携帯端末、及び携帯端末を用いた方位情報提供方法
【課題】ユーザに方位に関する情報を確実に提供することができるようにする。
【解決手段】基地局２００に設けられた複数のアンテナの夫々から無線送信されてくる位置標定信号を受信し、受信した各位置標定信号の位相差に基づき自身の現在位置である端末位置を標定する機能を備えた携帯端末３００に、位置標定信号の受信信号強度を取得する回路と、位置標定信号を受信するための指向性アンテナ３１４とを設ける。携帯端末３００は、位置標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を基地局２００から受信し、受信信号強度に基づき指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を向くように誘導する画面を表示し、標定した端末位置と基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力する。
【解決手段】基地局２００に設けられた複数のアンテナの夫々から無線送信されてくる位置標定信号を受信し、受信した各位置標定信号の位相差に基づき自身の現在位置である端末位置を標定する機能を備えた携帯端末３００に、位置標定信号の受信信号強度を取得する回路と、位置標定信号を受信するための指向性アンテナ３１４とを設ける。携帯端末３００は、位置標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を基地局２００から受信し、受信信号強度に基づき指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を向くように誘導する画面を表示し、標定した端末位置と基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯端末、及び携帯端末を用いた方位情報提供方法に関し、とくに携帯端末に方位に関する情報を提供する機能を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、ユニバーサル社会の実現等を目指して自律移動システムの研究／開発が盛んに行われている。自律移動システムに関し、例えば非特許文献１には、その要素技術として、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者が携帯する携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差によって携帯端末とアンテナとの相対的な位置関係を求め、求めた位置関係と予め知れている基地局の絶対位置とに基づき歩行者の現在位置を取得するように構成した位置標定システムが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】武内 保憲，河野 公則，河野 実則、” 2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発”、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述した位置標定システムの機能を備えた携帯端末を利用して目的地まで移動する場合、自身の現在位置に加えて方位（磁気方位又は真方位）を確認することができれば、建物等の周囲の目標物と地図との対応をとりながら移動できるので安心かつ便利である。ここで携帯端末に方位に関する情報を提供する機能を持たせる方法としては、地磁気センサを利用することが考えられる。しかし地磁気センサは鉄筋コンクリート造の建物内などの地磁気が遮蔽される状況では機能しないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、方位に関する情報を提供することが可能な携帯端末、及び携帯端末を用いた方位情報提供方法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】
【０００６】
上記目的を達成するための主たる発明は、携帯端末であって、基地局に設けられた複数のアンテナの夫々から無線送信されてくる位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、受信した前記各位置標定信号の位相差に基づき自身の現在位置である端末位置を標定する位置標定部と、前記位置標定信号を受信するための指向性アンテナと、前記標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を前記基地局から受信し、前記端末位置と前記基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力する方位情報提供部とを備える。
【０００７】
本発明によれば、位置標定の機能を備えた携帯端末に方位に関する情報を提供する機能を実現することができる。また方位に関する情報は位置標定の機能を用いて生成するので、地磁気センサが機能しないような状況においても方位に関する情報を提供することができる。
【０００８】
尚、前記座標系は、例えば、前記基地局を原点とする２次元の直交座標系であり、前記基地局情報には前記直交座標系の座標軸と前記絶対方位とのなす角を示す情報が含まれている。また携帯端末は、例えば加速度センサを備えており、方位情報提供部は、例えばこの加速度センサの出力と、位置標定信号の受信信号強度とに基づき、指向性アンテナの指向方向が基地局の方向に向くように誘導する画面を生成する。
【０００９】
本発明の他の一つでは、前記方位情報提供部は、前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いているか否かを判断し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていると判断した場合は前記絶対方位を示す画面を表示し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていないと判断した場合は前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する画面を表示する。
【００１０】
本発明によれば、携帯端末は、指向性アンテナの指向方向が基地局の方向を向いている場合は絶対方位を示す画面を表示し、向いていない場合は指向性アンテナの指向方向が基地局の方向を向くように誘導する画面を表示するので正しい絶対方位を提供することができる。
【００１１】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、携帯端末に方位に関する情報を提供することが可能な携帯端末を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】自律移動支援システム１の概略的な構成を示す図である。
【図２Ａ】サーバ装置１００のハードウエア構成を示す図である。
【図２Ｂ】サーバ装置１００が備える主な機能を示す図である。
【図３Ａ】基地局２００のハードウエア構成を示す図である。
【図３Ｂ】基地局２００が備える主な機能を示す図である。
【図４Ａ】携帯端末３００のハードウエア構成を示す図である。
【図４Ｂ】携帯端末３００が備える主な機能を示す図である。
【図４Ｃ】方位情報提供部３３５の詳細を示す図である。
【図５】携帯端末３００を正面方向から眺めた外観を示す図である。
【図６】位置標定信号のデータフォーマットを示す図である。
【図７】基地局２００と携帯端末３００との位置関係を説明する図である。
【図８】アンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１と携帯端末３００との位置関係を説明する図である。
【図９】位置標定システム１０の利用現場における、基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示す図である。
【図１０】位置標定処理Ｓ１０００を説明するフローチャートである。
【図１１】方位情報提供処理Ｓ１１００を説明するフローチャートである。
【図１２】表示装置３１６に表示されるメッセージ３１６１１の一例である。
【図１３】方位情報表示画面１３１１の一例を示す図である。
【図１４】基地局２００が位置標定に用いる直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の座標系と、絶対方位１３５（真方位又は磁方位）との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態につき図面を参照しつつ説明する。図１は本発明が適用される携帯端末３００を用いて構成される自律移動支援システム１の概略的な構成である。自律移動支援システム１は、歩行者等の支援対象者（移動者）の道案内や目的地までの誘導、支援対象者への地域情報の提供、支援対象者の現在位置や移動方向等の地理的情報の第三者による監視、支援対象者の安全確保、ビルディング火災などの災害時における避難誘導支援などの様々なサービスを提供する。
【００１５】
自律移動支援システム１は、データセンタ２などに設置されるサーバ装置１００、自律移動支援システム１が展開される地域各所（電柱３等）に設置される複数の基地局２００、及び支援対象者３によって携帯される携帯端末３００を含む。
【００１６】
このうち基地局２００は、専用線やインターネットなどの有線又は無線による通信網５０を介してサーバ装置１００に通信可能に接続している。通信網５０を介した通信は、例えばＴＣＰ／ＩＰ等のプロトコルに従って行われる。サーバ装置１００及び基地局２００の夫々には、通信網５０を介して通信を行うためのネットワークアドレス（例えばＩＰアドレス）が付与されている。携帯端末３００は、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、小型のパーソナルコンピュータなどである。
【００１７】
