基于磁場特征的方位測定方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種方位測定方法與系統(tǒng)，其基于磁場特征進行方位測定。本發(fā)明的系統(tǒng)包括一系統(tǒng)端設備及一用戶端裝置，系統(tǒng)端設備在一預定空間內(nèi)的不同位置產(chǎn)生多個特征磁場，當用戶端裝置在此預定空間移動時，感應某一特征磁場后，即會傳出一單位特征，系統(tǒng)端設備依據(jù)傳出的單位特征而在一磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應的特征值及定位值，并將定位值傳出，從而得到方位測定的效果。
【專利說明】基于磁場特征的方位測定方法與系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種方位測定方法與系統(tǒng)，特別是一種基于磁場特征的室內(nèi)方位測定方法與系統(tǒng)，。
【背景技術】
[0002]方位測定的技術最成熟的是全球定位系統(tǒng)(GPS, Global Positioning System),不過其受限于“視線”(line of sight)而無法在有遮蔽物的環(huán)境下定位，例如GPS在室內(nèi)或大樓停車場內(nèi)即無法定位。因此，近年業(yè)界發(fā)展了利用無線通信(WiFi)、超寬帶(UWB，Ultra Wideband)、無線射頻辨識(RFID, Radio Frequency Identification)等技術以進行定位，但多需要額外的設備，增加了建置與維護的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種基于磁場特征的方位測定方法與系統(tǒng)，能單獨進行方位測定，也能搭配GPS或WiFi系統(tǒng)而提供精密度(分辨率)更高的方位測定效果。
[0004]依據(jù)本發(fā)明一實施例，基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)包括系統(tǒng)端設備與用戶端裝置。
[0005]基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)的系統(tǒng)端設備包括特征磁場產(chǎn)生裝置、磁場特征數(shù)據(jù)庫、及處理裝置，特征磁場產(chǎn)生裝置在一預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場，所述特征磁場具有至少二個磁場特征。磁場特征數(shù)據(jù)庫具有多個特征值及多個定位值，每一該特征值對應每一該定位值，所述特征值對應所述磁場特征。
[0006]基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)的用戶端裝置包括磁場感測元件、及處理器。磁場感測元件感測特征磁場并輸出磁場信號。處理器接收并處理該磁場信號并于已處理的該磁場信號構成一單位特征時，將該單位特征傳送至該處理裝置，該處理裝置于該磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應該單位特征的該特征值及該定位值后，輸出該對應的定位值。
[0007]依據(jù)本發(fā)明一實施例，基于磁場特征的方位測定方法包括:于一預定空間內(nèi)配置多個特征磁場，所述特征磁場具有至少二個磁場特征；接收一單位特征，該單位特征來自于一用戶端裝置，該用戶端裝置于該預定空間內(nèi)位移至少一預定距離后發(fā)出該單位特征；于一磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應該單位特征的一特征值及對應該特征值的一定位值；以及輸出該定位值。
[0008]通過上述基于磁場特征的方位測定方法與系統(tǒng)，系統(tǒng)端設備可以經(jīng)由用戶端裝置回傳的單位特征來分辨用戶端裝置所在方位(定位值)，并輸出該方位信息。此方法與系統(tǒng)除了可以單獨在該預定空間內(nèi)進行方位測定外，也可搭配GPS或WiFi的定位，而提供更大范圍精度更高的定位結果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)的第一實施例的架構示意圖；[0010]圖2A、2B、2C、2D為根據(jù)本發(fā)明的磁石組所產(chǎn)生的特征磁場的示意圖；
[0011]圖3為根據(jù)本發(fā)明的磁石組所產(chǎn)生的用戶端裝置的另一實施例；
[0012]圖4A、4B、4C為根據(jù)本發(fā)明的磁石組在不同量測高度下的特征磁場示意圖；
[0013]圖5A、5B、5C、ro、6A、6B、6C、6D為根據(jù)本發(fā)明的磁石組在磁石距與磁極排列方式下的特征磁場示意圖；
[0014]圖7A、7B、7C、7D為根據(jù)本發(fā)明的磁石組在不同量測角度下的特征磁場示意圖；
[0015]圖8為根據(jù)本發(fā)明的特征磁場產(chǎn)生裝置的另一實施例配置于預定空間的示意圖；
[0016]圖9A、9B、9C、9D為根據(jù)本發(fā)明的磁石的排列方式的實施例示意圖；
[0017]圖10為根據(jù)本發(fā)明的基于磁場特征的方位測定方法的流程示意圖。
[0018]【主要元件符號說明】
[0019]10、10'特 征磁場產(chǎn)生裝置
[0020]100磁體組
