第一章 緒論
第一節 研究動機與目的
第一章 緒論
第一節 研究動機與目的 一、研究動機
全球定位系統（global positioning system, GPS），為 1970 年代美國所 發展的國防重點計畫，利用 GPS 人造衛星發射的無線電波信號，提供定時、
定位及導航服務。因為具有抗干擾性佳、可以全天候提供三維坐標使用等 優點，時至今日已成為一個非常成熟的技術，提供給高精度的工程上或是 一般民生導航之用。GPS 的成功及便利性，也讓其他國家積極發展自己的 全球定位系統，如俄羅斯的 GLONASS (global navigation satellite system)、
歐盟的伽利略計畫 (galileo project)、及中國的北斗導航系統（孔祥元等，
2010）。
雖然 GPS 等衛星定位系統，可以提供便利的定位，但是對於在都市區，
由於 GPS 衛星訊號被建築物遮蔽導致可視衛星數目減少，或是接收到訊號 受多路徑影響，導致無法定位或是定位誤差過大。為了解決上述問題，日 本就提出建構 QZSS (quasi-zenith satellite system)，藉由在使用者天頂方向 有導航衛星，補足衛星顆數不足的問題。印度提出建構 IRNSS (indian regional navigation satellite system)，則是希望建立區域性的衛星定位系統 (Samper and Merino, 2010)。
僅 使 用 衛 星 定 位 ， 對 於 龐 大 的 民 生 導 航 ， 或 是 適 地 性 服 務 (location-based service，LBS)中所需要的定位精確度或許不足（徐啟翔，
2008）。所以當無法使用衛星定位系統時，必須改用其他不受建物遮蔽的定 位方法，如利用手機由基地台發送的訊號、無線電台的訊號，或是利用無 線網路訊號等推算位置。
本文所指的無線網路，是指 Wi-Fi (wireless fidelity, IEEE 802.11)。由於
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近年 Wi-Fi 用戶上網工具，如智慧型手機、個人數位助理、平板電腦、筆 記型電腦（後文簡稱筆電）等，以及網路基礎設備的普及，使室外也可以 上網，而這股趨勢還不斷在上升1。Wi-Fi 定位，是利用接收 AP（access point，
存取點）的資訊，如網路卡實體 (media access control, MAC)位址及 AP 的 訊號強度，來推估用戶所在位置，使原本設計成資料傳輸的設備，變成定 位的工具。因此，利用現有的無線網路環境來，不失為一個有效的定位方 法。市面上，已有多家廠商，如 Ekahau、Skyhook 等，使用無線網路環境 (Ekahau, 2011; Skyhook, 2011)。2010 年起，Google 電子地圖，開始使用 Wi-Fi 定位，即可窺見使用 Wi-Fi 定位的趨勢。由於 Wi-Fi 定位與 GPS 有 室內、外互補的優勢，所以智慧型手機，如蘋果公司 (Apple Inc.)的 iPhone 4 手機，或是 HTC（宏達國際電子股份有限公司）Android 系統的手機，
以 GPS 當作優先定位方案，當 GPS 不能運作時，方採用 Wi-Fi 定位 (Kealy et al., 2010)。
早期 Wi-Fi 是使用在室內定位較多，相關研究也大多著重在室內，對 於相對較室內複雜的環境，室外 Wi-Fi 定位較少研究。另一方面 GPS 在都 會區域有訊號遮蔽問題，以致無法定位，若能適時地將 Wi-Fi 定位考慮應 用於室外定位方面，有其互補性。
因此，本研究希望結合 GPS 定位與 Wi-Fi 定位的優點，探討應用 Wi-Fi/GPS 於室外定位服務有關議題，期能提供室外無接縫定位服務。
1Wi-Fi 存取裝置全球出貨量，由 2008 年的六百萬台預估到 2013 年可以成長至八千萬八百萬台 (Kealy et al.,
2010)。
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二、研究目的
本研究主要在探討利用 Wi-Fi 輔助 GPS 實施室外定位有關議題。如利 用 Wi-Fi AP 的 MAC 碼 (media access control)及其接收訊號強度 (received signal strength, RSS)，建立無線電訊號地圖 (radio map)或稱為訊號強度模 型，包含訊號來源、強度及地理位置。當訊號強度模型的資料庫建立完成 後，使用者就可以由接收到的 Wi-Fi 訊號，經由前述資料庫比對，決定出 接收器可能在的坐標上。此外，探討 Wi-Fi 定位過程中在不同條件下的定 位誤差。
雖然，GPS 導航定位在目前廣泛被使用，但在對空通視不良的情況下，
由於 GPS 訊號被遮蔽，使接收 GPS 衛星訊號微弱。在近建築物周遭，GPS 定位成果會受到影響，甚至可能會造成定位失敗。為了解決 GPS 衛星訊號 微弱的問題，常用高感度的 GPS 接收機，來增加可視衛星數，提高定位成 功率。因此本研究將會利用高感度 GPS 接收機，測試 GPS 導航定位精度。
了解 Wi-Fi 定位與 GPS 導航定位精度後，便可由定位精度，決定如何利用 Wi-Fi 定位輔助 GPS 實施室外定位。
相較於常見研究，利用 Wi-Fi 定位於室內定位，或是探討 GPS 在室外 的定位精度，本研究希望可以提高在 GPS 室外區域的定位精度，而當 GPS 訊號受遮蔽的影響時，由於 Wi-Fi 定位可輔助 GPS 定位，使整體定位精度 及可用性，依然在一定水準上。簡言之，研究目的有以下三點：
(一)研究 Wi-Fi 室外定位精度，並且探討其相關議題。如 RSS 資料庫品質
（參考點分布、取樣時間），演算法之研究。
(二)研究高感度 GPS 接收機的定位精度。
(三)提出 Wi-Fi 整合 GPS 的定位演算法，並以實測數據加以驗證定位成果。
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第二節 研究方法與流程