JP2011117818A - 移動体の高度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体に携帯される気圧センサからの計測結果と環境中の気圧センサからの計測結果を用いて精度よく移動体の高度を計測する移動体の高度計測装置を提供する。
【解決手段】
移動体の高度計測装置は、移動体に携帯される気圧センサ（携帯型気圧センサ）とその移動体外部の既知の高度に設置された気圧センサ（参照気圧センサ）からの計測情報に基づいて高度を計測する装置であり、携帯型気圧センサと参照気圧センサ間の気圧オフセット取得手段を備え、気圧オフセット取得手段により取得された気圧オフセットにより補正された両気圧センサからの気圧の差によって移動体の高度を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体に携帯される気圧センサからの計測結果と環境中の気圧センサからの計測結果を用いて、精度よく移動体の高度を計測する高度計測装置に関する。

移動体の高度を計測する技術は、建物内のように異なる高度で人が行動する環境において、人の位置をより正確に把握するために非常に重要である。

一般的に高度の計測手段として、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）がよく利用されている。しかし、ＧＰＳやＧＰＳに基づく拡張技術による高度の計測結果は、見通し可能なＧＰＳ衛星の空間的な配置状況や、ＧＰＳ電波が建物等に反射して、ＧＰＳ受信機に到達するマルチパスといった要因により不安定となりやすいほか、屋内環境ではＧＰＳ電波の受信自体が困難である。

ＧＰＳに依存せず、より安定に高度を計測可能な手段として、気圧センサを用いた気圧高度計があげられる。気圧高度計では、気圧センサによって現在位置の気圧を計測し、その気圧と海面気圧、温度、湿度等の条件から測高公式により高度を推定する。その際、海面気圧には標準大気圧や天気図から得られる値を設定するが、それらの気圧を計測した地点の大気の状態と現在位置での大気の状態の違いによって推定高度に誤差を生じる。

これらに関係する技術として、特許文献１、非特許文献１〜２が参照できる。特許文献１に記載の技術では、複数の位置で計測された気圧から現在位置での基準高度に対する気圧を推定し、その気圧と携帯端末に内蔵された気圧センサからの気圧の差を利用して、現在位置での高度を推定する計測処理を行う。

この高度推定技術では、現在位置に適した基準高度に対する気圧を推定するため、高度計測の高精度化が期待できるが、現在位置での基準高度に対する気圧の推定誤差や各気圧センサ間のセンサオフセットの違い（気圧オフセット）から、屋内環境において人がどこのフロアにいるかを推定可能なほどの精度を実現することは困難である。

非特許文献１の記載の技術では、システム動作開始時に、移動体が保持するＧＰＳ受信機と気圧センサを用いて、ＧＰＳで計測された高度に対する気圧を計測しておき、それ以降の高度を、ＧＰＳからの計測高度と、基準高度での気圧と気圧センサからの気圧の差から推定した高度とをカルマンフィルタにより統合及び推定する。外部の気圧センサを利用しないため気圧オフセットを考慮する必要がないが、大気の状態が変化すると推定高度に誤差が生じる。

また、非特許文献２の記載の技術では、足に取り付けたジャイロセンサと加速度センサからの計測データから、慣性航法の原理により歩行動作時の各ステップの相対移動ベクトルを推定し、累積的に高度を含めた３次元位置を推定している。このような計測方法で推定した高度には移動距離に比例した計測誤差が生じるため、その誤差を補正するための手段が別途必要となる。また、後述するように、本発明の移動体高度計測装置を構成するシステム要素として、非特許文献３〜８に記載の技術を用いる。

特開２００８−２４１４６７号公報

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気圧センサによる高度計測では、ある基準高度おける気圧（参照気圧）と現在位置における気圧の差から測高公式（式１、式２）により高度を計算する。このときの参照気圧には、基準高度を０ｍとして天気図から得られる海面気圧が利用される。この場合に、現在位置とその参照気圧を計測した地点との距離が遠いほど両地点の大気の状態に差が生じやすく、結果として計測された高度に誤差が生じやすいといった問題がある。

ここで、Ｔ_０：海面気温［Ｋ］、
Ｌ：気温減率［Ｋ／ｍ］
ｇ_０：海面での重力加速度
Ｍ：大気のモル質量［ｋｇ／ｍｏｌ］
Ｒ：気体定数［Ｊ／Ｋ／ｍｏｌ］
Ｐ_０：海面気圧［ｈＰａ］
である。
（式１）において気圧Ｐ［ｈＰａ］から高度Ｈ［ｍ］は以下の式で得られる（「非特許文献３」を参照）。

