朝陽科技大學資訊管理系 Department of Information Management Chaoyang University of Technology 碩士論文 Thesis for the Degree of Master

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朝陽科技大學資訊管理系

Department of Information Management Chaoyang University of Technology

碩士論文

Thesis for the Degree of Master

將情境感知應用於展覽場的互動導覽系統

Applying Context-Aware to Interactive Guiding System for Exhibition

指導教授:陳榮昌(Rong-Chung Chen) 研 究 生 : 顏嘉玲(Jia-Ling Yan)

中華民國 103 年 7 月 14 日 July 14, 2014

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摘要

隨著科技的進步,展覽場的導覽系統已從過去導遊、磁帶機或 CD 播放 器講解的時代轉換成行動導覽的時代。目前行動導覽方式大都以 RFID 或 QR Code 的讀取來下載展覽品相關的資訊,如果展覽場處於較擁擠的情況 時,就會導致下載困難甚至互相干擾。因此,為了讓行動導覽更貼近訪客 的需求,本研究提出了將情境感知和 ZigBee 無線通訊技術融入到導覽系統 中的一個架構,以標準 ZigBee 網路架構及協定結合無線區域網路連結展覽 場地內的所有展覽品,訪客只需要手持導覽裝置於展覽場中移動便可得知 附近展覽品的資訊,更可以透過手機或手持裝置和系統互動。透過 ZigBee 無線通訊技術的自動感測進行定位和蒐集訪客相關的情境資訊,藉此進行 情境推理,系統可以幫助訪客篩選出訪客感興趣的展覽品,讓訪客可以即 時獲取其感興趣的展覽品的資訊。本研究將手持導覽裝置裝載的 SD Card 匯入語音檔,手機以預先下載語音檔的方式來解決人潮過多時下載困難的 問題,並將情境感知的技術融入手機的行動導覽系統中,讓訪客於展覽場 中,可以依其情境利用自動導覽或手動導覽的方式,播放預先下載的語音 檔,輕鬆進行參觀的活動。另外,還有互動的功能,只要一機在手就可以 享受親切和便利的導覽服務。

關鍵字:情境感知、情境資訊、情境推理、ZigBee 無線通訊技術、導覽 系統

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Abstract

With the advances in technology, the guide system of exhibition field is changing from tour guide, tape drives or CD player into the era of mobile guide.

Most of the mobile guiding systems often use RFID or QR Code readers to download the exhibits related information. If the exhibition is more crowded, it will be difficult to do the work. They will even interfere with each other.

Therefore, in order to make the mobile guide closer to visitors' needs, this paper applys context-aware and ZigBee techniques to the guide system architecture by standard ZigBee network architecture and protocol combined with all exhibits within the exhibition field of WLAN link. Visitors only need to handheld guide device to know the nearby exhibit information, and to interactive through mobile phones or handheld devices with systems in the exhibition field. Also, they can position and collect context information of visitors through the automatic sensing of ZigBee. Thereby, conducting this context reason, the system can help visitors screened the exhibits they are interested in, and visitors can get the information instantly. For our approach, the handheld guide device will load SD Card with voice files while the smart phone will pre-download the voice files to solve the crowded problems. The context-aware technology is used in our mobile guiding system to help the guiding services for visitors at the exhibition. The visitors can use automatic guiding or manually guiding which make their visit activities more easily. Also, it offers interactive service for visitors. With this guiding system, they can enjoy approachable and convenient guiding services.

Keywords:

Context-Awareness, Context information, Context reasoning, ZigBee, Guide system

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誌謝

時光匆匆,在朝陽已從大學到研究所待了六年,現在即將從學生的身 分畢業了,最先要感謝的是我的指導老師榮昌老師,榮昌老師不管是在研 究上還是待人處事等方面都教會了我許多。也很感謝榮昌老師在我生活上 給予了許多的幫助,讓我在很多不知道該如何是好的時候給了我很多的建 議和鼓勵,真的非常感謝榮昌老師這六年來幫助我許許多多的事情,連要 畢業了榮昌老師和金鳳老師也幫我推薦了一份對現在的我來說會很有幫助 的工作,非常感謝老師們的幫助與照顧。

感謝宏宇老師讓我有機會進行 ZigBee 的研究,在我什麼都不懂,也不 知從何著手尋找相關資料的時候,給予我很多的幫助,還一對一的進行指 導,非常感謝宏宇老師。也很感謝漢翔科技的陳經理給予技術上的支持。

此外,感謝淑卿老師和茂綸老師,在 Group Meeting 和計畫書審查的時 候都給予了許多不多面向的問題和建議,讓我可以從不同的面向思考和知 道我不足的地方在哪裡,很感謝老師們的幫助與照顧。我也很感謝淑卿老 師、宏宇老師和永寬老師在口試給予的指導和建議。

接下來,我要感謝 M308 的一起努力的夥伴們,謝謝朝維學長在我一 開始進入研究生涯的時候,給予我著手的方向和建議;謝謝小豬學長、阿 盧、王傑、家愷、偉修、泊建和二毛在我研究上給予的建議和鼓勵,讓我 獲益良多,非常感謝你們。

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另外,我也很感謝我的家人,因為有爸媽和姊姊經濟上和精神上的支 持,我才能完成我的學業,非常給謝你們。最後,在此對於所有幫助過我 的親朋好友們致上十二萬分的謝意,非常感謝你們。

顏嘉玲 謹至於 朝陽科技大學 資訊管理研究所 民國 101 年 7 月 16 日

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目錄

第一章 緒論 ... 1

1.1 研究背景與動機 ... 1

1.2 研究目的 ... 4

1.3 論文架構 ... 5

第二章 文獻探討 ... 6

2.1 導覽系統 ... 6

2.2 ZigBee 無線通訊技術 ... 13

2.3 情境感知技術 ... 16

2.4 FIPA ... 21

第三章 研究方法 ... 27

3.1 研究架構 ... 27

3.2 互動資訊導覽系統 ... 29

3.2.1 導覽服務 ... 31

3.2.2 提醒 ... 33

3.2.3 推薦展覽 ... 34

3.2.4 互動 ... 37

3.2.5 情境資訊 ... 38

第四章 系統實作 ... 41

第五章 結論與未來研究 ... 64

參考文獻……….65

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表目錄

表 2.2.1 ZigBee 協定裝置類型 ... 13

表 2.2.2 無線技術比較表 ... 16

表 2.4.1 FIPA ACL 訊息參數 ... 24

表 2.4.2 FIPA ACL 訊息-Frame 和 Ontology ... 25

表 4.7.1 導覽系統比較 ... 61

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圖目錄

圖 1. 數位學習整合 RFID 功能架構圖 ... 7

圖 2. MyGuide 系統架構 ... 10

圖 3.操作頁面運行流程圖 ... 12

圖 4. Harry Chen 等學者所使用的 COBRA (Context Broker Architecture) .... 20

圖 5.使用 FIPA 解決通訊不一致 ... 21

圖 6. FIPA 抽象架構映射到各種具體的實現途徑 ... 22

圖 7.一個代理註冊到一個目錄服務 ... 22

圖 8.目錄查詢 ... 23

圖 9.系統架構 ... 30

圖 10.系統流程圖 ... 31

圖 11.裝置初始化 ... 45

圖 12.領取裝置 ... 46

圖 13. 取得導覽資訊 ... 47

圖 14.活動互動問答 ... 48

圖 15. 歸還導覽裝置 ... 49

圖 16.手持導覽裝置 ... 54

圖 17.手機畫面(a) ... 54

圖 18.手機畫面(b) ... 55

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圖 19. ZigBee 裝置 ... 56

圖 20.展覽品語音檔下載頁面... 57

圖 21.手機畫面-展覽品列表 ... 58

圖 22.手機畫面-使用說明 ... 59

圖 23.手機畫面-播放展覽品語音檔 ... 59

圖 24.手機畫面-互動 ... 60

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第一章 緒論

在本章中將分別說明本研究的研究背景與動機、研究目的和本論文的 架構。

1.1 研究背景與動機

「導覽」的目的在於搭起展覽品與訪客之間的橋樑,讓訪客透過導覽 的方式獲取展覽品相關資訊。一個有效的導覽系統是能傳達資訊的媒介,

它必須讓參觀者能夠方便且快速的獲取資訊,以達到最佳的導覽效果[1]。

以往在參觀展覽的時候,皆會有導遊為我們導覽,但是如此一來,所有人 就必須以團體移動,即使對某項展覽品沒有興趣也必須等待導遊解說完 畢;等介紹到自己感興趣的展覽品時,也可能因為距離的關係聽不到解說 員的說明或看不到展覽品,從而影響到導覽的品質[2]。隨著電腦科技的發 展,導覽服務已從過去導遊、錄音機或 CD 播放器進行講解的方式轉變為 行動導覽。行動導覽使訪客在參觀的過程中,可以針對各景物使用可攜式 行動裝置(如: PDA、平板電腦等)及無線通訊技術(如:無線射頻辨識 系統 RFID、二維條碼 QR Code 等)獲取該景物的即時資訊[1]。但是在行 動導覽的發展上,無論是使用主動式 RFID 或是被動式 RFID,在相關的技 術,由於本身內建的記憶體無法容納大量的資料,且容易讀取到相鄰 Tag 的訊號、容易受到金屬材質的干擾;且被動式 RFID 讀取距離大約為十到

