JP2014524167A - ３段階のプロセスを用いた屋内における階と位置の推定 - Google Patents

Abstract

モバイルコンピューティングデバイス１６０、１８０は、屋内エリアにおいて異なるアクセスポイントからアクセス可能な無線ネットワーク信号の強度に基づいて、屋内エリアにおいてその位置を推定することができる。位置推定は段階的に実行し得る。第１の段階では、モバイルデバイス１６０、１８０が位置している「島」等の一般的な地理的領域が特定される。第２の段階では、モバイルデバイス１６０、１８０の高度または建物の階が特定される。第３の段階では、特定された建物の階におけるモバイルデバイス１６０、１８０の位置が特定される。位置推定のこれらの段階の少なくともいくつかは、モバイルデバイス１６０、１８０にて周囲のアクセスポイント４１２−４１８、５１０−５１８から受信された情報を使用することができる。
【選択図】図３Ａ

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１１年６月１０日に出願された米国特許出願１３／１５７，８０２号の継続であり、その開示事項は参照により本出願に組み込まれるものとする。

位置推定とは、３次元空間で物体の位置を推定することをいう。全地球測位システム（ＧＰＳ）の技術は、一般に屋外環境における位置推定に利用されている。しかし、ＧＰＳは、屋外の位置推定にはそれほど有用ではない。なぜなら、ＧＰＳ衛星からの信号は、一般に屋内環境を提供する大部分の建物または他の構造物の内部に入り込むほど強力ではないからである。

屋内の位置推定のためのより有用な手段は、無線ネットワークを伴う。例えば、無線ネットワーク指紋法により、数個のアクセスポイントからの受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）データに基づいて、所与の領域の電波地図を作り出し、所与の緯度と経度に対してＲＳＳＩ値の確率分布を発生させる。生のＲＳＳＩ値を、その電子指紋と比較して、最も近い一致する点を見つけて推定される位置を生成するようにしてもよい。位置を推定する方法には、隠れマルコフ、最近傍法、および三角測量が含まれる。

本発明の一態様は、１つ以上の島を画定するステップと、島それぞれに関連付けられたアクセスポイントの識別子を保持するステップと、プロセサーを使用して、各島に対して第１の分類器を構築するステップであって、前記第１の分類器は前記屋内エリアの階を示す、前記第１の分類器を構築するステップと、プロセサーを使用して、各階に対して第２の分類器を構築するステップであって、前記第２の分類器は、前記階における位置を示す前記第２の分類器を構築するステップとを備える方法を提供する。各島は、地理的領域の区画であり１つ以上のアクセスポイントを含むことができ、ある島における任意のアクセスポイントが前記島の外から見えない可能性が高い。その島は、例えば、建物の床の群、個別の建物、または建物の群を備える。前記第１の分類器と前記第２の分類器は、決定木、ベイズモデル、最近傍法、および混合ガウスのうち少なくとも１つを含むことができる。

他の態様は、屋内エリアにおけるモバイルデバイスの位置を特定するシステムを提供し、このシステムは島に関連付けられた一連のアクセスポイントの識別子を記憶するメモリとプロセサーとを備え、島にある前記アクセスポイントは島の外からは見えない可能性が高い。前記プロセサーは、各島に対して、前記屋内エリアの階を示す第１の分類器を構築し、各階に対して、前記階における位置を示す第２の分類器を構築するように構成される。一例によれば、第１の分類器は、第１の決定木を備え、前記第１の決定木の出力は前記屋内エリアの前記階を示し、前記第２の分類器は、第２の決定木を備え、前記第２の決定木の出力は、前記建物の階の前記位置を示す。

他の態様は、屋内エリア内でモバイルデバイスの位置を特定するシステムを提供し、前記システムは、１つ以上の島を画定する手段を備え、各島は地理的領域の区画であり、１つ以上のアクセスポイントを含み、島内のどのアクセスポイントも島の外から見えない。前記システムは、さらに各島に関連付けられたアクセスポイントの識別子を保持する手段と、プロセサーを用いて、各島に対して第１の決定木を構築する手段であって、前記第１の決定木の出力が前記屋内エリアの階を示す前記第１の決定木を構築する手段と、前記プロセサーを用いて、各階に対して第２の決定木を構築する手段であって、前記第２の決定木の出力が前記階の位置を示す前記第２の決定木を構築する手段とを備える。

さらに本発明の他の態様は、屋内エリアにおいてモバイルデバイスの位置を推定する方法であって、１つ以上のアクセスポイントからの信号を受信するステップと、前記受信信号を用いて、前記モバイルデバイスが位置しているアクセスポイント島を特定するステップと、前記アクセスポイント島に対応する第１の決定木をダウンロードするステップであって前記第１の決定木の出力は前記屋内エリアの階を示すステップと、前記受信信号を用いて前記第１の決定木を実行するステップとを備える方法を提供する。この方法は、前記屋内エリアの前記階に対応する第２の決定木をダウンロードするステップであって、前記第２の決定木の出力は前記階における位置を示す、前記ダウンロードするステップと、前記受信信号を用いて前記第２の決定木を実行するステップとをさらに備える方法を提供することができる。

図１は本発明の一態様によるシステムの機能的な略図である。 図２は図１のシステムを絵で表した略図である。 図３Ａは本発明の一態様によるアクセスポイント島の説明図である。 図３Ｂは本発明の他の態様によるアクセスポイント島の説明図である。 図３Ｃは本発明の他の態様によるアクセスポイント島の説明図である。 図４は、本発明の一態様による屋内エリアの複数の階におけるアクセスポイントの分布の例示的な略図である。 図５は、本発明の一態様による所与の屋内エリアの階に対してフロア配置の例示的な略図である。 図６は本発明の一態様による例示的な決定木である。 図７は本発明の一態様による例示的な決定木である。 図８は本発明の一態様による方法のフロー図である。 図９は本発明の一態様による他の方法のフロー図である。 図１０は本発明の一態様により特定されたアクセスポイント島の例示的な略図である。 図１１は本発明の一態様により特定された建物の階の例示的な略図である。 図１２は本発明の一態様による屋内エリア内に位置するモバイルデバイスの例示的な略図である。 図１３は、本発明の一態様による屋内エリア内で追跡されるモバイルデバイスの例示的な略図である。

