可见光定位系统与定位方法与流程

本公开涉及一种定位技术，且特别涉及一种可见光定位系统与定位方法。

背景技术：

对于一个室内的营运组织，以医院为例，其包含数量庞大且多种的可移动医疗设备，在医院中为因应医护需要而经常被移动，又或是有很多需要监视观察的病患，其因应不同的状况也会随时移动，一般而言，要有效快速掌握这些设备或是人员的动向是有其困难度的。

又例如医护人员在对这些设备进行交接班时，其程序也会相当繁复和耗时。一般可知，多种医疗设备例如生理监测仪、胎儿超声波监视器、灌流泵浦、血糖计等，其会散布在各个病房中，而医护人员进行交班时，则需要到各个病房逐一清点，交班过程相当耗时。

医院仅是所举的一个情形，其他类似的营运组织也有相似的问题。也就是说，当有需要随时掌控大数量的仪器设备以及人员的动向时，将会面临无法有效即时掌控的问题。

由于如医院的环境，其是属于室内环境，而无法利用一般的全球定位系统(gps)进行定位。

因此，在室内环境中如何有效掌握仪器设备和/或人员的动向，至少是在管理上需要解决的问题之一。

技术实现要素：

本公开提供可见光定位系统与定位方法，例如在室内环境，利用照明设备进行对仪器设备和/或人员定位，以有效掌握仪器设备和/或人员的移动状态。

依据一实施范例，一种可见光定位系统包括至少一灯具、至少一定位收发元件以及服务器(例如云端服务器)。灯具设置在特定位置且具有第一辨识码，并且以选定的信号形式发射出该第一辨识码。每一个该定位收发元件具有第二辨识码，其包括接收元件，可移动地接收接近的该灯具的该第一辨识码，并且解调该第一辨识码；以及无线收发元件，用以将该第一辨识码以及该第二辨识码，传送给一接收端，服务器藉由该接收端与该无线收发元件耦接，取得该第一辨识码以及该第二辨识码，藉以对该定位收发元件在该灯具所定义的空间中定位。

依据一实施范例，一种可见光定位方法包括：设置至少一灯具于一空间，其中该灯具设置在特定位置且具有第一辨识码，并且以选定的信号形式发射出该第一辨识码；配置定位收发元件于可移动体上，其中每一个该定位收发元件具有第二辨识码，包括使用接收元件，可移动地接收接近的该灯具的该第一辨识码，并且解调该第一辨识码；以及使用无线收发元件，用以将该第一辨识码以及该第二辨识码，传送给一接收端；藉由该接收端，耦接该无线收发元件与服务器，其中该服务器取得该第一辨识码以及该第二辨识码，藉以对该定位收发元件在该灯具所定义的该空间中定位。

基于上述，可见光定位系统与定位方法可以应用在室内，通过服务器有效掌握仪器设备和/或人员的动向。

为让本公开的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本公开一实施范例，绘示可见光定位系统的示意图。

图2是依照本公开一实施范例，绘示定位收发元件的多种配置方式示意图。

图3是依照本公开一实施范例，绘示灯具的功能方块示意图。

图4是依照本公开一实施范例，绘示曼彻斯特编码格式的信号形式示意图。

图5是依照本公开一实施范例，绘示定位收发元件的功能方块示意图。

图6是依照本公开一实施范例，绘示定位收发元件的功能方块示意图。

图7是依照本公开一实施范例，绘示定位收发元件的示意图。

图8是依照本公开一实施范例，绘示可见光定位系统的其中一种应用示意图。

【符号说明】

100：可见光定位系统320:电源供应器

102:仪器设备322:微控制器

104:人员324:无线收发器

106:定位收发元件326:信号解调器

106a:光电转换元件327:微控制单元

108:灯具328:运动传感器

110:服务器330:声音传感器

150:显示面板332:光学传感器

152:建筑物400:建筑物

200:微控制单元(mcu)402:医护站

202:辨识码设定接口

204:位数据

206:灯具驱动器

208:发光二极管

210:电源

230:起始区

240:结束区

250:数据区

300:可见光定位系统

302:感光元件

304:电源

306:微控制单元

308:无线收发器

310:天线

312:服务器

314:监控中心

具体实施方式

本公开提出可见光定位的机制，其利用设置在空间中具固定位置的照明灯具，可以提供位置的参考点，以供仪器设备或是人员在空间中定位。

本公开的灯具例如利用控制灯具的发光形式，产生脉冲形式的光信号，藉以发出灯具特定的辨识码。另外藉由可以设置在可移动的仪器设备或是人员的定位收发元件来接收邻近对应的灯具辨识码。于此，定位收发元件自身也有另一个辨识码。于是，定位收发元件将灯具的辨识码以及定位收发元件自身的辨识码发送给服务器，其例如是无线网络的连接方式，则服务器就可以将定位收发元件进行定位，进而提供定位信息。

