JP2007132917A - 物体の測位システム、測位方法およびそのコンピュータ読取り可能媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】測位精度を向上させ、測位システムの構築を迅速化する。
【解決手段】物体の測位システム、方法およびそのコンピュータ読取り可能媒体であって、前記システムは、各々の無線信号送信装置が検出信号を周期的に送信する複数台の無線信号送信装置と、前記物体上に設けられて、検出信号を受信するとともに、測位信号を送信する無線信号受信装置と、複数の周期の測位信号を記憶して、加減演算を行い、少なくとも一つの演算信号を選択し、さらに選択された演算信号の前記加減演算に基づいて前記物体の位置を決定する演算装置と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は物体の測位システム、測位方法およびそのコンピュータ読取り可能媒体に関し、より詳細には、一つの測位パターンを予め設定することにより一つの物体の測位を達成するシステム、方法およびコンピュータ読取り可能媒体に関する。

測位技術の研究は１９６０年台の車両測位システムに始まり、主に公共交通、車両調達および車両追跡などの分野に応用されている。
近年、全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＰＳ）の登場に伴い、測位技術の水準は誤差が１０ｍ以内という精度にまで達している。

従来の測位技術を測位の表示方式により区分するならば、区域に基づく（Ａｒｅａ−Ｂａｓｅｄ）測位と、ポイントに基づく（Ｐｏｉｎｔ−Ｂａｓｅｄ）測位とに分けることができる。前者は例えば携帯電話の基地局での測位であり、後者は例えばＧＰＳの測位である。
もし、測位の方法で従来の測位技術を区分するのであれば、測量信号伝送時間の測位技術（Ｌａｔｅｒａｔｉｏｎ）と、測量信号の受信方向の測位技術（Ａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）と、画像分析の比較に基づく測位技術（Ｓｃｅｎｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）に分けることができる。

米国特許第６，８６５，３９５号には無線ネットワーク内の端末の区域に基づく測位方法が提示されており、主に基地局信号がカバーする区域が三等分されたセクター（Ｓｅｃｔｉｏｎ）に分割し、セクターに期待区域（Ｅｘｐｅｃｔｅｄ Ａｒｅａ）を設け、かつ基地局の電力レベル（Ｐｏｗｅｒ Ｌｅｖｅｌ）に応じて期待区域のサイズを調整することで、使用者の携帯電話機が接続可能な期待区域の中心点を測位候補点として、二つの隣接する期待区域内に補間法で新たに一つの期待区域を加えることで測位制度を高めている。
この方法の測位区域のサイズは基地局が主体となっており、しかも測位区域のサイズは基地局の送出信号の強度を設定することにより決定されるもので、実用上での調整という利便性が欠けている。

米国特許第６，８３９，０２７号には、使用者が信号送出手段を携行することを必須として、使用者の空間中における移動時の信号データを記録することでモデルを作成する空間作成の表示方法が開示されている。リアルタイムな信号と作成された信号モデルとを比較することで使用者の所在位置を決定している。
この方法は信号比較の方式で測位を行うものであり、信号データを収集し信号モデルを作成するのに長い時間が必要となり、しかも使用者が作成されたパス上に現れる場合のみをサポートするにとどまる。

米国特許公開第２００５／０１３６８４５号には、測位要求に応じて無線信号源であるビーコン（ｂｅａｃｏｎ）を構築し、ビーコンの送出強度を調整することで、ビーコンの受信範囲が測位区域全体をカバー可能とするものが開示されている。
もし、異なる区域間のビーコンの範囲が重なっている場合には、無線信号源の電力強度に応じて測位の区域を決定しなければならず、しかも測位区域は半径３２ｍより小さくすることはできない。もし、異なる区域サイズの測位能力を目指すのであれば、無線信号源の数の増加は必至となり、これではコストおよび実際に無線信号源の強度を調整する負担が増える以外にも、その測位パターンの調整にも手間取ってしまう。

以上をまとめると、これら従来の測位方法は主に信号強度の減衰と、信号モデル作成が容易でない、または測位精度が劣るという課題に直面している。
したがって、測位精度を向上させ、測位システムの構築を迅速化するシステムおよび方法はかなり重要となっている。