[0021]102、104、106、108、110 磁石組、磁場產(chǎn)生元件組
[0022]102a磁石、磁場產(chǎn)生元件
[0023]106xU06yU06z磁場信號
[0024]108xU08yU08z磁場信號
[0025]110a、110b、I IOc磁石
[0026]20處理裝置
[0027]22磁場特征數(shù)據(jù)庫
[0028]24收發(fā)元件
[0029]30x、32x、34x磁場信號
[0030]30y、32y、34y磁場信號
[0031]30z.32z.34z磁場信號
[0032]40、42磁體組
[0033]40a、40b、40c、40d磁石組、磁場產(chǎn)生元件組
[0034]42a、42b、42c、42d磁石組、磁場產(chǎn)生元件組
[0035]42e、42f、42g、42h磁石組、磁場產(chǎn)生元件組
[0036]49原點磁石組、原點磁場產(chǎn)生元件組
[0037]50系統(tǒng)端設備
[0038]60、6(V用戶端裝置
[0039]62磁場感測元件
[0040]64處理器
[0041]66傳接元件
[0042]67加速度計
[0043]68陀螺儀
[0044]69屏幕
[0045]90,90/預定空間
[0046]92坐標圖樣
[0047]95a、95b、95c貨架[0048]96a、96b走道
[0049]dl磁石距
[0050]d2組距
[0051]d3群距
[0052]d4有效磁距
【具體實施方式】
[0053]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0054]首先，請參考圖1，其為根據(jù)本發(fā)明基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)的第一實施例的架構示意圖。為便于了解，本實施例所應用的預定空間90為單軸的長條形空間，圖1所表示的為預定空間的俯視圖。此預定空間90可以是賣場、儲藏室、庫房、或任何室內(nèi)、室外的走道，由本方位測定系統(tǒng)直接在該預定空間90內(nèi)提供方位信息。若將本發(fā)明的方位測定系統(tǒng)搭配(輔助)GPS或WiFi，則此預定空間90的長度可以是該GPS或WiFi的分辨率中的最小分辨單位的長度，如此一來，即可提高所搭配的GPS或WiFi的整體方位測定精度。[0055]第一實施例的方位測定系統(tǒng)包括系統(tǒng)端設備50及用戶端裝置60。在第一實施例的應用下，當用戶端裝置60依圖式的箭頭方向行進行，系統(tǒng)端設備50即可獲得用戶裝置60所在的水平(以圖式方位)位置。
[0056]系統(tǒng)端設備50包括特征磁場產(chǎn)生裝置10、處理裝置20、及磁場特征數(shù)據(jù)庫22。
[0057]特征磁場產(chǎn)生裝置10可在預定空間90內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場，每一特征磁場可具有單一或多個磁場特征。進一步地說，特征磁場產(chǎn)生裝置10包括至少一磁體組100，每一磁體組100包括多個磁場產(chǎn)生兀件組102、104、106、108 (若磁場產(chǎn)生兀件為磁石(或稱為永磁體)，則磁場產(chǎn)生元件組也可稱做磁石組，為便于說明，以下分別以第一、第二、第三、第四磁石組命名，但非用以限定本發(fā)明)，每一磁石組102包括多個磁場產(chǎn)生元件102a、102b,在本實施例中，磁場產(chǎn)生元件102a、102b以磁石為例，但并不以此為限，任何可以產(chǎn)生磁場的元件均可應用于本發(fā)明，以下內(nèi)容，為簡化用語，磁場產(chǎn)生元件皆以磁石(永磁體)表示，并非用以限定磁場產(chǎn)生元件102a、102b僅為磁石，在單一磁體組100內(nèi)的磁石組102、104、106、108的所述磁石102a、102b的排列方式是相異的(也可為相同)，在本實施例中，此相異的排列方式指的是磁石102a、102b磁極的排列方式不同，請參考圖1，磁石組102、104、106,108從左至右的磁極排列方式依序為SN、SS、NS、NN(圖示中每組雖以雙磁石表示，但也可安排為單一或多數(shù))，其中，S代表一個磁石的磁南極朝觀視者(朝上，即垂直穿出圖紙的方向)，也就是說此磁石的NS磁極排列為垂直于圖1圖紙的方式放置且S極朝上，N極朝下；而N代表另一個磁石的磁北極朝觀視者(即朝上)，磁南極S朝下，此另一個磁石即與前述S極朝上的磁石相鄰；因此,每一磁石組102、104、106、108具有一個該特征磁場且同一磁體組100內(nèi)的特征磁場均不相同(例如但不限于分別為SN、SS、NS、NN,容后詳述)。
[0058]磁體組100的排列中，在單一磁石組102、104、106、108中的磁石102a、102b的間距為磁石距dl (也可稱為磁場產(chǎn)生元件距離)，兩相鄰磁石組102、104的間距為組距d2，而單一磁體組100所能測定方位的距離則稱為群距d3，單一磁石組102、104、106、108所產(chǎn)生的磁場的影響范圍稱為有效磁距d4(容后詳述)。[0059]以本實施例的磁石102a、102b排列方式舉例而言，單一磁體組100內(nèi)的所述特征磁場數(shù)量不大于以單一該磁石組102內(nèi)的所述磁石102a、102b數(shù)量為指數(shù)的2的冪次方，也就是說，以圖1為例，單一磁石組102的磁石102a、102b的數(shù)量為2，因此，特征磁場數(shù)量即不大于22，也就是不大于4。在此實施例中，雖然單一磁體組100內(nèi)具有四個磁石組102、104、106、108，但不以此為限，單一磁體組100內(nèi)也可僅有二個或三個磁石組102、104、106。若單一磁石組的磁石數(shù)量為3，則在單一磁體組100內(nèi)的特征磁場數(shù)量將不大于23，也就是不大于8。
