科学效应的运用案例(牛津数据库)~利用多重科学效应改善GPS卫星定位
ITRIZS 2020-02-23
文丨陈嘉仁
法思诺创新学院技术长
编辑丨illa
近20年来，GPS已成为汽车驾驶的必备工具。由于GPS定位往往会随着气候因素，环境干扰因素，设备硬件，以及算法而有随机误差。
(图源：https://running.biji.co/)
如果将来无人驾车或无人出租车开始推广之后，定位精准度将会是个重要的议题。假设在一个下大雨的场景，乘客站在路旁的遮雨棚内等车，但是无人驾驶汽车因为GPS定位误差，停靠在距离数公尺外。
利用TRIZ科学效应利用TRIZ科学效应(物理，化学，几何原理应用)提出几种方法，让定位更为精准。可以让乘客不需要冒雨前往汽车所在地点，而是让汽车自动开往乘客所在地点。
(图源：https://kknews.cc/zh-mo/digital/pq2zoj2.html)
首先，我们需要先找出影响GPS定位的环境的因素。一般而言，影响GPS定位的环境因素，大多为不可控。例如高楼大厦、高压电塔、还有浓密的树林。除此之外, 还有很多其他的因素。
我们能做的就是把GPS定位的工作环境，
利用功能属性分析来找出需要改善的不足功能，以及需要消除的有害功能。
便可以得到下面的功能分析矩阵：
这时候我们得知大多数的环境因素为不可控，所以我们只能将聚焦点放在车子和乘客间的功能，也就是[量测距离]来进行点子创新。我们利用[量测距离]这个关键词来导入牛津大学的科学效应数据库，最终得到了74多个科学效应：
(图源：http://wbam2244.dns-systems.net//EDB_display_results.php)
这时我们可以思考，是否有其他方面的科学效应可以使用。例如电磁学，热学，光学，以及几何学等等。只要结合目前系统内已经存在的资源，无论是手机的，人体的，或者是车辆的，就可能想出理想性比较高的点子。
如上图，我们选定聚焦，几何学，光学透镜，红外线，反射，多普勒效应，超声波和磁场，总共八个科学效应来解决问题，产出具备创新的点子。这时便可以提供给软件更多的参考参数来校正位置，并且缩小误差。
点子1: 利用红外线辅助测距
由于GPS的误差，造成车子与乘客实际的位置不一致，欲求得距离b=?
当车子透过GPS接近乘客时，已知车子与骑楼的距离a。乘客手机可自动使用红外线发射器射向车子，或是车子可自动使用红外线发射器射向乘客，可得到距离c。利用三角形勾股定理a²+b²=c²，可得
b=SQRT(c²–a²)
点子2: 利用手机摄影机搭配电子罗盘，自动对焦捕捉车子
乘客利用手机上的摄影机与电子罗盘，当车子透过GPS接近乘客时，乘客的手机同时发出震动并自动将电子罗盘角度归零，然后开始自动提示转动手机，并且从手机的摄影机观察是否车子已入镜？转动手机直到车子进入画面正中央后停止，可得到角度y。利用三角函数sec(y)=c/a,
可得c=a x sec(y)，在利用勾股定理求得b= SQRT(c²–a²)。
(图源：https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect)
点子3: 利用多普勒效应，辅助车上摄影机影像辨识及定位追踪
当车子透过GPS接近乘客时，车子向乘客手机讯号源发射超声波，同时手机也向车子发射声波。利用声波多普勒效应的频率变化协助车上的摄影机,寻找及影像辨识目标物。
辨识到目标物后，摄影机先放置正中央并将角度归零，然后摄影机会自动移动方向，从乘客位置直接对准目标物（车子），并将经过的目标物（车子）定格在摄影机画面正中央。可得到摄影机转移的角度z利用三角函数y=90度–z，sec(y)=c/a，可得c=a
x sec(y)，再利用勾股定理求得b=SQRT(c²– a²)。
结论&心得
TRIZ原理可以用于解决问题或者是项目创新，而科学效应却能协助我们解决更为艰难的难题，或者技术上的突破。为什么研发人员很容易遇到技术瓶颈，那还是因为有前人的专利在阻挡。
而且如果只采取头脑风暴的方法，很容易和其他人想到一样的创新点。即使利用单一科学效应想到的专利技术，也有可能被别人也早已经申请了专利。
那么如何去产生具备独创性的创新呢？这时候可以利用多重科学效应来做技术上的突破，能得到更完善的技术突破，同时也可以避开前人或竞争对手的专利。
(专利及文档宣告: 本文探讨之专利权及文档核心内容属原专利拥有者)