本発明の目的は、物体の測位システムであって、各々の無線信号送信装置が検出信号を周期的に送信するＮ台の無線信号送信装置と、前記物体上に設けられて、Ｎ以下であるＭ個の検出信号を受信するとともに、受信したＭ個の検出信号を含む測位信号を送信する無線信号受信装置と、複数の周期の測位信号を記憶して、前記複数の周期の測位信号と一組の所定値とに基づいて加減演算を行うとともに、前記複数の周期の測位信号中から少なくとも一つの演算信号を選択し、さらに前記少なくとも一つの演算信号の前記加減演算に基づいて前記物体の位置を決定する演算装置と、を備えた物体の測位システムを提供するところにある。

本発明の他の目的は、物体の測位方法であって、前記方法は、複数組の測位信号を蓄積するステップと、前記複数組の測位信号と一組の所定値とに基づいて、加減演算を行うステップと、前記複数組の測位信号中から少なくとも一つの演算信号を選択するステップと、前記少なくとも一つの演算信号の前記加減演算に基づいて前記物体の位置を決定するステップと、を含む物体の測位方法を提供するところにある。

本発明のさらに他の目的は、本発明に係る物体の測位方法を実行するためのコンピュータプログラムを格納するコンピュータ読取り可能媒体を提供するところにある。

図面および後述の実施形態を参照した後、当業者ならば本発明のその他目的、および本発明の技術的手法ならびに実施形態を理解することができる。

本発明ではまず測位システムの運用開始前に、測位要求に基づいて測位パターンを構築することで構築の時間間隔を短縮する。
この測位パターンは実際の信号に基づいて調整して、測位システムによる送信手段への依存を低減し、送信手段の間の相違による測位システムへの影響を軽減し、最終的には信号の蓄積およびフィルタリングを通じて信号ドリフトによる測位結果への影響を回避し、ひいては信頼性のある測位結果を得ることができる。
本発明は従来の測位技術が直面している課題を効果的に解決し、ビジネスチャンスの開拓、社会福祉と治安の向上のいずれに関わらず、広大なメリットを得ることができる。

図１に本発明の第１の実施例を示す。この実施例には四台の無線信号送信装置１０と、ルータ（Ｒｏｕｔｅｒ）１２と、コーディネータ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ）１４と、サーバ１６とを備える。
無線信号送信装置１０はビーコン１１（検出信号）の送出を司り、使用者１８は無線信号送信装置１０からのビーコン１１を受信するための無線信号受信装置（図示しない）を携行している。
無線信号受信装置はビーコン１１を受信した後、受信したビーコン１１の情報を含む測位信号１３をルータ１２に送信する。
ルータ１２は測位信号１３をさらにパケット信号１５に変換してコーディネータ１４に送信する。
コーディネータ１４はパケット信号１５をサーバ１６に送信して、本発明に係る測位方法の演算を行う。

この実施例において、サーバ１６はまず七個の周期のパケット信号１５、つまり七個の周期の測位信号１３を記憶し、そしてこれら測位信号１３と一組の所定値とに基づいて加減演算を行い、演算後の測位信号中から少なくとも一つの演算信号を選択する。
この実施例では四個の演算信号を選択し、続いてこの四個の演算信号の加減演算に基づいて使用者１８の位置を決定する。決定の方式は、この四個の演算信号の加減演算後の最大値でこれを決定する。

より詳細には、サーバ１６が演算信号を選択する場合、まず受信した測位信号１３の平均値を計算し、次に平均値に最も近い四個の測位信号１３を演算信号として選択する。
サーバ１６が周期ごとに新たなパケット信号１５を受信したとき、記憶されているもっとも古い測位信号１３（つまり七個の周期前の測位信号１３）を削除するとともに、最新の測位信号１３を記憶する。サーバ１６は、使用者１８の最新の動向を随時把握するために、更新後の測位信号１３に基づいて演算信号を選択する。

