JP7016782B2 - Mobile devices, programs and methods for estimating initial orientation - Google Patents

Mobile devices, programs and methods for estimating initial orientation Download PDF

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Description

本発明は、屋内における絶対位置測位及び相対位置測位の両方を用いたハイブリッド測位の技術に関する。 The present invention relates to a technique for hybrid positioning using both absolute positioning and relative positioning indoors.

従来、屋外におけるユーザ位置を推定するために、携帯装置におけるGPS(Global Positioning System)による絶対位置測位と、加速度・磁気センサによる相対位置測位とを組み合わせた技術がある(例えば非特許文献1参照)。この技術によれば、測位結果として得られた絶対位置及び相対位置を、カルマンフィルタによって組み合わせて、高精度に位置を決定することができる。 Conventionally, in order to estimate the user's position outdoors, there is a technique that combines absolute position positioning by GPS (Global Positioning System) in a portable device and relative position positioning by an acceleration / magnetic sensor (see, for example, Non-Patent Document 1). .. According to this technique, the absolute position and the relative position obtained as the positioning result can be combined by the Kalman filter to determine the position with high accuracy.

一方で、屋内では、GPSを使用することができないために、絶対位置測位には、近距離無線通信のビーコンが用いられる。近距離無線通信として、Bluetooth(登録商標)を用いたBLE(Bluetooth Low Energy)がある。BLEは、近距離無線規格Bluetoothの仕様策定団体である「Bluetooth SIG」によって、「低消費電力版Bluetooth」として規格化されたものである。尚、Apple社のiOS7以降のOSに基づくiBeacon(登録商標)も、BLEに基づくものである。 On the other hand, since GPS cannot be used indoors, a beacon for short-range wireless communication is used for absolute positioning. As short-range wireless communication, there is BLE (Bluetooth Low Energy) using Bluetooth (registered trademark). BLE is standardized as "low power consumption version Bluetooth" by "Bluetooth SIG" which is a specification development organization of short-range wireless standard Bluetooth. In addition, iBeacon (registered trademark) based on Apple's iOS 7 or later OS is also based on BLE.

屋内におけるユーザ位置を推定するために、BLEを用いた絶対位置測位と、携帯装置のPDR(Pedestrian Dead Reckoning)の相対位置測位とを切り替える技術がある(例えば非特許文献2参照)。歩行自律航行と称されるPDRは、携帯装置に搭載された加速度・角速度センサを用いる。この技術によれば、BLEビーコンから観測される受信強度RSSI(Received Signal Strength Indication)が全て、減少傾向となった場合に、PDRの相対位置測位に切り替える。また、PDRの相対位置測位の際に、BLEビーコンの直下に位置したと判定された時、BLEの絶対位置測位へ切り替える。即ち、屋内における携帯装置の絶対位置測位及び相対位置測位を、BLEビーコンの受信強度に応じて切り替えている。 In order to estimate the user position indoors, there is a technique for switching between absolute position positioning using BLE and relative position positioning of PDR (Pedestrian Dead Reckoning) of a portable device (see, for example, Non-Patent Document 2). The PDR, which is called walking autonomous navigation, uses an acceleration / angular velocity sensor mounted on a mobile device. According to this technique, when all the received signal strength Intensity (RSSI) observed from the BLE beacon tends to decrease, the relative positioning of the PDR is switched to. Further, when it is determined that the position is directly under the BLE beacon during the relative positioning of the PDR, the position is switched to the absolute positioning of the BLE. That is, the absolute positioning and the relative positioning of the portable device indoors are switched according to the reception intensity of the BLE beacon.

小河原亮、他、「GPS測位情報とセンサ情報に基づく位置推定システムに関する研究」、情報処理学会論文誌 Vol.56, No.1, 2-12, 2015-01-15、[online]、[平成30年9月8日検索]、インターネット<URL:https://ipsj.ixsq.nii.ac.jp/ej/?action=repository_uri&item_id=112719&file_id=1&file_no=1>Ryo Ogawara, et al., "Study on Position Estimating System Based on GPS Positioning Information and Sensor Information", IPSJ Journal Vol.56, No.1, 2-12, 2015-01-15, [online], [Heisei Search on September 8, 2018], Internet <URL: https://ipsj.ixsq.nii.ac.jp/ej/?action=repository_uri&item_id=112719&file_id=1&file_no=1> 堀川三好、他、「BLE位置測位およびPDRを用いたハイブリッド型屋内位置測位手法の提案」、情報処理学会研究報告、Vol.2015-CDS-14 No.13, 2015/10/2、[online]、[平成30年9月8日検索]、インターネット<URL:https://ipsj.ixsq.nii.ac.jp/ej/index.php?action=pages_view_main&active_action=repository_action_common_download&item_id=145223&item_no=1&attribute_id=1&file_no=1&page_id=13&block_id=8>Miyoshi Horikawa, et al., "Proposal of hybrid indoor positioning method using BLE positioning and PDR", IPSJ Research Report, Vol.2015-CDS-14 No.13, 2015/10/2, [online] , [Search on September 8, 2018], Internet <URL: https://ipsj.ixsq.nii.ac.jp/ej/index.php?action=pages_view_main&active_action=repository_action_common_download&item_id=145223&item_no=1&attribute_id=1&file_no=1&page_id= 13 & block_id = 8 >

