JP2008306532A - 移動端末、該移動端末を利用した測位システム、測位方法及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】固定基準局からの電波が届かない状況において、周辺の移動端末を親ノードとして測位を行う場合に、測位誤差の少ないノードを親ノードとして選び、測位精度を高めることが可能な移動端末を提供する。
【解決手段】移動端末は、固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、固定基準局又は該周辺の移動端末を親ノード候補として取得し、親ノード候補が４点以上ある場合、固定基準局を優先して３点の親ノードを選択し、親ノードから配信される測位信号を利用して、移動端末の位置を測位し、さらに測位した位置を含む測位信号を配信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末、該移動端末を利用した測位システム、測位方法及びそのプログラムに関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）が携帯電話に搭載されるようになってから、位置情報の重要性がますます注目されるようになってきた。自分の居場所から周辺の地図を表示、近隣の駅・店などの検索、目的地までの経路案内など、様々な用途に利用されている。

ＧＰＳ測位ではＧＰＳ衛星からの電波が届く屋外でしか現在地を計測することができず、屋内測位ではアクティブタグや、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど様々な電波や超音波を利用した測位手法が研究されている。

電波測位の基本原理は３点測量で、予め位置のわかっている固定点（固定基準局とよぶ）３点からの距離を求めることで、自身の位置を測定する。そのため３点以上の固定基準局からの電波が受信できない場所では測位ができない。これを解決する方法として、アドホックネットワーク技術を応用した測位がある（特許文献１）。この方式では固定基準局から測位を行うノードまでのホップ数を基に、移動端末の概略位置を計算している。

特開２００６−２２９８４５号公報

しかしながら、上記の従来技術は測位に必要となるノード間距離の指標をホップ数のみでしか計算を行っておらず、ノード間の距離を厳密に求めていないため、電波の受信状況によって測位精度が荒くなるという課題がある。

そこで、固定基準局からの電波が届かない場合には、周辺の移動端末を親ノードとして３点測量を行うことが考えられる。しかし、一般に測位結果には測位誤差であるバイアスがのるため、移動端末を親ノードとする場合、親ノードのバイアスも子ノードの測位結果に積算される。そのため、測位に使用できる親ノード候補が４点以上ある場合は、この測位誤差の少ないノードを親ノードとして選ぶことが望ましい。

従って、本発明は、固定基準局からの電波が届かない状況において、周辺の移動端末を親ノードとして測位を行う場合に、測位誤差の少ないノードを親ノードとして選び、測位精度を高めることが可能な移動端末、該移動端末を利用した測位システム、測位方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明による移動端末は、アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末において、固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、該固定基準局又は該周辺の移動端末を親ノード候補として取得する受信手段と、前記親ノード候補が４点以上ある場合、固定基準局を優先して３点の親ノードを選択する選択手段と、前記親ノードから配信される測位信号を利用して、移動端末の位置を測位する測位手段と、前記測位した位置を含む測位信号を配信する配信手段とを備える。

また、前記受信手段は、通信品質が所定の閾値以上の測位信号を配信する固定基準局又は周辺の移動端末を親ノード候補として取得する手段であり、前記選択手段は、前記親ノード候補が４点以上ある場合、前記親ノードの測位信号に含まれる信頼指数の低いもの上位３点を親ノードとして選択する手段であり、前記配信手段は、移動端末の信頼指数を算出し、前記測位した位置と該信頼指数とを含む測位信号を配信する手段であることも好ましい。

さらに、上記目的を実現するため本発明による移動端末は、アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末において、固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、通信品質が所定の閾値以上の測位信号を配信する固定基準局又は周辺の移動端末を親ノード候補として取得する受信手段と、前記親ノード候補が４点以上ある場合、該親ノード候補から３点を選ぶ組み合わせ毎に測位結果及び信頼指数を算出し、該信頼指数を該測定結果に重み付けを行うことにより移動端末の位置を測位する測位手段と、前記信頼指数に基づいて移動端末の信頼指数を算出し、前記測位した位置と該信頼指数とを含む測位信号を配信する配信手段とを備える。

