手機 LBS 導覽 室內導航

手機 LBS導覽室內導航

指導教授：姚修慎

961337 鍾明翰971415 吳宗昇

研究緣起 當我們到達一間百貨公司、

博物館或是機場時，我們常會因為建築物的巨大而迷失了自己，浪費許多時間在找尋目標上。

如果，這時我們擁有能夠掌握自己所在地，並且能動態指引自己的工具，想必會節省不少時間，並且更輕鬆愉快的結束旅程。

研究緣起

大部分的大型建築雖然會提供導航，但都僅僅是告示、指標與櫃檯，無法提供針對個人的詳細指引。

而大部分人都會攜帶，且能夠動態更新使用者位置的工具就是手機，所以手機是進行於室內提供 LBS 最好的工具。

LBS 起源與發展 適地性服務 (Location-Based Services ; LBS) ，

是指基於行動定位技術，探知使用者所在位置，並提供使用者目前所在位置的相關服務。

而目前 LBS 更是在救難方面以外的方面發揚光大，特別是日常生活方面。最著名的例子就是 GPS 的導航系統，利用定位系統，指引使用者移動路徑，降低其迷路與塞車的機率。

研究平台

目前 iPhone 等新型擁有觸碰操作功能流行於世，這些新世代的手機（使用Android OS 、 Windows Phone 等），擁有以往手機無法想像的強大功能。

如同無線上網、電子羅盤、照相機等等都是能夠輔助室內 LBS 的硬體。

研究平台 同時，觸碰型普及率也

逐年攀身，正逐漸的取代以往的３Ｇ手機。

考量到研究的實用性與便利性，我們選擇了使用 Android OS 的手機做為我們的研究平台。

研究目標 研究課題 如果要於手機上進行室內

LBS 導覽的話，最重要的一點就是能夠得知使用者的所在地。

其次，就是清晰易懂的室內地圖與相關資訊。

由於 GPS 的電波會受到建築物的牆壁所阻擋，導致了於室內無法直接以GPS 進行定位。

我們必須另外尋找能夠於室內使用且便於手機進行定位的技術。

室內定位使用技術 目前室內定位技術主要有以下幾項

Wi-fi紅外線超音波BluetoothRFID (Radio Frequency IDentification 、無

線射頻辨識 )ZigBeeINS (Inertial Navigation System 、慣性導航

系統 )

室內定位技術比較成本 普及性 應用範圍 精確性 穩定度

Wi-Fi 中 高 極高 中 中

紅外線 中 中 低 中 低

超音波 中 低 低 中 低Bluetooth 低 極高 低 低 低

RFID 低 低 高 高 高ZigBee 中 極低 中 高 中

INS 低 中 低 極高 高 以上是各技術的比較，以普及性、精確性和穩定性來做為比較，我們選擇 Wi-Fi跟 INS 做為定位的技術。

定位方法與分區圖 將建築以樓層分割成數個 Layer ，

然後再將數個樓層分割成不同Block 。

各樓層入口使用 Blue-tooth 進行Check-in ，當使用者接近並感測到時，將定位位置改變於該區。

每個地區約為 20 平方公尺，將定位點設在各個 Block 的中心，以使用者所在的 Block來提供導航資訊。

Wi-fi 無線定位技術 –RSSI 定位

Wi-Fi 的電波訊號強度 (dBm)

會隨著距離增加而衰減，我們可以依據衰減的程度來判定與無線基地台 (AP) 的距離。

由於 Wi-Fi 網路都需有發訊的AP ，且依照協定，每個 AP

都有獨有的辨識碼，藉著這個規定可以區別收到的訊號來自於哪個 AP 。

Wi-fi 無線定位技術 –RSSI 定位

利用 dBm 的衰減程度，得知使用者與不同 AP 的距離，利用三角定位法運算出使用者的所在地。僅此定位方法，產生的誤差十分巨大，所以我們採用了更進一步的方法來提升準確率。 我們事先建立起各地點的訊號強度資料庫。 使用者現場定位時改以最近鄰居法與資料庫進行比對。

○ 我們取最近的 3 個鄰居平均後做為所在地

定位的誤差將會大幅降低，足以進行室內 LBS 導覽。

INS 定位

INS又稱慣性導航系統 (Inertial Navigation System ) ，現今已管廣泛運用於導彈、飛機等飛航產物上。

INS使用陀螺儀、電子羅盤、加速度計等感測器獲取數據，搭配計算機進行定位計算。

利用觸碰型手機內建的電子羅盤，可以知道使用者的移動方向與移動振幅，藉此完成 INS計步器來進行定位。

INS 定位 手機上的電子羅盤可以檢測與北方的夾角，同時也能夠偵測使用者移動的振幅。

我們夾角來判定使用者的方向，並且利用振福來判定使用者是否有前進。與北方的夾角為 Azimuth值

○ ０度為正北上下振幅為 Pitch值

○ ｜ Pitch｜ > 定值時判定為行進一步

INS 定位 我們假設人類平常每

前進一步為 0.65 公尺，將 1 個 Block再分割成 7*7 的小方格，利用計步器所偵測到的步數與方向決定使用者所在地。

室內定位技術整合 由於 INS每行走就會增加一點誤差值，這一累積誤差當時間

一久將會成為巨大的差值，所以我們會定期以 RSSI將初始位置更新降低誤差。

將 INS 做為行進間定位的主體，以 RSSI 定位做為起始點判定與修正，這就是手機室內 LBS 的定位。

在以下情況啟用 RSSI

於程式開始 錯誤發生時 長時間行走時（這時將 INS 與 RSSI 結果平均做為所在地） 長時間靜止不動

系統架構圖

INS 定位RSSI 定位

室內導航

判斷程序

訊號資料庫 位置比對 電子羅盤 位置計算

目標搜尋 錯誤偵測

Check-in

程式啟動

設定目標 (非必要 )

INS啟動

判斷位置

到達目標並提供資訊

追蹤定位

程式結束

RSSI再定位

是否有下一個目標

重置數據與設定新目標

正確

錯誤

YES!

No!

RSSI 室內定位

相關流程圖

相關成果 -RSSI 藉由 Wi-Fi~RSSI 定位的結果，準確正確率為 75% 。

由實驗結果可知，在空曠的室內場地。運用 Wi-Fi 的無線訊號強度的定位法誤差值僅僅 2 公尺，正確率高達 7成 5 。雖然不甚完美，但已經是十分高的數字，如果搭配其他定位方法，在聯集下定位的正確率將會更高。

76%

19%

3%3%

誤差區數0 1 2 3

相關成果 - INS

精確度

實驗路徑

我們實踐運用 INS 的計步器定位成果，效果十分優良，能夠將誤差壓低在 2公尺內。

短距離 10 公尺的誤差約為 0.1 公尺

長距離 90 公尺的誤差約為 0.44 公尺

專題結果 將 RSSI 與 INS兩項定

位技術整合後，短時間內的定位誤差低於 3 公尺以下，讓使用者能夠正確德知自己所在。

我們依據使用者的所在，搭配資料庫。能夠讓使用者找到想要的商品以及想到達的目標，算是完成了手機 LBS 導覽的一小步。