BLEの絶対位置測位の場合、携帯装置は、屋内に配置されたタグデバイスの位置(フロアマップ)を予め記憶している。その上で、携帯装置は、複数のタグデバイスからのBLEビーコンを受信し、各BLEビーコンの受信強度に基づく三点測量によって絶対位置を測位する。
しかしながら、屋内の場合、電波は、壁や設置物などによって反射・回折する。また、タグデバイスと携帯端末との間に、遮蔽障害物が急に生じた場合、同じ絶対位置であっても受信強度が変化することとなる。即ち、BLEの絶対位置測位の場合、BLEビーコンの受信強度が周辺環境によって影響を受けやすい。結果的に、絶対位置の測位精度は不安定とならざるを得ない。
In the case of absolute positioning of BLE, the portable device stores the position (floor map) of the tag device arranged indoors in advance. Then, the portable device receives BLE beacons from a plurality of tag devices and positions the absolute position by a three-point survey based on the reception intensity of each BLE beacon.
However, when indoors, radio waves are reflected and diffracted by walls and installations. Further, when a shielding obstacle suddenly occurs between the tag device and the mobile terminal, the reception strength changes even at the same absolute position. That is, in the case of absolute positioning of BLE, the reception intensity of the BLE beacon is easily affected by the surrounding environment. As a result, the positioning accuracy of the absolute position has to be unstable.

また、PDRの相対位置測位の場合、加速度・角速度センサのみを使う場合では、端末の絶対的な方位(例:北を0度とした方位)を知ることはできない。なぜならば、加速度センサで取得できるのは重力方向のみで、重力方向と垂直な方向である方位の情報を得ることはできず、角速度センサで取得できるのは角速度、すなわち方位の変化量のみであり、絶対的な方位は取得できないからである。磁気センサを使う場合については、地磁気を検出することで絶対的な方位を取得することができるが、磁気センサの事前のキャリブレーションが必要であることと、屋内においては建造物自体による磁場の歪みにより正確な地磁気を取得することが困難である。そのために、測位開始時の初期方位を、事前にキャリブレーションするか、初期方位を正確に推定することによって、信頼性を高めている。
しながら、初期方位の設定に失敗すると、精度が大きく劣化するという問題がある。
Further, in the case of relative position positioning of PDR, when using only the acceleration / angular velocity sensor, it is not possible to know the absolute direction of the terminal (eg, the direction with the north as 0 degree). This is because the accelerometer can only acquire the direction of gravity, it cannot obtain information on the direction perpendicular to the direction of gravity, and the angular velocity sensor can only acquire the angular velocity, that is, the amount of change in the direction. This is because the absolute direction cannot be obtained. When using a magnetic sensor, the absolute orientation can be obtained by detecting the geomagnetism, but the magnetic sensor needs to be calibrated in advance, and the magnetic field distortion due to the building itself indoors. It is difficult to obtain more accurate geomagnetism. Therefore, the reliability is improved by calibrating the initial direction at the start of positioning in advance or estimating the initial direction accurately.
However , if the initial orientation setting fails, there is a problem that the accuracy is greatly deteriorated.

そこで、本発明は、絶対位置測位を用いて、相対位置測位の初期方位を推定することができる携帯装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a portable device, a program, and a method capable of estimating the initial direction of relative positioning using absolute positioning.

本発明によれば、携帯装置において、
測位開始から、当該携帯装置の第1の絶対位置を時系列に取得する第1の絶対位置測位手段と、
測位開始から、当該携帯装置の相対位置を時系列に取得する相対位置測位手段と、
複数の仮初期方位を予め設定し、測位開始から、仮初期方位毎に、相対位置の時系列から第2の絶対位置の時系列を算出する第2の絶対位置測位手段と、
測位開始の時刻からの所定時間に達した際に、又は、測位開始の位置からの所定距離に達した際に、選択指示を出力する所定条件判定手段と
選択指示が出力された際に、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列に最も類似しているものを選択し、選択された第2の絶対位置の時系列における仮初期方位を初期方位として選択する初期方位選択手段と
を有することを特徴とする。
According to the present invention, in a portable device,
From the start of positioning, the first absolute position positioning means for acquiring the first absolute position of the mobile device in chronological order, and
Relative positioning means that acquires the relative position of the mobile device in chronological order from the start of positioning,
A second absolute position positioning means that sets a plurality of temporary initial directions in advance and calculates a time series of a second absolute position from a time series of relative positions for each temporary initial direction from the start of positioning.
With a predetermined condition determination means that outputs a selection instruction when a predetermined time from the positioning start time is reached or when a predetermined distance from the positioning start position is reached.
When the selection instruction is output, the one most similar to the time series of the first absolute position is selected from the time series of the plurality of second absolute positions, and the selected second absolute position is selected. It is characterized by having an initial direction selection means for selecting a temporary initial direction in the time series of the above as an initial direction.

