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技術 位置推定システム及び移動局

出願人 村田機械株式会社
発明者 傳田遊亀
出願日 2014年9月16日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2014-187755
公開日 2016年4月25日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2016-061591
状態 特許登録済
技術分野 無線による位置決定 ビーコン方式 移動無線通信システム
主要キーワード 頻度分布作成 電波強度計 電波強度分布 事前分布 位置推定精度 混合正規分布 パラメータ計算 位置推定システム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年4月25日)のものです。
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図面 (11)

課題

観測データ収集及びラジオマップ適応化を効率よく行うことができる位置推定システム及び移動局を提供する。

解決手段

複数の位置の各々における電波強度の特徴を示すラジオマップを記憶する記憶部11と、移動局30と固定局20との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値をラジオマップと照合することによって、移動局30の位置を推定する位置推定部13と、位置推定部13により推定された移動局30の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける受付部33と、移動局30の位置が正しいことを示す操作を受付部33が受け付けた場合に、電波強度の計測値に基づいて、ラジオマップを更新する処理である適応化を行う適応化部16とを備える。

概要

背景

従来から、移動局の位置を推定するために、固定局と移動局との間で送受信される信号の電波強度を利用する位置推定法が知られている。これは、ラジオマップ事前に位置毎の電波強度を計測することにより取得された電波強度特徴量)を作成しておき、位置を推定したい移動局と固定局との間の電波強度とラジオマップとのマッチングにより、移動局の位置を推定する方法である。この方法を用いて、例えば、病院又は倉庫等における物品所在を確認することができる。

しかし、移動局と固定局との間の電波強度は、環境変動(例えば、温度、湿度の変化又は空間内の大きな物体移設撤去等)により大きく変動してしまう。そうすると、位置推定の際に計測した電波強度と、事前に作成したラジオマップとの乖離が大きくなってしまい、移動局の位置を誤推定してしまうことがある。

そこで、計測した電波強度とラジオマップとの乖離を抑制するために、計測した電波強度を観測データとして定期的に収集することでラジオマップの適応化を行う(つまり、ラジオマップを最新電波環境に近づけるために更新する)技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる位置推定システム及び移動局を提供する。複数の位置の各々における電波強度の特徴を示すラジオマップを記憶する記憶部11と、移動局30と固定局20との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値をラジオマップと照合することによって、移動局30の位置を推定する位置推定部13と、位置推定部13により推定された移動局30の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける受付部33と、移動局30の位置が正しいことを示す操作を受付部33が受け付けた場合に、電波強度の計測値に基づいて、ラジオマップを更新する処理である適応化を行う適応化部16とを備える。

目的

本発明は、上記問題を解決するためのものであり、観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる位置推定システム及び移動局を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも1つの固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定システムであって、複数の位置の各々における電波強度の特徴を示すラジオマップを記憶する記憶部と、位置を推定される前記移動局を指定する指定部と、前記指定部により指定された前記移動局と前記固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値を前記ラジオマップと照合することによって、前記移動局の位置を推定する位置推定部と、前記位置推定部により推定された前記移動局の位置を通知する通知部と、前記位置推定部により推定された前記移動局の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける受付部と、前記移動局の位置が正しいことを示す操作を前記受付部が受け付けた場合に、前記電波強度の計測値に基づいて、前記ラジオマップを更新する処理である適応化を行う適応化部とを備える位置推定システム。

請求項2

さらに、前記移動局の存在を報知する報知部を備え、前記受付部は、前記報知部により存在を報知された前記移動局の正しい位置を入力する操作をさらに受け付け、前記適応化部は、前記移動局の位置が正しくないことを示す操作を前記受付部が受け付けた場合に、前記受付部がさらに受け付けた前記移動局の正しい位置と、前記電波強度の計測値とに基づいて、前記正しい位置のラジオマップの適応化を行う請求項1に記載の位置推定システム。

請求項3

前記適応化部は、前記電波強度の計測値と前記ラジオマップとの乖離の大きさが所定の大きさより大きければ、前記ラジオマップの適応化を行わない請求項1又は2に記載の位置推定システム。

請求項4

前記受付部は、前記位置推定部により推定された前記移動局の位置が正しいか否かを示す操作を受け付けるときに、認証を要求する請求項1〜3のいずれか1項に記載の位置推定システム。

請求項5

少なくとも1つの固定局に対する位置を推定される移動局であって、前記固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値を送信する通信部と、推定された前記移動局の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける受付部とを備え、前記通信部は、推定された前記移動局の位置が正しいことを示す操作を前記受付部が受け付けた場合に、前記移動局の位置が正しいことを示す信号を送信する移動局。

請求項6

さらに、前記移動局の存在を報知する報知部を備え、前記通信部は、前記移動局の存在を報知する指示を受信し、前記報知部は、前記通信部が前記指示を受信することにより、前記移動局の存在を報知する請求項5に記載の移動局。

請求項7

少なくとも1つの固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定方法であって、位置を推定される前記移動局を指定する指定ステップと、指定した前記移動局と前記固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値を、予め記憶している複数の位置の各々における電波強度の特徴を示すラジオマップに照合することによって、前記移動局の位置を推定する位置推定ステップと、推定した前記移動局の位置を通知する通知ステップと、推定した前記移動局の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける受付ステップと、前記移動局の位置が正しいことを示す操作を受け付けた場合に、前記電波強度の計測値に基づいて、前記ラジオマップを更新する処理である適応化を行う適応化ステップとを含む位置推定方法。

