測位装置
【課題】屋内の複雑に変化する通信環境に即した測位結果を求めることを可能にする。
【解決手段】各受信部で予め測定した受信状態の組と測定時の無線端末の位置の真値を対応付けた対応表を格納する真値記憶部と、任意の測位時に受信状態取得手段から入力される同一識別情報の取得受信状態の組に基づいて対応表を参照し、一致する受信状態の組に対応する真値を抽出する真値探索部と、真値探索部の測位処理で該当する真値が得られなかった場合に、取得受信状態の組に対して、予め準備した受信状態と距離の関係および各受信部の設定位置を用いて無線端末の存在可能な領域を算出し、当該領域の重心を推定位置として算出する位置推測部を備え、位置推測部で算出された推定位置とその算出に用いた取得受信状態の組を真値記憶部に送って対応表を更新するようにしたものである。
【解決手段】各受信部で予め測定した受信状態の組と測定時の無線端末の位置の真値を対応付けた対応表を格納する真値記憶部と、任意の測位時に受信状態取得手段から入力される同一識別情報の取得受信状態の組に基づいて対応表を参照し、一致する受信状態の組に対応する真値を抽出する真値探索部と、真値探索部の測位処理で該当する真値が得られなかった場合に、取得受信状態の組に対して、予め準備した受信状態と距離の関係および各受信部の設定位置を用いて無線端末の存在可能な領域を算出し、当該領域の重心を推定位置として算出する位置推測部を備え、位置推測部で算出された推定位置とその算出に用いた取得受信状態の組を真値記憶部に送って対応表を更新するようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグなどの電波を発する小型の無線端末を用いて屋内測位を行う測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、屋外における測位方法に関しては、カーナビゲーションシステムで代表されるようにＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を利用した測位が主流となっている。一方、屋内における測位方法としては、ＲＦＩＤ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）などの近距離通信技術を適用した、電波デバイスと称する小型の無線端末を使うものが提案されている（例えば非特許文献１〜５参照）。例えばＲＦＩＤを用いた測位システムの場合、測定対象エリアの異なる所定位置に複数個のリーダ（読み取り機）を対応付けて設置し、当該エリア内を移動する測位対象のＲＦＩＤタグとの間で通信を行う構成となっている。各リーダは、ＲＦＩＤタグからの電波を受信すると、受信したＩＤ情報とその受信電波強度（Received Signal Strength Indicator：以下、ＲＳＳＩ値とする）を、ＬＡＮなどを介して測位処理部に送る。測位処理部では、例えばＲＳＳＩ値を距離換算してリーダとＲＦＩＤタグ間の距離を求め、三角測量により、算出した距離とリーダの位置とからＲＦＩＤタグの位置を計算するようにしている。また、別の例として、事前処理で測定対象エリア内の所定の複数位置に対してＲＦＩＤタグを置き、各位置に対するＲＳＳＩ値を各リーダで収集しておき、測位時にその事前学習データを参照して測位対象のＲＦＩＤタグの位置を算出するという方法がある（非特許文献５参照）。
また、電波デバイスとＧＰＳといった複数の測位方法を組み合わせた測位システムも提案されている（例えば特許文献１，２参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１８２７２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０６９２号公報
【非特許文献１】神谷泉・小白井亮一・増田亮太・清野憲二・神田秀彦・羽場純， 「無線ＬＡＮ測位に関する基礎実験とその評価 − いつでもどこでも可能な測位環境の確立に向けて −」， 日本写真測量学会誌 「写真測量とリモートセンシング」 Ｖｏｌ．４４， Ｎｏ．４， ２００５
【非特許文献２】田中完爾・木室義彦・山野健太郎・平山満・近藤英二・松本三千人， 「ＲＦＩＤシステムによる自己位置推定とタグ配置作業」， 電子情報通信学会論文誌， Ｄ−ＩＩ， Ｖｏｌ．Ｊ８８−Ｄ−ＩＩ， Ｎｏ．９， ｐｐ．１７５９−１７７０
【非特許文献３】神谷泉， 「測位技術の調査とＩＣタグ， ＵＷＢの測位への応用」， 国土地理院時報， Ｎｏ．１０６， ２００５，http://www.gsi.go.jp/REPORT/JIHO/vol106/106-5.pdf
【非特許文献４】北須賀輝明・中西恒夫・福田晃， 「無線通信網を用いた屋内向け測位方式」， 情報処理学会論文誌：コンピューティングシステム Ｖｏｌ．４４， Ｎｏ．ＳＩＧ１０（ＡＣＳ ２）， Ｊｕｌｙ ２００３http://www.f.csce.kyushu-u.ac.jp/~kitasuka/papers/2003/ipsj-kitasuka-v44acs2a013.pdf
【非特許文献５】小川智明・吉野修一・清水雅史， 「屋内における無線タグを用いた学習型位置推定法」， 情報処理学会研究報告 ２００４−ＵＢＩ−５， ２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、従来の屋内を対象とした測位方法で、ＲＳＳＩ値と距離の関係を利用しているものは、屋内特有の通信環境があるため、測定のタイミングにより同一の位置に対する測位結果に違いを生じるという問題がある。特に屋内では、壁、パーティション、天井、その他の設置物が存在し、電波の反射が起こりやすくなり、マルチパスが発生するからである。そのため、同一地点を観測しても電波の強度などが揺らぎ、測位結果にばらつきを生じることになる。また、屋内の電波障害の要因となるパーティションなどは増減、設置位置変更などを伴うことが多いため、通信環境が一様に保たれず、上記のような測位結果に影響を及ぼす。また、事前学習データを用いる方法は、測位処理は速いが、充実した事前データを取得するためには収集工数を要する上、上記のように時間経過により通信環境が変化するため、取得しておいたデータが適応しなくなり、安定した測位結果が得られなくなる。さらにその他の測位方法による場合でも、電波を用いる以上、屋内という通信環境により同様の問題が生じる。そのため、通信環境に即した測位システムの構築が求められる。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、屋内の複雑に変化する通信環境に即した測位結果を求めることが可能な測位装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る測位装置は、所定の測定対象エリア内に在る移動可能な測位対象の無線端末から送信される当該端末の識別情報を含む電波を、当該測定対象エリアの所定の位置に設置された複数の受信部により受信し、各受信部における電波の受信状態をそれぞれ測定して識別情報単位の組にして得る受信状態取得手段と、測定対象エリア内の所定の複数位置に同種無線端末を置いて各受信部で予め測定した受信状態の組と測定時の無線端末の位置の真値を対応付けた対応表を格納する真値記憶部と、任意の測位時に受信状態取得手段から入力される同一識別情報の取得受信状態の組に基づいて対応表を参照し、一致する受信状態の組に対応する真値を抽出する真値探索部と、真値探索部の測位処理で該当する真値が得られなかった場合に、取得受信状態の組に対して、予め準備した受信状態と距離の関係および各受信部の設定位置を用いて無線端末の存在可能な領域を算出し、当該領域の重心を推定位置として算出する位置推測部と、真値探索部で抽出された真値あるいは位置推測部で算出された推定位置を現在測位対象としている無線端末の測位結果として出力する測位結果出力部を備え、位置推測部で算出された推定位置とその算出に用いた取得受信状態の組を真値記憶部に送って対応表を更新するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、測位時に取得した受信状態に対して、事前処理時に収集作成した受信状態と真値の対応表を用いた真値探索部による測位処理で測位結果が得られない場合に、位置推測部の推測処理による推定位置を測位結果として得るようにしたので、通信環境による受信状態の変化に対しても常時安定した測位を可能にする。また、このとき得られた推定位置と受信状態を対応表に加えて自動更新するようにしたので、真値探索部による以降の測位処理において同じ取得受信状態に対しての測位結果を得ることが可能になり、位置推測部よる場合よりも速い処理で行うことができるようになる。さらに、事前処理で収集作成した対応表のデータ量が少ない場合には、測位処理の実績を加えていくことで対応表のデータの充実化を図ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による測位装置の機能構成を示すブロック図である。
無線端末１は、例えば人やロボットなどに所持させて所定の測定対象エリア内を移動させる小型の測位対象で、情報受信部１１と情報送信部１２を備えている。情報送信部１２は、アクティブＲＦＩＤタグであり、測位処理装置２に向けて電波を送信する手段で、その電波には無線端末自身を識別する識別情報を含んでいる。また、情報受信部１１は、例えば測位装置２で得た当該無線端末１自身の測位結果を受信する手段で、無線端末１の所持者が自分の現在位置を確認したり、移動可能なロボットが次の移動量を算出する基準データとして用いたりするのに使用される。
