現代人離不開智慧手機，也離不開手機帶來的各項生活便利，出門在外什麼都可以不帶，但手機一定不能忘，透過智慧手機的GPS（Global Positioning System）全球定位系統，走路、開車都不必擔心迷航。可惜，室內環境複雜多變，不論是無線或衛星，在傳遞訊號的過程中難免受建物結構影響，無法精確定位，這時需要IPS（Indoor Positioning Systems）室內定位系統補位。

2022年室內定位市場規模近410億美元

2013年蘋果(Apple)在全美零售店啟用iBeacons室內定位方案，透過藍牙低功耗技術，讓不同地理位置的到店訪客能夠即時取得商品資訊，在資訊推播的過程中同時傳達有關檢測升級、自助結帳服務等訊息，實現店內一站式導購的行銷目的。

數年內，室內定位出現各種應用場景，除了廣告推播與導購，還包含資產管理、車位管理、導航、安全監測等需求，室內定位更深入民眾生活，生活資訊、軌跡管理、位置共用都與室內定位有關，不僅可以透過Zenly等定位App查找目標人事物位置，甚至疫情期間查找「防疫足跡」也離不開定位，總之，精準定位與分析已融入零售、物流、城市規劃、休閒活動等應用領域，當定位無所不在，商機欲小不易。

市調公司Markets and Markets預測，2017年室內定位技術市場規模約達71.1億美元，2022年可望成長至409.9億美元，年複合成長率(CAGR)達42%，至於最有意願規劃部署室內定位系統的應用場景包含機場、酒店、醫院、辦公大樓及各大商場。除了蘋果，Google、三星、微軟、IBM等手機及電腦大廠也相繼投入室內定位市場。

獵戶科技共同創辦人暨執行長柯承佑觀察，室內定位在B2B的最新應用包含智慧工廠、工地室內定位等領域，前者如自主移動機器人 (Autonomous Mobile Robot；AMR)定位需求，後者如精準定位避免發生工安意外。在智慧製造的應用上，精準定位可提供工廠、倉庫與庫存、工具、機器人即時資訊，進而提高生產過程的安全性，建築業或採礦業者也相當仰賴精準定位，藉定位單一工人位置以防止他們進入危險區域，萬一不幸發生緊急狀況，救援人員可以透過精準定位掌握自己及被救援者的具體位置及狀態，避免傷亡與損失擴大。

圖一 : 獵戶科技共同創辦人暨執行長柯承佑。(Source：獵戶科技)

至於室內定位在B2C的最新應用上，精準定位可以協助外送平台提供更多精準服務，創造新的商業模式與更多獲利。比方下單者在101大樓的57樓，臨時移動到30樓，外送平台業者可以透過即時精準定位取得下單者最新位置，抵達101大樓後詢問下單者是否改送30樓，而下單者也無須停留在原地等待，機動性更高。

至於大型公共場域的精準定位，如機場導航，可以設計更多商業模式，擴大精準室內定位的應用。柯承佑認為，近2年疫情爆發也衍生新的室內定位需求及商機，以桃機疫調為例，如有一人確診，可以根據確診者的移動軌跡持續追蹤，從移動軌跡判別哪些人可能需要被匡列，使用者如果想知道自己走過的地方是否出現過染疫者，也可以透過室內定位追蹤。

室內定位解決方案優缺點比較 混合式成本降低40%

為改善室內定位服務品質，多家業者採用藍牙Beacon、Wi-Fi、RFID、ZigBee等技術，雖有一定成效，但受限於傳輸距離、精準度、佈建及維護成本，室內定位商用化進展速度稍嫌緩慢。

室內定位技術與解決方案大分四類：藍牙、Wi-Fi、無線訊號定位及慣性定位演算法，各有優劣。藍牙定位需要在場域內裝置數萬顆訊號發射器（Beacon），還需搭配接受器(Tag)，由於硬體佈建及後續維護成本高，加上單一裝置損壞就可能影響精準度，多數業者認為「不划算」，影響使用意願；Wi-Fi需要建置基地台，而且室內環境對準確度干擾較大，裝置耗電快，而且耗電量可觀。

無線訊號定位需在場域內先建立無線訊號（如藍牙、Wi-Fi）特徵資料庫，再據此比對定位目標的訊號位置，雖然不須投資額外的硬體設備，但後續資料庫建置相當耗時，也需要投入大量人力，墊高成本；慣性定位演算法則是使用微機電感測元件(如陀螺儀、加速度計)，能偵測定位目標的方向與動作，透過方向與位移數據演算所在位置。

柯承佑指出，前述技術在應用上產生不少問題，因此獵戶科技建構新的混合型室內外定位解決方案，結合無線訊號定位(適用於訊號穩定地區)與慣性定位演算法(可以在無訊號環境下使用)，訊號分佈不均的工廠內部以及室內外場地交錯的環境都適用。一般定位的誤差範圍為±5米範圍，若採用行動裝置慣性傳感器進行移動慣量補償，可以修正Wi-Fi覆蓋率不足的問題，同時將預測精準度提高至±2米。

柯承佑進一步說明，無線訊號定位適用藍芽與Wi-Fi，能大幅縮短建立無線訊號特徵資料庫所需時間，無需事先連接定位目標即可執行運算，正確率逾90%。慣性定位演算法改量公式可以成功克服傳統演算法定位精準度隨時間下降的缺點，精準度提高約51%，而且可以在不同場景微調參數，誤差可控制在3公尺內，「過去定位架構以硬體為主軸，混合型室內外定位解決方案則是以軟體為主軸，建置、導入及維護成本相對較低，約可省下40%的費用。」