[0060]前述磁石102a、102b的“排列方式”除了用磁極的排列做變化外，也可以是磁石102a、102b排列的距離、磁石102a、102b的相對疊置關系的變化、或選擇不同磁力強度的磁石102a、102b進行排列，容后詳述。
[0061]關于不同排列方式的磁石102a、102b所產(chǎn)生的特征磁場，請參考圖2A、圖2B、圖2C、及圖2D，其為根據(jù)本發(fā)明的磁石組所產(chǎn)生的特征磁場的示意圖。此圖中的坐標可見于圖式右上角的坐標圖樣92 (同圖1)，依圖式水平向右方向為正Y方向，往圖式平面垂直向下的方向為正X方向，而從圖式圖面垂直穿出圖紙朝觀視者方向則為正Z方向。而用戶端裝置60的坐標方位也與預定空間90的坐標方位相同。其中，圖2A與圖2B是以第四磁石組108為例，而圖2C與圖2D則是以第三磁石組106為例進行說明。
[0062]首先，用戶裝置60是依圖2A中的朝正Y方向移動，該用戶裝置60在移動了整個路徑之后，因感應該路徑內(nèi)的特征磁場而讀取得到磁場信號108x、108y、108z即如圖2B所示，而圖2D也為采用相同方式在圖2C中所取得的磁場信號106x、106y、106z。從圖2B與圖2D可以看出，在單一軸向所讀取到的磁場信號在不同磁石排列方式時，會得到不同的特征磁場，例如，以Y軸方向所得磁場信號108y、106y為例，108y的磁場特征為對應磁石所在位置磁力強度會從負轉(zhuǎn)正，106y的磁場特征為在對應N磁極磁石時,磁力強度由負轉(zhuǎn)正，當對應S磁極磁石時，磁場強則從正轉(zhuǎn)負，因此，通過磁石的排列變化，即可使得磁石組102、104、106、108得到不同的特征磁場，而前述用戶裝置60在移動了整個路徑(即單一有效磁距d4)后所擷取到的累積的磁場信號即可稱為單位特征，換句話說，該有效磁距為單一該磁石組能形成對應的該單位特征的最小距離。此單位特征所對應的單位路徑的長度，可為本發(fā)明所能分辨的分辨率的最小單位，此最小單位可以是前述的組距d2也可以是前述的有效磁距d4。關于有效磁距d4與組距d2間的關系，組距d2可以是但不限于以兩相鄰磁石組106、108的有效磁距不相互重疊(或稱干涉)的最小距離為下限而選定的值，若以圖1為例，相鄰二個磁石組106、108的組距d2的最小尺寸為此二磁石組106、108的有效磁距d4和的一半，也就是1/2 X (磁石組106的有效磁距d4+磁石組108的有效磁距d4);而組距d2的上限則視預定空間90而定。
[0063]其次，前述磁場特征數(shù)據(jù)庫22具有多個特征值及多個定位值，每一該特征值對應每一該定位值，所述特征值對應所述磁場特征。此特征值即為前述的108x、108y、108z、106x、106y、106z的值，而對應的定位值，若以本實施例為例時，108z、108y、108z的特征值即對應圖1第四磁石組108所在位置的坐標，而106x、106y、106z的特征值所對應的定位值即為圖1第三磁石組106所在位置的坐標。前述的特征值可以是但不限于特征曲線、數(shù)值、比例、三軸對應關系，也可以為相對數(shù)值或邏輯上的對應關系。前述定位值可以是一個絕對坐標，也可以是一個相對的增量(相對增量可為正值或負值)，例如，若預定空間90為整個方位測定范圍，則定位值即可以是絕對坐標，若在預定空間90中，經(jīng)過一特殊定位點后，也可以增量方式估計在空間中的定位點。如測得第三磁石組106的特征值后，并接著測得磁石組108的特征，當已知106與108組距為d2，則可知所位置為106磁場所在位置增加d2的定位點(以增量方式輸出定位值)，當然以此類推，若空間中以此方式設置多組108磁石組(如:n組)，且組距皆為d2則測得的是對應第三磁石組106位置的多倍的組距(如:nX d2)。
[0064]前述的特征磁場的產(chǎn)生是以磁石(永磁體)為例，但并不以此為限，也可以是電磁鐵方式產(chǎn)生，或是磁石與電磁鐵混合方式產(chǎn)生。
[0065]為避免混淆，茲對特征磁場、特征值、單位特征、磁場信號、單位特征等名詞做一說明，特征磁場為磁石組102、104、106、108在有效磁距d4內(nèi)所產(chǎn)生的磁場，特征值則是儲存于磁場特征數(shù)據(jù)庫22的數(shù)據(jù)，磁場信號是用戶端裝置60在單一有效磁距d4內(nèi)所測得的單一時間點內(nèi)的信號，單位特征則是用戶端裝置60在單一有效磁距d4內(nèi)累加所有磁場信號而得的信號值，如同前述，此信號值可以是但不限于信號曲線、數(shù)值、比例、三軸相對關系，也可以是相對數(shù)值或邏輯上的關系。
[0066]前述處理裝置20用于接收用戶端裝置60傳來的單位特征，并于該磁場特征數(shù)據(jù)庫22中查找對應該單位特征的特征值及定位值后，輸出該對應的定位值。此處所述的定位值的輸出，可以是但不限于將定位值傳給用戶端裝置60以顯示于用戶端裝置60的屏幕，也可于系統(tǒng)端設備50中顯示于屏幕上。
[0067]前述單位特征可以是對應三軸的特征值，也可以是對應單軸或雙軸的特征值，實施時，可視分辨能力及效能而決定。此外，為了能提高單位特征的分辨力，可以適當調(diào)配磁石距dl、組距d2，以搭配不同的磁石或電磁場。