【０００９】
測位装置２は、以下の各部を備えている。
受信状態取得手段２０は、複数の受信部２０１と受信状態情報入力部２０２から構成されている。受信部２０１は、無線端末１からの識別情報を含む電波を受信し、電波の受信状態としてＲＳＳＩ値を測定する手段で、アクティブＲＦＩＤタグに対する複数のリーダを想定する。この例では、４個の受信部２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄが所定の測定対象エリアの異なる位置に設置されているものとする（例えば図８のＲ1 〜Ｒ4 を参照）。受信状態情報入力部２０２は、各受信部２０でそれぞれ取得したＲＳＳＩ値を識別情報単位の組データに統合する手段である。受信部２０１と受信状態情報入力部２０２の間の通信は、有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮなどを介して行うことを想定している。なお、受信状態取得手段２０は周知の構成である。この例では、電波の受信状態を受信部２０１で測定したＲＳＳＩ値を例にしているが、受信状態としては、ほかに電波から得られる電波到達時間、発信元の角度などもあり、その測定処理が複雑なものについては、受信部２０１ではなく受信状態情報入力部２０２側で行う場合も当然考えられる。
【００１０】
真値入力部２２は、事前処理に用いる機能で、測定対象エリア内の所定の複数位置に無線端末１を置いて、各位置における電波から測定したＲＳＳＩ値の組と装置外から入力される位置の真値（ＲＳＳＩ値の組に対応する無線端末のエリア地図上の座標である。以下、位置の真値を単に「真値」と呼ぶことにする。）を対応付ける手段である。真値記憶部２３は、真値入力部２２で対応付けられたＲＳＳＩ値と真値とを対応表にして記憶領域５１に格納し、またそれらのデータの転送・更新を行う手段である。
【００１１】
真値探索部２４は、任意の測位時に受信部２０１、受信状態情報入力部２０２で取得した同一識別情報のＲＳＳＩ値の組（以下、取得ＲＳＳＩ値の組とする。）に基づいて真値記憶部２３が保持している対応表を参照し、一致するＲＳＳＩ値の組に対応する真値を抽出する手段である。位置推測部２５は、真値探索部２４の測位処理で該当する真値が得られなかった場合に、取得ＲＳＳＩ値の組に対して、予め準備したＲＳＳＩ値と距離の関係および各受信部２０１の設定位置を用いて無線端末１の存在可能領域を算出し、当該存在可能領域の重心を算出して推定位置として得る手段である。測位結果出力部２８は、真値探索部２４で抽出された真値あるいは位置推測部２５で算出された推定位置を測位対象としている無線端末の測位結果として出力する手段である。
【００１２】
パラメータ管理部２６は、位置推測部２５が推測処理で得た推定位置とそのとき使用した取得ＲＳＳＩ値の組を保持し管理する手段で、パラメータ生成部２６１およびパラメータ記憶部２６２を有している。パラメータ生成部２６１は、位置推測部２５で算出された推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組を保持しておき、これら保持データの中から無線端末の移動に依存するＲＳＳＩ値の変化を持つデータのみを選択する手段である。パラメータ記憶部２６２は、パラメータ生成部２６１で選択された推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組を真値候補データとして保持する手段である。
【００１３】
次に、事前処理の動作について説明する。
まず、事前処理として、任意の状態で測位を行うときに使用する照合データとして、ＲＳＳＩ値の組と真値の対応表を作成する。この場合、測定対象エリアの地図データを準備しておき、当該エリア内の決められた複数の位置に無線端末１を、例えば順次当てはめ、その各位置において発せられる情報送信部１２からの電波を各受信部２０１で受信する。各受信部２０１では、受信した電波のＲＳＳＩ値をそれぞれ測定して受信状態情報入力部２０２に送る。受信状態情報入力部２０２では、測定された各ＲＳＳＩ値を組にして真値入力部２２に送る。真値入力部２２では、取得したＲＳＳＩ値の組と、外部から入力される測定対象エリアの地図データ上の真値を対応付けて真値記憶部２３に送る。真値記憶部２３では、測定対象エリアの各位置において順次取得したＲＳＳＩ値の組と真値を対応表にして格納する（図２のステップＳＴ２１、ＳＴ２２）。このとき作成された対応表は図１１に例示したようなデータ構成となる。
【００１４】
真値記憶部２３は、上記対応表作成・格納の処理以外に、後述の測位処理以降の処理を図２に示す手順で行う。測位処理の際には、真値探索部２４からの要求に応じて対応表のＲＳＳＩ値の組と真値を渡す（ステップＳＴ２４、ＳＴ２５）。また、後述するように位置推測部２５の推測処理により得られた推定位置とそのときに使用した取得ＲＳＳＩ値の組が得られるが、その中から選択された真値候補データなるものがパラメータ管理部２６から送られて来るので、真値記憶部２３では、その真値候補データを対応表に追加して更新する（ステップＳＴ２１、ＳＴ２２）。その場合、真値候補データとして送られてきた取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置が、保持している対応表の情報と重複・矛盾が起きないかどうかを調べ、整合処理を行う（ステップＳＴ２３）。なお、ここで言う重複とは、「同一のＲＳＳＩ値の組に対して異なる位置が測位結果として送られてきたこと」である。また、矛盾とは、「同一の位置に対して異なるＲＳＳＩ値の組が送られてきた」ことを意味するものとする。このような重複・矛盾が起きた場合には、通信環境の変化によりＲＳＳＩ値が変動したことが想定される。それ故に、新しく送られてきた情報（ＲＳＳＩ値）の方が正しいと考えられる。そのため、重複・矛盾が起きた場合の処理として、対応表側の重複・矛盾の対象となるデータを位置推測部２５から送られてきた真値候補データで上書きする。これにより、測位に用いるデータを、通信環境の変化に対応した値にすることができる。
【００１５】
次に、移動可能な状態にある無線端末に対して行う測位処理の動作について説明する。
測位が開始されると、測定対象エリア内の任意の位置にある無線端末１の情報送信部１２が発する電波が各受信部２０１で受信され、測定されたＲＳＳＩ値が受信状態情報入力部２０２に送られる。受信状態情報入力部２１では、識別情報を基準にした取得ＲＳＳＩ値の組を生成し、真値探索部２４へ入力する。
【００１６】
真値探索部２４は図３に示す手順で処理を行う。すなわち、真値探索部２４では、取得ＲＳＳＩ値の組を受け取ると、真値記憶部２３の対応表からＲＳＳＩ値の組と真値を読み出し（ステップＳＴ３１）、取得ＲＳＳＩ値と読み出したＲＳＳＩ値の組のマッチングを取る（ステップＳＴ３２）。このマッチング手法としては、ＲＳＳＩ値の完全一致ないしは相関を取ることによって多少のＲＳＳＩ値のぶれを許容して一致判定をとるものとする。マッチングの結果（ステップＳＴ３３）、一致するＲＳＳＩ値の組が対応表に存在した場合には、ＲＳＳＩ値の組に対応する真値を測位結果出力部２８に出力し（ステップＳＴ３４）、パラメータ生成部２６１にマッチングが取れたことを通知する（ステップＳＴ３５）。一方、ステップＳＴ３３において、一致するＲＳＳＩ値の組が対応表に存在しなかった場合には、取得ＲＳＳＩ値を位置推測部２５に送り、推測処理を行う。
【００１７】
位置推測部２５は、図４に示すように、領域計算部２５１、真値・パラメータ生成部２５２および最近点計算部２５３を有している。真値探索部２４の処理において、対応表の中に一致するＲＳＳＩ値の組が存在しなかった場合、位置推測部２５では、取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて無線端末１の位置を、図５に示す処理フローのようにして推定する。
まず、領域計算部２５１において、入力された取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて、予め準備したＲＳＳＩ値と距離の関係を表すテーブル（図９を参照）、またはＲＳＳＩ値から距離を算出する計算式を用いて、無線端末１と各受信部２０１間の距離をそれぞれ計算する（ステップＳＴ４１）。次に、各受信部２０１の設定位置を中心として、算出した距離を半径とした円と当該距離に幅を持たせた半径の同心円を描いてそれぞれの円周帯を求め、各円周帯のすべてが重複する部分を無線端末１が存在可能な領域として求める（ステップＳＴ４２）。該当する領域を求めることができた場合（ステップＳＴ４３）、その領域の重心を計算し、その重心を無線端末１の推定位置とする（ステップＳＴ４４）。算出した推定位置は測位結果出力部２８に送られ、また、この推定位置と上記計算に用いた取得ＲＳＳＩ値は真値・パラメータ生成部２５２に送られる（ステップＳＴ４５）。
【００１８】
次に、真値・パラメータ生成部２５２では、後述するパラメータ記憶部２６２で保持している真値候補データ（過去に推定処理したＲＳＳＩ値の組と推定位置）を参照し、上記算出された推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組とマッチするものが存在するかどうかを調べる（ステップＳＴ４６）。存在した場合は、その該当する真値候補データを真値記憶部２３に転送し、新たなＲＳＳＩ値の組と位置の真値として対応表に更新登録する。一方、存在しない場合には、今回の推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組をパラメータ生成部２６１に送る（ステップＳＴ４８）。