以下举一些实施范例来说明，但是本公开不限于所举的实施范例。

图1是依照本公开一实施范例，绘示可见光定位系统的示意图。参阅图1，可见光定位系统100可以包括至少一灯具108(例如多个灯具)、至少一定位收发元件106以及服务器110。服务器110例如是云端服务器。每一个灯具108设置在特定位置且具有第一辨识码，例如分别是id1，id2，id3，…，idl。在一实施范例，灯具108是设置在室内空间的天花板上的固定位置，除了提供照明外，还提供定位用的参考位置。灯具108例如藉由控制而呈现开状态或关状态，因此产生亮或暗的状态。如此以选定的信号形式，其例如是脉冲形式，发射出灯具的第一辨识码。每一个定位收发元件106具有第二辨识码idn，在此仅以一个定位收发元件106为例，而在实际应用上，其数量一般是多个但是不限定，其依照需要来决定。

于此，灯具的“关状态”一般可以是指完全关闭的状态。但是依照定位收发元件106的解调能力，也可以不必是完全关闭，而是减亮状态，其只要能够区分“开状态”即可。也就是能够展现高电平与低电平的区分即可。

定位收发元件106可以配置在可移动的仪器设备上或是人员104身上。仪器设备102例如对于医护站而言，可以包括生理监测仪、胎儿超声波监视器、灌流泵浦、血糖计等仪器的至少其一。关于定位收发元件106配置在人员104身上的方式，例如是定位收发元件106可以配置于人员104随身携带的辨识卡或其他物件上。

定位收发元件106的细部架构的实施范例会在后面更详细描述。基本上，定位收发元件106包括接收元件，可移动地接收这些第一辨识码的对应其一，并且解调该第一辨识码。定位收发元件106还包括无线收发元件，用以将第一辨识码idi以及第二辨识码idn，传送给一接收端。此接收端例如是无线网络接收端，因此可以连接到服务器110。

服务器110藉由接收端取得第一辨识码idi以及第二辨识码idn，藉以对定位收发元件106在灯具108所定义的空间中进行定位。

服务器110例如通过无线网络等连接方式，在接收到第一辨识码idi以及第二辨识码idn后，根据数据库取得具有第一辨识码idi的灯具的位置，以判定第二辨识码idn所处的位置。在一实施范例，服务器110更可以将第二辨识码idn的数据传送给监控中心的显示面板150，相对应于建筑物152的位置，标示出定位收发元件106或是携带定位收发元件106的人员104对应建筑物152的相对位置。

以下利用多个实施范例再进一步说明。先以定位收发元件106的配置方式来说明，图2是依照本公开一实施范例，绘示定位收发元件的多种配置方式示意图。定位收发元件106一般而言是可以设置在运作系统中的任意地方，其只要能接收到灯具108所发出的光，而解调出第一辨识码即可。而在实际应用上，对于可移动物体是相对较需要随时监控。因此，定位收发元件106在一实施范例，可以设置在仪器设备102上(参见图1)。其他的配置方式例如可以与安全帽结合(参见图2)，由人员104随时携带。又例如仪器设备102也可以是人员104随身携带的辨识卡(参见图2)，而识别卡上也设置定位收发元件106。也就是说，定位收发元件106的设置方式是设置在所要监控的可移动物体上。图2的设置方式仅是实施范例，而不是用来限制本公开的范围。

图3是依照本公开一实施范例，绘示灯具108的功能方块示意图。参阅图3，就本公开的灯具108的功能，其可以包括微控制单元(microcontrolunit，mcu)200当作控制的中心。辨识码设定接口202允许对灯具108设定其自身的辨识码。为方便描述，灯具108的辨识码也称为第一辨识码(id)。在一实施范例，微控制单元200依照第一辨识码的内容，可以转换成位串，其例如是包含8位的数据。灯具108具有多个发光元件208，例如可以是发光二极管208，但是不限于发光二极管208。藉由一脉冲信号调控发光二极管208的亮状态(开状态)与暗状态(关状态)，其中，该脉冲信号对应第一辨识码的位串。也就是在一实施范例，微控制单元200提供第一辨识码的位数据204给灯具驱动器206，灯具驱动器206会依照位数据204的“0”与“1”，产生驱动电流给发光二极管208，而依照时序控制发光二极管208的暗状态与亮状态，其对应第一辨识码的内容。另外，电源210提供微控制单元200与灯具驱动器206等所需要的电力。