屋内エリアにおける異なるアクセスポイントからアクセス可能な無線ネットワーク信号の強度に基づいて、屋内エリアにあるモバイルコンピューティングデバイスの位置推定を行うことが可能である。効率化のため、位置推定は段階的に実行することができる。第１の段階では、モバイルデバイスが位置している一般の地理的領域、すなわち「島」が特定される。第２の段階では、モバイルデバイスの高度または建物の階が特定される。第３の段階では、特定された建物の階におけるそのモバイルデバイスの位置が決定される。位置推定のこれらの段階の少なくともある部分には、周囲のアクセスポイントからモバイルデバイスにおいて受信する情報を利用してもよい。例えば、そのクライアントデバイスが位置している島は、その島上の少なくとも１つのアクセスポイントを特定することにより、決定してもよい。さらに、モバイルデバイスの建物の階とその階における位置の特定は、決定木、ベイズモデル、最近傍法、混合ガウス等の多くの分類器のいずれかを用いて行ってもよい。例えば、決定木は、周囲のアクセスポイントからの受信信号強度に関する入力を用いて実行してもよく、決定木の出力は、デバイスの位置を示してもよい。

図１から図２に示されるように、この技術の１つの態様に関するシステム１００は、プロセサー１２０、メモリ１３０および通常、汎用コンピュータに存在する他の構成要素を含むサーバー１１０を備えている。

メモリ１３０は、プロセッサー１２０により実行或いは用いることができる命令１３２及びデータ１３４を含む、プロセッサー１２０がアクセス可能な情報を保存する。メモリ１３０は、コンピュータ読み取り可能媒体、又は、ハードディスクドライブ、メモリカード、フラッシュドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＤＶＤ又は他の光ディスクのみならず、他の書き込み可能なメモリ及び読み込み専用メモリのような、電子装置により読み込むことのできるデータを保存するコンピュータ読み取り可能媒体、又は他の媒体を含むプロセッサーがアクセス可能な情報を保存することのできるあらゆるタイプとすることができる。この点に関して、メモリは、長期記憶装置または永続記憶装置と同様、短期記憶装置または一時記憶装置を含むことができる。システムと方法には、既に述べたものの異なる組み合わせが含まれ、これにより、命令とデータの異なる部分が異なる種類の記憶媒体に記憶される。

命令１３２は、プロセッサーにより（機械語のように）直接的に又は（スクリプトのように）間接的に実行できる命令のどのようなセットでもよい。例えば、コンピュータ読み取り可能媒体上のコンピュータコードとして命令を保存することができる。これに関連して、「命令」及び「プログラム」の語は、ここでは互いに置き換え可能に用いることができる。命令は、プロセッサーで直接処理ができるオブジェクトコードフォーマット、又は、要求によりインタープリトされ又はあらかじめコンパイルされるスクリプト又は独立のソースコードモジュールのコレクションを含む他のあらゆるコンピュータ言語で保存することができる。命令の機能、方法、及び業務については以下に詳述する。

命令１３２に従い、プロセッサー１２０によりデータ１３４を検索し、保存し、変更することができる。例えば、そのアーキテクチャが、特定のデータ構造により制限されていなくても、コンピュータレジスターに、複数の異なるフィールド及びレコードを有するテーブルとしてリレーショナルデータベースに、ＸＭＬドキュメントに、又はフラットファイルに、データを保存することができる。データ１３４は、どのようなコンピュータ読み取り可能フォーマットにもフォーマットすることができる。さらにほんの例示として、グラフィックを描画するためのコンピュータ命令のみならず、圧縮又は非圧縮、可逆圧縮（例えば、ＢＭＰ）又は非可逆圧縮（例えば、ＪＰＥＧ）、及びビットマップ又はベクトルベース（例えば、ＳＶＧ）のフォーマットで保存されたピクセルのグリッドからなるビットマップとして、イメージデータを保存することができる。データ１３４は、数値、説明文、所有者コード、同じメモリ又は異なるメモリ（他のネットワーク中のものも含む）の他の領域に保存されたデータへの参照、又は、対応するデータを計算する機能により用いられる情報のような、対応する情報を特定するのに十分なあらゆる情報を具備することができる。

プロセッサー１２０は、商業上入手可能なＣＰＵのような、従来のどのようなプロセッサーでもよい。代替的に、プロセッサーをＡＳＩＣその他のハードワイヤベースのプロセッサーのような専用装置とすることもできる。図１には、同じブロック内にあるものとして、プロセッサー、メモリを機能的に図示しているが、当業者であれば、プロセッサー、又は、メモリは、実際には、同じ物理的な筺体内に収納することも同じ筺体内に収納しないこともできる、複数のプロセッサー、又は、メモリであってもよいことは理解できるであろう。例えば、メモリ１３０は、データセンタのサーバーファームに配置されたハードディスクドライブ又は他の記憶媒体とすることができる。従って、当然のことながら、プロセッサー又はコンピュータまたはメモリと言うときには、並列運転していることも並列に運転していないこともある一群のプロセッサー又はコンピュータ又はメモリを言うことが含まれる。

コンピュータ１１０は、ネットワーク１５０の１つのノードにあることができ、ネットワーク１５０の他のノードからデータを直接的にまたは間接的に受け取ることができる。例えば、サーバー１１０がネットワーク１５０を使用して、情報をユーザに送ってクライアントデバイス１６０のディスプレイ１６８に表示させるように、サーバー１１０は、クライアントデバイス１６０、１７０からネットワーク１５０を介してデータを受け取ることができるウェブサーバーを備えることができる。サーバー１１０は、データを受信し、処理し、クライアントデバイスへ送信する目的でネットワークの異なるノードと情報を交換する複数のコンピュータを備えることができる。例えば、クライアントデバイス１６０、１８０は、それにも関らず、通常、サーバー１１０を構成するどのコンピュータとも異なる、ネットワークのノードに存在する。

