感器以及位置感知信息来辅助使用者行为使其更简易完成日常操控电子装置的需求是存在的，研究调查都显示了位置感知服务与直觉化使用者介面的结合将可预期的普遍应用于电信，网络及消费性 电子产业，而定位***的成熟度则是其中一个关键问题，欲建立一个好的位置感知服务，首要条件便是需要一个能够随时提供正确、并稳定的位置信息***。 

目前有众多产品正往新一代的人机使用介面开发前进，像是目前最热门的触控技术，多种智能型手机都是锁定在此方向期望能得到使用者的青睐像是宏达电(HTC)以及苹果计算机的iPhone手机都是以触控手写的方式来让使用者体验简易，友善的介面，到目前甚至是有软件利用主机的震动来传达使用者的使用意图；最近有一款iPhone手机上的软件名叫“BUMP”其功用在于通过碰撞两台iPhone就可以交换电子名片；此种方便性以及趣味的使用方式在网络上引起的相当大的讨论；也再度证明了新颖、友善的使用方式能得到消费者的青睐。 

不只是手机业者，目前热门的小笔电(NetBook)与All-in-One Computer都具有触控功能，而以PC产业图形化操作***著称的微软(Microsoft)公司也积极开发完全通过触摸控制以及支持多点触控的Surface***，Surface强调使用更为直觉，不需使用任何鼠标及键盘。搭配30时的大型显示器，其机构(form factor)外型很像张桌子，可以同时让很多人在上面触控操作。Surface与一般触控式计算机最大不同在于提供了多点触控(multi-touch)功能，可以同时辨识多点的触控信息，可让多人(multi-user)同时使用一台Surface计算机。物体辨识(Object recognition)功能则让放在Surface上的不同物体，可以启动不同类型的数字反应，由此可得知未来电子装置与使用者的互动方式将有所改变。 

本发明的精神所在正是使用传感器的辅助以及定位信息的协助来达成使用者将原本繁复的数据传输手续简单化，只要使用者一个动作，一个指向就可以完成数据传输，除了直觉化的传输外本案也提供了数据分享者间的相对位置信息以改善传统数据传输的不直觉性，让数据传输能更直觉，让使用者可以分辨出欲传输的对象，由于我们是利用位置信息来分辨各不同的目标装置，所以定位的技术对本发明而言可说是重要的一部份。 

目前已知的定位技术中，GPS还是一个大家最为熟知并且被广泛使用的解决方案，最主要的原因在于其能提供最广泛的定位服务，在户外接收得到卫星信号的位置，GPS设备可以提供使用者5到50米精确度的定位结果。但是目前还有一些明显的缺点，包括高楼大厦林立的都市定位准确度会受到影响，甚 至在室内环境便无法提供定位服务。 

额外硬件的价格亦是被考虑的问题之一，目前具备GPS的行动设备还是属于较为高阶的产品，因此Google在2007年公开了My Location这项手机上的服务。这个服务主要的特色是提供不具备GPS设备的手机一个大略的位置信息。其主要想法是根据服务器端所记录GSM基地台的位置，提供使用者1000到5000米左右误差的位置信息。该服务最大的优点是纯软件运算，因此客户端不需要额外成本，但是其最大缺点在于需要电信厂商的支持，提供基地台位置信息，并且定位准确度误差过大，限制了可以使用的位置感知服务的种类。 

除了使用GSM辅助GPS之外，其它的解决方案包括GPS与Wi-Fi结合的定位***，例如Skyhook Wireless推出的Loki的Wi-Fi Positioning System(WPS)让计算机的地理位置可以被辨识，这一套***利用无线路由器发出的802.11无线电信号，找出个人计算机、笔记型计算机、PDA、平板计算机、智能手机，或无线射频辨识(RFID)卷标等任何Wi-Fi装置的准确位置。Wi-Fi信号愈密集的地区，该软件的定位准确度愈高。WPS软件主要依靠Wi-Fi基地台布署的密度，因此较适合都会区而非人口分散的郊区，或其它基地台相距较远的地方。 

在室内的环境中，目前定位准确度以Ekahau这间欧洲公司所提供的定位解决方案(Ekahau Positioning Engine)的效果最好。其概念是利用样本比对的方式，先在室内环境搜集Wi-Fi信号强度的数据，之后根据比对信号强度特征的方式找出使用者最可能出现的位置。这类型的样本比对***可以解决三角定位法在复杂环境时，信号强度因多路径等因素所造成信号衰减模型建立上的问题，因此能够提供较其它***准确的定位结果。但是因为信号特征比对的计算较为复杂，因此不易扩展到大型环境中。 