図２Ａにサーバ装置１００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、サーバ装置１００は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、ハードディスク１１３、キーボードやマウス等の入力装置１１４、液晶ディスプレイ等の表示装置１１５、及び通信網５０に接続して基地局２００と通信するための通信インタフェース１１６を備える。
【００１８】
このうちＣＰＵ１１１は、メモリ１１２に記憶されているプログラムを実行することによりサーバ装置１００が提供する様々な機能を実現する。入力装置１１４は、操作入力を受け付けるユーザインタフェースである。表示装置１１５はユーザに視覚的な情報を提供するユーザインタフェースである。表示装置１１５には、例えば支援対象者３の現在位置や移動方向等の情報がリアルタイムに表示される。通信インタフェース１１６は、サーバ装置１００や他の基地局２００との間で通信網５０介して情報の授受を行う。
【００１９】
図２Ｂにサーバ装置１００の主な機能を示している。サーバ装置１００は、携帯端末３００の現在位置等の情報を各基地局２００から収集する。またサーバ装置１００は、支援対象者３への道案内情報の提供や目的地までの誘導、現在位置周辺についての地理情報の提供、支援対象者を監視している第三者に提供される支援対象者の現在位置や移動方向、支援対象者の安全確保に関する情報などを、基地局２００に随時提供する。
【００２０】
同図に示す情報提供収集部１２１は、基地局２００への情報提供（ダウンロード）や基地局２００からの情報収集（アップロード）を行う。設定情報記憶部１２３は、後述する位置標定機能等の基地局２００が機能を提供する際に利用する情報（以下、設定情報と称する）を記憶する。尚、設定情報には例えば基地局２００の緯度・経度・設置高さなどがある。
【００２１】
図３Ａに基地局２００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、基地局２００は、ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信インタフェース２１３、及びアンテナ群２１５を備えている。
【００２２】
このうちＣＰＵ２１１は、メモリ２１２に記憶されているプログラムを実行し、基地局２００が備える各種の機能を実現する。通信インタフェース２１３は、サーバ装置１００との間で通信網５０を介して通信する。無線通信インタフェース２１４は、後述する位置標定のための無線信号を送信する。アンテナ群２１５は、複数の円偏波指向性アンテナ２１５１からなる。アンテナ群２１５の詳細については後述する。
【００２３】
ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信インタフェース２１３、及びアンテナ群２１５は、バス２２０を介して互いに通信可能に接続されている。アンテナ群２１５には切替スイッチ２１５２が併設されている。切替スイッチ２１５２は、アンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１のうちのいずれか一つを設定により又は自動的に選択して無線通信インタフェース２１４に接続する。
【００２４】
図３Ｂに基地局２００が備える主な機能を示している。通信部２６１は通信インタフェース２１３を制御してサーバ装置１００と各種情報の送受信を行う。位置標定信号送信部２６３は携帯端末３００の現在位置の標定に用いられる無線信号（以下、位置標定信号と称する）を送信する。設定情報記憶部２６４は、前述した設定情報を記憶する。
【００２５】
図４Ａに携帯端末３００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、ＣＰＵ３１１、メモリ３１２、無線通信インタフェース３１３、指向性アンテナ３１４、タッチパネルや操作ボタン等の入力装置３１５、液晶ディスプレイ等の表示装置３１６、ＲＴＣ（Real Time Clock）等を用いて構成される計時回路３１７、加速度センサ３１８、及びＲＳＳＩ回路３２０（RSSI: Radio Signal Strength Indicator）を備える。
【００２６】
ＣＰＵ３１１は、メモリ３１２に記憶されているプログラムを実行することにより携帯端末３００が備える各種の機能を実現する。計時回路３１７は、ＣＰＵ３１１等からの要求に応じて現在時刻を生成／出力する。加速度センサ３１８は、当該携帯端末３００に作用する加速度を検知し、検知した加速度の大きさを示す信号を出力する。ＲＳＳＩ回路３２０は、無線通信インタフェース３１３によって受信される位置標定信号等の電波の受信信号強度を示す信号を生成して出力する。
【００２７】
図４Ｂに携帯端末３００が備える主な機能を示している。同図において、位置標定信号受信部３３１は、無線通信インタフェース３１３により基地局２００から送信される位置標定信号を受信する。情報送受信部３３２は、通信網５０を介してサーバ装置１００と通信し、ファームウエア等の携帯端末３００で実行されるプログラムやデータの更新情報や支援対象者３に提示するための情報の受信（ダウンロード）、及びサーバ装置１００において用いられる各種情報についての携帯端末３００からサーバ装置１００への送信（アップロード）を行う。
【００２８】
情報表示部３３３は、支援対象者３に提示する情報を表示装置３１６に出力する。位置標定部３３４は、位置標定信号受信部３３１によって受信された位置標定信号に基づき携帯端末３００の現在位置を標定する。必要な場合には、標定された携帯端末３００の現在位置は、無線通信により携帯端末３００から基地局２００に送信され、基地局２００から通信網５０を介してサーバ装置１００に送信される。位置標定の具体的な仕組みについては後述する。
【００２９】
方位情報提供部３３５は、基地局２００から提供される情報と位置標定の仕組みを利用して、携帯端末３００の所持者に絶対方位（真方位又は磁方位）を示す情報（以下、方位情報と称する。）を知らせる機能（以下、方位情報提供機能と称する。）を実現する。
【００３０】
図４Ｃに、図４Ｂに示した方位情報提供部３３５の詳細を示している。同図に示すように、方位情報提供部３３５は、端末向き調整部３３５１、基地局情報取得部３３５２、位置標定情報取得部３３５３、及び方位情報生成部３３５４の各機能を有する。
【００３１】
端末向き調整部３３５１は、方位情報提供部３３５が方位情報を取得する際に必要となる、ユーザが携帯端末３００の指向性アンテナ３１４の向き合わせをするための機能を提供する。
【００３２】
基地局情報取得部３３５２は、方位情報提供部３３５が方位情報を生成する際に必要となる情報（以下、基地局情報と称する。）を基地局２００から受信する。
【００３３】
位置標定情報取得部３３５３は、位置標定部３３４によって標定された携帯端末３００の位置を示す情報（以下、端末位置情報と称する。）を取得する。端末位置情報は、基地局２００に設定された直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸）における携帯端末３００の現在位置を示す情報（ΔＸ，ΔＹ）を含む。
【００３４】
方位情報生成部３３５４は、基地局情報取得部３３５２によって取得される基地局情報と、位置標定情報取得部３３５３によって取得される端末位置情報とに基づき、方位情報を表示する画面（以下、方位情報表示画面と称する。）を生成する。方位情報表示画面は、例えば方位磁石（磁気コンパス）をイメージしたグラフィカルな画面で構成される。
【００３５】
図５に携帯端末３００を正面方向から眺めた外観を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、入力装置３１５として操作キー３１５１を、表示装置３１６として液晶ディスプレイを備える。携帯端末３００には矢印３１４１で示す方向に指向方向を有する（矢印３１４１で示す方向に最大利得を有する）、指向性アンテナ３１４が内蔵されている。
【００３６】
＜位置標定機能＞
本実施形態の自律移動支援システム１における、携帯端末３００の位置標定に関する仕組みは、基地局２００と当該基地局２００の周辺に存在している携帯端末３００とを含んで構成される位置標定システム１０が備える機能を用いて実現される。
【００３７】
前述した基地局２００の無線通信インタフェース２１４は、アンテナ群２１５を構成している複数のアンテナ２１５１を周期的に切り換えながら、スペクトル拡散された無線信号を送信する。一方、携帯端末３００の位置標定信号受信部３３１は、アンテナ３１４によって基地局２００の各アンテナ２１５１から送信される信号を受信する。尚、隣接基地局間での電波の干渉を防ぐべく、各基地局２００は、基地局２００間で同期信号を共有することにより、隣接する基地局２００から同時期に位置標定信号が送信されないように送信タイミングの制御を行っている。
【００３８】
図６に基地局２００から送信される位置標定信号のデータフォーマットを示している。同図に示すように、位置標定信号は、上述した同期信号６１１、場所コード６１２（ＵＣＯＤＥ）、アンテナ情報６１３、及び測定信号６１４を含んで構成されている。尚、同期信号６１１は、３２ｂｉｔのプリアンブル信号と１６ｂｉｔの同期信号の合計４８ｂｉｔのデータで構成されている。
【００３９】
このうち場所コード６１２（ＵＣＯＤＥ）は、基地局２００の設置場所を特定する情報である。場所コード６１２は、統一基準に従って位置毎に割り当てられる１２８ｂｉｔのコードからなる。
【００４０】
アンテナ情報６１３は、アンテナ２１５１の高さやアンテナ２１５１の識別子、アンテナ２１５１の指向方向を示す１６ｂｉｔのデータ等で構成されている。
【００４１】
測定信号６１４は、携帯端末３００の存在する方向と携帯端末３００までの相対距離を検出するための信号を含み、基点となる４つのアンテナ２１５１を順次切り替えながら送信される２０４８チップの拡散符号を含む。
【００４２】
図７は携帯端末３００を所持するユーザが、基地局２００が設置された電柱の傍に居る状況を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、地上高１（ｍ）の位置に存在し、基地局２００は地上高Ｈ（ｍ）の位置に設けられている。基地局２００の直下から携帯端末３００までの地表面に沿う距離はＬ（ｍ）である。
【００４３】