技術分野

0001

本発明は、無線通信により、位置を推定する位置推定システム及び移動局に関する。

背景技術

0002

従来から、移動局の位置を推定するために、固定局と移動局との間で送受信される信号の電波強度を利用する位置推定法が知られている。これは、ラジオマップ事前に位置毎の電波強度を計測することにより取得された電波強度特徴量)を作成しておき、位置を推定したい移動局と固定局との間の電波強度とラジオマップとのマッチングにより、移動局の位置を推定する方法である。この方法を用いて、例えば、病院又は倉庫等における物品所在を確認することができる。

0003

しかし、移動局と固定局との間の電波強度は、環境変動(例えば、温度、湿度の変化又は空間内の大きな物体移設撤去等)により大きく変動してしまう。そうすると、位置推定の際に計測した電波強度と、事前に作成したラジオマップとの乖離が大きくなってしまい、移動局の位置を誤推定してしまうことがある。

0004

そこで、計測した電波強度とラジオマップとの乖離を抑制するために、計測した電波強度を観測データとして定期的に収集することでラジオマップの適応化を行う(つまり、ラジオマップを最新電波環境に近づけるために更新する)技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0005

特開2013−205226号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記特許文献1に開示された技術では、観測データの収集を定期的に人手により行うために、観測データの収集及びラジオマップの適応化に手間がかかるという問題がある。

0007

本発明は、上記問題を解決するためのものであり、観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる位置推定システム及び移動局を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る位置推定システムは、少なくとも1つの固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定システムであって、複数の位置の各々における電波強度の特徴を示すラジオマップを記憶する記憶部と、位置を推定される前記移動局を指定する指定部と、前記指定部により指定された前記移動局と前記固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値を前記ラジオマップと照合することによって、前記移動局の位置を推定する位置推定部と、前記位置推定部により推定された前記移動局の位置を通知する通知部と、前記位置推定部により推定された前記移動局の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける受付部と、前記移動局の位置が正しいことを示す操作を前記受付部が受け付けた場合に、前記電波強度の計測値に基づいて、前記ラジオマップを更新する処理である適応化を行う適応化部とを備える。

0009

これによれば、位置推定システムから通知された移動局の位置が正しいか否かをユーザが入力することにより、ユーザが物品を取りに行くついでに移動局と固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値である観測データが収集される。また、推定された移動局の位置は、実際にユーザにより正しいか否かを確認された後に観測データと紐付けされる。従って、観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる。

0010

さらに、前記移動局の存在を報知する報知部を備え、前記受付部は、前記報知部により存在を報知された前記移動局の正しい位置を入力する操作をさらに受け付け、前記適応化部は、前記移動局の位置が正しくないことを示す操作を前記受付部が受け付けた場合に、前記受付部がさらに受け付けた前記移動局の正しい位置と、前記電波強度の計測値とに基づいて、前記正しい位置のラジオマップの適応化を行ってもよい。

0011

これによれば、位置推定システムから通知された移動局の位置が正しくない場合でも、報知部が移動局の存在を報知することによりユーザは移動局の正しい位置を認識できるので、ユーザが移動局の正しい位置を入力することにより移動局の正しい位置と観測データとが紐付けされる。従って、観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる。

0012

また、前記適応化部は、前記電波強度の計測値と前記ラジオマップとの乖離の大きさが所定の大きさより大きければ、前記ラジオマップの適応化を行わなくてもよい。

0013

これによれば、ラジオマップとの乖離が大きすぎる観測データが得られた場合には、ラジオマップの適応化が行われないので、ラジオマップの性能の低下を抑制することができる。

0014

また、前記受付部は、前記位置推定部により推定された前記移動局の位置が正しいか否かを示す操作を受け付けるときに、認証を要求してもよい。

0015

これによれば、認証されたユーザのみがラジオマップの適応化を行うことができる。

0016

また、本発明の一態様に係る移動局は、少なくとも1つの固定局に対する位置を推定される移動局であって、前記固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値を送信する通信部と、推定された前記移動局の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける受付部とを備え、前記通信部は、推定された前記移動局の位置が正しいことを示す操作を前記受付部が受け付けた場合に、前記移動局の位置が正しいことを示す信号を送信する。

0017

これによれば、位置推定装置により推定された移動局の位置が正しいか否かをユーザが入力することにより、ユーザが移動局を取りに行くついでに移動局と固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値である観測データが収集される。また、推定された移動局の位置は、実際にユーザにより正しいか否かを確認された後に観測データと紐付けされる。従って、観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる。

0018

さらに、前記移動局の存在を報知する報知部を備え、前記通信部は、前記移動局の存在を報知する指示を受信し、前記報知部は、前記通信部が前記指示を受信することにより、前記移動局の存在を報知してもよい。