综和上述已知的定位技术，可知样本比对定位技术较三角定位法提供更加准确的位置信息，但是却不适用于大型环境；反之三角定位法虽然被广泛采用，但是定位误差过大的问题却会让应用服务的种类受到限制。因此本发明所使用的定位***应是一个可应用于大型环境的样本比对定位技术，以及可提供Global Map的定位***。 

综上所述，本发明所公开的一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***与方法具备室内外的使用者定位信息准确以及新颖直觉化的特征，使 得传输信息不再需要像传统方法一样繁复或不明确，本案藉由定位技术的协助可以让使用者轻易分辨出欲传输文件的对象，而藉由多种传感器的协助，使用者只需一个指向动作或是拖曳向量便可以将文件传输至的对方，完全达到直觉及简单的目的。最后，本案更可让使用者使用直觉的方式以跨主机及便利的数据传输操作方式将数据传输予特定的对象，配合未来市场蓬勃发展的触控硬件平台，应是未来数据传输人机介面的主流发展趋势。 

发明内容

本发明的主要目的为提供一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***与方法，其使用感测组件辅助及定位技术产生一直觉式的人机操控介面，使用者以直觉式的手势便可将一文件由一来源装置传输至一目标装置。 

本发明公开了一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输方法，至少包括以下的步骤：设定多个装置的初始通讯环境并决定中介服务器；该多个装置使用定位技术取得各装置的位置信息并与该中介服务器进行及时位置信息的信息同步；该多个装置中的一来源装置经由该中介服务器取得各装置定位转换后的定位信息后，一使用者使用该各装置定位转换后的定位信息指定一文件传输的目标装置；及传输该文件至该目标装置。 

本发明还公开了一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***，包括；至少一来源装置，用以传输一文件；一中介服务器，用以及时接收及传送各装置的及时位置信息；及至少一目标装置，用以接收该文件；其中，该***欲运作时，该来源装置、该中介服务器及该目标装置首先进行通讯环境的初始化，接着，该等装置使用一定位技术取得各装置的位置信息并与该中介服务器进行及时位置信息的信息同步，该来源装置经由该中介服务器取得各装置定位转换后的定位信息后，一使用者使用该来源装置所取得的各装置定位转换后的定位信息将一文件传输至该目标装置。 

附图说明

图1为本发明的数据传输方法的操作流程步骤的示意图； 

图2为本发明的数据传输方法中装置将定位信息上传的一中介服务器的操作流程步骤的示意图； 

图3为本发明的一实施例使用粒子过滤定位***进行定位的***架构的示意图； 

图4为本发明的一实施例使用粒子过滤定位***配合使用者移动模式进行移动定位的示意图； 

图5为本发明的一实施例使用移动转换器(Converter)进行移动信息转换的示意图； 

图6为本发明的一实施例使用粒子过滤定位***计算使用者移动坐标的示意图； 

图7为本发明的一实施例中来源装置向一中介服务器发出文件传输需求与计算使用者指定目标的操作流程步骤的示意图； 

图8为本发明的一实施例中一使用者于GUI画面上将一文件传输至一目标装置中坐标转换的示意图； 

图9为本发明的一实施例中目标装置与来源装置比对传输通讯协议与文件传输的流程步骤的示意图； 

图10为本发明的一实施例中目标装置与来源装置比对传输通讯协议的数据内容的示意图； 

图11为数据来源装置将邻近装置的位置从绝对坐标转换成以自身位置与方向为原点的GUI显示坐标的转换实例示意图。 

其中，附图标记： 

101、102、103、104 -流程步骤 

201、202、203 -流程步骤 

31 -移动步数 

32 --移动角度 

33 -转换器(converter) 

34 --GPS坐标(L_i)与误差(σ_i)配对 

35 --无线电信号强度(ss_i)与无线网络基地台(b_i)配对 

36 -粒子过滤定位***(Particle Filter) 

37 --使用者预估的位置 

38 -移动向量(Motion Vector) 

39 -使用者移动模式(User’s Motion Mobility Model) 

301 -重新取样模式(Resampling) 

302 --取样模式(Sampling) 

303 -预测模式(Prediction) 

41 --取样(Sampling) 

42 -轮流取样(Sampling in Shift) 

43 --预测(Prediction) 

44 -随机取样(Sampling in Random) 

51 -使用者在平面上的移动向量 

52 --使用者计步器电压信号变化 

53 --使用者指北针角度变化 

901、902、903、904--流程步骤 

1301、1302、1303--流程步骤 

具体实施方式

为进一步对本发明有更清楚的说明，乃藉由以下附图、附图标记及发明详细说明，冀能对贵审查委员的审查工作有所帮助。 

请先参考图1，图1为本发明的基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输方法的操作流程图，由图1可知，本发明的基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输方法的操作流程包括以下四大步骤； 

