JP6575002B2 - 位置推定装置、位置推定方法、及び位置推定プログラム - Google Patents
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Description
まず、図1を用いて、本発明が適用される場面について説明する。図1は、本実施形態に係る位置推定装置1が用いられる場面の一例を示している。本実施形態では、位置推定の対象となる対象者は、移動端末2を所持して、屋外又は屋内等を移動している。
[ハードウェア構成例]
次に、図5〜図8を用いて、各装置のハードウェア構成を説明する。図5は、本実施形態に係る位置推定装置1のハードウェア構成を例示する。図6は、本実施形態に係る位置推定装置1の保持する基地局情報121のデータ構成を例示する。図7は、本実施形態に係る移動端末2のハードウェア構成を例示する。図8は、本実施形態に係る無線基地局3のハードウェア構成を例示する。
まず、図5及び図6を用いて、位置推定装置1について説明する。図5に例示されるように、位置推定装置1は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、及び、ROM(Read Only Memory)等を含む制御部11、制御部11で実行されるプログラム5、後述する基地局情報121等を記憶する記憶部12、ネットワークを介した通信を行うための通信インタフェース13、マウス、キーボード等の入力を行うための入力装置14、ディスプレイ、スピーカ等の出力を行うための出力装置15、及び記憶媒体6に記憶されたプログラムを読み込むためのドライブ16が電気的に接続されたコンピュータである。ただし、図5では、通信インタフェースは、「通信I/F」と記載されている。
次に、図7を用いて、移動端末2について説明する。図7に例示されるように、移動端末2は、CPU、RAM、ROM等を含む制御部21、制御部21で実行するプログラム等を記憶する記憶部22、自装置の加速度を測定するための加速度センサ23、及び無線通信を行うための通信部24が電気的に接続された装置である。通信部24は、例えば、送信回路、アンテナ等で構成され、ビーコン信号等の無線信号を定期又は不定期に送信する。この通信部24は、専らデータの送信のみに利用されてもよい。
次に、図8を用いて、無線基地局3について説明する。図8に例示されるように、無線基地局3は、CPU、RAM、ROM等を含む制御部31、制御部31で実行するプログラム等を記憶する記憶部32、移動端末2等から受信した信号の受信電力を測定する受信電力測定部33、及び移動端末2からの無線信号を受信するための通信部34が電気的に接続された基地局装置である。
次に、図9を用いて、位置推定装置1の機能構成について説明する。図9は、本実施形態に係る位置推定装置1の機能構成を例示する。本実施形態では、位置推定装置1の制御部11は、記憶部12に記憶されたプログラム5をRAMに展開する。そして、制御部11は、RAMに展開されたプログラム5をCPUにより解釈及び実行して、各構成要素を制御する。これにより、位置推定装置1は、受信電力取得部111、位置推定部112、及びパラメタ更新部113を備えるコンピュータとして機能する。
次に、図10を用いて、位置推定装置1の動作例を説明する。図10は、本実施形態に係る位置推定装置1による移動端末2の位置推定に関する処理手順を例示する。なお、以下で説明する位置推定に関する処理手順は、本発明の「位置推定方法」に相当する。ただし、以下で説明する位置推定に関する処理手順は一例に過ぎず、各ステップの処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。例えば、減衰パラメタ等の更新を行わない場合には、ステップS103及びS104の処理は省略されてもよい。
ステップS101では、制御部11は、受信電力取得部111として機能し、各無線基地局3(BSi)から移動端末2からの無線信号を受信したときにおける受信電力(例えば、受信信号強度)の測定値を取得する。
次のステップS102では、制御部11は、位置推定部112として機能し、各無線基地局3(BSi)の基地局情報121を参照して、各無線基地局3(BSi)の各距離エリアAk(θj)に設定された減衰パラメタの設定値(αk(BSi,θj)、nk(BSi,θj))それぞれを用いて算出可能な、無線信号の送信電力に対する各無線基地局3(BSi)における受信電力の示す減衰傾向が、各無線基地局3(BSi)から取得した受信電力の測定値PRXme(BSi)それぞれに表れる減衰傾向に適合する位置を地図上で探索することで、移動端末2の位置を推定する。
まず、図11を用いて、位置推定を行う際の移動端末2の位置表現について説明する。図11は、本実施形態に係る位置推定装置1における、移動端末2の位置を推定する際の地図の取扱いを模式的に例示する。
