應用Wi-Fi與GPS技術於室外定位之研究 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學地政學系私立中國地政研究所. 碩士論文. 政治大. 立. ‧ 國. 學. ‧. 應用 Wi-Fi 與 GPS 技術於室外定位之研究. n. al. er. io. sit. y. Nat. Study on Outdoor Positioning With Wi-Fi/GPS. 中. Ch. engchi. i n U. v. 研究生. ：. 郭清智. 指導教授. ：. 林老生. 華. 民. 國. 一. 百. 年. 七. 月.

(2) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v.

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(4) 謝誌本論文承蒙吾師林老生博士，不時的建議與指點正確的方向，並細心審閱，始能順利完成學業。除了論文外，在這兩年多的時間，課業上很多觀念也隨之明瞭，而老師對學問的態度及方法更使我獲益良多。本論文的完成亦得感謝口委何維信教授、詹進發教授、徐百輝教授能在百忙之中審閱論文並提出寶貴的建議及意見，使得本論文能夠更完整而嚴謹。在學習過程中，感謝系上黃灝雄老師、詹進發老師、林士淵老師、蔡育新老師、林秋瑾老師，在撰寫論文的過程中給予指導及提供建議，及課堂上寶貴的知識。. 政治大. 感謝我敬愛的家人，尤其是我的父母親從小栽培、教導並提供我無盡的呵護，讓我可以無憂無慮完成學業，沒有你們二十多年的養育之恩，就沒有今天的我。. 立. ‧ 國. 學. ‧. 在論文研究之路，感謝實驗室的李彥廷學長、謝幸宜學姊、徐郁晴學姊、那至中學長，不時的鼓勵及討論，點出許多學習上的盲點。感謝同窗楊豐毓小姐、高安勤小姐，一起解決數也數不清的共同報告、生活中的心得及實習上的疑難雜症、還有參加研討會的點滴。. sit. y. Nat. n. al. er. io. 最後感謝林桑柔同學、謝明哲學弟提供英文方面的諮詢。特別感謝桑柔同學、冠雄學弟、孟榕學妹還有弟弟清仁犧牲課餘時間幫我收集數據，使實驗能夠順利完成。謝謝在地政系同學在課業上互相幫助、提供不同的見解，在此將完成此論文的喜悅與大家分享。. Ch. engchi. i n U. v.

(5) 摘要由於可攜式行動裝置近年來快速成長，隨著行動裝置與地理資訊的結合發展出的適地性服務 (Location-Based Service, LBS)，也呈現越來越多的應用方式。LBS 最基本的功能為定位，定位精度好壞也影響著 LBS 的應用面，越高的定位精度應用面越廣。常見的定位方式便是用 GPS 導航定位，但是在都會地區越是繁榮的地方往往過多的建物使衛星訊號被阻擋，導致 GPS 的定位會受到影響，造成平面誤差量會在 15 公尺以上，或是無法定位。利用都市區域有 Wi-Fi 訊號分布的特性，藉由區分不同的 Wi-Fi 訊號來源與接收強度，做出定位判斷，可以使原本 GPS 無法定位的區域，也可. 治政大 GPS 接收器，在建物以利用 Wi-Fi 訊號來做定位。本研究嘗試使用高感度立周邊定位，及在 GPS 無法運作時使用 Wi-Fi 訊號來做定位依據，提高整體 ‧ 國. 學. 的定位成功率，並嘗試利用 Wi-Fi 定位與 GPS 協同運作來提高整體精度。. ‧. Wi-Fi 定位採用訊號紋辨識法，欲使用訊號紋辨識法必先建立 Wi-Fi 訊號資料庫，包含地理坐標與對應的訊號來源與強度分布。實驗區為政治大學山. y. Nat. io. sit. 下校區綜合院館四周面積約 1.76 公頃區域，模擬被遮蔽狀況下的 GPS 導. n. al. er. 航定位精度，配合 Wi-Fi 定位來輔助 GPS 定位結果。結果顯示利用兩種定. Ch. i n U. v. 位系統，可使平面平均定位誤差小於 10 公尺，高程平均定位誤差小於 1.5 公尺。. engchi. 關鍵詞：高感度 GPS 接收器，Wi-Fi 定位，訊號紋辨識，戶外定位，定位精度.

(6) Abstract The positioning accuracy is an important issue for Location-Based Service (LBS). LBS has many products, and its applications are usually based on Global Positioning System (GPS), because GPS navigation has been very mature. GPS has a typical outdoor positioning error of up to 15 meters for civilian users. Hence it has become a viable method for civilian to carry out coarse positioning. However, it has its shortcomings. GPS is available only in outdoors with a clear view of the sky. Since. 治政 which is capable of performing positioning in大 indoor environments and 立. Wi-Fi (Wireless Fidelity) has become another positioning technology. urban canyons. Wi-Fi positioning is using fingerprinting in this study.. ‧ 國. 學. This study is desirable to integrate GPS and Wi-Fi positioning. ‧. technologies for ubiquitous positioning. The related issues of Wi-Fi/GPS. y. Nat. technologies, such as database quality, analysis of algorithms, and. er. io. sit. database processing procedures were studied. Test data sets from National Chengchi University (NCCU) campus will be used to test the proposed. al. n. v i n algorithms. By using those C two positioning system h e n g c h i U , it is revealed that the. positioning accuracy made at the test sites resulted that the 2D coordinate average error is less than 10 meters, elevation positioning average error is less than 1.5 meters.. Keywords： High sensitivity GPS receiver, Wi-Fi positioning, Fingerprinting, Outdoor positioning, Positioning accuracy.

(7) 目錄第一章. 緒論............................................................................................................1. 第一節. 研究動機與目的 .................................................................................1. 一、研究動機 ............................................................................................1 二、研究目的 ............................................................................................3 第二節. 研究方法與流程 .................................................................................4. 一、研究方法 ............................................................................................4 二、研究流程 ............................................................................................5. 政治大文獻回顧 ....................................................................................................9 立. 第三節第二章. Wi-Fi 定位研究 ..................................................................................9. ‧ 國. 學. 第一節. 章節架構 ............................................................................................7. 一、Wi-Fi 定位方法 ..................................................................................9. ‧. 二、Wi-Fi 的室內定位研究 ..................................................................... 13. y. sit. al. er. GPS 導航定位研究........................................................................... 16. io. 第二節. Nat. 三、Wi-Fi 的室外定位研究 ..................................................................... 15. v. Wi-Fi 定位結合 GPS 定位研究 ........................................................ 18. 第四節. 小結 .................................................................................................. 20. 第三章. n. 第三節. Ch. engchi. i n U. 理論基礎 .................................................................................................. 25. 第一節. 全球定位系統................................................................................... 25. 一、GPS 架構 .......................................................................................... 25 二、GPS 觀測量 ...................................................................................... 26 三、GPS 定位的各種誤差 ....................................................................... 28 四、導航定位 .......................................................................................... 31 五、導航定位精度的評定 ....................................................................... 34 第二節. Wi-Fi 定位 ........................................................................................ 36 I.

(8) 一、Wi-Fi 的訊號涵蓋範圍 .....................................................................36 二、Wi-Fi 資料庫的建置 .........................................................................37 三、Wi-Fi 定位演算法 ............................................................................38 第四章. 實驗結果與分析 ......................................................................................49. 第一節. 實驗內容說明...................................................................................49. 一、實驗區域 ..........................................................................................50 二、資料蒐集 . .......................................................................................53 三、實驗器材 ..........................................................................................54 第二節第三節. 政治大實驗成果及分析 ...............................................................................60 立資料處理 ..........................................................................................56. 一、Wi-Fi 傳輸距離與訊號強度測試 .....................................................60. ‧ 國. 學. 二、小區域 Wi-Fi 定位實驗 ....................................................................65. ‧. 三、中區域的 Wi-Fi 定位與 GPS 軌跡紀錄器定位實驗 ........................71. y. Nat. 四、大區域整合 Wi-Fi/GPS 的定位成果 ................................................78. er. io. 結論與建議 ..............................................................................................99. 第一節第二節. al. v i n 結論 ..................................................................................................99 Ch engchi U n. 第五章. sit. 五、Wi-Fi 參考點間距與平面定位精度之關係 ......................................95. 建議 ................................................................................................ 101. 參考文獻 ............................................................................................................... 102. II.