0019

これによれば、移動局は自身の存在を報知するので、ユーザは移動局の存在を容易に確認することができる。

0020

また、本発明の一態様に係る位置推定方法は、少なくとも1つの固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定方法であって、位置を推定される前記移動局を指定する指定ステップと、指定した前記移動局と前記固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値を、予め記憶している複数の位置の各々における電波強度の特徴を示すラジオマップに照合することによって、前記移動局の位置を推定する位置推定ステップと、推定した前記移動局の位置を通知する通知ステップと、推定した前記移動局の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける受付ステップと、前記移動局の位置が正しいことを示す操作を受け付けた場合に、前記電波強度の計測値に基づいて、前記ラジオマップを更新する処理である適応化を行う適応化ステップとを含む。

0021

これによれば、位置推定方法により推定された移動局の位置が正しいか否かをユーザが入力することにより、ユーザが移動局を取りに行くついでに移動局と固定局との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値である観測データが収集される。また、推定された移動局の位置は、実際にユーザにより正しいか否かを確認された後に観測データと紐付けされる。従って、観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる。

0022

なお、本発明は、装置として実現できるだけでなく、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現することもできる。また、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することも、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なCD−ROM等の記録媒体として実現することもできる。また、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現することもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。

発明の効果

0023

本発明により、観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる。

図面の簡単な説明

0024

実施の形態における位置推定システムの機能を示すブロック図
移動局の例を示す図
電波強度を計測するエリアの分割を示す図
ラジオマップを作成する手順を示すフローチャート
位置A1における電波強度を計測した値の頻度分布を示す図
位置A1における電波強度の確率分布を示す図
位置A2における電波強度の確率分布を示す図
位置A3における電波強度の確率分布を示す図
実施の形態における位置推定システムの動作を示す通信シーケンス
ラジオマップの適応化のイメージを示す図

実施例

0025

以下、本発明の一態様に係る位置推定システム及び移動局について、図面を参照しながら具体的に説明する。

0026

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。

0027

なお、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

0028

(実施の形態)
[1.位置推定システムの全体構成]
図1は、実施の形態における位置推定システム1の機能構成を示すブロック図である。

0029

図1において、本実施の形態の位置推定システム1は、例えば、血圧計又は心電計等の医療機器等に移動局30を貼付することで、これらの機器の位置を推定できるシステムである。位置推定システム1は、位置推定装置10、固定局20及び移動局30を備える。

0030

[2.位置推定装置の機能構成]
位置推定装置10は、移動局30の位置を推定する装置であり、記憶部11、指定部12、位置推定部13、通信部14、通知部15及び適応化部16を備える。

0031

記憶部11は、複数の位置の各々における電波強度(RSSI(Received Signal Strength Indication))との関係を示すラジオマップと後述する位置推定部13が推定した移動局30の位置と通信部14が受信した観測データとを記憶する。本実施の形態では、ラジオマップは複数の位置の各々における電波強度の特徴として電波強度の確率分布を用いて表される。また、複数の位置の各々における電波強度とは、固定局20(第1〜第3のAP20a〜AP20c)から複数の位置の各々における移動局30への電波強度、又は、複数の位置の各々における移動局30から固定局20への電波強度のことである。ここでは、複数の位置の各々における電波強度とは、固定局20から複数の位置の各々における移動局30への電波強度のことである。なお、本実施の形態では、複数の位置の各々における電波強度との関係を、確率分布を用いて表すラジオマップを用いる構成とするが、これに限らない。例えば、ラジオマップは、その他の電波強度の特徴を用いて表されてもよい。

0032

指定部12は、位置を推定される移動局30を指定する処理部であり、例えばキーボードテンキー又はタッチパネル等を備える。位置を推定される移動局30が例えばタッチパネルで指定されることにより、後述する通信部14は指定部12で指定された移動局30に対する観測データの生成の指示を送信する。

0033

位置推定部13は、指定部12により指定された移動局30と固定局20との間の(ここでは、固定局20から移動局30への)電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値である観測データをラジオマップと照合することによって、移動局30の位置を推定する処理部である。

0034

通信部14は、信号を送受信する処理部である。具体的には、通信部14は、移動局30に対する探索及び報知の指示を送信、観測データを受信、及び、後述する受付部33の受け付けた操作結果を受信する。本実施の形態では、これらの信号は、固定局20の通信部21を中継して移動局30の通信部31との間で送受信される。なお、通信部14は、移動局30の通信部31との間で直接信号を送受信してもよい。

0035

通知部15は、位置推定部13により推定された移動局30の位置を通知し、また、報知の指示が入力される処理部であり、例えばディスプレイ等の表示部とキーボード、テンキー又はタッチパネル等の入力部とを備える。例えば、ディスプレイに推定された移動局30の位置が表示されることにより、ユーザに移動局30の位置が通知される。さらに、例えば、タッチパネルで報知の指示が入力されると、通信部14は、位置が推定された移動局30に対する報知の指示を送信する。

0036

適応化部16は、移動局30の位置が正しいことを示す操作を後述する受付部33が受け付けた場合に、固定局20から移動局30への電波強度の計測値である観測データ、及び、位置推定部13が推定した移動局30の位置に基づいて、ラジオマップの適応化を行う(つまり、ラジオマップを最新の電波環境に近づけるために更新する)処理部である。

0037

[3.固定局の機能構成]
固定局20は、位置推定装置10及び移動局30と無線接続をする無線LAN(Local Area Network)のAP(Access Point)であり、通信部21を備える。本実施の形態では固定局20として、第1のAP20a、第2のAP20b及び第3のAP20cが配置されている(第2のAP20b及び第3のAP20cは後述する図3に示す)。なお、図1では、固定局20は第1のAP20aとして示されている。