[0068]請再參閱圖1，用戶端裝置60包括磁場感測元件62及處理器64。磁場感測元件62感測所述特征磁場并輸出一磁場信號。處理器64接收并處理該磁場信號并于已處理的該磁場信號構成(累積)達一單位特征時，將該單位特征傳送至該處理裝置20。更明確地說，處理器64在該用戶端裝置60于該預定空間90內(nèi)位移大于或等于磁石組的有效磁距d4后，獲得該單位特征。而磁場感測元件62可以是但不限于行動裝置中的電子羅盤。如同前述，所傳回的單位特征可以是但不限于信號曲線、數(shù)值、比例、三軸相對關系等。
[0069]而處理器64與處理裝置20間的耦接方式，可以是在用戶端裝置60配置有一傳接元件66，在系統(tǒng)端設備50配置有一收發(fā)元件24，通過傳接元件66與收發(fā)元件24間的有線或無線通信，即可達成由用戶端裝置60將單位特征傳至系統(tǒng)端設備50的目的。
[0070]接著，請參閱圖3，其為根據(jù)本發(fā)明的磁石組所產(chǎn)生的用戶端裝置的另一實施例。圖中可以見悉，用戶端裝置、60'包括磁場感測元件62、處理器64、傳接元件66、加速度計67、以及陀螺儀68。
[0071]此用戶端裝置60'可適于用戶端裝置60'在預定空間90內(nèi)以不同速度、不同仰角(與XY平面夾角)、及/或不同移動角度(與XZ平面夾角)的方式移動的情形，此情形較適于一般人在移動的狀態(tài)下的方位測定，而圖1的用戶端裝置60則可以是但不限于已預先設定好的無人搬運裝置等情形的方位測定，此種情形通常配置于無人搬運裝置上的用戶端裝置60已設定好角度及移動速度，故可以不考慮此二因素即能得到正確的單位特征。
[0072]加速度計67用以獲得該用戶端裝置60'位移的加速度值；陀螺儀68用以獲得該用戶端裝置60'位移的角度；而處理器64依該磁場信號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特征。
[0073]處理器64在依該磁場信號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特征時，考慮用戶端裝置60'移動的加速度與速度值，而可經(jīng)過一正規(guī)化處理程序，將磁場信號適當?shù)卣?guī)化至單位特征的時間長度內(nèi)。同時，處理器64也可依移動時的角度而計算出在X、Y或Z方向的分量，以得到單軸、雙軸或三軸的單位特征，如此一來，所傳送至處理裝置20的單位特征，將更能符合磁場特征數(shù)據(jù)庫22中的特征值，更能便利處理裝置20的查找。
[0074]此外，用戶端裝置60'另可包括屏幕69，如同前述，當系統(tǒng)端設備50的處理裝置20傳出定位值時，處理器64可經(jīng)由收發(fā)元件24、傳接元件66而接收到該定位值，處理器64即可將該定位值于屏幕69顯示。
[0075]單位特征:關于處理器64判斷所收集的磁場信號是否構成了一個單位特征的方式可以是但不限于下列幾種方法:
[0076]首先，就圖1的用戶端裝置60可采用的單位特征的獲得方法進行說明，如前所述，圖1的用戶端裝置60的應用領域可以是但不限于已預先設定好的無人搬運裝置等情形的方位測定，在此種情形下，配置于無人搬運裝置上的用戶端裝置60的磁場感測元件62已設定好與行進方向成一預定角度，同時無人搬運裝置的移動速度也固定。
[0077]圖1的用戶端裝置60利用特征磁場搭配自然磁場(即地磁)來辦視用戶端裝置60是否已行經(jīng)一完整的有效磁距d4并取得單位特征。在無人搬運裝置應用情形下，實施時可以適當?shù)卣{(diào)整前述組距d2，使得當用戶端裝置60移動時，經(jīng)過某一磁石組104時，其磁力強度較強，而當移至相鄰兩個磁石組104、106中央時，其磁力強度相對較弱，因此，處理器64在接收到磁場大小高于一第一閾值時，即開始收集磁場信號，并磁場大小于低于一第二閾值時，則停止收集磁場信號，處理器64并將在此段時間內(nèi)所累積收集到的磁場信號，經(jīng)由一磁場信號處理程序轉(zhuǎn)換為前述的單位特征，再將該單位特征傳送至處理裝置20進行比對與辨識。前述的第一閾值與第二閾值可以是相同的數(shù)值或成某個比例關系，視實際實施現(xiàn)況而定。
[0078]由上述的說明可知，在此應用環(huán)境下，由于所搭配的用戶端裝置60的移動速度與角度為已知，因此，用戶端裝置60所配置的元件較為精簡，且處理器64在處理上則較為快速。此外，針對多個磁體組100的應用情形，可以調(diào)整磁體組100的間的群距d3，使得磁石組102、104、106、108間磁場大小低于第一、二閾值的區(qū)間距離相異于磁體組100間磁場大小低于第一、二閾值的區(qū)間距離，如此一來，處理器64即可利用此相異的低磁場大小區(qū)間來判斷用戶端裝置60已跨越了一個磁體組100。
[0079]其次，圖3的用戶端裝置60'的單位特征獲得方法除了可采用前述特征磁場與自然磁場搭配的方式外，也可采用計算用戶端裝置60'已行經(jīng)距離的方法。