步骤101：设定多个装置的初始通讯环境并决定中介服务器； 

步骤102：该多个装置使用定位技术取得各装置的位置信息并与该中介服务器进行位置信息的信息同步； 

步骤103：该多个装置中的一来源装置取得各装置定位转换后的定位信息后，一使用者使用该各装置定位转换后的定位信息指定一文件传输的目标装置；及 

步骤104：传输该文件至该目标装置。 

兹分别说明如下，步骤101的设定初始环境中，初始装置上需具备无线网络(WiFi、WiMAX、GSM等)的功能以达到能与中介服务器或是其它装置沟通的目的。定位方面需具备GPS全球定位***或是无线网络的三角定位***与样本式比对定位***以及感测回馈装置。感测回馈装置是用来感测目前移动贯性 轨迹与行为，并需具备将移动贯性轨迹与行为传回定位***的能力。此外，装置上尚须有可供文件传输使用的通讯协议(如：MSN、HTTP、P2P等)与各协议的设定(如：账号、密码、IP等)，以便装置可以自动传输文件。在中介服务器方面，若装置位于室内并且定位技术使用“粒子过滤算法与感测组件辅助的无缝式混合型定位***”，则需具备该建筑物的地图与地型信息。 

本发明的一实施例中，当该多个装置只限于一来源装置及一目标装置，而无一实体的硬件扮演一固定中介服务器的角色时，依据本发明所公开的技术方法，该来源装置或该目标装置亦可扮演一中介服务器的角色，或中介服务器亦可为一局域网络内的固定装置(如WiFi AP)，甚或一远程的通讯装置(如一基地台)，该等中介服务器可通过定位技术，取得该来源装置及该目标装置定位转换后的定位信息以产生一Global Map(全局地图)提供予该来源装置以供该来源装置将一文件传输予该目标装置。 

另外需要特别说明的是当该多个装置进行通讯环境的初始化时，该初始化步骤必须确定该等装置：(1)、具备无线网络功能，该功能可为WiFi、WiMAX、GSM以达到能与一中介服务器或是其它装置沟通的目的；(2)、具备GPS全球定位***或是无线网络的三角定位***与样本式比对定位***以及感测回馈装置，该感测回馈装置用以感测目前移动贯性轨迹与行为，并需具备将移动贯性轨迹与行为传回定位***的能力；(3)、具备可供文件传输使用的通讯协议，该协议可为MSN、HTTP、P2P与各类型文件传输协议的设定，并不限于上述所提出的协议，该设定可为账号、密码、IP，以便装置可以自动传输文件；及(4)、在中介服务器方面，若各装置位于室内并且定位技术使用粒子过滤算法与感测组件辅助的无缝式混合型定位***，则需具备该建筑物的地图与地型信息。 

步骤102装置使用定位技术取得位置信息以及与中介服务器同步信息，其细步操作流程如图2所示，由图2可知，装置使用定位技术取得位置信息以及与中介服务器同步信息的执行步骤包括： 

步骤201：多个装置使用定位技术取得各装置的位置信息； 

步骤202：该多个装置定时将其位置信息以已定义XML的格式上传予该中介服务器；及 

步骤203：该中介服务器将每个装置的位置信息汇整为一Global Map(全局地图)。 

其中，步骤201中，装置使用定位技术取得位置信息部分，所有可以取得绝对寻址信息的现行技术，包含GPS全球定位***或是WiFi定位等的定位技术皆应用于本案之中。而中介服务器储存所有装置的位置信息是为供文件传输时辅助使用者指定目标装置而用。 

以下的实施例为本案应用“利用粒子过滤算法与感测组件辅助的无缝式混合型定位***”做为本案装置定位技术中的一种实施方法。 

如图3所示，该利用粒子过滤算法与感测组件辅助的无缝式混合型定位***的架构可分成3大部份：(1)输入的数据、(2)数据转化整合器转换器(Converter)与(3)定位方法。输入数据的部份分为两类，第一类主要在于将感应器的感测数据预先做适当的处理、调整，使其容易与传统定位***做结合，通过配戴在使用者身上的计步器及指北针，可以取得使用者的实时移动信息，目前的累积步数(如图3中的31所示)、指北针夹角(如图3中的32所示)，并交由转换器(Converter)(如图3中的33所示)处理，将其转化为定位区间内，使用者的总移动向量。第二类数据则为无线电信号样本配对，例如GPS坐标(L_i)与误差(σ_i)配对(如图3中的34所示)、无线电信号强度(ss_i)与无线网络基地台(b_i)配对(如图3中的35所示)，通过修改内部的定位算法，与转换器(Converter)(如图3中的33所示)所产生的移动向量做结合，藉以更精确的来估算使用者目前的位置，而该定位算法在此使用粒子过滤算法(Particlefilters)(如图3中的粒子过滤定位***36所采用的算法)。计算后可得到使用者预估的位置(Estimative Location/E(t)＝[X，Y])37。 