本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
複数の仮初期方位は、各仮初期方位同士の間が等角度となるように設定する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention.
It is also preferable to set the plurality of temporary initial orientations so that the temporary initial orientations are at equal angles between each other.

本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
第1の絶対位置測位手段は、他の複数のデバイスからの近距離無線電波を受信する通信デバイスを用いて第1の絶対位置を測位するものであり、
相対位置測位手段は、加速度センサ及び角速度センサを用いて相対位置を測位するものである
ことも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention.
The first absolute position positioning means positions the first absolute position using a communication device that receives short-range radio waves from a plurality of other devices.
It is also preferable that the relative position positioning means measures the relative position by using an acceleration sensor and an angular velocity sensor.

本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
通信デバイスは、BLE(Bluetooth Low Energy)又はiBeacon(登録商標)の電波を受信して測位に用いるものであり、
加速度センサ及び角速度センサは、歩行者自律航行(PDR:Pedestrian Dead Reckoning)用のものである
ことも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention.
The communication device receives BLE (Bluetooth Low Energy) or iBeacon (registered trademark) radio waves and uses them for positioning.
It is also preferable that the accelerometer and the angular velocity sensor are for pedestrian autonomous navigation (PDR).

本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
第1の絶対位置測位手段から出力された第1の絶対位置と、初期方位選択手段によって選択された初期方位と、相対位置測位手段から出力された相対位置とを用いて、最適位置を算出するハイブリッド測位手段を
更に有することも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention.
The optimum position is calculated using the first absolute position output from the first absolute position positioning means, the initial direction selected by the initial direction selection means, and the relative position output from the relative position positioning means. It is also preferable to have further hybrid positioning means.

本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
初期方位選択手段は、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列と比較して平均二乗誤差が最も小さいものを選択する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention.
It is also preferable that the initial direction selection means selects the one having the smallest mean square error as compared with the time series of the first absolute position among the time series of the plurality of second absolute positions.

本発明の携帯装置における他の実施形態によれば、
所定条件判定手段における所定距離は、予め設定された、測位開始の位置からの累積移動距離及び/又は直線距離である
ことも好ましい。
According to another embodiment of the portable device of the present invention.
It is also preferable that the predetermined distance in the predetermined condition determination means is a preset cumulative movement distance and / or a linear distance from the positioning start position.

本発明によれば、携帯装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
測位開始から、当該携帯装置の第1の絶対位置を時系列に取得する第1の絶対位置測位手段と、
測位開始から、当該携帯装置の相対位置を時系列に取得する相対位置測位手段と、
複数の仮初期方位を予め設定し、測位開始から、仮初期方位毎に、相対位置の時系列から第2の絶対位置の時系列を算出する第2の絶対位置測位手段と、
測位開始の時刻からの所定時間に達した際に、又は、測位開始の位置からの所定距離に達した際に、選択指示を出力する所定条件判定手段と
選択指示が出力された際に、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列に最も類似しているものを選択し、選択された第2の絶対位置の時系列における仮初期方位を初期方位として選択する初期方位選択手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
According to the present invention, in a program for operating a computer mounted on a mobile device,
From the start of positioning, the first absolute position positioning means for acquiring the first absolute position of the mobile device in chronological order, and
Relative positioning means that acquires the relative position of the mobile device in chronological order from the start of positioning,
A second absolute position positioning means that sets a plurality of temporary initial directions in advance and calculates a time series of a second absolute position from a time series of relative positions for each temporary initial direction from the start of positioning.
With a predetermined condition determination means that outputs a selection instruction when a predetermined time from the positioning start time is reached or when a predetermined distance from the positioning start position is reached.
When the selection instruction is output, the one most similar to the time series of the first absolute position is selected from the time series of the plurality of second absolute positions, and the selected second absolute position is selected. It is characterized in that the computer functions as an initial direction selection means for selecting a temporary initial direction in the time series of.

