CN103889049A - 基于惯性测量元件辅助的无线信号室内定位***与方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***与方法，该***包含：至少一个可执行运算的移动式无线信号收发装置，每个装置至少包括一种以上的无线信号收发器，与一种以上的惯性感测元件，用于搜集移动装置所测量到的无线信号强度与本身的运动信号等信息；两个以上的固定式无线信号收发装置，用以提供定位所需的无线信号来源；一个以上的无线信号观察装置，用以观察固定式无线信号收发装置的信号强度；一个以上的训练数据库，用于存储一种以上的标准比对信息；一个以上包含对室内空间描述的地图信息，用以协助判断连续时间内位移的合理性；以及一个以上的运算核心单元，根据训练阶段所搜集的信息与定位阶段所搜集的信息，通过地图信息的辅助进行比对，用以计算出定位结果。
Description
技术领域
本公开涉及一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***与方法。
背景技术
由于智能移动装置的普及，使得3G/WiFi无线网络使用率大幅提升，进而带动无线网络布建需求，以及带动基于无线网络的应用。除了游戏或是社群网络外，在智能移动装置中一个非常重要的应用即是定位***。其衍生应用如移动个人导航及适地***(Location Based Service，LBS)。一般定位***可分为户外定位***(由GPS定位)与室内定位***。相较于户外定位***，无线信号定位***可布建于室内无法接收到卫星信号之处，成为室内定位***中不可或缺的技术。
常见的无线信号室内定位方法主要分为以信号衰减模型为基础的三角定位法、以统计为基础的机率模型法、及以机器学习为基础的样式比对法三种。三角定位法及机率模型法容易因为不同室内环境的差异性而造成较大的定位误差，因此大多数的定位***采用样式比对的方式进行定位。然而，不论是何种方法，都须假设无线信号发射源所发射的信号必须为稳定的信号，不可随时间的不同而有所差异。但实际上，无线信号源可能会因为传输质量及本身稳定度不足等因素，在不同时间点被测量出不同强度的信号，而造成定位精准度的下降。三角定位法必须将环境因素考虑至衰减模型中，并随着不同环境调整不同参数，而样式比对法则需重新建立训练数据库。然而，实际的室内环境难以使用单一衰减模型搭配某些参数就可完全符合，而重新建立训练数据库又无法即时反应变化的信号。目前常见的移动装置中除了无线信号收发器外，也包含了各种惯性测量元件(IMU)，如电子罗盘。传统的室内定位***皆未深入结合惯性测量元件及地图信息以协助进行室内定位。此外，尽管电子罗盘可以提供装置的朝向信息，但其测量的数值容易被地磁或室内空间摆设影响其正确性，让电子罗盘的可用性大幅降低。
发明内容
本公开实施例提供一种无线信号室内定位***与方法，特别是基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***与方法。
在一实施例中，本公开是关于一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***，该***包含：至少一个可执行运算的移动式无线信号收发装置，每个装置至少包含一种以上的无线信号收发器，与一种以上的惯性感测元件，用于搜集移动装置所测量的无线信号强度与本身的运动信号等信息；两个以上的固定式无线信号收发装置，用以提供定位所需的无线信号来源；一个以上的无线信号观察装置，用以观察固定式无线信号收发装置的信号强度；一个以上的训练数据库，用于存储一种以上的标准比对信息；一个以上包含对室内空间描述的地图信息，用以协助判断连续时间内位移的合理性；以及一个以上的运算核心单元，根据训练阶段所搜集的信息与定位阶段所搜集的信息，通过地图信息的辅助进行比对，用以计算出一定位结果。