粒子过滤定位***(Particle filter)36，其即是在整个连续位置空间中，藉由历史信息做为取样(sampling)依据，筛选出有限个合适目前环境的样本空间，此样本空间在此即为使用者目前可能的位置集合，最后藉由目前的感测数据进一步从其中筛选，挑选出最佳的位置。 

下列方程式(1)即为粒子过滤算法(Particle filters)的原始数学意义，其代表的意思是对一个状态X_t在任何时间t，其状态即是在求一个机率，这个机率是为一连串的观察Z_1:k(在时间为1至k)下，X_k发生的机率(当现在要求的T＝k)。 

Bel(x_t)＝p(x_k|z_1:k) 

        ∝p(z_k|x_k)∫p(x_k|x_k-1)p(x_k-1|z_1:k)dx_k-1         (1) 

如果以定位的实作来表现这样的数学意义，那么其特色即是在每次定位时，每次要预估的定位结果以N个sample表示，接着透过预测(Prediction)模块决定此N个sample之中何者较为可能，其决定的方法可通过以下方程序(2)不断的计算每一个取样样本(sample)所得的比重(Weight)来代表何者较为可能，以做为计算最佳位置的方法。下一次定位的结果可由此次sample的分布状态重新取样而得。 

$\mathrm{Weight}\left(x_k\right)=\frac{W_1\left(z_k\right|x_k)}{\mathrm{Prediction\; Model}}*\frac{W_2\left(x_k\right|x_{k-1})}{\mathrm{Mobility\; Model}}*\frac{W_{\mathrm{old}}\left(x_{k-1}\right)}{\mathrm{History\; Model}}---\left(2\right)$

因此，图3中粒子过滤(Particle filters)定位***36其算法可用以下的步骤表示： 

步骤(a)：选定状态方程式中的各个状态(即指定原始输入) 

步骤(b)：初始取样(Sampling) 

步骤(c)：透过观察与计算进行权重的预测(Prediction) 

步骤(d)：依据原来sample的分布进行重新取样(Resampling) 

整个定位方法是不断重复步骤(b)~步骤(d)的动作，示意图由图3表示。 

实务上，如果可以添加更多样性的感测数据，粒子过滤算法(Particlefilter)会有更好的表现。事实上，Tracking算法即是使用过去的使用者移动模式，来推算使用者目前的位置，因为，使用者的移动行为和位置是有相对紧密的关系。因此若以使用者的移动行为搭配传统无线信号强度与粒子过滤算法(Particle filter)来进行定位，定位的效果应该更好。由于在此使用者真实的移动模式(Mobility Model)是可知的，因此particles可藉由此mobilitymodel散布在使用者真实位置的附近，直观来看，便可得到与使用者最接近的particle，亦即等于可得到更好的定位效果。图4则为搭配使用者真实的移动模式(Mobility Model)的粒子过滤(Particle filter)的散布变化。其中，E代表使用者预估位置，L代表使用者实际位置。在实务上，本案可通过佩戴在使用者身上的感应器，得到使用者真实的移动模式以取得一新的感测值，再搭配原来的Particle filters，通过***架构的整合，提升整体的定位精准度。 

接下来，进一步说明图3中的使用者的目前累积步数(图3中的31所示)及指北针夹角(图3中的32所示)经由转换器(Converter)(图3中的33所示) 转换的处理步骤。 

由图3中可知，转换器(Converter)(图3中的33所示)的输入数据包括使用者的目前累积步数(图3中的31所示)及指北针夹角(图3中的32所示)，输出数据包括使用者移动向量 

38。 

转换器(Converter)33的主要功能在于将外部感应器信息，预先处理成容易被使用的格式，在此，亦即将一段定位区间内频繁的，累积步数变化及使用者的角度变化，整合成单一的移动向量。 

的定义为使用者每一步的移动向量，其包含移动长度和移动方向。每个定位区间中一般会有s个 

移动向量。 

则为该定位区间内，使用者的移动总量。d为使用者一步的移动距离。其关系可以以下的方程式(3)表示。 

$\stackrel{\→}{U}=\stackrel{\→}{u_1}+\stackrel{\→}{u_2}+...+\stackrel{\→}{u_s}$

图5说明转换器(Converter)的演算步骤，该演算步骤说明一定位区间内使用者的移动状况，其分别包含三种使用者的移动信息，第一种(如图5中的51)乃使用者在平面坐标系的位置，依序表示使用者在平面上的移动向量，而 