本発明によれば、携帯装置の初期方位決定方法において、
携帯装置は、
測位開始から、当該携帯装置の第1の絶対位置を時系列に取得する第1のステップと、
測位開始から、当該携帯装置の相対位置を時系列に取得する第2のステップと、
複数の仮初期方位を予め設定し、測位開始から、仮初期方位毎に、相対位置の時系列から第2の絶対位置の時系列を算出する第3のステップと、
測位開始の時刻からの所定時間に達した際に、又は、測位開始の位置からの所定距離に達した際に、選択指示を出力する第4のステップと、
選択指示が出力された際に、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列に最も類似しているものを選択し、選択された第2の絶対位置の時系列における仮初期方位を初期方位として選択する第のステップと
を実行することを特徴とする。
According to the present invention, in the method of determining the initial orientation of a portable device,
The mobile device is
From the start of positioning, the first step of acquiring the first absolute position of the mobile device in chronological order, and
From the start of positioning, the second step of acquiring the relative position of the mobile device in chronological order,
A third step in which a plurality of temporary initial directions are set in advance and the time series of the second absolute position is calculated from the time series of relative positions for each temporary initial direction from the start of positioning.
The fourth step of outputting the selection instruction when the predetermined time from the positioning start time is reached or when the predetermined distance from the positioning start position is reached.
When the selection instruction is output, the one most similar to the time series of the first absolute position is selected from the time series of the plurality of second absolute positions, and the selected second absolute position is selected. It is characterized by executing the fifth step of selecting the tentative initial direction in the time series as the initial direction.

本発明の携帯装置、プログラム及び方法によれば、絶対位置測位を用いて、相対位置測位の初期方位を推定することができる。 According to the portable device, program and method of the present invention, the initial orientation of relative positioning can be estimated using absolute positioning.

本発明における携帯装置の機能構成図である。It is a functional block diagram of the portable device in this invention. 第1の絶対位置の時系列を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the time series of the 1st absolute position. 本発明における複数の仮初期方位を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the plurality of tentative initial directions in this invention. 仮初期方位に相対位置を対応付けた第2の絶対位置の時系列を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the time series of the 2nd absolute position which corresponded the relative position to the tentative initial direction. 絶対位置と複数の仮初期方位に基づく相対位置との比較を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the comparison between the absolute position and the relative position based on a plurality of tentative initial directions. 本発明によって決定された初期方位を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the initial orientation determined by this invention. 初期方位を決定するまでの絶対位置測位の経過を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process of absolute position positioning until the initial direction is determined.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明における携帯装置の機能構成図である。 FIG. 1 is a functional configuration diagram of a portable device according to the present invention.

図1によれば、携帯装置1は、ハードウェアとして、通信デバイス101と、加速度・角速度センサ102とを有する。
また、図1によれば、携帯装置1は、第1の絶対位置測位部11と、相対位置測位部12と、第2の絶対位置測位部13と、所定条件判定部14と、初期方位選択部15と、ハイブリッド測位部16とを有する。これら機能構成部は、携帯装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。また、これら機能構成部の処理の流れは、携帯装置の初期方位決定方法として理解できる。
According to FIG. 1, the portable device 1 has a communication device 101 and an acceleration / angular velocity sensor 102 as hardware.
Further, according to FIG. 1, the portable device 1 includes a first absolute positioning unit 11, a relative positioning unit 12, a second absolute positioning unit 13, a predetermined condition determination unit 14, and an initial orientation selection. It has a unit 15 and a hybrid positioning unit 16. These functional components are realized by executing a program that makes a computer mounted on a mobile device function. Further, the flow of processing of these functional components can be understood as a method of determining the initial orientation of the portable device.

[通信デバイス101]
通信デバイス101は、BLE(又はiBeacon(登録商標))の近距離無線規格に基づくスキャナ用のものである。通信デバイス101は、屋内に配置された複数のタグデバイスから、BLEビーコン(Advertising Packet)を受信する。そして、通信デバイス101は、受信したビーコンID及び受信強度を、第1の絶対位置測位部11へ出力する。
[Communication device 101]
The communication device 101 is for a scanner based on the BLE (or iBeacon®) short-range wireless standard. The communication device 101 receives a BLE beacon (Advertising Packet) from a plurality of tag devices arranged indoors. Then, the communication device 101 outputs the received beacon ID and the reception intensity to the first absolute positioning unit 11.

[加速度・角速度センサ102]
加速度・角速度センサ102は、計測した加速度値及び角速度値を、相対位置測位部12へ出力する。加速度・角速度センサ102は、歩行者自律航行(PDR:Pedestrian Dead Reckoning)用のものである。
[Acceleration / angular velocity sensor 102]
The acceleration / angular velocity sensor 102 outputs the measured acceleration value and the angular velocity value to the relative positioning unit 12. The acceleration / angular velocity sensor 102 is for pedestrian autonomous navigation (PDR: Pedestrian Dead Reckoning).