次に、上記位置表現を利用した上で、移動端末2が交点71に存在することの確からしさを尤度に基づいて算出し、移動端末2の位置を推定する方法について説明する。
次に、移動端末2が交点71に存在することの確からしさを最小二乗法に基づいて算出し、移動端末2の位置を推定する方法について説明する。
以上のように、制御部11は、尤度又は最小二乗法に基づいて、無線信号の減衰傾向を特定し、移動端末2の位置を推定することができる。ただし、移動端末2の位置を推定する方法は、上記のような方法に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。また、上記各計算式は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。上記のような移動端末2の位置を推定する処理が完了すると、制御部11は、次のステップS103に処理を進める。
図10に戻り、次のステップS103では、制御部11は、上記ステップS102による移動端末2の位置の推定を所定回数以上実施したか否かを判定する。移動端末2の位置推定を所定回数以上実施していない場合には、制御部11は、ステップS101に処理を戻し、移動端末2の位置推定を繰り返す。一方、移動端末2の位置推定を所定回数以上実施している場合には、制御部11は、次のステップS104に処理を進める。
次のステップS104では、制御部11は、パラメタ更新部113として機能し、上記ステップS102で位置推定を行った結果を用いて、各無線基地局3(BSi)の方位エリアθj毎に減衰パラメタの設定値(αk(BSi,θj)、nk(BSi,θj))及び各ブレークポイントの位置(dth,k(BSi,θj))を更新する。
まず、図12を用いて、減衰パラメタの設定値(αk(BSi,θj)、nk(BSi,θj))の更新について説明する。図12は、距離をx座標とし、受信電力をy座標とした両対数グラフに、ある無線基地局3(BSi)の方位エリアθjについて、上記ステップS102で推定した移動端末2の位置までの推定距離dとその位置推定の際に測定された受信電力PRXとの組をプロットした結果を模式的に例示したものである。
次に、各ブレークポイントの位置(dth,k(BSi,θj))の更新について説明する。図12に例示されるように、所定のパラメタフィッティングを実施すると、グラフ中に1又は複数の変曲点が現れる場合がある。図3でも例示されるように、この変曲点の位置は、各方位エリアθjにおける無線信号の減衰の仕方が変化する位置、すなわち、ブレークポイントの位置、に相当する。そこで、制御部11は、各無線基地局3(BSi)の方位エリアθjにおいて、減衰パラメタの計算値を算出した際に得られた上記変曲点の位置に基づいて、各ブレークポイントの位置(dth,k(BSi,θj))を更新する。
以上のように、本実施形態に係る位置推定装置1では、各無線基地局3(BSi)について各方位に分けて各距離エリアAk(θj)が設定される。加えて、各無線基地局3までの距離dと無線信号の減衰量との関係を規定する減衰パラメタ(αk(BSi,θj)、nk(BSi,θj))が、距離エリアAk(θj)毎に設定される。そして、本実施形態に係る位置推定装置1は、この距離エリアAk(θj)毎に設定された減衰パラメタ(αk(BSi,θj)、nk(BSi,θj))を用いて、上記ステップS102により移動端末2の位置を推定する。
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。上記各計算式、計算順序等は、例示に過ぎず、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。
例えば、上記移動端末2は、対象者によって所持される。そのため、移動端末2から発信される無線信号は、少なくとも一部の方向については、対象者の人体によって遮蔽される。そこで、上記ステップS102では、制御部11は、移動端末2について、当該移動端末2から送信される無線信号が人体により遮蔽される角度範囲を仮定し、当該仮定した角度範囲に含まれる方向に存在する無線基地局3についての、上記減衰パラメタを用いた無線信号の減衰に関する演算(例えば、上記数4及び数9の演算)には、人体遮蔽による減衰の度合いを示す所定の減衰量を更に適用して、移動端末2の位置を推定してもよい。これによって、人体遮蔽の有無を考慮し、上記ステップS102における位置推定の精度を高めることができる。
また、上記実施形態では、上記ステップS101における、各無線基地局3(BSi)における受信電力の測定値PRXme(BSi)として、一時の値(瞬時値)及び短時間の平均値を例示した。しかしながら、測定値PRXme(BSi)は、このような例に限定されなくてもよく、短時間の観測区間の最大値又は中央値であってもよい。更に、制御部11は、各無線基地局3(BSi)で測定される受信電力の値の変動が所定の値よりも大きい場合には、上記各値のうち観測区間の中央値を測定値PRXme(BSi)に採用してもよい。これによって、観測される異常値を効率的に排除することができる。なお、異常値とは、一時的に受信電力が落ち込んでしまった状態における測定値のことである。観測区間の中央値は、平均値に比べて、このような異常値の影響を受けにくいという性質を有する。そのため、上記のような場合には、観測区間の中央値を測定値PRXme(BSi)に採用してもよい。