表示指北针北极方向。第二种(如图5中的52)乃使用者的计步器电压信号变化，如图5中的52中所示，电压值呈现正弦震荡，表示前进一步，出现在时间点上，共计有10步。第三种(如图5中的53)乃使用者的指北针角度变化，在此的设计为，计步器判断一步产生，罗盘的角度才会被记录，所以对应于计步器的电压图，每步s_i产生，即会有相对指北针的北极夹角θ_i。 

根据图5可知，通过指北针的角度和每步的移动距离，可算出使用者每步的移动向量 

并且加总该定位区间内所有移动向量，即可得到此定位区间内单一的移动总量 通过此计算方式，即可将每一定位区间内，频繁的步数和指北针角度变化，整理成单一、简单、容易使用的单一向量。 

因此通过转换器(Converter)的计算便可获得使用者移动模式(MobilityModel)(图3中的39)的信息，接下来将说明使用者移动模式(Mobility Model)的实施方法。 

图3中的39的使用者移动模式(Mobility Model)的输入数据为使用者移动向量 

其输出数据为使用者的坐标系移动分量([X，Y])。 

使用者移动模式(Mobility Model)的功能乃通过内部公式分解使用者在此定位区间内的总移动向量，撷取出使用者在坐标系的移动分量，粒子过滤(Particle filter)算法可藉以执行坐标转换，模仿使用者做相同模式的移动。 

其关系可以以下的方程式(5)来表示，其中，P_i(t)的定义即表示在目前时间点t，编号第i个particle(粒子)等于分别为编号为i的particle(粒子)，在平面坐标系的X坐标和Y坐标。 为一随机产生的角度，以X轴为起点，逆时针产生。α为一随机变量，以平均分布，0≤α≤1。r为预设的最大随机数移动距离，r＝2。 

表示指北针北极方向。 

$P_i\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{X}_i^t\\ Y_i^t\end{array}\right]$

每个时间点t-1的particles(粒子)藉由此公式更新其在时间点t的新位置，通过将上个时间点的坐标，各自加上，相对应于使用者总移动向量的X轴、Y轴分量，并且通过随机变量α和随机角度 

来产生随机的位置偏移，藉此来稍加打乱particles的分布。 

以下特别以一实施例配合图6进一步说明其实施的方式。由图6可知，假设，令使用者在时间点t-1的位置为t₀(5，10)，particle在坐标系的坐标为A(4，15)，而到下一个时间点t，其使用者位置由t₀(5，10)切換到t₁(10，5)，则particle的新坐标为A`(X，Y)。其中， 

已知α＝0.6，‖U‖≈7則 

X＝4+7*cos(90°-135°)+2*0.6*cos(60°)＝9.6 

Y＝15+7*sin(90°-135°)+2*0.6*sin(60°)＝11 

前面已说明，本案的实施例中所采用的定位***是以图3中粒子过滤算法(Particle filter)来进行定位功能的，该使用粒子过滤算法来进行定位功能的定位***其输入数据为无线电信号配对([X，Y])及使用者移动向量 

其输出数据则为估测位置(E(t)＝[X，Y])。该定位***其功能乃是以粒子过虑(Particle filters)为算法，藉由外部接收的感测数据，过滤位置空间中目前使用者可能的位置，这些可能位置的集合，称之为Particles(粒子)，而各个 particle都具有权重(Weight)用以表示该位置为目前使用者所在的可能性，Particle filters在本***分由以下三模块所组成，各模块依序执行，并且接收上层模块的执行结果，做更进一步的处理，三个模块巡回执行一次，即可得到一次定位结果。 

由图3中可知，该三个模块分别为重新取样模式(Resampling Model)301、取样模式(Sampling Model)302及预测模式(Prediction Model)303，兹分别说明如下。 

重新取样模式(Resampling Model)301通过上个定位程序(t-1)的particles权重，将particles中，权重太低的particle删除，亦即过滤在时间点(t-1)，其表达使用者，可能性太低的位置。取样模式(SamplingModel)302将过滤后的particles，藉由使用者移动模式(Mobility Model)的信息执行坐标位置的转换，与使用者进行相同模式的移动，用以计算散布在时间点t时，使用者可能所在的位置。预测模式(Prediction Model)303计算散布后，各个particle的权重，主要就是藉由评估该particle所代表的位置，得到此无线电信号配对的机率，权重越高，即代表使用者目前在此particle位置上的可能性越高。每个定位程序，即是挑选最高权重的particle，当成使用者的定位结果。 

