JP6573313B2 - 気圧値を用いて高度及び誤差を推定する高度推定装置、プログラム及び方法 - Google Patents
気圧値を用いて高度及び誤差を推定する高度推定装置、プログラム及び方法 Download PDFInfo
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Description
「複数基地局測位方式」 :複数の隣接基地局からの通信電波によって測位する
「ハイブリッド測位方式」:GPS測位方式+複数基地局測位方式
「セルベース測位方式」 :接続先基地局の位置を、当該移動端末の現在位置とする
屋内で測位可能なこれら測位方式によれば、緯度及び経度を推定すると共に、その推定位置に対する誤差を算出することもできる。
複数の気圧値の中の目標気圧値から、高度を推定する高度推定手段と、
複数の各気圧値と、該複数の気圧値から算出されるモデル気圧値との差に基づく気圧散布度を算出する気圧散布度算出手段と、
位置情報を中心として、測位誤差半径に含まれる複数の標高値を取得する標高値取得手段と、
複数の各標高値と、該複数の標高値から算出されるモデル標高値との差に基づく標高散布度を算出する標高散布度算出手段と、
高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と、当該目標気圧値に気圧散布度が起因した散布高度との差から、高度散布度を算出し、当該高度散布度及び標高散布度に基づいて高度誤差を推定する高度誤差推定手段と
を有することを特徴とする。
気圧散布度算出手段について、気圧散布度は、各気圧値とモデル気圧値との差の二乗平均平方根であることも好ましい。
気圧散布度算出手段について、モデル気圧値は、複数の気圧値に対する平均値、又は、単回帰分析に基づく推定値であることも好ましい。
高度誤差推定手段における散布高度は、目標気圧値に気圧散布度を加算又は減算した値に基づくものであることも好ましい。
高度誤差推定手段は、
HRMS:高度散布度(m)
PRMS:気圧散布度(hPa)
Pb:基準気圧値(地上面の気圧値)
P:目標気圧値(高度推定すべき気圧値、例えば時系列最後の気圧値)
(Pb/P)(1/5.257)×(Temp+273.15))/0.0065
:高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度
(Pb/(P−PRMS))(1/5.257)×(Temp+273.15))/0.0065
:目標気圧値に気圧散布度が起因した散布高度
Temp:気温
HRMS=((Pb/(P−PRMS))(1/5.257)−(Pb/P)(1/5.257))
×(Temp+273.15))/0.0065
であり、高度散布度を高度誤差と推定することも好ましい。
高度誤差推定手段は、高度散布度HRMSに対して、HRMSの実数倍を、高度誤差とすることも好ましい。
標高散布度算出手段について、標高散布度は、各標高値とモデル標高値との差の二乗平均平方根であることも好ましい。
高度誤差推定手段は、高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と当該目標気圧値に気圧散布度が起因した散布高度との差である高度散布度と、標高散布度とにおける二乗和の平方根を累積高度散布度とし、その累積高度散布度に基づいて高度誤差を推定することも好ましい。
標高散布度算出手段について、モデル標高値は、複数の標高値に対する平均値であることも好ましい。
2次元又は3次元の地図データベースと、
地図データベースの地図上に、位置情報及び測位誤差半径と、高度誤差とを表現した地図を生成する地図アプリケーション手段と
を更に有することも好ましい。
地図アプリケーション手段は、地図データベースを用いて、位置情報及び測位誤差半径に基づく範囲に含まれる建物の中で、推定された高度及び高度誤差に適合する1つ以上の建物を検索し、その建物に位置情報をフォーカスすることも好ましい。
複数の気圧値の中の目標気圧値から、高度を推定する高度推定手段と、
複数の各気圧値と、該複数の気圧値から算出されるモデル気圧値との差に基づく気圧散布度を算出する気圧散布度算出手段と、
位置情報を中心として、測位誤差半径に含まれる複数の標高値を取得する標高値取得手段と、
複数の各標高値と、該複数の標高値から算出されるモデル標高値との差に基づく標高散布度を算出する標高散布度算出手段と、