[0080]如前所述，用戶端裝置60'具有加速度計67與陀螺儀68，因此，處理器64可以獲得用戶端裝置60'的速度、加速度、陀螺儀68等信息，所述信息除了可用來校正所收到的磁場信號外，也可用來計算用戶端裝置60'已行經(jīng)的路徑與距離，當用戶端裝置60'已行經(jīng)了完整的一段有效磁距d4時，處理器64即可整合所累積收集到的磁場信號為單位特征，此整合程序可包括前述的規(guī)一化(或標準化)，且在規(guī)一化過程也可能包括了分量的計算、磁場信號的加減(用戶端裝置60'在單一組距內(nèi)往復行進)等。[0081]前述實施例中單位特征的獲得與處理，是在使用者端設備60、60'所完成，但并不限于此，使用者端設備60、60'可將相關數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)端設備50進行單位特征的處理，此相關數(shù)據(jù)可以是但不限于磁場信號、速度、加速度、角度等。
[0082]特征磁場:關于特征磁場的產(chǎn)生及預定空間的配置，請參照圖4A、圖4B及圖4C，其為根據(jù)本發(fā)明的磁石組在不同量測高度下的特征磁場示意圖。
[0083]在此實施例中，單一磁石組包括三個磁石，磁石距dl為60公分，驗證的有效磁距范圍為200公分，且此磁石組是以NNN方式排列，排列高度為75.5公分，圖4A是在高度為105公分位置量測而得的磁場信號、圖4B是在高度為180公分位置量測而得的磁場信號、圖4C是在高度為160公分位置量測而得的磁場信號。30x、32x、34x各別代表在X軸方向所測得的磁場信號。30y、32y、34y各別代表在Y軸方向所測得的磁場信號。30ζ、32ζ、34ζ各別代表Z軸方向所測得的磁場信號。從此三圖式中可以看出，Y軸方向所測得的磁場信號30y、32y、34y的特征較為明顯且一致，因此，若欲僅采用單軸的磁場信號作為單位特征，可采用Y軸的磁場信號，在本實施例中，Y軸指的是與行進方向平行的軸向(請見于圖1的坐標圖樣92與用戶端裝置60的移動路行，即圖中虛線箭頭所指方向)。
[0084]接著，請續(xù)參閱圖5A、圖5B、圖5C、圖圖6A、圖6B、圖6C及圖6D為根據(jù)本發(fā)明的磁石組在磁石距與磁極排列方式下的特征磁場示意圖。其中，圖5A、圖5B、圖5C、及圖是采用NN方式排列，而該四圖中的磁石距dl依序為80公分、60公分、40公分、及20公分。圖6A、圖6B、圖6C及圖6D是采用NS方式排列，而該四圖中的磁石距dl依序為80公分、60公分、40公分、及20公分。
[0085]從圖5A、圖5B、圖5C、圖圖6A、圖6B、圖6C及圖6D可以看出，在縮短磁石距dl后NS的排列方式仍有很明顯的特征，而NN排列的特征就較不明顯，因此，若欲縮小有效磁組距d4，以較小的距離空間創(chuàng)造更多的磁場特征時(獲得更小的方位測定精度)，可考慮在單一磁體組100內(nèi)，采用N、S交錯的排列方式。
[0086]再者，請參閱圖7A、圖7B、圖7C、及圖7D，其為根據(jù)本發(fā)明的磁石組在不同量測角度下的特征磁場示意圖。此特征磁場是在磁石組(NSN)位于約90公分的高度，磁石距為40公分，傳感器高度為180公分所測得的磁場信號。其中，圖7A是在用戶端裝置60'的Y軸與預定空間的Y軸夾O度角所測得的磁場信號，圖7B是在用戶端裝置60'的Y軸與預定空間的Y軸夾30度角所測得的磁場信號，圖7C是在用戶端裝置60'的Y軸與預定空間的Y軸夾60度角所測得的磁場信號，圖7D是在用戶端裝置60'的Y軸與預定空間的Y軸夾90度角所測得的磁場信號。
[0087]從圖7A、圖7B、圖7C、及圖7D可以看出，Y軸的磁場信號隨著用戶端裝置60'移動方向與Y軸的夾角越大，使原有Y軸投影行走方向的軸向分量降低，造成采用原有Y軸特征辨識可能不如預期，此時應配合平行行走方向的軸向(如:若夾角90度時應為“-Z”軸)，取代原有Y軸的特征進行辨識。如上說明可知，若以相同磁力強度的磁石做為特征磁場產(chǎn)生的基礎元件，可利用磁極的適當排列、磁石距dl的變化、組距的變化，配合適當?shù)膫鞲衅餍畔?，即可得到不同的特征磁場及所需的定位精?分辨率)。
[0088]而對應前述已產(chǎn)生的特征磁場，其所對應的磁場特征數(shù)據(jù)庫22的特征值，也有幾種方式產(chǎn)生，第一種為在安裝系統(tǒng)端設備50，在研發(fā)階段即建立各種特征磁場所對應的特征值，直接建構于數(shù)據(jù)庫22中，而當處理裝置20在以單位特征查找磁場特征數(shù)據(jù)庫22時，由值擬合(值適配，或曲線擬合)的方式進行分辨，此分辨方法中須加上一容忍誤差，以能夠更迅速地查找到對應該單位特征的特征值，此容忍誤差可依實施時的經(jīng)驗而設定，所需參考的因素包括預定空間90內(nèi)的自然磁場的強度、磁石組102、104、106、108的磁力強度、預定空間的大小等。
[0089]平面二維方位測定:前述實施例的應用例以單軸向的方位測定，平面二維方位的測定請參考圖8，其為根據(jù)本發(fā)明的特征磁場產(chǎn)生裝置的另一實施例配置于預定空間的示意圖。
[0090]圖8中可以看見預定空間90'為一個賣場，其中入門處配置有一原點磁場產(chǎn)生元件組49 (也可稱為原點磁石組)以產(chǎn)生原點特征磁場(容后詳述)，在此預定空間90'內(nèi)有多個貨架95a、95b、95c及對應的走道96a、96b，為便于說明，僅說明二個走道96a、96b上各別配置的磁體組40、42，也就是說此特征磁場產(chǎn)生裝置10'包括了二個磁體組40、42(以下分別以第一磁體組40及第二磁體組42命名)及一原點磁場產(chǎn)生元件組49。
[0091]從圖中可以得知，原點磁場產(chǎn)生元件組49的磁石排列方式為SNSN，而第一磁體組40包括磁石組40a、40b、40c、40d，每一此磁石組40a、40b、40c、40d均具有二個磁石，且其排列方式依序為NN、NS、SS、SN，而第二磁體組42包括磁石組42a、42b、42c、42d、42e、42f、42g、42h，在第二磁體組42內(nèi)的每一磁石組42a、42b、42c、42d、42e、42f、42g、42h各具有三個磁石,且其磁石排列方式依序為NNN、NNS、NSN, NSS、SNN, SNS、SSN、SSS。
