專利名稱：移動裝置定位方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種移動裝置定位方法及設備，且特別涉及一種無縫式混合型的移動 裝置定位方法及設備。
背景技術：
全球定位系統(Global Positioning System，GPS)是一種以全球為范圍且利用衛 星找出物體經緯度坐標信息的系統，其取得容易與便宜，且在室外空曠處具有較佳的定位 效率。然GPS具有諸如昂貴的硬件成本或首次定位時間的延遲等缺點。此外，礙于先天上 的限制，GPS在高建筑物、隧道或室內時經常收訊不良或中斷。因此，如何準確定位得到使 用者在室內環境的位置為目前業界廣泛討論和研究的議題，其中利用射頻(RF)信號以對 使用者進行室內環境定位的方法被提出。利用射頻信號進行定位的諸多方法包括無線網絡三角(wirelesstriangulation) 定位及無線網絡樣本比對(pattern matching)定位等，通常牽涉到到達時間(time of arrival，Τ0Α)，到達角度(angle of arrival,A0A)或射頻信號強度等特征值或參數。其中， 無線網絡三角定位通過數學或物理現象以推測使用者與多個存取點(access point,AP)的 距離關系而找出使用者的位置。此外，無線網絡樣本比對通過使用者所在地對于多個存取點的特征值比對而找出 使用者的位置。然而，由于可能會產生信號強度衰減模型不易建立或是信號強度不穩定等 問題，因此上述利用射頻信號進行定位的方法容易產生定位漂移(drift)的問題，此現象 會產生不合理的使用者移動路徑。此外，上述方法亦無法有效地在多層建筑內立體移動定 位。
發明內容
本發明涉及一種移動裝置定位方法及設備，通過感測移動裝置的移動軌跡或行為 模式，并結合利用射頻信號進行定位的方法，故得以兼顧定位的準確度及應用于大型環境 時的定位效率。根據本發明的第一方面，提出一種移動裝置定位方法，包括下列步驟。基于移動裝 置的一先前定位點，依據關聯于先前定位點的一先前機率分布以產生多個樣本粒子。取得 移動裝置的一當前移動軌跡或一當前行為模式，并依據當前移動軌跡或當前行為模式至少 其中之一移動這些樣本粒子。基于移動裝置所接收的一射頻信號得到一當前預估點，且產 生這些樣本粒子對應于射頻信號或當前預估點的一當前機率分布而得到移動后的這些樣 本粒子對應的權重，并依據具有這些樣本粒子的權重高低與分布得到移動裝置的一當前定 位點。根據本發明的第二方面，提出一種移動裝置定位設備，包括一接收器、一感測回饋 單元以及一處理器。接收器用以接收一射頻信號。感測回饋單元用以取得移動裝置的一當 前移動軌跡或一當前行為模式。處理器耦接至接收器及感測回饋單元。其中，處理器基于移動裝置的一先前定位點，依據關聯于先前定位點的一先前機率分布以產生多個樣本粒子， 然后依據當前移動軌跡或當前行為模式至少其中之一移動這些樣本粒子，再基于射頻信號 得到一當前預估點，且產生這些樣本粒子對應于射頻信號或當前預估點的一當前機率分布 而得到移動后的這些樣本粒子對應的權重，并依據這些樣本粒子的權重高低與分布得到移 動裝置的一當前定位點。為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉一優選實施例，并配合附圖，作詳 細說明如下
圖1繪示依照本發明優選實施例的移動裝置的一例的方塊圖。圖2繪示依照本發明優選實施例的移動裝置定位方法的流程圖。圖3繪示依照本發明優選實施例的移動裝置定位方法的示意圖。圖4繪示依照本發明優選實施例的移動裝置定位方法的實際取樣階段S300的詳 細流程圖。主要元件符號說明100 移動裝置110:顯示單元120 移動裝置定位設備122:接收器124:感測回饋單元126:圖資單元128 處理器S200 S500、600 608 階段S302 S310 步驟610 612,616 樣本空間614:障礙物
