JP2010062659A - 端末位置決定方法、端末位置決定プログラム、端末位置決定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無線信号を用いて無線端末100の位置を推定する際に基準となるアンカー端末200の配置位置を定める方法であって、無線端末100の位置の推定精度に対する要求値を指定する要求入力ステップと、アンカー端末200の配置間隔または配置数を指定する配置入力ステップと、配置間隔または配置数を用いて推定精度を算出する推定精度算出ステップと、を有し、推定精度算出ステップで算出する推定精度が前記要求値を満たすまで、アンカー端末200の配置間隔または配置数を可変しながら推定精度算出ステップを繰り返し実行し、その結果によりアンカー端末200の配置位置を決定する。
【選択図】図1
Description
しかし、上記特許文献1に記載の技術では、位置推定をできる限り正確に行う工夫をしているものの、どの程度の精度範囲で位置を推定することができるかを事前予測することは難しい。
したがって、位置推定精度に対する要求値が指定されたとしても、その要求値を満たすことができるか否かを判断することは困難であった。
そのため、そのアンカー端末配置の下でターゲット端末の位置推定を行った場合、位置推定精度を、アンカー端末の配置決定時にあらかじめ算出しておいた推定精度の範囲内に収めることができる。
したがって、位置推定精度に対する要求を満たすことができるか否かを事前に判断することができ、一定の推定精度を要求するアプリケーションの要求に応えることができる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る無線システムの構成図である。本実施の形態1に係る無線システムは、ターゲット端末100aおよび100b、アンカー端末200a〜200f、配置決定装置400、位置推定装置500を有する。
ターゲット端末100aと100b、アンカー端末200a〜200fは、位置推定対象領域300内に配置されている。
ターゲット端末100aと100bの移動範囲は、位置推定領域300内に限られるものと想定する。また、ここでは2台のターゲット端末を示したが、台数はこれに限られない。
位置推定装置500は、ターゲット端末100aと100bの受信電力値、およびアンカー端末200a〜200fの位置情報を用いて、ターゲット端末の位置を推定する装置である。
配置決定装置400は、パラメータ取得部410、演算部420を備える。
また、パラメータ取得部410には、位置推定精度に対する要求値や、後述の図3で説明する、アンカー端末の配置間隔または配置数の仮決定値が入力される。
また、「コンピュータ」は、パラメータ取得部410、演算部420を演算装置とソフトウェアで構成した場合がこれに相当する。
次に、ターゲット端末の位置推定精度に影響を及ぼす要因について説明する。
しかし、受信電力から推定した端末間距離には多くの誤差が含まれるため、通常の3点測量とは異なる様々な方法が検討されている。
例えば、位置推定の対象となる全ての点において、以下の(ステップ1)〜(ステップ5)の手順により位置を推定する方法がある。
(ステップ2)得られたアンカー端末との距離と受信電力の実測値から、仮定したターゲット端末位置において、実測した受信電力値を得る確率を計算する。
(ステップ3)全てのアンカー端末について上記(ステップ2)を実行する。
(ステップ4)上記(ステップ3)の結果を全て掛け合わせる。
(ステップ5)上記(ステップ4)で得られた確率が最も高い点を推定位置とする。
(影響項目2)位置推定領域300における無線信号の伝搬特性
(影響項目3)位置推定領域300に配置するアンカー端末の数
(影響項目4)位置推定領域300に配置するアンカー端末の位置
(影響項目5)アンカー端末とターゲット端末の設置高の差
(影響項目3)と(影響項目4)は、本発明においてこれから算出しようとしている目的値であるため、事前に確定入力することはできない。
(影響項目5)については後述する。
次に、位置推定精度に対する要求値を満たすことのできるアンカー端末の配置を求める手順について説明する。まず始めに、最適なアンカー端末の配置位置を求める際に前提となる事項について下記(1)〜(3)で説明し、その後に示す図3で、具体的な手順を説明する。
ターゲット端末の位置を推定する際は、推定の基準となるアンカー端末の位置が既知である必要がある。しかし、最適なアンカー端末の位置を求めようとしているとき、上述の通りアンカー端末の位置は事前に定めることができない。
そのため、位置推定精度を算出する際には、アンカー端末の位置を仮決定した上で位置推定精度を算出する過程を繰り返し、位置推定精度の要求値を満たすアンカー端末配置を探索的に決定することになる。
上述の非特許文献1に示されている通り、ターゲット端末の位置推定精度は、最も近いアンカー端末への距離に大きく依存する。即ち、アンカー端末への距離はできる限り小さい方が、位置推定精度が向上する。
また、上述の非特許文献2に示されている通り、ターゲット端末の位置推定精度は、情報を送受信することのできるアンカー端末の数にも依存する。