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十五公分,雖然主動式 RFID 距離較長,但是仍有上述問題,所以 RFID 較 難適用於室內的行動導覽。QR Code 相關的技術則必須透過無線網路下載 展覽品的資料,人多的時候下載速度會變慢,從而導致導覽品質變差[2]。

且行動導覽設備必須和展覽場租借,不僅要花錢,且因設備有限,當訪客 眾多的時候,可能還需排隊等候行動導覽設備。因此,手機的導覽系統就 應運而生[1],這讓訪客不僅可以避免設備不會使用的問題,且智慧型手機 不論是硬體和軟體都越來越進步,不但給人們帶來了方便性,更能藉由智 慧型手機上的許多感測器來獲取訪客的情境資訊,使用情境感知的技術,

提供訪客更多的加值服務[27]。例如,導覽系統可以針對不同訪客的特性提 供個人化的推薦,也可以根據訪客參觀的速度來提醒訪客是否需要加快參 觀的腳步,這些都是很貼心的服務。

但是,目前手機的行動導覽系統大都以感測展覽品的感測裝置來下載展 覽品相關的資訊,如果展覽場處於人潮眾多,較擁擠得情況時,就會導致 下載困難甚至互相干擾。許政穆[3]等學者所提的模組有預先儲存學習資 訊,讓學習者可以快速的得知學習物件的內容;余少卿[4]等學者也提到訪 客可以在參觀展覽以前先行下載導覽資訊至PDA,做為參觀的行程規劃,

但是,這些系統只能單純的提供展覽品或學習內容的查詢。因此,本研究 將情境感知服務的概念融入於行動導覽系統中以建立一個智慧型的個人化 導覽系統。使用者可以預先下載語音檔至手機中,或手動的點選手機列表

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進行播放語音檔。本研究還提供ZigBee手持導覽裝置, ZigBee手持導覽裝 置裝載匯入語音檔的SD Card,使用者可以和展覽場租借ZigBee手持導覽裝 置來避免下載困難的問題,且因ZigBee的定位功能,使本研究可以根據使 用者的位置進行自動導覽。本研究還將使用者資訊、展覽品資訊、展覽會 場以及使用者的參觀活動資訊,透過情境推理來找出使用者所需的資訊,

並適時的推薦給使用者,以達到智慧型導覽的目的。

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1.2 研究目的

本研究依據前述的研究背景,希望藉由情境感知及 ZigBee 無線通訊技 術為基礎,提出一個適用於展覽場的智慧型導覽系統,希望此系統可以達 到以下目的:

1) 利用手機預先下載語音檔的方式來解決下載困難的問題。

2) 結合 ZigBee 無線通訊技術低成本、抗干擾、多節點控制和定位的特 色,改善目前導覽系統的缺點,本研究將導覽資訊儲存於 ZigBee 手持裝置,以 ZigBee 無線通訊技術來完成手持裝置、伺服器和展覽 品間的通訊,藉此啟動相關的導覽服務。

3) 融入情境感知的技術,透過收集使用者資訊、使用者的導覽紀錄(例 如對特定展覽品參觀的時間、次數等)以及展覽場相關的情境資訊 (目前時間、展覽動線、熱門展覽品等),然後藉由情境推理推論出 訪客感興趣的展覽品,藉此自動提供訪客所需的服務,進而達到智 慧型導覽的目的。

4) 透過收集所有訪客的位置資訊,以提醒訪客特定展覽品為擁擠狀 態。

5) 依據訪客的參訪速度,提醒訪客是否需加快參訪的速度。

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1.3 論文架構

本研究是透過情境感知和 ZigBee 無線通訊技術來提供智慧型的導覽服 務,本論文的主要內容如下:

第一章 研究動機與目的:本章將探討過去傳統的導覽方式在實務上可以被 改進的因素,以及分析目前現有導覽方式的優缺點,來訂定研究的目標和 方向。

第二章 文獻探討:本章將介紹本研究中的導覽系統在運作上和實務上的相 關文獻和核心技術原理。包括介紹導覽系統、ZigBee 無線通訊技術、情境 感知技術和 FIPA,並且探討目前的導覽系統所面臨的問題與缺點。

第三章 研究方法:本章將詳述本研究針對傳統的導覽系統所進行的改善,

並提出基於情境感知和 ZigBee 的互動資訊導覽系統,所形成的新的導覽架 構概念。

第四章 系統實作:本章將詳述本研究的導覽系統概念模型、系統設計和裝 置的需求,並以本研究的研究方法為基礎理論,在實務應用上所開發的導 覽系統。並且把目前現有的導覽系統比對本研究所建置的系統,差異性和 所面臨的問題與缺點一一列舉。

第五章 結論與未來研究:本節將說明本研究的結論和導覽系統未來研究的 方向。

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第二章 文獻探討

在本章節將分別說明和本研究相關的文獻,主要包括導覽系統、ZigBee 無線通訊技術、情境感知技術和 FIPA。

2.1 導覽系統

過去的導覽服務都是由導遊、錄音機或 CD 播放器來講解的,但是這 些方式都有其缺陷,例如傳統導遊是由人力完成,培訓和工資費用高,需 團體行動,且無法重複聆聽說明;使用錄音機和 CD 播放器又攜帶不方便,

而且缺乏互動的能力[17]。隨著科技的進步,導覽正由過去這些方式轉換成 行動裝置導覽。

在過去的研究中,Chou等學者提到IEEE 802.11系列和藍芽通訊技術會 有讀取到相鄰展覽品的可能,使用GPS在室內又無法精準的定位[17],因此 Chou等學者將紅外線傳輸技術應用於博物館的導覽中。由於紅外線傳輸技 術不需要實體連線,簡單易用且實現成本較低,所以Li-Der Chou等學者採 用紅外線傳輸技術,Chou等學者使用PDA作為手持導覽裝置,當核心程序 接收到紅外線的識別訊號後會進入資料庫查詢,查詢結果會在PDA顯示。

PDA有提供自動導覽的前進方向,以方向箭表示。訪客也可不跟隨自動導 覽的指示,但訪客無論身在何處導覽系統都可以正確找到訪客的位置,並 顯示訪客正在參觀的展覽品資訊。

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許政穆等學者將RFID技術用於讀取在校園環境中的英文單字卡[3],在 此研究中,使用PDA作為手持導覽裝置。其中RFID Tags使用ISO 15693無 電池被動式RFID Tags,此RFID Tags有效感應距離為十五到二十公分。

圖1. 數位學習整合RFID 功能架構圖[3]

許政穆等學者之研究架構如圖1,此研究整合RFID 建構的數位學習環 境架構中共分為三個階層,而散佈在各處的學習物件也就是英文單字卡上 都會黏貼標籤式的被動式RFID Tag[3]。對於學習者持用的學習輔助載具 PDAs 上則有七個模組,分別為RFID Reader 模組、RFID Identification 模 組、Wireless/Mobile Communication 模組、Learning (Object) Content Storage 模組、Learning Content Display 模組、Learning Activity Control模組、以及 Learner Interaction 模組,而各個模組功能如下[3]:

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1) RFID Reader 模組:RFID Reader 主要發射無線電波尋找識別黏貼於 學習物件上的被動式RFID Tag,RFID Reader 除了讀取ID 外,也能夠 讀寫存於RFID Tag 上的資料,在許政穆等學者的研究中,也將部份學 習資訊存取於RFIDTag 上以供學習者讀取寫入學習物件額外學習資訊 之用。

2) RFID Identification 模組:負責對RFID Reader 傳送控制協定命令,

並 接 收 解 析 RFID Reader 的 回 應 訊 息 。 然 後 將 解 析 識 別 ID 透 過 Wireless/Mobile Communication 模 組 與 後 端 的 L(C)MS (Learning (Content) Management System) 比對下載相關學習物件學習內容,或是 直接在學習輔具的Learning (Object) Content Storage 內擷取對應的學習 物件。

