JP2008232932A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサによる誤差を補正して正確な現在位置を得ること。
【解決手段】外部からのセンサ情報を受信して出力する受信手段と、測位対象範囲である屋内地図を、複数のブロックに分割し、各ブロックに固有番号、および該ブロックの位置情報を付与した地図データを記憶した記憶手段と、前記受信手段から出力された情報に基づき、測位対象の移動前の現在位置から移動後の現在位置を算出する現在位置算出手段と、予め測定された前記センサの誤差範囲を記憶し、前記記憶手段に記憶された地図データを参照して、前記誤差範囲に基づき前記現在位置算出手段により算出された移動後の現在位置を中心として移動可能範囲を設定し、前記移動前の現在位置の属するブロックに隣接し、前記移動可能範囲と重複する面積が最も大きいブロックの中心を測位対象の移動後の現在位置として補正する現在位置補正手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、センサの誤差を補正して、正確な現在位置を算出する位置検出装置に関する。

従来からジャイロセンサを使用したＩＮＳ（Inertial Navigation System）を用いて、歩行者等の屋内での位置を検出するシステムの開発が行われている。しかしながら、ＩＮＳを利用する場合、ジャイロセンサがドリフト（時間が経つにつれて、０値がずれること）するため、時間の経過と共に、正確な方角とジャイロセンサの示す方角とにずれが生じ、屋内における歩行者等の現在位置を高精度に求めることが困難であるという課題があった。このため、相対的な方角を検出するジャイロセンサと、絶対的な方位を検出する地磁気センサを備え、前記ジャイロセンサで検出された相対方位を、前記地磁気センサで検出された絶対方位に基づき補正することで、ドリフト問題を解消したものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１３８５１３号公報（段落００１４、００１５、図４）

従来の位置検出装置は、上記のように構成されており、地磁気センサにより方角の修正を行うものでは、ジャイロセンサのドリフト問題は解消できるが、加速度センサによる移動距離のドリフト問題を解消できず、正確な移動距離を算出することができない。このため、正確な現在位置を得ることが出来ないという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、センサによる誤差を補正して正確な現在位置を得ることを目的とする。

この発明に係る位置検出装置は、外部からのセンサ情報を受信して出力する受信手段と、測位対象範囲である屋内地図を、複数のブロックに分割し、各ブロックに固有番号、および該ブロックの位置情報を付与した地図データを記憶した記憶手段と、前記受信手段から出力された情報に基づき、測位対象の移動前の現在位置から移動後の現在位置を算出する現在位置算出手段と、予め測定された前記センサの誤差範囲を記憶し、前記記憶手段に記憶された地図データを参照して、前記誤差範囲に基づき前記現在位置算出手段により算出された移動後の現在位置を中心として移動可能範囲を設定し、前記移動前の現在位置の属するブロックに隣接し、前記移動可能範囲と重複する面積が最も大きいブロックの中心を測位対象の移動後の現在位置として補正する現在位置補正手段とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、外部から送信されたセンサ情報に基づき、測位対象の移動前の現在位置から移動後の現在位置を算出し、予め測定されたセンサの誤差範囲に基づき、前記移動後の現在位置を中心として移動可能範囲を設定し、前記移動前の現在位置の属するブロックに隣接し、前記移動可能範囲と重複する面積が最も大きいブロックの中心を移動後の現在位置として補正するようにしたので、センサによる誤差を補正して、正確な現在位置を得ることができるという効果がある。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この実施の形態１による位置検出装置を使用した測位システムの概略図であり、符号１０１は３軸（上下、左右、前後）方向の加速度を検知して出力する加速度センサ、符号１０２は進行方向を取得して出力する方位センサ、符合２０３は測位対象範囲となる屋内の地図を複数の矩形領域（以下、ブロックと記載）に分割し、各ブロックに固有番号、該ブロックの位置情報、および隣接ブロックへ移動可能か否かを判定するための移動可否属性を付与した地図データ、符合１０３は測位対象の範囲である屋内への入り口に設置された初期位置情報送信手段（図示せず）から、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）などにより初期位置情報を取得して出力する初期位置取得センサ、符号２０１は加速度センサ１０１、方位センサ１０２、初期位置取得センサ１０３から出力されたセンサ情報に基づき、地図データ２０３を用いて測位対象である人間等の移動後の現在位置を算出する処理用コンピュータ、符号２０２は処理用コンピュータ２０１での算出結果を表示する表示装置である。