図２は前記実施例の測位方法である。この方法では、コンピュータ読取り可能媒体中に格納されているコンピュータプログラムで実行することが可能である。
ステップ２０１を実行する場合、一つの測位パターンを決定し、使用者１８の位置はこの測位パターンに基づいて決定される。測位パターンはどの無線信号送信装置１０のビーコン１１が予め考慮されるかを定義しており、考慮されるビーコン１１を測位信号１３中からそれぞれ一組の所定値に加減して、その加減演算後の最大値が対応する無線信号送信装置１０が所在する区域が、すなわち使用者１８の位置となる。より詳細な測位パターン好適例は後述で説明する。
測位パターンが決定した後、ステップ２０３を実行し、サーバ１６が七組の測位信号１３を蓄積する。
続いて、ステップ２０５を実行し、これら測位信号１３を測位パターンに代入して演算、すなわちこれら測位信号１３と所定値とを加減演算する。
そして、ステップ２０７を実行し、これら測位信号１３中から四個の演算信号を選択するが、選択方式は、まずこれら測位信号１３に対応する平均値を取得し、そして平均値に最も近い四個の測位信号を演算信号として選択する。
ステップ２０９を実行する際、これら演算信号を測位パターンに代入して演算を行い、その加減演算後の最大値が対応する無線信号送信装置１０が所在する区域が、すなわち使用者１８の位置となる。

本発明に係る第２の実施例は、図３に示すとおりである。
本発明に係る測位パターンを決定する場合、まず測位の要求が考慮されなければならない。この実施例において、Ａ区域からＦ区域までの六個の区域を併せて定義するが、区域の各々には無線信号送信装置３０１、３０３・・・３１１が設けられており、使用者３１３の位置決定は前記区域の無線信号送信装置および隣接して繋がっている区域内の無線信号送信装置の信号により決定される。Ｂ区域を例とするならば、その基本の測位パターンは以下のとおりである。

〔数１〕
Ｂ区域＝Ａ区域＋０、Ｂ区域＋０、Ｄ区域＋０、

基本の測位パターン中の三個の０は基本の所定値であり、実際の状況に一致させるためにこれら所定値を調整する必要がある。
まず、使用者３１３がＢ区域からＡ区域に移動する際に、もし使用者３１３がまだＢ区域の範囲内にありつつも測位結果ではその所在位置がすでにＡ区域に切り換わっている場合、無線信号送信装置３０３が送出した検出信号が比較的弱いか、または無線信号送信装置３０１が送出した検出信号が比較的強いことを意味している。この場合、本発明ではＢ区域に対する所定値を調整するが、その調整幅は実際の状況によって決定する。
もし、使用者３１３の測位結果がＢ区域からＡ区域に切り換わっているときに、使用者３１３は実際にはＢ区域に位置し、且つ、Ａ区域とＢ区域との境界３１５から遠く離れていれば、調整幅を大きくする。
もし、使用者３１３の測位結果がＢ区域からＡ区域に切り換わっているときに、使用者３１３は実際にはＢ区域に位置し且つ境界３１５に近ければ、調整幅を小さくすることができる。
これにより、本発明では実体の装置を実際に調整することなく調整する効果を奏することができる。
例示するならば、Ｂ区域の基本の測位パターンにおいて、Ｂ区域に対する所定値を５増やすことで、無線信号送信装置３０３が送出する検出信号の重みを強化する。一回目の調整の後Ｂ区域の測位パターンは以下のとおりである。

〔数２〕
Ｂ区域＝Ａ区域＋０、Ｂ区域＋５、Ｄ区域＋０、

次に、使用者３１３がＢ区域からＡ区域に改めて近づき、もし境界３１５に到達していない使用者３１３がＡ区域に測位されている場合、Ｂ区域を１回目の調整を経た測位パターン中とし、Ａ区域に対する所定値にある数値を減算することで、無線信号送信装置３０１が送出する検出信号の重みを減らし、使用者３１３がＢ区域から境界３１５を越えてＡ区域に進入したとき、ちょうどＡ区域として測位される。
ここで、所定値から３を減算するものを例とするならば、２回目の調整後におけるＢ区域の測位パターンは以下のとおりである。

〔数３〕
Ｂ区域＝Ａ区域−３、Ｂ区域＋５、Ｄ区域＋０、

ここに至り、測位パターンはＡ区域とＢ区域の関係を正確に示すことが可能となっている。
同様に、使用者３１３が次にＢ区域からＤ区域に移動すると、Ｄ区域に対する適当な所定値を取得することで、Ｂ区域の測位パターンが完成する。
このように各区域の測位パターンが順次完成された後、図２のステップ２０１が終了する。

