TWM573833U - Hybrid indoor positioning architecture - Google Patents

Abstract

依照場域內各區域的不同定位需求，於場域中同時裝設多種類型之定位設備，並透過不同的定位設備接收追蹤目標上所對應的定位標籤訊號進行定位，最後由管理系統整合各定位裝置的定位資訊並進行後續使用。

Description

一種混合型室內定位架構

本申請是關於一種室內定位技術，特別是關於一種混合型室內定位架構。

目前常見的室內定位技術有藍牙（Bluetooth）定位、無線區域網路（Wi-Fi）定位、超寬頻（Ultra-Wideband，UWB）定位等，但由於各定位方式在技術原理、建置方式、場地限制等方面均有所差異外，也都擁有各自獨立的介面、設定校正方式與串接方法，因此，在一場域內同時建置多種定位裝置且持續穩定性運作是非常困難的。

以Beacon 藍牙定位為例，其定位原理為接收訊號強度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI），建置方式是在場域內裝設或黏貼Beacon藍牙發射器，通常搭配手機做應用，費用便宜，且硬體容易取得。然而，其問題在於：安裝與調校需耗費大量時間與人力，每當場地內擺設改變，即需重新調校一次以確保精準度。場地方面，則有著需障礙物少、訊號乾淨之限制。

以Wi-Fi定位為例，其定位原理為RSSI，建置方式是使用者須先連上場域內之Wi-Fi網路，透過手機掃描基地台Wi-Fi訊號的強弱，並從手機端演算定位，或是利用基地台掃描手機Wi-Fi，Wi-Fi覆蓋率高，硬體供應商多。然而，其問題在於： Wi-Fi易受干擾，耗電量高，且調校需耗費大量時間與人力，每次場地內擺設改變，即需重新調校一次確保精準度。場地方面，也有著需障礙物少、訊號乾淨之限制。

再以UWB定位為例，其定位原理為到達時間差定位法(Time Difference of Arrival，TDOA)，建置方式是在場域內裝設UWB傳感器，讓定位目標配戴UWB定位標籤，其安裝調校可一次完成，不需因應場地內擺設改變而重新調整，傳輸距離遠，在越空曠的場地建置數量越少。然而，其問題在於，每一個需要定位的空間皆需3+1顆的設備，對於小空間內的定位設備使用量大。場地方面，則有著適用空曠少隔間、軍事通信應用之場域的限制。

又以AoA藍牙定位為例，其定位原理為接收信號角度定位法(Angle of Arrival，AoA)，建置方式是在場域天花板裝設接收器（如：乙太網供電（Power over Ethernet，POE）或接電源），讓定位目標配戴定位標籤或手機，其安裝調校一次完成，不需因應場地內擺設改變而重新調整；一顆接收器即可進行平面定位，兩顆可進行3D定位，在高度越高的場域建置數量可越少。然而，其問題在於高度較低（3公尺以下）的硬體場地使用量高。場地方面，有著只適用高度較高之場域的限制。

因此，如欲解決單一定位技術無法滿足單一場域具有不同定位需求的問題，實有必要提供一種混合型室內定位架構，在一場域內同時整合多種定位設備，以滿足單一場域的不同定位需求。

本案提供一種混合型室內定位架構，包括：至少一定位標籤，該或該些定位標籤於一場域內各自發送一訊號；至少兩種定位設備，該些定位設備設置於該場域內，分別無線連接於與該定位設備對應的該定位標籤，用於各自接收對應的該或該些訊號，並各自產生對應的定位資料；一管理系統，該管理系統無線連接於該些定位設備，且該管理系統包括一回傳端口組、一資料庫及一定位演算法；其中，該回傳端口組用於無線接收該或該些定位資料；該資料庫用於彙整該或該些定位資料；該定位演算法用於運算及統整該或該些定位資料，得到一整合定位結果；以及一顯示裝置，該顯示裝置無線連接於該管理系統，用於接收及呈現該整合定位結果。

根據上述構想，其中該或該些定位標籤選自包含Beacon藍牙定位標籤、Wi-F定位標籤、UWB定位標籤、AoA藍牙定位標籤之群組。

根據上述構想，其中該或該些定位標籤內進一步包括LED模組、陀螺儀模組，和/或充電模組。

根據上述構想，其中該些定位設備選自包含Beacon 藍牙定位設備、Wi-Fi 定位設備、UWB 定位設備、AoA藍牙定位設備之群組。

根據上述構想，其中該管理系統為SiPS（STARWING Intelligent Indoor Positioning System）。

根據上述構想，其中該回傳端口組之參數數據已事先調校為對應於該些定位設備。

本申請能夠以多種形式及方式實現，在以下實施例以及圖式中所描述的內容，是展示本申請的實施方式。所屬技術領域中具有通常知識者，能夠以其他未展示的方式實施本申請，本申請的權利範圍應以申請專利範圍為準。