図２は、この測位システムの機能を示した機能ブロック図であり、この測位システムの対象である人間が携帯する携帯端末１は、加速度センサ１０１、方位センサ１０２、および初期位置取得センサ１０３と、加速度センサ１０１、方位センサ１０２、初期位置取得センサ１０３から出力されたセンサ情報を所定時間（例えば１秒）毎に送信する送信手段１０４を備えている。また、位置検出装置２は、携帯端末１から送信されたセンサ情報を受信して出力する受信手段２０４と、地図データ２０３を記憶した記憶手段２０７と、前記センサ情報に含まれた加速度情報、進行方向情報、および初期位置情報に基づき、人間の移動前の現在位置から移動後の現在位置を算出する現在位置算出手段２０５と、予め測定された前記センサの誤差範囲を記憶し、記憶手段２０７に記憶された地図データ２０３を参照して、前記誤差範囲に基づき現在位置算出手段２０５で算出された移動後の現在位置を中心として移動可能範囲を設定し、前記移動前の現在位置の属するブロックに隣接し、前記移動可能範囲と重複する面積が最も大きく、かつ地図データ２０３に付与された移動可否属性に基づき判定された移動可能なブロックの中心を測位対象の移動後の現在位置として補正する現在位置補正手段２０６と、現在位置補正手段２０６で補正された移動後の現在位置を表示する表示手段２０８を備える。なお、現在位置算出手段２０５と現在位置補正手段２０６から処理用コンピュータ２０１が、表示手段２０８により表示装置２０２が構成される。

図３は、この測位システムの測位対象範囲となる屋内の地図データ２０３の一例である。また、図４は、地図データ２０３を複数のブロックに分割したものであり、各ブロックには、固有番号、移動可否属性、座標情報が付与される。ここで、移動可否属性とは、隣接するブロックへ移動可能かどうかを判定するための情報であり、例えば、図４のブロック９５からブロック９４、８１、９６、１１１へは移動可能であるが、７９、８０、１０９、１１０へは展示台が存在するため移動不可である。このため、移動可能であるブロック９４、８１、９６、１１１が、ブロック９５の移動可否属性として付与される。また、座標情報とは、ブロック９５の座標情報を例に説明すると、図４の左上Ａ点を原点（０、０）とした座標系におけるブロック９５の左上Ｂ点の座標と、ブロック９５の幅Ｃおよび高さＤの情報である。なお、表示手段２０８の画素数と実際の屋内寸法とは対応したものとする。上記情報を各ブロックに付与することで、各ブロックから移動可能な隣接ブロックの固有番号を得ることができ、さらに得られた固有番号の座標情報を取得することが可能となる。

次に、移動後の現在位置の算出について説明する。
この測位システムでは、携帯端末１を測位対象である人間に携帯させ、加速度センサ１０１、方位センサ１０２、初期位置取得センサ１０３で取得した情報に基づき、屋内における人間の位置を算出するものであるが、加速度センサ１０１および方位センサ１０２からは、どの方向へどれだけ進んだかという相対的な位置情報しか得られない。このため、この測位システムでは、人間が屋内への入り口を必ず通過することを想定しており、該入り口に初期位置情報送信手段としてＲＦＩＤリーダ／ライタを設け、該入り口を通過する際に、携帯端末１の初期位置取得センサ１０３へ、該入り口の座標情報を書き込む。また、加速度センサ１０１からは、水平方向の加速度を積分する事により人間の移動距離を得ることができ、方位センサ１０２からは、人間の進行方向を得ることができ、位置検出装置２の現在位置算出手段２０５にて、初期位置からの移動距離および進行方向を算出することにより、測位対象である人間の移動後の現在位置を算出することができる。なお、ＲＦＩＤは、接触型の物でも非接触型の物でもよく、アクティブ型、パッシブ型等の種別も問わない。