（式２）は、現在の大気がＩＣＡＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）標準大気に従うと仮定し、任意の基準高度Ｈｒｅｆ［ｍ］とその高度における気圧Ｐｒｅｆ［ｈＰａ］（参照気圧）が得られるとき、高度Ｈ［ｍ］を与える式である。

現在位置と参照気圧の計測地点との大気の状態の差を軽減する方法として、特許文献１の技術では、複数の高度が既知の地点で気圧を計測し、それらの位置と気圧の情報から現在位置での参照気圧を推定しているが、現在位置における参照気圧の推定誤差や各気圧センサ間のセンサオフセットの違い（気圧オフセット）から、屋内環境において、人がどこのフロアにいるかを推定可能なほどの精度を実現することは困難である。

単一の気圧センサで計測した気圧とＧＰＳで計測した基準高度での気圧との差により高度を計測する非特許文献１の方法では、前記気圧オフセットの問題は生じないが、システム起動開始時の参照気圧の計測から大気の状態が変化すると計測誤差が増加する問題がある。

気圧センサに頼らない方法としては、非特許文献２に記載のようにジャイロセンサや加速度センサを用いた慣性航法による３次元位置の計測方法があるが、このような計測方法により推定した高度には、移動距離に比例した計測誤差が生じるため、その誤差を補正するための手段が別途必要となる。

本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、移動体に携帯される気圧センサからの計測結果と環境中の気圧センサからの計測結果を用いて精度よく移動体の高度を計測する移動体の高度計測装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するため、本発明による移動体の高度計測装置は、移動体に携帯される気圧センサ（携帯型気圧センサ）とその移動体外部の既知の高度に設置された気圧センサ（参照気圧センサ）からの計測情報に基づいて高度を計測する装置であり、携帯型気圧センサと参照気圧センサ間の気圧オフセット取得手段を備え、気圧オフセット取得手段により取得された気圧オフセットにより補正された両気圧センサからの気圧の差によって移動体の高度を計測するように構成する。

本発明は、その一態様として、本発明の移動体の高度計測装置において、移動体は自身が携帯する測位装置や、移動体の外部に設置されたカメラやＲＦＩＤタグ等の、移動体が参照気圧センサの近辺かつ同一の高度に存在することを検出可能な移動体認証手段によって、移動体が参照気圧センサの近辺かつ同一の高度にいることが確認できた場合に、移動体に備えられた無線ネットワーク等の情報通信手段によって、移動体は参照気圧センサで計測された気圧を取得し、携帯型気圧センサと参照気圧センサ間の気圧オフセットを取得する。

さらに、取得した気圧オフセットを用いて、携帯型気圧センサで計測した気圧を補正した後、その補正後の気圧と参照気圧センサからの気圧との気圧差を用いて高度を推定する。これにより、各気圧センサに固有の気圧オフセットの影響や大気の状態変化等の影響を受けず、移動体の移動に伴う気圧の変化のみに注目したより精度の高い高度計測が可能となる。

また、本発明の移動体の高度計測装置においては、移動体に備えられた情報通信手段により、参照気圧センサが設置された高度と参照気圧センサが計測した気圧を取得できる場合には、移動体が記録する参照気圧センサの高度・気圧情報を更新し、その高度・気圧情報と携帯型気圧センサが計測した気圧から移動体の高度推定を行い、移動体の情報通信手段により高度・気圧情報を取得できない場合には、移動体がすでに記録済みの高度・気圧情報と携帯型気圧センサが計測した気圧から移動体の高度推定を行う。これにより、情報通信手段の通信状況が悪化した場合であっても、継続して高度の推定を行うことが可能となる。

また、本発明の移動体の高度計測装置においては、加速度センサやジャイロセンサ等のセンサ群で構成された自蔵センサモジュールを携帯する前記移動体の動作を、自蔵センサモジュールからの計測情報を用いて認識する動作認識手段からの動作情報に基づいて現在位置の判別から移動状態の判定処理を行い、移動体が水平な地面や床面を移動していると判定できる場合には、高度変化の発生確率が低いことを示す情報を高度推定の処理に利用すると共に、逆に移動体が階段昇降やエレベータに乗り込む等の高度の変化が発生するような動作をしていると判定できる場合には、高度変化の発生確率が高いことを示す情報を、高度推定の処理に利用する。

このように、気圧と移動体の動作状態の情報の利用により、移動体の高度を安定かつ精度良く推定することが可能となる。

さらに、本発明の別の態様として、本発明の移動体の高度計測装置においては、建築物内の各階の高度のように移動体が移動可能な高度が事前に既知である場合には、高度推定処理においてそれら事前に既知な高度に限定した高度の推定処理による高度計測を行う。これにより、移動体が移動する環境の事前知識を高度の計測に利用した安定な高度推定が可能となる。