(9) 圖目錄圖 1-1 研究流程圖....................................................................................................6 圖 2-1 訊號強度與距離關係模擬圖 ....................................................................... 10 圖 2-2 利用 Ekahau 軟體畫出某一 AP 的訊號強度，及其推估強度範圍 ............. 12 圖 2-3 GPS 可能被遮蔽示意圖 ............................................................................... 16 圖 3-1 GPS 衛星訊號示意圖 ................................................................................... 26 圖 3-2 多路徑示意圖 .............................................................................................. 30 圖 3-3 衛星幾何分佈與 DOP 值 ............................................................................ 34. 政治大圖 3-5 訊號發射點、參考點與待定點 ................................................................... 39 立圖 3-4 政治大學 Wi-Fi 涵蓋圖 ............................................................................... 37. 圖 3-6 利用 K 個最鄰近法找出推估點位與真實點位示意圖 ............................... 41. ‧ 國. 學. 圖 3-7 類神經網路架構示意圖 ............................................................................... 42. ‧. 圖 3-8 神經元模型（施柏屹，2000） ................................................................... 43. y. Nat. 圖 3-9 常用的轉換函數（蘇昭安，2003） ........................................................... 44. er. io. sit. 圖 3-10 決定神經網路參數 .................................................................................... 47 圖 3-11 神經網路之學習過程 ................................................................................ 47. al. n. v i n 圖 3-12 神經網路之驗證過程 48 C h ................................................................................ engchi U 圖 4-1 實驗流程圖.................................................................................................. 49 圖 4-2 綜合院館四周（取自 Google 地圖） ........................................................ 50 圖 4-3 綜合院館四周（取自 Google map）........................................................... 52 圖 4-4 無線網路分布（綜合院館四周） ............................................................... 53 圖 4-5 Network Stumbler 資料轉換成 TXT 檔格式 ................................................ 56 圖 4-6 建立資料庫流程圖 ...................................................................................... 57 圖 4-7 部分資料庫示意圖 ....................................................................................... 58 圖 4-8 把訊號強度與接收位置展繪在 Google 地球 ............................................. 61 III.

(10) 圖 4-9 訊號強度與距離關係（平面） ...................................................................62 圖 4-10 受到橋身阻擋接收不到訊號，紅色框圈選區域 ......................................62 圖 4-11 水平訊號強度與距離關係（平面） .........................................................63 圖 4-12 藝文中心四樓所接收到的訊號強度 .........................................................64 圖 4-13 RTK 成果套疊 ............................................................................................65 圖 4-14 實際現場照片 ............................................................................................66 圖 4-15 使用不同鄰近點誤差量.............................................................................67 圖 4-16 實際點位與周圍之參考點示意圖 .............................................................67. 政治大圖 4-18 建立參考點時，GPS 軌跡紀錄器解算出的點位平面誤差量...................72 立. 圖 4-17 校園中跑道為本次測區.............................................................................71. 圖 4-19 GPS、KNN、ANN 誤差累積分布函數 .....................................................76. ‧ 國. 學. 圖 4-20 綜合院館四周參考點位分布（Googel 地球影像）................................79. ‧. 圖 4-21 綜合院館南棟六樓陽台控制點半全景圖..................................................80. y. Nat. 圖 4-22 可視衛星數 .................................................................................................80. er. io. sit. 圖 4-23 GPS 定位誤差時間序列 .............................................................................81 圖 4-24 HDOP 值與誤差對應圖..............................................................................82. al. n. v i n 圖 4-25 Wi-Fi/GPS 定位流程...................................................................................85 Ch engchi U 圖 4-26 Wi-Fi/GPS 誤差累積分布圖 .......................................................................86 圖 4-27 ∆E 方向誤差比較........................................................................................88 圖 4-28 ∆N 方向誤差比較 .......................................................................................88 圖 4-29 ∆h 方向誤差比較 ........................................................................................90 圖 4-30 平面誤差向量圖 ........................................................................................91 圖 4-31 平面誤差累積分布函數.............................................................................92 圖 4-32 WP1 與 WP2 高程方向誤差累積分布函數圖 ............................................93 圖 4-33 參考點間距與平面誤差關係圖 ..................................................................96 IV.

(11) 圖 4-34 參考點間距及對應誤差量與推估 ............................................................. 97. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. V. i n U. v.

(12) 表目錄表 2-1 三邊定位與訊號紋法比較...........................................................................13 表 3-1 參考點與未知點接收 3 個 AP 的訊號強度（單位：dBm） ......................40 表 3-2 BP-類神經網路訓練函數 .............................................................................46 表 4-1 Wi-Fi 定位實驗區差異比較 .........................................................................51 表 4-2 GPS 藍芽軌跡紀錄器（RoyalTek, 2008） ...................................................54 表 4-3 採用不同訊號來源數量與不同取樣時間比較平面誤差 ............................68 表 4-4 資料庫內部檢核 ..........................................................................................70. 政治大表 4-6 利用各不同強弱的立 Wi-Fi 訊號做 K 個最鄰近法定位成果 ........................73. 表 4-5 10 個檢核點定位結果 ..................................................................................70. ‧ 國. 學. 表 4-7 資料庫內部定位成果 ..................................................................................73 表 4-8 檢核點定位誤差 ..........................................................................................74. ‧. 表 4-9 檢核點中選取不同鄰近點對應平面誤差與標準差 ....................................75. sit. y. Nat. 表 4-10 Wi-Fi 靜態定位測試，平均誤差值與標準差（單位：公尺）..................83. al. er. io. 表 4-11 各種定位方式的誤差量（單位：公尺） ..................................................86. v. n. 表 4-12 縱橫坐標預估較差統計量（單位：公尺） ..............................................89. Ch. engchi. i n U. 表 4-13 WP1 與 WP2 比較（單位：公尺） ...........................................................92 表 4-14 各區域網格密度與定位誤差 .....................................................................96. VI.

(13) 第一章第一節. 緒論. 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 1.

(14) 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。. 1. Wi-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. 2010)。 2. (Kealy et al.,.

(15) 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。. 3.

(16) 第二節. 研究方法與流程. 一、研究方法本研究利用模擬方法，故以政治大學校區（山下校區）為實驗區，模擬都市地區 GPS 訊號會被阻擋的狀況，研究 GPS 與 Wi-Fi 定位技術有關的議題：如 Wi-Fi RSS 資料庫的建立、接收訊號強度資料庫的品質、定位階段中，接收訊號強度數據轉換為位置資訊方法之評估、結合 GPS 與 Wi-Fi 的資料處理模式等。 Wi-Fi 定位，採用訊號紋 (fingerprinting)法。該技術是指比對 RSS 資料庫與樣本點之間的訊號來源及強度，以求得樣本點之位置。由於各點位與訊號發射源 (AP)距離不同，導致訊號強度各不相同，在無遮蔽情況下，離訊號發射源距離越遠，則接收訊號強度越低。如果事先在已知坐標的點位上量測訊號強度（稱之參考點），並建立資料庫，則假設訊號在穩定的情況下，之後在同樣的已知坐標參考點量測訊號強度應該是一樣。依此特性，在已知坐標的參考點上量測無線網路來源及其接收訊號強度，可以得到不同組合的無線網路發射源與其訊號強度，藉此來判定點位的差異性。因此，本研究將以具有無線網卡的筆記型電腦及 Wi-Fi 訊號收集軟體 Network Stumbler (Netstumbler, 2010)，到已知坐標的參考點收集 Wi-Fi RSS 資料，建立 RSS 資料庫。建立資料庫之後，利用已知坐標的檢核點收集 Wi-Fi 訊號，作為定位演算後判定誤差量的依據，並且利用 GPS 導航定位裝置來評估 GPS 導航的定位精度。最後討論 Wi-Fi/GPS 資料處理模式。. 4.

(17) 二、研究流程綜上所述，主要研究流程（如圖 1-1）可分為下面五項： (一)根據文獻回顧與校園實際情況，規劃所需實驗區大小及其實驗方法、資料收集方式。 (二)Wi-Fi 定位所需資料收集（含接收訊號強度資料收集、參考點與檢核點之選點與測量），GPS 導航定位資料收集。 (三)Wi-Fi 定位演算法測試，評估 GPS 導航、資料庫的品質（如選點密度）的定位誤差。 (四)研究 Wi-Fi/GPS 資料整合演算法、定位技術成果比較分析。 (五)結論與建議。. 5.

(18) 文獻回顧. 規劃校園實驗區. Wi-Fi定位所需資料收集. GPS導航定位資料收集. Wi-Fi定位與GPS整合實驗. 成果比較分析. 結論與建議圖 1-1 研究流程圖. 6.

(19) 第三節. 章節架構. 本論文架構包含五個章節，各章節內容如下：第一章緒論，說明進行本研究之動機與目的、研究方法與流程，最後說明章節架構。第二章文獻回顧，介紹有關 Wi-Fi 定位技術及 GPS 導航之應用場合、精度，並回顧如何結合兩種定位方式。第三章理論基礎，解釋 GPS 與 Wi-Fi 定位相關理論。第四章實驗結果與分析，針對本研究所採用的方法設計實驗，及說明如何處理資料，並成果展示與分析處理完的資料。第五章結論與建議，討論研究的成果，以及未來努力之方向。. 7.

(20) 8.