【００１９】
なお、ステップＳＴ４３において、無線端末１の存在可能な領域が存在しなかった場合には、取得ＲＳＳＩ値の組は最近点計算部２５３に送られる。最近点計算部２５３では、その取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて真値記憶部２３が保持する対応表を参照し、ＲＳＳＩ値の組の中から取得ＲＳＳＩ値に最も近いものを探し出す。具体的には、真値探索部２４で行ったマッチング方法（ステップＳＴ３２、ＳＴ３３）よりも条件を緩くしたもので、例えばＲＳＳＩ値の差の平均値が最も小さいもの、あるいは相関が（真値探索部２４で条件に合うほどのものではないにしても）最も大きいものを選択する。このマッチングの結果、取得ＲＳＳＩ値に近いＲＳＳＩ値の組が存在した場合、そのＲＳＳＩ値に対応した真値を推定位置として測位結果出力部２８に出力する（ステップＳＴ４９）。
【００２０】
パラメータ管理部２６において、パラメータ生成部２６１は、図６に示す処理フローに示すように、位置推測部２５の推測処理で得た推測結果データを保持し、真値記憶部２３の更新データとして有効な真値候補データの生成を行う。
上述したように、パラメータ生成部２６１には、位置推測部２５の処理（図５のステップＳＴ４６、ＳＴ４８）で、パラメータ記憶部２６２で保持する真値候補データとマッチしなかった場合の取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置が送られて来るが、これを推測結果データとして保持する（ステップＳＴ５１）。一方、真値探索部２４でマッチング（図３のステップＳＴ３３、ＳＴ３４）がとれたときには、その通知を受けて、保持していた推測結果データ（取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置）の中から、今後の真値探索に使用するための真値候補データを選択する（ステップＳＴ５２）。パラメータ生成部２６１では、選択した取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置をパラメータ記憶部２６２へ転送する（ステップＳＴ５３）。
【００２１】
ここで、パラメータ生成部２６１がステップＳＴ５２で行う真値候補データの選択の具体的方法について説明する。位置推測部２５で推測処理が行われる場合、無線端末１が発する電波の到来間隔が短いことから、その処理は連続することが多い。そのため、位置推測部２５から受け取って保持していたデータを時系列に並べ、隣接するＲＳＳＩ値の変動状態を調べ、直前のものに対してＲＳＳＩ値に所定以上の変化が見られる場合にのみ、その取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置を残し、変化が少ないデータは破棄する。これにより、無線端末の移動に依存する変化を持つ取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置を有効データ（真値候補データ）として選択できる。換言すれば、変動の小さいＲＳＳＩ値は電波の揺らぎや無線端末がほぼ同位置あることに依存しているため、それに対応するデータは除去することができる。この手法の根拠は、ＲＳＳＩ値は理論的に距離の２乗に反比例するので、無線端末が移動している場合は、その間すべての取得ＲＳＳＩ値が変動すると考えられることにある。この処理により、真値候補データにする量を削減することにもなるので、対応表の更新で、類似する余分なデータが多量に登録されるのを防止することもできる。
【００２２】
パラメータ記憶部２６２では、図７に示す処理フローに従って、パラメータ生成部２６１によって選択された取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置が転送されてきた場合は、真値候補データとして保持する（ステップＳＴ６１、ＳＴ６２）。また、位置推測処理時の新規の推測結果とのマッチング（ステップＳＴ４６）で使用する際には保持した真値候補データを位置推測部２５に転送する（ステップＳＴ６３、ＳＴ６４）。
なお、パラメータ管理部２６では、上記例では、パラメータ生成部２６１で真値候補データを選択しているが、対応表を充実化するための目的だけであれば、パラメータ生成部２６１を使用せず、推測結果データをそのまま真値候補データとするようにしてもよい。
【００２３】
次に、位置推測部２５による推測動作を、具体例を挙げて説明する。
図８および図１２は、屋内の所定の矩形フロアを測定対象エリアとし、そのエリアに在る移動可能な無線端末（アクティブＩＣタグ）Ｔ１を、測定対象エリアの異なる所定の位置にそれぞれ設置した複数の受信部（リーダ）Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 を用いて測位する状況を示している。図９および図１０は、位置推測２５で使用するために予め準備された測位用パラメータの例を示すもので、図９は無線端末に対する受信部におけるＲＳＳＩ値と両者間の距離の対応関係を、１６段階で示したデータテーブルである。また、図１０は、測定対象エリア、すなわち図８のｘ−ｙ軸、原点で定義される座標系における各受信部の設置位置（座標値）を示すデータである。図１１は真値記憶部２３に格納されたＲＳＳＩ値の組と真値の対応表の例を示しており、真値は図１２における△印の位置の座標値に相当する。
【００２４】
今、図１２に示される位置に在る無線端末Ｔ１が発する電波の各受信部で取得した取得ＲＳＳＩ値の組を（Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 ）＝（５，５，７，７）としたときの測位処理を考える。この場合、真値探索部２４において、取得ＲＳＳＩ値の組と対応表のＲＳＳＩ値の組とのマッチング処理（図３のステップＳＴ３２）で、各受信部におけるＲＳＳＩ値が完全一致するかどうかをチェックする手法を適用としたとする。この場合、真値記憶部２３で保持する図１１の対応表に一致するデータがないので、位置推測部２５では、取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて無線端末Ｔ１の位置を推測する。最初、図９のＲＳＳＩ値と距離の関係テーブルを用いて無線端末Ｔ１の存在可能領域を求める。例えば、受信部Ｒ1 と無線端末Ｔ１との距離を計算し、受信部Ｒ1 の座標値を中心として、算出距離（６．３１ｍｍ）を半径とした円と当該算出距離に幅を持たせた半径（３．９８ｍｍ）の同心円を描いて、図１３の斜線で示すような円周帯を求める。この円周帯は、受信部Ｒ1 から見た無線端末Ｔ１の存在可能領域となる。同様にして、他のリーダＲ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 のそれぞれから見た無線端末Ｔ１の存在可能領域を求め、全ての存在可能領域の共通部分（重複部分）を得ると、図１４の斜線部で示すようになる。この共通部分が無線端末Ｔ１の実際の存在可能領域となる。次に、この領域の重心（１．５，４．５）を算出して無線端末Ｔ１の推定位置とする。なお、重心の計算方法としては、最終的に求めた存在可能領域を、円の交点を頂点とする多角形で近似することで、計算を簡素化してもよい。
【００２５】
位置推測部２５は、このようにして求めた推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組をパラメータ生成部２６１に送り保持しておく。パラメータ生成部２６１では、その後の真値探索部２４のマッチング処理が成功した時間を利用して、保持している推測結果データのうち、無線端末Ｔ１の移動に依存する取得ＲＳＳＩ値の変化を持つデータのみを選択してパラメータ記憶部２６２に真値候補データとして格納しておく。そして、以降に位置推測部２５で推測を行った際に、真値候補データと同じ取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置を再び求めたことを確認した場合には、パラメータ記憶部２６２で保持していた真値候補データの該当する推定位置とＲＳＳＩ値の組を真値記憶部２３に転送して対応表に追加登録を行う。したがって、その後の測位処理において、真値探索部２４によるマッチング処理により、更新された対応表から真値を求めることが容易となり、通信環境に対応した測位が可能になり、また、位置推測部２５による推測計算も削減できるようになるので測位処理時間も改善されるようになる。
【００２６】
以上のように、この実施の形態１によれば、事前処理として、測位対象エリアの複数の地点においた無線端末に対するＲＳＳＩ値の組を収集してそれらの位置の真値を対応付けた対応表にしておき、その後の測位処理時において、真値探索部２４により、順次受信する取得ＲＳＳＩ値の組に基づいてこの対応表を参照して対応する位置の真値を測位結果として出力し、真値探索部２４で測位結果が得られなかった場合には、位置推測部２５により取得ＲＳＳＩ値に対して、ＲＳＳＩ値と距離の関係および受信部２０の設置位置を用いて無線端末の存在可能領域を算出し、その存在可能領域の重心を無線端末の推定位置として算出して測位結果とするようにしている。したがって、通信環境による受信状態の変化に対しても常時安定した測位を可能にする。