高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と、当該目標気圧値に気圧散布度が起因した散布高度との差から、高度散布度を算出し、当該高度散布度及び標高散布度に基づいて高度誤差を推定する高度誤差推定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
装置は、
複数の気圧値の中の目標気圧値から、高度を推定し、
複数の各気圧値と、該複数の気圧値から算出されるモデル気圧値との差に基づく気圧散布度を算出し、
位置情報を中心として、測位誤差半径に含まれる複数の標高値を取得すると共に、複数の各標高値と、該複数の標高値から算出されるモデル標高値との差に基づく標高散布度を算出し、
高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と、当該目標気圧値に気圧散布度が起因した散布高度との差から、高度散布度を算出し、当該高度散布度及び標高散布度に基づいて高度誤差を推定する
ように実行することを特徴とする。
図4は、携帯端末として構成された本発明の高度推定機能の構成図である。
気圧値取得部11は、気圧値の受信、又は、気圧センサの計測によって、複数の気圧値を取得する。例えば所定時間内(例えば5秒間)に所定個数(例えば5個)の気圧値を、時系列順に取得する。ここでは、以下の3つのパターンで、複数の気圧値が取得されたとする。
(第1の気圧値列・静止)携帯端末を所持するユーザが静止している場合
1023.528 hPa
1023.129 hPa
1023.277 hPa
1023.075 hPa
1023.586 hPa
(第2の気圧値列・静止)携帯端末を所持するユーザが静止している場合
1023.592 hPa
1023.642 hPa
1023.632 hPa
1023.665 hPa
1023.586 hPa
(第3の気圧値列・移動)携帯端末を所持するユーザが、エレベータで下降している場合
1023.031 hPa
1023.207 hPa
1023.637 hPa
1024.034 hPa
1024.085 hPa
これら気圧値は、高度推定部13及び気圧散布度算出部14へ出力される。
(分割取得型)取得した気圧値をn個(例えば5個)ずつに分割する。
[P1,P2,P3,P4,P5]
[P6,P7,P8,P9,P10]
[P11,P12,P13,P14,P15]
・・・・・
(スライド取得型)取得した気圧値をn個(例えば5個)ずつスライドさせる。
[P1,P2,P3,P4,P5]
[P2,P3,P4,P5,P6]
[P3,P4,P5,P6,P7]
・・・・・
位置情報取得部12は、位置情報(緯度・経度)の受信、又は、測位部の計測によって、位置情報を取得する。位置情報は、GPSによって取得されるものであってもよいし、基地局測位に基づくものであってもよい。また、位置情報は、気圧値取得部11の気圧値に対応付けて取得されるものである。これら位置情報は、地図アプリケーション部16及び標高値取得部17へ出力される。
気圧値に基づく高度(地上高)は、例えば以下の式によって算出される。
h:地上高(m:メートル)
Pb:基準気圧値(地上面の気圧値)
P:目標気圧値
Temp:気温
h=(((Pb/P)(1/5.257)−1)×(Temp+273.15))/0.0065
(第1の気圧値列・静止)
目標気圧値P :1023.586 hPa
基準気圧値Pb:1025.019 hPa
気温:20.0度
地上高h=((1025.019/1023.586)(1/5.257)−1)×(20.0+273.15))/0.0065
=12.00368m
ここでの地上高は12mと推定される。本発明によれば、この地上高に対する高度誤差を推定することができる。
気圧散布度算出部14は、複数の各気圧値と、該複数の気圧値から算出されるモデル気圧値との差に基づく「気圧散布度」を算出する。その気圧散布度は、高度誤差推定部15へ出力される。
(第1の気圧値列・静止)
前述の第1の気圧値列について、平均値及び気圧散布度PRMSは、以下のようになる。
平均値=(1023.528+1023.129+1023.277+1023.075+1023.586)/5
=1023.319 hPa
PRMS =Sqrt(((1023.528−1023.319)2+(1023.129−1023.319)2+
(1023.277−1023.319)2+(1023.075−1023.319)2+
(1023.586−1023.319)2))/5)
=0.2060922 hPa
(第2の気圧値列・静止)
前述の第2の気圧値列について、平均値及び気圧散布度PRMSは、以下のようになる。