具体的な本発明の構成としては、本発明による移動体の高度測定装置は、移動体の周辺の気圧を計測する携帯型気圧センサと、移動体の外部に設置される参照気圧センサにより計測された気圧と参照気圧センサが設置されている位置情報を受信する情報通信手段と、信号発信源からの信号を基に移動体との近接状態を計測し、移動体の外部に設置される参照気圧センサの近接状態に関する情報から、移動体が参照気圧センサの近辺かつ同一高度に存在することを認証するための移動体認証手段と、移動体認証手段によって移動体が参照気圧センサの近辺かつ同一高度に存在することを認証できた場合に、携帯型気圧センサからの気圧と参照気圧センサからの気圧との気圧オフセットを取得する気圧オフセット取得手段と、気圧オフセットを用いて携帯型気圧センサからの気圧を補正し、補正された携帯型気圧センサからの気圧と参照気圧センサの位置および参照気圧センサからの気圧を用いて、移動体の高度を推定するデータ処理を行う高度推定手段とを備えることを特徴とする。

この移動体の高度計測装置においては、更に、参照気圧センサの位置と、参照気圧センサからの気圧と、携帯型気圧センサと参照気圧センサとの間の気圧オフセットを記録する参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置を備え、高度推定手段は、情報通信手段による通信ができないとき、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置に記録された参照気圧・位置・気圧オフセット及び携帯型気圧センサからの気圧を用いて移動体の高度を推定するデータ処理を行うように構成されることを特徴とする。

また、移動体の高度計測装置においては、更に、移動体の動作を認識する動作認識手段を備え、高度推定手段は、動作認識手段が認識した動作種別が移動体の高度変化を生じるような動作である場合には、環境の事前知識から動作種別に対応する施設が存在する高度に移動体が存在する確率が高く、移動体が環境中の水平面上を移動している確率は低いことを示す情報と、動作認識手段が認識した動作種別が移動体の高度変化を生じないような動作である場合には、環境の事前知識から移動体が環境中の水平面上を移動している確率が高く、移動体が環境中の前記水平面が存在する高度以外に存在する確率が低いことを示す情報とを移動体の高度推定に利用し、移動体の高度を推定するデータ処理を行うように構成されることを特徴とする。

また、移動体の高度計測装置において、高度推定手段は、環境の事前知識からの水平面が存在する離散的高度のみを対象として移動体の高度を推定するデータ処理を行うように構成されることを特徴とする。

上記のような構成の本発明の移動体の高度計測装置によれば、移動体の高度を携帯型気圧センサと参照気圧センサからの気圧を基に計測する際に、センサ間の気圧オフセットや大気の状態の変化に起因する計測誤差を軽減し、また、移動体の動作情報や環境の事前知識の利用により精度よく高度を計測することが可能になる。

本発明による移動体の高度計測装置の基本的な構成を示すブロック図である。 参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置に記録されている参照気圧と通信状況を示す模式図である。 本発明による移動体の高度計測装置の別の構成を示すブロック図である。 本発明による移動体の高度計測装置の更に別の構成を示すブロック図である。 動作認識手段４１１からの動作種別と環境の事前知識を用いた高度推定を説明する模式図である。 環境の事前知識を用いた高度推定を説明する模式図である。

以下、本発明の高度計測装置を実施するための形態について、図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明による移動体の高度計測装置の基本的な構成を示すブロック図である。

図１において、１０１は移動体に携帯される高度計測装置である。１０２は携帯型気圧センサ、１０４は高度推定手段、１０６は情報通信手段、１０７は参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置、１０８は気圧オフセット取得手段、１０９は移動体認証手段を示している。そして、高度計測装置１０１は移動体に携帯されて、その移動体が位置している場所の高度が計測される。また、高度計測装置１０１が携帯されている移動体の高度計測を行う環境として、外部には、参照気圧センサ１０３と、情報通信手段１０５および位置情報として利用可能な信号を出力している信号発生源１２３が備えられていることが必要となる。ここでの移動体の高度計測装置１０１は、外部の環境に備えられるシステム要素に対して、高度が計測される移動体に内包されるものであるので、以下では、理解を容易なものとするため、高度計測装置１０１を、移動体１０１として説明する。

また、１１１は参照気圧センサ１０３で計測された気圧と参照気圧センサ１０３の高度を含む位置の情報、１２１は情報通信手段１０５によって移動体１０１へ送信される参照気圧センサ１０３の気圧と位置の情報、１１２は移動体１０１内部の情報通信手段１０６により受信された参照気圧の情報、１１３は参照気圧・位置・気圧オフセットの情報、１１４は移動体１０１の高度の情報、１１５は携帯型気圧センサ１０２で計測された気圧の情報、１１６は移動体認証手段１０９によって得られる認証情報（真または偽）、１１８は気圧オフセット取得手段１０８で得られた気圧オフセットの情報、１１９は参照気圧の情報、１２０は携帯型気圧センサ１０２で計測された気圧の情報、１２２は参照気圧センサ１０３の位置情報、１２４は信号発生源１２３の信号を表す。