図８に基地局２００のアンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１と携帯端末３００との相対的な位置関係を示している。基地局２００のアンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１は、夫々の指向方向が斜め下方向に向くように設置されている。同図示すアンテナ群２１５は、３ｃｍの間隔（この間隔は位置標定信号として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合における１／４波長に相当）をあけて略正方形状に隣接配置された４つの円偏波指向性アンテナを含む。
【００４４】
ここでアンテナ群２１５の高さ位置における水平方向とアンテナ群２１５に対する携帯端末３００の方向とのなす角をαとすれば、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
となる。尚、上式におけるΔＬ（ｃｍ）はアンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１のうちの特定の２基と携帯端末３００との間の伝搬路長差である。
【００４５】
アンテナ群２１５を構成している特定の２基のアンテナ２１５１から送信される位置標定信号の位相差をΔθとすれば、上記ΔＬは、
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／２π／λ（ｃｍ）
となる。位置標定信号として、例えば２．４ＧＨｚ帯の電波を用いる場合は波長λ≒１２（ｃｍ）であるので
α＝ａｒｃＳｉｎ（２Δθ／π）
となる。ここで測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）ではα＝Δθ（ラジアン）であるので、上式から基地局２００が存在する方向を特定することができる。
【００４６】
次に上記結果を利用して携帯端末３００の位置を標定する仕組みについて説明する。
図９に位置標定システム１０の利用現場における、基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示している。同図に示すように、基地局２００のアンテナ群２１５の地上高をＨ（ｍ）、携帯端末３００の地上高をｈ（ｍ）、基地局２００の直下の地表面の位置を原点として直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を設定した場合における、基地局２００から携帯端末３００の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、基地局２００から携帯端末３００の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすれば、原点に対する携帯端末３００の位置は次式から求めることができる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））
また原点の位置を（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、携帯端末３００の現在位置（Ｘｘ，Ｙｙ）は、
Ｘｘ＝Ｘ１＋Δｄ（ｘ）
Ｙｙ＝Ｙ１＋Δｄ（ｙ）
から求めることができる。
【００４７】
尚、以上に説明した位置標定の原理は、例えば特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、特開２００６−２３２６１号公報、及び特開２００８−２５６５５９号公報等に開示されている。
【００４８】
次に携帯端末３００の位置標定部３３４によって行われる、携帯端末３００の現在位置の標定処理（以下、位置標定処理Ｓ１０００と称する。）の具体例について説明する。尚、現在位置の標定処理は、例えばサーバ装置１００に携帯端末３００の現在位置を報告するタイミング、携帯端末３００のユーザが入力装置３１５に対して所定の操作を行った場合などに随時実行される。
【００４９】
図１０は位置標定処理Ｓ１０００を説明するフローチャートである。同図に示すように、位置標定に際しては、まず位置標定部３３４が、位置標定信号受信部３３１によって受信される位置標定信号を取得する（Ｓ１０１１）。次に位置標定部３３４は、前述した仕組により位置標定信号を用いて携帯端末３００の現在位置を標定して端末位置情報を生成する（Ｓ１０１２）。そして位置標定部３３４は、生成した端末位置情報を、これを利用する方位情報提供部３３５などの携帯端末３００が備える他の機能に引き渡す（Ｓ１０１３）。
【００５０】
＜方位情報提供機能＞
次に携帯端末３００の方位情報提供部３３５によって実現される方位情報提供機能について説明する。
【００５１】
図１１は方位情報提供部３３５によって行われる処理（以下、方位情報提供処理Ｓ１１００と称する。）を説明するフローチャートである。尚、方位情報提供処理Ｓ１１００は、例えば、携帯端末３００の表示装置３１６に表示される機能選択画面（メニュー画面）から方位情報提供機能を選択するなど、携帯端末３００のユーザが入力装置３１５に対して方位情報提供機能を起動させるための所定の操作を行ったことを契機として開始される。
【００５２】
同図に示すように、まず方位情報提供部３３５は、携帯端末３００が備える指向性アンテナ３１４の指向方向を最寄りの基地局２００の方向に向けるように誘導するメッセージを表示装置３１６に表示する（Ｓ１１１１）。
【００５３】
図１２にこの際に表示装置３１６に表示されるメッセージ３１６１１の一例を示している。尚、携帯端末３００が音声出力機能を備える場合は、上記メッセージに代えて、もしくは上記メッセージとともに、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向に向くようにユーザを誘導する音声ガイダンスを出力するようにしてもよい。
【００５４】
方位情報提供部３３５は、表示装置３１６にメッセージ３１６１１を表示した後、ＲＳＳＩ回路３２０によって取得される、基地局２００からの位置標定信号の信号強度を示すイメージ（以下、インジケータ３１６１２と称する。）、及び基地局２００が存在する方向を示すイメージ（以下、方向指示アイコン３１６１３と称する。）を、表示装置３１６に表示する（Ｓ１１１２）。
【００５５】
尚、方位情報提供部３３５は、例えば加速度センサ３１８によって検出される加速度と、ＲＳＳＩ回路３２０から取得される信号強度の変化とに基づいて、方向指示アイコン３１６１３の表示制御を行う。
【００５６】
例えば方位情報提供部３３５は、携帯端末３００の向きが変化（回転）することに起因して位置標定信号の信号強度が低下すると、加速度センサ３１８の加速度から検出される携帯端末３００の回転方向とは逆の方向に携帯端末３００を回転させるように方向指示アイコン３１６１３の表示を制御する。
【００５７】
また例えば方位情報提供部３３５は、携帯端末３００の向きが変化（回転）することに起因して位置標定信号の信号強度が上がると、加速度センサ３１８の加速度から検出される携帯端末３００の移動方向にさらに携帯端末３００を回転させるように方向指示アイコン３１６１３の表示を制御する。
【００５８】
ユーザは、方向指示アイコン３１６１３の指示を見ながら、インジケータ３１６１２の信号強度が最大になるように携帯端末３００の向きを調整する。このようにユーザは、方向指示アイコン３１６１３の指示によって、携帯端末３００の指向性アンテナ３１４の指向方向を最寄りの基地局２００の方向に確実かつ容易に向けることができる。
【００５９】
ユーザが携帯端末３００の向きを調整している間、方位情報提供部３３５は、位置標定信号の信号強度が最大になっているか否かをリアルタイムに判断する（Ｓ１１１３）。方位情報提供部３３５が位置標的信号の信号強度が最大になっていないと判断した場合には（Ｓ１１１３：ＮＯ）、Ｓ１１１２に戻る。一方、方位情報提供部３３５が位置標的信号の信号強度が最大になっていると判断すると（Ｓ１１１３：ＹＥＳ）、Ｓ１１１４の処理に進む。
【００６０】
尚、位置標定信号の信号強度が最大になっているか否かの判断は、例えば所定期間内の信号強度の変化（履歴）をメモリ３１２に記憶しておき、信号強度の増加が減少に転じたタイミングにて信号強度が最大（極大）になったと判断する。
【００６１】
Ｓ１１１４では、方位情報提供部３３５は基地局２００から基地局情報を取得する。基地局情報には、前述した位置標定に用いる水平面内（地表面に平行な面内）の直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の座標系と、絶対方位（真方位又は磁方位）との関係、具体的には、直交座標軸におけるＸ軸（又はＹ軸）と絶対方位（例えばＮ極方位）とのなす角を示す情報が含まれている。
【００６２】
尚、基地局情報は必ずしもこのタイミングで受信しなくてもよく、例えば図６にて破線で示しているように、基地局２００から送信される位置標定信号とともに基地局２００から基地局情報６１５を受信するようにしてもよい。
【００６３】
続いて方位情報提供部３３５は、位置標定部３３４から前述した端末位置情報を取得する（Ｓ１１１５）。
【００６４】
そして方位情報提供部３３５は、Ｓ１１１４にて取得した基地局情報とＳ１１１５にて取得した端末位置情報とに基づき方位情報表示画面を生成する（Ｓ１１１６）。
【００６５】
図１３に方位情報表示画面１３１１の一例を示す。ここで方位情報表示画面１３１１が示す方位は、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を正しく向いている限り絶対方位１３５と一致しており、携帯端末３００のユーザは、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を正しく向いている状態で方位情報表示画面１３１１を参照することで、携帯端末３００（現在位置）から見た正しい絶対方位１３５（真方位又は磁方位）を知ることができる。
【００６６】