3)Wireless/Mobile Communication 模組:負責以PDAs 提供的通訊介面 (如WLAN、GPRS、3G 等)與數位學習平台L(C)MS 通訊傳遞資料之用。

4) Learning (Object) Content Storage 模組:此模組負責預先儲存學習資 訊或是儲存從L(C)MS 下載的學習內容,作為行動學習輔助平台的學習 物件內容快取之用。

5) Learning Content Display 模組:此模組負責將學習物件的內容以多媒 體方式播放呈現給學習者學習觀看。

6) Learning Activity Control 模組:此模組負責監督控制學習活動進

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行,例如規範學習物件的感應順序,控制學習進行進而能維持一定的學 習效度。

7) Learner Interaction 模組:此模組為行動學習輔具與學習者間的人機 介面,學習者的學習資訊輸入互動皆由此模組負責。

在後端的L(C)MS 上則有五個模組:Network Communication 模組、

RFID Middleware – Mapping 模組、Learning (Object) Content Repository 模組、Learning Activity and Strategy 模組、以及Learner Portfolio Repository 模組,而各模組功能分別如下[3]:

1) Network Communication 模組:此模組負責接收與回應遠端行動學習 輔具PDAs 的網路通訊與資料傳遞。

2) RFID Middleware – Mapping 模組:此模組負責比對從遠端行動學 習輔具PDAs 回傳的學習物件RFID 識別碼與L(C)MS 儲存,並將學習 物件內容透過Network Communication 模組回傳給PDAs。

3) Learning (Object) Content Repository 模組:此模組儲存所有學習物件 的學習內容,在此許政穆等學者之研究則以XML 結構化來儲存表示學 習物件內容,以方便傳遞給學習者學習之用。

4) Learning Activity and Strategy 模組:此模組負責規劃監控學習者的學 習活動的進行,並且施予合適的學習策略,如Project-Based 學習、

Problem-Solving 學習等方式,讓學習者的自主學習也能依一定的學習

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章法進行,而非雜亂無章。

5)Learner Portfolio Repository 模組:此模組負責儲存管理學習者的學習 歷程,以供分析追蹤學習者的學習成效與改進學習活動策略之用。

Choi與Moon等學者也使用RFID進行展覽品的導覽[20],此研究將RFID Tag放在手機上便於攜帶。訪客將Tag靠近展覽品旁邊的RFID Reader,RFID Reader會將相關資料傳給Context Server,Context Server收到後便會去資料 庫尋找用戶的情境資訊(位置、首選語言和行動設備播放方式)。資料庫會將 這些情境資訊回傳給Context Server推理出用戶適合的服務,之後系統則會 從資料庫找到訪客所需的資料用訊息的方式傳給用戶的手機,若是文字資 料則直接開啟,若是多媒體資料則會透過Darwin Streaming Server進行播 放。Choi與Moon等學者所提出之系統架構如圖2所示[20]。

圖2. MyGuide系統架構[20]

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施能義等學者將 QR Code 用於導覽彰化孔廟[1],此研究利用 Google 協作平台架設彰化孔廟行動導覽系統,內容涵蓋彰化孔廟歷史、修建沿革、

建築巡禮、至聖先師事略、祭孔儀典、交通位置路線、相關連結、活動與 照片等,包含有文字、照片及語音檔。語音檔部分又分為兩種:一種是連 結至網站播放 mp3 檔案;另一種是將 flash 嵌入網站中,手機若有安裝 Adobe flash Player 即可播放語音檔。

但是,上述的感測技術在本研究中不太適用,像是紅外線通訊技術的 直射特性,使紅外線通訊技術不適合傳輸障礙較多的地方[29],紅外線通訊 技術也無法蒐集訪客的資訊;被動式 RFID 對於較擁擠的室內展覽會場會 有障礙,而且需要很近才能感應的到,也無法自動的導覽和蒐集訪客的資 訊;現在的智慧型手機皆能掃描 QR Code,但是 QR Code 掃描完後下載資 料量相當大,人多的時候不適用;QR Code 也無法自動的導覽和蒐集訪客 的資訊;還需要足夠的光線才能正確掃描。

黃群凱[30]和薛文賢[5] 兩位學者利用 ZigBee 無線通訊技術於展覽場 中建構一個導覽系統,黃群凱[30]學者的研究使管理者可以依參數規劃展覽 物件與傳輸模組間的配置,如果出現展場物件彼此之間距離過近時,可以 使用一個傳輸模組發送多個物件識別碼的方式達到節省傳輸模組數量。此 研究有三種導覽的方式:分別為播放文字、播放影片和播放語音。圖 3 為 黃群凱研究的操作頁面運行流程圖[30]。

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圖3.操作頁面運行流程圖[30]

薛文賢[5]學者以 ZigBee 無線通訊技術為基礎建構一個數位影音導覽 系統。在通訊傳輸部分,此研究採用廣播(Broadcast)發送的方式作為感測器 發送端與使用者接收端之間的傳輸方式,並針對感測器周遭的環境(展覽 場、走廊與戶外)、距離、擺放的位置、發送功率和發送端與接收端數量(Single Case、Multiple Case)的差異,對接收訊號強度(Received Signal Strength Indication, RSSI)及封包接收是否出現遺失進行量測並分析。根據實驗量測 的結果薛文賢學者提出一些在展覽場所佈置 ZigBee 導覽系統的參數配置建 議[5]。黃群凱[30]和薛文賢[5]的實驗結果發現 ZigBee 會遺漏訊號的機率不

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大,且不會因為距離過近而造成讀取錯誤。因此,本研究採用 ZigBee 無線 通訊技術來建立手持導覽裝置、伺服器和展覽品間的通訊。並於手持導覽 裝置裝載匯入語音檔的 SD Card,手機採用預先下載語音檔的方式,以避免 人潮眾多時的下載困難問題。

2.2 ZigBee 無線通訊技術

ZigBee 一詞源於蜜蜂,蜜蜂透過 ZigZag 字形舞蹈與同伴通信傳遞花與 蜜的位置、方向、距離等訊息,因而藉此做為這短距無線通訊新技術的命 名[6]。由維基百科定義[28],ZigBee 主要由 ZigBee Alliance 制定,底層是 採用 IEEE 802.15.4 標準規範的媒體存取層與實體層。主要特色有低速、

低耗電、支援大量網路節點、支援多種網路拓撲。ZigBee 協定層從下到上 分別為實體層(PHY)媒體存取層(MAC)、網路層(NWK)、應用層(APL)等。

網路裝置的角色可分為 ZigBee Coordinator、ZigBee Router 及 ZigBee End Device 等三種(見表 2.2.1) [7]。ZigBee 網路至少需要 Coordinator 和 End Device 才能形成拓墣結構,支援的網路拓撲有 Star、Tree、Mesh 等三種。

表 2.2.1 ZigBee 協定裝置類型[7]

ZigBee 裝置 功能簡述 Coordinator

(協調者)

建立網路、分配網路 位置

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Router (路由裝置)

擴充網路實體範圍

End Device (末端裝置)

執行監視或控制功 能

ZigBee目前主要應用於家庭或辦公室自動化、環境安全與控制、個人 醫療照護和智慧節能等。陳曉峰[7]和林冠維[8]學者的研究便是將ZigBee應 用於家庭自動化中,如控制電燈開關、調節電視音量與頻道選擇、電風扇 開關等自動化功能。林冠維學者以ZigBee為架構建立家庭無線網路系統 [8],此系統結合國內所推廣的SAANET(Smart Appliance Allience NET)家電 通訊協定。在此環境下,家庭無線網路和外界網路之間接一台家通訊閘,

所有家電藉由無線的方式傳遞訊息給家通訊閘,家通訊閘除了連接內部網 路外也連接了外部的網際網路。陳曉峰學者藉由多個不同的感測器(Sensor) 蒐集環境變數資訊[7],並利用ZigBee將這些資訊傳送給情境感知服務系 統;經由情境感知服務系統的推理後,提供合適的服務給使用者。

嚴暐翔[9]和邱弘緯[10]等學者則是將ZigBee應用於個人醫療照護中,

讓醫療人員或家屬可以快速的知道病患目前的狀況。嚴暐翔藉由感測器 (Sensor)感測病患的生理訊息後[9],以ZigBee將這些生理訊息傳送到無線閘 道器端,在無線閘道器端收到生理訊息後便將資料轉換為XML格式,並將 之送到後端資料庫儲存,醫護人員或病患家屬可利用網頁介面立即取得即