本公开的实施范例是利用灯具108的暗状态与亮状态的机制来传送第一辨识码的内容。以下更举一实施范例，采用曼彻斯特(manchester)编码格式来发送第一辨识码。

图4是依照本公开一实施范例，绘示曼彻斯特编码格式的信号形式示意图。参阅图4，曼彻斯特编码格式示是以多位的数据为一个数据区250，其例如是8位的数据区250。在数据区250的前面有一起始区230，以及在数据区250后面的结束区240。也就是，起始区230与结束区240定义出数据区250。以8位的数据为例，数据区250会包含8个周期。每一个周期所代表的“0”或“1”是由中间的转态方式来决定。例如由高电平转到低电平代表是“0”，而由低电平转到高电平代表是“1”。图4的实施范例的位数据是[11111111]。灯具108的辨识码会持续发出，但是由于变化频率高，对于人眼不会实质造成照明的闪烁。

由上面描述可以了解，对于照明用的可见光灯具，利用控制其亮状态与暗状态来对应位数据的高电平与低电平，就可以实现发送位数据的功能。

接着继续描述定位收发元件以及与服务器连接的方式。图5是依照本公开一实施范例，绘示定位收发元件的功能方块以及与服务器连接的示意图。参阅图5，其是可见光定位系统300的定位收发元件106的功能架构以及后端与服务器312与监控中心314的连接。定位收发元件106在一实施范例，可以包括感光元件302、电源304、微控制单元(mcu)306、无线收发器308、以及天线310。电源304例如是电池，以提供定位收发元件106中各部件所需要的电力。感光元件302例如是感光二极管或其他相似功能的元件。感光元件302感测所对应的灯具108所发出的光的“亮状态”与“暗状态”。微控制单元(mcu)306依照预定的时钟周期将“亮状态”与“暗状态”解调出第一辨识码(如图1的idi)的内容。另外，定位收发元件106自身也有第二辨识码(如图1的idn)。这第一辨识码与第二辨识码藉由无线收发器308以及天线310连接到服务器312。于此，定位收发元件106与服务器312的连接不限定于特定的方式。

服务器312是属于后端的应用。服务器312根据所接收的第一辨识码，藉由数据库可以得知具有第一辨识码的灯具所设置的位置，并进一步计算出具有第二辨识码的定位收发元件106的所在位置，达到定位的功能。之后，服务器312可以将位置信息传送给监控中心314，作整体管理，其中至少可以将定位收发元件106的行动相对建筑物的结构，即时显示于监控屏幕上。就人员的位置，其例如可以的得知人员是否处于危险警戒区域等等，以利于监控中心314掌握人员动向，以及所处环境的状态。

另外，如果定位收发元件106处于两个或更多灯具108的交会区域，则可能同时接收到两个或是更多灯具108发出的光信号。定位收发元件106的微控制单元(mcu)306例如会依照信号的强度进行辨识，依照设定的规则决定对应的灯具108。本公开不限于定位的决定方式。又例如，由于灯具108通常很接近，因此也可以维持先前感测到的灯具，而当离开先前感测的灯具，实质进入另一个灯具的范围才作变换，而忽略灯具108的交会区域的情形。

定位收发元件106也可具有更多的检测功能，用以提供更多的监控信息。以下描述另一实施范例的变化。图6是依照本公开的一实施范例，绘示定位收发元件的功能方块示意图。参阅图6，定位收发元件106可以包括电源供应器320，微控制器322、信号解调器326、无线收发器324、光学传感器332、声音传感器330、以及运动传感器328。微控制器322与信号解调器326可以整合成为微控制单元327，其包含如图5的微控制单元(mcu)306的功用。无线收发器324的作用也可以对应图5的无线收发器308。光学传感器332的作用也可以对应图5的感光元件302。因此，本实施例的定位收发元件106包含先前例如图5的定位收发元件106的架构与功能。然而，本实施范例可以再增加声音传感器330或运动传感器328，又或是两者。声音传感器330或运动传感器328也是与信号解调器326连接，以取得感测信号。其中，声音传感器330可用以感测定位收发元件106所处环境的周围声音，例如判断是否存在警示声音，或是意外音响等，藉由定位信息，可以即时掌握突发的危险或是意外事件。运动传感器328则可用以提供判断是否发生异常运动，例如，携带定位收发元件106需要加强监控的病患人员，可能因为突发病情而产生异常运动行为，例如是跌倒，又或是突发心脏疾病的抖动等。运动传感器328有助于监控中心即时掌握病患人员的位置与身体状态。