尚、方位情報提供部３３５は、携帯端末３００の指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を正しく向いているか否かをリアルタイムに監視し（Ｓ１１１７）、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向から所定角度以上ずれると（Ｓ１１１７：ＮＯ）方位情報表示画面１３１１を画面から消去して（Ｓ１１１８）、再びＳ１１１１の処理に戻ってユーザに携帯端末３００の向きの調節を促す（Ｓ１１１１）。
【００６７】
また方位情報提供部３３５は、入力装置３１５に対してユーザが方位情報提供機能の停止操作を行ったか否かをリアルタイムに監視しており（Ｓ１１１９）、停止操作が行われたことを検知した場合は（Ｓ１１１９：ＹＥＳ）、方位情報提供機能を停止する。方位情報提供機能の停止後は、前述した機能選択画面（メニュー画面）の表示状態などに戻る。
【００６８】
＜方位情報表示画面の生成方法＞
次に図１１のＳ１１１６において、方位情報提供部３３５が、基地局情報と端末位置情報とに基づき方位情報表示画面１３１１を生成する方法について詳細に説明する。
【００６９】
図１４に基地局２００が位置標定に用いる直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の座標系と、絶対方位１３５（真方位又は磁方位）との関係を示している。同図において、基地局２００は原点（０，０）に存在し、携帯端末３００は基地局２００が位置標定に用いる直交座標系における第４象限（ΔＸ，ΔＹ）に存在する。
【００７０】
同図の場合、基地局２００が位置標定に用いる直交座標軸に対して反時計回りに４５°ずれた方向が絶対方位１３５のＮ極方向である。つまりこの例では、絶対方位１３５のＮ極が位置標定における直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）のＸ軸に対して反時計周りに４５°の方向にあり、その旨を示す情報が基地局情報として基地局２００から携帯端末３００に送られる。
【００７１】
同図の場合、位置標定部３３４の位置標定機能によって携帯端末３００の位置が例えば（ΔＸ、ΔＹ）であると標定されると方位情報提供部３３５はこの（ΔＸ、ΔＹ）を端末位置情報として取得する。
【００７２】
同図の場合、携帯端末３００は、自身の長手方向（指向性アンテナ３１４の指向方向）が絶対方位１３５で２５５°（＝基地局情報から取得される反時計周り４５°＋端末位置情報（ΔＸ、ΔＹ）から求まる３０°＋１８０°）の方位を向いていると判断し、指向性アンテナ３１４の方向が絶対方位１３５の２２５°を示すように描いた方位情報表示画面１３１１を生成してこれを表示装置３１６に表示する。
【００７３】
携帯端末３００は、以上のようにして基地局情報と端末位置情報とに基づき絶対方位１３５を正しく示すように描いた方位情報表示画面１３１１をリアルタイムに更新して最新の方位情報表示画面１３１１を表示装置３１６に表示する。
【００７４】
以上に説明したように、本実施形態の携帯端末３００は、位置標定の機能を用いて方位に関する情報を提供することができる。また方位に関する情報は位置標定の機能を用いて生成するので、地磁気センサが機能しないような状況においても方位に関する情報を提供することができる。
【００７５】
また携帯端末３００は、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を向いている場合は絶対方位１３５を示す画面を表示し、向いていない場合は指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を向くように誘導する画面を表示するので、ユーザに正しい絶対方位１３５を知らせることができる。
【００７６】
ところで、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００７７】
例えば、携帯端末３００の位置標定は、上記実施形態で説明したように基地局２００から送信される位置標定信号を携帯端末３００側で受信することにより携帯端末３００側で行うようにする方法の他、携帯端末３００側にアンテナ群を設けて携帯端末３００側から基地局２００に向けて位置標定信号を送信し、この位置標定信号を基地局２００側で受信して基地局２００側で位置標定を行うようにすることもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１０ 位置標定システム
１３５ 絶対方位
２００ 基地局
２６３ 位置標定信号送信部
３００ 携帯端末
３１６ 表示装置
１３１１ 方位情報表示画面
３１６１３ 方向指示アイコン
３３１ 位置標定信号受信部
３３４ 位置標定部
３３５ 方位情報提供部
３３５１ 端末向き調整部
３３５２ 基地局情報取得部
３３５３ 位置標定情報取得部
３３５４ 方位情報生成部
Ｓ１０００ 位置標定処理
Ｓ１１００ 方位情報提供処理
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯端末、及び携帯端末を用いた方位情報提供方法に関し、とくに携帯端末に方位に関する情報を提供する機能を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、ユニバーサル社会の実現等を目指して自律移動システムの研究／開発が盛んに行われている。自律移動システムに関し、例えば非特許文献１には、その要素技術として、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者が携帯する携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差によって携帯端末とアンテナとの相対的な位置関係を求め、求めた位置関係と予め知れている基地局の絶対位置とに基づき歩行者の現在位置を取得するように構成した位置標定システムが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】武内 保憲，河野 公則，河野 実則、” 2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発”、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述した位置標定システムの機能を備えた携帯端末を利用して目的地まで移動する場合、自身の現在位置に加えて方位（磁気方位又は真方位）を確認することができれば、建物等の周囲の目標物と地図との対応をとりながら移動できるので安心かつ便利である。ここで携帯端末に方位に関する情報を提供する機能を持たせる方法としては、地磁気センサを利用することが考えられる。しかし地磁気センサは鉄筋コンクリート造の建物内などの地磁気が遮蔽される状況では機能しないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、方位に関する情報を提供することが可能な携帯端末、及び携帯端末を用いた方位情報提供方法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】
【０００６】
上記目的を達成するための主たる発明は、携帯端末であって、基地局に設けられた複数のアンテナの夫々から無線送信されてくる位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、受信した前記各位置標定信号の位相差に基づき自身の現在位置である端末位置を標定する位置標定部と、前記位置標定信号を受信するための指向性アンテナと、前記標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を前記基地局から受信し、前記端末位置と前記基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力する方位情報提供部とを備える。
【０００７】
本発明によれば、位置標定の機能を備えた携帯端末に方位に関する情報を提供する機能を実現することができる。また方位に関する情報は位置標定の機能を用いて生成するので、地磁気センサが機能しないような状況においても方位に関する情報を提供することができる。
【０００８】
尚、前記座標系は、例えば、前記基地局を原点とする２次元の直交座標系であり、前記基地局情報には前記直交座標系の座標軸と前記絶対方位とのなす角を示す情報が含まれている。また携帯端末は、例えば加速度センサを備えており、方位情報提供部は、例えばこの加速度センサの出力と、位置標定信号の受信信号強度とに基づき、指向性アンテナの指向方向が基地局の方向に向くように誘導する画面を生成する。
【０００９】
本発明の他の一つでは、前記方位情報提供部は、前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いているか否かを判断し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていると判断した場合は前記絶対方位を示す画面を表示し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていないと判断した場合は前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する画面を表示する。
【００１０】
本発明によれば、携帯端末は、指向性アンテナの指向方向が基地局の方向を向いている場合は絶対方位を示す画面を表示し、向いていない場合は指向性アンテナの指向方向が基地局の方向を向くように誘導する画面を表示するので正しい絶対方位を提供することができる。
【００１１】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、携帯端末に方位に関する情報を提供することが可能な携帯端末を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】自律移動支援システム１の概略的な構成を示す図である。
【図２Ａ】サーバ装置１００のハードウエア構成を示す図である。
【図２Ｂ】サーバ装置１００が備える主な機能を示す図である。
【図３Ａ】基地局２００のハードウエア構成を示す図である。
【図３Ｂ】基地局２００が備える主な機能を示す図である。