具體實施例方式本發明提出一種移動裝置定位方法及設備，通過感測移動裝置的移動軌跡或行為 模式，并結合利用射頻信號進行定位的方法，故得以減少定位漂移的問題，提高定位的準確 度，并且使得應用于大型環境時的定位效率能夠提升。本發明的移動裝置定位設備可以單獨存在，也可被整合于各種移動裝置，例如為 移動電話、個人數字助理或是導航裝置。接下來現在舉將移動裝置定位設備整合于移動裝 置為例做說明。請參照圖1，其繪示依照本發明優選實施例的移動裝置的一個例子的方塊 圖。移動裝置100包括一顯示單元110及一移動裝置定位設備120。移動裝置定位設備120 是將定位得到的移動裝置100的位置以文字或圖形顯示于顯示單元110。移動裝置定位設備120包括一接收器122、一感測回饋單元124、一圖資單元126 以及一處理器128。接收器122用以接收一射頻信號，此射頻信號，例如為一全球定位系統 (GPS)信號、一 WiFi信號、一 Zigbee訊息、一 GSM信號、一藍牙信號或其他的射頻信號，并不做限定。感測回饋單元124用以取得移動裝置100的一當前移動軌跡或一當前行為模式。 圖資單元126用以存儲并提供一地圖信息，然并不限制。地圖信息也可由外部建置的伺服 器經由傳輸而由接收器122提供給處理器128，進而節省圖資單元126的成本。亦即，圖資 單元126實質上為一可選擇(option)元件。處理器128耦接至接收器122、感測回饋單元 124及圖資單元126。處理器128基于移動裝置100的一先前定位點，依據關聯于先前定位點的一先前 機率分布以產生多個樣本粒子。處理器128依據當前移動軌跡或當前行為模式至少其中之 一移動這些樣本粒子。亦即，處理器128可依據當前移動軌跡及當前行為模式兩者移動樣 本粒子，也可僅依據兩者之一移動樣本粒子。然后，處理器128再基于射頻信號得到一當前 預估點，且產生這些樣本粒子對應于射頻信號或當前預估點的一當前機率分布而得到移動 后的這些樣本粒子對應的權重。之后，處理器128依據這些樣本粒子的權重高低與分布得 到移動裝置100的一當前定位點。請參照圖2，其繪示依照本發明優選實施例的移動裝置定位方法的流程圖。在初始 階段(initial stage) S200中，移動裝置定位設備120對移動裝置100進行首次定位。處 理器128基于移動裝置100的一初始位置，在一樣本空間(sample space)內產生多個樣本 粒子(sample particle)，這些樣本粒子可為隨機散布于樣本空間內，也可為固定形態(例 如為矩陣形態)散布于樣本空間內。接下來現在以樣本粒子是隨機散布為例做說明，然并 不做限定。因為是首次定位，故對應于初始位置，這些樣本粒子被設定為具有相同的權重。然后于實際取樣階段(sampling stage) S300中，這些樣本粒子被隨機移動。接著 于預估位置階段(prediction stage) S400，處理器128基于接收器122所接收的射頻信號 得到一初始預估點，此初始預估點可由傳統諸多利用射頻信號進行定位的諸多方法(例如 無線網絡三角定位或無線網絡樣本比對定位等)而得到。處理器128產生這些樣本粒子對 應于射頻信號或初始位置的一初始機率分布而得到移動后的這些樣本粒子對應的權重，并 依據這些樣本粒子的權重高低與分布得到移動裝置的一初始定位點。至此，完成了第1次 定位程序。其中，處理器128所產生的對應于射頻信號的機率分布為利用射頻信號與一內 部數據庫或一外部數據庫內所存儲的多筆特征值比對而得到。對于移動裝置100而言，第t次定位程序所得到的定位點為第(t+Ι)次定位程序 的一先前定位點，t為正整數。請配合參照圖3，其繪示依照本發明優選實施例的移動裝 置定位方法的示意圖。在完成第t次定位程序后，接續決定取樣分布階段(re-sampling stage)S500，基于在第t次定位程序中得到的移動裝置100的一先前定位點Et (如圖3的 階段600所示)，依據關聯于先前定位點Et的樣本粒子的一先前機率分布，在一樣本空間 610內產生并隨機散布多個樣本粒子(以固定形態散布也可，不做限制。)其中，因為先前 機率分布可能為高斯分布或常態分布的關系，這些樣本粒子具有不盡相同的權重。