[0092]第一磁體組40與第二磁體組42位于不同區(qū)域，因此，當用戶端裝置60、60'所傳回來的單位特征對應了某一特征值時，即可得知該用戶端裝置60、60'所在位置，在此實施例當中，原點磁場產(chǎn)生元件組49可以作為當用戶端裝置60、60'進入賣場后的原點觸發(fā)作用，當所傳回來的單位特征與原點特征值一致時，即表示該用戶端裝置60、60'正在于賣場的出入口。接著，即可以依據(jù)其他單位特征的獲得與比對而測定用戶端裝置60、60'目前所在位置。
[0093]在此實施例中，特征磁場產(chǎn)生裝置10所產(chǎn)生的特征磁場并未重復，也就是說一個特征磁場即代表在預定空間90'的一個坐標，但并不以此為限，特征磁場產(chǎn)生裝置10也可以產(chǎn)生有重復的特征磁場，只要適當搭配累計的技巧或原點特征磁場的配置，即可得到平面二維的方位測定。
[0094]此外，關于前述磁石102a、102b的其他排列方式，此排列方式也可以是通過不同磁性材質(zhì)、不同充磁方式、不同磁石形狀等方式來產(chǎn)生不同的特征磁場。前述不同磁性材質(zhì)可以是但不限于以不同磁性材質(zhì)(如鐵氧體、釹鐵硼)進行充磁，不同充磁方式可以是但不限于采用不同磁力強度的磁石。
[0095]再者，前述“排列方式”亦可以是采用不同堆疊或不同組合的排列方式，請見于圖9A、圖9B、圖9C、及圖9D，其為根據(jù)本發(fā)明的磁石的排列方式的實施例示意圖。圖9A中的排列方式是將單一磁石102a以磁極垂直方式配置,意即S極朝+Z軸,而N極朝-Z軸。圖9B中的排列方式是將單一磁石102a的S極朝+Y軸，N極朝-Y軸。圖9C中的排列方式是將單一磁石102a的N極朝+X軸，S極朝-X軸方式排列。而圖9D的排列方式則可組合了上述圖9A、圖9B、及圖9C的排列方式而形成前述單一的一個磁石組110。在圖9D中的磁石組110包括了三個磁石110a、110b、110c，每一磁石110a、110b、IlOc具有不同的排列方式，除此之夕卜，各磁石110a、110b、IlOc的磁力強度也可相異,例如各磁石的磁場可以依據(jù)是但不限于3000高斯(Gauss)UOOO高斯、及3000高斯。再者，各磁石110a、110b、IlOc的間距也可不同，例如第一磁石IlOa與第二磁石IlOb的間距可小于第二磁石IlOb與第三磁石IlOc的間距。
[0096]最后，由于磁石102a的排列方式可以有多種排列方式，因此,若磁石的排列方式在某一行進方向為NSNS，而所傳回的磁場信號為SNSN，則可以判定目前用戶端裝置60、60'的行進方向與前述某一方向為相反。換句話說，除了磁場單一特征的比對之外，系統(tǒng)端設備50的處理裝置20，也可依據(jù)特征磁場的順序關系，推估該用戶端裝置60、60'的所在行徑路徑與行進方向。
[0097]本發(fā)明專利申請雖以前述實施例的方式呈現(xiàn)如上，但并不以此為限，例如，在前述實施例中，單位特征的獲得方式是由用戶端裝置60或60'的處理器64接收并處理磁場信號后而獲得的，但并不以此為限，在其他實施例中，磁場感測元件62感測而得的磁場信號、加速度計67所獲得的加速度值、及陀羅儀68所獲得的位移角度等信息，可以部分或全部直接由處理器64傳送給處理裝置20，處理裝置20處理磁場信號以獲得一單位特征，也就是說，該處理裝置可依該磁場信號、該加速度值、及/或該角度而獲得該單位特征。
[0098]更進一步說，基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)包括系統(tǒng)端設備50及用戶端裝置60、60'。系統(tǒng)端設備50包括特征磁場產(chǎn)生裝置10、10'、磁場特征數(shù)據(jù)庫22、及處理裝置20。用戶端裝置包60、60'含磁場感測元件62、及處理器64。特征磁場產(chǎn)生裝置10、10'在一預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場，所述特征磁場具有至少二個相異的磁場特征；磁場特征數(shù)據(jù)庫22具有多個特征值及多個定位值，每一該特征值對應每一該定位值，所述特征值系對應所述磁場特征；磁場感測元件62感測所述特征磁場并輸出一磁場信號；處理器，接收并傳送該磁場信號至該處理裝置，該處理裝置處理該磁場信號以獲得一單位特征，該處理裝置并于該磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應該單位特征的該特征值及該定位值后，輸出該對應的定位值。
[0099]基于磁場特征的方位測定方法:接著，請參閱圖10，其為根據(jù)本發(fā)明的基于磁場特征的方位測定方法的流程示意圖。
[0100]基于磁場特征的方位測定方法包括:
[0101]S80:于一預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場,所述特征磁場具有至少二個相異的磁場特征；
[0102]S82:接收一單位特征；
[0103]S84:于一磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應該單位特征的一特征值及對應該特征值的一定位值；以及