また、前記信頼指数は、親ノードの測位信号に含まれる信頼指数を基に算出されることも好ましい。

また、前記信頼指数は、親ノードの測位信号に含まれる信頼指数をＴ＿１、Ｔ＿２、Ｔ＿３とした場合、ｋを定数として、
（Ｔ＿１＋Ｔ＿２＋Ｔ＿３）／３＋ｋ
により計算されることも好ましい。

また、前記移動端末の移動変量を算出する手段をさらに含み、前記信頼指数は、前記移動変量にも依存することも好ましい。

また、前記信頼指数は、親ノードの測位信号に含まれる信頼指数より算出された値をＴ＿ｐ１とし、前記移動変量より算出された値をＴ＿ｐ２とした場合、ｋ１、ｋ２を定数として、
ｋ１×Ｔ＿ｐ１＋ｋ２×Ｔ＿ｐ２
により計算されることも好ましい。

また、前記移動変量は、前記移動端末の移動速度の大きさＶであり、前記Ｔ＿ｐ２は、αを定数として、
αｌｏｇ_ｅ（Ｖ）
により計算される、又は、前記移動速度の大きさ毎に５〜１０段階の値にすることも好ましい。

上記目的を実現するため本発明による測位システムは、アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末と、複数の固定基準局とを備える測位システムにおいて、前記移動端末は上記のいずれかに記載の移動端末であり、前記固定基準局は、測位信号を配信する固定基準局である。

上記目的を実現するため本発明による測位方法は、アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末おける測位方法において、固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、該固定基準局又は該周辺の移動端末を親ノード候補として取得する受信ステップと、前記親ノード候補が４点以上ある場合、固定基準局を優先して３点の親ノードを選択する選択ステップと、前記親ノードから配信される測位信号を利用して、移動端末の位置を測位する測位ステップと、前記測位した位置を含む測位信号を配信する配信ステップとを含む。

上記目的を実現するため本発明によるプログラムは、アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末おけるプログラムにおいて、固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、該固定基準局又は該周辺の移動端末を親ノード候補として取得する受信ステップと、前記親ノード候補が４点以上ある場合、固定基準局を優先して３点の親ノードを選択する選択ステップと、前記親ノードから配信される測位信号を利用して、移動端末の位置を測位する測位ステップと、前記測位した位置を含む測位信号を配信する配信ステップとにより移動端末を機能させる。

本発明によれば、自ノードの測位に移動端末からの距離を求めて計算しているため、精度の高い測位結果が得られる。また信頼指数を指標として配信することで、親ノードとなりうるノードが周辺に４点以上ある場合、最適なノードを親ノードとして選別することが可能となる。さらに、測位結果を重み付けしてより精度の高い測位結果を出すことが可能となる。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳述する。

本発明の第１の実施形態では、測位を行う移動端末にて、４つ以上の親ノードから最も測定誤差の少ない３つのノードを選択し、測位を行う。

最初、固定基準局は自身の位置座標を保持しておき、自身の信頼指数を０として測位信号を発信している。この信頼指数は、測位結果の信頼性を示す指標であり、０以上の値を取り、値が低いほど信頼性が高い。つまり、固定基準局は最も信頼性が高い局であると見なしている。

図１は、測位を行う移動端末の処理フローを示す。
（Ｓ１０）受信段階であり、測位を行う移動端末は、周辺のノード（固定基準局、又は移動端末）が配信する測位信号を監視し、通信品質が所定の閾値以上の測位信号（例えば、受信信号強度が所定の閾値以上である信号）を発する周辺ノードを親ノード候補として取得する。
（Ｓ１１）選択段階であり、移動端末は、親ノード候補が４点以上ある場合、親ノードの測位信号に含まれる信頼指数の低いもの上位３点を親ノードとして選択する。上述したように固定基準局の信頼指数は常に０であるため、固定基準局は、優先的に選択される。
（Ｓ１２）測位段階であり、移動端末は、親ノードから配信される測位信号に含まれる親ノードの位置座標、及び各信号の発信強度、受信強度（又は送信時間、受信時間）から３点測量により自身の位置座標を導出する。ここで移動端末と親ノード間の距離の測定は、電波強度か伝搬速度かのいずれを使用してもよい。
（Ｓ１３）配信段階であり、測位を行った移動端末は親ノードの信頼指数から自身の測位結果の信頼指数Ｔ＿ｄを以下のように計算して求める。