其中，因 為關聯到樣本粒子的先前機率分布，故在第t定位程序中具太低機率的點會被過濾掉而不 會散布有樣本粒子。請配合參照圖4，其繪示依照本發明優選實施例的移動裝置定位方法的實際取樣 階段S300的詳細流程圖。實際取樣階段S300接收初始階段S200或決定取樣分布階段S500 的多個樣本粒子。在步驟S302中，感測回饋裝置124取得移動裝置100的一當前移動軌跡 G (如圖3的階段602所示，移動裝置100由真實位置Lt移到真實位置Lt+1。)，并依據當前移動軌跡G移動這些樣本粒子。在步驟S302中，感測回饋裝置124可利用加速度感測器、指 北感測器與加速度感測器、或角加速度感測器與加速度感測器等慣性元件取得當前移動軌 跡G。此外，感測回饋裝置124也可以利用移動裝置100的移動趨勢數據計算取得當前移動 軌跡卩。更進一步地，感測回饋裝置124可以利用外界所建置分布的感測元件，例如是利用 在室內每個房間的出入口建置感應器所感測得到的移動數據，而據以計算以取得當前移動 軌跡w。對應于階段602及步驟S302，樣本空間610內的每個樣本粒子可都移動當前移動 軌跡G而散布得到樣本空間612。樣本空間610內的每個樣本粒子也可依據樣本空間610內 的每個樣本粒子而做一錐形隨機發散投射而散布得到樣本內間612。亦即，依據當前移動軌 跡 移動樣本粒子的實際方式并不做限制。如此一來，樣本粒子可通過當前移動軌跡 而散 布在移動裝置100移動后的真實位置Lt+1附近而不會過于凌亂分散，提高整體的定電平確 度。之后，在步驟S304中，處理器128決定是否采用圖資模式。如果是，則進入步驟 S306,如果否，則進入步驟S308。如果采用圖資模式，則在樣本粒子依據當前移動軌跡[移動 后，處理器128依據所接收的地圖信息判斷這些樣本粒子的移動路徑是否合理，如果否，則 處理器128移除對應至不合理路徑的樣本粒子。如圖3的階段604所示，其中由于障礙物 614(例如為墻)的存在，故部分樣本粒子因移動路徑不合理而被移除。之后處理器128會 補上足夠數量的樣本粒子。此外，在取得當前移動軌跡；；后，處理器128也可以依據當前移 動軌跡^并配合地圖信息來移動樣本粒子，如此則可避免不合理移動路徑的產生。另外，處理器128依據當前移動軌跡 并配合地圖信息來移動樣本粒子也可適用于 對在多層建筑內立體移動的使用者進行定位。亦即，當前移動軌跡;;可為移動裝置100于一 平面上的移動軌跡，也可為移動裝置100于一立體空間中的移動軌跡。舉例來說，搭配地圖 信息，處理器128可在樓梯間或電梯處觸發不同樓層的設定，并通過感測回饋裝置124通過 地心引力感測器(g sensor)所得到的g值變化量來取得移動軌跡。如此一來，樣本粒子即 可朝不同樓層散布，進而解決了對在多層建筑內立體移動的使用者進行定位的問題。在圖3的階段606中，樣本粒子被隨機移動而散布于樣本空間616內。(若樣本粒 子為固定類型散布則可省略此階段。)此時，在步驟S308中，處理器128決定是否采用行為 模式，如果是，則進入步驟S310，處理器128分析所取得的當前移動軌跡^以得到當前行為 模式，并依據當前行為模式調整樣本粒子。其中，處理器128分析當前移動軌跡^以判斷移 動裝置100是快速移動、正常移動或緩移移動。如果移動裝置100處于快速移動、正常移動 或緩移移動狀態中，則樣本粒子被隨機調整移動的距離可依移動狀態做動態調整。亦即，移 動裝置的不同的當前行為模式，會使得樣本粒子散布于不同的取樣空間616內。此外，也可 以通過人為設定而使得處理器128在易定位出錯的地域限縮樣本空間而得以減低漂移現 象。接著，在預估位置階段(prediction stage) S400,處理器128基于接收器122所 接收的射頻信號得到一當前預估點，此當前預估點可由諸多利用射頻信號進行定位的諸多 方法而得到，例如利用GPS信號通過三角定位而得到，或是利用WiFi信號通過特征值的樣 本比對定位等而得到。