【００２７】
また、この実施の形態１によれば、パラメータ生成部２６１により、位置推測部２５による推定位置と取得ＲＳＳＩ値の中から無線端末の移動に依存するＲＳＳＩ値の変化を持つデータのみを抽出して真値候補データとしてパラメータ記憶部２６２に保持しておき、位置推測部２５の推測処理で再度同じデータが得られた場合には該当する推定位置と取得ＲＳＳＩ値を転送して対応表に加え更新するようにしている。したがって、この自動更新の処理を繰り返し行うことにより、真値探索部２４による以降の測位処理において、同じ取得ＲＳＳＩ値の組に対しての測位結果を得ることが可能になり、位置推測部２５よる場合よりも速い処理で行うことができるようになる。また、真値候補データは無線端末の移動に依存する変化を持つデータのみとしており、加えて位置推測部２５の２度の推測処理で得られた同じ真値候補データのみを対応表の更新データとして用いているため、対応表を測位結果として信憑性の高いデータで構成でき、以降の位置推測部２５の推測処理の精度を高めることができる。さらに、事前処理で作成した対応表のデータ量が少ない場合には、測位処理の実績を加えていくことで対応表のデータの充実化を図ることも可能となる。
【００２８】
さらに、この実施の形態１によれば、位置推測部２５の上記推測処理で無線端末の存在可能領域を求めることができなかった場合に、取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて真値記憶部２３の対応表を参照して、最も近いＲＳＳＩ値の組を抽出し、そのデータに対応する位置の真値を推定位置として出力するようにしている。したがって、近似する測位結果を得ることができるため、測位測位装置として、１度の処理で測位結果が得られないということを無くし、無線端末の概略位置を確認することが可能となる。
【００２９】
なお、この実施の形態１では、無線端末としてアクティブＲＦＩＤタグを想定した説明としていたが、この発明を、ＲＳＳＩ値あるいはその他の受信状態を求めることができる無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）などを適用した無線端末を用いたケースでも、同様な効果を奏し得ることが分かる。
また、図８に示すように、受信部（リーダ）の設置位置を測定対象エリアの周辺に配置した例を想定して説明してきたが、測定対象エリアの面積が広い場合には内部の位置に受信部を増設すればよく、エリアが回廊のように長手方向に延長される場合には順次周囲にも増設すればよい。なお、そのような場合、受信端末からの電波は近距離用のため届かなくなる場所ができ、全ての受信部で所定値以上のＲＳＳＩ値を取得できなくなる可能性が生じる。そこで、測定対象エリアを複数のブロックに分け、各ブロックを受け持つ受信部の組（例えば４個ずつ）を予め決めておき、ブロック間を移動する無線端末からの電波のＲＳＳＩ値が所定値以上となった、ブロックを担当する受信部の組に切り替え、その組のＲＳＳＩ値を用いて測位を行うようにすればよい。この場合、真値記憶部の対応表のデータは、ブロックの担当受信部毎に予め生成する必要があるが、受信部の識別情報を用いて管理すればよい。この発明による測位装置は、このようにして広範囲の屋内における測位も可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１による測位装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る真値記憶部の処理を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１に係る真値探索部の処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る位置推測部の機能構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る位置推測部の処理を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係るパラメータ生成部の処理を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１に係るパラメータ記憶部の処理を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１に係る測位する状況を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係るアクティブＩＣタグとリーダにおけるＲＳＳＩ値と距離の関係を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る測定対象エリアにおけるリーダの設置位置を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係るＲＳＳＩ値の組と真値の対応表を例示する説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る測定対象エリア上の測位状況を例示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る無線端末の存在可能領域の求め方を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係る位置推測部で算出された無線端末の存在可能領域を例示する説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１（Ｔ１） 無線端末、１１ 情報受信部、１２ 情報送信部、２ 測位装置、２０ 受信状態取得手段、２０１（２０１ａ〜２０１ｄ，Ｒ1 〜Ｒ4 ） 受信部、２０２ 受信状態情報入力部、２１ 受信状態情報入力部、２２ 真値入力部、２３ 真値記憶部、２４ 真値探索部、２５ 位置推測部、２５１ 領域計算部、２５２ 真値・パラメータ生成部、２５３ 最近点計算部、２６ パラメータ管理部、２６１ パラメータ生成部、２６２ パラメータ記憶部、２８ 測位結果出力部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグなどの電波を発する小型の無線端末を用いて屋内測位を行う測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、屋外における測位方法に関しては、カーナビゲーションシステムで代表されるようにＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を利用した測位が主流となっている。一方、屋内における測位方法としては、ＲＦＩＤ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）などの近距離通信技術を適用した、電波デバイスと称する小型の無線端末を使うものが提案されている（例えば非特許文献１〜５参照）。例えばＲＦＩＤを用いた測位システムの場合、測定対象エリアの異なる所定位置に複数個のリーダ（読み取り機）を対応付けて設置し、当該エリア内を移動する測位対象のＲＦＩＤタグとの間で通信を行う構成となっている。各リーダは、ＲＦＩＤタグからの電波を受信すると、受信したＩＤ情報とその受信電波強度（Received Signal Strength Indicator：以下、ＲＳＳＩ値とする）を、ＬＡＮなどを介して測位処理部に送る。測位処理部では、例えばＲＳＳＩ値を距離換算してリーダとＲＦＩＤタグ間の距離を求め、三角測量により、算出した距離とリーダの位置とからＲＦＩＤタグの位置を計算するようにしている。また、別の例として、事前処理で測定対象エリア内の所定の複数位置に対してＲＦＩＤタグを置き、各位置に対するＲＳＳＩ値を各リーダで収集しておき、測位時にその事前学習データを参照して測位対象のＲＦＩＤタグの位置を算出するという方法がある（非特許文献５参照）。
また、電波デバイスとＧＰＳといった複数の測位方法を組み合わせた測位システムも提案されている（例えば特許文献１，２参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１８２７２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０６９２号公報
【非特許文献１】神谷泉・小白井亮一・増田亮太・清野憲二・神田秀彦・羽場純， 「無線ＬＡＮ測位に関する基礎実験とその評価 − いつでもどこでも可能な測位環境の確立に向けて −」， 日本写真測量学会誌 「写真測量とリモートセンシング」 Ｖｏｌ．４４， Ｎｏ．４， ２００５
【非特許文献２】田中完爾・木室義彦・山野健太郎・平山満・近藤英二・松本三千人， 「ＲＦＩＤシステムによる自己位置推定とタグ配置作業」， 電子情報通信学会論文誌， Ｄ−ＩＩ， Ｖｏｌ．Ｊ８８−Ｄ−ＩＩ， Ｎｏ．９， ｐｐ．１７５９−１７７０
【非特許文献３】神谷泉， 「測位技術の調査とＩＣタグ， ＵＷＢの測位への応用」， 国土地理院時報， Ｎｏ．１０６， ２００５，http://www.gsi.go.jp/REPORT/JIHO/vol106/106-5.pdf
【非特許文献４】北須賀輝明・中西恒夫・福田晃， 「無線通信網を用いた屋内向け測位方式」， 情報処理学会論文誌：コンピューティングシステム Ｖｏｌ．４４， Ｎｏ．ＳＩＧ１０（ＡＣＳ ２）， Ｊｕｌｙ ２００３http://www.f.csce.kyushu-u.ac.jp/~kitasuka/papers/2003/ipsj-kitasuka-v44acs2a013.pdf