[0104]S86:輸出該定位值。
[0105]其中，如同前述，S80的于該預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場另包括產(chǎn)生一原點特征磁場。而S82的單位特征可以來自于用戶端裝置60、60'，且用戶端裝置60、60'于該預定空間內(nèi)位移至少一預定距離后發(fā)出該單位特征；而該用戶端裝置60、60'可依該用戶端裝置的一位移加速度、一位移角度、及偵測該特征磁場所得的一磁場信號而產(chǎn)生該單位特征。
[0106]此外，S82的單位特征也可以由系統(tǒng)端裝置50來獲得，其獲得的方法包括:
[0107]S820:接收多個磁場信號；
[0108]S822:判斷所述磁場信號是否大于一閾值；[0109]S824:當所述磁場信號大于該閾值時，累加并處理所述已接收的磁場信號為該單位特征；以及
[0110]S826:當所述磁場信號等于或小于該閾值時，回到該接收多個磁場信號。
[0111]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，包括: 一系統(tǒng)端設備，包括: 一特征磁場產(chǎn)生裝置，在一預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場，所述特征磁場具有至少二個磁場特征； 一磁場特征數(shù)據(jù)庫，具有多個特征值及多個定位值，每一該特征值對應每一該定位值，所述特征值對應所述磁場特征；以及 一處理裝置；以及 一用戶端裝置，包括: 一磁場感測兀件，感測所述特征磁場并輸出一磁場信號；以及 一處理器，接收并處理該磁場信號并于已處理的該磁場信號構成一單位特征時，將該單位特征傳送至該處理裝置，該處理裝置于該磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應該單位特征的該特征值及該定位值后，輸出該對應的定位值。
2.如權利要求1所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該特征磁場產(chǎn)生裝置包括至少一磁體組，每一該磁體組包括多個磁場產(chǎn)生元件組，每一該磁場產(chǎn)生元件組包括多個磁場產(chǎn)生兀件，每一該磁場產(chǎn)生兀件組具有一個該特征磁場。
3.如權利要求2所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該處理器在該用戶端裝置于該預定空間內(nèi)位移大于或等于一有效磁距后，獲得該單位特征，其中該有效磁距為單一該磁場產(chǎn)生元件組能形成對應的該單位特征的最小距離。
4.如權利要求1所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該用戶端裝置另包括: 一加速度計，用以獲得該用戶端裝置位移的加速度值；以及 一陀螺儀，用以獲得該用戶端裝置位移的角度； 其中，該處理器依該磁場信號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特征。
5.如權利要求1所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該特征磁場產(chǎn)生裝置另包括一原點磁場產(chǎn)生兀件組。
6.一種基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，包括一系統(tǒng)端設備，該系統(tǒng)端設備適于接收一單位特征，該系統(tǒng)端設備包括: 一特征磁場產(chǎn)生裝置，在一預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場，所述特征磁場具有至少二個磁場特征； 一磁場特征數(shù)據(jù)庫，具有多個特征值及多個定位值，每一該特征值對應每一該定位值，所述特征值對應所述磁場特征；以及 一處理裝置，收接該單位特征并于該磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應該單位特征的該特征值及該定位值后，輸出該對應的定位值。
7.如權利要求6所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該特征磁場產(chǎn)生裝置包括至少一磁體組，每一該磁體組包括多個磁場產(chǎn)生元件組，每一該磁場產(chǎn)生元件組包括多個磁場產(chǎn)生兀件，每一該磁場產(chǎn)生兀件組具有一個該特征磁場。
8.如權利要求6所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該特征磁場產(chǎn)生裝置另包括一原點磁場產(chǎn)生兀件組。
9.一種基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，包括一用戶端裝置，該用戶端裝置適用于在一配置有多個特征磁場的預定空間，該使用者端置包括:一磁場感測兀件，感測所述特征磁場并輸出一磁場信號；以及 一處理器，接收并處理該磁場信號并于已處理的該磁場信號構成一單位特征時，輸出該單位特征。
10.如權利要求9所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該處理器在該用戶端裝置于該預定空間內(nèi)位移大于或等于該磁場產(chǎn)生元件組的一有效磁距后，獲得該單位特征，其中該有效磁距為單一該磁場產(chǎn)生元件組能形成對應的該單位特征的最小距離。
