基於胸口配戴慣性量測單元之改良Weinberg步長估計與行人航位推算研究;基於胸口配戴慣性量測單元之改良Weinberg步長估計與行人航位推算研究

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題名:	基於胸口配戴慣性量測單元之改良Weinberg步長估計與行人航位推算研究;基於胸口配戴慣性量測單元之改良Weinberg步長估計與行人航位推算研究
作者:	徐子杰;CHIEH, HSU TZU
貢獻者:	生醫科學與工程學系人工智慧精準醫療碩士在職專班
關鍵詞:	室內定位系統;行人航位推算法;慣性量測單元;Weinberg
日期:	2026-03-17
上傳時間:	2026-10-20 14:20:51 (UTC+8)
出版者:	國立中央大學
摘要:	室內定位系統於智慧建築、醫療照護及緊急救援等應用中具有高度實用價值，然而傳統依賴錨點之定位技術在部署成本、環境適應性與即時性方面仍存在限制。行人航位推算（Pedestrian Dead Reckoning， PDR）因不需外部基礎設施，成為一項具潛力之室內定位方法，其中步長估計之準確度對整體定位誤差具有關鍵影響。本研究提出一套適用於胸口配戴慣性量測單元（Inertial Measurement Unit， IMU）之即時步長估計與行人航位推算方法，針對傳統Weinberg步長模型於胸口配戴情境下適應性不足之問題進行改良。首先，將原始Weinberg模型中之0.25次方根關係修正為0.6次方根模型，以更準確描述胸口垂直加速度振幅與步長之非線性關係；其次，引入一種低敏感度之動態比例常數（Dynamic K-value）設計，透過加速度特徵即時調整比例參數，以提升步長估計於不同步態條件下之穩定性。本研究以Arduino Nano 33 IoT所搭載之IMU為感測平台，於即時系統中完成加速度前處理、步伐偵測、步長估計與位置推算，並透過實際行走實驗驗證所提出方法之效能。實驗結果顯示，相較於原始 Weinberg 模型及固定比例常數模型，所提出之0.6次方動態K步長模型於直線與封閉路徑測試中皆能有效降低步長估計誤差與行走距離誤差，並提升行人航位推算之穩定性。綜合而言，本研究所提出之改良步長估計方法在不增加感測器數量與系統運算複雜度的前提下，能有效提升胸口配戴IMU之PDR定位效能，具備應用於即時室內定位系統之可行性。;室內定位系統於智慧建築、醫療照護及緊急救援等應用中具有高度實用價值，然而傳統依賴錨點之定位技術在部署成本、環境適應性與即時性方面仍存在限制。行人航位推算（Pedestrian Dead Reckoning， PDR）因不需外部基礎設施，成為一項具潛力之室內定位方法，其中步長估計之準確度對整體定位誤差具有關鍵影響。本研究提出一套適用於胸口配戴慣性量測單元（Inertial Measurement Unit， IMU）之即時步長估計與行人航位推算方法，針對傳統Weinberg步長模型於胸口配戴情境下適應性不足之問題進行改良。首先，將原始Weinberg模型中之0.25次方根關係修正為0.6次方根模型，以更準確描述胸口垂直加速度振幅與步長之非線性關係；其次，引入一種低敏感度之動態比例常數（Dynamic K-value）設計，透過加速度特徵即時調整比例參數，以提升步長估計於不同步態條件下之穩定性。本研究以Arduino Nano 33 IoT所搭載之IMU為感測平台，於即時系統中完成加速度前處理、步伐偵測、步長估計與位置推算，並透過實際行走實驗驗證所提出方法之效能。實驗結果顯示，相較於原始 Weinberg 模型及固定比例常數模型，所提出之0.6次方動態K步長模型於直線與封閉路徑測試中皆能有效降低步長估計誤差與行走距離誤差，並提升行人航位推算之穩定性。綜合而言，本研究所提出之改良步長估計方法在不增加感測器數量與系統運算複雜度的前提下，能有效提升胸口配戴IMU之PDR定位效能，具備應用於即時室內定位系統之可行性。
顯示於類別:	[人工智慧精準醫療碩士在職專班] 博碩士論文

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