【非特許文献５】小川智明・吉野修一・清水雅史， 「屋内における無線タグを用いた学習型位置推定法」， 情報処理学会研究報告 ２００４−ＵＢＩ−５， ２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、従来の屋内を対象とした測位方法で、ＲＳＳＩ値と距離の関係を利用しているものは、屋内特有の通信環境があるため、測定のタイミングにより同一の位置に対する測位結果に違いを生じるという問題がある。特に屋内では、壁、パーティション、天井、その他の設置物が存在し、電波の反射が起こりやすくなり、マルチパスが発生するからである。そのため、同一地点を観測しても電波の強度などが揺らぎ、測位結果にばらつきを生じることになる。また、屋内の電波障害の要因となるパーティションなどは増減、設置位置変更などを伴うことが多いため、通信環境が一様に保たれず、上記のような測位結果に影響を及ぼす。また、事前学習データを用いる方法は、測位処理は速いが、充実した事前データを取得するためには収集工数を要する上、上記のように時間経過により通信環境が変化するため、取得しておいたデータが適応しなくなり、安定した測位結果が得られなくなる。さらにその他の測位方法による場合でも、電波を用いる以上、屋内という通信環境により同様の問題が生じる。そのため、通信環境に即した測位システムの構築が求められる。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、屋内の複雑に変化する通信環境に即した測位結果を求めることが可能な測位装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る測位装置は、所定の測定対象エリア内に在る移動可能な測位対象の無線端末から送信される当該端末の識別情報を含む電波を、当該測定対象エリアの所定の位置に設置された複数の受信部により受信し、各受信部における電波の受信状態をそれぞれ測定して識別情報単位の組にして得る受信状態取得手段と、測定対象エリア内の所定の複数位置に同種無線端末を置いて各受信部で予め測定した受信状態の組と測定時の無線端末の位置の真値を対応付けた対応表を格納する真値記憶部と、任意の測位時に受信状態取得手段から入力される同一識別情報の取得受信状態の組に基づいて対応表を参照し、一致する受信状態の組に対応する真値を抽出する真値探索部と、真値探索部の測位処理で該当する真値が得られなかった場合に、取得受信状態の組に対して、予め準備した受信状態と距離の関係および各受信部の設定位置を用いて無線端末の存在可能な領域を算出し、当該領域の重心を推定位置として算出する位置推測部と、真値探索部で抽出された真値あるいは位置推測部で算出された推定位置を現在測位対象としている無線端末の測位結果として出力する測位結果出力部を備え、位置推測部で算出された推定位置とその算出に用いた取得受信状態の組を真値記憶部に送って対応表を更新するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、測位時に取得した受信状態に対して、事前処理時に収集作成した受信状態と真値の対応表を用いた真値探索部による測位処理で測位結果が得られない場合に、位置推測部の推測処理による推定位置を測位結果として得るようにしたので、通信環境による受信状態の変化に対しても常時安定した測位を可能にする。また、このとき得られた推定位置と受信状態を対応表に加えて自動更新するようにしたので、真値探索部による以降の測位処理において同じ取得受信状態に対しての測位結果を得ることが可能になり、位置推測部よる場合よりも速い処理で行うことができるようになる。さらに、事前処理で収集作成した対応表のデータ量が少ない場合には、測位処理の実績を加えていくことで対応表のデータの充実化を図ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による測位装置の機能構成を示すブロック図である。
無線端末１は、例えば人やロボットなどに所持させて所定の測定対象エリア内を移動させる小型の測位対象で、情報受信部１１と情報送信部１２を備えている。情報送信部１２は、アクティブＲＦＩＤタグであり、測位処理装置２に向けて電波を送信する手段で、その電波には無線端末自身を識別する識別情報を含んでいる。また、情報受信部１１は、例えば測位装置２で得た当該無線端末１自身の測位結果を受信する手段で、無線端末１の所持者が自分の現在位置を確認したり、移動可能なロボットが次の移動量を算出する基準データとして用いたりするのに使用される。
【０００９】
測位装置２は、以下の各部を備えている。
受信状態取得手段２０は、複数の受信部２０１と受信状態情報入力部２０２から構成されている。受信部２０１は、無線端末１からの識別情報を含む電波を受信し、電波の受信状態としてＲＳＳＩ値を測定する手段で、アクティブＲＦＩＤタグに対する複数のリーダを想定する。この例では、４個の受信部２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄが所定の測定対象エリアの異なる位置に設置されているものとする（例えば図８のＲ1 〜Ｒ4 を参照）。受信状態情報入力部２０２は、各受信部２０でそれぞれ取得したＲＳＳＩ値を識別情報単位の組データに統合する手段である。受信部２０１と受信状態情報入力部２０２の間の通信は、有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮなどを介して行うことを想定している。なお、受信状態取得手段２０は周知の構成である。この例では、電波の受信状態を受信部２０１で測定したＲＳＳＩ値を例にしているが、受信状態としては、ほかに電波から得られる電波到達時間、発信元の角度などもあり、その測定処理が複雑なものについては、受信部２０１ではなく受信状態情報入力部２０２側で行う場合も当然考えられる。
【００１０】
真値入力部２２は、事前処理に用いる機能で、測定対象エリア内の所定の複数位置に無線端末１を置いて、各位置における電波から測定したＲＳＳＩ値の組と装置外から入力される位置の真値（ＲＳＳＩ値の組に対応する無線端末のエリア地図上の座標である。以下、位置の真値を単に「真値」と呼ぶことにする。）を対応付ける手段である。真値記憶部２３は、真値入力部２２で対応付けられたＲＳＳＩ値と真値とを対応表にして記憶領域５１に格納し、またそれらのデータの転送・更新を行う手段である。
【００１１】
真値探索部２４は、任意の測位時に受信部２０１、受信状態情報入力部２０２で取得した同一識別情報のＲＳＳＩ値の組（以下、取得ＲＳＳＩ値の組とする。）に基づいて真値記憶部２３が保持している対応表を参照し、一致するＲＳＳＩ値の組に対応する真値を抽出する手段である。位置推測部２５は、真値探索部２４の測位処理で該当する真値が得られなかった場合に、取得ＲＳＳＩ値の組に対して、予め準備したＲＳＳＩ値と距離の関係および各受信部２０１の設定位置を用いて無線端末１の存在可能領域を算出し、当該存在可能領域の重心を算出して推定位置として得る手段である。測位結果出力部２８は、真値探索部２４で抽出された真値あるいは位置推測部２５で算出された推定位置を測位対象としている無線端末の測位結果として出力する手段である。
【００１２】
パラメータ管理部２６は、位置推測部２５が推測処理で得た推定位置とそのとき使用した取得ＲＳＳＩ値の組を保持し管理する手段で、パラメータ生成部２６１およびパラメータ記憶部２６２を有している。パラメータ生成部２６１は、位置推測部２５で算出された推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組を保持しておき、これら保持データの中から無線端末の移動に依存するＲＳＳＩ値の変化を持つデータのみを選択する手段である。パラメータ記憶部２６２は、パラメータ生成部２６１で選択された推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組を真値候補データとして保持する手段である。
【００１３】
次に、事前処理の動作について説明する。
まず、事前処理として、任意の状態で測位を行うときに使用する照合データとして、ＲＳＳＩ値の組と真値の対応表を作成する。この場合、測定対象エリアの地図データを準備しておき、当該エリア内の決められた複数の位置に無線端末１を、例えば順次当てはめ、その各位置において発せられる情報送信部１２からの電波を各受信部２０１で受信する。各受信部２０１では、受信した電波のＲＳＳＩ値をそれぞれ測定して受信状態情報入力部２０２に送る。受信状態情報入力部２０２では、測定された各ＲＳＳＩ値を組にして真値入力部２２に送る。真値入力部２２では、取得したＲＳＳＩ値の組と、外部から入力される測定対象エリアの地図データ上の真値を対応付けて真値記憶部２３に送る。真値記憶部２３では、測定対象エリアの各位置において順次取得したＲＳＳＩ値の組と真値を対応表にして格納する（図２のステップＳＴ２１、ＳＴ２２）。このとき作成された対応表は図１１に例示したようなデータ構成となる。
【００１４】