【図４Ａ】携帯端末３００のハードウエア構成を示す図である。
【図４Ｂ】携帯端末３００が備える主な機能を示す図である。
【図４Ｃ】方位情報提供部３３５の詳細を示す図である。
【図５】携帯端末３００を正面方向から眺めた外観を示す図である。
【図６】位置標定信号のデータフォーマットを示す図である。
【図７】基地局２００と携帯端末３００との位置関係を説明する図である。
【図８】アンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１と携帯端末３００との位置関係を説明する図である。
【図９】位置標定システム１０の利用現場における、基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示す図である。
【図１０】位置標定処理Ｓ１０００を説明するフローチャートである。
【図１１】方位情報提供処理Ｓ１１００を説明するフローチャートである。
【図１２】表示装置３１６に表示されるメッセージ３１６１１の一例である。
【図１３】方位情報表示画面１３１１の一例を示す図である。
【図１４】基地局２００が位置標定に用いる直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の座標系と、絶対方位１３５（真方位又は磁方位）との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態につき図面を参照しつつ説明する。図１は本発明が適用される携帯端末３００を用いて構成される自律移動支援システム１の概略的な構成である。自律移動支援システム１は、歩行者等の支援対象者（移動者）の道案内や目的地までの誘導、支援対象者への地域情報の提供、支援対象者の現在位置や移動方向等の地理的情報の第三者による監視、支援対象者の安全確保、ビルディング火災などの災害時における避難誘導支援などの様々なサービスを提供する。
【００１５】
自律移動支援システム１は、データセンタ２などに設置されるサーバ装置１００、自律移動支援システム１が展開される地域各所（電柱３等）に設置される複数の基地局２００、及び支援対象者３によって携帯される携帯端末３００を含む。
【００１６】
このうち基地局２００は、専用線やインターネットなどの有線又は無線による通信網５０を介してサーバ装置１００に通信可能に接続している。通信網５０を介した通信は、例えばＴＣＰ／ＩＰ等のプロトコルに従って行われる。サーバ装置１００及び基地局２００の夫々には、通信網５０を介して通信を行うためのネットワークアドレス（例えばＩＰアドレス）が付与されている。携帯端末３００は、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、小型のパーソナルコンピュータなどである。
【００１７】
図２Ａにサーバ装置１００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、サーバ装置１００は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、ハードディスク１１３、キーボードやマウス等の入力装置１１４、液晶ディスプレイ等の表示装置１１５、及び通信網５０に接続して基地局２００と通信するための通信インタフェース１１６を備える。
【００１８】
このうちＣＰＵ１１１は、メモリ１１２に記憶されているプログラムを実行することによりサーバ装置１００が提供する様々な機能を実現する。入力装置１１４は、操作入力を受け付けるユーザインタフェースである。表示装置１１５はユーザに視覚的な情報を提供するユーザインタフェースである。表示装置１１５には、例えば支援対象者３の現在位置や移動方向等の情報がリアルタイムに表示される。通信インタフェース１１６は、サーバ装置１００や他の基地局２００との間で通信網５０介して情報の授受を行う。
【００１９】
図２Ｂにサーバ装置１００の主な機能を示している。サーバ装置１００は、携帯端末３００の現在位置等の情報を各基地局２００から収集する。またサーバ装置１００は、支援対象者３への道案内情報の提供や目的地までの誘導、現在位置周辺についての地理情報の提供、支援対象者を監視している第三者に提供される支援対象者の現在位置や移動方向、支援対象者の安全確保に関する情報などを、基地局２００に随時提供する。
【００２０】
同図に示す情報提供収集部１２１は、基地局２００への情報提供（ダウンロード）や基地局２００からの情報収集（アップロード）を行う。設定情報記憶部１２３は、後述する位置標定機能等の基地局２００が機能を提供する際に利用する情報（以下、設定情報と称する）を記憶する。尚、設定情報には例えば基地局２００の緯度・経度・設置高さなどがある。
【００２１】
図３Ａに基地局２００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、基地局２００は、ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信インタフェース２１３、及びアンテナ群２１５を備えている。
【００２２】
このうちＣＰＵ２１１は、メモリ２１２に記憶されているプログラムを実行し、基地局２００が備える各種の機能を実現する。通信インタフェース２１３は、サーバ装置１００との間で通信網５０を介して通信する。無線通信インタフェース２１４は、後述する位置標定のための無線信号を送信する。アンテナ群２１５は、複数の円偏波指向性アンテナ２１５１からなる。アンテナ群２１５の詳細については後述する。
【００２３】
ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信インタフェース２１３、及びアンテナ群２１５は、バス２２０を介して互いに通信可能に接続されている。アンテナ群２１５には切替スイッチ２１５２が併設されている。切替スイッチ２１５２は、アンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１のうちのいずれか一つを設定により又は自動的に選択して無線通信インタフェース２１４に接続する。
【００２４】
図３Ｂに基地局２００が備える主な機能を示している。通信部２６１は通信インタフェース２１３を制御してサーバ装置１００と各種情報の送受信を行う。位置標定信号送信部２６３は携帯端末３００の現在位置の標定に用いられる無線信号（以下、位置標定信号と称する）を送信する。設定情報記憶部２６４は、前述した設定情報を記憶する。
【００２５】
図４Ａに携帯端末３００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、ＣＰＵ３１１、メモリ３１２、無線通信インタフェース３１３、指向性アンテナ３１４、タッチパネルや操作ボタン等の入力装置３１５、液晶ディスプレイ等の表示装置３１６、ＲＴＣ（Real Time Clock）等を用いて構成される計時回路３１７、加速度センサ３１８、及びＲＳＳＩ回路３２０（RSSI: Radio Signal Strength Indicator）を備える。
【００２６】
ＣＰＵ３１１は、メモリ３１２に記憶されているプログラムを実行することにより携帯端末３００が備える各種の機能を実現する。計時回路３１７は、ＣＰＵ３１１等からの要求に応じて現在時刻を生成／出力する。加速度センサ３１８は、当該携帯端末３００に作用する加速度を検知し、検知した加速度の大きさを示す信号を出力する。ＲＳＳＩ回路３２０は、無線通信インタフェース３１３によって受信される位置標定信号等の電波の受信信号強度を示す信号を生成して出力する。
【００２７】
図４Ｂに携帯端末３００が備える主な機能を示している。同図において、位置標定信号受信部３３１は、無線通信インタフェース３１３により基地局２００から送信される位置標定信号を受信する。情報送受信部３３２は、通信網５０を介してサーバ装置１００と通信し、ファームウエア等の携帯端末３００で実行されるプログラムやデータの更新情報や支援対象者３に提示するための情報の受信（ダウンロード）、及びサーバ装置１００において用いられる各種情報についての携帯端末３００からサーバ装置１００への送信（アップロード）を行う。
【００２８】
情報表示部３３３は、支援対象者３に提示する情報を表示装置３１６に出力する。位置標定部３３４は、位置標定信号受信部３３１によって受信された位置標定信号に基づき携帯端末３００の現在位置を標定する。必要な場合には、標定された携帯端末３００の現在位置は、無線通信により携帯端末３００から基地局２００に送信され、基地局２００から通信網５０を介してサーバ装置１００に送信される。位置標定の具体的な仕組みについては後述する。
【００２９】
方位情報提供部３３５は、基地局２００から提供される情報と位置標定の仕組みを利用して、携帯端末３００の所持者に絶対方位（真方位又は磁方位）を示す情報（以下、方位情報と称する。）を知らせる機能（以下、方位情報提供機能と称する。）を実現する。
【００３０】
図４Ｃに、図４Ｂに示した方位情報提供部３３５の詳細を示している。同図に示すように、方位情報提供部３３５は、端末向き調整部３３５１、基地局情報取得部３３５２、位置標定情報取得部３３５３、及び方位情報生成部３３５４の各機能を有する。
【００３１】
端末向き調整部３３５１は、方位情報提供部３３５が方位情報を取得する際に必要となる、ユーザが携帯端末３００の指向性アンテナ３１４の向き合わせをするための機能を提供する。
【００３２】
基地局情報取得部３３５２は、方位情報提供部３３５が方位情報を生成する際に必要となる情報（以下、基地局情報と称する。）を基地局２００から受信する。
【００３３】
位置標定情報取得部３３５３は、位置標定部３３４によって標定された携帯端末３００の位置を示す情報（以下、端末位置情報と称する。）を取得する。端末位置情報は、基地局２００に設定された直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸）における携帯端末３００の現在位置を示す情報（ΔＸ，ΔＹ）を含む。
【００３４】