ネットワーク１５０、およびサーバー１１０とクライアントデバイス１６０、１８０の間に介在するノードは、種々の構成を備え、種々のプロトコルを使用することができる。これらには、インタネット、ワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）、イントラネット、仮想プライベート・ネットワーク、ローカル・イーサネット（登録商標）・ネットワーク、１つ以上の会社に独占所有権がある通信プロトコルを用いるプライベート・ネットワーク、セルラー方式ネットワークまたは無線ネットワーク（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ）、インスタント・メッセージ、ＨＴＴＰとＳＭＴＰ、および上述の種々の組み合わせが含まれる。図１−図２に記載されたコンピュータは数が少ないが、典型的なシステムには多数の接続されたコンピュータが含まれ得ることは容易に理解されるであろう。

クライアントデバイス１６０、１８０のそれぞれは、サーバー１１０と同様に、上述のようにプロセサー、メモリおよび命令とともに構成することができる。クライアントデバイス１６０、１８０は、各人による使用が意図されたパーソナルコンピュータとすることもでき、中央処理装置（ＣＰＵ）１６２、データ１６４および命令１６６を記憶するメモリ（例えば、ＲＡＭおよび内蔵ハードディスクドライブ）、電子的ディスプレイ１６８（例えば、画面を有するモニター、タッチスクリーン、プロジェクタ、テレビジョン、コンピュータプリンタ、または情報を表示するように操作可能なその他の電子デバイス）、およびエンド・ユーザ用入力機器１７０（例えば、マウス、キーボード、タッチスクリーンまたはマイクロフォン）等のパーソナルコンピュータと関連して通常使用される構成要素の全てを有することができる。このクライアントデバイスには、カメラ１７２、センサー１７４（例えば、位置センサー、方位センサー、加速度計、ジャイロスコープ、光センサー、赤外線センサー等）、スピーカー、ネットワークインタフェースデバイス、クロック１７６、バッテリー電源またはその他の電源、およびこれらの要素を他の要素と接続するのに使用される全ての構成部品が含まれ得る。

クライアントデバイス１６０、１８０は、普通サイズのパーソナルコンピュータを含むことができるが、これらはあるいはインタネット等のネットワーク上のサーバーとデータを無線により交換することができるモバイルデバイスを含むことができる。一例としてのみ挙げると、クライアントデバイス１６０がインタネットを介して情報を得ることができる無線対応のＰＤＡまたはセルラー方式の電話機であってもよい。ユーザは、小型キーボード（ブラックベリー型電話機の場合）、キーパッド（通常のセルラー方式の電話機の場合）またはタッチスクリーン（ＰＤＡの場合）を使用して情報を入力することができる。

クライアントデバイスは、無線ネットワークのスペクトラムをスキャンし、ローカル無線ネットワーク信号を特定するのに使用することができるアンテナおよび受信機を含むことができる。例えば、アンテナは「ビーコン」メッセージを受信し、この情報を復調して無線ネットワークのアクセスポイントを特定する受信機に「ビーコン」メッセージを送信することができる。１つの例では、これらのビーコンメッセージは、アクセスポイントが自らを潜在的な無線ネットワークユーザに知らせるために送信する、ＩＥＥＥ８０２．１１の管理フレームであってもよい。これらのフレームは、デバイスが無線ネットワークに接続するのを支援する物理層パラメータと同様にサービスセットＩＤ（「ＳＳＩＤ」）情報を含むことができる。このビーコンメッセージは、ネットワークにアクセスするデバイスを支援もする追加的なネットワークアクセス情報をも含むことができる。このネットワークアクセス情報には、アクセスポイントは新ユーザを受け入れているか否か、データは暗号化されているか否か、どのタイプの認証が用いられているか、例えば、認証無し（誰にもオープンする）、パスワードベース、ウェブ携帯ベース、または媒体アクセス制御（「ＭＡＣ」）アドレスベース等がある。しかし、この開示に関連して収集されるデータは、上記の情報には限ることができると理解される。例えばＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤまたは他の識別子および信号強度があり、追加の情報を含む必要がない。例えば、パーソナル情報等のネットワークトラフィックまたはペーロードデータに含まれる情報は、収集する必要がなく、実際、無線ネットワークのユーザのプライバシーを保護するために削除され得る。

データ１６４及び／またはデータ１３４は、屋内エリアにおいてモバイルデバイスの位置推定を行うために使用できるデータを含むことができる。このようなデータの例は、アクセスポイント島および各島に含まれるアクセスポイントの識別子が含まれ、モバイルデバイスの大まかな位置を推定するのに使用することができる。さらなる例には、モバイルデバイスの建物の階および位置を推定するのに使用することができる分類器が含まれる。このような分類器の１つは各島に対して構築される決定木とすることができ、決定木は、推定される場所を建物の階に狭めるのに使用することができ、建物の階それぞれに対して構築された決定木は、推定された場所をさらに推定された建物の階において推定される位置にまで狭めるのに使用することができる。

アクセスポイント島は、地理的領域の所定の区画であってもよい（例えば、一般的な緯度の限界、経度の限界、および高度の限界を有する領域）。例えば、アクセスポイント島は、建物内の一群の階、一つの建物、一連の建物、等であってもよい。各島に含まれるアクセスポイントは、その島専用のものでもよく、アクセスポイントにより送信されるビーコンまたは他の信号は島の外に届かなくてもよい。アクセスポイントは、例えば、ＭＡＣアドレスまたは拡張一意識別子（ＥＵＩ）により特定することができる。したがって、上述のように、もしモバイルデバイスが所与のアクセスポイントを検出したら、モバイルデバイスが位置しているその島を決定することができる。