(21) 第二章. 文獻回顧. 本章主要介紹有關 Wi-Fi 定位技術及 GPS 導航的相關研究，並回顧如何結合兩種定位方式於室外定位。包含常見的 Wi-Fi 定位方法，Wi-Fi 定位與 GPS 導航定位，定位環境與其定位精度。. 第一節. Wi-Fi 定位研究. 一、Wi-Fi 定位方法 Wi-Fi 定位利用接收的訊號強度，判定接收天線所在位置，可以在不更動 Wi-Fi 硬體設備下進行定位。依接收的訊號強度及估算方法不同，可分為三邊定位法 (trilateration)和訊號紋法 (fingerprinting)，以下分別就這兩種方法說明。 (一)三邊定位法三邊定位法，又稱訊號強度法（戴江淮，2009）、或三角定位技術（陳惠琪等，2010）。三邊定位法，是預估由訊號發射源（如 AP）到接收源的距離，因此，必須事先建立訊號的訊號損失模型及訊號發射源的已知坐標。藉由訊號強度，推算接收機與發射源之距離，並利用三段以上距離，以求出接收機可能的位置。由圖 2-1，顯示接收到的訊號強度，與相對應的理論距離的關係（根據公式(2-1)，其中令 d0 為 1、X 為 0、P(d0)為-40、n 為 1.1）：橫軸為與訊號源的距離，縱軸為在不同距離所接收到的訊號強度。隨著各種環境的改變，如建築物的遮蔽，將會使訊號的強度範圍有所改變。. 9.

(22) 圖 2-1 訊號強度與距離關係模擬圖. 𝑑. (2-1). P(d)=P(d0) -10×n×log (𝑑0)-X P ：接收功率（單位：dBm） d0 ：參考距離，通常採用 1 公尺（單位：公尺） d ：訊號發射端與接收端距離（單位：公尺） n ：路徑衰減率（無單位） X ：描述訊號傳播受到環境效應，如牆壁的遮蔽（單位：dBm）. 一般做為 Wi-Fi 量測的接收訊號強度單位為 dBm，代表所依據的基準是 1 Milliwatt 的分貝，如公式(2-2)，是指將接收功率單位為瓦特（W）轉換為 dBm (Bahl and Padmanabhan, 2000)： 𝑆. RSS（接收訊號強度）=10×log (0.001𝑊 )﹝dBm﹞ s. (2-2). ：接收功率，單位為 W 瓦特由於公式(2-2)中，s 值與 0.001W 相除，代表是以 0.001W 為基準，只 𝑠. 要 s 值是小於 0.001W，log (0.001𝑊 )便會是負值。而標準 Wi-Fi 設備輸出功 10.

(23) 率，不大於 20dBm，傳輸至使用者接收端時，由於傳輸路徑過程中的能量損失，一般接收訊號強度 (RSS)值會小於-15dBm，這是為何 RSS 的觀測值皆為負值的原因。利用三邊定位法，除了事先需要知道訊號發射源（AP）的位置外，還需要有其他對應參數。以(2-1)為例，還有 d0、n、X…等參數。在理論公式中，往往實測訊號並不是與理論的接收訊號相同，於是便造成誤差，而各訊號發射源（AP）所對應的參數，如路徑衰減率可能不同，這樣推估出來的距離誤差會加大。. (二)訊號紋法訊號紋法，是建立待測區的無線電地圖 (radio map)或稱訊號強度模型，來進行預估接收機位置的方法 (Bahl et al., 2000)。訊號紋法，分為兩階段進行，一為訓練階段 (training phase)、或稱為離線階段 (off-line)；二為定位階段 (location determining phase)、又稱連線階段 (on-line) (Bahl et al., 2000)。訓練階段的主要目的，是建立資料庫，必須在待測區收集參考點的 Wi-Fi 資料，如訊號強度和對應的訊號來源，並且求各參考點坐標。而後要定位時就需要依靠資料庫中各參考點的坐標及其對應接收訊號強度和訊號來源，判斷接收機位置。在定位階段，可以由對應訊號來源有不同的覆蓋面積，在不同地區有不同對應訊號來源作為判斷行動裝置定位的依據。如需較高精度的定位成果，可再加上不同對應訊號來源的組合，及不同的訊號強度區段做出定位（連矩鋒，2007；崔文、陳昭男，2011）。此方法較三邊定位法，資料收集需要較多的人力，但因較能忠實反應出現地訊號之強度，所以定位精度較高。 Ekahau 軟體（Ekahau，2011），此軟體可以依紀錄的資料，能精確的將涵蓋範圍圖形化、用作 AP 安置幫助、提供各種地圖（BMP、JPG、PNG 11.

(24) 等檔案格式）支援等功能，用以建立訊號強度地圖。圖 2-2，為由 Google 地圖下載政治大學操場周邊為底圖，利用 Ekahau 軟體，使用者只須在底圖上點選某點，便會記錄點選的底圖的點上的 AP 來源及強度，並且對其推估。綠色箭頭，為記錄的順序，綠色箭頭起始與結尾為記錄點。AP，是代表著 Wi-Fi 訊號的來源，圖 2-2 為指定某一 AP 來源（在圖面的四周），所畫出對應的訊號強度，圖面上依照訊號強度區分為不同等級而有不同顏色。 Ekahau RTLS (real time location system)是 Ekahau 公司提供商業定位系統完整解決方案，提供室內定位兩公尺準確度。定位系統核心為 Ekahau Positioning Engine (EPE)，其中包含了定位功能，可將 Wi-Fi 裝置收集訊號強度，並利用訊號強度與比對現有的資料庫，算出位置資訊 (Kealy et al., 2010)。. 圖 2-2 利用 Ekahau 軟體畫出某一 AP 的訊號強度，及其推估強度範圍2. (三) 三邊定位法與訊號紋法比較表 2-1，分別比較三邊定位法與訊號紋法之適用場合與缺點。三邊定. 2. 黃綠色代表訊號良好，紅色代表訊號微弱。 12.

(25) 位法主要的優點，是只需要訊號源 (AP)的已知坐標，加上簡單的訊號傳播模型，便可以定位，但是定位誤差可能會較訊號紋法大。訊號紋法雖然可以得到較佳的定位精度，但往往資料收集需要花費大量時間。. 表 2-1 三邊定位法與訊號紋法比較三邊定位法適用場合. 訊號紋法. 1.需要連續定位區域。 1.短時間內訊號變動不 2.求解以前未訪問過的地大。點位置。 3.已知 AP 位置區域。. 缺點. 1.需要 3 個以上 AP 來源才 1.可能找出的定位點，不有比較好的定位成果。只一個。 2.會受到比較大的環境影 2.資料庫建置較花時間。響。 3.只能在有資料庫的區域 3.對於 RSS 造成的估計距定位。離錯誤，導致定位誤差較大。. 二、Wi-Fi 的室內定位研究 Wi-Fi 原本被設計用來作無線網路的資料傳輸，最初資料傳輸是用在室內，如學校圖書館、辦公室…等，以致可用於室內定位，因為在這些地方可以收到 Wi-Fi 訊號 (Taheri et al., 2004)。Bahl et al. (2000)以固定間隔距離建立網格點，建立資料庫，資料庫收集了 70 個參考點，並以收集點位上四個方向中，可收到最強訊號方向，當作此資料庫點位代表訊號資訊，並採用訊號紋比對的方式，找出多個鄰近點（3 到 5 個），利用個別頻道的訊號紋差的平方總和再開根號做加權平均，使 50%的誤差落在 2.75 公尺。連矩鋒（2007）同樣採用訊號紋法比對 3 個最個鄰近點，以 2 公尺網格之參考點建立資料庫，最後成果是在平均平面誤差 5 公尺。訊號，可能因遮蔽， 13.

(26) 或是距離太長會減弱，所以可以設定閾值，去除較微弱訊號，來提升定位準確率 (Taheri et al., 2004)。在室內定位平面誤差不一定可以在 5 公尺內，如利用 Ekahau Positioning Engine (EPE)實驗中，發現用 EPE 隨著環境擾動程度不同，當周圍無人走動，定位平面誤差可達 1 公尺；但如果是在日常辦公室狀況下，不斷有人走動，定位平面誤差可到達 10 公尺 (Kealy et al., 2010)。還有其他演算法同樣是利用訊號紋的方法，諸如蒙地卡羅演算法 (Monte Carlo method) (Klingbeil and Wark, 2008)，類神經網路和粒子濾波等。 Outemzabet and Nerguizian (2008)利用粒子濾波和類神經網路的訊號紋法，配合電子羅盤，在有無線網路的區域作定位，平面定位平均誤差約為 1.33 公尺。陳建男（2008）在其所做實驗中，利用 SimNet 類神經網路，以每 3 公尺一個參考點間距，室內平面定位誤差 5 公尺內的成功率為 88%。室內定位中，也不太可能只用單一來源定位，單單只用訊號來源來分成不同區塊，可以發現當訊號來源用作分群時，訊號來源越多定位誤差越小。Youssef and Agrawala (2006)在其實驗中，用 1-4 個訊號來源，當作分群的訊號來源數量，所得的結論，平面定位精度最好在 2.12 公尺左右。 Kaemarungsi and Krishnamurthy (2004)的文章中，提出分析室內定位系統分析模型（數學模型）。根據一般室內情況，提出了幾點建議：接收的訊號強度標準差小於 4dBm，AP 使用 3-5 個，網格間距大於 1.25 公尺，才會有比較好的定位成果。除了用訊號紋做特徵比對外，還有常見利用三邊定位法做距離推估，進行室內定位，一般平面定位誤差約 10 公尺，透過場地率定，修正訊號強度距離模型，可以達到 95%機率內，平面定位誤差均方根值 (root mean square, RMS)為 5.70 公尺（陳惠琪等，2010）。. 14.