方位情報生成部３３５４は、基地局情報取得部３３５２によって取得される基地局情報と、位置標定情報取得部３３５３によって取得される端末位置情報とに基づき、方位情報を表示する画面（以下、方位情報表示画面と称する。）を生成する。方位情報表示画面は、例えば方位磁石（磁気コンパス）をイメージしたグラフィカルな画面で構成される。
【００３５】
図５に携帯端末３００を正面方向から眺めた外観を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、入力装置３１５として操作キー３１５１を、表示装置３１６として液晶ディスプレイを備える。携帯端末３００には矢印３１４１で示す方向に指向方向を有する（矢印３１４１で示す方向に最大利得を有する）、指向性アンテナ３１４が内蔵されている。
【００３６】
＜位置標定機能＞
本実施形態の自律移動支援システム１における、携帯端末３００の位置標定に関する仕組みは、基地局２００と当該基地局２００の周辺に存在している携帯端末３００とを含んで構成される位置標定システム１０が備える機能を用いて実現される。
【００３７】
前述した基地局２００の無線通信インタフェース２１４は、アンテナ群２１５を構成している複数のアンテナ２１５１を周期的に切り換えながら、スペクトル拡散された無線信号を送信する。一方、携帯端末３００の位置標定信号受信部３３１は、アンテナ３１４によって基地局２００の各アンテナ２１５１から送信される信号を受信する。尚、隣接基地局間での電波の干渉を防ぐべく、各基地局２００は、基地局２００間で同期信号を共有することにより、隣接する基地局２００から同時期に位置標定信号が送信されないように送信タイミングの制御を行っている。
【００３８】
図６に基地局２００から送信される位置標定信号のデータフォーマットを示している。同図に示すように、位置標定信号は、上述した同期信号６１１、場所コード６１２（ＵＣＯＤＥ）、アンテナ情報６１３、及び測定信号６１４を含んで構成されている。尚、同期信号６１１は、３２ｂｉｔのプリアンブル信号と１６ｂｉｔの同期信号の合計４８ｂｉｔのデータで構成されている。
【００３９】
このうち場所コード６１２（ＵＣＯＤＥ）は、基地局２００の設置場所を特定する情報である。場所コード６１２は、統一基準に従って位置毎に割り当てられる１２８ｂｉｔのコードからなる。
【００４０】
アンテナ情報６１３は、アンテナ２１５１の高さやアンテナ２１５１の識別子、アンテナ２１５１の指向方向を示す１６ｂｉｔのデータ等で構成されている。
【００４１】
測定信号６１４は、携帯端末３００の存在する方向と携帯端末３００までの相対距離を検出するための信号を含み、基点となる４つのアンテナ２１５１を順次切り替えながら送信される２０４８チップの拡散符号を含む。
【００４２】
図７は携帯端末３００を所持するユーザが、基地局２００が設置された電柱の傍に居る状況を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、地上高１（ｍ）の位置に存在し、基地局２００は地上高Ｈ（ｍ）の位置に設けられている。基地局２００の直下から携帯端末３００までの地表面に沿う距離はＬ（ｍ）である。
【００４３】
図８に基地局２００のアンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１と携帯端末３００との相対的な位置関係を示している。基地局２００のアンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１は、夫々の指向方向が斜め下方向に向くように設置されている。同図示すアンテナ群２１５は、３ｃｍの間隔（この間隔は位置標定信号として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合における１／４波長に相当）をあけて略正方形状に隣接配置された４つの円偏波指向性アンテナを含む。
【００４４】
ここでアンテナ群２１５の高さ位置における水平方向とアンテナ群２１５に対する携帯端末３００の方向とのなす角をαとすれば、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
となる。尚、上式におけるΔＬ（ｃｍ）はアンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１のうちの特定の２基と携帯端末３００との間の伝搬路長差である。
【００４５】
アンテナ群２１５を構成している特定の２基のアンテナ２１５１から送信される位置標定信号の位相差をΔθとすれば、上記ΔＬは、
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／２π／λ（ｃｍ）
となる。位置標定信号として、例えば２．４ＧＨｚ帯の電波を用いる場合は波長λ≒１２（ｃｍ）であるので
α＝ａｒｃＳｉｎ（２Δθ／π）
となる。ここで測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）ではα＝Δθ（ラジアン）であるので、上式から基地局２００が存在する方向を特定することができる。
【００４６】
次に上記結果を利用して携帯端末３００の位置を標定する仕組みについて説明する。
図９に位置標定システム１０の利用現場における、基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示している。同図に示すように、基地局２００のアンテナ群２１５の地上高をＨ（ｍ）、携帯端末３００の地上高をｈ（ｍ）、基地局２００の直下の地表面の位置を原点として直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を設定した場合における、基地局２００から携帯端末３００の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、基地局２００から携帯端末３００の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすれば、原点に対する携帯端末３００の位置は次式から求めることができる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））
また原点の位置を（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、携帯端末３００の現在位置（Ｘｘ，Ｙｙ）は、
Ｘｘ＝Ｘ１＋Δｄ（ｘ）
Ｙｙ＝Ｙ１＋Δｄ（ｙ）
から求めることができる。
【００４７】
尚、以上に説明した位置標定の原理は、例えば特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、特開２００６−２３２６１号公報、及び特開２００８−２５６５５９号公報等に開示されている。
【００４８】
次に携帯端末３００の位置標定部３３４によって行われる、携帯端末３００の現在位置の標定処理（以下、位置標定処理Ｓ１０００と称する。）の具体例について説明する。尚、現在位置の標定処理は、例えばサーバ装置１００に携帯端末３００の現在位置を報告するタイミング、携帯端末３００のユーザが入力装置３１５に対して所定の操作を行った場合などに随時実行される。
【００４９】
図１０は位置標定処理Ｓ１０００を説明するフローチャートである。同図に示すように、位置標定に際しては、まず位置標定部３３４が、位置標定信号受信部３３１によって受信される位置標定信号を取得する（Ｓ１０１１）。次に位置標定部３３４は、前述した仕組により位置標定信号を用いて携帯端末３００の現在位置を標定して端末位置情報を生成する（Ｓ１０１２）。そして位置標定部３３４は、生成した端末位置情報を、これを利用する方位情報提供部３３５などの携帯端末３００が備える他の機能に引き渡す（Ｓ１０１３）。
【００５０】
＜方位情報提供機能＞
次に携帯端末３００の方位情報提供部３３５によって実現される方位情報提供機能について説明する。
【００５１】
図１１は方位情報提供部３３５によって行われる処理（以下、方位情報提供処理Ｓ１１００と称する。）を説明するフローチャートである。尚、方位情報提供処理Ｓ１１００は、例えば、携帯端末３００の表示装置３１６に表示される機能選択画面（メニュー画面）から方位情報提供機能を選択するなど、携帯端末３００のユーザが入力装置３１５に対して方位情報提供機能を起動させるための所定の操作を行ったことを契機として開始される。
【００５２】
同図に示すように、まず方位情報提供部３３５は、携帯端末３００が備える指向性アンテナ３１４の指向方向を最寄りの基地局２００の方向に向けるように誘導するメッセージを表示装置３１６に表示する（Ｓ１１１１）。
【００５３】
図１２にこの際に表示装置３１６に表示されるメッセージ３１６１１の一例を示している。尚、携帯端末３００が音声出力機能を備える場合は、上記メッセージに代えて、もしくは上記メッセージとともに、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向に向くようにユーザを誘導する音声ガイダンスを出力するようにしてもよい。
【００５４】
方位情報提供部３３５は、表示装置３１６にメッセージ３１６１１を表示した後、ＲＳＳＩ回路３２０によって取得される、基地局２００からの位置標定信号の信号強度を示すイメージ（以下、インジケータ３１６１２と称する。）、及び基地局２００が存在する方向を示すイメージ（以下、方向指示アイコン３１６１３と称する。）を、表示装置３１６に表示する（Ｓ１１１２）。
【００５５】
尚、方位情報提供部３３５は、例えば加速度センサ３１８によって検出される加速度と、ＲＳＳＩ回路３２０から取得される信号強度の変化とに基づいて、方向指示アイコン３１６１３の表示制御を行う。
【００５６】
例えば方位情報提供部３３５は、携帯端末３００の向きが変化（回転）することに起因して位置標定信号の信号強度が低下すると、加速度センサ３１８の加速度から検出される携帯端末３００の回転方向とは逆の方向に携帯端末３００を回転させるように方向指示アイコン３１６１３の表示を制御する。
【００５７】
また例えば方位情報提供部３３５は、携帯端末３００の向きが変化（回転）することに起因して位置標定信号の信号強度が上がると、加速度センサ３１８の加速度から検出される携帯端末３００の移動方向にさらに携帯端末３００を回転させるように方向指示アイコン３１６１３の表示を制御する。