請見圖1本申請的混合型室內定位架構一實施例示意圖，混合型室內定位架構1包括至少兩種定位設備12及其對應之定位標籤11、管理系統13以及顯示裝置14，且管理系統13包括回傳端口組131、資料庫132及定位演算法133。

在圖1的實施例中，至少一定位標籤11（例如：AoA藍牙定位標籤111、UWB定位標籤112、Beacon藍牙定位標籤113，或Wi-F定位標籤114）於一場域內發射一訊號；至少兩種定位設備12（例如：AoA藍牙定位設備121、UWB定位設備122、Beacon藍牙定位設備123，和/或Wi-F定位設備124）設置於該場域內，分別無線連接於與其對應的定位標籤11，且用於各自接收對應的定位標籤11產生之訊號，並各自產生相對應之定位資料；管理系統13無線連接於定位設備12，其回傳端口組131用於無線接收該些定位資料，其資料庫132用於彙整該些定位資料，其定位演算法133則用於運算及統整該些定位資料，並得到一整合定位結果；顯示裝置14無線連接於管理系統13，用於接收及呈現該整合定位結果。

在本申請的混合型室內定位架構的一實施例中，定位標籤11包括但不限於AoA藍牙定位標籤111、UWB定位標籤112、Beacon藍牙定位標籤113、Wi-F定位標籤114。在一些實施例中，定位標籤11內更進一步包括LED模組、陀螺儀模組，和/或充電模組。本申請選用合適的定位標籤，即可藉由手機APP連入定位標籤後，設定定位標籤所發送的訊號源、頻率、功率、待機狀況等，從而讓使用者能夠輕鬆使用混合型定位系統。

在本申請的混合型室內定位架構的一些實施例中，至少兩種定位設備12之定位技術選自精準型定位技術和/或區域型定位技術（意即，至少兩種定位設備12的定位技術，可以是一種定位設備為精準型定位技術、一種定位設備為區域型定位技術，也可以兩種定位設備均採用精準型定位技術，或兩種定位設備均採用區域型定位技術），精準型定位技術包括但不限於AoA藍牙定位、UWB定位，區域型定位技術包括但不限於Beacon 藍牙定位、Wi-Fi 定位。

在本申請的混合型室內定位架構的其他實施例中，管理系統13包括但不限於SiPS（STARWING Intelligent Indoor Positioning System），且管理系統13選用的回傳端口組131包括複數個回傳端口，可以各自事先調校為對應於使用人所採用的定位設備12之定位技術（如：AoA藍牙定位、UWB定位、Beacon 藍牙定位、Wi-Fi 定位），回傳端口組131用於接收定位設備12產生的定位數據及定位演算結果等定位資料，接著將該些定位資料傳送至管理系統13後端的資料庫132，進行地圖象限與地圖座標與各定位設備12所定位之定位標籤11的對應，而各地圖象限再透過定位演算法進行接合、串聯、校準，得到一定位結果，再由顯示裝置14接收及呈現該整合定位結果。顯示裝置14包括但不限於手機、桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦等。

本申請選用了合適的定位標籤及管理系統，從而能夠將不同的定位技術整合在單一管理系統中進行運算與呈現，並使各種定位設備達到互相輔助的效果。本申請所採用的混合型室內定位架構，可以改善單一定位技術無法解決各自缺陷的問題，讓使用者在單一介面上即可操作與使用，不增加額外負擔。

本申請的混合型室內定位架構，能夠解決單一定位方法無法滿足單一場域不同定位需求的問題。例如：醫院或旅館中，希望了解公共區域的精準位置，但私人區域的房間內只需要確認有無在內即可的需求，此種需求在單一定位方法中，僅能全部精準定位或全部區域定位方式滿足；或者，在一個場域內需要精準定位，但場域內有十米高的區域與三米高的區域，此種需求在單一定位方法中若使用AoA藍牙定位，在高度較低的區域會使用較多的設備。而本申請的混合型定位架構，則能夠提供符合各種場域之定位需求，其設置架構皆有不同，以下就場域需求為實施例做說明，各圖式之圖案是用於區別實施例中不同的技術特徵，而並非用於。

需要 50 公分內精準與 2 公尺左右區域型確認的場域：

請見圖2(A)的實施例，一場域內同時具有需要高度精準的區域以及需要區域定位的區域。在需要高度精準的區域內，使用AoA藍牙定位技術，經過軟體計算安裝位置後，於區域內的天花板上安裝鐵盤，以固定一個或多個AoA藍牙定位設備121；在需要區域定位的區域內，則使用Beacon藍牙定位技術，經過軟體計算安裝位置後，將Beacon藍牙定位設備123安裝於天花板上。當不同的定位標籤111, 113於不同區域內發射訊號，其對應的定位設備121, 123配合接收器的資料回傳，管理系統13的伺服器使用RSSI定位法與AoA定位法運算計算出資料後在平台介面上呈現，達到多種設備、複合定位、單一呈現。