處理器128產生樣本粒子對應于射頻信號或當前預估點的一當前機率分布而得到移動后的這些樣本粒子對應的權重，其中每個樣本粒子對應的權重可為對應 到當前機率分布的機率，也可為繼承先前的權重并以對應到當前機率分布的機率加以調整 而得到的新權重。當前機率分布例如為高斯分布。權重越高，即代表移動裝置100位在樣 本粒子所對應的位置上的機率越高。反之，權重越低，即代表移動裝置100位在樣本粒子所 對應的位置上的機率越低。是故，處理器128依據樣本粒子的權重高低與分布得到移動裝 置100的一當前定位點Et+1。其中，處理器128可挑選具最高權重的樣本粒子為當前定位點 Et+1，也可挑選前K個最高權重的樣本粒子的中心位置為當前定位點Et+1，并不做限制。如此 一來，整體定位的準確度提升。至此，完成了第(t+Ι)次定位程序。每一次的定位程序均執 行一次S300 S500的循環。本發明上述實施例所公開的移動裝置定位方法及設備，具有多項優點，以下僅列 舉部分優點說明如下本發明的移動裝置定位方法及設備，利用粒子過濾演算法(particle filteralgorithm)承接既有的多種利用射頻信號進行定位的方法，并利用地圖信息的輔 助，搭配感測回饋元件取得移動裝置的移動軌跡與行為模式，來限制移動裝置進行定位的 范圍，故得以減少射頻信號強度漂移、誤差的問題，提高整體的定位精準度，并且使得應用 于大型環境時的定位效率能夠提升，且解決了對在多層建筑內立體移動的使用者進行定位 的問題。綜上所述，雖然本發明已以一優選實施例公開如上，然其并非用以限定本發明。本 發明所屬領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因 此，本發明的保護范圍當視所附權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種移動裝置定位方法，包括基于一移動裝置的一先前定位點，依據關聯于該先前定位點的一先前機率分布以產生 多個樣本粒子；取得該移動裝置的一當前移動軌跡或一當前行為模式，并依據該當前移動軌跡或該當 前行為模式至少其中之一移動這些樣本粒子；以及基于該移動裝置所接收的一射頻信號得到一當前預估點，且產生這些樣本粒子對應于 該射頻信號或該當前預估點的一當前機率分布而得到移動后的這些樣本粒子對應的權重， 并依據這些樣本粒子的權重高低與分布得到該移動裝置的一當前定位點。
2.如權利要求1所述的移動裝置定位方法，還包括基于該移動裝置的一初始位置，產生這些樣本粒子，其中對應于該初始位置，這些樣本 粒子的權重相同；隨機移動這些樣本粒子；以及基于該射頻信號得到一初始預估點，且產生這些樣本粒子對應于該射頻信號或該初始 預估點的一初始機率分布而得到移動后的這些樣本粒子對應的權重，并依據這些樣本粒子 的權重高低與分布得到該移動裝置的一初始定位點。
3.如權利要求1所述的移動裝置定位方法，還包括于這些樣本粒子移動后，依據一地圖信息判斷這些樣本粒子的移動路徑或結果是否合 理；以及若否，則移除對應至不合理路徑的這些樣本粒子。
4.如權利要求1所述的移動裝置定位方法，其中該當前移動軌跡為該移動裝置于一平 面上的移動軌跡或該移動裝置于一立體空間中的移動軌跡。
5.如權利要求1所述的移動裝置定位方法，還包括分析所取得的該當前移動軌跡以得到該當前行為模式，并依據該當前移動軌跡及該當 前行為模式調整這些樣本粒子。
6.如權利要求1所述的移動裝置定位方法，還包括于取得該當前移動軌跡后，依據該當前移動軌跡并配合一地圖信息移動這些樣本粒子。
7.如權利要求1所述的移動裝置定位方法，其中該射頻信號為一全球定位系統GPS信 號、一無線網絡信號、一無線通訊信號或一藍牙信號。
8.如權利要求1所述的移動裝置定位方法，還包括利用一慣性元件、一感測元件或是計算該移動裝置的一移動向量以取得該移動裝置的 該當前移動軌跡。