平均値=(1023.592+1023.642+1023.632+1023.665+1023.586)/5
=1023.623 hPa
PRMS =Sqrt(((1023.592−1023.623)2+(1023.642−1023.623)2+
(1023.632−1023.623)2+(1023.665−1023.623)2+
(1023.586−1023.623)2))/5)
=0.03011710 hPa
(第3の気圧値列・移動・平均値)
前述の第3の気圧値列について、平均値及び気圧散布度PRMSは、以下のようになる。
平均値=(1023.031+1023.207+1023.637+1024.034+1024.085)/5
=1023.599hPa
PRMS =Sqrt(((1023.031−1023.599)2+(1023.207−1023.599)2+
(1023.637−1023.599)2+(1024.034−1023.599)2+
(1024.085−1023.599)2))/5)
=0.4248664hPa
前述の気圧値列によれば、移動中となる第3の気圧値列の気圧散布度が最も大きいことが理解できる。
(第3の気圧値列・移動・単回帰分析推定値)
前述した第3の気圧値列に対して、単回帰分析として最小二乗法を用いて、以下のような単回帰式を算出する。
単回帰式:観測気圧値=0.293436 *Index+1022.71918267
Index:取得した気圧の時系列の順番
(1023.031hPaが1番目、1024.085hPaが5番目とする)
この回帰式で得られるモデル気圧値(モデル)と複数の各気圧値との差(残差)の気圧散布度PRMSを算出する。
PRMS =Sqrt(((1023.012−1023.031)2+(1023.306−1023.207)2+
(1023.599−1023.637) 2+(1023.892−1024.034)2+
(1024.186−1024.085)2)/5)
=0.091116004hPa
高度誤差推定部15は、高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と、当該目標気圧値に気圧散布度が起因した散布高度との差から「高度散布度」を算出し、当該高度散布度を「高度誤差」と推定する。算出された高度誤差は、地図アプリケーション部16へ出力される。
HRMS:高度散布度(m)
PRMS:気圧散布度(hPa)
Pb:基準気圧値(地上面の気圧値)
P:目標気圧値(高度推定すべき気圧値、例えば時系列最後の気圧値)
(Pb/P)(1/5.257)×(Temp+273.15))/0.0065
:高度推定すべき目標気圧値に基づく「目標高度」
(Pb/(P−PRMS))(1/5.257)×(Temp+273.15))/0.0065
:目標気圧値に気圧散布度が起因した「散布高度」
Temp:気温
HRMS=((Pb/(P−PRMS))(1/5.257)−(Pb/P)(1/5.257))
×(Temp+273.15))/0.0065
尚、前述の式によれば、「散布高度」は、(P−PRMS)によって、目標気圧値に気圧散布度を減算した値に基づくものであるが、勿論、加算した値に基づくものであってもよい。
(第1の気圧値列・静止・平均値)
HRMS=((1025.019/(1023.586-0.2060922))(1/5.257)−
(1025.019/1023.586)(1/5.257))×(20+273.15))/0.0065
=1.73m
(第2の気圧値列・静止・平均値)
HRMS=0.25m
(第3の気圧値列・移動・平均値)
HRMS=3.6m
(第3の気圧値列・移動・単回帰分析)
HRMS=0.76m
例えば、2HRMSの場合、高度誤差は、以下のように推定される。
(第1の気圧値列・静止・平均値)
高度誤差=2×HRMS=2×1.73m=3.46m
(第2の気圧値列・静止・平均値)
高度誤差=2×HRMS=2×0.25m=0.50m
(第3の気圧値列・移動・単回帰分析)
高度誤差=2×HRMS=2×0.76m=1.52m
地図アプリケーション部16は、気圧値の計測時に測位部によって計測された位置情報及び測位誤差半径を、当該気圧値に対応付けて記憶する。地図アプリケーション部16は、2次元又は3次元の地図データベース10を用いて、地図上に位置情報及び測位誤差半径を表示する。本発明によれば更に、地図上に高度誤差を表現することができる。勿論、地図アプリケーション部16を必須とすることなく、推定した高度及び高度誤差を紐付けて記録し、外部サーバへ送信するものであってもよい。
