第四章 系統實作與實驗模擬
4.4 定位結果分析
為了算出可信賴的數據，本模擬實驗以平均面的數據，予以呈現LANDMARC與 VSLS兩種定位機制之間的精準度差異，在平均面的表現，是以環境內計算10個待 追蹤標籤點座標位置，兩種定位機制都採用相同的樣本進行模擬，首先個別算出 10個待追蹤標籤點的誤差平均值，該動作將重複執行1000次，再取這1000次迴圈 中的各追蹤點之誤差平均值與最大誤差值。
實驗中將以以下變數代表平均誤差值與最大誤差值以及距離誤差的改善效率的比 較，條列如下：
a.) SAvg.Dist：
距離單位設定為公尺，表示對10個待追蹤標籤定位之結果，計算其預估位置 與實際位置的誤差距離，先取得10個待追蹤標籤點的個別平均誤差，再重覆執 行1000次定位動作，接著取1000次定位動作迴圈所產出的平均誤差總和，將平 均誤差總合平均後作為SAvg.Dist的數值與LANDMARC比較。
b.) SMax.Dist：
距離單位為公尺，在實驗中使用相同的測試樣本，不同的是，擷取的數據為 10個待追蹤標籤的個別最大距離誤差值，重覆執行1000次定位動作，接著取 1000次定位動作迴圈中的每點所產出之最大誤差值總和，將最大誤差總合平均 後作為SMax.Dist的數值與LANDMARC比較。
Comparison：
SAvg.Dist :
將T1 ~ T10於VSLS與LANDMARC兩套系統中的平均誤差之總和平均後，利 用公式4.1與LANDMARC誤差距離總和均化後進行改善率計算
) ...(4.1
100%
. * LANDMARC
. VSLS -SAvg.Dist LANDMARC
Dist SAvg
Dist
SAvg
SMax.Dist :
將T1 ~ T10於VSLS與LANDMARC兩套系統中的各點執行1000次定位流程中 的各點最大誤差總和平均後，利用公式4.2進行改善率計算
) ...(4.2
100%
. * LANDMARC
. VSLS -SMax.Dist LANDMARC
Dist SMax
Dist SMax
不同密度下指引標籤擺設與定位結果
如以下所列為每個Case所模擬情境的定位結果，詳細數據如下 Case 1：指引標籤間隔1公尺
當指引標籤在間隔距離1公尺環境下，由圖4.8與圖4.9中將可以得知平均誤差 與最大誤差兩條曲線狀態，在相同一公尺間隔距離環境中，VSLS訊號值均化機制 發揮一定的效益，將t1 ~ t10的平均誤差加總後取平均值可以知道VSLS機制與 LANDMARC機制所定位的精準度也有平均誤差0.65%與最大誤差24.33%的精準度提 升。
圖 4.8 平均誤差比較圖
2.06 2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 2.18 2.2
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SAvg.Dist (m)
Tracking Point
LANDMARC VSLS
圖 4.9 最大誤差距離比較圖
Case 2 ：指引標籤間隔2公尺
指引標籤在間隔距離2公尺環境下，由圖4.10與圖4.11中將可以得知平均誤差 與最大誤差兩條曲線狀態，隨著間隔距離的增加LANDMARC定位系統誤差距離呈現 增加現象，而VSLS定位系統之誤差距離維持於2.07 m 至 2.16 m之間，將t1 – t10 的平均誤差加總後取平均值可以知道VSLS機制可提升定位精準度到平均誤差 6.05%最大誤差26.3%的效益。
圖 4.10 平均誤差比較圖
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SMax.dist (m)
Tracking Point
LANDMARC VSLS
1.85 1.9 1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.2 2.25 2.3 2.35
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SA vg .D is t ( m )
LANDMARC VSLS
Tracking Point
圖 4.11 最大誤差距離比較圖
Case 3：指引標籤間隔3公尺