次に、算出された移動後の現在位置の補正について説明する。
携帯端末１から送信される加速度センサ１０１、方位センサ１０２からそれぞれ出力された加速情報、進行方向情報にはノイズが混入する可能性があり、さらに加速度センサ１０１、方位センサ１０２には、ドリフトと呼ばれる時間経過による０点のずれが生じる問題がある。このため、位置検出装置２の現在位置算出手段２０５で算出された移動後の現在位置が、実際の移動後の現在位置とずれてしまうという問題が発生する。このような問題を防ぐため、この測位システムでは、予め加速度センサ１０１、方位センサ１０２からの情報に基づき算出された移動後の現在位置と、実際の移動後の現在位置との違いであるセンサの誤差（以下、誤差範囲と記載）を予め測定して記憶しておき、該誤差範囲を利用して、算出された移動後の現在位置の補正を行う構成としている。

図５は、移動前の現在位置ａと、算出された移動後の現在位置ｂ、および予め測定しておいた加速度センサ１０１および方位センサ１０２のそれぞれの誤差範囲に基づき設定された移動可能範囲を示した図である。図６は、ブロック５から移動可能な隣接ブロックを示した図であり、ここでは、斜線の入ったブロック１、４、６、７へは、ブロック５から移動できないものとする。まず現在位置補正手段２０６は、記憶手段２０７に記憶された地図データ２０３を参照して、現在位置算出手段２０５が携帯端末１から送信されたセンサ情報に基づき算出した移動後の現在地ｂを中心として設定した移動可能範囲の面積を算出する。次に、現在位置補正手段２０６は、前記移動可能範囲を進行方向および角度方向にそれぞれ１０００分割して、１００万個の微小区画を作成する。次に、現在位置補正手段２０６は、分割後の微小区画がそれぞれどのブロックに属するかを判定して、前記微小区画が最も多く存在するブロック、すなわち前記移動可能領域との重複面積が最も大きいブロックであるブロック６を移動後の現在位置の属するブロックとして選択する。次に、現在位置補正手段２０６は、ブロック５に付与された移動可否属性からブロック６へは移動不可能であることを認識する。次に、現在位置補正手段２０６は、次に前記移動可能領域との重複面積の大きいブロック９を選択して、ブロック５の移動可否属性からブロック９へは移動可能であることを認識し、ブロック９の中心を移動後の現在位置として補正する。

次に動作について説明する。
図７は、この測位システムの動作を示したフローチャートである。初めに測位対象である人間が屋内の入り口を通過すると、初期位置取得センサ１０３が該入り口に設置された初期位置情報送信手段から初期位置情報を取得して送信手段１０４へ出力し、送信手段１０４が、前記初期位置情報を送信する。次に、位置検出装置２の受信手段２０４が、送信手段１０４から送信された初期位置情報を受信して、現在位置算出手段２０５へ出力する。現在位置算出手段２０５は、初期位置情報から初期位置を認識すると共に、人間の移動後の現在位置の算出を開始する。次に、携帯端末１の加速度センサ１０１、方位センサ１０２でそれぞれ取得した加速度情報、進行方向情報が送信手段１０４から送信されると（ステップＳＴ１）、位置検出手段２の受信手段２０４は、送信手段１０４から送信された加速度情報、進行方向情報を受信して該情報を現在位置算出手段２０５へ出力する。次に、現在位置算出手段２０５は、出力された加速度情報、進行方向情報に基づき、初期位置からの移動距離および進行方向を計算（ステップＳＴ２）して移動後の現在位置を算出し、現在位置補正手段２０６へ出力する。