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時動態更新的檢測結果。邱弘緯等學者透過ZigBee所形成的無線感測網路 WSN(Wireless Sensor Network)作為遠距離醫療照護系統的平台[10],透過 在老人身上裝一個可攜式的無線感測器蒐集生理資訊,並將這些生理資訊 透過各個ZigBee的路由裝置發送至ZigBee的協調器上,再利用RS-232與PC 連接,使醫生可以透過網際網路,達到完整的遠距離醫療照護。

林榮三等學者將ZigBee應用於工廠的環境安全與控制中[11],此研究透 過ZigBee結合環境資訊感測元件監測工廠的溫度、溼度、亮度,還有即時 影像的監視功能,當監測地區發生異常時,便可立即從電腦觀測到。柯旭 南等學者將ZigBee應用於居家的環境安全與控制中[12],在此研究中,使用 者可透過網頁端或手機知道居家環境的即時資訊,若感測器偵測出居家環 境的異常狀態,系統將會發送警告訊息通知使用者或社區管理人員,並啟 動週邊設備來處理異常狀態事件,降低危害的發生。

由於 ZigBee 跟 IEEE 802.11 系列和藍芽相比它成本較低、節點數較多 且距離較遠,與 IEEE 802.11 系列和藍芽技術之比較詳見表 2.2.2 [32]。且 ZigBee 是一種低資料傳輸率、低消耗功率、低成本的無線網路自動化和遠 端控制應用的技術,因此 ZigBee 標準有可能會從低功率的角度慢慢取代藍 芽在未來市場的地位[10]。上述的背景也提及黃群凱[30]和薛文賢[5]的實驗 結果發現 ZigBee 會遺漏訊號的機率不大,且不會因為距離過近而造成讀取 錯誤。表 2.2.2 的電源持續力為一樣的使用方式,IEEE 802.11b 幾小時之內

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沒電;藍芽幾天之內會沒電;ZigBee 則可以使用到年。ZigBee 的傳輸距離 和其他兩個相比也較長,雖然資料傳輸率較低,但是本研究傳輸的資料不 多,並不造成影響。因此,本研究採用 ZigBee 來建立手持導覽裝置、伺服 器和展覽品間的通訊,且因 ZigBee 的自動感測的特性,使我們系統可以自 動的導覽和蒐集訪客目前的情境資訊。

表 2.2.2 無線技術比較表[32]

無線技術 特徵

IEEE 802.11b 藍芽 ZigBee

電源持續力 (一對 AAA 電池)

時 天 年

節點數 32 7 64000

連線速度 >3 秒 >10 秒 30 毫秒 傳輸距離 100m 10m 70m~300m

擴充性 有 無 有

資料傳輸率 11Mbps 1Mbps 250Kbps

2.3 情境感知技術

情境感知的概念由Schilit和Theimer兩位學者在1994年所提出 [18],他們認為使用者所在的區域以及周遭的資源都是屬於「情境」

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的一部分[18]。Dey學者提出了更深入的解釋,「情境」是任何可以用 來描述實體環境的資訊,而實體是指人、位置或是資源,可以透過這 些資訊從中分析使用者的需求[19]。總體而言,情境(Context)代表的 是一項資訊,它可以代表使用者所在環境中,人、事、時、地、物等 相關資訊,情境感知系統(Context-aware System)指透過認知使用者所 在的情境,自動地提供合適的資訊與服務給使用者[13]。

一般情境感知服務透過各式各樣的感測器(Sensor)來取得情境資 訊,在生活中最常見的悠遊卡就是感測器的一種。情境感知服務的情 境資訊可以是使用者本身的資訊(例:喜好、習慣、年齡等),也可以 是他周遭環境的資訊(例:時間、位置、溫度等)。情境感知服務的目 的就是要透過這些情境資訊推論出使用者所需要的服務並提供給使 用者。情境感知服務的目標是根據被服務對象的情境信息,自動判斷 當前所需的服務並予以提供。

情境感知服務具有自動化、全天候/方位、即時/前瞻性、個性定 制等四個主要特點[14],陳榮昌等學者曾經將其應用於餐廳訂餐訂位 的導引服務上[13],透過所蒐集的使用者資訊推理出使用者目前可能 會感興趣的餐點或餐廳。其他應用如伍妮學者將情境感知與本體論 (Ontology)應用於校園訪客的指引中[15],透過知識本體和SWRL規則 來推論訪客目前的情境,並提供訪客服務。Harry Chen等學者將多代

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理人系統(Multi-agent System)結合語意網(Semantic Web)、本體論 (Ontology)等技術建構成一個擁有知識共享、情境推理及異質性溝通 的架構並運用於會議中[21];邱秋菊學者將其用於無障礙和適性化的 數位學習,透過感知使用者的情境資訊和導入ADL的SCORM教材,

提供一個無障礙的學習平台給身心障礙者[16]。Iman Keivanloo等學者 將情境感知與ZigBee應用於生活環境中,根據使用者目前的情境提供 不同的組合服務給使用者[22]。

Schilit等學者也將情境內容分成三種類型,分別為使用者情境 (User Context) 、運算情境(Computing Context)和實體情境(Physical Context) [23],使用者情境則包含了使用者的興趣、個人檔案以及使 用者的位置等,而運算情境包含了硬體資訊、網路頻寬和週遭的軟、

硬體資源等,實體情境指的則是週遭的環境,例如溫度、亮度、溼度 等。

此外,Chen與Kotz等學者認為時間也是一個很重要的情境內容 [24],但是時間並不包含於Schilit等學者所提出的三種情境類型[18],

因此他們提出了時間情境(Time Context)。並將情境內容區分成主動式 情境感知與被動式情境感知兩種模式。主動式情境感知根據情境的改 變來主動提供不同的服務給使用者,例如當情境感知系統認知到使用 者在會議室開會,就主動的將使用者的手機切換至靜音模式,而被動

(31)

式情境感知則提出推薦,情境感知系統會根據情境的改變來提供適當 的服務,並且詢問使用者是否需要這個服務。

Chen 等學者於 2004 年提出了一個情境代理人的架構(Context Broker Architecture, COBRA),並將此架構應用於智能會議室系統,

簡稱 EasyMeeting,該系統可以針對會議參與者給予合適的服務和資 訊[21]。由於 Chen 等學者所提出的 Context Broker 架構可擴充代理,

將不同代理的通訊格式統一[21],較符合本研究的需求。因此本研究 採用了此架構的概念。如圖 4 所示,Chen 等學者所提出之架構,此 架構主要是由下列四個部分所組成[21]:

1) 情境知識庫(Context Knowledge Base):主要用於儲存所有的情 境知識,情境知識主要是來自使用者的個人資料或者是使用者 所在環境中人、事、時、地、物等相關資訊,所有情境知識使 用 RDF 三元組語言(主語、謂語、對象)來表示。Chen 等學者 所提出之情境知識庫使用 Jena2 語意網架構。

2) 情境推理引擎(Context Reasoning Engine):以規則為基礎來推 理情境知識,Chen 等學者的研究使用本體論的 OWL 語意和網 域啟發式規則,透過本體論基礎推導情境知識。

3) 情境獲取模組(Context Acquisition Module):負責收集所有的情 境資訊,並且過濾出需要的情境知識。

(32)

4) 策略管理模組(Policy Management Module):情境管理模組可以 訂定特定的策略,再依據策略來進行規範,例如確定代理商有 獲得知識的權限或確定代理分享的資訊是使用者允許的等。

圖4. Harry Chen等學者所使用的COBRA (Context Broker Architecture)[21]

在此,本研究將透過手持導覽裝置和手機所獲取到的訪客資訊以 及伺服器端所收集的會場資訊來建立知識情境庫(Context Knowledge Base),並利用情境推理引擎(Context Reasoning Engine)來推理情境 知識及狀態,藉此得到訪客目前的狀態並給予合適的資訊與服務。

但是,情境資訊是由許多不同的服務、設備和代理取得的,所以 使用的通訊協定也不盡相同,進而造成傳送的資料格式不一致的問 題。Chen 學者使用 FIPA (The Foundation for Intelligent Physical

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Agents)[31]模型中的 ACL(Agent Communication Language)來統一資 料傳送格式(如圖 5)[25]。FIPA 模型中的 DF(Directory Facilitator)是用 來管理代理服務,使系統的代理可以進行互動,也可更快的提供服務 給用戶。下個小節將詳細介紹 FIPA。

圖5.使用FIPA解決通訊不一致[25]