図１において、参照気圧センサ１０３は移動体１０１の外部の環境に配置されており、その高度を含む位置情報は予め計測されているものとする。そして、その位置情報と計測した気圧の情報を位置情報を含めて、情報通信手段１０５を介して移動体１０１へ送信する。

移動体１０１では、情報通信手段１０６で受信した参照気圧センサ１０３からの気圧と位置情報を参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７内に記録する。参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７は、１台以上の参照気圧センサ１０３からの気圧・位置・気圧オフセットを記録することが可能である。

移動体認証手段１０９は、信号発生源１２３から出力されている位置情報として利用可能な信号（位置情報）を、例えば、ＲＦＩＤリーダや無線信号受信機等により受信し、それらの信号から移動体１０１の位置を計測する機能を備えている。このような移動体１０１の外部の環境として、アクティブＲＦＩＤタグや無線ネットワークのアクセスポイント、赤外光・可視光信号発生装置等の信号発生源１２３を配置しておくことにより、それらの信号発生源からの信号に基づいて公知の位置判別の処理を行い、移動体１０１と参照気圧センサ１０３との近接状態を計測する。ここで、近接状態とは、同一高度であることを必要とするが、水平面上には一定の広がりを持ち、大気の状態が同一であると見なすことが可能な範囲に存在することを意味する。この近接状態の計測には、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献８等の手法を利用する。ここでの詳細な説明については省略する。

そして、移動体認証手段１０９は、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７内に記録された参照気圧センサ１０３の位置情報と、計測した移動体１０１の近接状態に関する情報を用いて、移動体１０１がそれら参照気圧センサの近辺かつ同一の高度に存在するか否かを判定する。ここで近辺とは、同一高度の水平面上において、大気の状態が同一であると見なすことが可能な範囲をいう。例えば、屋内環境であれば同一の建物の同一のフロア内、屋外環境であれば数十メートルの範囲内は、ほぼ大気の状態が同一であると判断できるため近辺とする。そして、移動体認証手段１０９が、移動体１０１と参照気圧センサ１０３は近辺かつ同一の高度に存在すると判定した場合には、その参照気圧センサ１０３について、認証情報（真）を気圧オフセット取得手段１０８へ送る。また、移動体認証手段１０９が、移動体１０１と参照気圧センサ１０３は近辺または同一の高度に存在しないと判定した場合には、その参照気圧センサについて、認証情報（偽）を気圧オフセット取得手段１０８へ送る。

気圧オフセット取得手段１０８では、移動体認証手段１０９からの認証情報（真）に基づいて、気圧オフセットを取得する。移動体認証手段１０９からの認証情報が真であった場合、気圧オフセット取得手段１０８は、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７と携帯型気圧センサ１０２から、参照気圧センサ１０３の気圧と移動体周辺での気圧を取得する。取得した参照気圧センサ１０３の気圧から移動体周辺での気圧を差し引いた気圧が気圧オフセットである。気圧オフセットを取得した後、気圧オフセット取得手段１０８は、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に取得した気圧オフセットを記録する。

そして、高度推定手段１０４は、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に記録された参照気圧センサ１０３の気圧・位置・気圧オフセットおよび、携帯型気圧センサ１０２からの気圧を取得し、携帯型気圧センサ１０２からの気圧に気圧オフセットを足すことにより携帯型気圧センサ１０２からの気圧の補正を行い、その補正後の携帯型気圧センサ１０２からの気圧と参照気圧センサ１０３の気圧との気圧差から、（式２）を用いて移動体１０１の高度を推定する。これにより、気圧センサに固有の気圧オフセットの影響や大気の状態変化等の影響を受けず、移動体の移動に伴う気圧の変化のみに注目したより精度の高い高度計測が可能となる。

また、移動体１０１に備えられる情報通信手段１０６と、移動体１０１の外部（参照気圧センサが設けられている機器）に設けられている情報通信手段１０５との間は、常に通信可能状態である保証がない場合が多く、通信状態の悪化によって参照気圧センサ１０３により検出された気圧の情報が移動体１０１へと送られないことがありえる。例えば、情報通信手段１０５及び無線通信手段１０６として無線ネットワークを利用した場合には、移動体１０１が電波の届かない場所に移動することによって、再び、移動体１０１が電波の届く範囲に入るまでの間は、通信が途絶えてしまう。このような場合に対応するため、本発明における移動体の高度計測装置では、情報通信手段１０５と情報通信手段１０６との間で通信が可能な状態であれば、その時に通信を行って、参照気圧センサ１０３の気圧を参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に記録しておき、高度推定手段１０４においては、常に参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７内の最新の参照気圧を利用して移動体１０１の高度を推定するデータ処理が行えるようにする。