一態様によれば、データ１６４及び／またはデータ１３４は、さらなる無線ネットワークのスキャンにより特定される電子指紋データを含むことができる。例えば、クライアントデバイスは、屋内エリア内において複数の階と位置を通過することができる。各階で及び／または各位置で、そのクライアントデバイスは、スキャンを実行し、アクセスポイントの近くのＭＡＣアドレスとそれぞれの信号強度を記録することができる。このデータは、そのアクセスポイントの信号強度を、屋内エリアにおける階および位置に関連付けるマップを生成するのに使用することができる。電子指紋データは、代替的にまたは追加的に、光、温度、ノイズ等の屋内エリアの他の特性に関連する情報を含むことができる。

電子指紋データは、そのアクセスポイントに関係する入力と、建物の階または位置を示す出力とを関連付ける決定木を構築するのに使用することができる。１つの態様によれば、１つ以上のこのような決定木は、島の特定の建物の階を示すために各島に対して構築することができる。このような決定木の一例を図６に示す。建物の階における特定の位置を示すために、さらなる１つ以上の決定木を各建物の階に対して構築することができる。このような決定木の一例は、図７に示されている。したがって、データ１３６により、モバイルデバイスが位置している島の推定、島の特定の建物の階の推定、およびその建物の階の特定の位置の推定が可能となる。

図３Ａ−３Ｃは、この技術の態様によるアクセスポイント島の例を示す。図３Ａに示されるように、建物３１０は、複数の階を含み、複数のアクセスポイント島３１５にグループ化することができる。階の数は１つの島にいくつあってもよい。島３１５がいくつかの階の全てを包含するものとして示される一方、いくつかの態様によれば島は複数の階の一部分のみを包含することができることも理解されるであろう。例えば、第１の島は、０階−３階の東半分を含むことができる一方、第２の島は、０階−３階の西半分を含むことができる。

図３Ｂに示される実施形態によれば、アクセスポイント島は建物全体を含むことができる。例えば、建物３１０は、アクセスポイント島３５５において指定することができ、市の建物３４０は、アクセスポイント島３４５において指定することができ、病院３２０は、アクセスポイント島３２５において指定することができ、住居３３０は、それら自身の各島３３５において指定することができる。

図３Ｃに示されるさらなる実施形態によれば、アクセスポイント島は、地理的領域において複数の建物を含むように指定することができる。例えば、島３６５、３７５、３８５、３９５のそれぞれは、すぐ近くの複数の建物を含むことができる。

アクセスポイント島それぞれに対して、例えば、サーバー１１０において、その島におけるアクセスポイントのリストを記憶することができる。１つの実施形態によれば、各アクセスポイントは、１つのリスト上だけで特定することができる。なぜなら、各島におけるアクセスポイントは、その島の外では見ることができないからである。これらのリストは、どの島にモバイルデバイスが位置しているかを決定するのに使用することができる。例えば、モバイルデバイスにより検出されるアクセスポイントは、各リスト上のアクセスポイントと比較してもよい。リスト上で一致が確認されたら、そのリストに対応するその島は、モバイルデバイスが位置している島として特定することができる。

いくつかの例では、１つのアクセスポイント島にその島の外から見えるアクセスポイントがないようにアクセスポイント島を完全に分けることができないこともあり得る。このような例では、１つのアクセスポイントがそのアクセスポイントに最も頻繁に関連付けられる島の中に含まれるようにすることができる。例えば、もし、アクセスポイントＡからの信号がほとんどいつも島Ａにあるモバイルデバイスにより受信されるが、島Ｂにあるモバイルデバイスにより受信されるのは時々だけであるなら、アクセスポイントＡは、島Ａに含まれてもよい。

さらに、いくつかの例では、モバイルデバイスは誤りのデータを受信することもあり得る。したがって、この島は、モバイルデバイスにより検出される大部分または全てのアクセスポイントを用いて特定してもよい。例えば、モバイルデバイスは、５つのアクセスポイントからの信号を受信してもよい（ＡＰ１−ＡＰ５）。しかし、この最初の４つのアクセスポイントＡＰ１−ＡＰ５が島Ａと関連づけられる一方、ＡＰ５が島Ｂと関連付けられる。見えるアクセスポイントの大部分が島Ａにあるので、モバイルデバイスは島Ａに存在すると決定することができる。

一旦、モバイルデバイスが位置しているアクセスポイント島が特定されると、モバイルデバイスが位置している場所の高度または建物の階が決定され得る。例えば、図４に示されるように、アクセスポイント島４００は、建物の階Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を含む。各階は、１つ以上のアクセスポイントを含んでもよい。例えば、Ｌ１階は、アクセスポイント４１６および４１８を、Ｌ２階は、アクセスポイント４１４を含むことができ、そしてＬ３階はアクセスポイント４１２を含むことができる。アクセスポイント４１２−４１８は、従来のアクセスポイントのどのようなタイプでもよく、全てが互いに同じタイプである必要はない。

アクセスポイント４１２−４１８は、それぞれＭＡＣアドレス等の固有の識別子を有し、所定の距離に対して固有の識別子を含む信号を送信する。これらのアクセスポイント４１２−４１８により送信された信号は、モバイルデバイス４８０により受信されることができ、ユーザ４５０が位置する階を決定するのに使用される。例えば、それぞれ受信された信号の強度はユーザの階を決定するために解析され得る。図６に関してこれからさらに詳細に説明する１つの態様によれば、受信信号強度の解析は、１つ以上の決定木を使用して実行してもよい。