指引標籤在間隔距離3公尺環境下，由圖4.12與圖4.13中將可以得知平均誤差 與最大誤差兩條曲線狀態，隨著間隔距離的增加LANDMARC定位系統誤差距離呈現 增加現象，而VSLS定位系統之誤差距離維持於2.05 m 至 2.17 m之間，將t1 – t10 的平均誤差加總後取平均值可以知道VSLS機制可提升定位精準度到平均誤差 8.47%與最大誤差26.73%的效益。
圖 4.12 平均誤差比較圖
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SMax.Dist (m)
Tracking point
LANDMARC VSLS
1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SA vg .D is t ( m )
LANDMARC VSLS
Tracking Point
圖 4.13 最大誤差距離比較圖
Case 4：指引標籤間隔4公尺
指引標籤在間隔距離4公尺環境下，由圖4.14與圖4.15中將可以得知平均誤差 與最大誤差兩條曲線狀態，隨著間隔距離的增加LANDMARC定位系統誤差距離呈現 增加現象，而VSLS定位系統之誤差距離維持於2.09 m 至 2.34 m之間，將t1 – t10 的平均誤差加總後取平均值可以知道VSLS機制可改善定位精準度到平均誤差 18.38%與最大誤差31.49%的定位精準度。
圖 4.14 平均誤差比較圖
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SMax.Dist (m)
Tracking Point
LANDMARC VSLS
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SAvg.Dist ( m )
LANDMARC VSLS
Tracking Point
圖 4.15 最大誤差距離比較圖
Case 5：指引標籤間隔5公尺
指引標籤在間隔距離5公尺環境下，由圖4.16與圖4.17中將可以得知平均誤差 與最大誤差兩條曲線狀態，隨著間隔距離的增加LANDMARC定位系統誤差距離呈現 增加現象，而VSLS定位系統之誤差距離維持於2.34 m 至 2.67 m之間，將t1 – t10 的平均誤差加總後取平均值可以知道VSLS機制約可改善定位精準度到平均誤差 19.64%與最大誤差36.29%的效益。
圖 4.16 平均誤差比較圖
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SMax.Dist (m)
Tracking Point
LANDMARC VSLS
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SAvg.Dist(m)
LANDMARC VSLS
Tracking Point Tracking Point
圖 4.17 最大誤差距離比較圖
藉由表4.1與表4.2 將比較出LANDMARC與VSLS定位機制的定位精準度優異性，
藉由執行1000次定位動作迴圈之後，每個追蹤點加總後的總平均誤差與加總平均 後的最大誤差將進行比較，將兩套定位系統合理推估出精準度何者適用於室內定 位。
表4.1兩種機制平均誤差比較表 平均誤差
Case 機制
Case 1 SAvg.Dist
(m)
Case 2 SAvg.Dist
(m)
Case 3 SAvg.Dist
(m)
Case 4 SAvg.Dist
(m)
Case 5 SAvg.Dist
(m)
LANDMARC 2.143 2.214 2.326 2.748 3.101
VSLS 2.129 2.08 2.129 2.243 2.492
Comparison 0.65 % 6.05 % 8.47 % 18.38 % 19.64 %
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10
SMax.Dist(m)
LANDMARC VSLS
Tracking Point Tracking Point
表4.2兩種機制最大誤差比較表 最大誤差
Case 機制
Case 1 SMax.Dist
(m)
Case 2 SMax.Dist
(m)
Case 3 SMax.Dist
(m)
Case 4 SMax.Dist
(m)