图1中的步骤102中装置使用定位技术取得位置信息以及与中介服务器同步信息的详细流程步骤如图2的步骤202所示，手持式电子装置在每个时间点(t+1)取得定位信息后，会将该定位信息与装置的可供使用的传输通讯协议上传给一中介服务器。上传的数据是XML格式的，例如为如下所示：。 

<item> 

  <id>00012</id> 

    <username>Eric</username> 

    <position>13.24，10.2</position> 

    <protocol> 

      <msn>Account</msn> 

      <p2p>140.1.2.3:1234</p2p> 

    </protocol> 

</item> 

其中，<item>卷标表示一个手持式电子装置，<id>卷标表示该装置的识别码，<name>卷标表示该装置的显示名称，<position>卷标表示该装置的定位信息，<protocol>卷标表示该装置可供文件传输使用的通讯协议。上述所提出的 XML标签的定义，仅为本发明的一实施例而已，当不能以的限定本发明所实施的范围，实际实施的内容亦应依据不同的实施情境予以调整，但皆应仍属于本发明专利涵盖的范围之内。 

该中介服务器收到手持式电子装置上传的数据后会将该装置信息转换成数据库的一笔数据并储存在中介服务器的数据库中，该数据库的数据域位范例可如下表所示。 

00012	Device A	13.24，10.2	msn，p2p	Account，140.1.2.3:1234
					00025	Device E	-13.2，75.13	http，e-mail	http://140.2.3.4/，[email protected]

步骤103的定位信息转换以及使用者指定文件传输目标装置的详细流程如图7所示，其包括以下的步骤； 

步骤901：装置向一中介服务器发出一文件传输需求； 

步骤902：该中介服务器搜寻Global Map(全局地图)中该装置可视范围内所有装置，建立Device Map(装置地图)并回传给该装置； 

步骤903：该装置将该中介服务器回传的该Device Map(装置地图)转换成GUI-Domain Map(图形用户界面域地图)；及 

步骤904：依据使用者的动作或手势计算出对应的目标装置。 

当使用者欲进行文件传输时，数据来源装置会向中介服务器发出文件传输需求，中介服务器会将数据来源装置的一定范围(或是可视范围)内的所有装置信息(包含装置位置、可使用的传输协议等)使用XML数据格式回传给数据来源装置，该回传给装置的数据格式范例如下所示。 

<item> 

<id>00012</id> 

<username>Eric</username> 

<position>13.24，10.2</position> 

<protocol> 

<msn>Account</msn> 

<p2p>140.1.2.3:1234</p2p> 

</protocol> 

</item> 

<item> 

<id>00025</id> 

<username>Alex</username> 

<position>-13.2，75.13</position> 

<protocol> 

<http>http://140.2.3.4/</http> 

  <e-mail>[email protected]</e-mail> 

</protocol> 

</item> 

数据来源装置接收到中介服务器回传的XML后，会再加上自身的惯性组件(如电子罗盘、陀螺仪等)的信息辅助，将邻近装置的位置从绝对坐标转换成以自身位置与方向为原点的GUI显示坐标，如图11所示为其转换的实施例示意图。 

如上所示的GUI显示的邻近装置的坐标可以3D方式在装置屏幕上显示，距离数据来源装置越近的装置显示图像越大，距离数据来源装置越远的装置显示图像越小。 

邻近装置的相对位置既然已清楚显示于屏幕之上，使用者便可将一指定的文件传输至一邻近装置(即目标装置)，使用者可先通过装置屏幕的GUI选取欲传输的文件，在选取指定目标装置的操作方面，可有两种不同的选择，第一种为GUI选取方式，使用者可以通过GUI直接将文件拖曳到代表目标装置的图像上(drag and drop)，或是将拖曳的文件往代表目标装置的图像方向快速弹射。如图8所示，假设文件原位置为(X₀，Y₀)，拖曳后文件位置为(X₁，Y₁)，文件移动向量 $\stackrel{\&RightArrow;}{v}=(X_1-X_0,Y_1-Y_0).$ 假设文件原位置与GUI上其它所有装置代表图像的向量为 

计算 

与 的夹角：(θ₀θ₁θ₂...θ_i)，最小θ夹角值的装置图像即为目标装置图像。由计算可知，θ_C＜θ_D＜θ_B＜θ_A，因此***判断使用者所选取的目标装置为装置C。另一种方式为利用惯性组件选取目标装置，使用者可以利用装置内建的惯性组件，将自身的装置往实际目标装置方向虚抛或是类似传球的动作。假设惯性组件所得到的装置抛丢方向向量为 