前述二種技術也可以按照場域屬性自動切換，適合工廠室內外混和的製造業，可以在收訊良好之處使用無線訊號定位，紀錄起始點，室內、地下室則透過慣性定位演算法，從起始點推算實際位置。

成功案例包含桃園機場第二航廈，該案採用現場Wi-Fi訊號與定位裝置內慣性感測器，全場域佈建0個額外接收器，平均誤差1公尺內；盟立自動化(新竹廠)的自動化工廠戰情系統人員定位同樣採用現場Wi-Fi訊號與定位裝置內慣性感測器，全場佈建0個額外接收器，平均誤差2公尺內。

盟立自動化指出，場域內使用Wi-Fi可快速建立穩定可靠的通訊架構，搭配場域BIM建置，是較佳的人員定位解決方案。透過比較表得知，Wi-Fi sniffer同樣採用Wi-Fi技術，但做法是在場域內佈署多個Sinffer以監聽人員所攜帶的行動裝置Wi-Fi訊號，藉此得知人員位置。

不過，如果想獲得更高的精準度，必須每隔約3公尺佈署一個Sniffer，建置成本較高。人員定位若採Wi-Fi+慣性導航技術，所需佈置的無線AP數量較少，搭配行動裝置的慣性傳感器的成本也不高，二者均屬低成本裝置，因此整體定位成本相對較低。

隨著5G加入室內定位戰局，未來可以透過室內定位技術搭配5G專網的方式擴大優勢及應用場景，不過，柯承佑認為，即便5G加入，室內定位仍有不同的盲點需克服，「室內定位的發展限制在於基礎設施，主要是沒有類似Google Map的室內定位地圖可以彼此串聯使用。」

以101大樓或北台北車站為例，雖然不同場域有環境因素及盲點需克服，但更重要的是需要前述二大場域提供地圖，然而不同場域擁有者有不同的顧慮，所以不願提供地圖，「未來如果有類似3DPP這樣的組織可以透過Open Data的方式提供地圖，居間串聯整合，有助加速室內定位發展腳步。」

室內定位觀察指標：5G、藍牙與UWB

目前的定位技術已將Wi-Fi、藍牙、GPS及A-GPS等相關應用整合到一片小晶片中，有助全方位定位，而且節省成本及功耗。從技術面來看，未來精準室內定位可以透過多種技術蒐集即時資訊，如衛星系統、射頻系統(如Wi-Fi、藍牙、UWB、蜂巢)、MEMS感測器(如陀螺儀、加速計)等，其中，5G、藍芽與UWB的未來發展對室內定位的影響值得觀察。

5G的加入可能帶動新的應用案例，3GPP已於2020年7月完成5G標準第二版規範Release 16，進一步強化5G技術基礎，包含高精準度定位。Release 16支援多/單社區定位及終端定位，同時定義全新的定位參考訊號(PRS)，可應用於多種5G定位技術，如往返時間 (RTT)、到達角(AoA)與接收角(AoD)、到達時間差(TDOA)等，滿足室內3公尺與室外10公尺內的5G定位精準要求。

藍牙技術聯盟(SIG)2019年發佈藍牙核心規範5.1版導入全新尋向功能(Direction Finding)，可協助設備確認藍牙的訊號方向，有助開發公分級室內定位、物品追蹤、門禁等多元應用。SIG發佈的《2021年藍牙市場最新資訊》則指出，市場對室內定位應用仍感興趣，預計藍牙醫療位置服務的部署量到2025年將成長5倍，達38萬件；室內位置服務的部署量將成長2倍，而藍牙即時定位系統的部署量將達51.6萬件。

UWB超寬頻(Ultra Wide Band)和藍牙、Wi-Fi都是通訊協定，但UWB覆蓋頻段最低達3.1GHz，最高達10.6GHz，由於UWB擁有500MHz超大寬頻，可以將定位精準度縮減至釐米等級，甚至將技術應用於雷達領域，定位過程僅在一瞬間，因此能即時準確地測量出設備的移動軌跡，相較之下，藍牙覆蓋頻段只有2.402-2.480GHz，Wi-Fi在2.4GHz和5GHz下只有部分窄頻道，難怪UWB成為市場關注焦點。

圖二 : 小米10系列手機內建UWB晶片及陣列天線。(Source：小米)

結語

回顧2013年蘋果推出的低功耗藍牙協議iBeacon室內定位方案不算成功，主要因為藍牙定位精準度不足，抗干擾力也不夠好。透過UWB超頻寬技術，搭配U1晶片的iPhone 11、12系列可以精準定位並尋找AirTag，定位距離及方向。如今，UWB隸屬於蘋果位置技術（Location Technologies）團隊，除了定位、連結，也需要與藍牙、Wi-Fi、GPS、NFC等多項技術相配合。2020年蘋果將UWB的「近場互動」功能開放第三方開發者，開發者可以利用連接埠即時測距、測向。

小米在2020年10月也推出UWB「一指連」功能，小米10系列和智慧設備加裝UWB晶片，再結合自家研發的天線排列與演算法，小米手機可以自動探測智慧居家設備，成為另類的智慧遙控器。

數據顯示，UWB能以99%以上的可靠性達到公分級定位精準度，其他技術的精準度僅達公尺級，可靠性最高逾70%，未來UWB的發展值得觀察，至於未來蘋果等龍頭業者是否將進一步開發及應用UWB技術於智慧型裝置，相當值得期待。

刊頭圖(source: blippar.com)