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不再路痴 ,「室內」定位系統告訴你路要怎麼走

李柏昱
・2015/11/28 ・1538字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

與 GPS 不同,IPS 要解決「室內迷路」的問題

現代人已經被 GPS(Global Positioning System,全球定位系統)寵壞了,透過智慧型手機,我們能立刻知道自己身處的位置、要去的地方以及如何到達。然而,GPS 在室內卻無用武之地,相信不少人都有過跟筆者類似的經驗,在迷宮般的台北車站不知身在何方,望著眼花撩亂的指標與出口,不禁感到徬徨無助,手機 GPS「無法定位」的訊息既幫不上忙,反而更增添無力感。

室內定位系統(Indoor Positioning Systems, IPS)將是所有「迷失於室內」的人的救贖,能即時定位人們的位置。作為當今最夯的科技發展項目之一,已經吸引了包含蘋果、三星、微軟、Google、IBM 等諸多手機與電腦大廠相繼投入。

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在許多購物商場、車站宛如迷宮,未來室內導航讓你逛街購物趕火車時不再路痴!Source: Wikimedia Commons

室內定位,絕對座標系統和移動速度計算缺一不可

要進行室內定位,首先要建立一套絕對座標系統,讓手機有參考與隨時修正的基準;其次,手機的定位演算法與偵測儀器必須夠準確,兩者齊備才能達到更精確的室內定位。絕對座標系統主要藉由在室內佈設大量感測器,作為提供絕對位置的信標,目前有許多不同的技術發展齊頭並進,常見的有 Wi-Fi 與藍芽無線射頻技術,也有研究機構使用 Li-Fi、磁場等方式。

有了座標,手機只需量測接收到的訊號強弱,便能使用三角定位法找出自己的位置。然而要做到即時定位,手機對於人移動方向與速率的計算也很重要。過去在沒有 GPS 的情況下,手機仍能運用含有加速度計、陀螺儀與電子羅盤等元件的慣性感測器(Inertial Measurement Unit, IMU)大致推算人們的運動方向,然而 IMU 並非設計用於精確定位,誤差使 IMU 進行室內精確的定位遭遇不小的困難。

歐洲最大的應用科學研究機構,夫朗和斐協會(Fraunhofer-Gesellschaft)位於葡萄牙的研究人員,發現人們步行時,IMU 的運動軌跡表現穩定的週期性變化,IMU 可量測這種週期性運動來修正定位演算的結果。IMU 的定位技術因此大幅改善,更可將室內定位的精確度推進到一公尺以內。

室內導航多種運用,指路、購物、導覽都不缺席

室內導航將是室內定位系統的主要運用,正如在戶外依賴 GPS 指路,未來在複雜的車站、商場或百貨公司裡,結合精準繪製的室內地圖,便能透過室內定位系統規劃路線,前往想去的地點!甚至,在家樂福之類的大賣場,只要輸入欲購買的商品,手機就能自動幫你找出商品所在的櫃位,並算出最快的路徑。

另一方面,室內定位應用推播服務,則能提供使用者收到當前所處位置可能需要的資訊。舉例而言,逛街購物時手機將能告訴你正要踏入店面現在有什麼優惠,以及商品資訊與評價。此外,博物館的導覽系統也能運用推播技術,當參觀者走到某項展覽品一定距離內,便會收到該展項的解說資訊。

目前,工研院已經將國內自行研發的室內定位技術,應用於科教館與義大購物商場,國外亦有應用於大賣場的案例。未來室內定位還需要一些基礎建設的投資,例如各種信標系統設備。室內定位技術的成熟,將能帶動和其他智慧科技的結合應用,建構能夠「主動反應」的智慧大樓、甚至是智慧城市更清楚的輪廓。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所
審校:陳妤寧

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》