假设数据来源装置定位位置和其它所有装置定位位置的方向向量为 

计算 与 

的夹角：(θ₀θ₁θ₂...θ_i)，最小θ夹角值的装置即为目标装置。其原理与示意图与图8相似，在此不再赘述。 

最后是文件传输的部份，图9为使用者指定目标装置后，数据来源装置比对计算适合的传输通讯协议与文件传输的流程，由图9可知，其至少包括以下的步骤； 

步骤1301：数据来源装置撷取Device Map(装置地图)中目标装置的Protocol Table(协议表)； 

步骤1302：数据来源装置比对本身的Protocol Table(协议表)与目标装置的Protocol Table(协议表)，选取最适合的传输通讯协议；及 

步骤1303：开始使用该传输通讯协议传输文件。 

在以上的步骤中，首先数据来源装置比对自己可用的传输协议与目标装置的传输协议，寻找出优先权最高的相同传输协议。寻找的方式以可使用的通讯协议数量较少的装置为主，从最高修先权的协议开始逐一比对，若有相同的就开始使用该协议传输文件，若无则继续往下比对，直到全部比对完成为止。若 完全没有相同的传输协议则以GUI告知使用者该目标装置无法接收文件。装置内可使用的传输协议信息的范例可如图10所示。 

综上所述，本发明的结构特征及各实施例皆已详细公开，而可充分显示出本发明案在目的及功效上均深富实施的新颖性及进步性，极具产业的利用价值，且为目前市面上前所未见的运用，依专利法的精神所述，本发明案完全符合发明专利的要件。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以的限定本发明所实施的范围，即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修改，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。 

Claims (36)

1.一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输方法，其特征在于，至少包括以下的步骤：

a：设定多个装置的初始通讯环境并决定中介服务器；

b：该多个装置使用定位技术取得各装置的位置信息并与该中介服务器进行及时位置信息的信息同步；

c：该多个装置中的一来源装置经由该中介服务器取得各装置定位转换后的定位信息后，一使用者使用该各装置定位转换后的定位信息指定一文件传输的目标装置；及

d：传输该文件至该目标装置。

2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该步骤b包括以下的流程步骤；

b1：该多个装置使用定位技术取得各装置的位置信息；

b2：该多个装置定时将其位置信息以已定义XML的格式上传予该中介服务器；及

b3：该中介服务器将每个装置的位置信息汇整为一全局地图。

3.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该步骤a设定多个装置的初始通讯环境为确认该多个装置需具备：

a1、具备无线网络功能，该功能为WiFi、WiMAX、GSM以达到能与一中介服务器或是其它装置沟通的目的；

a2、具备GPS全球定位***或是无线网络的三角定位***与样本式比对定位***以及感测回馈装置，该感测回馈装置用以感测目前移动贯性轨迹与行为，并需具备将移动贯性轨迹与行为传回定位***的能力；

a3、具备供文件传输使用的通讯协议，该协议为MSN、HTTP、P2P与各类文件传输协议的设定，该设定为账号、密码、IP，以便装置自动传输文件；

a4、在中介服务器方面，若各装置位于室内并且定位技术使用粒子过滤算法与感测组件辅助的无缝式混合型定位***，则需具备该建筑物的地图与地型信息。

4.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该步骤b中的定位方法为三角定位方法中的GPS定位方法。

5.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该步骤b中的定位方法为信号强度比对定位方法中的Wifi、WiMAX、GSM、ZigBee或Bluetooth定位方法。

6.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该步骤b中各装置位置信息的更新为固定时间间隔或是变动时间间隔，其判断的依据为使用者的移动速度，速度越快其间隔越短，速度越慢其间隔越长。

7.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该多个装置的定位转换后的定位信息以3D方式或2D方式呈现于各装置的屏幕之上，或不显示该等定位信息。

8.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该使用者使用该各装置定位转换后的定位信息指定一文件传输的目标装置的方式为直接使用动作或手势指定该目标装置。

9.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该使用者使用该各装置定位转换后的定位信息指定一文件传输的目标装置的方式为于各装置的屏幕上指定该目标装置。

10.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该中介服务器为以下其中之一：该来源装置、该目标装置、一局域网络内的固定装置，或一远程的通讯装置。

11.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该文件传输的传输协议为HTTP、FTP、E-mail、MSN、Google Talk、Skype或P2P Base的文件传输协议。

12.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该进行文件传输时比对两装置间的共通最佳传输协议的方法为贪婪算法。

13.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，该XML格式的位置信息包括该装置的识别码、该装置的显示名称、该装置的定位信息及该装置供文件传输使用的通讯协议。

14.如权利要求7所述的数据传输方法，其特征在于，当该定位信息以3D方式显示时，该装置以一仰角传感器改变显示的图样。

15.如权利要求7所述的数据传输方法，其特征在于，还包括一目标装置的信息，该目标装置的信息包含使用者信息以供使用者确认。

16.如权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于，计算使用者指定目标装置的传感器为加速度传感器、指北传感器、角加速度传感器或其组合。