前述の実施形態によれば、気圧センサによって計測された気圧値のみの変動に基づいて、高度誤差が推定される。そのために、気圧変化が不安定であるほど、その推定誤差も大きくなる。一方で、地上高の推定誤差は、水平方向の測位誤差の影響も受ける。具体的には、前述した地上高hを算出する式によれば、最後に計測された気圧値に対応する位置に基づく、基準気圧値(地上面における気圧値)を用いている。しかしながら、測位誤差(2DRMS等)の範囲における標高差が大きい場合(即ち基準気圧値の場所による差が大きい場合)、地上高の推定誤差も大きくなり、結果的に高度誤差も不安定となる。
標高値取得部17は、位置情報を中心として、測位誤差半径に含まれる複数の標高値を取得する。標高データベースのような外部データベースは、例えば5m×5mメッシュ毎に標高値を蓄積しているとする。これに対し、標高値取得部17は、位置情報とその測位誤差によって導出された範囲に含まれる1つ以上のメッシュについて、各標高値を取得する。
3.00m、2.80m、2.80m、2.80m、3.08m、3.08m、3.08m、3.08m、3.74m、
3.74m、3.74m、3.74m、3.04m、3.98m、2.72m、2.67m、2.74m、2.81m、
2.86m、2.91m、2.83m、3.00m、3.10m、3.12m、2.80m
標高散布度算出部18は、複数の各標高値と、それら複数の標高値から算出されるモデル標高値との差に基づく標高散布度を算出する。「標高散布度」とは、各標高値とモデル標高値との差の二乗平均平方根ARMSである。また、「モデル標高値」とは、複数の標高値に対する平均値である。標高散布度の算出方法は、前述した気圧散布度の算出方法(モデル気圧値が平均値の場合)と全く同じである。前述の標高値列によれば、標高散布度ARMS=0.375mとなる。
CRMS=Sqrt(HRMS2+ARMS2)
HRMS=1.73m、ARMS=0.75mである場合、CRMS=1.89mとなる。
高度誤差推定部15は、累積高度散布度CRMSを、高度推定の気圧値に対する高度誤差と推定する。
図6は、推定された地上高及び高度誤差から測位された位置情報を補正する第1の説明図である。
10 地図データベース
11 気圧値取得部
12 位置情報取得部
13 高度推定部
14 気圧散布度算出部
15 高度誤差推定部
16 地図アプリケーション部
17 標高値取得部
18 標高散布度算出部
2 携帯端末
Claims (13)
- 気圧センサによって計測された各気圧値に、当該気圧値の計測時に測位部によって計測された位置情報及び測位誤差半径を対応付けて記憶し、高度及び誤差を推定する高度推定装置であって、
複数の気圧値の中の目標気圧値から、高度を推定する高度推定手段と、
複数の各気圧値と、該複数の気圧値から算出されるモデル気圧値との差に基づく気圧散布度を算出する気圧散布度算出手段と、
前記位置情報を中心として、前記測位誤差半径に含まれる複数の標高値を取得する標高値取得手段と、
複数の各標高値と、該複数の標高値から算出されるモデル標高値との差に基づく標高散布度を算出する標高散布度算出手段と、
高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と、当該目標気圧値に前記気圧散布度が起因した散布高度との差から、高度散布度を算出し、当該高度散布度及び前記標高散布度に基づいて高度誤差を推定する高度誤差推定手段と
を有することを特徴とする高度推定装置。 - 前記気圧散布度算出手段について、前記気圧散布度は、各気圧値と前記モデル気圧値との差の二乗平均平方根である
ことを特徴とする請求項1に記載の高度推定装置。 - 前記気圧散布度算出手段について、前記モデル気圧値は、前記複数の気圧値に対する平均値、又は、単回帰分析に基づく推定値である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の高度推定装置。 - 前記高度誤差推定手段における前記散布高度は、前記目標気圧値に前記気圧散布度を加算又は減算した値に基づくものである
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の高度推定装置。 - 前記高度誤差推定手段は、
HRMS:高度散布度(m)
PRMS:気圧散布度(hPa)
Pb:基準気圧値(地上面の気圧値)
P:目標気圧値(高度推定すべき気圧値、例えば時系列最後の気圧値)
(Pb/P)(1/5.257)×(Temp+273.15))/0.0065