在另一实施例中，本公开是关于一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位方法，包含：一训练阶段，包含管理者建立室内空间的地图信息、并规划定义方位轴、坐标***以及训练位置；在每个训练位置上将移动式无线信号收发装置于不同方向所测量到的无线信号，与惯性感测元件的感测信号等信息搜集后，传至训练数据库记录；以及，无线信号观察装置扫描固定式无线信号收发装置的信号强度信息，亦传送至运算核心单元；以及一定位阶段，包含：使用者开启移动式无线信号收发装置的定位程序，并将当时的无线信号强度与惯性感测元件的感测信号等信息，传送给运算核心单元；当运算核心单元收到无线信号强度与感测信号等信息后，进行信号修正与位移检测的处理，接着将处理过的信息进行方向修正与定位演算后，根据历史特征与地图信息缩小候选位置，以得到使用者的位置；以及将辨识出的位置结果传回移动式无线信号收发装置进行显示。
现在配合下列图示、实施例的详细说明及申请专利范围，将上述及本公开的其他内容详述于后。
附图说明
图1所示为本公开的一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***的架构示意图。
图2所示为本公开的***在训练阶段时，移动式无线收发装置信息搜集的信息流示意图。
图3所示为本公开的***中，无线信号观察装置扫描固定式无线信号收发装置的信息流示意图。
图4所示为本公开的***在定位阶段时，移动式无线信号收发装置扫描固定式无线信号收发装置的信息流及与服务器取得定位结果的示意图。
图5所示为本公开的***在定位阶段时，固定式无线信号收发装置扫描移动式无线信号收发装置的信息流示意图。
图6所示为本公开的一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位方法的流程图。
图7所示为本公开的方法中，地球方位、使用者定义方位与各训练位置方向偏差的示意图。
图8所示为本公开的方法中，使用者方位轴向的计算示意图。
图9所示为本公开的方法中，修正朝向的示意图。
图10所示为本公开的定位算法所采用的历史比对及候选位置集合缩小法的流程图。
图11所示为本公开的实施例中室内直行的情境范例。
图12所示为本公开的实施例经过步骤1001删去不合理候选位置后的结果。
图13所示为本公开的实施例中历史比对运算于直行情境下的过程。
图14所示为本公开的实施例中室内转弯情境范例。
图15所示为本公开的实施例经过步骤1003删去不合理候选位置后的结果。
图16所示为本公开的实施例中历史比对与步骤1005于转弯情境时的运算过程。
【主要元件符号说明】
101移动式无线信号收发装置
102固定式无线信号收发装置
103训练数据库
104地图信息
105运算核心单元
106服务器
107无线信号观察装置
具体实施方式
本公开涉及一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***与方法。
图1所示为本公开的一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***架构示意图。如图1所示，本公开的***包含：至少一个可执行运算的移动式无线信号收发装置101，每个装置101至少包含一种以上的无线信号收发器(如WiFi等)，与一种以上的惯性感测元件(IMU，如加速度计等)，用于搜集装置101所接收的无线信号与本身的运动信息；两个以上的固定式无线信号收发装置102(如基站等)，用以提供定位所需的无线信号来源；一个以上的无线信号观察装置107，用以观察固定式无线信号收发装置102的信号强度；一个以上的训练数据库103，用于存储一种以上的标准比对信息；一个以上包含对室内空间描述的地图信息104，用以协助判断连续时间内位移的合理性；以及一个以上的运算核心单元105，根据训练阶段所搜集的信息与定位阶段所搜集的信息，通过地图信息的辅助进行比对，用以计算出定位结果。