また、上記実施形態では、移動端末2は、加速度センサ23を備えている。そのため、当該加速度センサ23の測定結果に基づいて、移動端末2の活動量を推定することができる。例えば、加速度の変動成分の絶対値の平均値(重力加速度を除いた加速度のノルムの平均値)は、歩行速度(移動速度)にほぼ比例することが一般的に知られている。そこで、移動端末2の制御部21は、この加速度センサ23の測定結果に基づいて、無線信号を送信する頻度を調節してもよい。
11…制御部、12…記憶部、13…通信インタフェース、
14…入力装置、15…出力装置、16…ドライブ、
111…受信電力取得部、112…位置推定部、
113…パラメタ更新部、121…基地局情報、
2…移動端末、
21…制御部、22…記憶部、
23…加速度センサ、24…通信部、
3…無線基地局、
31…制御部、32…記憶部、
33…受信信号強度測定部、34…通信部、
5…プログラム、6…記憶媒体、
7…地図、71…交点、
81〜84…建物
Claims (10)
- 移動端末が送信した無線信号を複数の無線基地局それぞれで受信したときの受信電力に基づいて、当該移動端末の位置を推定する位置推定装置であって、
前記各無線基地局を中心として周方向に分割された複数の方位エリアそれぞれを、半径方向の1又は複数の距離エリアに分割するための1又は複数のブレークポイントそれぞれの位置を、前記各無線基地局の前記方位エリア毎に保持し、かつ、前記無線信号の減衰の度合いを規定し、前記各無線基地局までの距離及び前記無線信号の送信電力に応じて、前記各無線基地局における前記無線信号の受信電力を算出するための減衰パラメタの設定値を、前記各無線基地局における前記各方位エリアの前記距離エリア毎に保持する記憶部と、
前記各無線基地局から、前記移動端末からの前記無線信号を受信したときにおける受信電力の測定値を取得する受信電力取得部と、
前記各無線基地局の前記各距離エリアに設定された前記減衰パラメタの設定値それぞれを用いて算出可能な、前記無線信号の送信電力に対する前記各無線基地局における受信電力の示す減衰傾向が、前記各無線基地局から取得した前記受信電力の測定値それぞれに表れる減衰傾向に適合する位置を地図上で探索することで、前記移動端末の位置を推定する位置推定部と、
を備える、
位置推定装置。 - 前記無線基地局の方位エリア毎に前記減衰パラメタの設定値を更新するパラメタ更新部を更に備え、
前記パラメタ更新部は、
前記位置推定部が前記移動端末の位置を所定回数以上推定した後に、所定のパラメタフィッティング方法によって、前記各無線基地局から前記推定の各回において推定した前記移動端末の位置までの距離と当該推定に利用した前記受信電力の測定値とに適合する前記減衰パラメタの計算値を前記各無線基地局の方位エリア毎に算出し、
前記各無線基地局の方位エリア毎に算出した減衰パラメタの計算値によって、当該各方位エリア内の対応する各距離エリアに対して保持された前記減衰パラメタの設定値を更新する、
請求項1に記載の位置推定装置。 - 前記パラメタ更新部は、前記減衰パラメタについて、算出した計算値と前記記憶部に保持された設定値とを所定の割合で加算し、前記記憶部に保持された設定値を当該加算により得られた値に置き換えることで、前記減衰パラメタの設定値を更新する、
請求項2に記載の位置推定装置。 - 前記パラメタ更新部は、前記各無線基地局の前記各方位エリアにおいて、前記減衰パラメタの計算値を算出した際に得られた変曲点の位置に基づいて、前記1又は複数のブレークポイントそれぞれの位置を更新する、
請求項2又は3に記載の位置推定装置。 - 前記位置推定部は、
前記地図を網目状に区切ることにより得られた前記地図上の複数の交点について、当該各交点が属する前記距離エリアを前記無線基地局毎に特定し、
前記地図上の複数の交点のうちから、前記無線基地局毎に特定した前記各交点の属する距離エリアに設定された前記減衰パラメタの設定値それぞれを用いて算出可能な、前記無線信号の送信電力に対する前記各無線基地局における受信電力の示す減衰傾向が、前記各無線基地局から取得した前記受信電力の測定値それぞれに表れる減衰傾向に最も適合する交点を特定し、
当該特定した交点の位置を前記移動端末の位置として推定する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の位置推定装置。 - 前記位置推定部は、
前記減衰パラメタの設定値それぞれを用いて算出可能な前記各無線基地局における受信電力の示す減衰傾向が前記受信電力の測定値それぞれに表れる減衰傾向に最も適合する交点を特定する計算として、