[第1の絶対位置測位部11]
第1の絶対位置測位部11は、他の複数のデバイスからの近距離無線電波を受信する通信デバイス101を用いて第1の絶対位置を測位する。
第1の絶対位置測位部11は、屋内に配置されたタグデバイスそれぞれの位置(フロアマップ)を予め蓄積している。その上で、第1の絶対位置測位部11は、通信デバイス101から受信した複数のタグデバイスのビーコンID及び受信強度から、三点測量の方式で第1の絶対位置を推定する。第1の絶対位置は、測位時刻と共に、測位開始から時系列に取得される。
[First absolute positioning unit 11]
The first absolute position positioning unit 11 positions the first absolute position using a communication device 101 that receives short-range radio waves from a plurality of other devices.
The first absolute positioning unit 11 stores the positions (floor maps) of the tag devices arranged indoors in advance. Then, the first absolute position positioning unit 11 estimates the first absolute position by a three-point survey method from the beacon IDs and reception intensities of the plurality of tag devices received from the communication device 101. The first absolute position is acquired in chronological order from the start of positioning together with the positioning time.

図2は、第1の絶対位置の時系列を表す説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing a time series of the first absolute position.

第1の絶対位置測位部11は、測位開始から、当該携帯装置の第1の絶対位置を時系列に取得する。例えば所定時間間隔で計測することによって、時系列に第1の絶対位置をプロットすることができる。但し、時系列の第1の絶対位置は、BLEビーコンの受信強度によって推定されたものであるので、誤差を含むことを前提とする。 The first absolute position positioning unit 11 acquires the first absolute position of the portable device in chronological order from the start of positioning. For example, by measuring at predetermined time intervals, the first absolute position can be plotted in time series. However, since the first absolute position in the time series is estimated by the reception intensity of the BLE beacon, it is premised that an error is included.

[相対位置測位部12]
相対位置測位部12は、加速度センサ及び角速度センサを用いて相対位置を測位するものである。
相対位置測位部12は、測位開始から、当該携帯装置の相対位置を時系列に取得する。具体的には、加速度・角速度センサ102から、加速度値及び角速度値を常時受信する。加速度値から「歩」を、角速度値から「向きの変化」を、携帯端末の変位として検出し、それらを組み合わせて積算することによって相対位置を取得する。
[Relative positioning unit 12]
The relative position positioning unit 12 positions the relative position using an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
The relative position positioning unit 12 acquires the relative position of the portable device in chronological order from the start of positioning. Specifically, the acceleration value and the angular velocity value are constantly received from the acceleration / angular velocity sensor 102. The relative position is acquired by detecting the "step" from the acceleration value and the "change in direction" from the angular velocity value as the displacement of the mobile terminal, and integrating them in combination.

[第2の絶対位置測位部13]
第2の絶対位置測位部13は、複数の仮初期方位を予め設定する。複数の仮初期方位は、各仮初期方位同士の間が等角度となるように設定することが好ましい。
[Second absolute positioning unit 13]
The second absolute positioning unit 13 presets a plurality of temporary initial directions. It is preferable to set the plurality of tentative initial directions so that the tentative initial directions are at equal angles to each other.

図3は、本発明における複数の仮初期方位を表す説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a plurality of tentative initial directions in the present invention.

図3によれば、4つの仮初期方位(0°、90°、180°、270°)が設定されている。具体的な実施形態としては、例えば16個の仮初期方位を、22.5°の等角度で設定することが好ましい。 According to FIG. 3, four tentative initial directions (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) are set. As a specific embodiment, it is preferable to set, for example, 16 temporary initial directions at equal angles of 22.5 °.

図4は、仮初期方位に相対位置を対応付けた第2の絶対位置の時系列を表す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing a time series of the second absolute position in which the relative position is associated with the tentative initial direction.

第2の絶対位置測位部13は、測位開始から、仮初期方位毎に、相対位置の時系列から第2の絶対位置を時系列に対応付ける。
ここで、本発明によれば、複数の仮初期方位それぞれに対応して、計測開始時の絶対位置からの相対位置を、時系列にプロットしていく。図4によれば、1つの相対位置(携帯装置の変位)が計測された際に、4つの仮初期方位それぞれに第2の絶対位置をプロットしていく。
The second absolute position positioning unit 13 associates the second absolute position from the time series of the relative position with the time series for each provisional initial direction from the start of positioning.
Here, according to the present invention, the relative positions from the absolute positions at the start of measurement are plotted in time series corresponding to each of the plurality of temporary initial directions. According to FIG. 4, when one relative position (displacement of the portable device) is measured, the second absolute position is plotted for each of the four tentative initial directions.