以上から理解できるように、本発明に係る測位パターンの決定はかなり簡素であり、所要時間を相対的に大きく節約できる。

測位パターンの確定後には、測位信号の蓄積が開始される。
図４に示すように、使用者３１３が一つ前の周期にてＣ区域にあると、この実施例でステップ２０３およびステップ２０５を実行する場合、連続して七個の周期の測位信号を記憶するとともに、前記の測位パターンに基づいて加減演算を行う。その結果は表１に示すとおりであるが、これら数値は本発明の実際の応用を説明するための好適例に過ぎない。
ところで、この実施例では合計六個の区域、つまり六個の無線信号送信装置３０１、３０３・・・３１１があるが、使用者３１３はこの周期ではＡ区域、Ｃ区域またはＥ区域のみに現れ得るので（その他区域とＣ区域は繋がっていない）、Ａ区域、Ｃ区域およびＥ区域の演算結果のみが考慮されていることに注意されたい。この三個の区域の平均値はそれぞれＡ区域が７．９、Ｃ区域が１６．９、Ｅ区域が１７．１である。
測位信号の演算後における平均値のみについて言えば、Ｅ区域が最高であるので、この周期にて使用者３１３の位置がＥ区域中として誤って判断される。これはＣ区域の第４の信号が０であり、平均値がＥ区域よりも低くなってしまうからである。この異常信号は瞬間的なノイズまたはその他原因に起因するものと考えられる。
異常信号が測位結果に影響しないように、ステップ２０７を実行する際、測位信号の演算後において平均値に最も近い四個の値、つまりＡ区域の第１、第２、第６および第７の値、Ｃ区域の第１、第３、第５および第７の値、Ｅ区域の第１、第３、第５および第７の値を基準として採用しており、これら値は前記演算信号の加減演算後に得られた値である。
ステップ２０９を実行する場合、各区域において平均値に最も近い四個の値を平均化した後、得られた平均値はＡ区域が１０．５、Ｃ区域が２０．５、Ｅ区域が１８であり、その最大値はＣ区域に内包されているので、使用者３１３はＣ区域中として正確に測位される。

上記をまとめると、本発明は下記する各長所を少なくとも備えている。

１．構築の時間間隔を短縮する。従来技術の信号収集方法に比べて、本発明は簡単な測位パターンで測位演算を実行し、時間的には構築に要する時間間隔を短縮でき、とりわけ測位区域の幅が広い場合に顕著である。

２．無線信号送信装置への依存を低減する。従来技術における信号減衰モデルで測位する方法では、異なる信号送信手段の信号モデルの差が信号と距離との転換精度に影響し、測位の誤差を生みやすい。これに比べて、本発明では受信した信号に基づいて測位パターンの調整を行い、異なる無線信号送信装置の間のハードウェア差異に対する依存度は相対的に低くなる。

３．測位の精度を向上する。本発明は過大または過小な信号をフィルタリングすることで、信号の信頼度を高め、測位の精度を向上させている。

ただし、上記実施例は本発明の原理およびその効果を例示的に説明するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者であれば本発明の技術原理および技術思想に違えることのない範囲内で、上記実施例に修正および変化を施すことは可能である。したがって本発明の権利保護範囲は別紙の特許請求の範囲に記載するものとされるべきであろう。

本発明の第１の実施例の概略図である。 本発明の測位方法のフローチャートである。 本発明の第２の実施例における測位パターンを決定する際の概略図である。 本発明の第２の実施例における測位時の概略図である。

符号の説明

１０ 無線信号送信装置
１１ ビーコン
１２ ルータ
１３ 測位信号
１４ コーディネータ
１５ パケット信号
１６ サーバ
１８ 使用者
３０１、３０３・・・３１１ 無線信号送信装置
３１３ 使用者
３１５ 境界

Claims (20)