前記無線信号の送信電力の値、前記各無線基地局と前記各交点との間の距離、及び前記無線基地局毎に特定した前記各交点の属する距離エリアに設定された前記減衰パラメタの設定値それぞれを用いて、前記各交点に前記移動端末が存在すると仮定した場合の前記各無線基地局における前記受信電力の計算値をそれぞれ算出し、
算出した前記各無線基地局における前記受信電力の計算値それぞれと前記各無線基地局から取得した前記受信電力の測定値それぞれとに基づいて、当該各交点に前記移動端末が存在することの確からしさを示す前記各交点の尤度を算出し、
前記複数の交点のうちから最も尤度の高い交点を特定し、
当該特定した交点の位置を前記移動端末の位置として推定する、
請求項5に記載の位置推定装置。 - 前記位置推定部は、
前記減衰パラメタの設定値それぞれを用いて算出可能な前記各無線基地局における受信電力の示す減衰傾向が前記受信電力の測定値それぞれに表れる減衰傾向に最も適合する交点を特定する計算として、
前記各無線基地局と前記各交点との間の第1距離をそれぞれ算出し、
前記無線信号の送信電力の値、前記無線基地局毎に特定した前記各交点の属する距離エリアに設定された前記減衰パラメタの設定値、及び前記各無線基地局から取得した前記受信電力の測定値それぞれを用いて、前記各交点の属する前記距離エリアに前記移動端末が存在すると仮定した場合の前記各無線基地局と前記移動端末との間の第2距離をそれぞれ算出し、
前記各無線基地局に対して算出される前記第1距離それぞれと前記第2距離それぞれとの差分の総和を前記交点毎に算出し、
前記複数の交点のうち、前記算出された第1距離と第2距離との差分の総和が最も小さい交点を特定し、
当該特定した交点の位置を前記移動端末の位置として推定する、
請求項5に記載の位置推定装置。 - 前記位置推定部は、前記移動端末について、当該移動端末から送信される無線信号が人体により遮蔽される角度範囲を仮定し、当該仮定した角度範囲に含まれる方向に存在する無線基地局についての、前記減衰パラメタを用いた無線信号の減衰に関する演算には、人体遮蔽による減衰の度合いを示す所定の減衰量を更に適用して、前記移動端末の位置を推定する、
請求項1から7のいずれか1項に記載の位置推定装置。 - 移動端末が送信した無線信号を複数の無線基地局それぞれで受信したときの受信電力に基づいて、当該移動端末の位置を推定する位置推定方法であって、
前記各無線基地局を中心として周方向に分割された複数の方位エリアそれぞれを、半径方向の1又は複数の距離エリアに分割するための1又は複数のブレークポイントそれぞれの位置を、前記各無線基地局の前記方位エリア毎に保持し、かつ、前記無線信号の減衰の度合いを規定し、前記各無線基地局までの距離及び前記無線信号の送信電力に応じて、前記各無線基地局における前記無線信号の受信電力を算出するための減衰パラメタの設定値を、前記各無線基地局における前記各方位エリアの前記距離エリア毎に保持する記憶部を備えたコンピュータが、
前記各無線基地局から、前記移動端末からの前記無線信号を受信したときにおける受信電力の測定値を取得するステップと、
前記各無線基地局の前記各距離エリアに設定された前記減衰パラメタの設定値それぞれを用いて算出可能な、前記無線信号の送信電力に対する前記各無線基地局における受信電力の示す減衰傾向が、前記各無線基地局から取得した前記受信電力の測定値それぞれに表れる減衰傾向に適合する位置を地図上で探索することで、前記移動端末の位置を推定するステップと、
を実行する位置推定方法。 - 移動端末が送信した無線信号を複数の無線基地局それぞれで受信したときの受信電力に基づいて、当該移動端末の位置を推定するための位置推定プログラムであって、
前記各無線基地局を中心として周方向に分割された複数の方位エリアそれぞれを、半径方向の1又は複数の距離エリアに分割するための1又は複数のブレークポイントそれぞれの位置を、前記各無線基地局の前記方位エリア毎に保持し、かつ、前記無線信号の減衰の度合いを規定し、前記各無線基地局までの距離及び前記無線信号の送信電力に応じて、前記各無線基地局における前記無線信号の受信電力を算出するための減衰パラメタの設定値を、前記各無線基地局における前記各方位エリアの前記距離エリア毎に保持する記憶部を備えたコンピュータに、
前記各無線基地局から、前記移動端末からの前記無線信号を受信したときにおける受信電力の測定値を取得するステップと、
前記各無線基地局の前記各距離エリアに設定された前記減衰パラメタの設定値それぞれを用いて算出可能な、前記無線信号の送信電力に対する前記各無線基地局における受信電力の示す減衰傾向が、前記各無線基地局から取得した前記受信電力の測定値それぞれに表れる減衰傾向に適合する位置を地図上で探索することで、前記移動端末の位置を推定するステップと、
を実行させるための位置推定プログラム。
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