真値記憶部２３は、上記対応表作成・格納の処理以外に、後述の測位処理以降の処理を図２に示す手順で行う。測位処理の際には、真値探索部２４からの要求に応じて対応表のＲＳＳＩ値の組と真値を渡す（ステップＳＴ２４、ＳＴ２５）。また、後述するように位置推測部２５の推測処理により得られた推定位置とそのときに使用した取得ＲＳＳＩ値の組が得られるが、その中から選択された真値候補データなるものがパラメータ管理部２６から送られて来るので、真値記憶部２３では、その真値候補データを対応表に追加して更新する（ステップＳＴ２１、ＳＴ２２）。その場合、真値候補データとして送られてきた取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置が、保持している対応表の情報と重複・矛盾が起きないかどうかを調べ、整合処理を行う（ステップＳＴ２３）。なお、ここで言う重複とは、「同一のＲＳＳＩ値の組に対して異なる位置が測位結果として送られてきたこと」である。また、矛盾とは、「同一の位置に対して異なるＲＳＳＩ値の組が送られてきた」ことを意味するものとする。このような重複・矛盾が起きた場合には、通信環境の変化によりＲＳＳＩ値が変動したことが想定される。それ故に、新しく送られてきた情報（ＲＳＳＩ値）の方が正しいと考えられる。そのため、重複・矛盾が起きた場合の処理として、対応表側の重複・矛盾の対象となるデータを位置推測部２５から送られてきた真値候補データで上書きする。これにより、測位に用いるデータを、通信環境の変化に対応した値にすることができる。
【００１５】
次に、移動可能な状態にある無線端末に対して行う測位処理の動作について説明する。
測位が開始されると、測定対象エリア内の任意の位置にある無線端末１の情報送信部１２が発する電波が各受信部２０１で受信され、測定されたＲＳＳＩ値が受信状態情報入力部２０２に送られる。受信状態情報入力部２１では、識別情報を基準にした取得ＲＳＳＩ値の組を生成し、真値探索部２４へ入力する。
【００１６】
真値探索部２４は図３に示す手順で処理を行う。すなわち、真値探索部２４では、取得ＲＳＳＩ値の組を受け取ると、真値記憶部２３の対応表からＲＳＳＩ値の組と真値を読み出し（ステップＳＴ３１）、取得ＲＳＳＩ値と読み出したＲＳＳＩ値の組のマッチングを取る（ステップＳＴ３２）。このマッチング手法としては、ＲＳＳＩ値の完全一致ないしは相関を取ることによって多少のＲＳＳＩ値のぶれを許容して一致判定をとるものとする。マッチングの結果（ステップＳＴ３３）、一致するＲＳＳＩ値の組が対応表に存在した場合には、ＲＳＳＩ値の組に対応する真値を測位結果出力部２８に出力し（ステップＳＴ３４）、パラメータ生成部２６１にマッチングが取れたことを通知する（ステップＳＴ３５）。一方、ステップＳＴ３３において、一致するＲＳＳＩ値の組が対応表に存在しなかった場合には、取得ＲＳＳＩ値を位置推測部２５に送り、推測処理を行う。
【００１７】
位置推測部２５は、図４に示すように、領域計算部２５１、真値・パラメータ生成部２５２および最近点計算部２５３を有している。真値探索部２４の処理において、対応表の中に一致するＲＳＳＩ値の組が存在しなかった場合、位置推測部２５では、取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて無線端末１の位置を、図５に示す処理フローのようにして推定する。
まず、領域計算部２５１において、入力された取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて、予め準備したＲＳＳＩ値と距離の関係を表すテーブル（図９を参照）、またはＲＳＳＩ値から距離を算出する計算式を用いて、無線端末１と各受信部２０１間の距離をそれぞれ計算する（ステップＳＴ４１）。次に、各受信部２０１の設定位置を中心として、算出した距離を半径とした円と当該距離に幅を持たせた半径の同心円を描いてそれぞれの円周帯を求め、各円周帯のすべてが重複する部分を無線端末１が存在可能な領域として求める（ステップＳＴ４２）。該当する領域を求めることができた場合（ステップＳＴ４３）、その領域の重心を計算し、その重心を無線端末１の推定位置とする（ステップＳＴ４４）。算出した推定位置は測位結果出力部２８に送られ、また、この推定位置と上記計算に用いた取得ＲＳＳＩ値は真値・パラメータ生成部２５２に送られる（ステップＳＴ４５）。
【００１８】
次に、真値・パラメータ生成部２５２では、後述するパラメータ記憶部２６２で保持している真値候補データ（過去に推定処理したＲＳＳＩ値の組と推定位置）を参照し、上記算出された推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組とマッチするものが存在するかどうかを調べる（ステップＳＴ４６）。存在した場合は、その該当する真値候補データを真値記憶部２３に転送し、新たなＲＳＳＩ値の組と位置の真値として対応表に更新登録する。一方、存在しない場合には、今回の推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組をパラメータ生成部２６１に送る（ステップＳＴ４８）。
【００１９】
なお、ステップＳＴ４３において、無線端末１の存在可能な領域が存在しなかった場合には、取得ＲＳＳＩ値の組は最近点計算部２５３に送られる。最近点計算部２５３では、その取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて真値記憶部２３が保持する対応表を参照し、ＲＳＳＩ値の組の中から取得ＲＳＳＩ値に最も近いものを探し出す。具体的には、真値探索部２４で行ったマッチング方法（ステップＳＴ３２、ＳＴ３３）よりも条件を緩くしたもので、例えばＲＳＳＩ値の差の平均値が最も小さいもの、あるいは相関が（真値探索部２４で条件に合うほどのものではないにしても）最も大きいものを選択する。このマッチングの結果、取得ＲＳＳＩ値に近いＲＳＳＩ値の組が存在した場合、そのＲＳＳＩ値に対応した真値を推定位置として測位結果出力部２８に出力する（ステップＳＴ４９）。
【００２０】
パラメータ管理部２６において、パラメータ生成部２６１は、図６に示す処理フローに示すように、位置推測部２５の推測処理で得た推測結果データを保持し、真値記憶部２３の更新データとして有効な真値候補データの生成を行う。
上述したように、パラメータ生成部２６１には、位置推測部２５の処理（図５のステップＳＴ４６、ＳＴ４８）で、パラメータ記憶部２６２で保持する真値候補データとマッチしなかった場合の取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置が送られて来るが、これを推測結果データとして保持する（ステップＳＴ５１）。一方、真値探索部２４でマッチング（図３のステップＳＴ３３、ＳＴ３４）がとれたときには、その通知を受けて、保持していた推測結果データ（取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置）の中から、今後の真値探索に使用するための真値候補データを選択する（ステップＳＴ５２）。パラメータ生成部２６１では、選択した取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置をパラメータ記憶部２６２へ転送する（ステップＳＴ５３）。
【００２１】
ここで、パラメータ生成部２６１がステップＳＴ５２で行う真値候補データの選択の具体的方法について説明する。位置推測部２５で推測処理が行われる場合、無線端末１が発する電波の到来間隔が短いことから、その処理は連続することが多い。そのため、位置推測部２５から受け取って保持していたデータを時系列に並べ、隣接するＲＳＳＩ値の変動状態を調べ、直前のものに対してＲＳＳＩ値に所定以上の変化が見られる場合にのみ、その取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置を残し、変化が少ないデータは破棄する。これにより、無線端末の移動に依存する変化を持つ取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置を有効データ（真値候補データ）として選択できる。換言すれば、変動の小さいＲＳＳＩ値は電波の揺らぎや無線端末がほぼ同位置あることに依存しているため、それに対応するデータは除去することができる。この手法の根拠は、ＲＳＳＩ値は理論的に距離の２乗に反比例するので、無線端末が移動している場合は、その間すべての取得ＲＳＳＩ値が変動すると考えられることにある。この処理により、真値候補データにする量を削減することにもなるので、対応表の更新で、類似する余分なデータが多量に登録されるのを防止することもできる。
【００２２】
パラメータ記憶部２６２では、図７に示す処理フローに従って、パラメータ生成部２６１によって選択された取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置が転送されてきた場合は、真値候補データとして保持する（ステップＳＴ６１、ＳＴ６２）。また、位置推測処理時の新規の推測結果とのマッチング（ステップＳＴ４６）で使用する際には保持した真値候補データを位置推測部２５に転送する（ステップＳＴ６３、ＳＴ６４）。
なお、パラメータ管理部２６では、上記例では、パラメータ生成部２６１で真値候補データを選択しているが、対応表を充実化するための目的だけであれば、パラメータ生成部２６１を使用せず、推測結果データをそのまま真値候補データとするようにしてもよい。
【００２３】
次に、位置推測部２５による推測動作を、具体例を挙げて説明する。