(27) 三、Wi-Fi 的室外定位研究近年來，由於大城市的 Wi-Fi 覆蓋率，已經達到一個普及程度（如臺北市），在戶外，也可以利用之前室內定位的方式（訊號紋比對），不過戶外環境相對於室內複雜，而且參考點密度，無法如室內定位 2 公尺內就佈設一個3。利用 Skyhook（Skyhook, 2011）定位系統實驗，發現平面誤差可能到達 130 公尺 (Kealy et al., 2010)。利用訊號紋比對，在雪梨商業區實驗，如果考慮天線接收方向，平均誤差有 23.5 公尺，而不考慮天線方向為 35.8 公尺 (Li et al., 2008)。連矩鋒（2007），在臺灣大學校區內以每隔 10 公尺佈設一參考點，利用訊號紋法，求出最鄰近 3 點，加權平均，其定位結果平面平均誤差為 29 公尺。劉科宏（2008）和廖俊愷（2009），在銘傳大學桃園校區管理大樓（S 棟）樓頂陽台實驗區大小 31×19 平方公尺，使用 PDA 建立訊號強度資料庫，利用訊號紋比對求出求出最鄰近點，資料庫以每 1 公尺佈設參考點（共 96 個），其平均誤差分別為為 18.9 公尺（劉科宏，2008）和 3.97 公尺（廖俊愷，2009）。崔文、陳昭男（2011），利用智慧型手機 (HTC Android G1)內建之 GPS、Wi-Fi、加速度計和電子羅盤，提出一個混合系統，用於行人定位。在臺北市中心的住商地區測試，採用騎機車等速前進的方式，收集 Wi-Fi 資訊，並以點選地圖的方式做測量定位（據文章提出誤差不會超過 10 公尺），再利用訊號出現機率（使用粒子濾波演算法），推算可能的 Wi-Fi 定位位置，其結果 Wi-Fi 定位，平面平均誤差為 18.37 公尺，而混合系統平均平面定位誤差為 8.64 公尺。. 3. 考量人力成本及室外地形之複雜導致佈點之困難。 15.

(28) 第二節. GPS 導航定位研究. 利用 GPS 導航定位為當前趨勢，因為，GPS 晶片現貨價只需 4~6 美元間，所以將 GPS 加至行動設備，不致增加太多成本，由 2008 年 7 月 iPhone 3G 便開始增加 GPS 定位功能，即可見端倪（陳釧瑤，2009）。現在，幾乎平板電腦已把 GPS 列為基本配備。使用者，只需要有一個 GPS 接收器，可以接收到 4 顆以上衛星訊號，不用另外付費，即可取得定位服務。一般用 GPS 導航，是採用單頻接收機，接收精確度大約平面在 5~50 公尺（陳釧瑤，2009）。劉科宏（2008）利用 PDA（型號：HP iPAQ h6300）在其在銘傳大學桃園校區管理大樓（S 棟）樓頂陽台實驗中，晴天與雨天分別於平面定位誤差為 2.27、14.89 公尺。 GPS 設計的出發點為軍事用途，諸如飛彈之導航。但是，在都會區，很有可能由於被建築物遮蔽，遭遇到衛星接收數不夠的問題（如圖 2-3），導致無法定位。換上高感度接收器（可接收小於-143dBm 的訊號） (SigNav, 2009)，可以接收較微弱的衛星訊號，可使接收衛星數增加（可能是經過反射的衛星訊號），但卻會造成定位誤差增加 (Kealy et al., 2010)。. 圖 2-3 GPS 可能被遮蔽示意圖（改繪自 http://www.jaxa.jp） Zhang et al. (2011)，利用高感度 GPS 接收器，在一些較難接收 GPS 訊 16.

(29) 號的地方，如室內靠窗、校園內建物之間的平台、室內停車場等地方實驗，平面誤差約在 23.3 公尺，高程誤差約在 29.5 公尺，可視衛星數平均為 5，定位失敗率為 23%（在 1 分鐘內無法定位，或是平面定位誤差大於 550 公尺則視為失敗）。. 17.

(30) 第三節. Wi-Fi 定位結合 GPS 定位研究. 由於 Wi-Fi 定位技術與 GPS 定位各有所長，GPS 定位是要在接收天線可以接收 GPS 衛星訊號，才能解算坐標；而 Wi-Fi 定位技術，主要是城市地區有 Wi-Fi 訊號來源，才能運作，兩者可以運作的區域並不完全一致。 Wi-Fi 訊號分布較為密集的區域，如校園、都市等，過多與過高的建物，會使 GPS 接收器接收不夠數量的 GPS 衛星訊號，使得定位誤差過大，或是定位失敗率過高 (Zhang et al., 2011)，然而，這些區域恰好可以利用 Wi-Fi 定位，輔助使用者取得位置資訊。都會區域，由於受到建物影響，導致 GPS 接收器接收不夠數量的 GPS 衛星訊號，故可以由衛星資訊來調整 Wi-Fi 定位結果。如利用 Skyhook 的 Wi-Fi 定位結果，最大平面誤差約為 120 公尺，配合接收到兩顆 GPS 訊息，將 Wi-Fi 定位結果投影至 GPS 定位結果可能出現的直線上，使平面誤差在 10 公尺內之點位，由原本的 4.85%提升至 41.38% (Gallagher et al., 2009)。在校園中，利用 GPS、Wi-Fi 定位（使用訊號紋法，最鄰近法），嘗試調整權重，使兩種定位結果可聯合運作，得出比單一定位系統要好的結果。權重，採用先驗誤差或是變異數的倒數，其中以變異數的效果較好。當 GPS 可視衛星大於 7 顆，則單獨使用 GPS 系統，GPS 在無遮蔽情況下定位平面誤差約為 1 公尺，受到遮蔽約為 14 公尺，但是，如果利用 Wi-Fi 定位，則受到遮蔽情況下，平均誤差可以在 4 公尺左右（廖俊愷，2009）。劉科宏（2008），利用 Wi-Fi（使用訊號紋法）與 GPS 定位，在不同的氣候環境給定不同系統權重分配，使定位成果較單一系統佳。實驗中訊號紋資料庫建立於晴天、而定位時的氣候分為晴天（平均誤差 2.27 公尺，完全使用 GPS 定位）、陰天（平均誤差 4.91 公尺，權重分配 Wi-Fi：GPS 為 0.1：0.9）與雨天（平均誤差 11.09 公尺，權重分配 Wi-Fi：GPS 為 0.3：0.7）。利用訊號紋法 Wi-Fi 定位，會發現使用找出多個參考點，會比只找到 18.

(31) 一個參考點定位效果好。因為，若只找到一個參考點，但是實際點位可能不是在此點上。但是，如果找到 3 個參考點則可以形成一個區域，有可能真正的定位坐標，就是落於此區域之中。就統計上來看，至少要 5 秒以後，所累積收集到的訊號強度資料才比較可靠，因為收集的數據標準差漸趨穩定，WiFi/GPS 的整合，可以根據一些條件：如室內用 Wi-Fi 定位，室外當 HDOP（平面精度因子）小於門檻值，則採用 GPS，藉由設定條件，最後採用不同的定位系統，或是預先設定好的權重。根據實驗（在室內和室外環境，主要偏重室內環境），平面精度可以在 60%在 4.5 公尺內 (Cheong et al., 2009)。. 19.