[所定条件判定部14]
所定条件判定部14は、以下の条件を満たした際に、初期方位選択部15へ、選択指示を出力する。
(1)測位開始の時刻からの所定時間に達した際
例えば測位開始から10秒経過した時点であってもよい。
(2)相対位置測位部12又は第2の絶対位置測位部13について、測位開始の位置からの所定距離に達した際
例えば所定距離は、測位開始の位置からの累積移動距離及び/又は直線距離によって予め設定されたものであってもよい。
これは、第1の絶対位置の時系列と第2の絶対位置の時系列とを十分に比較することができるように、十分なデータを収集しようとするものである。
[Predetermined condition determination unit 14]
When the following conditions are satisfied, the predetermined condition determination unit 14 outputs a selection instruction to the initial direction selection unit 15.
(1) When a predetermined time is reached from the time of starting positioning, for example, 10 seconds may have passed from the start of positioning.
(2) When the relative positioning unit 12 or the second absolute positioning unit 13 reaches a predetermined distance from the positioning start position, for example, the predetermined distance is the cumulative travel distance and / or the linear distance from the positioning start position. It may be preset by.
This is an attempt to collect sufficient data so that the time series of the first absolute position and the time series of the second absolute position can be sufficiently compared.

図5は、測位開始の位置からの所定距離を表す説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing a predetermined distance from the position where positioning starts.

図5によれば、第2の絶対位置を例としたものである。
図5(a)によれば、第2の絶対位置における測位開始の位置からの累積移動距離10mに達した時を表す。
図5(b)によれば、第2の絶対位置における測位開始の位置からの直線距離10mに達した時を表す。
また、図5(a)及び図5(b)の両方を達成した時であってもよい。
これら所定条件を満たした際に、所定条件判定部14は、初期方位選択部15へ、選択指示を出力する。
According to FIG. 5, the second absolute position is taken as an example.
According to FIG. 5A, it represents the time when the cumulative movement distance from the positioning start position at the second absolute position reaches 10 m.
According to FIG. 5B, it represents the time when the linear distance of 10 m from the position where the positioning is started at the second absolute position is reached.
Further, it may be the time when both FIGS. 5 (a) and 5 (b) are achieved.
When these predetermined conditions are satisfied, the predetermined condition determination unit 14 outputs a selection instruction to the initial direction selection unit 15.

[初期方位選択部15]
初期方位選択部15は、測位開始の位置から複数の仮初期方位を適用した複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列に最も類似しているものを選択する。
ここで、初期方位選択部15は、選択指示が入力された場合に、初期方位を選択するものであってもよい。
[Initial direction selection unit 15]
The initial direction selection unit 15 selects a time series of a plurality of second absolute positions to which a plurality of provisional initial directions are applied from the position of the start of positioning, which is most similar to the time series of the first absolute position. select.
Here, the initial direction selection unit 15 may select the initial direction when a selection instruction is input.

図6は、第1の絶対位置と複数の第2の絶対位置との比較を表す説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a comparison between a first absolute position and a plurality of second absolute positions.

初期方位選択部15は、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列と比較して平均二乗誤差が最も小さいものを選択する。具体的には、ほぼ同一時刻に基づく複数の第2の絶対位置のプロットと第1の絶対位置のプロットとを比較して、プロット間の平均二乗誤差Errを算出する。
Err=1/n Σt((Ht-At)2) t=0,1,・・・,T
T:所定条件判定部14から選択指示が入力された時刻
n:計測開始時刻から選択指示が入力された時刻までの間に取得された
位置のデータ数
At:時刻tにおける第1の絶対位置
Ht:時刻tにおける第2の絶対位置
そして、平均二乗誤差が最も小さい第2の絶対位置の時系列を選択する。
The initial orientation selection unit 15 selects the one having the smallest mean square error as compared with the time series of the first absolute position among the time series of the plurality of second absolute positions. Specifically, the mean square error Err between the plots is calculated by comparing the plots of the plurality of second absolute positions based on substantially the same time with the plots of the first absolute position.
Err = 1 / n Σ t ((H t -A t ) 2 ) t = 0,1, ···, T
T: Time when the selection instruction is input from the predetermined condition determination unit 14.
n: Number of data at the position acquired between the measurement start time and the time when the selection instruction is input At: First absolute position at time t Ht: Second absolute position at time t And the mean square error Select the smallest second absolute position time series.

図7は、決定された初期方位を表す説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the determined initial orientation.

図7によれば、選択された第2の絶対位置の時系列における仮初期方位を初期方位として選択する。その初期方位は、ハイブリッド測位部16へ出力される。 According to FIG. 7, the tentative initial direction in the time series of the selected second absolute position is selected as the initial direction. The initial direction is output to the hybrid positioning unit 16.

[ハイブリッド測位部16]
ハイブリッド測位部16は、以下の情報を用いて、最適位置を算出する。
(1)第1の絶対位置測位部11から出力された第1の絶対位置
(2)初期方位選択部15によって選択された初期方位
(3)相対位置測位部12から出力された相対位置
[Hybrid positioning unit 16]
The hybrid positioning unit 16 calculates the optimum position using the following information.
(1) First absolute position output from the first absolute position positioning unit 11 (2) Initial direction selected by the initial direction selection unit 15 (3) Relative position output from the relative position positioning unit 12

ハイブリッド測位部16は、初期方位が選択されるまでは、第1の絶対位置を、測位結果として出力する。
その後、初期方位が選択された後は、その初期方位に基づいて、第1の絶対位置及び相対位置を用いたハイブリッド測位結果を出力する。即ち、初期方位が選択された後は、第1の絶対位置及び相対位置を継続的に入力し、ハイブリッド測位結果を出力し続けることができる。
The hybrid positioning unit 16 outputs the first absolute position as a positioning result until the initial direction is selected.
After that, after the initial direction is selected, the hybrid positioning result using the first absolute position and the relative position is output based on the initial direction. That is, after the initial orientation is selected, the first absolute position and the relative position can be continuously input, and the hybrid positioning result can be continuously output.