2.4 FIPA

FIPA(Foundation for Intelligent Physical Agents) [31]是 IEEE 計算 機學會的標準組織,目標在創造代理的標準,促進可相互操作的應用 和代理系統。FIPA 的工作包括規範代理的基礎架構和代理應用。基 礎架構的規範包括代理通訊語言、代理服務和支持管理本體。此外,

還有許多應用領域規範,如個人旅行助理和網路管理等。FIPA 的核 心模型為代理系統的代理通訊,代理可以通過語義的有意義訊息來實 現彼此應用所需的任務。圖 6 所示為 FIPA 抽象架構映射到各種具體 的實現途徑[31]。此抽象架構在實現的時候可以是實現整個體系架

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構,亦可僅實現一個元素。

圖6. FIPA抽象架構映射到各種具體的實現途徑[31]

FIPA 抽象架構中的代理目錄(Agent Directory)服務的基本作用是 在提供一個位置讓代理註冊其描述,如代理目錄條目(如圖 7)[31]。其 它代理可以查詢代理目錄條目,以找到它們希望進行互動的代理(如 圖 8)。

圖7.一個代理註冊到一個目錄服務[31]

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圖8.目錄查詢[31]

FIPA 抽象架構中的服務目錄(Service Directory)服務的基本作用 是在提供一個一致的方式讓代理和服務可以發現服務。操作上,在服 務目錄服務提供一個位置讓服務可以註冊它們的服務服務描述,如服 務目錄條目。讓代理和服務可以搜尋服務目錄服務來定位適合它們需 要的服務。服務目錄服務和代理目錄服務是類似的;代理目錄服務是 面向發現代理,而服務目錄服務則是面向發現服務。

FIPA 抽 象 架 構 中 的 代 理 通 訊 語 言 (ACL , Agent-Communication-Language)是一種在溝通行為中可以表達並因 此構成訊息的語言。此代理通訊語言是 FIPA 抽象體系架構的每一個 具體實例的必要元素。一個 FIPA ACL 的訊息包含了一組一個或多個 訊息參數。這些參數都需要根據情況而有所不同的有效的代理通訊;

在所有 ACL 訊息中,唯有 performative 參數是強制性的參數。但是

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預期大部分的 ACL 訊息也將包含發送者、接收者和內容參數。表 2.4.1 為 FIPA ACL 訊息參數。

表 2.4.1 FIPA ACL 訊息參數[31]

下列術語是用來定義本體和 FIPA ACL 的訊息架構的抽象語法。

 Frame:此術語為實體必須用來表示此類別的每個實例的強制 性名稱。

 Ontology:此術語為本體的名稱,其論述的領域包括表 2.5 中 所描述的參數名稱。

 Parameter:此術語用來識別 Frame 中的每個組件。該參數的 類型是指定義為一個特定的編碼。

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 Description:此術語是一個自然語言,用來描述每個參數的語 義。

 Reserved Values:此術語是與每個參數關聯的 FIPA 定義的常 數列表。這個列表通常在定義引用的規範。

FIPA 所有的訊息參數分享 Frame 和 Ontology 如表 2.4.2 所示[31]。

表 2.4.2 FIPA ACL 訊息-Frame 和 Ontology [31]

以下為 FIPA ACL 訊息範例[33]:

(request

:sender (agent-identifier :name buyeragent@jku.at:8080) :receiver (agent-identifier :name selleragent@amazon.com) :ontology book-trading

:language FIPA Semantic Language :protocol fipa-request

:content

“”((action

(agent-identifier :name selleragent@amazon.com) (buybook :ISBN 978-0-470-05747-6

:price 20 € ...) ))””)

Sender 為發送此要求者,receiver 為接收者,ontology 為此訊息 所使用的本體,language 為此訊息所使用的通訊語言,protocol 為傳 輸此訊息所使用的協定,content 為此要求的內容。

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FIPA 的目的在於創造代理的標準,讓不同的代理之間可以相互操 作。情境資訊是由許多不同的服務、設備和代理取得的,所以使用的 通訊協定也不盡相同,進而造成傳送的資料格式不一致的問題。FIPA 則可以讓這些不同通訊協定的代理之間相互操作。其中的 DF 是用來 管理代理服務,使系統的代理可以進行互動,也可更快的提供服務給 用戶。所以 Chan 學者使用 FIPA 來解決資料格式不一致的問題。但 由於本研究的代理不像 Chan 學者使用的多樣且尚未使用本體,因此 本研究目前尚未使用 FIPA 進行資料格式的統一。

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第三章 研究方法

3.1 研究架構

由於過去的導覽裝置的感應距離較短且無法蒐集訪客目前的情 境資訊以提供智慧型的個人化服務,有的導覽裝置容易受到其它事物 干擾,且目前行動導覽系統大都以感測展覽品的感測裝置來下載展覽 品相關的資訊,如果展覽場處於人潮眾多,較擁擠得情況時,就會導 致下載困難甚至互相干擾。所以本研究提出了一個兼顧個人化、感應 距離較遠和自動感應的智慧型行動導覽系統,將情境感知和ZigBee 通訊技術融入到此導覽系統中,透過ZigBee通訊技術遠距離自動感應 來獲取情境資訊,以提供利用情境感知推理出訪客所需的服務和自動 導覽的服務,並將手持導覽裝置裝載的SD Card匯入語音檔,手機以 預先下載語音檔的方式來解決人潮過多時下載困難的問題,讓訪客於 展覽場中,可以依其情境利用自動導覽或手動導覽的方式,播放預先 下載的語音檔,輕鬆進行參觀的活動。

本 研 究 將 參 考 Chan 等 學 者 所 提 出 的 COBRA (Context Broker Architecture)為我們導覽服務系統的基礎架構(如圖4) [21],本研究提 供了手持導覽裝置和手機APP給訪客,手機APP和手持導覽裝置為情 境資訊的來源,亦是終端設備,手持導覽裝置會裝載SD Caed,SD Caed儲存了語音檔和訪客所需的設定,手持導覽裝置提供了語音檔的

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播放和互動功能,但未有畫面顯示;手機APP須由訪客自行下載至手 機中,手機APP提供了畫面的顯示,有互動、提醒和推薦分數等功能。

分成手持導覽裝置和手機APP二種的原因是顯示晶片的價錢較貴,所 以為了降低展覽單位的成本和考慮到服務的品質,本研究所提供的手 持導覽裝置無畫面的顯示,畫面的顯示則是由智慧型手機提供;當人 潮過多的時候,若只提供手機APP當場下載語音檔可能會導致下載速 度過慢,造成訪客會花多餘的時間等待,進而影響服務的品質,所以 本研究將手持導覽裝置裝載SD Caed,語音檔預先匯入SD Caed;手 機APP也提供預先下載語音檔,讓訪客可以預先下載感興趣展覽品的 語音檔,避免當人潮過多時導致下載速度過慢的問題;圖9為本研究 的系統架構,當訪客登入本系統,本系統會透過訪客所使用的設備來 收集訪客的情境資訊,並將所收集的資訊傳送給Context Broker推理 訪客所需要的服務,最後提供訪客所需的服務給訪客。Context Broker 分成情境知識庫、情境推理引擎、情境獲取和策略管理等四個模組 [13]。簡述如下:

1) 情境知識庫(Context Knowledge Base):包含一般資料庫和規 則資料庫。一般資料庫用於儲存所有情境知識,包含訪客的 參觀時間、參觀次數和訪客進入系統後的使用紀錄等,當有 新的情境知識存入時更新舊有的情境知識。規則資料庫用於

(41)

儲存預先定義好的推理規則。

2) 情境推理引擎(Context Reasoning Engine):它是利用規則判斷 模式和策略管理模組來推理情境知識及狀態和知識庫的查 詢,例如情境推理引擎會根據訪客參觀時間和剩餘所需時間 進行比對,若訪客會來不及在展覽場關門前參觀完畢,則會 提醒訪客需要加快參觀的腳步。

3) 情境獲取模組(Context Acquisition Module):目的在於收集所 有情境資訊,例如手持導覽裝置會透過 ZigBee 回傳訪客目前 所在地給情境獲取模組,之後情境推理引擎透過這些情境資 訊進行情境推理,最後將情境知識存入情境知識庫。

4) 策略管理模組(Policy management module):情境管理模組可 以訂定特定的策略,再依據策略來進行規範,例如管理者設 定擁擠人數、訪客手機畫面是否自動刷新等。