【００５８】
ユーザは、方向指示アイコン３１６１３の指示を見ながら、インジケータ３１６１２の信号強度が最大になるように携帯端末３００の向きを調整する。このようにユーザは、方向指示アイコン３１６１３の指示によって、携帯端末３００の指向性アンテナ３１４の指向方向を最寄りの基地局２００の方向に確実かつ容易に向けることができる。
【００５９】
ユーザが携帯端末３００の向きを調整している間、方位情報提供部３３５は、位置標定信号の信号強度が最大になっているか否かをリアルタイムに判断する（Ｓ１１１３）。方位情報提供部３３５が位置標的信号の信号強度が最大になっていないと判断した場合には（Ｓ１１１３：ＮＯ）、Ｓ１１１２に戻る。一方、方位情報提供部３３５が位置標的信号の信号強度が最大になっていると判断すると（Ｓ１１１３：ＹＥＳ）、Ｓ１１１４の処理に進む。
【００６０】
尚、位置標定信号の信号強度が最大になっているか否かの判断は、例えば所定期間内の信号強度の変化（履歴）をメモリ３１２に記憶しておき、信号強度の増加が減少に転じたタイミングにて信号強度が最大（極大）になったと判断する。
【００６１】
Ｓ１１１４では、方位情報提供部３３５は基地局２００から基地局情報を取得する。基地局情報には、前述した位置標定に用いる水平面内（地表面に平行な面内）の直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の座標系と、絶対方位（真方位又は磁方位）との関係、具体的には、直交座標軸におけるＸ軸（又はＹ軸）と絶対方位（例えばＮ極方位）とのなす角を示す情報が含まれている。
【００６２】
尚、基地局情報は必ずしもこのタイミングで受信しなくてもよく、例えば図６にて破線で示しているように、基地局２００から送信される位置標定信号とともに基地局２００から基地局情報６１５を受信するようにしてもよい。
【００６３】
続いて方位情報提供部３３５は、位置標定部３３４から前述した端末位置情報を取得する（Ｓ１１１５）。
【００６４】
そして方位情報提供部３３５は、Ｓ１１１４にて取得した基地局情報とＳ１１１５にて取得した端末位置情報とに基づき方位情報表示画面を生成する（Ｓ１１１６）。
【００６５】
図１３に方位情報表示画面１３１１の一例を示す。ここで方位情報表示画面１３１１が示す方位は、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を正しく向いている限り絶対方位１３５と一致しており、携帯端末３００のユーザは、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を正しく向いている状態で方位情報表示画面１３１１を参照することで、携帯端末３００（現在位置）から見た正しい絶対方位１３５（真方位又は磁方位）を知ることができる。
【００６６】
尚、方位情報提供部３３５は、携帯端末３００の指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を正しく向いているか否かをリアルタイムに監視し（Ｓ１１１７）、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向から所定角度以上ずれると（Ｓ１１１７：ＮＯ）方位情報表示画面１３１１を画面から消去して（Ｓ１１１８）、再びＳ１１１１の処理に戻ってユーザに携帯端末３００の向きの調節を促す（Ｓ１１１１）。
【００６７】
また方位情報提供部３３５は、入力装置３１５に対してユーザが方位情報提供機能の停止操作を行ったか否かをリアルタイムに監視しており（Ｓ１１１９）、停止操作が行われたことを検知した場合は（Ｓ１１１９：ＹＥＳ）、方位情報提供機能を停止する。方位情報提供機能の停止後は、前述した機能選択画面（メニュー画面）の表示状態などに戻る。
【００６８】
＜方位情報表示画面の生成方法＞
次に図１１のＳ１１１６において、方位情報提供部３３５が、基地局情報と端末位置情報とに基づき方位情報表示画面１３１１を生成する方法について詳細に説明する。
【００６９】
図１４に基地局２００が位置標定に用いる直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の座標系と、絶対方位１３５（真方位又は磁方位）との関係を示している。同図において、基地局２００は原点（０，０）に存在し、携帯端末３００は基地局２００が位置標定に用いる直交座標系における第４象限（ΔＸ，ΔＹ）に存在する。
【００７０】
同図の場合、基地局２００が位置標定に用いる直交座標軸に対して反時計回りに４５°ずれた方向が絶対方位１３５のＮ極方向である。つまりこの例では、絶対方位１３５のＮ極が位置標定における直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）のＸ軸に対して反時計周りに４５°の方向にあり、その旨を示す情報が基地局情報として基地局２００から携帯端末３００に送られる。
【００７１】
同図の場合、位置標定部３３４の位置標定機能によって携帯端末３００の位置が例えば（ΔＸ、ΔＹ）であると標定されると方位情報提供部３３５はこの（ΔＸ、ΔＹ）を端末位置情報として取得する。
【００７２】
同図の場合、携帯端末３００は、自身の長手方向（指向性アンテナ３１４の指向方向）が絶対方位１３５で２５５°（＝基地局情報から取得される反時計周り４５°＋端末位置情報（ΔＸ、ΔＹ）から求まる３０°＋１８０°）の方位を向いていると判断し、指向性アンテナ３１４の方向が絶対方位１３５の２２５°を示すように描いた方位情報表示画面１３１１を生成してこれを表示装置３１６に表示する。
【００７３】
携帯端末３００は、以上のようにして基地局情報と端末位置情報とに基づき絶対方位１３５を正しく示すように描いた方位情報表示画面１３１１をリアルタイムに更新して最新の方位情報表示画面１３１１を表示装置３１６に表示する。
【００７４】
以上に説明したように、本実施形態の携帯端末３００は、位置標定の機能を用いて方位に関する情報を提供することができる。また方位に関する情報は位置標定の機能を用いて生成するので、地磁気センサが機能しないような状況においても方位に関する情報を提供することができる。
【００７５】
また携帯端末３００は、指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を向いている場合は絶対方位１３５を示す画面を表示し、向いていない場合は指向性アンテナ３１４の指向方向が基地局２００の方向を向くように誘導する画面を表示するので、ユーザに正しい絶対方位１３５を知らせることができる。
【００７６】
ところで、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００７７】
例えば、携帯端末３００の位置標定は、上記実施形態で説明したように基地局２００から送信される位置標定信号を携帯端末３００側で受信することにより携帯端末３００側で行うようにする方法の他、携帯端末３００側にアンテナ群を設けて携帯端末３００側から基地局２００に向けて位置標定信号を送信し、この位置標定信号を基地局２００側で受信して基地局２００側で位置標定を行うようにすることもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１０ 位置標定システム
１３５ 絶対方位
２００ 基地局
２６３ 位置標定信号送信部
３００ 携帯端末
３１６ 表示装置
１３１１ 方位情報表示画面
３１６１３ 方向指示アイコン
３３１ 位置標定信号受信部
３３４ 位置標定部
３３５ 方位情報提供部
３３５１ 端末向き調整部
３３５２ 基地局情報取得部
３３５３ 位置標定情報取得部
３３５４ 方位情報生成部
Ｓ１０００ 位置標定処理
Ｓ１１００ 方位情報提供処理
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局に設けられた複数のアンテナの夫々から無線送信されてくる位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、
受信した前記各位置標定信号の位相差に基づき自身の現在位置である端末位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定信号を受信するための指向性アンテナと、
前記標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を前記基地局から受信し、前記端末位置と前記基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力する方位情報提供部と
を備えることを特徴とする携帯端末。
【請求項２】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記標定に用いる座標系は、前記基地局を原点とする水平面内における２次元の直交座標系であり、前記基地局情報に、前記直交座標系の座標軸と前記絶対方位とのなす角を示す情報が含まれている
ことを特徴とする携帯端末。
【請求項３】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路を備え、
前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する情報を出力する
ことを特徴とする携帯端末。
【請求項４】
請求項３に記載の携帯端末であって、
加速度センサを備え、前記方位情報提供部は、前記加速度センサの出力と、前記位置標定信号の受信信号強度とに基づき、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する画面を生成する
ことを特徴とする携帯端末。
【請求項５】
請求項３に記載の携帯端末であって、
前記方位情報提供部は、前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いているか否かを判断し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていると判断した場合は前記絶対方位を示す画面を表示し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていないと判断した場合は前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する画面を表示する