值得注意的是，该运算核心单元105根据目前及先前历史特征进行多次比对，其中特征，例如无线信号强度、朝向角度、磁力计值、陀螺仪值、加速度计值等，并根据与该特征最接近的一候选位置，决定移动式无线信号收发装置101的实际所在位置，其中该候选位置，可经由运算核心单元105搭配室内地图信息、是否正在行进中、及朝向等相关信息，并删除不合理的候选位置后，以得到实际的位置，提升定位的准确度。该运算核心单元105可执行于一服务器106或移动式无线收发装置101上，二者实施方式类似，差别在于，当执行于移动式无线信号收发装置101时，相关所需的数据库103与地图信息104会存放于该移动式无线信号收发装置101中；而当执行于服务器106时，同理相关所需的地图信息104也会存放于服务器106中，但训练数据库103则可存放在于服务器106中或外部服务器。以下的实施例将依照执行于服务器106的例来说明。另外，该固定式无线信号收发装置102或移动式无线信号收发装置101所收发的无线信号类型，可为WiFi、Bluetooth、RFID、Zigbee，或其他可测量出强度的无线信号。其中，该无线信号强度观察装置107可为一基站(Access Point)、路由器(Router)、电子标签(Tag)等，但不受限。另外，无线信号观察装置107也可同时充当为提供无线信号来源的一固定式无线信号收发装置102。
本公开的基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***，其操作包含一训练阶段与一定位阶段；其中，在训练阶段时，无线信号观察装置107会观察并记录固定式无线收发装置102的信号强度，并在定位阶段时进行相同的观察。运算核心单元105于定位阶段时，则根据无线信号观察装置107于训练阶段及定位阶段的观察结果，动态修正移动式无线信号收发装置101所测量，或者训练数据库103所记录的信号强度。再者，在建立训练数据库103时，同时记录根据惯性测量元件所得的朝向角度、预期朝向角度、或以上两者的偏移量，并于定位时通过无线信号比对的结果，动态修正移动式无线信号收发装置101的当下朝向角度。最后，利用修正后的信号强度、朝向角度、及惯性测量元件所得出的移动步数、移动步距、是否转弯、与地图等各信息间的关系，搭配历史记录，采取一筛选机制，过滤样式比对不符合条件的候选位置。以下将对本***的各个操作进行说明。
图2所示为在训练阶段时，移动式无线信号收发装置101信息搜集的信息流示意图。本***的使用须在***启始前规划好搜集样式比对所需的各训练位置，并于每个训练位置的单一相同或多个不同方向，使用移动式无线信号收发装置101进行多次训练数据的搜集。搜集数据需包含环境中提供定位的无线信号强度，及移动式无线信号收发装置101中各种惯性测量元件所测量的信息。如图2所示，移动式无线信号收发装置101将所感测到由固定式无线信号收发装置102所发出的无线信号，与其惯性感测元件所测量的信息，直接或经由一固定式无线信号收发装置102传至服务器106并存储于训练数据库103中。
图3所示为无线信号观察装置107扫描固定式无线信号收发装置102的信号强度的信息流示意图。在训练阶段，除了移动式无线信号收发装置101搜集训练数据外，每台无线信号观察装置107也都会观察其余固定式无线信号收发装置102所发出的信号强度，并且将多次所测量的数值回报给服务器106并存储于训练数据库103中。由于不同时间所观察的信号强度可能会不同，故可对于不同时间的观察各别存储其观察值，例如对于早晨、中午、晚间三个时段的观察结果分别存储。
图4所示则为在定位阶段时，移动式无线信号收发装置101扫描固定式无线信号收发装置102的信息流示意图。当完成训练阶段或训练数据库103已建立后，使用者若开启移动式无线信号收发装置101的定位程序，该定位程序就会开始搜集当下环境中的无线信号强度以及本身惯例测量元件所测量到的加速度、朝向、与旋转角度等信息，并且传送给服务器106作为位置辨识所需的信息(以执行于服务器106的例进行说明)。同时，每台无线信号观察装置107都会持续观察其余固定式无线信号收发装置102的信号强度，并回报给服务器106中的运算核心单元105。此时无线信号观察装置107所观察的结果可存储于训练数据库103中，再由运算核心单元105于训练数据库103中取出，或者由无线信号观察装置107送至运算核心单元105，或者也可由运算核心单元105于无线信号观察装置107中取出。运算核心单元105收到观察结果后，会将经无线信号观察装置107所动态扫描到的信号信息，与训练阶段所搜集到的观察数据进行比对，运算核心单元105并且动态地将移动式无线信号收发装置101所测量到的无线信号强度，或训练数据库103中所记录的信号强度进行动态修正。
