三大新技术加持,WIFI迎来发展新机遇
基本上是趋近于其邻近的无线讯号。为了建立每一取样点这样的机率模型,是需要从每一取样点去收集无线讯号强度资料。
然而,在多数的环境里,取样点的总数目很大,因此从每一取样点都去收集无线讯号强度资料,就会变得不容易执行。所以,一般会仅选取一些取样点去执行实际量测,然后再由模拟或学理计算来得到其它取样点的讯号强度推估。例如,以那些实际的量测值为基础,然后再来作内插(interpolation)或外插(extrapolation)来得到其它取样点的讯号强度推估。因此,所产生的讯号强度推估资料会与无线资料被收集的多寡和地点有关。
Wi-Fi定位系统通常以两阶段来处理,一为训练阶段,另一为追踪定位阶段。训练阶段是一离线阶段,系统在此阶段会撷取无线基地台在各所属区域里某些点的无线讯号强度,去收集与分析讯号的资料,以少量的取样点来推估整个空间的对应图,亦即radio map。
在追踪定位阶段,行动终端装置利用所收到无线基地台之讯号强度,与此radio map相较,然后找出最佳匹配,做为行动终端装置的估计位置。整体系统运作方式流程如图四所示。
就实测结果而言,在室内一般稳定的环境下,其定位准确度平均可达2公尺以内,而在室外环境,以台北市为实测环境,其定位准确度可达10~20公尺以内。
Wi-Fi定位技术建置要领
在实际建置的情况下,有两种建置型态,一为无线网路已布建完成之环境,另一种则是无线网路随同定位系统一起布建之环境。在第一种情况中,由于一开始规划无线网路并非以定位需求为出发点,因此在导入定位系统前,应先测试并做相当程度的调校,才能达到预期效果。而在第二种情况下,由于无线网路尚未建置,且室内外空间的环境对定位系统的布建具挑战性,因此需事先作好完善的环境测试,以利无线网路布建的规划,使得定位系统能够根据个别环境的差异予以最佳化,发挥更好的定位效果。因此,不同的环境与应用下,需采用不同策略弹性调整定位系统的布建。
图八
在Wi-Fi定位系统中,由于其讯号强度易受不同环境之影响,其中包含温湿度、地形、无线网路布建方式、室内外等因子,而造成讯号品质不稳定,进而降低定位准确度。例如湿度较高的雨天环境中,由于空气所含之水份较多,造成讯号衰减情况较为严重,因此产生定位结果飘移之状况,降低定位效能。而在人群聚集的环境中,由于人体内所含水份的影响,加上人群的移动,也都会影响讯号分布的稳定性。此外,室内外环境变动也会发生讯号差异,室内变动性较小,而室外的影响因素较多,包含:车辆的移动、雨天晴天、地形等,皆影响着无线讯号的分布。由于不同的应用情境对于定位效能有不同的需求,因此除了无线网路的布建规划外,定位效能的调效亦显得格外重要。以下针对可能影响整体定位系统效能优劣的因素作一探讨。
接取点(Access point)之影响
就Wi-Fi定位技术原理来说,每个地点可以收到越多的讯号源,对于定位运算会更有帮助,当然定位结果也会更准确,一般而言,若能收到3~5个以上的讯号源,就可达到不错的定位效果。然而,并非在所有环境下越多的讯号源,一定会有越佳的定位准确度,此点可以由所推估的Radio Map中看出,讯号会因空间的影响而有不同的衰减程度。在定位运算中,每一个接取点在同一空间中讯号分布的乱度愈高,该空间每个位置的鉴别度就愈高,进而提升定位的准确度。例如在开阔平坦大厅中,由于阻隔物少,讯号的衰减程度小,而造成每个位置的相似性提高,将会影响定位的准确度。
取样点密度与分布
取样点之多寡与分布在建置定位系统时,需要事先规划与考量。一般来说取样点愈多,分布愈密愈广,其定位准确度愈高,但所需花费的时间与成本也相对提升。因此应先考量应用情境是否要求高准确度的定位结果,并调查使用环境的地形与接取点分布之状况,如此方能有效规划取样点分布与密度。一般来说,取样点之密度以2~3公尺一点较佳。
空间复杂度
无线讯号衰减之状况主要是看空间的复杂度而定。在开阔空间中,相邻两点之讯号差异较小,如中庭、大厅等。反之,在一个较封闭或是隔间较为复杂的环境中,讯号差异变化较大,会有利于定位核心的运算,但不一定会得到比较准确的结果。考量的重点在于如何创造出讯号的差异性,可透过无线网路基地台位置的调整以及讯号发射方向的改变,增加讯号特征分布的鉴别度,以有效提升定位准确度。
其它因素
在Wi-Fi定位系统建置上,其它考量的因素包含了行动终端的移动速度、无线讯号扫描的频率、不同无线网卡与设备的讯号差
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