(32) 第四節. 小結. 以 Wi-Fi 的兩種定位方式，三邊定位法和訊號紋法，如果要使三邊定位成果較為可靠，則必須如訊號紋法般建立許多參考點來改正。而室內定位的演算法可能稍有不同，但是大部分的研究報告定位誤差皆可滿足平面精度 5 公尺內，只有一篇探討環境（人之走動），造成定位平面精度約為 10 公尺。定位所需時間有一篇顯示 Wi-Fi 需要 60 秒 (Li et al., 2008)，另有一篇顯示至少 5 秒 (Cheong et al., 2009)，但是絕大部分的研究並不特別強調。在建立資料庫與進行檢核點測試時之時間間距，大部分研究也無紀錄。可能是因為在室內定位，Wi-Fi 環境是由研究者自行架設所以並不用擔心此變數。就單純使用 Wi-Fi 定位的室外定位誤差，定位誤差約在 4~130 公尺間，而整合 WiFi/GPS，可以使得誤差小於 10 公尺。此外，利用 Wi-Fi 的區域通常 GPS 本身定位能力不是很好，那麼在這些區域做 GPS 定位，GPS 定位誤差可以達到 20 公尺以上。在探討用 Wi-Fi 定位的研究中，只會討論平面精度，在做 GPS 定位時才有會討論高程差異量。定位所用器具使用筆電與智慧型手機（早期研究稱為 PDA），而利用訊號紋法，大多僅考慮使用最鄰近法，找尋最鄰近點。在 Wi-Fi 室外定位部分，定位精度差異量懸殊，可能是因為使用之訊號紋資料庫品質與定位時間的差異量所導致。而定位成果較佳的文章中，檢核點數量似乎可以再增加。表 2-2 為彙整文獻中有關實驗的成果。. 20.

(33) 表 2-2 文獻中定位實驗數據的文章列表文獻作者. Bahl et al.. 出版定位實驗區. 定位方. 年. 式. 所需大小時間. 2000 N/A. 特點. 檢核點. 定位誤. 數量. 差. 43.5× 22.5 平方公尺. Wi-Fi 定位，訊號紋. 提出使用無線 70 網路進行定位。討論最鄰近. 平面 50%內 2.75 公. (室內). 法. 法個數 1~10。給定距離推估公式。點密度之探討。使用歐幾里得距離公式做. 尺. 最鄰近點之選擇 Youssef et al.. 連矩鋒. 2006 20 秒. 2007 N/A. 25.9× 68.3 平. Wi-Fi 定位，. 探討利用分 AP 訊號來源覆蓋. 方公尺 (室內). 訊號紋法. 區域來. 室外 1 平方公里，室. GSM 定位，. 以不同環境下室外 Wi-Fi 使用 GSM， (N/A)，定位， Wi-Fi 訊號來源室內室內 5. 內 (N/A) Outemzabet et al.. 陳建男. 2008 N/A. 2008 N/A. Wi-Fi 定位，訊號紋法. 平面 0.64 公尺. 作為訊號紋法 (含室內外). 20 點. 公尺，室外 29 公尺. 92. 平面 1.33 公. 室內約 95×(40. Wi-Fi 定位，. 利用粒子濾波和人工神經網. +70)/2 平方公尺，梯形區域. 訊號紋法，電子羅盤. 路的訊號紋法並配合電子羅盤. N/A (室內). Wi-Fi 定位，訊號紋法. 利用類神經網路 SimNet，3 公尺 1 參考點. 21. N/A. 尺. 62. 平面 2.79 公尺.

(34) 文獻作者. 出版定位實驗區年所需大小時間. 定位方式. 特點. 檢核點數量. Li et al.. 2008 60 秒. 室外約 500× 800 平方公尺. Wi-Fi 定位，訊號紋法. 在室外定位，定 23 位點上取四方向中最強的當作該點定位資. 定位誤差平面 23.5 公尺. 訊劉科宏. 2008 N/A. 31×19 平方公尺 (室外). Wi-Fi 定位和 GPS，訊號紋. 給定不同權重在不同的氣候條件對於兩種不同系統. 11. 平面 18.9(公尺， Wi-Fi) ，全體平面. 法. 2.17~ 11.09 公尺廖俊愷. 2009 N/A. 31×19 平方公尺 (室外). Wi-Fi 定位和 GPS 使用訊號. 利用不同的權 16 重分配策略，給予三種定位系統權重. 平面 3.97 公尺. 採用策略性條. 60%資. 紋法、 ZigBee 用三邊定位 Cheong et. 2009 5 秒. 室內與室外. al.. N/A. Wi-Fi 定位，訊號紋法、 GPS. Gallagher et al.. 2009 N/A. 室外 N/A. Wi-Fi 定位，訊號紋法、 GPS. 22. N/A. 件切換 GPS 與 Wi-Fi 定位，並給定預先設計的權重當 GPS 訊號少於 4 個高於 1 個時，利用 GPS 資訊提高 Wi-Fi 定位精度. (Wi-Fi) ，全體平面 1.86 公尺料可以在平面 4.5 公尺內. 10. 41.38 %的點位在平面 10 公尺內.

(35) 文獻作者. 出版定位實驗區年所需大小時間. 定位方式. 特點. 檢核點數量. 定位誤差. Kealy et al.. 2010 N/A. 室內與室外. Wi-Fi 定位，訊號紋法，. 利用 Ekahau 和室外超 Skyhook 作室過 500 內外測試筆. 室內平面 1~10 公尺, 室外平. N/A. 面 50 公尺 Zhang et al.. 2011. 室內與 60 秒內室外. 高感度 GPS. N/A. 利用高感度 GPS 在一些接收不良處定位. N/A. 平面 23.3 公尺，高程 29.5 公尺、定位失敗率為 23%. 表 2-2 註：表中 N/A 代表無足夠資訊。GSM (global system for mobile communication) 是一個廣為使用在行動電話的標準，被看作是第二代（2G）行動電話系統。ZigBee 是一種網路協定，配合無線傳感網路，由一到數個無線資料收集器與感測器組成，將大量的無線感測網路散布至所需要的場地，並將資料透過無線網路傳回分析，具有低流量無線控制與傳輸標準。在建築物內佈設 ZigBee 裝置與各種感測器，在有 ZigBee 網路的地方可達到良好的室內定位，並利用傳輸功能雙向提供服務。. 23.

(36) 24.

(37) 第三章. 理論基礎. 本章介紹全球定位系統 (GPS)定位基本原理，及 Wi-Fi 定位的演算法。. 第一節. 全球定位系統. 一、GPS 架構全球定位系統 (GPS)，是以衛星導航為基礎的技術，構成無線電導航系統。主要分成三個部分，太空部分、控制部分和使用者部分。太空部分，由 24 顆以上衛星組成（目前為 30 顆），平均分配在 6 個圓形軌道、軌道相對赤道傾角 55°，各軌道平面的升交點的赤經相差 60°，衛星高度距地表約 20200 公里（約可見到地表面積的 38%），每 11 小時 58 分鐘繞地球一圈。如此，在地球表面上任何位置，可以接收到 4 顆以上衛星所發出的電波。控制部分，是指地面監控部分，監控運行中的 GPS 的健康狀況，即監控 GPS 衛星的可用性，是否按照預定計畫，並且保持各 GPS 衛星處於同一個時間標準之下。由地面監控系統，監測各衛星的時間，並求出改正數，藉由導航訊息給使用者知道改正量。使用者部分，是指 GPS 接收機。利用所收到的電波特性及衛星位置，求解使用者坐標。全球定位系統的主要目的，是要在海、陸、空三領域提供收集、監測等軍事用途。但是，GPS 除了原本設計的軍事用途，其 GPS 訊號，可以在靜態的定位精度達到公分或是公厘；動態定位，也可以達到公寸等級和提供 ns（10-9 秒）的時間度量精度（曾清凉、儲慶美，1999）。 GPS衛星信號，包含三種訊息分量：載波、測距碼和導航訊息（又稱數據碼或是D碼）。每個全球定位系統衛星上，有設置原子時鐘，其基本頻率為10.23MHz，乘以154和120倍，分別產生兩種頻道，L1 (1575.42 MHz) 和L2 (1227.6 MHz)的載波。基本頻率產生的偽隨機噪音代碼 (pseudo 25.

(38) random noise, PRN)有兩種，一種為C/A碼 (coarse/acquisition code)，為一般導航用途；另一種為P碼 (precise code)，為軍事用途。L1的載波上，調制 C/A碼和P碼，L2的載波上，只調制P碼。載波上除了有C/A碼和P碼，還有導航訊息 (navigation message)，圖3-1為GPS衛星訊號示意圖。. 50BPS 導航訊息圖 3-1 GPS 衛星訊號示意圖二、GPS 觀測量 GPS定位，是一種量測距離的定位方法。主要的觀測量有兩種：虛擬距離觀測量和載波相位觀測量。兩種觀測量，皆可解算衛星到接收機的距離，理論上只要同時觀測來自4顆衛星的位置訊息，獲取4個空間距離，再由衛星廣播星曆，算出衛星的空間位置，即可推求接收機所在位置。由於，載波相位觀測量精度高於虛擬距離觀測量，所以高精度的測量，採取載波相位觀測量。 (一)虛擬距離觀測量虛擬距離觀測量，是使用 PRN 電碼進行距離量測。假設衛星與接收機，同時產生一組以二元碼定義的系列，在某個時間，接收機收到來自衛星的 26.