17.如权利要求9所述的数据传输方法，其特征在于，于各装置的屏幕上指定该目标装置的方法为使用非触碰式屏幕，以鼠标、键盘装置指定该目标装置。

18.如权利要求9所述的数据传输方法，其特征在于，于各装置的屏幕上指定该目标装置的方法为使用触碰式屏幕，以使用者手势指定目标装置。

19.一种基于感测组件辅助定位技术的向量式数据传输***，其特征在于，包括；

至少一来源装置，用以传输一文件；

一中介服务器，用以及时接收及传送各装置的及时位置信息；及

至少一目标装置，用以接收该文件；

其中，该***欲运作时，该来源装置、该中介服务器及该目标装置首先进行通讯环境的初始化，接着，该等装置使用一定位技术取得各装置的位置信息并与该中介服务器进行及时位置信息的信息同步，该来源装置经由该中介服务器取得各装置定位转换后的定位信息后，一使用者使用该来源装置所取得的各装置定位转换后的定位信息将一文件传输至该目标装置。

20.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该等装置使用一定位技术取得各装置的位置信息并与该中介服务器进行位置信息的信息同步的方法包括以下的流程步骤；

a：该来源装置使用定位技术取得各装置的位置信息；

b：该等来源装置及该等目标装置将其位置信息以XML的格式上传予该中介服务器；及

c：该中介服务器将每个装置的位置信息汇整为一全局地图。

21.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该通讯环境的初始化设定系确认各装置需具备：

d、具备无线网络的功能，该功能为WiFi、WiMAX、GSM等的功能以达到能与一中介服务器或是其它装置沟通的目的；

e、具备GPS全球定位***或是无线网络的三角定位***与样本式比对定位***以及感测回馈装置，该感测回馈装置用以感测目前移动贯性轨迹与行为，并需具备将移动贯性轨迹与行为传回定位***的能力；

f、具备供文件传输使用的通讯协议，该协议为MSN、HTTP、P2P与各协议的设定，该设定为账号、密码、IP，以便装置以自动传输文件；及

g、在中介服务器方面，若各装置位于室内并且定位技术使用粒子过滤算法与感测组件辅助的无缝式混合型定位***，则需具备该建筑物的地图与地型信息。

22.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该定位方法为三角定位方法中的GPS定位方法。

23.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该定位方法为信号强度比对定位方法中的Wifi、WiMAX、GSM、ZigBee或Bluetooth定位方法。

24.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该各装置位置信息的更新为固定时间间隔或是变动时间间隔，其判断的依据为使用者的移动速度，速度越快其间隔越短，速度越慢其间隔越长。

25.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该各装置的定位转换后的定位信息以3D方式或2D方式呈现于各装置的屏幕之上，或不显示该等定位信息。

26.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该使用者使用该来源装置定位转换后的定位信息指定一文件传输的目标装置的方式为直接使用动作或手势指定该目标装置。

27.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该使用者使用该来源装置定位转换后的定位信息指定一文件传输至该目标装置的方式为于各装置的屏幕上指定该目标装置。

28.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该中介服务器为以下其中之一：该来源装置、该目标装置、一局域网络内的固定装置，或一远程的通讯装置。

29.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该文件传输的传输协议为HTTP、FTP、E-mail、MSN、Google Talk、Skype或P2P Base的文件传输协议。

30.如权利要求19所述的数据传输***，其特征在于，该进行文件传输时比对两装置间的共通最佳传输协议的方法为贪婪算法。

31.如权利要求20所述的数据传输***，其特征在于，该XML格式的位置信息包括该装置的识别码、该装置的显示名称、该装置的定位信息及该装置可供文件传输使用的通讯协议。

32.如权利要求25所述的数据传输***，其特征在于，当该定位信息以3D方式显示时，该装置以一仰角传感器改变显示的图样。

33.如权利要求25所述的数据传输***，其特征在于，还包括一目标装置的信息，该目标装置的信息包含使用者信息以供使用者确认。

34.如权利要求26所述的数据传输***，其特征在于，计算使用者指定该目标装置的传感器为加速度传感器、指北传感器、角加速度传感器或其组合。

35.如权利要求27所述的数据传输***，其特征在于，于该来源装置的屏幕上指定该目标装置的方法为使用非触碰式屏幕，以鼠标、键盘装置指定该目标装置。

36.如权利要求27所述的数据传输***，其特征在于，于该来源装置的屏幕上指定该目标装置的方法为使用触碰式屏幕，以使用者手势指定目标装置。

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