3.2 互動資訊導覽系統

本系統流程主要可分成四大部分:情境資訊層、情境推理層、傳 輸層和應用服務層如圖 10 所示。情境資訊層主要從智慧型手機、手 持導覽裝置和 Web Services 收集訪客過去和目前的情境資訊並傳送 給情境推理層進行推理。訪客過去的情境資訊由情境知識庫中的一般 資料庫取得,一般資料庫的情境資訊則是從過去訪客使用智慧型手

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機、手持導覽裝置和 Web Services 獲取;訪客目前的情境資訊由情境 獲取模組透過智慧型手機和手持導覽裝置來取得。情境推理層在接收 情境資訊後,透過情境知識庫中的規則資料庫和策略管理模組推理出 訪客所需資訊,並將訪客所需要的服務傳送至應用服務層,提供給訪 客。例如:當訪客正在自動導覽時,手持裝置會將訪客目前所在地最 靠近的展覽品 ID 和訪客 ID 等資訊傳至後端情境資訊層,情境資訊層 將所收集到的相關資訊傳送至情境推理層進行推理,情境推理模組會 根據訪客 ID 比對訪客上一次最靠近的展覽品 ID,若此次展覽品 ID 和上一次的展覽品 ID 不相同則代表訪客已經移動,情境推理模組藉 此得知訪客的行蹤,並將推理結果回傳至手持裝置,手持裝置則會提 供訪客所需服務,即播放目前最靠近展覽品 ID 對應的語音檔。

圖9.系統架構

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圖10.系統流程圖

在本研究中,有四個服務是利用情境推理引擎推理出來的,各服 務的詳細計算方式如以下各子節:

3.2.1 導覽服務

一般展覽會都有建議的參觀動線,因此這些動線的順序就成了本 研究引導訪客重要的依據,本研究的導覽系統會跟隨著訪客的移動,

找到其最接近的展覽品進行導覽,讓訪客不會因為移動而找不到展覽 品的相關資訊。本研究提供了手持導覽裝置和手機 APP 給訪客,導 覽方式會因手持裝置不同而改變。本研究透過 ZigBee 通訊技術遠距 離自動感應來獲取相關情境資訊,用以提供利用情境感知推理出訪客

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所需的服務和自動導覽的服務,並將手持導覽裝置裝載的 SD Card 匯 入語音檔,讓訪客可以快速的聆聽展覽品的說明。手持導覽裝置提供 了語音檔的播放和互動功能,但為了壓低展覽廠商的成本而未有畫面 顯示;手機 APP 須由訪客自行下載至手機中,手機 APP 提供了畫面 的顯示,有互動、提醒和推薦分數等功能,手機 APP 以預先下載語 音檔的方式來解決人潮過多時下載困難的問題,讓訪客於展覽場中,

可以依其情境利用自動導覽或手動導覽的方式,播放預先下載的語音 檔,輕鬆進行參觀的活動。

導覽服務又分為自動導覽和非自動導覽,當訪客只有手持導覽裝 置時,手持導覽裝置會依據偵測到訊號最強的展覽品 ID 來得知訪客 最靠近的展覽品,並開始自動播放該展覽品語音檔,就像導遊一樣一 步一步的帶領訪客參觀。若訪客按下[下一個]或[上一個]按鈕則會播 放[上/下一個]展覽品的語音檔並停止自動導覽,進入非自動導覽模 式。當訪客一段時間未使用或按下自動導覽按鈕就會再啟動自動導覽 模式。手持導覽裝置也會將所偵測到的展覽品 ID 和訪客所登入的 ID 等情境資訊傳送到後端資料庫儲存,做為以後情境推理的依據。

當訪客使用手機 APP 時,除了播放語音檔外,手機 APP 會依據 訪客的參觀紀錄找出訪客的所在位置,於手機畫面列出附近的展覽 品,並依據訪客的參觀紀錄將參觀過、未參觀和正在參觀的展覽品於

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手機畫面上的列表分為不同的顏色,且會判斷目前展覽品附近有多少 人聚集,若是聚集了管理者設定的人數,手機畫面便會於此展覽品列 表右方顯示擁擠。

訪客若一直移動,手機畫面上的列表便會跟著變換,不管訪客怎 麼移動手機畫面永遠是顯示離訪客最近的展覽品資訊,讓訪客可以隨 時都可以得知所在位置展覽品的資訊。

3.2.2 提醒

提醒的服務包含擁擠提醒和展場關門提醒兩部分。

A. 擁擠提醒

目的在於讓訪客可以避免人潮,擁有更多的時間參觀展覽。判斷 方式為目前訪客的人數大於ㄧ定的數量時,本系統會顯示「擁擠」,

以提醒使用者避開此時段去參觀。

B. 展場關門提醒

目的在於讓依照參觀動線參觀的訪客可以掌握參觀時間。計算方 式為依據訪客的參訪速度來計算其預期參觀結束時間,如果此時間大 於展場關門時間,系統也會有展場關門時間的提醒。計算方式如下:

平均時間(分) = 總參觀時間(分)/總參觀展覽品(個)

未參觀的展覽品所需耗費的時間(分)=平均時間*未參觀的展覽品(個)

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剩餘時間(分) = 關門時間-目前時間

未參觀的展覽品所需耗費的時間 > 剩餘時間,則提醒訪客剩餘時間 未參觀的展覽品所需耗費的時間 <剩餘時間,則不提醒訪客剩餘時間

3.2.3 推薦展覽

每個展覽品有5~20個關鍵字,本系統會依據訪客已參觀過展覽品 的相關記錄(如參觀的展覽品、參觀時間和參觀次數等)、互動記錄、

加入最愛以及相似興趣訪客的參觀紀錄等相關的情境資訊,找出所有 記錄的關鍵字,計算出訪客對每個展覽品可能感興趣的程度,並給予 推薦的指標,如此可以幫助使用者快速跳過較不感興趣的展覽品或提 醒其可能較感興趣的展覽品。,以下為系統的計算方式:

當訪客按下導覽,系統便會開始播放該展覽品的語音檔,並將此 展覽品的關鍵字次數+1。找出該次導覽記錄所有的關鍵字和關鍵字次 數,再找出此次展覽活動所有的導覽記錄並進行比對,若其他此次展 覽活動所有的導覽記錄的前5高關鍵字在該次導覽記錄的前10高關鍵 字中,則為相似興趣的訪客,將這些關鍵字的次數+1。系統依據該次 導覽記錄找出訪客是否有重複到某個展覽品聆聽語音檔,若有則判斷 為訪客對該展覽品感興趣,將該展覽品關鍵字的次數+參觀次數。若 訪客將某展覽品加入我的最愛,系統則會判斷訪客對該展覽品感興

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趣,將該展覽品關鍵字的次數+1。系統會依據該次展覽記錄找出訪客 在某3個展覽品參觀的時間最久,這3個展覽品判斷為訪客目前最感興 趣的展覽品,將該展覽品關鍵字的次數+1。若訪客答對某展覽品的互 動題目時,系統會判斷訪客對此展覽品感興趣,所以有仔細聆聽說 明,將該展覽品關鍵字的次數+1。最後得知該次導覽的關鍵字次數,

並找出該展覽活動所有展覽品和其對應的關鍵字,若訪客前5高的關 鍵字對應到展覽品的關鍵字,則該展覽品的推薦分數+1,最高分為5。

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3.2.4 互動

此部分可以讓訪客加深對展覽品的印象,且活動單位可結合主題

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活動,根據訪客答對的題數給予獎品或參與抽獎。當該展覽品的語音 檔聽完之後,導覽裝置便會等待訪客點選互動按鈕才會開始播放對應 語言及標籤ID的活動問題語音檔,點選答案後會透過無線網路傳送訪 客ID、標籤ID及答案選項編號到資料庫進行比對並儲存問答記錄及 累積分數,再把傳送答案結果編號傳送至導覽裝置播放對應答案結果 編號的問題答案語音檔,互動結束後導覽裝置會等待訪客看完該展覽 品後點選下一個展覽品才開始播放展覽品語音檔。

3.2.5 情境資訊

本研究所使用的訪客情境資訊詳述如下:

 展覽品 ID:展覽品編號。此情境資訊用於得知訪客正在參觀 的展覽品。藉此可推理出訪客的所在位置和播放相對應的語 音檔。

 參觀展覽記錄:所有已參觀的展覽品記錄。依據此情境資訊 可以得知訪客對哪些展覽品感興趣,藉此推理訪客所喜愛的 展覽品類型。

 我的最愛:本次展覽所加入我的最愛的展覽品。依據此情境 資訊可以得知訪客對哪些展覽品感興趣,藉此推理訪客所喜 愛的展覽品類型。

 目前時間:目前的時間。此情境資訊用於計算訪客剩下多久

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時間可參觀。

 訪客 ID:訪客編號。此情境資訊用於得知是那位訪客。

 熱門程度:所有訪客參觀某展覽品的次數加總,次數越多者 代表越喜愛此展覽品。依據此情境資訊推薦訪客參觀展覽品。

 參觀次數:訪客再次參觀某展覽品的次數,次數越多者代表 越喜愛此展覽品。此情境資訊用於推理訪客所喜愛的展覽品 類型。

 展覽品關鍵字:所有展覽品的關鍵字記錄,每個展覽品有 5~20 個關鍵字。此情境資訊用於推理訪客所喜愛的展覽品類型。

 互動記錄:訪客和展覽品互動的所有記錄。答對互動題目,

則代表訪客對此展覽品感興趣,所以有仔細聆聽語音檔。此 情境資訊用於推理訪客所喜愛的展覽品類型和展覽單位舉辦 活動給予贈品的依據。

 參觀時間:訪客在某展覽品總共參觀的時間,時間越久者代 表越喜愛此展覽品,以秒為單位。此情境資訊用於推理訪客 所喜愛的展覽品類型。

 展場關門時間:展場關門的時間。依據展覽關門時間和目前 時間可計算出訪客剩下多久時間可參觀,並依據總參觀時間 和以參觀的展覽品總數算出平均參觀時間,比對後得知是否

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須提醒訪客加快參觀腳步。

 關鍵字次數:本次展覽訪客所有已參觀展覽品的關鍵字加 總,次數越多者代表越喜愛此展覽品關鍵字相關的展覽品。

此情境資訊用於推理訪客所喜愛的展覽品類型。

 擁擠人數:目前每個展覽品有多少人正在參觀。此情境資訊 用於推理每個展覽品周圍是否擁擠。

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第四章 系統實作

基於本研究所提出之方法,本研究設計了一個 ZigBee 互動資訊導 覽系統,並將情境感知的技術加入其中,我們分別設計了管理者網 站、手持導覽裝置和手機 APP 給展覽單位和訪客使用。在本章中我 們將分『新增展覽活動』、手持導覽裝置的『訪客導覽行程』和手機 APP 的『自動導覽』三種情境來說明:

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 情境1:新增展覽活動

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當展覽場有新的展覽活動,管理者就必須將展覽活動的相關資料 新增至資料庫。管理者登入網頁管理端後,點選新增展覽活動,畫面 便會移動至新增展覽活動頁面,管理者須輸入展覽名稱、展覽開始時 間、展覽結束時間、展覽描述和展覽聯絡資訊,送出資料後這些資料 會儲存至資料庫中,並將網頁畫面移至新增的展覽活動內容頁面;此 頁面管理者可以新增此展覽的展覽活動單位,管理者點選新增展覽活 動單位,畫面便會移動至新增展覽活動單位頁面,管理者須選擇此展 覽的展覽活動單位,確定展覽活動單位後便會儲存至資料庫中,並將 網頁畫面移至新增的展覽活動單位內容頁面;此頁面管理者可以新增 此展覽活動單位的展覽品項目,管理者點選新增展覽品項目,畫面便 會移動至新增展覽品頁面,管理者須輸入展覽品名稱、展覽品描述、

展覽品圖片、展覽品語音檔編號和選擇 5~20 個展覽品關鍵字,送出 資料後這些資料會儲存至資料庫中,並且重複新增展覽品至展覽品項 目新增完畢;若展覽品新增完畢則檢察展覽活動單位是否新增完畢,

展覽活動單位和展覽品項目皆新增完畢則完成新增展覽活動。

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 情境2:訪客導覽行程

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手持導覽裝置的訪客導覽行程的步驟說明如下:

階段1:裝置初始化

此階段流程(如圖 11.)會先設定『裝置組態檔』,也就是設定展場 的相關資訊和每個語音檔對應的展覽品,再來將語言資料夾先寫入 SD Card 裡,語言資料夾裡包含了『導覽語音檔』、『活動題目語音 檔』及『問題答案語音檔』。

圖11.裝置初始化

階段 2:領取裝置

在此階段(如圖 12.)當訪客抵達展場需先提供抵押證件、身分證字 號及語言選項,展場工作人員拿到之後會將訪客的『訪客名稱』、『訪 客 ID』及『語言選項』設定至『裝置組態檔』中,若是第一次參觀

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的訪客展場工作人員則會請他填寫註冊所需資料,然後將『裝置組態 檔』寫入 SD Card,將 SD Card 安裝至 Zigbee 導覽裝置,最後把 Zigbee 導覽裝置交給訪客。

圖12.領取裝置

階段 3:取得導覽資訊

當訪客點選展覽品列表上的某展覽品名稱導覽裝置便會播放對 應的語音檔,如圖 13 所示。

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圖13. 取得導覽資訊

階段 4:活動互動問答

當訪客按下導覽裝置的互動按鈕導覽裝置便會偵測離訪客最近 的標籤,並播放相對應的活動問題語音檔。當訪客聆聽完畢並按下答 案選項按鈕後,便會將答案結果編號傳回後端進行比對,並儲存問答 紀錄和累積分數,之後將正確的答案編號傳回訪客的導覽裝置並播放 相對應的語音檔。如圖 14 所示。若是點選手機上某展覽品的互動按 鈕便會直接播放該展覽品的互動語音檔。

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圖14.活動互動問答

階段 5:歸還導覽裝置

訪客將導覽裝置歸還給展場工作人員,展場工作人員會根據導覽 裝置中 SD Card 的訪客 ID 確認訪客的身份,並將訪客 ID 傳送至後端 導覽系統伺服器,導覽系統伺服器會將對應訪客 ID 的活動積分傳給 展覽工作人員,展場工作人員便會將訪客所抵押的證件歸還給訪客,

並給予訪客活動積分證明,讓訪客可以參與活動單位所舉辦的活動。

如圖 15 所示。

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圖15. 歸還導覽裝置

 情境 3:自動導覽

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當訪客要使用智慧型手機進行自動導覽須進行以下步驟,訪客須 先打開智慧型手機用的導覽 App,輸入帳號密碼進行登入,登入之後 會顯示導覽列表頁面,頁面右上角會有自動導覽的按鈕,點選後系統 會檢查是否有預先下載導覽語音檔,若是有便會根據參觀動線開始播 放預先下載的導覽語音檔;若是無預先下載導覽語音檔,則會檢查是 否有已參觀過展覽品,若是有則會根據已參觀展覽品尋找下一個展覽 品的導覽語音檔,並開始播放;若是無則會根據參觀動線尋找第一個 展覽品的導覽語音檔,並開始播放。

4.1 系統概述

我們使用JSP語言在windows平台上開發管理者系統,Android語 言在智慧型手機平台上開發智慧型導覽系統,以ZigBee無線通訊技術 來完成手持導覽裝置、伺服器和展覽品間的通訊,藉此啟動相關的導 覽服務,並使用MY-SQL資料庫來儲存相關資料。管理者系統包含展 覽活動管理、活動單位管理、展場區域管理、展覽品管理、展場訪客 管理、ROUTER設備管理和導覽記錄管理等功能,智慧型導覽系統包 含導覽列表、熱門排行、自動導覽、手動導覽、互動和加入最愛等功 能,在手持導覽裝置則提供自動導覽、手動導覽、互動等功能。

另外,手持導覽裝置裝載匯入語音檔的 SD Card 來避免人多擁擠

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達到定位的效果,使本研究可以根據使用者的位置進行自動導覽。且 因 ZigBee 無線通訊技術可自動感測,使本研究可以收集訪客的資 訊,並融入了情境感知的技術,讓我們更能以智慧型的導覽,讓使用 者感受到最貼心的服務。

4.2 系統設計

本研究所設計的導覽系統提供的功能如下:

1) 訪客語音導覽服務

訪客可使用手持導覽裝置或智慧型手機於展覽埸內隨時進 行語音導覽服務。導覽服務包含自動導覽與手動導覽。ZigBee 無 線感測網路允許手持導覽裝置以感測訊號方式取得展覽品項目 編號,所以訪客於導覽行程中無需輸入展覽品編號即可聆聽對應 展覽品的導覽語音檔內容。智慧型手機可點選展覽品項目進行語 音導覽服務,也可點選自動導覽讓智慧型手機自動進行語音導覽 服務。

2) 訪客即時記錄服務

訪客可於導覽行程中隨時使用手持導覽裝置或智慧型手機 上的『加入最愛』功能以記錄自己喜愛的展覽品,並且於導覽行 程結束時可向管理人員索取紙本文件或是將資料寄到自己的 E-Mail 信箱。