Ｔ＿ｄ＝（Ｔ＿１＋Ｔ＿２＋Ｔ＿３）／３＋ｋ （式１）
Ｔ＿ｄ：測位を行った移動端末の信頼指数
Ｔ＿１、Ｔ＿２、Ｔ＿３：親ノードの信頼指数
ｋ：パラメータであり本実施形態では１とする。
移動端末は自身の位置座標と信頼指数Ｔ＿ｄを自身の発する測位信号に載せて周辺に配信する。

これにより固定基準局からの信号が受信できないノードは周辺に存在する（受信可能な）移動端末の測位信号を利用して測位を行い、よりバイアス成分の積算の少ないノードを親ノードとして選択することが可能となる。

図２は、第１の実施形態での測位方法を説明するための図である。本図を基にして、測位の具体例を示す。

本図でＯ００１、Ｏ００２、Ｏ００３、Ｏ００４は固定基準局であり、Ａ００６、Ａ００８が移動端末である。

まず、移動端末Ａ００６の測位を示す。移動端末Ａ００６は、固定基準局の３点（Ｏ００１、Ｏ００２、Ｏ００３）から測位信号を受信する（Ｓ１０）。固定基準局の信頼指数は０であるため、測位のための親ノードは固定基準局の３点が選択される（Ｓ１１）。この場合、例え移動端末からの測位信号が受信されても、その信頼指数は０より大きいため移動端末が選択されることはない。固定基準局からの測位信号を基に移動端末の位置座標を算出する（Ｓ１２）。その後、移動端末Ａ００６は、位置座標と自らの信頼指数を配信する（Ｓ１３）。

なお、固定基準局の信頼指数は０であるため、式１から、（０＋０＋０）／３＋１＝１となり、移動端末Ａ００６の信頼指数は１となる。

次に、移動端末Ａ００８の測位を示す。移動端末Ａ００８は、Ｏ００２、Ｏ００４、Ａ００４、Ａ００５、Ａ００６、Ａ００７から、測位信号を受信したとする。図３は、親ノード候補の信頼指数と受信信号強度を示す。まず、一定の受信信号強度（例えば受信信号強度が３以下）のＯ００２、Ｏ００４、Ａ００５、Ａ００６を親ノード候補として選択する（Ｓ１０）。

次に移動端末Ａ００８は、図３より、信頼指数の低い３点Ｏ００２、Ｏ００４、Ａ００６を親ノードとして選択する（Ｓ１１）。この親ノードから移動端末Ａ００８の位置座標を算出する（Ｓ１２）。この３点の信頼指数はそれぞれ０、０、１であるため、移動端末Ａ００８の信頼指数は、式１から、（０＋０＋１）／３＋１＝１．３３となる。この後、移動端末Ａ００８は、位置座標と自らの信頼指数を配信する（Ｓ１３）。

本発明の第２の実施形態では、測位を行う移動端末は受信できる親ノード候補全てを使用して測位を行う。第１の実施形態では親ノード候補が４点以上ある場合、信頼指数の低い上位３点のみを利用したが、本実施形態では、受信できる親ノード候補全てを使用してより精度の高い測位を行う。

なお、親ノード候補に固定基準局が３点以上ある場合、信頼度の低い移動端末を使用して測位を行うことは意味がないため、本実施形態は、固定基準局が２点以下であり他は移動端末である場合にのみ適用される。

本実施形態での測位を行う移動端末の処理フローは、図１のＳ１１がなくなり、Ｓ１２が以下のようになる。
（Ｓ１２’）親ノード候補群から３点を選ぶ組み合わせ毎に測位結果及び信頼指数を計算し、信頼指数を基にした重み付けによって最終的な測位結果を導出する。