一旦モバイルデバイスが位置している階が決定されると、モバイルデバイスの位置を推定することができる。図５は、建物の階にある屋内エリア５００の例示的な間取り図を示す。領域５００は、壁５２０により分離された複数の部屋と、屋内エリア５００の至る所で様々な位置に複数のアクセスポイント５１０、５１２、５１４、５１６、５１８を含む。このアクセスポイント５１０−５１８はＭＡＣアドレス等の固有の識別子を含んでいてもよく、所定の距離に対して信号を送信する。このアクセスポイント５１０−５１８は従来のアクセスポイントのどのようなタイプでもよく、互いに同じタイプである必要はない。

モバイルデバイス３８０は、屋内エリア５００におけるその位置に依存して、１つ以上のアクセスポイント５１０−５１８から信号を受信する。受信信号のうち一部は他の信号よりも高い信号強度を有する。受信信号は、モバイルデバイス５８０の位置を推定するのに解析され得る。例えば、受信信号は、領域５００の至る所で様々な位置と信号強度との所定のマッピングと比較することもでき、モバイルデバイス５８０の位置は、この比較に基づいて推定してもよい。１つの態様によれば、図７に関してさらに詳細に説明するように、受信信号の解析は、１つ以上の決定木の実行を含むことができる。

図６は、モバイルデバイスが位置している建物の階を決定するための例示的な決定木６００を示す。決定木６００は、開始ノード６１０、中間ノード６２０、６５０、および出力ノード６３０、６４０、６６０、６７０を含む。開始ノード６１０および中間ノード６２０、６５０は、質問を提示することができ、その質問に対する答えにより木６００における次のノードが決定される。例えば、戻って図４を参照すると、開始ノード６１０は、アクセスポイント４１２からモバイルデバイス４８０により受信された信号が−５０ｄＢｍ等の特定の電力比以上であるか否かを質問する。もし、「ＮＯ」であれば，出力ノード６３０において、ユーザ４５０はＬ１階にいると推定する。しかし、もし答えが「ＹＥＳ」であれば、中間ノード６２０は、アクセスポイント４１４から受信した信号が−６５ｄＢｍ以上であるか否かを質問する。もしこの答えが真であれば、ユーザ４５０がＬ２階に位置していることが出力ノード６４０において推定される。もし、「偽」であれば、中間ノード６５０は、アクセスポイント４１６から受信した信号が−４０ｄＢｍ以下であるか否かを質問する。これに対する答えにより、ユーザ４５０がＬ３階（出力ノード６６０）に位置するのか、Ｌ２階（出力ノード６７０）に位置するのかを決定する。

一旦、ユーザ４５０が位置する階が決定されると、その階におけるユーザの位置を決定することができる。これには、さらなる決定木の実行を要する。例えば、図７に示されるように、例示的な決定木７００は、さまざまなアクセスポイントの信号強度と屋内エリアの階における位置とを関連付けることができる。

図６の決定木６００と同様に、決定木７００は、開始ノード７１０と、１つ以上の中間ノード７２０と、１つ以上の出力ノード７３０、７４０、７４５とを含むことができる。開始ノード７１０は、質問を提示することができ、その質問に対する答えが次のノードを決定する。例えば、図５に戻って参照すると、質問は、第１のアクセスポイントＡＰ１（例えば、アクセスポイント５１０）の受信信号強度が−６５ｄＢｍ等の特定の電力比以下であるか否かであってもよい。もし、これが真であれば、次のノードは中間ノード７２０とすることができ、そこでアクセスポイント５１４等の第２のアクセスポイントＡＰ２からの受信信号強度に関するさらなる質問を行う。しかし、ノード７１０において、もしこれが偽であれば、次のノードは出力ノード７３０とすることができる。
出力ノード７３０、７４０、７４５は、開始ノード５１０の質問、および任意の中間ノード（例えば、ノード７２０）の質問に対する答えに基づいて位置を示す情報を提示することができる。例えば、出力ノード７３０、７４０、７４５はそれぞれ以下に示す式を示しており、これらの式は位置を計算するのに使用することができる。
ＬＭ１：ＬＭ１の緯度＝４５．１２４５２５？０．００４３＊ａｐ１＋０．００２５＊ａｐ３
ＬＭ２：ＬＭ２の緯度＝４５．１２４８８８＋０．００１２＊ａｐ２−０．００４２＊ａｐ３
ＬＭ３：ＬＭ３の緯度＝４５．１２４５２５−０．００４７＊ａｐ１−０．００８０＊ａｐ２

いくつかの態様によれば、この出力は、経度の及び／または緯度の座標、マップの地点、または相対位置（例えば、建物の西の壁から５フィート、および北の壁から７．５フィートである）とすることができる。

２つの中間ノード６２０、６５０のみが図６で示され、１つの中間ノード７２０は、図７で示されているが、いかなる数の中間ノードの場合も決定木６００，７００の開示に含まれることは理解できるところであり、したがって、出力ノードの潜在的な数は増加する。さらに、例示的な決定木６６０、７００は、１つ以上のアクセスポイントの受信信号強度に関する質問に基づいて、階と位置を示す一方、その質問は任意の特性に関することでもよいと理解される。例えば、決定木６００、７００は、照明またはノイズのレベル、またはモバイルデバイスまたはそのユーザに関連する要因と、モバイルデバイスの階および位置とを関連づけることができる。いくつかの態様によれば、決定木６００、７００は、それぞれ、位置を推定するためにこれらの要因の組み合わせをしようすることができる。

１つの態様によれば、複数の決定木は、屋内エリアのモバイルデバイスが存在する階及び／または位置をより正確に推定するために生成される。例えば、決定木はデータの様々な部分集合を分析することができ、全ての決定木からの出力は平均化される。データの様々な部分集合には、例えば、分析するアクセスポイントを変更する場合、アクセスポイントを分析する順序を変更する場合、受信信号強度値を変更すること、またはこれらの組み合わせが含まれる。さらなる、決定木のいくつかは、上記のように異なる特性に関するものでもよい。