图5所示为定位阶段时，固定式无线信号收发装置102扫描移动式无线信号收发装置101的信息流示意图。在某些厂牌的移动式无线信号收发装置101的限制下，是无法对固定式无线信号收发装置102进行扫描，例如iPhone或iPad等产品，在操作***iOS4以后的版本中，是禁止手机应用程序扫描WiFi基站的信号强度。因此，本公开提出一以固定式无线信号收发装置102扫描移动式无线信号收发装置101信号强度的方法进行定位。如图5所示，固定式无线信号收发装置102扫描移动式无线信号收发装置101的无线信号强度，并将扫描结果传至服务器106。
图6所示为本公开的一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位方法的流程图。如图6所示，步骤601为在训练阶段中，场地或建物的管理者必须先绘制出室内空间的地图，以建立地图信息并规划方位、坐标***以及训练位置；在每个训练位置上将移动式无线信号收发装置101于单一相同或多个不同方位，所测量到的无线信号与惯性信号等信息，传至训练数据库103记录；以及，将无线信号观察装置107所扫描到的固定式无线信号收发装置102的信号强度，亦传送至训练数据库103记录。在步骤602中，则开始进入定位阶段，使用者开启移动式无线信号收发装置101的一定位程序后，并将当时的无线信号强度与惯性信号等信息，传送给服务器106中的运算核心单元105。运算核心单元105在收到该移动式无线信号收发装置101所传送的信息后，会先根据惯性信号的信息进行朝向、是否移动、移动步数、移动距离等进行前处理。步骤603中，当运算核心单元105收到无线信号强度与惯性信号等信息后，再将其中的无线信号强度的信息进行修正的处理；接着进行步骤604，将处理过的信息进行方向修正与定位演算，以得到使用者的实际位置。最后，如步骤605所示，将辨识出的位置结果传回移动式无线信号收发装置101的定位程序进行显示。值得注意的是，上述对朝向、是否移动、步数与步距等信息的计算方式是不作任何限制，例如可由该惯性信号中一轴(如指向地心的轴)的振幅值大小来决定。另一方面，本实施例的定位算法是采用历史比对及候选位置集合缩小法(History Matching withCandidate Set Shrinking)，其详细算法在后面会加以说明。其中步骤601的训练阶段中，还包含该运算核心单元105根据移动式无线信号收发装置101于搜集训练数据时所记录的标准朝向角度，或者标准朝向角度与实际测量的朝向角度的差异，进行动态朝向角度修正。
图7至图9用以说明上述步骤601中定义坐标***与步骤604中方向修正时的计算。图7所示为地球方位、使用者定义的方位与方向偏差的示意图。图8所示为使用者定义的方位轴向计算的示意图。图9为修正朝向的示意图。
由于使用者所定义的室内空间方位并不一定符合地球的东南西北方位，因此使用者方位与罗盘方位往往会有一个角度的偏差量。此外，由于一般的电子罗盘是通过空间中的地磁判断方向，但是地磁在室内空间中很容易会受到室内摆设，如马达、铁柜等物品干扰，而不同地点又会有不同程度的干扰。因此，在未知的情形下难以仅通过电子罗盘得到正确的方位信息，如图7所示，在室内使用电子罗盘并非在任何位置都能测量出与实际地球方位一致的方向。
由于一般的室内空间多以方形设计为主，因此即使站在不同位置，还是可以单靠人的判断找出大致一致的方位。例如，站在门口面向窗户的方向与站在窗户面向门口的方向是否一致是很容易办到的。因此，本公开利用这个特点作为判断方位的标准，提出的下列方向修正方式：
1.首先选定一个参考点(RP)作为基准，此参考点是选取磁场干扰较少的地点，如图7所示。