次に、現在位置補正手段２０６は、記憶手段２０７に記憶された地図データ２０３を参照して現在位置算出手段２０５から出力された移動後の現在位置を中心として、予め測定しておいた加速度センサ１０１および方位センサ１０２のそれぞれの誤差範囲に基づき移動可能範囲を設定する（ステップＳＴ３）。次に、現在位置補正手段２０６は、前記移動可能範囲の面積を算出し（ステップＳＴ４）、移動前の現在位置が属するブロックに隣接し、前記移動可能範囲と重複した面積が最も大きいブロックを選択する（ステップＳＴ５）。次に、現在位置補正手段２０６は、移動前のブロックに付与された移動可否属性に基づき、ステップＳＴ５で選択したブロックへ移動可能か否かを判定する（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ５で選択したブロックへ移動不可能である場合、現在位置補正手段２０６は、ステップＳＴ５に戻り、前記移動可能範囲との重なりが次に大きいブロックを選択して、ステップＳＴ６の判定を行う。現在位置補正手段２０６は、移動可能なブロックを選択するまで、ステップＳＴ５、およびステップＳＴ６の動作を繰り返す。ステップＳＴ５で選択したブロックへ移動可能である場合、現在位置補正手段２０６は、該ブロックを移動後の現在位置の属するブロックとして認定し、該ブロックの中心を移動後の現在位置であると補正して、該認識結果を表示手段２０８に表示する（ステップＳＴ７）。

以上のように、実施の形態１による測位システムは、初期位置取得センサ１０３、加速度センサ１０１、および方位センサ１０２からの情報に基づき移動後の現在位置を算出し、記憶手段２０７に記憶された地図データ２０３を参照して、予め測定しておいた加速度センサ１０１と方位センサ１０２の誤差範囲に基づき、現在位置算出手段２０５により算出された移動後の現在位置を中心として移動可能範囲を設定し、前記移動可能範囲との重複面積が最も大きく、かつ地図データ２０３に付与された移動可否属性に基づき判定された移動可能なブロックの中心を移動後の現在位置と認識するようにしたので、算出された移動後の現在位置を補正して、該現在位置の算出精度を向上させることができるという効果がある。また、移動不可能なブロックへ移動後の現在位置が位置付けられることがないという効果がある。

また、図８に示すように、初めの移動後の現在位置の補正には、予め測定されたセンサの誤差範囲を使用し、次回以降における移動後の現在位置の補正時に、移動後の現在位置と認識されたブロック６に対する誤差、すなわち図８の斜線部分に基づき、現在位置算出手段２０５により算出された移動後の現在位置を中心として移動可能範囲を設定するようにしても良い。また、移動後の現在位置を補正する毎に、該補正によって得られた誤差範囲を逐次記憶しておき、記憶された誤差範囲を平均することにより、統計的な処理を行って加速度センサ１０１および方位センサ１０２の誤差の出力特性を把握した上で平均した誤差範囲を用いても良い。このように構成すれば、加速度センサ１０１および方位センサ１０２の補正の信頼性を増していくことが可能となり、補正の精度をより向上させることが出来る効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では、各ブロックの中心を測位対象である人間の移動前の現在位置として、センサの誤差範囲に基づき移動後の現在位置を算出する構成としていた。このため、図９に示すように、実際の移動前の現在位置ｃが、現在位置補正手段２０６により補正された移動前の現在位置ｄと違っている場合、人間の移動距離および方位を正確に得ることができたとしても、現在位置補正手段２０６は、現在位置算出手段２０５により算出された移動後の現在位置ｅを中心として移動可能範囲を設定し、該移動可能範囲と重複する面積が最も大きいブロック６の中心ｆを移動後の現在位置と認識するため、実際の移動後の現在位置ｇの属するブロック５とは異なるブロック６の中心ｆが移動後の現在位置となることが考えられる。