図６および図７は、島におけるデバイスが存在する建物の階および位置を推定するのに使用することができる決定木の詳細な例を示しているが、多数の分類器のうちどれでも使用し得ることは容易に理解される。例えば、建物の階および位置は、ベイズモデル、最近傍法、混合ガウス、またはこれらのうちいくつかの組み合わせを用いて決定することができる。

ユーザが存在する屋内の階および位置を推定する方法は、例えば、上記のアクセスポイント島および決定木を使用してこれから説明する。これらの操作は、以下に述べるような手順通りに実施しなければならないわけではないことは理解すべきである。むしろ、様々な操作を異なる順序または同時に取り扱うこともでき、また操作が追加されたり、削除されてりしてもよい。さらに、上記のように、決定木は、島の中でどのように位置を決定することができるかについての単なる一例にすぎない。

図８は、この技術の態様による方法８００のフローチャートを提供する。この方法は、１つ以上の決定木を用いて、モバイルデバイスの屋内の位置を推定することを提供する。この方法８００は、クライアントデバイス、リモートサーバー、またはこれらのいくつかの組み合わせを含む、任意のコンピュータのデバイスにより実行することができる。

この方法８００は、ブロック８１０で始まり、地理的領域が複数のアクセスポイント島に分割される。この地理的領域は、特定の建物、一群の建物、街区、町、市、国、または全世界等のいずれの領域でもよい。アクセスポイント島は広くも狭くも要望通りに分割することができる。例えば、島は、建物内の一群の階（例えば、図３Ａのように）、建物（例えば、図３Ｂのように）、一群の建物（例えば、図３Ｃのように）または同等のものとすることができる。

各島は、１つ以上のアクセスポイントを有し得る。各島におけるアクセスポイントは、島の外からは見えない。例えば、図３Ａに戻って参照すると、島Ｂに位置するモバイルデバイスは、島Ａまたは島Ｃにあるどのアクセスポイントからも信号を受け取ることができない。

ブロック８２０において、各島のアクセスポイントが言及され得る。例えば、これらのアクセスポイントは、例えばＭＡＣアドレスまたは拡張固有識別子（ＥＵＩ）により特定されてもよい。各島におけるこのアクセスポイントは、例えば、リスト、テーブル、または他のフォーマットによりインデックス化されてもよい。

上述のように各島は、複数の建物の階を含むことができる。ブロック８３０において、図６の木６００等の１つ以上の決定木は、ユーザが位置している階を分離するため各島に対して構築され得る。例えば、建物の異なる階において、異なるアクセスポイント（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、無線、または他のアクセスポイント）からの信号強度はそれぞれ異なり得る。図４の例を参照すると、アクセスポイント４１６からの信号は、Ｌ３階よりもＬ１階の方がはるかに強度が高くなり得る。このような変動は、例えば、建物の階を通過して移動するモバイルデバイスを用いて識別することができ、アクセスポイントの信号強度のマッピングを生成するのに使用できる。決定木は、そのアクセスポイントの受信信号強度をその島における特定の建物の階と関連付けることができる。受信信号強度に代えてまたは追加して、決定木は、気圧、高度、等の様々な他の特性を建物の階と関連付けることができる。

図７の木７００等の１つ以上の決定木は、所与の建物の階（ブロック８４０）におけるモバイルデバイス位置を推定するのに構築してもよい。例えば、それぞれの建物の階に対して、アクセスポイントから受信する信号の変動は、ある階の異なる位置において識別され得る。この決定木は、これらの変動をその階における位置と関係付けることができる。

この技術の一態様によれば、複数の決定木は、単一の建物の階または位置を決定するように構築することができる。複数の決定木は、異なるデータの集合を分析し、または、それぞれ異なるシーケンスにおいて、データを分析することができる。例えば、異なるデータの集合は、分析されるアクセスポイントを変化させること、分析されるアクセスポイントの順序を変化させること、受信信号強度値を変化させること、またはこれらの組み合わせにより異なる場合を含む。さらなる、決定木のいくつかは、照明量またはノイズ量等の付加的な特性と関連付けることもできる。いかなる数の決定木を使用することができる一方、決定木の数が多くなると効率と正確性との間のトレードオフが生じるようになる。したがって、例えば、建物の階または位置は、１０−１５個の決定木を使用して決定してもよい。

図９はモバイルデバイスの屋内の位置を推定する他の方法９００を提供する。この方法９００によれば、モバイルデバイスは、その位置を決定するためにリモートサーバーと情報を交換することができる。好ましくは、モバイルデバイスにより送信されるいかなるユーザデータに対してもプライバシーの保護が提供され、その保護としては、例えば、個人識別情報の匿名化、データの集合化、公にしにくい情報の選別、暗号化、個人特性を除去するための公にしにくい情報のハッシングまたは選別、情報の保存期間の制限、またはデータ使用または共有の制限がある。データは、個々のユーザデータが明らかにされないように匿名化され、集合化され得る。

一態様によれば、モバイルデバイスの位置が推定されたらすぐにユーザに対して表示がされる。例えば、モバイルデバイスのディスプレイが、その位置についてテキストによる説明（例えば、建物１、３階、３０２号室）、図（例えば、建物の階の間取り図およびこのデバイスの位置を示す点または他のマーク）、またはこれらのいくつかの組み合わせを提供することができる。このような情報は、屋内エリアにおける特定の部屋または場所（例えば、診療所、美術展会場、ショッピンモールにおける店等。）を見つけようとしているユーザにとって有益である。