具体的なハイブリッド測位方法としては、既存のものであって、例えば前述した非特許文献1のように、絶対位置及び相対位置をカルマンフィルタによって組み合わせて、高精度に位置を決定するものであってもよい。 As a specific hybrid positioning method, even if it is an existing one and, for example, as in Non-Patent Document 1 described above, the absolute position and the relative position are combined by a Kalman filter to determine the position with high accuracy. good.

以上、詳細に説明したように、本発明の携帯装置、プログラム及び方法によれば、絶対位置測位を用いて、相対位置測位の初期方位を推定することができる。 As described above in detail, according to the portable device, the program and the method of the present invention, the initial direction of the relative position positioning can be estimated by using the absolute position positioning.

前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 Various modifications, modifications and omissions of the above-mentioned various embodiments of the present invention within the scope of the technical idea and viewpoint of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art. The above explanation is just an example and does not attempt to limit anything. The present invention is limited only to the scope of claims and their equivalents.

1 携帯装置
101 通信デバイス
102 加速度・角速度センサ
11 第1の絶対位置測位部
12 相対位置測位部
13 第2の絶対位置測位部
14 所定条件判定部
15 初期方位選択部
16 ハイブリッド測位部
1 Mobile device 101 Communication device 102 Acceleration / angular velocity sensor 11 First absolute positioning unit 12 Relative positioning unit 13 Second absolute positioning unit 14 Predetermined condition determination unit 15 Initial direction selection unit 16 Hybrid positioning unit

Claims (9)