0038

通信部21は、位置推定装置10の通信部14及び移動局30の通信部31との間で信号を送受信する処理部である。具体的には、固定局20(第1のAP20a)が備える通信部21は位置推定装置10からの信号を受信して、その信号を移動局30へ送信し、また、移動局30からの信号を受信して、その信号を位置推定装置10へ送信する。つまり、位置推定装置10と移動局30との間の信号の中継をする。なお、第1〜第3のAP20a〜AP20cのうちの少なくとも1つが位置推定装置10と移動局30との間の信号の中継をすればよく、また、2つ以上が中継をしてもよい。また、本実施の形態では、通信部21は、位置推定装置10と移動局30との間の信号の中継をしているが、位置推定装置10と移動局30との間の信号の中継をしなくてもよい。つまり、位置推定装置10と移動局30とが直接信号の送受信をしてもよい。

0039

また、通信部21は、電波強度の計測対象信号を発信する。電波強度の計測対象信号には、例えば、第1〜第3のAP20a〜AP20cから周期的に発信されるビーコンと呼ばれる信号が用いられる。つまり、各APそれぞれの通信部21は、周期的にビーコンを移動局30に発信する。なお、各APそれぞれの通信部21は、任意のタイミングでビーコンを送信してもよい。また、各APから発信されるビーコンには、各APに固有のMAC(Media Access Control)アドレスを表す信号が含まれるため、移動局30は、各APから発信されるビーコンの電波強度を個別に計測することができる。

0040

[4.移動局の機能構成]
移動局30は、無線LAN対応の無線タグアンテナとIC(IntegratedCircuit)とを備えた装置)等である。通信機能を持たない物品は無線タグである移動局30を貼付されることで、移動局30とみなされる。移動局30は複数の物品(例えば、血圧計又は心電計等の医療機器等)にそれぞれ貼付される。移動局30は、通信部31、観測データ生成部32、受付部33及び報知部34を備える。

0041

通信部31は、信号を送受信する処理部である。具体的には、移動局30に対する探索及び報知の指示を受信、固定局20との間の電波強度を計測することにより得られる電波強度の計測値である観測データを送信、及び、後述する受付部33の受け付けた操作結果を送信する。本実施の形態では、これらの信号は、固定局20の通信部21を中継して位置推定装置10の通信部14との間で送受信される。なお、通信部31は、位置推定装置10の通信部14との間で直接信号を送受信してもよい。

0042

また、通信部31は、固定局20から発信されたビーコンを受信する。

0043

観測データ生成部32は、通信部31が受信したビーコンの電波強度を計測し、固定局20から移動局30への電波強度の計測値である観測データを生成する処理部である。

0044

受付部33は、位置推定部13により推定された移動局30の位置が正しいか否かを示す操作を受け付ける例えばボタン等である。移動局30の位置が正しいか否かを示す操作を受け付けるためには、受付部33は少なくとも正解ボタンを備えればよいが、本実施の形態では、正解ボタン33a、不正解ボタン33b及びテンキー33cを備える。また、受付部33は、位置推定部13により推定された移動局30の位置が正しいか否かを示す操作を受け付けるときに、ユーザID又はパスワード等の認証を要求する。

0045

報知部34は、移動局30の存在を報知する、例えばスピーカ等である。報知部34は、通信部31が移動局30に対する報知の指示を受信することにより、例えばアラームを鳴らす。

0046

図2は、移動局30の例を示す図である。図2に示されるように、移動局30は、ボタンやスピーカ等を備え、ユーザにボタンを操作される。さらに、移動局30は、ユーザが扱いやすく、また、物品に取り付けやすくするために、例えば、手のひらで扱うことができるサイズである。

0047

[5.ラジオマップの作成手順
次に、図3及び図4を用いて記憶部11に記憶されるラジオマップの作成手順について説明する。

0048

図3は、電波強度を計測するエリアの分割を示す図である。図3点線で示された格子によって分割された各領域内における電波強度が、繰り返し計測され、頻度分布が作成される。分割された各領域の形状や寸法は、計測精度建物間取り、必要とされる位置推定精度等に応じて適宜決定される。なお、計測は、位置推定において使用される移動局30を用いて行われてもよく、他の計測器を用いて行われてもよい。上記の頻度分布作成処理を全ての格子において行ない、ラジオマップを作成する。

0049

次に、ラジオマップを作成する手順を説明する。

0050

図4は、ラジオマップを作成する手順を示すフローチャートである。

0051

まず、電波強度を計測する位置が決定される(S10)。次に、決定された位置において計測される対象の固定局20が、第1のAP20aに決定される(S11)。そして、第1のAP20aからの電波強度が、繰り返し計測され(S12)、電波強度の計測値が蓄積されて頻度分布が作成される(S13)。計測値の蓄積が完了した後、計測対象の固定局20が第1のAP20aから第2のAP20bに変更される(S14、S11)。