9.一種移動裝置定位設備，包括一接收器，用以接收一射頻信號；一感測回饋單元，用以取得該移動裝置的一當前移動軌跡或一當前行為模式；以及一處理器，耦接至該接收器及該感測回饋單元；其中，該處理器基于該移動裝置的一先前定位點，依據關聯于該先前定位點的一先前 機率分布以產生多個樣本粒子，然后依據該當前移動軌跡或該當前行為模式至少其中之一 移動這些樣本粒子，再基于該射頻信號得到一當前預估點，且產生這些樣本粒子對應于該射頻信號或該當前預估點的一當前機率分布而得到移動后的這些樣本粒子對應的權重，并 依據具有這些樣本粒子的權重高低與分布得到該移動裝置的一當前定位點。
10.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，其中該處理器還基于該移動裝置的一初 始位置，產生這些樣本粒子，其中對應于該初始位置，這些樣本粒子的權重相同，該處理器 隨機移動這些樣本粒子，然后基于該射頻信號得到一初始預估點，且產生這些樣本粒子對 應于該射頻信號或該初始預估點的一初始機率分布而得到移動后的這些樣本粒子對應的 權重，并依據這些樣本粒子的權重高低與分布得到該移動裝置的一初始定位點。
11.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，還包括一圖資單元，耦接至該處理器，用以提供一地圖信息；其中，在這些樣本粒子移動后，該處理器依據該地圖信息判斷這些樣本粒子的移動路 徑或結果是否合理，如果否，則該處理器移除對應至不合理路徑的這些樣本粒子。
12.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，其中該接收器還用以接收一地圖信息，該 處理器于這些樣本粒子移動后，依據該地圖信息判斷這些樣本粒子的移動路徑或結果是否 合理，如果否，則該處理器移除對應至不合理路徑的這些樣本粒子。
13.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，其中該當前移動軌跡為該移動裝置于一 平面上的移動軌跡或該移動裝置于一立體空間中的移動軌跡。
14.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，其中該處理器還分析所取得的該當前移 動軌跡以得到該當前行為模式，并依據該當前移動軌跡及該當前行為模式調整這些樣本粒 子。
15.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，還包括一圖資單元，耦接至該處理器，用以提供一地圖信息；其中，該處理器還依據該當前移動軌跡并配合該地圖信息移動這些樣本粒子。
16.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，其中該接收器還用以接收一地圖信息，該 處理器還依據該當前移動軌跡并配合該地圖信息移動這些樣本粒子。
17.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，其中該射頻信號為一GPS信號、一無線網 絡信號、一無線通訊信號或一藍牙信號。
18.如權利要求9所述的移動裝置定位設備，其中該感測回饋單元為一慣性元件或一 感測元件以取得該移動裝置的該當前移動軌跡。
全文摘要
一種移動裝置定位方法及設備。該移動裝置定位方法包括下列步驟。基于移動裝置的一先前定位點，依據關聯于先前定位點的一先前機率分布以產生多個樣本粒子。取得移動裝置的一當前移動軌跡或一當前行為模式，并依據當前移動軌跡或當前行為模式至少其中之一移動這些樣本粒子。基于移動裝置所接收的一射頻信號得到一當前預估點，且產生這些樣本粒子對應于射頻信號或當前預估點的一當前機率分布而得到移動后的這些樣本粒子對應的權重，并依據這些樣本粒子的權重高低與分布得到移動裝置的一當前定位點。
文檔編號H04W64/00GK101998232SQ200910163198
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月19日 優先權日2009年8月19日
發明者曾煜棋, 朱瑞浩, 羅棨鐘, 郭倫嘉, 郭圣博, 陳昭佑 申請人:財團法人工業技術研究院