・A〜G:実験的に得られる定数
・β:無線信号の伝搬特性のうち減衰係数
・L:ターゲット端末から最も近いアンカー端末までの距離平均
・i:位置推定領域300内で情報を送受信することのできるアンカー端末の数
・R:位置推定精度
・F:アンカー端末とターゲット端末の設置高の差に依拠する定数値
なお、上記(式1)〜(式7)は例示であり、これら以外の演算式を用いることもできる。
位置推定精度を向上させるためには、上記変数のうち距離平均Lをできる限り小さくすることが望ましい。
距離平均Lを最も小さくする方法は、位置推定領域300をできる限り正方形に近いi個の矩形領域に分割し、各矩形領域の中央にアンカー端末を配置することである。
したがって、できる限り少ないアンカー端末数で位置推定精度に対する要求値を満たすアンカー端末配置を得るためには、位置推定領域300を略正方形の格子状に分割してアンカー端末を配置することを、アンカー端末の配置間隔や配置数を可変しながら繰り返し実行し、最適な配置を探索すればよい。
以上をまとめると、位置推定精度に対する要求値を満たすアンカー端末配置を得るためには、下記(前提1)〜(前提3)に述べる事項に従えばよいことが分かる。
アンカー端末の配置位置や配置数を可変するとき、要求値を満たす距離平均Lを維持しつつ(距離平均Lをできる限り小さく維持する)、アンカー端末数をできる限り少なくするため、アンカー端末の配置間隔をできる限り大きくするように意識する。
ユーザは、アンカー端末の配置間隔I、または配置数Xを指定する。ユーザが指定することに代えて、例えば事前に与えられる位置推定領域300のサイズに基づき、演算部420が適当な初期値を設定するようにしてもよい。以下の実施の形態でも同様である。
配置決定装置400のパラメータ取得部410は、その配置間隔Iまたは配置数Xを取得し、演算部420に出力する。
なお、位置推定領域300のサイズは、パラメータ取得部420を介してあらかじめ演算部420に与えられているものとする。
演算部420は、配置間隔Iまたは配置数Xを用いて、位置推定領域300内のアンカー端末配置を仮決定する。この時点で、アンカー端末数iが仮決定される。
位置推定領域300が無線信号の到達範囲と比較して十分に小さい場合(位置推定領域300の隅々まで無線信号が到達する場合)には、配置数Xとiが等しくなる。位置推定領域300の方が大きい場合、演算部420は、無線信号が到達する面積と配置間隔Iを用いてiを再計算し、アンカー端末配置を再度仮決定する。
本ステップが完了すると、アンカー端末の仮位置が確定する。
演算部420は、ターゲット端末とアンカー端末の間の距離平均Lを、位置推定領域300全体を対象として算出する。
例えば、位置推定領域300を格子状に区切り、全ての格子点から最も近いアンカー端末までの距離を求め、これらを平均すると、距離平均Lが得られる。
演算部420は、ステップS303で得た距離平均Lを上述の(式1)〜(式7)に例示するような演算式に適用し、位置推定精度Rを算出する。
演算部420は、ステップS304で算出した位置推定精度Rが要求値を満たすか否かを判定する。要求値を満たす場合は本フローを終了し、要求値を満たさない場合はステップS301へ戻って同様の処理を繰り返す。
あるいは、Rが要求値を満たす場合でも、要求値を満たすよう距離平均Lを小さく維持しつつ、アンカー端末数をできる限り少なくするため、配置間隔Iを大きくして再度ステップS301へ戻り、同様の処理を繰り返してもよい。
図4(a)(b)ともに、距離平均Lをできる限り小さくするため、位置推定領域300を略正方形の格子状に分割し(各図の点線で描く領域)、各分割の中央にアンカー端末を配置している。
これにより、配置決定装置400が決定したアンカー端末配置の下でターゲット端末の位置推定を行った場合、位置推定精度を、あらかじめ算出しておいた推定精度の範囲内に収めることができる。
これにより、要求値を満たすアンカー端末数を最小化することができ、無線システムを構築するコストをさらに抑えることができる。
実施の形態1では、全てのアンカー端末の配置が未定であることを想定したが、位置推定領域300の環境によっては、一部のアンカー端末の配置が確定済みである場合も考えられる。
例えば、アンカー端末をビル内に設置する場合において、一部のアンカー端末は電源に接続しており、電源コードが届く範囲内に位置が決められている、といったことが考えられる。
ユーザは、アンカー端末の配置数Xを指定する。配置決定装置400のパラメータ取得部410は、その配置数Xを取得し、演算部420に出力する。このとき指定する配置数Xは、事前に配置が確定済みであるアンカー端末の台数を除いたものとする。
また、ユーザは、位置確定済みのアンカー端末の数Yとその位置を指定する。これらは同様に演算部420に出力される。
なお、位置推定領域300のサイズについては、ステップS301と同様である。
演算部420は、事前に配置が確定済みであるアンカー端末を含めて、できる限り等間隔になるようにX台のアンカー端末の配置位置を仮決定する。
例えば、演算部420は、位置推定領域300全体をX+Y個の矩形領域に格子状に分割し、かつ各矩形領域に複数の位置確定済アンカー端末が入らないようにする。次に、位置確定済アンカー端末を設置していない各矩形領域の中央に、位置未確定のアンカー端末を配置する。