0052

そして、第2のAP20b及び第3のAP20cに対しても同様に、電波強度の計測及び蓄積が行われた後、計測位置が次の位置に移動される(S15、S10)。

0053

次の計測位置についても同様に各APからの電波強度計測及び計測値蓄積が行われる。

0054

全計測位置における電波強度計測及び計測値蓄積が完了して、全計測位置における頻度分布が作成された後、頻度分布から確率分布が作成される(S16)。なお、本実施の形態では、頻度分布を混合正規分布によって近似して確率分布を作成する場合について説明するが、混合正規分布による近似に限らず、他の各種の方法で確率分布を作成することができる。ここで、任意の頻度分布を十分に近似できるM個の正規分布からなる混合正規分布を用いることで、各正規分布に対する重みwm、平均μm、及び、分散σ2m(m=1〜M)の3M個のパラメータを用いて、後述する尤度は計算される。各パラメータは、例えば、EM(Expectation Maximization)アルゴリズムによって推定される。混合正規分布のパラメータ計算が完了すれば、ラジオマップの作成手順は終了となる。

0055

図5は、図3の位置A1における各APからの電波強度を計測した値の頻度分布を示す図である。第1のAP20a、第2のAP20b及び第3のAP20cからの電波強度の出現頻度が、それぞれ、丸印、四角印及び三角印で表されている。

0056

図6は、図5に示された各頻度分布を混合正規分布によって近似した確率分布を示す図である。第1のAP20a、第2のAP20b及び第3のAP20cからの電波強度の出現確率が、それぞれ、実線、一点鎖線及び点線で表されている。位置A1におけるラジオマップはこのように作成される。

0057

図7及び図8は、それぞれ、図3の位置A2及び位置A3における電波強度計測値の各頻度分布を近似した確率分布を示す図である。第1のAP20a、第2のAP20b及び第3のAP20cからの電波強度の出現確率が、それぞれ、実線、一点鎖線及び点線で表されている。

0058

このようにして、図3の点線で示された格子によって分割された領域全てにおいてラジオマップが作成される。

0059

[6.位置の推定方法
次に、位置推定部13での位置の推定方法について説明する。

0060

ある位置において計測された固定局20から移動局30への電波強度の計測値と、ラジオマップの各位置における確率分布との類似度を表す値を尤度という。つまり、尤度の最も大きくなるラジオマップの位置が移動局30の位置と推定される。確率分布が混合正規分布によって作成された場合、N個の固定局20(APn(n=1〜N))から移動局30への電波強度をrnとすると、位置piにおける尤度L(pi)は、次式1及び2を用いて求められる。

0061

0062

ここで、rnは移動局30によって計測されたAPnからの電波強度、Wm,n(m=1〜M)はn番目の固定局20の各正規分布に対する重み、μm,nはn番目の固定局20の各正規分布に対する平均、σ2m,nはn番目の固定局20の各正規分布に対する分散を表す。

0063

式1及び2から、各位置における尤度L(pi)が計算され、尤度L(pi)が最も大きい位置piが移動局30の位置と推定される。このようにして、移動局30の位置が推定される。

0064

[7.位置推定システムの動作]
次に、図1のように構成された本実施の形態の位置推定システム1の動作について説明する。

0065

図9は、実施の形態における位置推定システム1の動作を示す通信シーケンス図である。ここでは、位置推定装置10、固定局20(第1のAP20a)及び移動局30間の通信手順が示されている。

0066

まず、探索される物品がユーザにより位置推定装置10の指定部12に入力される(S20)。探索される物品には移動局30が貼付されており、指定部12は探索される物品に貼付されている移動局30を指定する。

0067

位置推定装置10の通信部14は、指定部12により指定された移動局30に対する観測データの生成の指示を、固定局20に送信する(S21)。

0068

観測データの生成の指示を受信した固定局20の通信部21は、観測データの生成の指示を、さらに、移動局30に送信する(S22)。

0069

観測データの生成の指示を受信した移動局30の通信部31は、各APから発信されたビーコンを受信する。観測データ生成部32は受信したビーコンの電波強度を計測し、電波強度の計測値である観測データを生成する(S23)。そして、通信部31は生成された観測データを固定局20に送信する(S24)。

0070

固定局20の通信部21は、受信した観測データを、さらに、位置推定装置10に送信する(S25)。

0071

位置推定装置10の位置推定部13は、通信部14が受信した観測データをラジオマップと照合することによって、移動局30の位置を推定する(S26)。つまり、位置推定部13は、複数の位置の各々におけるラジオマップと観測データとを比較して、観測データと類似した電波強度分布がみられるラジオマップの位置を移動局30が存在する位置と推定する。

0072

通知部15は、位置推定部13により推定された移動局30の位置を例えばディスプレイに表示してユーザに通知する(S27)。さらに、推定された移動局30を報知させる指示が、例えばタッチパネルに入力される(S28)。なお、報知の指示が入力されない場合、報知の指示は移動局30に向けて送信されないので、移動局30は報知しない。

0073

通知部15に通知された移動局30を報知させる指示が入力されることにより、通信部14は固定局20に報知の指示を送信し(S29)、さらに、固定局20の通信部21は移動局30に報知の指示を送信する(S30)。

0074

移動局30の通信部31が報知の指示を受信することにより、報知部34の例えばスピーカは音声又はアラームを鳴らし、自身の存在を周囲に報知する(S31)。図2は、報知している移動局30の例を示している。