ブロック９１０において、モバイルデバイスは、１つ以上のアクセスポイントから信号を受信することもできる。アクセスポイントは、例えば、ＭＡＣアドレスまたはＥＵＩを使用してモバイルデバイスにより、特定されてもよい。これらのアクセスポイントは、図８のブロック８２０において作り出したリスト等のアクセスポイントのリストと比較することができ、そのモバイルデバイスが位置している島（ブロック９２０）を特定することができる。例えば、図１０に示されるように、モバイルデバイスのユーザは、建物１０１０の中に位置してもよく、建物１０１０は島Ａ、島Ｂ、および島Ｃに分割されている。これらの島のそれぞれは、島の外からは見えないアクセスポイントを含むことができる。例えば、島Ａにおけるアクセスポイントは、島Ａにあるデバイスのみにより受信され、島Ｂまたは島Ｃにあるデバイスにより受信されない信号を送信できる。図１０の例によれば、ユーザは、島Ｃにある１つ以上のアクセスポイントからの信号を受信できる。１つ以上のアクセスポイントを所定のリストと比較することにより１つ以上のアクセスポイントとモバイルデバイスが島Ｃに位置していることを示すことができる。

いったん島が決定されるとその島に対する決定木（例えば、図６の決定木６００）がダウンロードされ得る（ブロック９３０）。決定木は、リモートサーバーに記憶され、必要に応じてダウンロードされる。特定の島の決定木のみが必要であるから、そして決定木は大きなリソースを消費することはないので、木は、かなり速くダウンロードされ得る。あるいは、例えば、もしユーザが所与の建物おける自分の位置を継続的に特定することを望むなら、決定木はモバイルデバイスに半永久的に記憶されていてもよい。

決定木は、例えば、周囲のアクセスポイント（ブロック９４０）の受信信号強度を用いて、実行し得る。図１１は、所与の島（例えば、図１０の島Ｃ）にあるユーザ１１５０およびモバイルデバイス１１８０の例を示す。島は、複数の階１１２２（Ｌ８）、１１２４（Ｌ７）、１１２６（Ｌ６）を含む。Ｌ８は、アクセスポイント１１１２を含み、Ｌ７は、アクセスポイント１１１４を含み、Ｌ６は、アクセスポイント１１１６、１１１８を含む。その信号は信号強度が少なくともデバイス１１８０とアクセスポイント１１１２−１１１８との間の距離の関数として変動し得るにも関わらず、モバイルデバイス１１８０は、これらのアクセスポイント１１１２−１１１８のそれぞれから信号を受信することができる。決定木の開始ノードおよび中間ノードは、入力としてこれらの信号に関連する情報を処理することができる。決定木の出力は、モバイルデバイスの建物の階を示すことができる。したがって、図１１の例においては、モバイルデバイス１１８０は、決定木を実行し、自身がＬ７階のどこに位置しているかを特定することができる。

ブロック９５０において、示された建物の階に対する決定木（例えば、図７の決定木７００がダウンロードされ得る。これらの木は、建物の階（ブロック９６０）でのモバイルデバイスの位置を特定するために実行され得る。例えば、木は、入力として周囲のアクセスポイントから受信した受信信号強度に関連するデータを使用することができ、位置の表示を出力する。図１２は、所与の建物の階（例えば、図１１のＬ７）における屋内エリア１２００の例を示している。屋内エリアは、アクセスポイント１２１０、１２１２、１２１４、１２１６、１２１８を含む。モバイルデバイス１２８０は、アクセスポイント１２１０、１２１２、１２１４からの信号を受信するが、しかしアクセスポイント１２１６、１２１８の範囲外となり得る。この情報は、屋内エリア１２００に対して構築された１つ以上の決定木への入力であり得る。そしてその出力はモバイルデバイスの位置１２８０を示す。例えば、示したように、その出力は緯度と経度として示される。しかし、その位置は、屋内エリア１２００に対する相対座標として、または他の方法で示されてもよい。例えば、モバイルデバイス１２８０は、屋内エリア１２００の略図をその画面上に示すことができ、その現在の位置は、赤点または同様の方法で表示され得る。

１つの態様によれば、屋内でのユーザの位置を推定する上述の方法を定期的にまたは継続的に実行してモバイルデバイスの動きを追跡することができる。例えば、図１３に示されるように、モバイルデバイス１３８０は、屋内エリア１３００を至る所を至る所を動き、途中で異なるアクセスポイント１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８からの信号強度が変動する信号を受信する。したがって、１３６４に沿って１つ以上の点において決定木を実行することにより、モバイルデバイス１３８０は、経路１３６４に沿って開始点１３６２から追跡され得る。ユーザの同意を得た上で、モバイルデバイス１３８は、例えば、各決定木出力をタイムスタンプに沿って記録することにより、その動きの記録を保存することができる。

決定木を用いて屋内エリア内におけるユーザの位置を推定することは、決定木は、大量のリソースを消費することが無く、短時間で実行することができ、どの入力が地球規模ではなく個々の場所に関連しているかを決めるという点で有利であり得る。さらに、複数の木を実行しその結果を平均化することにより、決定木を用いて行われる位置推定は一層正確なものとなる。

上述の特徴のこれらの及び他の変形及び組み合わせは、特許請求の範囲で定義した技術から離れることなく利用することができるので、これまで説明した典型的な実施の形態は、特許請求の範囲で定義した技術を限定するものではなく、概説するためのものであると理解すべきである。当然のことながら、ここに記載した例示的な実施の形態（及び、「等の」、「例えば」、「含む」、のような語句）は、権利化を要求する技術を特定の実施例に限定するものと解釈すべきでなく、実施例は多くの形態の一部を概説するためのものである。

Claims (27)