次に、情報通信手段１０５と情報通信手段１０６との間の通信状態と、移動体１０１の高度推定に利用される参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７内に記録された参照気圧との関係について、図２を参照して説明する。

図２は、情報通信手段１０５と情報通信手段１０６との間の通信状態２０２と、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に記録されている参照気圧の関係を説明する図である。図２において、２０３は時間軸およびｔ０からｔ４は移動体１０１の高度推定のデータ処理を行った時刻を表し、２０４と２０５はそれぞれ、各時刻において参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に記録されている参照気圧と通信状態（可能または不可能）を表している。

時刻ｔ０において、高度を推定するとき、通信状態２０２は「可能」の状態であることから、時刻ｔ０での参照気圧センサ１０３の気圧（参照気圧ｔ０）は、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に記録され、移動体１０１の高度推定に利用される。時刻ｔ１からｔ３において高度を推定するとき、通信状態２０２は「不可能」の状態であることから、時刻ｔ１からｔ３での参照気圧センサ１０３からの気圧は、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に記録することができないため、過去に参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に記録された参照気圧の内から最新の参照気圧である参照気圧ｔ０を用いて移動体１０１の高度を推定する。

時刻ｔ４において、高度を推定するとき、通信状態２０２は「可能」の状態であることから、時刻ｔ４での参照気圧センサ１０３からの気圧（参照気圧ｔ４）は、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置１０７に記録され、移動体１０１の高度推定に利用される。これにより、情報通信手段１０５と情報通信手段１０６の間の通信が不可能な場所に、移動体１０１が移動した場合にも継続して高度を推定することが可能となる。

図３は、本発明による移動体の高度計測装置の別の構成を示すブロック図である。図３において、３０１は移動体に携帯される高度測定装置であり、図１の実施例の説明と同様に、ここでの移動体の高度計測装置３０１は、外部の環境に備えられるシステム要素に対して、高度が計測される移動体に内包されるものであるので、以下では、理解を容易なものとするため、高度計測装置３０１を、移動体３０１として説明する。

ここでの移動体３０１は、携帯型気圧センサ３０２、高度推定手段３０４、情報通信手段３０６、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置３０７、気圧オフセット取得手段３０８、および信号発生源３０９を内包している。移動体３０１の外部には、参照気圧センサ３０３、参照気圧センサ３０３からの気圧を移動体３０１に送信する情報通信手段３０５、移動体認証手段３１０、移動体認証手段３１０から移動体３０１に認証情報（真または偽）を送信する情報通信手段３２３が備えられた環境を配備されている。

３１１は参照気圧センサ３０３により検出されて出力される気圧・位置情報を表しており、３２１は情報通信手段３０５によって移動体３０１へ送信される気圧・位置情報を表している。３１２は情報通信手段３０６によって受信した参照気圧センサ３０３からの気圧・位置情報である。３１３は参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置３０７に記録されて読み出される気圧・位置・気圧オフセット情報を表しており、３１４は高度推定手段３０４によってデータ処理が実行されて推定された移動体３０１の高度の情報を表している。また、３１５は携帯型気圧センサ３０２で計測された気圧の情報を表している。３１６は信号発生源３０９から発信されているＩＤ付信号、３１７は移動体認証手段３１０から出力される認証情報を表し、３１８は情報通信手段３２３により移動体３０１に送信される認証情報を表している。３１９は気圧オフセット取得手段３０８によって取得された気圧オフセットの情報を表し、３２０は参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置３０７に記録されている参照気圧の情報を表している。３２２は情報通信手段３２３から送信されて情報通信手段３０６によって受信された移動体認証手段３１０からの認証情報を表している。

図３に示す構成と、図１に示す構成の違いは、移動体３０１が参照気圧センサ３０３の近辺かつ同一の高度にいることを認証するための移動体認証手段３１０が、移動体３０１の外部の環境に配備されている点と、信号発生源３０９が移動体３０１内に装備されている点と、そして、外部に配備されている移動体認証手段３１０からの認証情報を、移動体３０１に送信する情報通信手段３２３が移動体３０１の外部に設置されている点である。