0075

移動局30を取りに来たユーザは、図2に示されるように移動局30が報知していることで、移動局30の存在を確認しやすくなる。

0076

移動局30が通知部15で通知された位置にあった場合、ユーザは図2に示されるような移動局30に備えられた受付部33の正解ボタン33aを押下する(S32)。この時、例えば、図2に示されるようなテンキー33cでユーザID等が入力されることにより、受付部33は正解か不正解かを示す操作を受け付ける。

0077

通信部31は、正解ボタン33aが押下されることで、移動局30の存在する位置が正しいことを示す信号を、固定局20に送信する(S33)。さらに、固定局20の通信部21は、移動局30の存在する位置が正しいことを示す信号を、位置推定装置10に送信する(S34)。

0078

位置推定装置10の通信部14が移動局30の存在する位置が正しいことを示す信号を受信することにより、適応化部16は、位置推定部13が移動局30の位置を推定したときに受信した観測データに基づいて、移動局30の存在する位置に対応する位置のラジオマップの適応化を行う(S35)。

0079

なお、移動局30に備えられた正解ボタン33aが押下されたときに、再度各APからの電波強度が計測されて、電波強度の計測値である観測データが生成されてもよい。これにより、最新の電波環境での観測データによってラジオマップの適応化が行われる。

0080

また、位置推定装置10の適応化部16は、移動局30の存在する位置が正しいことを示す信号を受信する毎に、ラジオマップの適応化を行わなくてもよい。例えば、位置推定装置10が、位置が正しいことを示す信号を所定の回数受信した場合に、これまでに取得した観測データに基づいて一括してラジオマップの適応化が行われてもよい。また、例えば、所定の期間毎に、あるいは、任意のタイミングで、これまでに取得した観測データに基づいて一括してラジオマップの適応化が行われてもよい。

0081

また、適応化部16は、移動局30の位置が正しいことを示す操作を移動局30の受付部33が受け付けた場合であっても、移動局30と固定局20との間の電波強度の計測値である観測データとラジオマップとの乖離の大きさが所定の大きさより大きければ、ラジオマップの適応化を行わなくてもよい。これにより、移動局30の位置が正しい場合でも、ラジオマップとの乖離が大きい観測データにより、ラジオマップの適応化が行われないので、ラジオマップの性能の低下を抑制することができる。

0082

また、図9では移動局30が通知部15で通知された位置にあり、正解ボタン33aが押下された場合について示されている。しかし、移動局30が通知部15で通知された位置になかった場合、位置の推定は正しくないので、移動局30を発見できたユーザは図2に示されるような移動局30に備えられた不正解ボタン33bを押下する。このとき、移動局30が報知部34により自身の存在を報知するため、ユーザは移動局30を発見しやすくなる。

0083

移動局30は、不正解ボタン33bが押下されることで、移動局30の存在する位置が正しくないことを示す信号を、固定局20を介して位置推定装置10に送信する。

0084

位置推定装置10は、移動局30の存在する位置が正しくないことを示す信号を受信した場合には、ラジオマップの適応化を行わない。

0085

[8.ラジオマップの適応化]
ここで、図10を用いて適応化部16でのラジオマップの適応化について説明する。

0086

図10は、ラジオマップの適応化のイメージを示す図である。図10に示されるように、実線、一点鎖線及び点線が、それぞれ、図3の位置A2における適応化前のラジオマップの電波強度の確率分布、観測データ、及び、適応化後のラジオマップの電波強度の確率分布を表している。

0087

図10に示される観測データの確率分布は、電波強度の変動により、適応化前のラジオマップの電波強度の確率分布よりも、電波強度の大きい位置に分布している。この観測データで位置推定が行われ、例えば、今回は正しい位置が推定されたとする。しかし、今後もこの状態で位置推定が行われても、ラジオマップと観測データとの確率分布の乖離が大きく位置推定に失敗する可能性が高い。そこで、観測データによりラジオマップの適応化が行われる。つまり、適応化前の電波強度の分布は、環境変動により変動した観測データの方向へシフトされて、環境変動を考慮した適応化後の電波強度の分布となる。これにより、今後の位置推定において、推定が失敗する可能性が低くなる。

0088

なお、ラジオマップの適応化のアルゴリズムは一般的なアルゴリズムで構わない。例えば、本実施の形態のように確率的なラジオマップを使用する場合は、MAP(Maximum A Posterior)適応又はMLLR(Maximum Likelihood Linear Regression)適応等を使用できる。例えば、MAP適応を用いてラジオマップの平均を適応する場合に、具体的なラジオマップの適応化は、次式3に示される手順で行われる。次式3は適応化後のラジオマップの平均を表す数式である。

0089

0090

ここで、rtはT回繰り返して計測するうちのt回目に計測した電波強度、α及びτ事前分布のパラメータ、μ0は適応化前のラジオマップの平均を表す。

0091

なお、上述したMAP適応による方法に代えて、ラジオマップ作成の際に事前に計測した電波強度の生値を保持しておき、そこに観測データを追加又は上書きして、都度確率分布を作成し直すことでラジオマップを適応化してもよい。さらに、適応化後のラジオマップからリサンプリングによって電波強度の生値を仮想的に生成し、保持しておいてもよい。この場合、SVM(Support Vector Machine)又はk−NN(k−Nearest Neighbor)等の確率分布に基づかないラジオマップを用いる位置推定方法に対しても、ラジオマップの適応化が可能である。