2.定义一组前后、左右的两条互相垂直的方位轴(一般与建物方位有关)，此二条方位轴与地球的东西南北的方位轴无须同向。并且，在参考点上针对此所定义的方向轴进行多次方向值的检测与记录。
3.根据所记录的多组方向值，利用回归方式(regression)求出与记录值最接近且相互垂直的二轴，即参考点的参考方位轴，如图8所示之前后、左右二轴，由于此二轴必须垂直，因此可先将其中一轴旋转90度后，将所有方向值以单一回归方程式，计算单一轴的角度，再将此角度逆转90度以求得另一轴的角度。
4.在其它所有的训练位置(TP)上，同样进行前后、左右二条方位轴的多次方向值检测与记录，并且求出平均值，然后依据各平均值，求出与参考点在此方向的方向值的差异，以得到每个训练位置的各别方向差异量。
5.在定位阶段中，如果是要对某训练位置的无线信号强度进行特征比对时，即使用此方向差异量，对定位时所测量到的方向值进行修正。此外，也可将方向差异量作为样式比对中的一项，与无线信号强度一起计算整体特征差异量。
6.最后，如果该训练位置的整体特征差异量最小，并被挑选为辨识的位置，则该位置的方向修正结果即视为当下的方向修正结果。
使用者也可对所有训练位置，包含参考位置均直接采用东西南北的地球方位而非自行定义的方位来计算。而修正结果等同于前后、左右的方位轴与地球方位轴的夹角为0度或90度的倍数的情形。
图9所示为修正朝向的示意图。如图9(A)所示，挑选出参考点的参考方位轴后，将以参考点所测量到的方向值作为标准的方向值，再记录与计算其余于训练位置所测量到的方向值与差异。然后，再如图9(B)所示，对于每个候选位置(CP)进行特征比对前，分别以该候选位置对应的方向差异值进行修正。最后，以挑选出特征最接近的候选位置的修正结果作为方向或角度修正的结果。
图6的步骤603中，信号强度修正的具体实施方式说明如下，请同时参照图3。动态修正无线信号强度是利用某些无线信号观察装置107持续观察其余固定式无线信号收发装置102的信号强度，并将观察结果传送给运算核心单元105进行处理。运算核心单元105在收到观察结果后，将此结果与训练时的观察结果进行比对，并于差异过大时根据比对结果，修正移动式无线信号收发装置101所测量到的信号强度或训练数据库103中所记录的信号强度。最后，运算核心单元105再将修正后的信号强度用于特征比对，以决定移动式无线信号收发装置101的所在位置。
无线信号修正范例流程如下：
1.在训练阶段时，无线信号观察装置107将所观察到的固定式无线信号收发装置102的信号强度，以直接或间接方式记录于训练数据库103中。记录内容可例如为所有在某固定式无线信号收发装置102信号范围之内所有无线信号观察装置107所测量到的信号强度的平均值。
2.在定位阶段时，无线信号观察装置107将所观察到的固定式无线信号收发装置102的信号强度，以直接或间接方式传送至运算核心单元105或暂存于数据库103中。
3.于定位阶段时，对于每个固定式无线信号收发装置102，运算核心单元105计算在某固定式无线信号收发装置102信号范围之内所有无线信号观察装置107所测量到的平均值，并与训练数据库103中所记录的平均值进行比对。
4.根据比对结果，运算核心单元105将移动式无线信号收发装置101所测量到的信号强度或者训练数据库103中所记录的标准信号强度进行动态修正。
图10所示为本公开于定位演算中所采用的历史比对及候选位置集合缩小法(History Matching with Candidate Set Shrinking Method)的流程图。此法乃是利用人员行进的方向来缩小候选位置的集合，以进一步提升准确率。步骤1001根据目前行进的朝向，删除方向不符合的候选位置。步骤1002根据是否行进朝向是否改变，判断是否发生转弯。步骤1003根据最后一次转弯，搭配地图信息删除不合理的候选位置。步骤1004根据历史记录的多笔信号差异值进行比对。最后，步骤1005回推历史记录中的先前位置，并根据当时的转弯及地图信息过滤不合理的候选位置。
图11至图16为本公开的历史比对及候选位置集合缩小法的一实施过程。