1. 方法であって、
   １つ以上の島を画定するステップであって、各島は、地理的領域の区画であり、１つ以上のアクセスポイントを含み、ある島における任意のアクセスポイントが前記島の外から見えない可能性が高い、前記島を画定するステップと、
   島それぞれと関連付けられた前記アクセスポイントの識別子を保持するステップと、
   プロセサーを使用して、各島に対して第１の分類器を構築するステップであって、前記第１の分類器は前記屋内エリアの階を示す、前記第１の分類器を構築するステップと、
   前記プロセサーを使用して、各階に対して第２の分類器を構築するステップであって、前記第２の分類器は前記階における位置を示す、前記第２の分類器を構築するステップと、
   を備える方法。
2. 前記第１の分類器と前記第２の分類器は、決定木、ベイズモデル、最近傍法、混合ガウスのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の分類器は、第１の決定木を備え、前記第１の決定木の出力は前記屋内エリアの前記階を示し、前記第２の分類器は、第２の決定木を備え、前記第２の決定木の出力は前記建物の階における前記位置を示す、請求項２に記載の方法。
4. 前記島は、建物内の階の群を備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記島は、個別の建物を備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記島は、建物の群を備える、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１の決定木および前記第２の決定木は、開始ノードと中間ノードをさらに備え、前記開始ノードはアクセスポイントの前記受信信号強度に関する第１の質問を提示し、前記中間ノードのそれぞれはアクセスポイントの受信信号強度に関する追加の質問を提示する、請求項３に記載の方法。
8. 前記第１質問および前記追加の質問は、１つ以上の特定のアクセスポイントの前記受信信号強度が、１つ以上の所定値よりも大きいか小さいかを尋ねる、請求項７に記載の方法。
9. 複数の第１の決定木を構築するステップと、
   前記複数の第１の決定木からの結果を平均化するステップと、をさらに備える、請求項３に記載の方法。
10. 複数の第２の決定木を構築するステップと、
    前記複数の第２の決定木の結果を平均化するステップと、をさらに備える、請求項３に記載の方法。
11. 少なくとも１つのアクセスポイントの識別子をモバイルデバイスから受信するステップと、
    前記受信した識別子と前記保持された識別子とを比較して前記モバイルデバイスが位置する前記島を特定するステップと、
    をさらに備える、請求項１に記載の方法。
12. 前記第２の分類器が示した前記位置は、緯度または経度である、請求項１に記載の方法。
13. 前記第２の分類器により示される前記位置は、前記屋内エリアの配置に対する相対座標として提供される、請求項１に記載の方法。
14. 前記第２の分類器により示される前記位置は、ディスプレイ上に図示される、請求項１に記載の方法。
15. １つ以上のアクセスポイントからの信号をモバイルデバイスにて受信するステップと、
    前記受信信号を使用して、前記モバイルデバイスが位置している前記アクセスポイント島を特定するステップと、
    前記モバイルデバイスに前記第１の分類器をダウンロードするステップと、
    前記受信信号を用いて前記第１の分類器を実行するステップと、
    前記第２の分類器を前記モバイルデバイスにダウンロードするステップと、
    前記受信信号を使用して前記第２の分類器を実行するステップと、
    をさらに備える請求項１に記載の方法。
16. 屋内エリア内でモバイルデバイスの位置を特定するシステムであって、
    島に関連付けられた一連のアクセスポイントの識別子を記憶するメモリであって、島にある前記アクセスポイントは前記島の外から見えない可能性が高い、前記メモリと、
    各島に対して、前記屋内エリアでの階を示す第１の分類器を構築し、
    各階に対して、前記階での位置を示す第２の分類器を構築するように構成されたプロセサーと、を備えるシステム。
17. 前記島は、建物内の一群の階を備える、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記島は、建物を備える、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記島は、一群の建物を備える、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記第１の分類器と前記第２の分類器は、決定木、ベイズモデル、最近傍法、および混合ガウスのうち少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のシステム。
21. 前記第１の分類器は、第１の決定木を備え、前記第１の決定木の出力は、前記屋内エリアの階を示し、前記第２の分類器は、第２の決定木を備え、前記第２の決定木の出力は、前記建物の階の前記位置を示す、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記第１の決定木と前記第２の決定木は、開始ノードと中間ノードとをさらに備え、前記開始ノードは、アクセスポイントの受信信号強度に関する第１の質問を提示し、前記中間ノードのそれぞれは、アクセスポイントの受信信号強度に関する追加の質問を提示する、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記第１の質問および前記追加の質問は、１つ以上の特定のアクセスポイントの前記受信信号強度が、１つ以上の所定値より大きいか小さいかを尋ねる、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記プロセサーは、
    複数の第１の決定木を構築し、
    前記複数の第１の決定木からの結果を平均化するようにさらに構成される、請求項２１に記載のシステム。
25. 前記プロセサーは、
    複数の第２の決定木を構築し、
    前記複数の第２の決定木からの結果を平均化する
    ようにさらに構成される、請求項２１に記載のシステム。
26. 屋内エリア内にあるモバイルデバイスの位置を特定するシステムであって、
    １つ以上の島を画定する手段であって、各島は地理的領域の区画であり、１つ以上のアクセスポイントを含み、島内のどのアクセスポイントも島の外から見えない、前記手段と、
    島それぞれに関連付けられた前記アクセスポイントの識別子を保持する手段と、
    プロセサーを使用して、島それぞれに対して第１の決定木を構築する手段であって、前記第１の決定木の出力が屋内エリアの階を示す、前記第１の決定木を構築する手段と、
    プロセサーを使用して、階それぞれに対して第２の決定木を構築する手段であって、前記第２の決定木の出力が前記階における位置を示す、前記第２の決定木を構築する手段と、
    を備えるシステム。
27. 屋内エリアにおけるモバイルデバイスの位置を推定する方法であって、
    １つ以上のアクセスポイントからの信号を受信するステップと、
    前記受信信号を用いて、前記モバイルデバイスが位置するアクセスポイント島を特定するステップと、
    前記アクセスポイント島に対応する第１の決定木をダウンロードするステップであって、前記第１の決定木の出力が前記屋内エリアの階を示す前記ダウンロードするステップと、
    前記受信信号を使用して前記第１の決定木を実行するステップと、
    前記屋内エリアの前記階に対応する第２の決定木をダウンロードするステップであって、前記第２の決定木の出力が前記階の位置を示す、前記ダウンロードするステップと、
    前記受信信号を使用して前記第２の決定木を実行するステップと、
    を備える方法。

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