(39) 訊號，同時與自行產生的複製電碼匹配，當兩者訊號達到最大相關時，得到一訊號傳播延遲 (time delay)，或是時間偏移量 (time shift)。將此時間偏移量，乘上光速等於距離，由此得到虛擬距離觀測量。若考慮時鐘誤差、接收機時鐘誤差及電離層、對流層誤差等誤差，則虛擬距離觀測量可表示為（曾清凉等，1999）：. P1 = ρ + c × (dt − dT) + dtrop +dion1 + εP1. （3-1）. P2 = ρ + c × (dt − dT) + dtrop +dion2 + εP2. （3-2）. Pi. ：量測得之虛擬距離（i=1, 2）（公尺）. ρ. ：衛星到接收機之間的真實距離（公尺）. c. ：真空中之光速，299,792,458（公尺/秒）. dt. ：接收機時鐘誤差（秒）. dT. ：衛星時鐘誤差（秒）. dtrop ：對流層延遲誤差（公尺） dioni ：電離層延遲誤差（i=1, 2）（公尺） εPi. ：虛擬距離觀測量之雜訊及多路徑效應（公尺）. (二)載波相位觀測量接收機在觀測瞬間自行產生的參考相位與接收到的相位，兩者之相位差為瞬間載波相位觀測量。一開始接收的時候，僅會得到相當於小數部分的載波相位差，即小數週波值。此時，存在於衛星與接收機之間的整數週波值為未知值，稱為週波未定值 (cycle ambiguity)。如果週波未定值已知，即可求得載波所經過的精密距離。若考慮時鐘誤差、接收機時鐘誤差、大氣層誤差及週波未定值等誤差。載波相位觀測量以長度為單位，可表示如下（曾清凉等，1999）：. 27.

(40) L1 = ρ + c × (dt − dT) + dtrop − dion1 + λ1 × N1 + εL1. （3-3）. L2 = ρ + c × (dt − dT) + dtrop − dion2 + λ2 × N2 + εL2. （3-4）. Li. ：接收機收到的載波相位觀測量（i=1, 2）（公尺）. ρ. ：衛星到接收機之間的真實距離（公尺）. c. ：真空中之光速（公尺/秒）. dt. ：接收機時鐘誤差（秒）. dT. ：衛星時鐘誤差（秒）. dtrop. ：對流層延遲誤差（公尺）. dioni. ：電離層延遲誤差（i=1, 2）（公尺）. λi. ：載波之波長（i=1, 2）（公尺）. N1, N2 ：L1 及 L2 之週波未定值（cycles） εLi. ：載波相位觀測量之雜訊及多路徑效應（公尺）. 三、GPS 定位的各種誤差由上面兩種觀測量公式中，可以發現各項參數，皆有可能有誤差，另外對於估算點位可能會有與衛星、訊號傳播、觀測有關的誤差茲列舉如下：（一）和衛星有關的誤差： 1. 衛星時鐘誤差：雖然衛星時鐘有很高的精度，但與理想GPS時相比較，其誤差約為千分之一秒以內，這樣的誤差量乘上光速可能造成300公里誤差。經過鐘錶差改正，使各衛星時鐘誤差維持20ns內，由此引起等效誤差為6公尺（陳鶴欽，2009）。 2. 衛星星曆誤差：利用廣播星曆與精密星曆的星曆誤差估值各不同，廣播星曆誤差約在10公尺內，可由衛星接收器取得。精密星曆，由其他來源取得，如在International GNSS Service網站 (IGS, 2011) 上所提供即時的超快速 (ultra-rapid)星曆（半預估），中誤差小於5 公分。 28.

(41) （二）與訊號傳播有關的誤差 1.對流層延遲誤差：可以引起衛星到接收器距離誤差約2.3公尺到20 公尺（陳鶴欽，2009），此處的對流層，指地表起算40公里內之大氣範圍。對流層影響量隨著衛星高度，測站緯度，及測站高度而定，而對流層又可分為乾分量與濕分量之影響。一般濕分量難以測定，要避免對流層延遲誤差，可以避免採用低角度的衛星（小於15度），或利用對流層數學改正模式，再者，可以用觀測量差分（假設兩測站大氣條件相似）來消除。 2. 電離層延遲誤差：在地表上空約50至1000多公里，皆為電離層區域，在此區域中空氣分子，有可能會變成游離氣體，使得電子被分離出來，電子狀態極不穩定。當GPS訊號通過時，會受到影響。電離層強度會隨著日期、季節、太陽黑子、地震、日夜等因素影響，可能造成5到150公尺不等的誤差量。但是，由於GPS衛星有兩種頻率L1和L2訊號，不同頻率的無線電波會造成不同的延遲量。因此，可以藉由此L1/L2線性組合，來消除約95%的電離層影響。若是利用導航定位，可由GPS廣播星曆中的電離層改正係數改正（曾清凉等， 1999）。 3. 多路徑效應：當接收機接收衛星訊號時，假定解算出的距離是直線距離 (line of sight)，多路徑效應，是指可能接收到的訊號，是經由其他物體反射的。如圖3-2為多路徑示意圖，實際距離（實線部分）與解算出距離（虛線部分）的路徑並不相同，所以解算出的距離，被當成直線距離，就會造成誤差。. 29.

(42) 圖 3-2 多路徑示意圖由於各地的反射狀況不一樣，所以很難用公式來修正此類誤差，但因衛星每日約會提前 4 分鐘在天空同一方位，會造成相同的誤差量，即多路徑效應，在同一位置是有週期性。在靜態量測中，可藉此週期性改正。其他，減少此類誤差的方法，還有選擇加裝天線檔板 (ground plane)或抗波環圈 (choke ring)之天線、避免在周圍有反射面，如水體、增加觀測時間，取其平均來減少多路徑影響量。（三）與觀測有關的誤差 1.天線的相位中心偏移：由於天線之中心不確定性（數公厘到幾公分），所造成的誤差，可透過率定來求得相位中心。 2.接收機時鐘誤差：接收機的計時裝置如果只是一般石英錶等級，其與衛星之間的同步差1μs，則可引起接收器到衛星間的誤差約300 公尺的等效誤差，解決方法可以將時鐘誤差當成未知數進行平差計算。 3.觀測誤差：根據經驗，觀測的分辨誤差，約為訊號波長的1%，如 C/A碼觀測量，約有3公尺誤差。觀測誤差，屬於偶然性質的誤差， 30.

(43) 適當的增加觀測量會提高觀測精度。四、導航定位導航定位 (navigation positioning)、或稱絕對定位 (absolute positioning)、單點定位 (single point positioning)，使用虛擬距離觀測量，取得衛星與接收機之間的距離，再由已知的GPS衛星位置，推求接收機點位。由於衛星與接收機的時鐘無法嚴格保持同步，所量測出來的距離觀測量便會帶有誤差，所以，此種距離觀測量稱為虛擬距離。衛星時鐘，可以依據GPS衛星廣播星曆中的資料作改正；而接收機時鐘，則難以確切改正，所以在計算中常把接收機的時鐘誤差，當成未知數與測站坐標一併求解。因此單點定位，實際上必須觀測4顆以上的衛星，且除了接收機誤差外，還有其他誤差無法消除，故精度較差。一般來說定位精度大約在公尺等級。距離方程式： ρ = √(𝑋 𝑠 − 𝑋𝑖 )2 + (𝑌 𝑠 − 𝑌𝑖 )2 + (𝑍 𝑠 − 𝑍𝑖 )2 ρ. (3-5). ：衛星到接收機之間的真實距離（公尺）. 上標 s ：代表衛星下標 i ：代表接收機 X、Y、Z 代表 GPS 衛星與接收機之 WGS 84 卡式直角坐標。以間接觀測平差模式解算，虛擬距離觀測量為 PR，此處之(t)是指某時間點之觀測量。 𝑗. 𝑗. 𝑗. 𝑗. 𝑗. PR 𝑖 (t) = ρ𝑖 (t) + c × (dt 𝑖 − dT𝑗 ) + 𝑑𝑖 trop + d𝑖 ion + εPR 𝑖 上標 j ：代表不同衛星下標 i ：代表接收機 c. ：真空中之光速. dt. ：接收機時鐘誤差（秒）. dT. ：衛星時鐘誤差（秒） 31. (3-6).