图11所示为室内直行的情境范例。假设在一个室内环境中，布建三个固定式无线信号收发装置(AP1，AP2，AP3)，并已规划了25个训练位置(TPs)。在定位阶段时，假设使用者从门口进入，在走了三步后，各步传送了三次无线信号(WiFi)与三次惯性感测信号等信息至服务器，分别为IMU info1、IMUinfo2、及IMU info3。
根据惯性感测信息，将目前的方向根据所有训练位置所对应的角度偏差值进行修正，得到所有可能目前修正后的角度。通过历史记录，可得知使用者正由本图的下方往上方行走，因此可以将非从下方往上方走的候选位置(CPs)先行过滤。如图12所示横向的位置。
接下来进行转弯检测，首先考虑直走时没有发生转弯的情境。此时不管是最后的时间点或者前几步的时间点都是否朝同样的方向前进。当没有转弯事件被检测到时，就直接开始进行历史比对的计算。如图13所示为历史比对于直行情境的运算过程，包含：计算每一候选位置与IMU info3的特征距离d1；计算前一个位置；取得最近的训练位置；计算该训练位置与IMU info2的特征距离d2；以及，计算再前一个位置的最近训练位置与IMU info1的特征距离d3。
本公开所使用的样式比对(pattern matching)的作法是将检测数据与训练数据进行差异量d的计算，再从差异量最小的结果挑选出最有可能的对象。因此对于每一个剩下的候选位置，计算差异量时，暂时先假设该位置就是使用者的目前位置。除此之外，可根据目前的候选位置以及使用者的位移，计算出前两个时间点可能的两个位置。由于前几个时间点的无线信号特征与最后一个时间点的特征很有可能会因为使用者的移动而改变，因此通过利用惯性感测信息算出的距离或差异量，可以找出正确的比对对象。接下来，对于这些可能的位置，个别找出离此位置最接近的训练位置并计算差异量d1、d2与d3。如此一来，就可以对每个候选位置计算出d1+d2+d3的差异量总和。最后，将差异量总和最小的候选位置挑选为使用者目前的位置，而根据此位置修正的方向结果即视为目前方向角度。
接下来考虑使用者在直走时转弯的情境。如图14所示。如果一转弯事件发生，代表转弯后的方向必定与转弯前方向不同，因此除了可以利用转弯后的方向进行步骤1001处理之外，也可以利用转弯前的方向信息，过滤掉那些不可能从转弯前方向转到转弯后方向的候选位置。
图15所示为经过步骤1003后的结果。由于使用者是从朝地图右方的方向转至朝上方的方向，因此对于转弯后的时间点，最左边一排的候选位置就可以通过步骤1003的过滤被排除。
在进行历史比对时(步骤1004)，对转弯前的时间点而言，此时不但可以得知当时的朝向，更可以得知接下来会发生一个转弯以及转弯后的朝向。利用此信息，可进行步骤1005的候选位置过滤。图16所示为历史比对(步骤1004)与步骤1005于转弯情境时的运算过程。假设在计算d2时，所找到的最近训练位置为地图最右上方的位置，但是由于已知下一个转弯会向左转(朝地图上方)。因此地图最上方的一排训练位置是不可能的转弯前位置，进而可将目前正在比对的候选位置排除。最后，同样计算所有可能的d1+d2+d3总和，并在选取最小总和的候选位置后，将以此候选位置修正的方向结果视为目前的方向结果。
本公开所提出的***与方法在与已知方法比较后，正确率可以从38%提升2.4倍至89%，而误差距离可以从1.72公尺缩小将近50%至0.93公尺。因此可以明显看出本公开的方法与***对定位结果可以有显着的改善。
综合言之，本公开提供一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***，包含：至少一个可执行运算的移动式无线信号收发装置，每个装置至少包含一种以上的无线信号收发器与一种以上的惯性感测元件，用于搜集移动装置所测量的无线信号与本身运动信号的信息；两个以上的固定式无线信号收发装置，用以提供定位所需的无线信号来源；一个以上的无线信号观察装置，用以观察固定式无线信号收发装置的信号强度；一个以上的训练数据库，用于存储一种以上的标准比对信息；一个以上包含对室内空间描述的地图信息，用以协助判断连续时间内位移的合理性；以及一个以上的运算核心单元，根据训练阶段所搜集的信息与定位阶段所搜集的信息，通过地图信息的辅助进行比对，用以计算出定位结果。