利用本公开的可见光定位系统，可以有多样的应用方式。在一实施范例，本公开可以应用在医护交班定位系统上，可以包含对灯具的管理，对人员与物件的管理，设备位置的分析以及轨迹分析，警示区的管制等。另外，藉由本公开的技术，也可以检测灯具和/或设备是否故障。

本公开例如也可以应用在急诊中心或健检中心中的导引及记录系统上，包括对灯具的管理、对人员与物件的管理、病人轨迹分析、时间记录以及每一站的停留时间等。

本公开例如也可以应用在施工人员定位系统上，包括对灯具的管理、施工范围设定、警戒区域设定、人员轨迹分析、时间记录、警戒区域管制与警报检测等。

然而，本公开的应用不限于所举的实施范例，实际的应用可以依照本公开的定位技术，而整合到各种相容的系统中，加强定位与监测功能，特别是在室内环境中，灯具是必要的设施，其可以直接提供人员或是物件的定位。

再进一步关于定位收发元件106的设计变化，也可以对电力消耗的考虑增加光电转换的功能。图7是依照本公开一实施范例，绘示定位收发元件的示意图。参阅图7，定位收发元件106也可以设置光电转换元件106a。由于定位收发元件106一般是处于照明环境，其除了接收灯具所发出的光，甚至也可能接收到阳光。因此，光电转换元件106a例如是太阳能电池，可以将光能转换成电能，以提供定位收发元件106的整体使用。因此，定位收发元件106的电源可以获得补充，而增加使用时间。又，如果处于光亮度的环境下，甚至可以完全取代一般非太阳能的电池式的电源304。

图8是依照本公开一实施范例，绘示可见光定位系统的其中一种应用示意图。参阅图8，以医院的一个楼层为例，其包含相连病房的建筑物400以及中央的医护站402。建筑物400之间是走廊。医护人员可能推着仪器设备离开医护站402到病房处理例行事务。定位收发元件106可设置在仪器设备上或是由医护人员携带。依照时间与位置，可以得知配置此定位收发元件106的仪器或是人员的轨迹，以及其停留病房的时间等信息。如果配合如图6的功能，则更可以监控其所处区域的环境状态等。

另外就可见光定位方法而言，本公开提供一种可见光定位方法包括设置至少一灯具于一空间，其中每一个该灯具设置在特定位置且有第一辨识码，并且以选定的信号形式发射出该第一辨识码；配置定位收发元件于可移动体上，其中每一个该定位收发元件具有第二辨识码，包括使用接收元件，可移动地接收接近的该灯具的该第一辨识码，并且解调该第一辨识码；以及使用无线收发元件，用以将该第一辨识码以及该第二辨识码，传送给一接收端。另外，藉由该接收端，耦接该无线收发元件与服务器，其中该服务器取得该第一辨识码以及该第二辨识码，藉以对该定位收发元件在该灯具所定义的该空间中定位。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该灯具的信号形式是以脉冲形式产生开状态与关状态，藉以发射该第一辨识码的多位数据。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该灯具的信号形式是根据曼彻斯特(manchester)编码格式的脉冲形式产生开状态与关状态，藉以发射该第一辨识码的多位数据。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该接收元件是依照该信号形式，根据每一个该灯具所发出光的亮暗变化类型，解调该第一辨识码。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该接收元件包括光传感器，该对应其一的该灯具所发出光的亮与暗变化类型，解调该第一辨识码。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该接收元件包括感光二极管。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该定位收发元件还包括一光电转换元件，将所接收的光能转换成电能，供该定位收发元件使用。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该光电转换元件包括太阳能电池。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该定位收发元件还包括声音感测元件，其中该声音感测元件的感测结果也传送给服务器，其例如可以分析该定位收发元件所处位置是否有异常警示声音。

在一实施范例，对于前述可见光定位方法，该定位收发元件还包括运动感测元件，其中该运动感测元件的感测结果也传送给服务器，其例如可以分析该定位收发元件是否发生异常动作。

综上所述，本公开的可见光定位系统与定位方法，乃藉由调控灯具发光的形式而发出其特定的第一辨识码，定位收发元件106接收灯具的光信号而解调出其第一辨识码，且同时将定位收发元件106的第二辨识码，传送给服务器，以进行定位和环境监控。本公开可以在室内空间，利用灯具的位置进行定位。藉此，可应用在其他的应用系统上，以提供定位与监测的功能。

虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本公开的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。