0092

なお、移動局30の存在する位置が正しいことを示す信号を受信した位置推定装置10は、観測データに基づいて移動局30の存在する位置に対応する位置のラジオマップの適応化を行うが、これに限らない。例えば、ある位置と他の少なくとも1つの位置とが対応付けられており、移動局30の存在する位置が対応付けられた位置のうちのどれかである場合、対応付けられた位置全体の適応化を行ってもよい。なお、ある位置と他の少なくとも1つの位置との対応付けは、壁等の物理的な境界を考慮して人手で指定されてもよい。ラジオマップの位置の対応付けは、k−means又はEM(Expectation−Maximization)アルゴリズム等のクラスタリングにより自動的に決定されてもよい。

0093

なお、位置の対応付けは位置推定システム1の導入時に1度だけ行なれてもよく、また、ラジオマップの適応化が行われる毎に行なわれてもよい。ラジオマップの適応化が行われる毎に対応付けが行われる場合、実際の電波環境の変動に応じた最適な対応付けが適宜なされるため、さらなる適応化の効果の向上が見込める。また、位置の対応付けは任意のタイミングで行なわれてもよい。

0094

[9.実験結果]
また、本実施の形態によってラジオマップの適応化が行われたときの、移動局30の位置推定の実験結果について説明する。

0095

まず、環境変動による電波変動があったときにラジオマップの適応化が行われない状態で移動局30の位置が推定されると、推定された位置と実際に移動局30があった位置との誤差は、3.6mとなった。これに対し、MAP適応によりラジオマップの適応化が行われたときでは、推定された位置と実際に移動局30があった位置との誤差は2.1mとなり、位置推定の誤差が1.5m改善された。

0096

[10.効果]
このようにして、本実施の形態における位置推定システム1及び移動局30では、位置推定システム1から通知された物品の位置が正しいか否かをユーザが入力するため、ユーザが物品を取りに行くついでに観測データが収集される。つまり、システムの運用以外で別途観測データを収集する必要がない。また、移動局30の推定された位置は、実際にユーザにより正しいか否かを確認されて観測データと紐付けされるため、ラジオマップの適応化の性能を向上させることができる。よって本実施の形態では、観測データの収集及びラジオマップの適応化を効率よく行うことができる。

0097

(実施の形態の変形例)
以上、本発明の位置推定システムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

0098

例えば、上記実施の形態においては、各APからの電波を移動局30が受信する例を示したが、これに限らない。例えば、移動局30からの電波を各APが受信する構成としてもよい。この構成においては、予め定められた複数の位置に移動局30を配置した場合の各APにおけるラジオマップが作成されてもよく、各APにおいて計測された移動局30からの電波強度の確率分布と各APにおけるラジオマップとから尤度が算出され、移動局30の位置が推定されてもよい。この場合、観測データ生成部32は固定局20に備えられる。また、例えば、各APからの電波を移動局30が受信し、さらに、移動局30からの電波を各APが受信し、両方の電波強度に基づいて移動局30の位置が推定されてもよい。この場合、観測データ生成部32は固定局20及び移動局30の両方に備えられる。

0099

また、上記実施の形態においては、移動局30は無線タグであり、通信機能を持たない物品に無線タグである移動局30が貼付されることで、移動局30とみなされたが、これに限らない。例えば、位置を推定される物品がノートPC等である場合、ノートPCはもともと通信機能とユーザインタフェースを持つため、無線タグである移動局30が貼付される必要はない。従って、ノートPCに位置推定をするためのソフトウェア実装されることのみで、ノートPCが移動局30となることができる。

0100

また、上記実施の形態においては、指定部12及び通知部15はキーボード、テンキー又はタッチパネル等の入力装置をそれぞれ備えたが、これに限らない。例えば、指定部12による探索の指示の入力と通知部15による報知の指示の入力とをそれぞれ認識できれば、位置推定装置10にキーボード、テンキー又はタッチパネル等の入力装置が1つあればよい。さらに、入力装置をタッチパネルとすれば、通知部15は、位置推定部13により推定された移動局30の位置の通知をタッチパネルの表示により行うことができる。つまり、位置推定装置10は入力装置と表示装置としてタッチパネルを1つ備えてもよい。

0101

また、上記実施の形態においては、位置推定装置10は指定部12及び通知部15を備えたが、これに限らない。例えば、スマートフォン又はタブレット等の携帯端末が、指定部及び通知部を備えてもよい。携帯端末の指定部及び通知部は、タッチパネル等の入出力装置を備える。指定部はタッチパネルで選択される移動局30を指定し、さらに、位置推定装置10の通信部14に、指定された移動局30に対する観測データの生成の指示を送信する。つまり、携帯端末は、ユーザが探索したい物品がタッチパネルから選択されることで、位置推定装置10に、探索したい物品に貼付された移動局30を探索させる。また、通知部は通知された移動局30の位置をタッチパネルに表示し、さらに、報知の指示がタッチパネルに入力されると、通信部14に、移動局30に対する報知の指示を送信する。つまり、ユーザはタッチパネルの表示により推定された移動局30の貼付された物品の位置を通知され、また、タッチパネルに表示された物品に貼付された移動局30に対する報知の指示を選択できる。従って、例えば、ユーザは通知された物品の位置を携帯端末で見ながら、報知している移動局30が貼付された物品を取りに行くことができる。つまり、ユーザが物品を取りに行く途中で通知された物品の位置を忘れても、携帯端末の表示を見ることで物品の位置を確認できる。また、携帯端末は、探索の指示、報知の指示及び位置の通知等の通信を移動局30と直接してもよい。