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3) 互動

訪客可於聆聽完導覽語音檔內容後,點選互動按鈕進行互 動,藉此得知自己是否已知曉該展覽品的資訊且活動單位可根據 訪客答對的題數給予獎品或參與抽獎。

4) 推薦展覽

訪客可於智慧型手機上看到每個展覽品都會有個分數,此分 數會根據訪客參觀展覽而一直改變,可讓訪客根據這個推薦參觀 展覽。

5) 導覽行程資料管理

若有和展覽場借出手持導覽裝置,則導覽行程記錄可視為手 持導覽裝置的借出/歸還記錄,並且管理者可使用系統管理功能以 查詢每項導覽行程中的訪客導覽展品記錄和訪客最愛展品記錄。

6) 展覽活動資料管理

管理者可記錄展覽活動相關資訊,並且可以記錄展覽活動廠 商及對應廠商的所有展覽品項目資料。管理者可使用系統管理功 能以查詢展覽活動廠商資訊及每件展覽品項目的訪客導覽次數 和訪客加入最愛次數。

4.3 裝置需求

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1) 需具有存取SD Card記憶卡之功能,用以儲存導覽和活動語音檔 及訪客的設定。

2) 需具有播放MP3檔案之功能,用以播放導覽和活動語音檔。

3) 需配置『下一個』按鈕,用以播放下一個展覽品的導覽語音檔。

4) 需配置『上一個』按鈕,用以播放上一個展覽品的導覽語音檔。

5) 需配置『自動導覽』按鈕,用以播放目前的展覽品的導覽語音 檔,開始播放後再按壓一下會暫停播放導覽語音檔。

6) 需配置『互動』按鈕及四個『答案選項(1、2、3、4)』按鈕,

用以播放活動問題語音檔和回應答案選項。

7) 需具無線網路連線之功能。

本研究設計之手機 APP(如圖 17 和圖 18)功能需求如下:

1) 需配置『上一個』按鈕,用以播放上一個語音檔。

2) 需配置『下一個』按鈕,用以播放下一個語音檔。

3) 需配置『自動導覽』按鈕,用以播放目前的展覽品的導覽語音檔,開 始播放後再按壓一下會暫停播放導覽語音檔。

4) 需配置『互動』按鈕,用以播放活動問題語音檔。

5) 需配置『說明』按鈕,用以說明 APP 使用方法。

6) 需配置『結束』按鈕,用以結束此次導覽行程。

7) 需配置『更新』按鈕,用以手動更新導覽列表。

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8) 需配置『加入最愛』按鈕,用以將該展覽品加入我的最愛。

9) 需配置『分數』圖片,用以給予該展覽品的推薦指標。

10) 需配置『擁擠』圖片,用以提醒該展覽品目前是擁擠的狀態。

圖16.手持導覽裝置

圖17.手機畫面(a)

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圖18.手機畫面(b)

以前面的研究方法為基礎,我們開發了一個智慧型導覽系統,並將情 境感知的技術加入其中。以下我們將詳述此系統。

4.4 手持導覽裝置

ZigBee 無線通訊技術主要由 ZigBee Alliance 制定,底層是採用 IEEE 802.15.4 標準規範的媒體存取層與實體層。主要有低速、低耗電、支援大 量網路節點等特色,且 ZigBee 無線通訊技術可以進行自動感測。當訪客拿 著手持導覽裝置進行參觀,手持導覽裝置便會自動感測離訪客最靠近展覽

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品的 Router,藉此得知訪客的位置。ZigBee 的自動感測功能除了可以定位 出訪客目前的位置之外,也可幫助我們蒐集訪客目前的情境資訊。ZigBee 的傳輸距離和 IEEE 802.11b 和藍芽相比也較長,雖然資料傳輸率較低,但 是本研究將匯入語音檔的 SD Card 裝載於手持導覽裝置,其餘傳輸的資料 不多,並不造成影響。圖 19 為本研究的 ZigBee 裝置。

圖19. ZigBee裝置

4.5 預先下載語音檔

目前行動導覽方式大都以 RFID 或 QR Code 的讀取來下載展覽品相關 的資訊,如果展覽場處於較擁擠得情況時,就會導致下載困難甚至互相干 擾,從而導致導覽品質變差。因此本研究提供展覽品語音檔給訪客預先下 載至智慧型手機中,讓訪客可以在抵達展覽場前將自己感興趣的展覽品語 音檔預先下載,以避免展覽場處於人潮眾多時,所產生下載困難的問題。

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手持導覽裝置則採用將匯入語音檔的 SD Card 裝載於手持導覽裝置,藉此 避免下載困難的問題。圖 20 為展覽品語音檔下載頁面。

圖20.展覽品語音檔下載頁面

4.6 智慧型導覽系統

本智慧型導覽系統安裝於智慧型手機上,會根據系統所收集的訪客情 境資訊,進行情境推理,用以提供訪客以下的智慧型導覽服務:

1) 依據情境資訊推理出訪客每個展覽品的推薦分數,讓訪客可以以此為指 標進行手動導覽。

2) 依據訪客預先下載的語音檔進行自動導覽。

3) 依據每個展覽品周遭的人數,提供每個展覽品是否在擁擠的狀態。

4) 依據訪客所聆聽過的語音檔,將展覽品依據已聆聽、聆聽中和未聆聽等

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三種狀態區分為不同的顏色。

5) 依據訪客的參觀速度,提醒訪客是否須加快參觀速度。

以上服務滿足訪客在參觀展覽時,幫助選擇何時參觀哪個展覽品最合 適,並於參觀時提醒是否需要加快參觀的腳步等需求,智慧型導覽系統就 能滿足這樣的訪客需求。圖 21、22、23 和 24 為手機所顯示的畫面。

圖21.手機畫面-展覽品列表

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圖22.手機畫面-使用說明

圖23.手機畫面-播放展覽品語音檔

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圖24.手機畫面-互動

4.7. 導覽系統比較

表 4.7.1 為使用不同的感測設備所提出的導覽系統的比較表,表中所提及的 感測技術(RFID、紅外線和 QR Code)在本研究中不太適用,這些感測技術 感測的距離不長,而且人潮眾多的時候會影響下載速度,進而影響服務品 質。還無法收集用戶的相關即時資訊,而造成無法進行即時的情境推理。

本研究則使用 ZigBee 技術來拉長感測的距離,且 ZigBee 技術可以進行自動 感測,讓本系統可以收集用戶的相關即時資訊,藉此來提供許多的智慧型 服務。另外本研究還將手持導覽裝置裝載匯入語音檔的 SD Card,手機使用 預先下載語音檔,藉此避免人潮擁擠時下載困難的問題。

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表 4.7.1 導覽系統比較

論文標題 感測設備 優點 問題

MyGuide- A Mobile Context-A ware Exhibit Guide System[20 ]

手機、被 動式 RFID (tag 在手 機上)

 Tag 放在手機上便於攜 帶

 無須安裝其他軟體

 根據用戶的位置、首選 語言和行動設備來播放 適合的語音檔

 RFID 感測距離過短

 RFID 無法自動感測最近 展覽品並自動播放

 無法收集用戶即時資訊

 人數眾多時下載檔案速 度會變慢

Requirem ent

analysis and

implement ation of palm-base d

multimedi a museum guide systems [17]

PDA、紅 外線

 紅外線成本較低

 PDA 會顯示導覽方向

 無法收集用戶即時資訊

 紅外線不適合障礙物多 的地方,所以需要很靠近 才能感應

 人數眾多時下載檔案速 度會變慢

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應用 QR Code 建立 雲端行動 導覽系統

-以彰化 孔廟導覽 為例[1]

QR

Code、手 機/平板

 手機或平板有掃描 QR Code 功能和上網功能 即可

 人數眾多時下載檔案速 度會變慢

 實際操作時,因為不同品 牌、型號的手機軟硬體配 置不同,使用上會有所不 同。(例如:蘋果手機不 支援 flash,所以無法讀 取網頁上以 flash 建置的 語音檔,須採連結方式去 聽語音檔。)

 若光線不佳會掃描不到

 無法收集用戶即時資訊 本研究 手機、

ZigBee

 可以主動的找到離用戶 最近的展覽品並播放相 關語音檔

 根據用戶過去和即時的 相關資訊推薦展覽品

 手持導覽裝置裝載匯入

 情境推理方法須改善

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語音檔的 SD Card,手 機使用預先下載語音 檔,藉此避免人潮擁擠 時下載困難的問題

 告知用戶哪些展覽品周 遭是擁擠的

 提醒訪客是否須加快參 訪速度

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