図８および図１２は、屋内の所定の矩形フロアを測定対象エリアとし、そのエリアに在る移動可能な無線端末（アクティブＩＣタグ）Ｔ１を、測定対象エリアの異なる所定の位置にそれぞれ設置した複数の受信部（リーダ）Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 を用いて測位する状況を示している。図９および図１０は、位置推測２５で使用するために予め準備された測位用パラメータの例を示すもので、図９は無線端末に対する受信部におけるＲＳＳＩ値と両者間の距離の対応関係を、１６段階で示したデータテーブルである。また、図１０は、測定対象エリア、すなわち図８のｘ−ｙ軸、原点で定義される座標系における各受信部の設置位置（座標値）を示すデータである。図１１は真値記憶部２３に格納されたＲＳＳＩ値の組と真値の対応表の例を示しており、真値は図１２における△印の位置の座標値に相当する。
【００２４】
今、図１２に示される位置に在る無線端末Ｔ１が発する電波の各受信部で取得した取得ＲＳＳＩ値の組を（Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 ）＝（５，５，７，７）としたときの測位処理を考える。この場合、真値探索部２４において、取得ＲＳＳＩ値の組と対応表のＲＳＳＩ値の組とのマッチング処理（図３のステップＳＴ３２）で、各受信部におけるＲＳＳＩ値が完全一致するかどうかをチェックする手法を適用としたとする。この場合、真値記憶部２３で保持する図１１の対応表に一致するデータがないので、位置推測部２５では、取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて無線端末Ｔ１の位置を推測する。最初、図９のＲＳＳＩ値と距離の関係テーブルを用いて無線端末Ｔ１の存在可能領域を求める。例えば、受信部Ｒ1 と無線端末Ｔ１との距離を計算し、受信部Ｒ1 の座標値を中心として、算出距離（６．３１ｍｍ）を半径とした円と当該算出距離に幅を持たせた半径（３．９８ｍｍ）の同心円を描いて、図１３の斜線で示すような円周帯を求める。この円周帯は、受信部Ｒ1 から見た無線端末Ｔ１の存在可能領域となる。同様にして、他のリーダＲ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 のそれぞれから見た無線端末Ｔ１の存在可能領域を求め、全ての存在可能領域の共通部分（重複部分）を得ると、図１４の斜線部で示すようになる。この共通部分が無線端末Ｔ１の実際の存在可能領域となる。次に、この領域の重心（１．５，４．５）を算出して無線端末Ｔ１の推定位置とする。なお、重心の計算方法としては、最終的に求めた存在可能領域を、円の交点を頂点とする多角形で近似することで、計算を簡素化してもよい。
【００２５】
位置推測部２５は、このようにして求めた推定位置と取得ＲＳＳＩ値の組をパラメータ生成部２６１に送り保持しておく。パラメータ生成部２６１では、その後の真値探索部２４のマッチング処理が成功した時間を利用して、保持している推測結果データのうち、無線端末Ｔ１の移動に依存する取得ＲＳＳＩ値の変化を持つデータのみを選択してパラメータ記憶部２６２に真値候補データとして格納しておく。そして、以降に位置推測部２５で推測を行った際に、真値候補データと同じ取得ＲＳＳＩ値の組と推定位置を再び求めたことを確認した場合には、パラメータ記憶部２６２で保持していた真値候補データの該当する推定位置とＲＳＳＩ値の組を真値記憶部２３に転送して対応表に追加登録を行う。したがって、その後の測位処理において、真値探索部２４によるマッチング処理により、更新された対応表から真値を求めることが容易となり、通信環境に対応した測位が可能になり、また、位置推測部２５による推測計算も削減できるようになるので測位処理時間も改善されるようになる。
【００２６】
以上のように、この実施の形態１によれば、事前処理として、測位対象エリアの複数の地点においた無線端末に対するＲＳＳＩ値の組を収集してそれらの位置の真値を対応付けた対応表にしておき、その後の測位処理時において、真値探索部２４により、順次受信する取得ＲＳＳＩ値の組に基づいてこの対応表を参照して対応する位置の真値を測位結果として出力し、真値探索部２４で測位結果が得られなかった場合には、位置推測部２５により取得ＲＳＳＩ値に対して、ＲＳＳＩ値と距離の関係および受信部２０の設置位置を用いて無線端末の存在可能領域を算出し、その存在可能領域の重心を無線端末の推定位置として算出して測位結果とするようにしている。したがって、通信環境による受信状態の変化に対しても常時安定した測位を可能にする。
【００２７】
また、この実施の形態１によれば、パラメータ生成部２６１により、位置推測部２５による推定位置と取得ＲＳＳＩ値の中から無線端末の移動に依存するＲＳＳＩ値の変化を持つデータのみを抽出して真値候補データとしてパラメータ記憶部２６２に保持しておき、位置推測部２５の推測処理で再度同じデータが得られた場合には該当する推定位置と取得ＲＳＳＩ値を転送して対応表に加え更新するようにしている。したがって、この自動更新の処理を繰り返し行うことにより、真値探索部２４による以降の測位処理において、同じ取得ＲＳＳＩ値の組に対しての測位結果を得ることが可能になり、位置推測部２５よる場合よりも速い処理で行うことができるようになる。また、真値候補データは無線端末の移動に依存する変化を持つデータのみとしており、加えて位置推測部２５の２度の推測処理で得られた同じ真値候補データのみを対応表の更新データとして用いているため、対応表を測位結果として信憑性の高いデータで構成でき、以降の位置推測部２５の推測処理の精度を高めることができる。さらに、事前処理で作成した対応表のデータ量が少ない場合には、測位処理の実績を加えていくことで対応表のデータの充実化を図ることも可能となる。
【００２８】
さらに、この実施の形態１によれば、位置推測部２５の上記推測処理で無線端末の存在可能領域を求めることができなかった場合に、取得ＲＳＳＩ値の組に基づいて真値記憶部２３の対応表を参照して、最も近いＲＳＳＩ値の組を抽出し、そのデータに対応する位置の真値を推定位置として出力するようにしている。したがって、近似する測位結果を得ることができるため、測位測位装置として、１度の処理で測位結果が得られないということを無くし、無線端末の概略位置を確認することが可能となる。
【００２９】
なお、この実施の形態１では、無線端末としてアクティブＲＦＩＤタグを想定した説明としていたが、この発明を、ＲＳＳＩ値あるいはその他の受信状態を求めることができる無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）などを適用した無線端末を用いたケースでも、同様な効果を奏し得ることが分かる。
また、図８に示すように、受信部（リーダ）の設置位置を測定対象エリアの周辺に配置した例を想定して説明してきたが、測定対象エリアの面積が広い場合には内部の位置に受信部を増設すればよく、エリアが回廊のように長手方向に延長される場合には順次周囲にも増設すればよい。なお、そのような場合、受信端末からの電波は近距離用のため届かなくなる場所ができ、全ての受信部で所定値以上のＲＳＳＩ値を取得できなくなる可能性が生じる。そこで、測定対象エリアを複数のブロックに分け、各ブロックを受け持つ受信部の組（例えば４個ずつ）を予め決めておき、ブロック間を移動する無線端末からの電波のＲＳＳＩ値が所定値以上となった、ブロックを担当する受信部の組に切り替え、その組のＲＳＳＩ値を用いて測位を行うようにすればよい。この場合、真値記憶部の対応表のデータは、ブロックの担当受信部毎に予め生成する必要があるが、受信部の識別情報を用いて管理すればよい。この発明による測位装置は、このようにして広範囲の屋内における測位も可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１による測位装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る真値記憶部の処理を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１に係る真値探索部の処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る位置推測部の機能構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る位置推測部の処理を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係るパラメータ生成部の処理を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１に係るパラメータ記憶部の処理を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１に係る測位する状況を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係るアクティブＩＣタグとリーダにおけるＲＳＳＩ値と距離の関係を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る測定対象エリアにおけるリーダの設置位置を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係るＲＳＳＩ値の組と真値の対応表を例示する説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る測定対象エリア上の測位状況を例示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る無線端末の存在可能領域の求め方を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係る位置推測部で算出された無線端末の存在可能領域を例示する説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１（Ｔ１） 