請見圖2(B)的實施例，一場域內同時具有需要高度精準的區域以及需要區域定位的區域。在需要高度精準的區域內，使用AoA藍牙定位技術，經過軟體計算安裝位置後，於區域內的天花板上安裝鐵盤，以固定一個或多個AoA藍牙定位設備121；在需要區域定位的區域內，則使用Wi-Fi定位技術，經過軟體計算安裝位置後，將Wi-Fi定位設備124安裝於天花板上。當不同的定位標籤111, 114於不同區域內發射訊號，其對應的定位設備121, 124配合接收器的資料回傳，管理系統13的伺服器使用RSSI定位法與AoA定位法運算計算出資料後在平台介面上呈現，達到多種設備、複合定位、單一呈現。

需要 30 公分精準且高地落差大的場域：

請見圖3的實施例，在需要精準但環境複雜的場域內，依據高度區分欲安裝的定位設備。高度以三公尺作為分界，高度大於三公尺的區域使用AoA藍牙定位設備121，利用其到達角度計算位置方式，配合區域高度較高的優勢，當AoA藍牙定位標籤111於場域內發射訊號，可藉由該單一AoA藍牙定位設備121可覆蓋範圍大之優勢，使達到精準且經濟之定位效果。高度低於三公尺的區域使用UWB定位設備122，當UWB定位標籤112於場域內發射訊號，利用該單一UWB定位設備122超高頻傳輸距離可達30公尺的優勢，既不影響精準度又不增加定位設備。

需要 30 公分精準且有空曠公共區域與小空間隔間的場域：

請見圖4的實施例，例如在醫院或是百貨商場，有獨立一間的小房間與大空間的公共區域內，高度超過三公尺時可統一由AoA藍牙定位設備121完成，若高度低於三公尺，則可在公共區域使用UWB定位設備122，而在獨立小空間內使用AoA藍牙定位設備121，僅需一至兩個硬體即可精準定位，替代UWB定位設備122在任何空間內皆需要3+1顆之限制。

在實施例中，可見本申請組合了不同優點的定位技術，採用合適的混合型定位標籤，以藍牙定位技術為主，結合各種定位技術為輔，同時利用整合技術（例如：SiPS（STARWING Intelligent Indoor Positioning System））截長補短，無論是精準度不同的需求或是場域內隔間、高度等變化，皆可藉由混合型定位架構來符合不同場域或不同定位需求。

1‧‧‧混合型室內定位架構

11‧‧‧定位標籤

12‧‧‧定位設備

13‧‧‧管理系統

14‧‧‧顯示裝置

111‧‧‧AoA藍牙定位標籤

112‧‧‧UWB定位標籤

113‧‧‧Beacon 藍牙定位標籤

114‧‧‧Wi-Fi定位標籤

121‧‧‧AoA藍牙定位設備

122‧‧‧UWB定位設備

123‧‧‧Beacon 藍牙定位設備

124‧‧‧Wi-Fi定位設備

131‧‧‧回傳端口組

132‧‧‧資料庫

133‧‧‧定位演算法

圖1為本申請的混合型室內定位架構一實施例示意圖。

圖2(A)為本申請的場域內混合型室內定位一實施例示意圖。

圖2(B)為本申請的場域內混合型室內定位一實施例示意圖。

圖3為本申請的場域內混合型室內定位一實施例示意圖。

圖4為本申請的場域內混合型室內定位一實施例示意圖。

Claims (6)

1. 一種混合型室內定位架構，包括： 至少一定位標籤，該或該些定位標籤於一場域內各自發送一訊號； 至少兩種定位設備，該些定位設備設置於該場域內，分別無線連接於與該定位設備對應的該定位標籤，用於各自接收對應的該或該些訊號，並各自產生對應的定位資料； 一管理系統，該管理系統無線連接於該些定位設備，且該管理系統包括一回傳端口組、一資料庫及一定位演算法； 其中，該回傳端口組用於無線接收該或該些定位資料； 該資料庫用於彙整該或該些定位資料； 該定位演算法用於運算及統整該或該些定位資料，得到一整合定位結果；以及 一顯示裝置，該顯示裝置無線連接於該管理系統，用於接收及呈現該整合定位結果。
2. 如專利申請範圍第1項所述的架構，其中該或該些定位標籤選自包含Beacon藍牙定位標籤、Wi-F定位標籤、UWB定位標籤、AoA藍牙定位標籤之群組。
3. 如專利申請範圍第2項所述的架構，其中該或該些定位標籤內進一步包括LED模組、陀螺儀模組，和/或充電模組。
4. 如專利申請範圍第1項所述的架構，其中該些定位設備選自包含Beacon 藍牙定位設備、Wi-Fi 定位設備、UWB 定位設備、AoA藍牙定位設備之群組。
5. 如申請專利範圍第1項所述的架構，其中該管理系統為SiPS（STARWING Intelligent Indoor Positioning System）。
6. 如申請專利範圍第1項所述的架構，其中該回傳端口組之參數數據已事先調校為對應於該些定位設備。