11.如權利要求9所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該處理器在該磁場信號小于一閾值后，處理已收到的該磁場信號而獲得該單位特征。
12.如權利要求9所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該用戶端裝置另包括: 一加速度計，用以獲得該用戶端裝置位移的加速度值；以及 一陀螺儀，用以獲得該用戶端裝置位移的角度； 其中，該處理器依該磁場信號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特征。
13.—種基于磁場特征的方位測定方法,包括: 于一預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場，所述特征磁場具有至少二個磁場特征； 接收一單位特征； 于一磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應該單位特征的一特征值及對應該特征值的一定位值；以及 輸出該定位值。
14.如權利要求13所述的基于磁場特征的方位測定方法，其中該單位特征來自于一用戶端裝置，該用戶端裝置于該預定空間內(nèi)位移至少一預定距離后發(fā)出該單位特征。
15.如權利要求14所述的基于磁場特征的方位測定方法，其中該用戶端裝置依該用戶端裝置的一位移加速度、一位移角度、及偵測該特征磁場所得的一磁場信號而產(chǎn)生該單位特征。
16.如權利要求13所述的基于磁場特征的方位測定方法，其中于該預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場另包括產(chǎn)生一原點特征磁場。
17.如權利要求13所述的基于磁場特征的方位測定方法，其中接收該單位特征包括: 接收多個磁場信號； 判斷所述磁場信號是否大于一閾值； 當所述磁場信號大于該閾值時，累加并處理所述已接收的磁場信號為該單位特征；以及 當所述磁場信號等于或小于該閾值時，回到該接收多個磁場信號。
18.如權利要求13所述的基于磁場特征的方位測定方法，其中該產(chǎn)生所述特征磁場的方法以一電磁鐵、一磁石、或混合一電磁鐵與一磁石的方式產(chǎn)生所述特征磁場。
19.如權利要求13所述的基于磁場特征的方位測定方法，其中該產(chǎn)生所述特征磁場的方法為通過不同磁性材質(zhì)、不同充磁方式、不同磁石形狀、不同堆疊、不同組合、不同磁力強度、或不同設置間距排列的方式產(chǎn)生所述特征磁場。
20.如權利要求13所述的基于磁場特征的方位測定方法，其中該特征值為一特征曲線、一數(shù)值、一比例、或一多軸間的相對對應或轉(zhuǎn)換關系。
21.如權利要求13所述的基于磁場特征的方位測定方法，另包括依據(jù)該特征磁場獲得一行進方向。
22.如權利要求13所述的基于磁場特征的方位測定方法，其中該定位值為一絕對坐標或一相對增量。
23.—種基于磁場特征的方位測定系統(tǒng),包括: 一系統(tǒng)端設備，包括: 一特征磁場產(chǎn)生裝置，在一預定空間內(nèi)產(chǎn)生多個特征磁場，所述特征磁場具有至少二個磁場特征； 一磁場特征數(shù)據(jù)庫，具有多個特征值及多個定位值，每一該特征值對應每一該定位值，該些特征值系對應該些磁場特征；以及 一處理裝置；以及 一用戶端裝置，包括: 一磁場感測兀件，感測所述特征磁場并輸出一磁場信號；以及 一處理器，接收并傳送該磁場訊號至該處理裝置，該處理裝置處理該磁場訊號以獲得一單位特征，該處理裝置并于該磁場特征數(shù)據(jù)庫中查找對應該單位特征之該特征值及該定位值后，輸出該對應的定位值。
24.如權利要求23所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該特征磁場產(chǎn)生裝置包括至少一磁體組，每一該磁體組包括多個磁場產(chǎn)生元件組，每一該磁場產(chǎn)生元件組包括多個磁場產(chǎn)生兀件，每一該磁場產(chǎn)生兀件組具有一個該特征磁場。
25.如權利要求24所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該處理器在該用戶端裝置于該預定空間內(nèi)位移大于或等于一有效磁距后，獲得該單位特征，其中該有效磁距為單一該磁場產(chǎn)生元件組能形成對應的該單位特征的最小距離。
26.如權利要求23所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該用戶端裝置另包括: 一加速度計，用以獲得該用戶端裝置位移的加速度值；以及 一陀螺儀，用以獲得該用戶端裝置位移的角度； 其中，該處理器依據(jù)該磁場信號、該加速度值、以及該角度而獲得該單位特征。
27.如權利要求23所述的基于磁場特征的方位測定系統(tǒng)，其中該特征磁場產(chǎn)生裝置另包括一原點磁場產(chǎn)生元件組。
【文檔編號】G01S13/00GK103926582SQ201310079256
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年3月13日 優(yōu)先權日:2013年1月15日
【發(fā)明者】林宛蓉, 陳坤隆, 郭倫嘉 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院