図３に示す構成では、ＲＦＩＤタグ等の位置情報として利用可能な信号を出力している信号発生源３０９を、移動体３０１に備えており、その信号発生源３０９からの信号３１６を、外部環境に設けられる移動体認証手段３１０が備えるＲＦＩＤリーダ等の信号受信機によって受信することにより、移動体認証手段３１０は移動体３０１の近接状態を計測する。この近接状態の計測方法は、前述したように、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献８による方法が利用できる。この方法は公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。

また、外部環境に設けられる移動体認証手段３１０は、監視カメラ等で得られた画像・映像から移動体３０１を認識し、カメラの画角・焦点距離等の内部パラメータやカメラの位置・姿勢を表す外部パラメータを用いて、移動体３０１の近接状態を計測する位置判別システムを利用することもできる。このような位置判別システムは公知であり、画像・映像からの移動体の認識には、例えば、非特許文献６の方法を利用することができる。

そして、参照気圧センサ３０３の位置を、移動体認証手段３１０が予め取得しておくことにより、計測で得た移動体３０１と参照気圧センサ３０３の近接状態が判別されて、移動体３０１が参照気圧センサ３０３の近辺かつ同一の高度にいると判断できる場合には、認証情報（真）を、情報通信手段３２３を介して移動体３０１へ送信する。

気圧オフセット取得手段３０８は、移動体認証手段３１０からの認証情報（真）が情報通信手段３２３及び情報通信手段３０６を介して得られた場合、携帯型気圧センサ３０２において検出された気圧の情報と参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置３０７に記録されている参照気圧の情報から気圧オフセットの情報を取得して、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置３０７に更新して記録される。なお、気圧オフセットの取得方法や、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置３０７への気圧オフセットの記録方法、携帯型気圧センサ３０２からの気圧・気圧オフセット・参照気圧センサの気圧・位置情報を利用した移動体３０１の高度推定方法は、図１の構成と同様に行う。

図４は、本発明による移動体の高度計測装置の更に別の構成を示すブロック図である。図４において、４０１は移動体に携帯される高度測定装置であり、図１の実施例の説明と同様に、ここでの移動体の高度計測装置４０１は、外部の環境に備えられるシステム要素に対して、高度が計測される移動体に内包されるものであるので、以下では、理解を容易なものとするため、高度計測装置４０１を、移動体４０１として説明する。

この実施例の移動体（高度計測装置）４０１には、携帯型気圧センサ４０２、高度推定手段４０４、情報通信手段４０６、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置４０７、気圧オフセット取得手段４０８、移動体認証手段４０９、及び、移動体４０１が移動中であるか停止状態あるかなどの移動体４０１の動作の状態を認識してその動作状態を出力する動作認識手段４１１が備えられている。そして、移動体４０１の外部には、外部環境として、参照気圧センサ４０３、参照気圧センサで計測した気圧を移動体４０１に送信するための情報通信手段４０５、及び、信号発生源４１０が備えられる。

４１２は参照気圧センサ４０３からの気圧・位置情報を表しており、４１３は情報通信手段４０５によって移動体４０１へ送信されている気圧・位置情報を表している。４１４は情報通信手段４０６によって受信された気圧・位置情報を表しており、４１５は参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置４０７から読み出される参照気圧・位置・気圧オフセットの情報である。４１６は高度推定手段４０４によってデータ処理が実行されて推定された移動体４０１の高度の情報を表している。

また、４１７と４２１は携帯型気圧センサで計測された気圧の情報を表し、４１８は移動体認証手段４０９により認証処理された結果の認証情報（真または偽）を表している。４１９は気圧オフセットの情報、４２０は参照気圧の情報、４２２は参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置４０７に記録されている参照気圧センサ４０３から送信された位置の情報、４２３は信号発生源４１０から発信されているＩＤ付の信号であり、位置情報として利用可能な信号を表している。４２４は動作認識手段４１１によって認識された移動体４０１の動作状態を表す動作種別の情報である。

図４の構成は、図１の構成に動作認識手段４１１を付加した構成となっており、高度推定手段４０４が、動作認識手段４１１からの出力である動作種別４２４の情報を利用して正確な高度推定のデータ処理を行うように変形された構成であり、高度推定手段４０４以外の構成および処理は、図１と同様である。

動作認識手段４１１では、加速度センサやジャイロセンサ等の移動体の姿勢や動作を計測するために必要な情報を取得可能なセンサを用いて動作を認識する。この実施例の本発明の移動体の高度計測装置（移動体４０１）においては、当該移動体４０１が水平面上を移動するような動作をしているのか、あるいは階段昇降やエレベータ・エスカレータの乗り降り等の高度の変化を生じるような動作をしているのかを、動作認識手段４１１により認識して動作状態を出力するので、その認識結果である動作状態の動作種別によって、高度推定手段４０４における高度推定のデータ処理では、高度推定をより正確に行う。動作認識手段４１１における動作認識のデータ処理は、例えば、非特許文献７のような方法を利用することができるので、ここでの詳細な説明は省略する。