親ノード候補がｎ点ある場合、親ノードの選別パターンの組み合わせは、ｍ＝_ｎＣ_３パターン存在する。ｍパターン毎に計算した測位結果及び信頼指数をそれぞれベクトルｒ_ｉ及びＴ_ｉ（ｉ＝１、２、．．．、ｍ）とすると、移動端末の測位結果ベクトルｐは、

より求まり、信頼指数Ｔ＿ｐは、

より求まる。

例えば、親ノード候補が４点ある場合、親ノードの選別パターンは、_４Ｃ_３より４パターンとなる。図４は、第２の実施形態の各組み合わせでの測位結果を示す。

この場合、測位結果のベクトルｐは、

となり、信頼指数Ｔ＿ｐは、
Ｔ＿ｐ＝（Ｔ＿ｐ１＋Ｔ＿ｐ２＋Ｔ＿ｐ３＋Ｔ＿ｐ４）／４
となる。ここでベクトルａ、ｂ、ｃ、ｄは、各選別パターンで３点測量により算出された位置座標であり、Ｔ＿ｐ１、Ｔ＿ｐ２、Ｔ＿ｐ３、Ｔ＿ｐ４は、各選別パターンでの信頼指数であり、スカラーａ、ｂ、ｃ、ｄは、上記信頼指数の逆数である。

本発明の第３の実施形態では、ノードの移動速度を考慮して信頼指数を算出する。第１の実施形態で記述した信頼指数は、基準ノードからのホップ数のみが指標となって導出されているが、これに自身の移動変移量や速度を加味する方式も考えられる。ノードが停止している場合の方が、ノードが移動している場合よりも配信される位置座標の信頼度が高いため、これを信頼指数に反映する。

本実施形態では、移動端末は周辺ノードを利用した測位を短時間で実施すること、または内部に加速度センサを保持していくことより、自身の移動変量を常に監視しておく。

移動変量を例えば移動速度の大きさＶとした場合、図１のＳ１３での信頼指数Ｔ＿ｐは、以下のように計算して求められる。

Ｔ＿ｐ＝ｋ１×Ｔ＿ｐ１＋ｋ２×Ｔ＿ｐ２
ここでＴ＿ｐ１は実施形態１又は２で求めた信頼指数であり、Ｔ＿ｐ２は自身の移動速度の大きさによって計算される値であり、ｋ１、ｋ２はそれぞれパラメータで、ホップ数、ノードの移動変量のどちらを信頼指数へ大きく反映させるかを調整する。

ここで、Ｔ＿ｐ２の計算は、以下の方式が考えられる。
（方式１）
Ｔ＿ｐ２＝αｌｏｇ_ｅ（Ｖ）
ここでαは、ある定数である。
（方式２）
移動速度の大きさＶに応じて、５〜１０段階の値にする。例えば、Ｖが１．０ｍ／ｓ未満の場合はＴ＿ｐ２＝１、Ｖが１．０ｍ／ｓ以上、１．５ｍ／ｓ未満はＴ＿ｐ２＝２、等である。

なお、このような本発明によるプログラムは、移動端末上で実行させることができる。

なお、固定基準局は自身の信頼指数を配信しない形態も考えられる。この場合、信頼指数が配信されない測位信号を受信した移動端末は、信頼指数を０として扱う。この場合、既存の固定基準局を使用できるという利点を有する。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

測位を行う移動端末の処理フローを示す。 第１の実施形態での測位方法を説明するための図である。 親ノード候補の信頼指数と受信信号強度を示す。 第２の実施形態の各組み合わせでの測位結果を示す。

Claims (11)

1. アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末において、
   固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、該固定基準局又は該周辺の移動端末を親ノード候補として取得する受信手段と、
   前記親ノード候補が４点以上ある場合、固定基準局を優先して３点の親ノードを選択する選択手段と、
   前記親ノードから配信される測位信号を利用して、移動端末の位置を測位する測位手段と、
   前記測位した位置を含む測位信号を配信する配信手段と、
   を備えることを特徴とする移動端末。
2. 前記受信手段は、通信品質が所定の閾値以上の測位信号を配信する固定基準局又は周辺の移動端末を親ノード候補として取得する手段であり、
   前記選択手段は、前記親ノード候補が４点以上ある場合、前記親ノードの測位信号に含まれる信頼指数の低いもの上位３点を親ノードとして選択する手段であり、
   前記配信手段は、移動端末の信頼指数を算出し、前記測位した位置と該信頼指数とを含む測位信号を配信する手段であることを特徴とする請求項１に記載の移動端末。
3. アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末において、
   固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、通信品質が所定の閾値以上の測位信号を配信する固定基準局又は周辺の移動端末を親ノード候補として取得する受信手段と、
   前記親ノード候補が４点以上ある場合、該親ノード候補から３点を選ぶ組み合わせ毎に測位結果及び信頼指数を算出し、該信頼指数を該測定結果に重み付けを行うことにより移動端末の位置を測位する測位手段と、
   前記信頼指数に基づいて移動端末の信頼指数を算出し、前記測位した位置と該信頼指数とを含む測位信号を配信する配信手段と、
   を備えることを特徴とする移動端末。
4. 前記信頼指数は、親ノードの測位信号に含まれる信頼指数を基に算出されることを特徴とする請求項２または３に記載の移動端末。
5. 前記信頼指数は、親ノードの測位信号に含まれる信頼指数をＴ＿１、Ｔ＿２、Ｔ＿３とした場合、ｋを定数として、
   （Ｔ＿１＋Ｔ＿２＋Ｔ＿３）／３＋ｋ
   により計算されることを特徴とする請求項２または３に記載の移動端末。
6. 前記移動端末の移動変量を算出する手段をさらに含み、
   前記信頼指数は、前記移動変量にも依存することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の移動端末。
7. 前記信頼指数は、親ノードの測位信号に含まれる信頼指数より算出された値をＴ＿ｐ１とし、前記移動変量より算出された値をＴ＿ｐ２とした場合、ｋ１、ｋ２を定数として、
   ｋ１×Ｔ＿ｐ１＋ｋ２×Ｔ＿ｐ２
   により計算されることを特徴とする請求項６に記載の移動端末。
8. 前記移動変量は、前記移動端末の移動速度の大きさＶであり、
   前記Ｔ＿ｐ２は、αを定数として、
   αｌｏｇ_ｅ（Ｖ）
   により計算される、又は、前記移動速度の大きさ毎に５〜１０段階の値にすることを特徴とする請求項７に記載の移動端末。
9. アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末と、複数の固定基準局とを備える測位システムにおいて、
   前記移動端末は請求項１から８のいずれか１項に記載の移動端末であり、
   前記固定基準局は、測位信号を配信する固定基準局であることを特徴とする測位システム。
10. アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末おける測位方法において、
    固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、該固定基準局又は該周辺の移動端末を親ノード候補として取得する受信ステップと、
    前記親ノード候補が４点以上ある場合、固定基準局を優先して３点の親ノードを選択する選択ステップと、
    前記親ノードから配信される測位信号を利用して、移動端末の位置を測位する測位ステップと、
    前記測位した位置を含む測位信号を配信する配信ステップと、
    を含むことを特徴とする測位方法。
11. アドホックネットワーク方式による通信が可能な移動端末おけるプログラムにおいて、
    固定基準局又は周辺の移動端末が配信する測位信号を監視し、該固定基準局又は該周辺の移動端末を親ノード候補として取得する受信ステップと、
    前記親ノード候補が４点以上ある場合、固定基準局を優先して３点の親ノードを選択する選択ステップと、
    前記親ノードから配信される測位信号を利用して、移動端末の位置を測位する測位ステップと、
    前記測位した位置を含む測位信号を配信する配信ステップと、
    により移動端末を機能させることを特徴とするプログラム。

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