無線端末、１１ 情報受信部、１２ 情報送信部、２ 測位装置、２０ 受信状態取得手段、２０１（２０１ａ〜２０１ｄ，Ｒ1 〜Ｒ4 ） 受信部、２０２ 受信状態情報入力部、２１ 受信状態情報入力部、２２ 真値入力部、２３ 真値記憶部、２４ 真値探索部、２５ 位置推測部、２５１ 領域計算部、２５２ 真値・パラメータ生成部、２５３ 最近点計算部、２６ パラメータ管理部、２６１ パラメータ生成部、２６２ パラメータ記憶部、２８ 測位結果出力部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の測定対象エリア内に在る移動可能な測位対象の無線端末から送信される当該端末の識別情報を含む電波を、当該測定対象エリアの所定の位置に設置された複数の受信部により受信し、各受信部における電波の受信状態をそれぞれ測定して識別情報単位の組にして得る受信状態取得手段と、
前記測定対象エリア内の所定の複数位置に同種無線端末を置いて前記各受信部で予め測定した受信状態の組と測定時の無線端末の位置の真値を対応付けた対応表を格納する真値記憶部と、
任意の測位時に前記受信状態取得手段から入力される同一識別情報の取得受信状態の組に基づいて前記対応表を参照し、一致する受信状態の組に対応する真値を抽出する真値探索部と、
前記真値探索部の測位処理で該当する真値が得られなかった場合に、取得受信状態の組に対して、予め準備した受信状態と距離の関係および前記各受信部の設定位置を用いて無線端末の存在可能な領域を算出し、当該領域の重心を推定位置として算出する位置推測部と、
前記真値探索部で抽出された真値あるいは前記位置推測部で算出された推定位置を現在測位対象としている無線端末の測位結果として出力する測位結果出力部を備え、
前記位置推測部で算出された推定位置とその算出に用いた取得受信状態の組を前記真値記憶部に送って前記対応表を更新するようにしたことを特徴とする測位装置。
【請求項２】
位置推測部で算出された推定位置と取得受信状態の組を真値候補データとして保持するパラメータ管理部を備え、
前記位置推測部は、その後の推測処理で真値候補データと同じ値を算出した場合に、前記パラメータ管理部で保持していた該当する推定位置と取得受信状態の組を真値記憶部に転送して対応表を更新するようにしたことを特徴とする請求項1記載の測位装置。
【請求項３】
パラメータ管理部は、
位置推測部で算出された推定位置と取得受信状態の組を保持しておき、これら保持データの中から無線端末の移動に依存する受信状態の変化を持つデータのみを選択するパラメータ生成部と、
前記パラメータ生成部で選択された推定位置と取得受信状態の組を真値候補データとして保持するパラメータ記憶部とを有し、
前記位置推測部は、その後の推測処理において前記パラメータ記憶部で保持する真値候補データと同じ値を算出した場合に、該当する推定位置と取得受信状態の組を真値記憶部に転送して対応表を更新するようにしたことを特徴とする請求項1記載の測位装置。
【請求項４】
パラメータ生成部は、保持していた取得受信状態の組のデータを時系列に並べ、受信状態に直前のものに対して所定以上の変化が見られる場合にのみ、その取得受信状態の組と推定位置を真値候補データとして選択するようにしたことを特徴とする請求項３記載の測位装置。
【請求項５】
パラメータ生成部は、真値探索部で位置の真値を抽出した場合に無線端末の移動に依存した受信状態の変化を持つデータのみを選択する処理を行うようにしたことを特徴とする請求項３または請求項４記載の測位装置。
【請求項６】
位置推測部は、予め準備した受信状態と距離の関係テーブルまたは関係式を用いて、無線端末と各受信部間の距離を計算し、各受信部の設定位置を中心として、算出距離を半径とした円と当該算出距離に幅を持たせた半径の同心円を描いてそれぞれの円周帯を求め、各円周帯のすべてが重複する部分を前記無線端末が存在可能な領域として求め、当該領域の重心を前記無線端末の推定位置として算出するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【請求項７】
位置推測部は、無線端末の存在可能な領域を算出できなかった場合に、取得受信状態の組に基づいて真値記憶部の対応表を参照し、最も近い受信状態の組に対応した真値を推定位置として算出することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【請求項１】
所定の測定対象エリア内に在る移動可能な測位対象の無線端末から送信される当該端末の識別情報を含む電波を、当該測定対象エリアの所定の位置に設置された複数の受信部により受信し、各受信部における電波の受信状態をそれぞれ測定して識別情報単位の組にして得る受信状態取得手段と、
前記測定対象エリア内の所定の複数位置に同種無線端末を置いて前記各受信部で予め測定した受信状態の組と測定時の無線端末の位置の真値を対応付けた対応表を格納する真値記憶部と、
任意の測位時に前記受信状態取得手段から入力される同一識別情報の取得受信状態の組に基づいて前記対応表を参照し、一致する受信状態の組に対応する真値を抽出する真値探索部と、
前記真値探索部の測位処理で該当する真値が得られなかった場合に、取得受信状態の組に対して、予め準備した受信状態と距離の関係および前記各受信部の設定位置を用いて無線端末の存在可能な領域を算出し、当該領域の重心を推定位置として算出する位置推測部と、
前記真値探索部で抽出された真値あるいは前記位置推測部で算出された推定位置を現在測位対象としている無線端末の測位結果として出力する測位結果出力部を備え、
前記位置推測部で算出された推定位置とその算出に用いた取得受信状態の組を前記真値記憶部に送って前記対応表を更新するようにしたことを特徴とする測位装置。
【請求項２】
位置推測部で算出された推定位置と取得受信状態の組を真値候補データとして保持するパラメータ管理部を備え、
前記位置推測部は、その後の推測処理で真値候補データと同じ値を算出した場合に、前記パラメータ管理部で保持していた該当する推定位置と取得受信状態の組を真値記憶部に転送して対応表を更新するようにしたことを特徴とする請求項1記載の測位装置。
【請求項３】
パラメータ管理部は、
位置推測部で算出された推定位置と取得受信状態の組を保持しておき、これら保持データの中から無線端末の移動に依存する受信状態の変化を持つデータのみを選択するパラメータ生成部と、
前記パラメータ生成部で選択された推定位置と取得受信状態の組を真値候補データとして保持するパラメータ記憶部とを有し、
前記位置推測部は、その後の推測処理において前記パラメータ記憶部で保持する真値候補データと同じ値を算出した場合に、該当する推定位置と取得受信状態の組を真値記憶部に転送して対応表を更新するようにしたことを特徴とする請求項1記載の測位装置。
【請求項４】
パラメータ生成部は、保持していた取得受信状態の組のデータを時系列に並べ、受信状態に直前のものに対して所定以上の変化が見られる場合にのみ、その取得受信状態の組と推定位置を真値候補データとして選択するようにしたことを特徴とする請求項３記載の測位装置。
【請求項５】
パラメータ生成部は、真値探索部で位置の真値を抽出した場合に無線端末の移動に依存した受信状態の変化を持つデータのみを選択する処理を行うようにしたことを特徴とする請求項３または請求項４記載の測位装置。
【請求項６】
位置推測部は、予め準備した受信状態と距離の関係テーブルまたは関係式を用いて、無線端末と各受信部間の距離を計算し、各受信部の設定位置を中心として、算出距離を半径とした円と当該算出距離に幅を持たせた半径の同心円を描いてそれぞれの円周帯を求め、各円周帯のすべてが重複する部分を前記無線端末が存在可能な領域として求め、当該領域の重心を前記無線端末の推定位置として算出するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【請求項７】
位置推測部は、無線端末の存在可能な領域を算出できなかった場合に、取得受信状態の組に基づいて真値記憶部の対応表を参照し、最も近い受信状態の組に対応した真値を推定位置として算出することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【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２００８−３９６０３（Ｐ２００８−３９６０３Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１４６６９（Ｐ２００６−２１４６６９）
【出願日】平成１８年８月７日（２００６．８．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月７日（２００６．８．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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