Case 5 SMax.Dist
(m)
LANDMARC 2.926 2.928 3.008 3.341 3.99
VSLS 2.214 2.158 2.204 2.289 2.542
Comparison 24.33 % 26.30 % 26.73 % 31.49 % 36.29 %
VSLS定位機制中訊號源是以自走車上的移動訊號於離線時間所產生的訊號 值，絕大部分的觀點移動的訊號源數值不會比固定的訊號源數值好，但在VSLS中 虛擬訊號源是在離線時間，所謂離線時間意謂著環境中低干擾、無屏障的環境所 產生，在短時間內所產生之訊號強度值，會屬於一種常態分布現象，故利用均化 的觀念加上指引標籤訊號值校正機制，讓整體的虛擬訊號源訊號值穩定度加高許 多。
更由於訊號穩定度高條件，讓VSLS機制大幅度改善LANDMARC定位機制中 擴充指引標籤間隔距離而降低精準度的問題，但往往無法增加大量的指引標籤硬 體時，當間隔距離大於3公尺以上時，會因為LANDMARC取4個指引標籤（K = 4）
才有最佳解的限制下，Tracking Tag的定位誤差越來越大，在實驗中表4.1的平均誤 差數據與表4.2最大誤差數據中，相互比較LANDMARC系統與VSLS定位系統的改 善程度，由數據明顯得知VSLS定位系統，可以在指引標籤間距為1m / 2m / 3m / 4m / 5m環境中，對於平均誤差改善程度分別是0.65%、6.05%、8.47%、18.38%、19.64%，
而最大誤差的改善程度為24.33%、26.30%、26.73%、31.49%、36.29%，由此可見 VSLS定位系統用來修正LANDMARC定位系統中指引標籤的間距增加造成定位精
準度下降的議題，有顯著的改善。
利用離線時段產生虛擬訊號源的觀念也近一步改善 LANDMARC 指引標籤用 量過多的問題，在許多實際環境中因為人的走動與 2.4G 波帶設備的干擾等外在因 素，讓指引標籤的訊號值漂浮不定，讓整個 LANDMRAC 於定位中所讀取的值不 穩定，造成錯誤的定位座標
另一研究重點 LANDMARC 硬體佈設改善率，從表 4.3 中呈現出本文中提出 的 VSLS 定位機制的硬體佈設改善率，在指引標籤產生的間距利用虛擬點訊號代 替原本的指引標籤訊號值，另一環境是利用大量標籤硬體部屬在 LANDMARC 機 制中，讓 VSLS 與 LANDMARC 在相同的編籤間距下進行比較，而 VSLS 機制中 將部署 10 個指引標籤（S）硬體作為離線階段虛擬訊號源訊號強度（θ）校正，
並符合 RSSISn+1 < RSSIθ < RSSIsn 原則，若 RSSIθ強度值超過實體標籤編號 Sn+1 或低於標籤編號 Sn之訊號強度值則該點訊號將重新收取，避免離線階段出現意料 外之偏差值導致精準度下降。
在相同間距的環境下 VSLS 改善 LANDMARC 定位機制下的平均誤差與最大 誤差比例將可從表 4.3 得知，VSLS 可提升 0.3% 、0.21%、0.33%、0.37%、0.29%
的平均誤差，在最大誤差也可大幅度改善到 23.79%、27.14%、29.37%、32.06%、
38.1%的效益，指引標籤的數量在模擬情境中不同間隔距離模擬情境下也可減少 2-5 倍的部署數量，相較於 LANDMARC 定位機制，VSLS 是一套在定位精準度與 標籤硬體使用成本較易應用於室內的定位技術。
表 4.3 新舊定位機制精準度於相同數量之標籤硬體比較表 相同指引標籤數量之定位精準度比較
情境 機制
1 m 2 m 3 m 4 m 5 m
VSLS
(單位 : 個)
10 10 10 10 10
LANDMARC
(單位:個)
10 20 30 40 50
定位誤差改善
(SAvg.dist)
0.3 % 0.21 % 0.33 % 0.37 % 0.29 %
定位誤差改善
(SMax.dist)
23.79% 27.14% 29.37% 32.06% 38.1%
為了得到 VSLS 機制中最小誤差的虛擬訊號源強度，實驗中採用了常態分布 數據的均化統計特性與利用指引標籤硬體部署校正訊號強度，更利用市面上較易 取得的自走車邏輯系統進行定點移動採樣的工作，最後由 VSLS 提出的均化機制 與虛擬訊號源機制下的定位精準度與指引標籤硬體部署密度，皆呈現出精準度上 升與指引標籤硬體部署數量的下降的改善效果，進而將 RFID 應用於實際環境中的 效益提升。