ことを特徴とする携帯端末。
【請求項６】
基地局に設けられた複数のアンテナの夫々から無線送信されてくる位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、
受信した前記各位置標定信号の位相差に基づき自身の現在位置である端末位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定信号を受信するための指向性アンテナと
を備える携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記携帯端末は、前記標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を前記基地局から受信し、前記端末位置と前記基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力する
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項７】
請求項６に記載の携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記標定に用いる座標系は、前記基地局を原点とする水平面内における２次元の直交座標系であり、前記基地局情報に、前記直交座標系の座標軸と前記絶対方位とのなす角を示す情報が含まれている
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項８】
請求項６に記載の携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記携帯端末は、前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路を備え、
前記携帯端末は、前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する情報を出力する
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項９】
請求項８に記載の携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記携帯端末は加速度センサを備え、
前記携帯端末は、前記加速度センサの出力と、前記位置標定信号の受信信号強度とに基づき、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向に向くように誘導する画面を生成する
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記携帯端末は、前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いているか否かを判断し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていると判断した場合は前記絶対方位を示す画面を表示し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていないと判断した場合は前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する画面を表示する
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項１】
基地局に設けられた複数のアンテナの夫々から無線送信されてくる位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、
受信した前記各位置標定信号の位相差に基づき自身の現在位置である端末位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定信号を受信するための指向性アンテナと、
前記標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を前記基地局から受信し、前記端末位置と前記基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力する方位情報提供部と
を備えることを特徴とする携帯端末。
【請求項２】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記標定に用いる座標系は、前記基地局を原点とする水平面内における２次元の直交座標系であり、前記基地局情報に、前記直交座標系の座標軸と前記絶対方位とのなす角を示す情報が含まれている
ことを特徴とする携帯端末。
【請求項３】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路を備え、
前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する情報を出力する
ことを特徴とする携帯端末。
【請求項４】
請求項３に記載の携帯端末であって、
加速度センサを備え、前記方位情報提供部は、前記加速度センサの出力と、前記位置標定信号の受信信号強度とに基づき、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する画面を生成する
ことを特徴とする携帯端末。
【請求項５】
請求項３に記載の携帯端末であって、
前記方位情報提供部は、前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いているか否かを判断し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていると判断した場合は前記絶対方位を示す画面を表示し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていないと判断した場合は前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する画面を表示する
ことを特徴とする携帯端末。
【請求項６】
基地局に設けられた複数のアンテナの夫々から無線送信されてくる位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、
受信した前記各位置標定信号の位相差に基づき自身の現在位置である端末位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定信号を受信するための指向性アンテナと
を備える携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記携帯端末は、前記標定に用いた座標系と絶対方位との関係を示す情報である基地局情報を前記基地局から受信し、前記端末位置と前記基地局情報とに基づき絶対方位を示す情報を出力する
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項７】
請求項６に記載の携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記標定に用いる座標系は、前記基地局を原点とする水平面内における２次元の直交座標系であり、前記基地局情報に、前記直交座標系の座標軸と前記絶対方位とのなす角を示す情報が含まれている
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項８】
請求項６に記載の携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記携帯端末は、前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路を備え、
前記携帯端末は、前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する情報を出力する
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項９】
請求項８に記載の携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記携帯端末は加速度センサを備え、
前記携帯端末は、前記加速度センサの出力と、前記位置標定信号の受信信号強度とに基づき、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向に向くように誘導する画面を生成する
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の携帯端末を用いた方位情報提供方法であって、
前記携帯端末は、前記受信信号強度に基づき前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いているか否かを判断し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていると判断した場合は前記絶対方位を示す画面を表示し、前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向いていないと判断した場合は前記指向性アンテナの指向方向が前記基地局の方向を向くように誘導する画面を表示する
ことを特徴とする携帯端末を用いた方位情報提供方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４２１６５（Ｐ２０１１−２４２１６５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２４３９（Ｐ２０１０−１１２４３９）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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