携帯装置において、
測位開始から、当該携帯装置の第1の絶対位置を時系列に取得する第1の絶対位置測位手段と、
測位開始から、当該携帯装置の相対位置を時系列に取得する相対位置測位手段と、
複数の仮初期方位を予め設定し、測位開始から、前記仮初期方位毎に、前記相対位置の時系列から第2の絶対位置の時系列を算出する第2の絶対位置測位手段と、
測位開始の時刻からの所定時間に達した際に、又は、測位開始の位置からの所定距離に達した際に、選択指示を出力する所定条件判定手段と
前記選択指示が出力された際に、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列に最も類似しているものを選択し、選択された第2の絶対位置の時系列における仮初期方位を初期方位として選択する初期方位選択手段と
を有することを特徴とする携帯装置。
In mobile devices
From the start of positioning, the first absolute position positioning means for acquiring the first absolute position of the mobile device in chronological order, and
Relative positioning means that acquires the relative position of the mobile device in chronological order from the start of positioning,
A second absolute position positioning means that sets a plurality of temporary initial directions in advance and calculates a time series of a second absolute position from the time series of the relative positions for each temporary initial direction from the start of positioning.
With a predetermined condition determination means that outputs a selection instruction when a predetermined time from the positioning start time is reached or when a predetermined distance from the positioning start position is reached.
When the selection instruction is output, the time series most similar to the time series of the first absolute position is selected from the time series of the plurality of second absolute positions, and the selected second absolute position is selected. A portable device comprising an initial direction selection means for selecting a tentative initial direction in a time series of positions as an initial direction.
複数の仮初期方位は、各仮初期方位同士の間が等角度となるように設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の携帯装置。
The portable device according to claim 1, wherein the plurality of provisional initial orientations are set so that the provisional initial orientations are set to have equal angles between the provisional initial orientations.
第1の絶対位置測位手段は、他の複数のデバイスからの近距離無線電波を受信する通信デバイスを用いて第1の絶対位置を測位するものであり、
前記相対位置測位手段は、加速度センサ及び角速度センサを用いて相対位置を測位するものである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の携帯装置。
The first absolute position positioning means positions the first absolute position using a communication device that receives short-range radio waves from a plurality of other devices.
The portable device according to claim 1 or 2, wherein the relative position positioning means measures a relative position using an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
通信デバイスは、BLE(Bluetooth Low Energy)又はiBeacon(登録商標)の電波を受信して測位に用いるものであり、
加速度センサ及び角速度センサは、歩行者自律航行(PDR:Pedestrian Dead Reckoning)用のものである
ことを特徴とする請求項3に記載の携帯装置。
The communication device receives BLE (Bluetooth Low Energy) or iBeacon (registered trademark) radio waves and uses them for positioning.
The portable device according to claim 3, wherein the accelerometer and the angular velocity sensor are for pedestrian autonomous navigation (PDR).
初期方位が選択されるまでは、第1の絶対位置測位手段から出力された第1の絶対位置を、測位結果として出力し、
初期方位が選択された後は、前記初期方位選択手段によって選択された初期方位に基づいて、第1の絶対位置測位手段から出力された第1の絶対位置と、前記相対位置測位手段から出力された相対位置とを用いて、最適位置を算出するハイブリッド測位手段を
更に有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の携帯装置。
Until the initial orientation is selected, the first absolute position output from the first absolute position positioning means is output as the positioning result.
After the initial orientation is selected, the first absolute position output from the first absolute positioning means and the output from the relative positioning means are output based on the initial orientation selected by the initial orientation selecting means. The portable device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a hybrid positioning means for calculating an optimum position using the relative positions.
前記初期方位選択手段は、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列と比較して平均二乗誤差が最も小さいものを選択する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の携帯装置。
The initial orientation selection means is characterized in that it selects the one having the smallest mean square error as compared with the time series of the first absolute position among the time series of the plurality of second absolute positions. The portable device according to any one of 1 to 5.
前記所定条件判定手段における前記所定距離は、予め設定された、測位開始の位置からの累積移動距離及び/又は直線距離である
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の携帯装置。
The one according to any one of claims 1 to 6, wherein the predetermined distance in the predetermined condition determination means is a preset cumulative movement distance and / or a linear distance from a positioning start position. Portable device.
携帯装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
測位開始から、当該携帯装置の第1の絶対位置を時系列に取得する第1の絶対位置測位手段と、
測位開始から、当該携帯装置の相対位置を時系列に取得する相対位置測位手段と、
複数の仮初期方位を予め設定し、測位開始から、前記仮初期方位毎に、前記相対位置の時系列から第2の絶対位置の時系列を算出する第2の絶対位置測位手段と、
測位開始の時刻からの所定時間に達した際に、又は、測位開始の位置からの所定距離に達した際に、選択指示を出力する所定条件判定手段と
前記選択指示が出力された際に、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列に最も類似しているものを選択し、選択された第2の絶対位置の時系列における仮初期方位を初期方位として選択する初期方位選択手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする携帯装置のプログラム。
In a program that makes a computer installed in a mobile device function
From the start of positioning, the first absolute position positioning means for acquiring the first absolute position of the mobile device in chronological order, and
Relative positioning means that acquires the relative position of the mobile device in chronological order from the start of positioning,
A second absolute position positioning means that sets a plurality of temporary initial directions in advance and calculates a time series of a second absolute position from the time series of the relative positions for each temporary initial direction from the start of positioning.
With a predetermined condition determination means that outputs a selection instruction when a predetermined time from the positioning start time is reached or when a predetermined distance from the positioning start position is reached.
When the selection instruction is output, the one most similar to the time series of the first absolute position is selected from the time series of the plurality of second absolute positions, and the selected second absolute is selected. A program of a portable device characterized in that a computer functions as an initial direction selection means for selecting a temporary initial direction in a time series of positions as an initial direction.
携帯装置の初期方位決定方法において、
前記携帯装置は、
測位開始から、当該携帯装置の第1の絶対位置を時系列に取得する第1のステップと、
測位開始から、当該携帯装置の相対位置を時系列に取得する第2のステップと、
複数の仮初期方位を予め設定し、測位開始から、前記仮初期方位毎に、前記相対位置の時系列から第2の絶対位置の時系列を算出する第3のステップと、
測位開始の時刻からの所定時間に達した際に、又は、測位開始の位置からの所定距離に達した際に、選択指示を出力する第4のステップと、
前記選択指示が出力された際に、複数の第2の絶対位置の時系列の中で、第1の絶対位置の時系列に最も類似しているものを選択し、選択された第2の絶対位置の時系列における仮初期方位を初期方位として選択する第のステップと
を実行することを特徴とする携帯装置の初期方位決定方法。
In the method of determining the initial orientation of a mobile device,
The portable device is
From the start of positioning, the first step of acquiring the first absolute position of the mobile device in chronological order, and
From the start of positioning, the second step of acquiring the relative position of the mobile device in chronological order,
A third step in which a plurality of temporary initial directions are set in advance and the time series of the second absolute position is calculated from the time series of the relative positions for each temporary initial direction from the start of positioning.
The fourth step of outputting the selection instruction when the predetermined time from the positioning start time is reached or when the predetermined distance from the positioning start position is reached.
When the selection instruction is output, the time series most similar to the time series of the first absolute position is selected from the time series of the plurality of second absolute positions, and the selected second absolute position is selected. A method for determining the initial orientation of a mobile device, which comprises performing a fifth step of selecting a tentative initial orientation in a time series of positions as an initial orientation.
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