(44) dtrop. ：對流層延遲誤差（公尺）. dion. ：電離層延遲誤差（公尺）. εPR ：虛擬距離觀測量之雜訊及多路徑效應（公尺）. A 為設計矩陣，Δ 為未知參數的改正數向量，L 為閉合差向量，V 為剩餘誤差向量。 ∆𝑋 ∆𝑌 Δ=[ ] ∆𝑍 ∆𝑇. (3-7). (3-7)式中，∆X=Xi-Xi0、∆Y=Yi-Yi0、∆Z=Zi-Zi0、∆T= c× dt 𝑖0、i0 代表初始接收機位置（概略值）。A 設計矩陣就未知數（接收機坐標 Xi、Yi、Zi、△T）對ρ偏微分。 𝑎11 𝑎12 𝑎13 1 𝑎21 𝑎22 𝑎23 1 A=. (3-8) [. ]. (3-8)式中，𝑎11 = δ𝜌. 𝑗. δρ𝑖. δx𝑖. =. Xi −Xj. 、𝑎12 =. 𝜌𝑖0. 𝑗. δρ𝑖. δy𝑖. =. Yi −Yj 𝜌𝑖0. 、𝑎13 =. 𝑗. δρ𝑖. δz𝑖. =. Zi −Zj 𝜌𝑖0. 、. 𝑗. 𝑎14 = δ∆T𝑖 = 1 1. 𝑃𝑅𝑖1 (𝑡) − ρ (𝑡) − c ∆T1 (𝑡) 𝑃𝑅𝑖2 (𝑡) L=. [. 𝑖 2. − ρ (𝑡) − c ∆T 2 (𝑡) 𝑖. (3-9). ]. (3-9)式中ρ之上標代表不同衛星，下標代表接收器位置。間接觀測平差解算時，先給予未知數之近似值（近似值可用接收機之概略坐標），代入微分式組成觀測方程式矩陣 A、L 之係數，由(3-10)、(3-11)式，求得Δ未 32.

(45) 知參數的改正數向量與剩餘誤差向量 V、P 為衛星的觀測量權矩陣為 Pi。. T. -1. T. Δ=(A PA) (A PL). (3-10). V=AΔ-L. (3-11). 對於採用單一時刻觀測量定位之接收機而言，即可根據上式推算出最佳之接收機坐標與時鐘誤差。此時若誤差仍大，則將求出之最佳接收機坐標取代之前的坐標近似值，進行重複迭代，直至誤差向量 V 收斂至設定門檻內或指定最高迭代次數。. 33.

(46) 五、導航定位精度的評定利用 GPS 定位之 DOP (dilution of Precision)精度因子（林景頎，2004；曾清凉等，1999：6-7）。 m = σ0 × √𝑞𝑖𝑖. (3-12). 其中 0 ：為虛擬距離觀測量單位權標準誤差 𝑞𝑖𝑖 ：權係數矩陣（協方差矩陣）Q主對角線的相應元素 m：點位精度由(3-8)式定義之 A 矩陣，得： Q=(ATA)-1 𝑞11 𝑞12 𝑞13 𝑞14 𝑞21 𝑞22 𝑞23 𝑞24 Q=[ 𝑞 𝑞 𝑞 𝑞 ] 31 32 33 34 𝑞41 𝑞42 𝑞43 𝑞44. (3-13) (3-14). DOP，是權係數矩陣之主對角線元素的函數，並且可以代表衛星幾何分布狀況的好壞，當衛星分佈太過集中，如圖 3-3(b)將會使 DOP 數值上升；而圖 3-3(a)，幾何分布較佳，DOP 值則會下降。若假設接收機與四顆衛星. 1. 所構成六面體體積為 V，則 DOP 值與成正比。. V. 圖 3-3 衛星幾何分佈與 DOP 值 34.

(47) 實際計算時，依不同要求，可以採用不同的精度評估模式和相應的精度因子：如二維點位精度因子 HDOP (horizontal DOP)。平面位置精度為：. mH=σ0 × HDOP. (3-16). HDOP = √𝑞11 + 𝑞22. (3-17). 三維點位精度因子 PDOP (position DOP). mp=σ0 × PDOP. (3-18). PDOP=√𝑞11 + 𝑞22 + 𝑞33. (3-19). 另有高程精度因子 VDOP (vertical DOP)：. mv=σ0 × VDOP. (3-20). VDOP=√𝑞33. (3-21). 時間精度因子TDOP (Time DOP) TDOP=√𝑞44. (3-22). HDOP、VDOP 和 PDOP 為一般導航機所能提供。而測量用之 GPS 接收機，則會附有幾何精度因子 GDOP (geometric DOP)以供參考，就是加上時間精度因子的考量。 GDOP=√𝑞11 + 𝑞22 + 𝑞33 + 𝑞44. (3-23). σr = σ0 × DOP. (3-24). σ𝑟 為定位的標準差，DOP值可套用前述所介紹的各種DOP值，由公式 (3-24)可看出，單點定位精度受到σ0 和DOP值影響，如果使用相同的硬體與處於一樣的環境下則代表σ0 確定，則定位精度的高低取決於DOP值大小。. 35.

(48) 第二節. Wi-Fi 定位. Wi-Fi，是 Wi-Fi 聯盟製造商的商標，可做為產品的品牌認證。因為當初 IEEE（電機電子工程師學會），在 1997 年公告 IEEE 802.11 無線區域網路標準時，並沒有一個認證的機構。於是 Wi-Fi 聯盟便成立，以解決符合 802.11 標準產品的生產和裝置相容性問題。目前，Wi-Fi 聯盟，採用 IEEE 802.11 a/b/g/n 標準（Wi-Fi 聯盟， 2011）。由於，Wi-Fi 透過無線電波（電磁波）傳輸，對於不同的物體，會有其不同的反射率、吸收率、穿透率，導致同一款型的發射器，由於周圍物體擺設狀況不一，其訊號涵蓋範圍，也會有所不同。. 一、Wi-Fi 的訊號涵蓋範圍本研究利用 Wi-Fi 網路系統來定位，可以利用已經相當普及的 Wi-Fi 系統架構。如臺北市於 2006 年起正式啟用「台北無線寬頻城」，由安源通訊股份公司建置此系統，即為現行的 Wifly，無線網路覆蓋率達到臺北市人口覆蓋率的 90%（WIFLY, 2011）。除了 Wifly 以外，中華電信也在一些公共場所提供無線上網服務（中華電信無線上網，2011）。學校內部，通常也會建置校園無線網路系統，如圖 3-4，紅色部分，為政治大學校園無線網路涵蓋區域。根據學校網頁說明，只要有使用支援 IEEE 802.11b/g 的無線網路卡，即可利用學校所給的帳號，在無線網路涵蓋區域上網。大致上來說，室外佈設的 Wi-Fi 基地台，可提供離 Wi-Fi 基地台 100~150 公尺內連線上網（WIFLY, 2011）。除了上述的 Wi-Fi 的訊號涵蓋範圍外，各辦公室也有建置室內的無線網路，雖然在室外，可能因為這些訊號太微弱無法用作上網，但只要能辨別是那個發射源的資訊，就可以利用這些資訊做定位用途。所以用作 Wi-Fi 定位，定位服務區域，會比原有設計的 Wi-Fi 的訊號涵蓋範圍略大一點，因此在有 Wi-Fi 佈設建物周邊可實施 Wi-Fi 定 36.

(49) 位。. 圖 3-4 政治大學 Wi-Fi 涵蓋圖（來源 http://www.cc.nccu.edu.tw/network/wireless/campus_wireless2007.jpg）. 二、Wi-Fi 資料庫的建置本研究採用 IEEE 802.11b/g（頻率 2.4GHz），b 和 g 的差別在於使用者的資料最大傳輸速率，b 為 11 Mbit/s、g 為 54 Mbit/s。當使用 Wi-Fi 天線，接收到 Wi-Fi 訊號，搭配定位應用程式，將接收訊號的來源（依據 MAC）， 37.

(50) 及接收強度的資料，與資料庫做推算，就可以利用訊號紋法和三邊定位法作定位。 MAC 以 12 個字來表示，如 00:12:0E:B9:FC:8E，區分不同的訊號來源，因為每個無線發射器（無線 AP），在出廠的時候會設定一個 MAC 值，正常狀態下，MAC 碼是不會重複的，可藉此來區分訊號來源。而接收強度與訊號來源是有相關性，離訊號來源越遠，接收強度越弱 (Bahl et al., 2000)。資料庫，必須有 MAC 的位置資訊，與接收訊號強度推算距離的相關係數，或是接收訊號強度 (RSS)對應的地理坐標。也就是資料庫中每一點地理坐標（可能是經緯度，可能是某種坐標系或加上高程資訊），含該點可能會收到的 MAC 位置、RSS 值。這樣，當使用者收到一個 Wi-Fi 資訊，便可由收到的 MAC 碼，藉由資料庫推求出坐標。一般商業定位，採用訊號紋法或是三邊定位法作定位，因為這兩種方法的硬體成本相對較低，但需配合資料庫的使用。資料庫部分，如軟體 Ekahau，是將資料庫，建置於使用者主機中。而如 Skyhook、Google 定位，則是將資料庫放到網路，使用者使用軟體公司所提供的定位軟體外，還須能夠上網連結資料庫才能使用。. 三、Wi-Fi 定位演算法本研究 Wi-Fi 定位，採用訊號紋法，第一步驟，建立 RSS、訊號來源與對應點位坐標資料庫；第二步驟，為定位時採用的演算法，分有兩種：最鄰近法和類神經網路法。 (一)最鄰近法 (nearest neighbor algorithm) 在接收訊號強度 (RSS)中，由資料庫中，尋找一個對應訊號來源最相似點位，取其對應坐標。如果，同時多個訊號來源可以比較，選取相應訊號來源的無線網路強度值相減後，透過歐幾里德距離公式（3-25），由距離 38.