相对地，本公开也提供一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位方法，包含：管理者须先建立室内空间的地图并规划方位、坐标***以及训练位置，建立训练数据库与地图信息；使用者开启移动式无线信号收发装置的定位程序，并将当时的无线信号强度与惯性感测等信息传送给运算核心单元；当运算核心单元收到无线信号强度与惯性感测等信息后，将进行信号修正与位移检测的处理，接着将处理过的信息进行方向修正与定位演算以得到使用者位置；以及，将辨识出的位置结果，传回移动式无线信号收发装置进行显示。
以上所述者皆仅为本公开实施例，不能依此限定本公开实施的范围。大凡依据本公开权利要求书所作的均等变化与修饰，皆应属于本公开权利要求书要求保护的范围。
Claims (25)
1.一种动态无线信号强度修正***，配合至少一个具备运算与无线信号收发能力的移动式无线信号收发装置及一个无线信号观察装置，包含：
两个以上的固定式无线信号收发装置，以提供移动式无线信号收发装置及无线信号观察装置的至少一种无线信号源,并收发该移动式无线信号收发装置的至少一无线信号；
一个以上的无线信号观察装置，以观察并记录由这些固定式无线信号收发装置所发出的至少一无线信号的强度；
一个以上的训练数据库，以存储一种以上的标准无线信号强度；以及
一个以上的运算核心单元，根据移动式无线信号收发装置所接收的无线信号强度、无线信号观察装置于定位前与定位时所观察到的无线信号强度、与训练数据库所记录的该标准无线信号强度，进行动态信号强度修正。
2.如权利要求1所述的***，其中该无线信号的类型为WiFi、Bluetooth、RFID、Zigbee的其中之一或其组合。
3.如权利要求1所述的***，其中该无线信号观察装置为基站、路由器、或电子标签的其中之一或其组合。此外，该无线信号观察装置也可同时为提供无线信号源的固定式无线信号收发装置。
4.如权利要求1所述的***，其中该训练数据库可存储由该无线信号观察装置所观察到的该至少一无线信号的强度。
5.如权利要求4所述的***，其中该训练数据库可根据不同时段，如早中晚，分别记录该至少一无线信号强度集合。
6.如权利要求1所述的动态无线信号强度修正的***，其中信号强度修正的被修正信号强度是训练数据库中所记录的标准信号强度、或定位阶段中由移动式无线信号收发装置所搜集的信号强度的其中之一或其组合。
7.一种动态无线信号强度修正方法，包含：
训练时，无线信号观察装置将其观察固定式无线信号收发装置所发出的信号的观察结果存入训练数据库中；
进行定位时，运算核心单元根据当时无线信号观察装置所观察的结果与训练数据库中所记录的观察结果，对移动式无线信号收发装置所测量的信号强度或者训练数据库中所记录的信号强度进行动态修正。
8.如权利要求7所述的方法，其中该观察结果是由无线信号观察装置存于训练数据库中再由运算核心单元于训练数据库中取出、或由无线信号观察装置传送至运算核心单元、或由运算核心单元于无线信号观察装置中取出的其中之一或其组合。
9.一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位***，配合至少一个具备运算、无线信号收发与惯性感测能力的移动式无线信号收发装置，包含：
两个以上的固定式无线信号收发装置，以提供移动式无线信号收发装置的至少一种无线信号源,并收发该移动式无线信号收发装置的至少一无线信号与至少一感测信号；
一个以上的训练数据库，以存储一种以上的标准比对信息；
一个以上对室内空间描述的地图信息；以及
一个以上的运算核心单元，根据移动式无线信号收发装置所接的无线信号与测量的感测信号、训练数据库中的标准比对信息、与该地图信息，计算出定位结果。
10.如权利要求9所述的***，其中该无线信号的类型为WiFi、Bluetooth、RFID、Zigbee的其中之一或其组合。
11.如权利要求9所述的***，其中该运算核心单元是执行于服务器中或该移动式无线收发装置中的其中之一或其组合；当执行于该移动式无线收发装置时，相关所需的该训练数据库与地图信息也可存放于该移动式无线信号收发装置中；当执行于该服务器时，相关所需的该训练数据库与地图信息也会存放于该服务器。
