手機LBS導覽室內導航

Report
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

如果要於手機上進行室內
研究課題

LBS導覽的話,最重要的
建築物的牆壁所阻擋,導
一點就是能夠得知使用者
致了於室內無法直接以
的所在地。
GPS進行定位。


由於GPS的電波會受到
我們必須另外尋找能夠於
其次,就是清晰易懂的室
室內使用且便於手機進行
內地圖與相關資訊。
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
Bluetooth
RFID (Radio Frequency IDentification 、無
線射頻辨識)
 ZigBee
 INS (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

利用觸碰型手機內建的電子羅盤,可以知道使用者的
數據,搭配計算機進行定位計算。
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
室內導航
判斷程序
RSSI定位
訊號資料庫
INS定位
位置比對
電子羅盤
Check-in
目標搜尋
錯誤偵測
位置計算
相關流程圖
程式啟動
RSSI室內定位
設定目標(非必要)
INS啟動
RSSI再定位
追蹤定位
錯誤
判斷位置
正確
到達目標並提供資訊
是否有下一個
目標
No!
程式結束
重置數據與設定
新目標
YES!
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。
誤差區數
0
1
2
3% 3%
19
%
75
%
3
相關成果- INS
精確度

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
實驗路徑
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。

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