1. 物体の測位システムであって、
   各々の無線信号送信装置が検出信号を周期的に送信するＮ台の無線信号送信装置と、
   前記物体上に設けられて、Ｎ以下であるＭ個の検出信号を受信するとともに、受信したＭ個の検出信号を含む測位信号を送信する無線信号受信装置と、
   複数の周期の測位信号を記憶して、前記複数の周期の測位信号と一組の所定値とに基づいて加減演算を行い、前記複数の周期の測位信号中から少なくとも一つの演算信号を選択するとともに、前記少なくとも一つの演算信号の前記加減演算に基づいて前記物体の位置を決定する演算装置と、を備えたことを特徴とする、
   物体の測位システム。
2. 前記演算装置が前記少なくとも一つの演算信号を選択する場合、まず前記複数の周期に対応する前記Ｍ個の検出信号の一組の平均値を計算し、次に前記平均値に最も近い特定個数の前記検出信号を前記演算信号として選択することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
3. 前記演算装置は七個の周期の前記測位信号を記憶するとともに、前記七個の周期の前記測位信号中から四個の演算信号を選択することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
4. 前記演算装置は記憶されている前記測位信号を周期ごとに更新することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
5. 前記演算装置は更新後の前記測位信号中から少なくとも一つの演算信号を選択することを特徴とする、請求項４記載のシステム。
6. 前記演算装置は前記加減演算の最大値に基づいて前記物体の位置を決定することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
7. 前記測位信号を受信するとともに、前記測位信号を含むパケット信号を送信するルータをさらに備えたことを特徴とする、請求項１記載のシステム。
8. 前記パケット信号を受信するとともに、前記パケット信号を前記演算装置に送信するコーディネータをさらに備えたことを特徴とする、請求項７記載のシステム。
9. 物体の測位方法であって、
   複数組の測位信号を蓄積するステップと、
   前記複数組の測位信号と一組の所定値とに基づいて、加減演算を行うステップと、
   前記複数組の測位信号中から少なくとも一つの演算信号を選択するステップと、
   前記少なくとも一つの演算信号の前記加減演算に基づいて前記物体の位置を決定するステップと、を含むことを特徴とする、
   物体の測位方法。
10. 前記選択ステップは、前記複数組の測位信号に対応する一組の平均値を取得するステップと、前記一組の平均値に最も近い適当な組の測位信号を前記演算信号として選択するステップと、を含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 前記蓄積ステップは、七組の測位信号を蓄積し、前記選択ステップは四組の演算信号を選択することを特徴とする、請求項９記載の方法。
12. 前記複数組の測位信号を更新するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
13. 前記選択ステップは、更新後の前記複数組の測位信号中から前記少なくとも一つの演算信号を選択することを特徴とする、請求項１２記載の方法。
14. 前記決定ステップは、前記加減演算の最大値に基づいて前記物体の位置を決定することを特徴とする、請求項９記載の方法。
15. 物体の測位方法を実行するためのコンピュータプログラムを格納するコンピュータ読取り可能媒体であって、
    前記方法は、複数組の測位信号を蓄積するステップと、
    前記複数組の測位信号と一組の所定値とに基づいて、加減演算を行うステップと、
    前記複数組の測位信号中から少なくとも一つの演算信号を選択するステップと、
    前記少なくとも一つの演算信号の前記加減演算に基づいて前記物体の位置を決定するステップと、を含むことを特徴とする、
    コンピュータ読取り可能媒体。
16. 前記選択ステップは、前記複数組の測位信号に対応する一組の平均値を取得するステップと、前記一組の平均値に最も近い適当な組の測位信号を前記演算信号として選択するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１５記載のコンピュータ読取り可能媒体。
17. 前記蓄積ステップは、七組の測位信号を蓄積し、前記選択ステップは四組の演算信号を選択することを特徴とする、請求項１５記載のコンピュータ読取り可能媒体。
18. 前記方法は、前記複数組の測位信号を更新するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１５記載のコンピュータ読取り可能媒体。
19. 前記選択ステップは、更新後の前記複数組の測位信号中から前記少なくとも一つの演算信号を選択することを特徴とする、請求項１８記載のコンピュータ読取り可能媒体。
20. 前記決定ステップは、前記加減演算の最大値に基づいて前記物体の位置を決定することを特徴とする、請求項１５記載のコンピュータ読取り可能媒体。
    
    

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