12.如权利要求9所述的***，其中该地图信息包含至少一训练位置、至少一可行走的位置、至少一可转弯的位置，及在该每一个可转弯的位置可进行的转弯信息，以判断转弯行为于该可转弯的位置上是否合理。
13.如权利要求9所述的***，其中该运算核心单元再根据历史特征与候选位置集合中的每个候选位置特征，计算累积特征差异，并根据该累积特征差异最小的候选位置，决定该移动式无线信号收发装置的所在位置。
14.如权利要求13所述的***，其中这些特征包含无线信号强度、朝向角度、磁力计值、陀螺仪值及加速度计值的其中之一或其组合。
15.如权利要求14所述的***，其中该无线信号强度是指该移动式无线信号收发装置测量该固定式无线信号收发装置的结果、该固定式无线信号收发装置测量该移动式无线信号收发装置的结果，或无线信号观察装置测量该移动式无线信号收发装置的结果的其中之一或其组合。
16.如权利要求13所述的***，其中这些特征，再包含这些训练位置的测量朝向角度与标准朝向角度、或上述该二角度的差异值的其中之一，以修正角度差异。
17.如权利要求13所述的***，其中该运算核心单元依据该地图信息与这些特征，以缩减该候选位置集合，提升定位准确率。
18.一种基于惯性测量元件与地图信息辅助的无线信号室内定位方法，配合至少一个具备运算、无线信号收发与惯性感测能力的移动式无线信号收发装置，包含：
该移动式无线信号收发装置于训练时，搜集至少一个训练位置的至少一无线信号与至少一惯性信号，并存储于训练数据库中；
该移动式无线信号收发装置于定位时，接收当时位置的至少一无线信号与至少一惯性信号，并传送予该运算核心单元；
该运算核心单元依据所接收的该无线信号及该惯性信号，与存储于该训练数据库的该无线信号及该惯性信号，依序进行位移检测，方向修正与定位演算，以得到位置结果。
19.如权利要求18所述的方法，其中再包含传回该位置结果至该移动式无线信号收发装置显示，或不传回该移动式无线信号收发装置的其中之一。
20.如权利要求18所述的方法，其中还包含搜集该移动式无线信号收发装置于这些训练位置的测量朝向角度及标准朝向角度、或上述该二角度的差异值的其中之一，并将搜集的数据存入训练数据库中。
21.如权利要求18所述的方法，其中还包含动态无线信号强度修正的步骤，其包含：
观察至少一固定式无线信号收发装置所发出的无线信号，并将观察结果存入该训练数据库中；
根据所接收的这些无线信号与该观察结果，进行动态修正。
22.如权利要求18所述的方法，其中该定位演算是历史比对及候选位置集合缩小法。
23.如权利要求22所述的方法，其中该历史比对及候选位置集合缩小法是根据历史特征与候选位置集合中的每个候选位置特征，计算累积特征差异，并根据该累积特征差异最小的候选位置，决定该移动式无线信号收发装置的所在位置。
24.如权利要求23所述的方法，其中该历史比对及候选位置集合缩小法还包括：
根据行进朝向特性，删除不符合的至少一这些候选位置；
根据这些惯性信号之一，判断是否发生至少一转弯事件；
根据最后一次发生的转弯事件与地图信息，删除至少一这些候选位置；
根据历史记录累积多笔信号差异值进行比对；以及
回推历史记录中的先前位置、对于当时而言的最后一次发生的转弯事件及接下来会发生的下一个转弯事件、与该地图信息，删除至少一这些候选位置。
25.如权利要求18所述的方法，其中该方向修正还包含：
无线信号收发装置于训练时，搜集这些训练位置的预期朝向角度及实际朝向角度、或上述该二角度的差异量，并将结果记录于训练数据库中；
运算核心单元根据该预期朝向角度、该实际朝向角度与该差异量，对移动式无线收发装置的目前朝向角度进行修正；
运算核心单元根据修正后的这些角度进行该定位演算；
运算核心单元根据运算后的结果，选出候选位置，并以其所对应的修正量，作为该移动式无线收发装置的方向角度修正量。
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