高度推定手段４０４においては、携帯型気圧センサ４０２で計測された気圧の情報と、参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置４０７に記録されている参照気圧・位置・気圧オフセットの情報と、動作認識手段４１１によって動作認識された移動体の動作種別の情報と、環境の事前知識の情報を用いて、移動体４０１の高度を推定するデータ処理を実行する。ここで環境の事前知識の情報とは、３次元地図や建物内の各フロアに対応する高度情報等を指す。

高度推定手段４０４では、まず、携帯型気圧センサ４０２からの気圧の情報に対して、予め参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置４０７に記録されている気圧オフセットを足すことにより、携帯型気圧センサ４０２からの気圧の補正を行い、その補正後の携帯型気圧センサ４０２からの気圧の情報と参照気圧センサ４０３からの気圧の情報との気圧差から、測高公式（式２）を用いて移動体４０１の高度を推定するデータ処理を実行する。そして、その推定高度と予め計測しておいた気圧センサの誤差分布から、高度を確率変数とする移動体の存在確率分布を計算する。気圧センサの誤差分布は正規分布と見なすことができるため、前記確率分布の期待値を移動体４０１の高度の情報として出力する。しかし、以上の推定方法では、水平面上に留まっている場合においても、気圧センサの計測誤差から推定高度が変化してしまう。そこで、動作認識手段４１１からの動作種別の情報と環境の事前知識を用いることにより、移動体４０１の高度を、安定かつ精度良く推定するデータ処理を実行する。これについて、次に詳細に説明する。

図５は、動作認識手段４１１からの動作種別と環境の事前知識を用いた高度推定を説明する模式図である。図５において、５０１は移動体であり、前述した高度計測装置を携帯している。移動体５０１は携帯型気圧センサ４０２を備え、高度Ｈ０の水平面上５０２を移動している。５０２、５０３、及び５０４は、それぞれ環境の事前知識として与えられる高度が既知の第１の水平面、第２の水平面、および階段である。５０６と５０５は、高度に対する移動体５０１の存在確率分布を表している。

図５において、移動体５０１は水平面上を移動しているため、動作認識手段４１１からは動作種別の情報として、水平面上を移動するような動作をしているという情報が得られる。つまり、移動体５０１が第１の水平面５０２、もしくは第２の水平面５０３上を移動している確率は高いが、階段５０４を移動している確率は低いことが分かる。そこで、環境中の各水平面に対応する高度については、移動体５０１の存在確率を高め、それ以外の高度については存在確率を低くするデータ処理を行う。これによって、動作認識手段４１１からの動作種別の情報と、環境の事前知識を用いない場合の移動体５０１の存在確率分布５０６から、より不確かさの少ない存在確率分布５０５を、高度を正確に表現する情報として推定することができる。これにより、より不確かさの少ない存在確率分布５０５の期待値が移動体５０１の高度となる。

また、移動体５０１が階段５０４を移動中の場合には、動作認識手段４１１から動作種別の情報として、高度の変化を生じるような動作をしているという情報が得られるので、移動体５０１が階段５０４を移動している確率は高いが、第１の水平面５０２もしくは第２の水平面５０３を移動している確率は低いことがわかる。そこで、環境中の各水平面に対応する高度については、移動体５０１の存在確率を低くし、それ以外の高度については存在確率を高くするデータ処理を行う。これによって、動作認識手段４１１からの動作種別の情報により、その動作種別と環境の事前知識を利用することにより、より不確かさの少ない存在確率分布を推定することができる。

この存在確率分布の推定は、例えば、高度の情報を状態ベクトルとして、現在の移動体４０１の存在確率分布を、気圧オフセット補正後の携帯型気圧センサ４０２からの気圧と参照気圧センサ４０３からの気圧との差から予測するパーティクルフィルタにおいて、動作認識手段４１１からの動作種別の情報と対応する環境中の特定の高度におけるサンプルの尤度を高めるデータ処理を実行することで実施することができる。

また、本発明による移動体の高度計測装置においては、動作認識手段４１１を用いず、環境の事前知識を利用して、より簡易に移動体４０１の高度推定を行い、その高度推定処理の安定化を行うこともできる。

図６は、環境の事前知識を用いた高度推定を説明する模式図である。図６において、６０１は移動体であり、前述した高度計測装置を携帯している。移動体６０１は携帯型気圧センサ４０２を備え、高度Ｈ０の水平面上６０２を移動している。６０２及び６０３は、環境の事前知識として与えられる高度が既知の第１の水平面及び第２の水平面である。６０４は高度に対する移動体６０１の存在確率分布であり、６０５（破線）は存在確率分布中の環境の事前知識から与えられる高度を表している。