:高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度
(Pb/(P−PRMS))(1/5.257)×(Temp+273.15))/0.0065
:目標気圧値に気圧散布度が起因した散布高度
Temp:気温
HRMS=((Pb/(P−PRMS))(1/5.257)−(Pb/P)(1/5.257))
×(Temp+273.15))/0.0065
であり、前記高度散布度を前記高度誤差と推定する
ことを特徴とする請求項4に記載の高度推定装置。 - 前記高度誤差推定手段は、前記高度散布度HRMSに対して、HRMSの実数倍を、高度誤差とする
ことを特徴とする請求項5に記載の高度推定装置。 - 前記標高散布度算出手段について、前記標高散布度は、各標高値と前記モデル標高値との差の二乗平均平方根である
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の高度推定装置。 - 前記高度誤差推定手段は、高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と当該目標気圧値に前記気圧散布度が起因した散布高度との差と、前記標高散布度とにおける二乗和の平方根を累積高度散布度とし、該累積高度散布度に基づいて高度誤差を推定する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の高度推定装置。 - 前記標高散布度算出手段について、前記モデル標高値は、前記複数の標高値に対する平均値である
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の高度推定装置。 - 2次元又は3次元の地図データベースと、
前記地図データベースの地図上に、前記位置情報及び前記測位誤差半径と、前記高度誤差とを表現した地図を生成する地図アプリケーション手段と
を更に有することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の高度推定装置。 - 前記地図アプリケーション手段は、前記地図データベースを用いて、前記位置情報及び前記測位誤差半径に基づく範囲に含まれる建物の中で、推定された前記高度及び高度誤差に適合する1つ以上の建物を検索し、その建物に位置情報をフォーカスする
ことを特徴とする請求項10に記載の高度推定装置。 - 気圧センサによって計測された各気圧値に、当該気圧値の計測時に測位部によって計測された位置情報及び測位誤差半径を対応付けて記憶し、高度及び誤差を推定する高度推定装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、
複数の気圧値の中の目標気圧値から、高度を推定する高度推定手段と、
複数の各気圧値と、該複数の気圧値から算出されるモデル気圧値との差に基づく気圧散布度を算出する気圧散布度算出手段と、
前記位置情報を中心として、前記測位誤差半径に含まれる複数の標高値を取得する標高値取得手段と、
複数の各標高値と、該複数の標高値から算出されるモデル標高値との差に基づく標高散布度を算出する標高散布度算出手段と、
高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と、当該目標気圧値に前記気圧散布度が起因した散布高度との差から、高度散布度を算出し、当該高度散布度及び前記標高散布度に基づいて高度誤差を推定する高度誤差推定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。 - 気圧センサによって計測された各気圧値に、当該気圧値の計測時に測位部によって計測された位置情報及び測位誤差半径を対応付けて記憶し、高度及び誤差を推定する装置の高度推定方法であって、
前記装置は、
複数の気圧値の中の目標気圧値から、高度を推定し、
複数の各気圧値と、該複数の気圧値から算出されるモデル気圧値との差に基づく気圧散布度を算出し、
前記位置情報を中心として、前記測位誤差半径に含まれる複数の標高値を取得すると共に、複数の各標高値と、該複数の標高値から算出されるモデル標高値との差に基づく標高散布度を算出し、
高度推定すべき目標気圧値に基づく目標高度と、当該目標気圧値に前記気圧散布度が起因した散布高度との差から、高度散布度を算出し、当該高度散布度及び前記標高散布度に基づいて高度誤差を推定する
ように実行することを特徴とする装置の高度推定方法。
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