実施の形態1〜2では、位置推定精度に対する要求値が位置推定領域300の全領域にわたって均一であることを想定した。
しかし、位置推定領域300の環境によっては、位置推定精度に対する要求値が位置推定領域300の全領域にわたって均一ではなく、一部の領域において要求値が異なる場合も考えられる。
そこで、本発明の実施の形態3では、このような場合に対応し、位置推定精度に対する要求制度が不均一の環境下においてアンカー端末の配置を決定する手法を説明する。
ユーザは、位置推定領域300のうち、位置推定精度に対する要求値が異なる部分領域毎に、その要求値を指定する。
また、ユーザは、位置推定領域300のうちいずれかの部分領域を選択する。例えば、面積の広い領域や、位置推定精度に対する要求値が高い領域を選択する。
ユーザがこれらを指定ないし選択することに代えて、演算部420が適当な初期領域を指定ないし選択するようにしてもよい。
その他の領域は、実施の形態2で説明した、アンカー端末の配置が確定済みの領域であるものと仮定して、以下のステップを実行する。
Claims (12)
- 無線信号を用いて無線端末の位置を推定する際に基準となるアンカー端末の配置位置を定める方法であって、
前記無線端末の位置の推定精度に対する要求値を指定する要求入力ステップと、
前記アンカー端末の配置間隔または配置数を指定する配置入力ステップと、
前記配置間隔または配置数を用いて前記推定精度を算出する推定精度算出ステップと、
を有し、
前記推定精度算出ステップで算出する前記推定精度が前記要求値を満たすまで、
前記アンカー端末の配置間隔または配置数を可変しながら前記推定精度算出ステップを繰り返し実行し、
その結果により前記アンカー端末の配置位置を決定する
ことを特徴とする端末位置決定方法。 - 前記推定精度算出ステップは、
推定対象領域を格子状に区切りいずれかの格子の中央に前記アンカー端末を配置すると仮定する第1ステップと、
その仮定の下で前記無線端末から最も近い前記アンカー端末までの距離平均を算出する第2ステップと、
その距離平均を用いて前記推定精度を算出する第3ステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の端末位置決定方法。 - 前記推定精度算出ステップを繰り返し実行しながら、
前記要求値を満たしつつ前記アンカー端末の配置間隔を最大化する配置位置を探索する
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の端末位置決定方法。 - 前記推定精度算出ステップでは、
前記無線端末を配置する領域における無線信号特性を用いて前記推定精度を算出する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の端末位置決定方法。 - 前記推定精度算出ステップでは、
前記無線信号特性として前記無線信号の減衰係数を用いる
ことを特徴とする請求項4記載の端末位置決定方法。 - 前記推定精度算出ステップでは、前記無線信号特性として、
前記無線信号の減衰係数の対数値または累乗値の少なくとも一方を用いる
ことを特徴とする請求項4または請求項5記載の端末位置決定方法。 - 前記推定精度算出ステップでは、
情報を送受信することができる前記アンカー端末の数を用いて前記推定精度を算出する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の端末位置決定方法。 - 前記推定精度算出ステップでは、
情報を送受信することができる前記アンカー端末の数の対数値を用いて前記推定精度を算出する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の端末位置決定方法。 - 前記アンカー端末のうち位置が確定しているものの配置位置を指定する第2配置入力ステップを有し、
その他の前記アンカー端末について、
前記要求入力ステップ、前記配置入力ステップ、および前記推定精度算出ステップを実行して前記アンカー端末の配置位置を決定する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の端末位置決定方法。 - 前記無線端末の位置を推定する対象領域の部分領域毎に、
前記要求入力ステップ、前記配置入力ステップ、および前記推定精度算出ステップを実行し、
前記要求入力ステップでは、前記部分領域毎に前記要求値を指定する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の端末位置決定方法。 - 請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の端末位置決定方法をコンピュータに実行させる
ことを特徴とする端末位置決定プログラム。 - 請求項11記載の端末位置決定プログラムを実行するコンピュータを備えた
ことを特徴とする端末位置決定装置。
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