0102

また、上記実施の形態においては、移動局30が報知の指示を受信することによって、報知部34は報知したが、これに限らない。例えば、移動局30が観測データの生成の指示を受信したときに、報知部34が報知してもよい。この場合、位置推定装置10の通知部15は、報知の指示が入力されるキーボード、テンキー又はタッチパネル等の入力部を備えなくてもよい。

0103

また、上記実施の形態においては、位置推定装置10と固定局20とは別体としていたが、これに限らない。例えば、固定局20が位置推定装置10を備えてもよい。この構成においては、通信部14と通信部21との間の無線通信は必要なく、通信部14と通信部31が直接信号を送受信してもよい。また、この構成においては、位置推定装置10は1台でなくてもよく、各APが位置推定装置10を備えてもよい。

0104

また、上記実施の形態においては、固定局20として、第1のAP20a、第2のAP20b及び第3のAP20cの3台が配置されているが、これに限らない。固定局20は、1台〜2台でもよく、さらに4台以上でもよい。

0105

また、上記実施の形態においては、位置推定装置10の適応化部16は、移動局30の位置が正しくないことを示す操作を受付部33が受け付けた場合には、ラジオマップの適応化を行わないが、これに限らない。また、受付部33は、報知部34により存在を報知された移動局30の正しい位置を入力する操作をさらに受け付けつけてもよい。例えば、位置推定装置10の適応化部16は、移動局30の位置が正しくないことを示す操作を受付部33が受け付けた場合に、受付部33がさらに受け付けた移動局30の正しい位置と、移動局30と固定局20との間の電波強度の計測値である観測データとに基づいてラジオマップの適応化を行ってもよい。つまり、移動局30が通知部15で通知された位置になかった場合に、移動局30は自身の存在を周囲に報知しているので、ユーザは別の位置にある移動局30を発見することができる。従って、ユーザは移動局30の正しい位置を知ることができる。ユーザが移動局30の正しい位置を、例えばユーザの認証の受け付けをしたテンキー33cに入力することにより、移動局30は正しい位置情報を送信してもよい。なお、受付部33はタッチパネル等の入力部を備えてもよく、ユーザは移動局30の正しい位置をタッチパネルで入力してもよい。そして、適応化部16は、通信部14が受信した移動局30の正しい位置と観測データとに基づいてラジオマップの適応化を行ってもよい。また、移動局30の位置が正しくないことを示す操作を受付部33が受け付け、さらに通信部14が移動局30の正しい位置を受信した場合であっても、ラジオマップの適応化を行わなくてもよい。具体的には、適応化部16は、通信部14が移動局30の正しい位置を受信した場合に、移動局30と固定局20との間の電波強度の計測値である観測データと正しい位置のラジオマップとの乖離の大きさが所定の大きさより大きければ、ラジオマップの適応化を行わなくてもよい。これにより、移動局30の正しい位置がユーザに入力された場合でも、ラジオマップとの乖離が大きい観測データにより、ラジオマップの適応化が行われないので、ラジオマップの性能の低下を抑制することができる。

0106

また、上記実施の形態においては、報知部34は、スピーカであったがこれに限らない。例えば、報知部34は、LED等の発光素子振動を発生させるバイブレータ、ディスプレイ、又は、これらを組み合わせたものでもよい。これにより、報知部34は、アラーム又は音声による通知、ディスプレイを使用した文字による通知、振動による通知、又は、光の点滅による通知等によってユーザが認識しやすい報知をする。従って、ユーザは移動局30を容易に発見することができる。

0107

また、上記実施の形態においては、受付部33は、正解ボタン33aと不正解ボタン33bとテンキー33cとを備えたが、これに限らない。例えば、受付部33は、タッチパネル又は音声認識による音声入力デバイス等でもよい。また、受付部33が音声認識による音声入力デバイスである場合には、受付部33は、位置推定部13により推定された移動局30の位置が正しいか否かを示す操作を受け付けるときに、音声認識による認証を要求してもよい。

0108

また、上記実施の形態においては、記憶部11は、位置推定装置10に備えられているが、これに限らない。例えば、位置推定装置10が含まれる通信ネットワーク上の固定局20、移動局30又はサーバ等の任意の通信機器に備えられてもよい。

0109

また、上記実施の形態においては、無線LANによる無線通信を採用したが、これに限らない。例えば、赤外線、超音波、Bluetooth(登録商標)等の電波強度に基づいて位置を推定する無線通信を採用してもよい。

0110

また、移動局30の位置は2次元で推定されるだけに限らず、3次元で推定されてもよい。

0111

本発明は、無線通信による固定局に対する移動局の位置の推定に利用可能である。

0112

1位置推定システム
10位置推定装置
11 記憶部
12 指定部
13位置推定部
14,21,31通信部
15通知部
16適応化部
20固定局
20a 第1のAP
20b 第2のAP
20c 第3のAP
30移動局
32観測データ生成部
33 受付部
33a正解ボタン
33b 不正解ボタン
33cテンキー
34報知部

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