(51) 公式計算結果中，找出最小距離判定最為相似，當成最鄰近點 (Bahl et al., 2000)。 D=√∑(Si1 − Si2 )2. （3-25）. 公式（3-25）D 為歐幾里德距離， i 為有 N 個訊號來源，也就是 i=1 到 N。 Si1，為定位時，接收到的 RSS，如下圖範例中的 TP 點接收 APi 的 RSS。 Si2，為資料庫中相對應 Si1 同為一個訊號來源的 RSS，如下圖範例，RP1 接收 APi 的 RSS。. 圖 3-5 訊號發射點、參考點與待定點如圖 3-5，有 3 個 AP (access point)，AP 代表訊號發射源。在網格上，定義了一個平面坐標系。在網格上，假設有 2 個已知坐標的參考點 RP1 和 RP2，其可以接收到 3 個 AP 的訊號。另有一個未知待定點 TP，也可量測到來自於 3 個 AP 的訊號強度。RP1、RP2、TP 接收來自 3 個 AP 的 RSS 如表 3-1。. 39.

(52) 表 3-1 參考點與未知點接收 3 個 AP 的訊號強度（單位：dBm） AP. AP1. AP2. AP3. RP1(X1,Y1). -69. -80. -76. RP2(X2,Y2). -70. -65. -72. TP( ? , ? ). -65. -78. -78. 點位. 依據公式（3-25），計算 RP1 與 TP 的歐幾里德距離，令Si1 中 i 為 1 時， S11 代表 TP 接收 AP1 的接收訊號強度-65，S12 代表資料庫中 RP1 對應 AP1 的訊號強度-69。而 i 為 2，時S21 為 TP 接收 AP2 的接收訊號強度-78，S22 代表資料庫中 RP1 對應 AP2 對應的訊號強度-80。i 為 3 時，S31 為 TP 接收 AP3 的接收訊號強度為-78，S32 為資料庫中 RP1 對應 AP3 對應的訊號強度 -76。因此依據公式（3-25），求得 RP1 與 TP 的歐幾里德距離為 4.90。同理，RP2 與 TP 的歐幾里德距離為 15.17。由於 RP1 與 TP 的歐幾里德距離較小，依最鄰近法，可以找出參考點位與 TP 點訊號差異量（相似程度），如果參考點只有 RP1 與 RP2，便認定 TP 點坐標為 RP1 的點坐標，因為差異量較小，代表相似程度較高。由於參考點 RP1 已知（X1,Y1），所以 TP 的坐標也為（X1,Y1）；如果 RP1 是三維坐標，則可以估計出 TP 的三維坐標。實際應用，會採用 K-nearest neighbor algorithm (KNN) (Bahl et al., 2000)。也就是說，可能不會只選取一個點，K 代表最後採用多少鄰近點。只採用一個點無法內插，內插起碼要 2 個點以上，可由歐幾里德距離的距離當權重分配的參考值，當然 K 值並不一定要很多，建議為 3-5 個即可，過多的 K 值將使定位誤差變大 (Bahl et al., 2000)。假定資料庫建置是網格分佈，如圖 3-6，藍色推估點位為利用 K 個最 40.

(53) 鄰近法找出在網格交叉點上可能為實際點位（紅色點位）的位置，但實際點位通常都並不恰好落在網格交叉點上，以本例來說共找了 4 個鄰近點（藍色點位） (Cheong et al., 2009)。網格交叉點，為建立推估點位的資料庫位置，由於實際點位可能不是在建立資料庫時參考點位坐標，所以會選取附近幾個點，將估算點位做加權平均 (KNN)，以減少選點錯誤造成的大誤差，當 K 值為 2 時為線性內插，3 以上為面的內插，其權值，可利用歐幾里得距離公式所得差值來當作權。. 圖 3-6 利用 K 個最鄰近法找出推估點位與實際點位示意圖. （二）類神經網路演算法類神經網路 (artificial neural network, ANN)，或稱神經網路，是人造模仿生物的神經網路系統。透過簡單的操作，程式輸出資訊到對應的其他神經元。如果，對於輸入資訊和預期得到的輸出結果的關係，無法以方程式明確表現，那麼使用類神經演算法，將會有比傳統數值方法，還有統計方法更好的解答（李昀臻，2009）。 1.類神經網路架構神經網路是由節點 (nodes)或稱為神經元 (artificial neural)和層所構成，層是由多個節點所組成，使網路內節點間的連結，可以簡化為層與層之間的連結。而節點是神經網路中的基本單位，也是隱藏層一個重要的元素。 41.

(54) 基本上神經網路可分成三部分： (1)輸入層 (input layer) 輸入層在網路架構中，通常為單層結構，為接受資料並輸入資訊的一層，處理單元的數目，視其輸入內容而定，用以表現網路的輸入變數。 (2)輸出層 (output layer) 輸出層在網路架構中，常以一層呈現，為接受網路處理後的結果，其處理單元數目視輸出的內容而定，用以表現網路的輸出變數。 (3)隱藏層 (hidden layer) 隱藏層是介於輸入層和輸出層間，接受輸入層的訊號（數值資料）並對其處理，並將結果送至輸出層，運算過程對於使用者是看不到的，而節點的數目需要靠經驗來決定。隱藏層的層數目通常也可以超過一層，較多的隱層藏代表神經網路所處理的問題複雜度較高，只不過太多層數可能會造成計算量過於龐大，使運算時間過久，所以通常用到一到兩層（王奕鈞， 2006）。. 圖 3-7 類神經網路架構示意圖圖 3-7 中各層方塊中的圓形，代表處理元素 (processing elements)，在輸入層中可決定為輸入資料的維度，相同的，在輸出層中決定著輸出資料維度，在隱藏層中代表著節點個數，而各線段代表的是各處理元素中權重 42.

(55) 的連結。決定權重的連結，需要靠所謂的訓練過程，即需要有資料數據去修改權重。當修改完成後，還需要有模擬過程，或稱為測試過程，即用已知的資料去驗證訓練完成神經網路的準確性（羅華強，2008）。 2.神經網路的工作原理輸入層，類似生物神經元的神經樹，負責接受其他神經元訊號。權值與偏權值（或稱閾值）相似於生物神經元的神經節，對於輸入訊號有強化或抑制的效果。轉換函數的功能為處理神經元接收的訊號，類似於神經細胞核。基本的類神經單元運算如下（施柏屹，2000）：假設神經元 i 輸出到神經元 j 的權值為 wji，則此神經元接收的處理訊號為： 𝑚. (3-26). V𝑗 (𝑛) = 𝑏𝑗 + ∑ 𝑤𝑗𝑖 𝑥𝑖 𝑖=1. 其中 bj 表示神經元內部的偏權值，用來增強或削弱訊號值，此合成訊號將透過一轉換函數 f 運算後，得到最後的運算輸出： yj = f(v𝑗 ). (3-27). 圖 3-8 神經元模型（施柏屹，2000） 43.

(56) 神經網路常使用的非線性轉換函數，如圖 3-8 ，包含兩值函數 (two-value function) ，雙彎曲函數 (sigmoid function) 與雙曲線正切函數 (hyperbolic tangent function)。其中雙曲線正切函數最常被使用，可將輸入資料轉換為-1 與 1 之間。. 圖 3-9 常用的轉換函數（蘇昭安，2003）神經網路的運算過程包含學習過程（訓練）與測試過程（回想），所謂的學習過程就是神經網路，根據已知的訓練樣本，模擬樣本間的輸入與輸出的對應關係，調整權值，建立輸入與輸出之間的非線性映射關係；測試過程則是，神經網路經學習後，當有新的樣本資料輸入時，根據已經訓練出的權重值，套用給出一個輸出值，此輸出值會近似於先前訓練過程中，所提供訓練樣本相似值。 3.神經網路分類類神經網路可依學習策略分成監督式學習網路 (supervised learning network)、非監督式學習網路 (unsupervised learning network)、聯想式學習網路 (associate learning network)、最適化應用網路 (optimization application network)；依網路架構 (connectionism)分類主要有前向式架構 (forward)、回饋式架構 (feedback)（李昀臻，2009）。. 4.倒傳遞神經網路倒傳遞類神經網路模型 (back-propagation neural network, BP)，屬於監督式學習網路，因其所採用的演算法為誤差反向傳播算法 (error 44.