屋内環境では、特に、階段の上り下りの途中やエレベータ・エスカレータで移動中における高度は重要でない場合が多く、フロア上の離散的な高度を安定に求めることが重要であることが多い。そのため、移動体６０１の存在確率分布を、気圧オフセット補正後の携帯型気圧センサ４０２からの気圧の情報と、参照気圧センサ４０３からの気圧の情報との差及び、気圧センサの誤差分布から計算した後に、環境中の離散的な各高度に対応する存在確率を計算する。そして、最も存在確率の高い高度を移動体６０１が存在する高度とする。これによって、移動体の高度を安定に推定することが可能となる。

１０１ 高度計測装置（移動体）
１０２ 携帯型気圧センサ
１０３ 参照気圧センサ
１０４ 高度推定手段
１０５ 情報通信手段
１０６ 情報通信手段
１０７ 参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置
１０８ 気圧オフセット取得手段
１０９ 移動体認証手段
１２３ 信号発生源
３０１ 高度計測装置（移動体）
３０２ 携帯型気圧センサ
３０３ 参照気圧センサ
３０４ 高度推定手段
３０５ 情報通信手段
３０６ 情報通信手段
３０７ 参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置
３０８ 気圧オフセット取得手段
３０９ 信号発生源
３１０ 移動体認証手段
３２３ 通信情報手段
４０１ 高度計測装置（移動体）
４０２ 携帯型気圧センサ
４０３ 参照気圧センサ
４０４ 高度推定手段
４０５ 情報通信手段
４０６ 情報通信手段
４０７ 参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置
４０８ 気圧オフセット取得手段
４０９ 移動体認証手段
４１０ 信号発生源
４１１ 動作認識手段

Claims (4)

1. 移動体の周辺の気圧を計測する携帯型気圧センサと、
   前記移動体の外部に設置される参照気圧センサにより計測された気圧と前記参照気圧センサが設置されている位置情報を受信する情報通信手段と、
   信号発信源からの信号を基に前記移動体との近接状態を計測し、前記移動体の外部に設置される参照気圧センサの近接状態に関する情報から、前記移動体が前記参照気圧センサの近辺かつ同一高度に存在することを認証するための移動体認証手段と、
   前記移動体認証手段によって前記移動体が前記参照気圧センサの近辺かつ同一高度に存在することを認証できた場合に、前記携帯型気圧センサからの気圧と前記参照気圧センサからの気圧との気圧オフセットを取得する気圧オフセット取得手段と、
   前記気圧オフセットを用いて前記携帯型気圧センサからの気圧を補正し、補正された前記携帯型気圧センサからの気圧と前記参照気圧センサの位置および前記参照気圧センサからの気圧を用いて、前記移動体の高度を推定するデータ処理を行う高度推定手段と
   を備える
   ことを特徴とする移動体の高度計測装置。
2. 請求項１に記載の移動体の高度計測装置において、更に、
   前記参照気圧センサの位置と、前記参照気圧センサからの気圧と、前記携帯型気圧センサと前記参照気圧センサとの間の気圧オフセットを記録する参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置を備え、
   前記高度推定手段は、
   前記情報通信手段による通信ができないとき、前記参照気圧・位置・気圧オフセット記憶装置に記録された参照気圧・位置・気圧オフセット及び前記携帯型気圧センサからの気圧を用いて移動体の高度を推定するデータ処理を行う
   ことを特徴とする移動体の高度計測装置。
3. 請求項１に記載の移動体の高度計測装置において、更に、
   前記移動体の動作を認識する動作認識手段を備え、
   前記高度推定手段は、
   前記動作認識手段が認識した動作種別が前記移動体の高度変化を生じるような動作である場合には、環境の事前知識から前記動作種別に対応する施設が存在する高度に前記移動体が存在する確率が高く、前記移動体が環境中の水平面上を移動している確率は低いことを示す情報と、前記動作認識手段が認識した動作種別が前記移動体の高度変化を生じないような動作である場合には、環境の事前知識から前記移動体が環境中の水平面上を移動している確率が高く、前記移動体が環境中の前記水平面が存在する高度以外に存在する確率が低いことを示す情報とを前記移動体の高度推定に利用し、移動体の高度を推定するデータ処理を行う
   ことを特徴とする移動体の高度計測装置。
4. 請求項１に記載の移動体の高度計測装置において、
   前記高度推定手段は、
   環境の事前知識からの水平面が存在する離散的高度のみを対象として前記移動体の高度を推定するデータ処理を行う
   ことを特徴とする移動体の高度計測装置。

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