このため、この実施の形態２では、現在位置算出手段２０５により移動後の現在位置を算出する際の基点である移動前の現在位置を、前回の補正において移動後の現在位置が属すると判定されたブロックの中心ではなく、前記ブロックと移動可能範囲との重複範囲の重心位置としたことを特徴とする。図１０は、この実施の形態２による補正について示した図である。重心位置ｈを基点として設定することにより、現在位置算出手段２０５により算出された移動後の現在位置ｉを中心として設定された移動可能範囲との重複範囲が最も大きいブロックを実際の移動後の現在位置ｋの属するブロックと同一ブロックとすることができる。このため、仮に、単位時間当たりの移動距離が少なく、移動後の現在位置が同一ブロック内である状態が続いたとしても、移動後の現在位置の属するブロックを、実際の移動後の現在位置の属するブロックに位置づけできるので、移動後の現在位置を精度が向上するという効果がある。また、図１１に示すように、現在位置補正手段２０６により補正された移動後の現在位置を、移動可能範囲との重複範囲が最も大きいブロックの中心ｌではなく、前記ブロックと移動可能範囲との重複範囲の重心位置ｍとしても良い。

実施の形態１による位置検出装置を使用した測位システムの概略図である。 測位システムの機能を示した機能ブロック図である。 測位システムの測位対象範囲となる屋内地図データの一例である。 屋内地図データを複数のブロックに分割した図である。 移動可能範囲を示した図である。 ブロック５から移動可能なブロックを示した図である。 測位システムの動作を示したフローチャートである。 現在位置算出後の補正方法の一例を示した図である。 実施の形態２による補正について示した図である。 実施の形態２による補正について示した図である。 重心位置を現在位置について示した図である。

符号の説明

１ 携帯端末、２ 位置検出装置、１０１ 加速度センサ、１０２ 方位センサ、１０３ 初期位置取得センサ、１０４ 送信手段、２０１ 処理用コンピュータ、２０２ 表示装置、２０３ 地図データ、２０４ 受信手段、２０５ 現在位置算出手段、２０６ 現在位置補正手段、２０７ 記憶手段、２０８ 表示手段。

Claims (6)

1. 外部から送信されるセンサ情報に基づき、屋内における測位対象の現在位置を算出する位置検出装置において、
   前記外部からのセンサ情報を受信して出力する受信手段と、
   測位対象範囲である屋内地図を、複数のブロックに分割し、各ブロックに固有番号、および該ブロックの位置情報を付与した地図データを記憶した記憶手段と、
   前記受信手段から出力された情報に基づき、測位対象の移動前の現在位置から移動後の現在位置を算出する現在位置算出手段と、
   予め測定された前記センサの誤差範囲を記憶し、前記記憶手段に記憶された地図データを参照して、前記誤差範囲に基づき前記現在位置算出手段により算出された移動後の現在位置を中心として移動可能範囲を設定し、前記移動前の現在位置の属するブロックに隣接し、前記移動可能範囲と重複する面積が最も大きいブロックの中心を測位対象の移動後の現在位置として補正する現在位置補正手段と
   を備えたことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記記憶手段は、隣接するブロックへ移動可能であるか否かを示す移動可否属性を付与した地図データを記憶し、
   前記現在位置補正手段は、前記移動前の現在位置の属するブロックに隣接し、前記移動可能範囲と重複する面積が最も大きく、かつ前記地図データに付与された移動可否属性に基づき判定された移動可能なブロックの中心を測位対象の移動後の現在位置として補正することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記現在位置補正手段は、予め測定された前記センサの誤差範囲のかわりに、補正により認識された移動後の現在位置の属するブロックに対する誤差範囲に基づき、前記現在位置算出手段により算出された移動後の現在位置を中心として移動可能範囲を設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の位置検出装置。
4. 前記現在位置補正手段は、移動後の現在位置を補正する毎に、該補正によって得られた誤差範囲を逐次記憶し、次の移動後の現在位置の補正時の誤差範囲として前記記憶した誤差範囲を平均して用いることを特徴とした請求項３記載の位置検出装置。
5. 前記現在位置算出手段は、測位対象の移動後の現在位置を算出する際に、前記現在位置補正手段による前回の補正において移動後の現在位置が属すると判定されたブロックの中心からではなく、前記ブロックと移動可能範囲との重複範囲の重心位置から移動後の現在位置を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の位置検出装置。
6. 前記現在位置補正手段は、前記重心位置を測位対象の移動後の現在位置として補正することを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。

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