JP2010197049A

JP2010197049A - 位置推定システム及び基準データ測定装置

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Publication number: JP2010197049A
Application number: JP2009038625A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kuwano; 茂桑野; Tomoaki Ogawa; 智明小川; Kazuji Watanabe; 和二渡邉; Masao Nakagawa; 正雄中川; Sertthin Chinnapat; セーッティンシンナパット
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Keio University
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Keio University
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】複数の無線基地局からの無線信号の受信強度データを用いる位置推定システムで、効率よくＲＳＳデータを収集してＲＳＳデータベースを更改することを可能とする。
【解決手段】特定位置に可視光ＩＤ送信器１００が設けられる。可視光ＩＤ受信部２１０で、可視光ＩＤ送信器１００からの可視光ＩＤが復調される。受信強度測定部２２０で、無線基地局３０１〜３０ＮからのＲＳＳが測定され、可視光ＩＤが復調されたタイミングでのＲＳＳと可視光ＩＤが通信対象の無線基地局３０１に送信される。無線基地局３０１が接続されるＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０で、可視光ＩＤデータベース４２０から、対応する可視光ＩＤの位置情報が取り出され、位置情報とＲＳＳの情報の更新データとしてＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０に登録される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の無線基地局からの無線信号の受信強度データを用いる位置推定システム及び基準データ測定装置に関する。

屋内における各種端末の位置推定は、その位置情報により新たなサービスが期待できるため、多くの方式が検討されている。例えば、予め位置推定の対象となるエリアにおいて、定められた地点において基地局から送信される信号の受信強度（ＲＳＳ：ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ）と、その地点の位置情報とを対応付けた位置指紋情報を予め記憶するフィンガープリント型の位置推定システムがある。このような位置推定システムでは、位置指紋情報が記憶されるデータベースを備えるサーバ装置が、端末から受信するＲＳＳデータと、自身のデータベースに記憶された位置指紋情報とを比較し、ＲＳＳデータに応じた端末の位置を推定する。このような位置推定システムでは、端末で通信に用いられる無線信号を位置推定用にも用い、且つ、信号受信時に得られるＲＳＳ値を用いるため、新たなハードウェアの追加が不要であり、無線ＬＡＮやセンサネットワーク等広い分野での応用が期待されている。

Ｈ．Ｌｉｕ，Ｈ．Ｄａｒａｂｉ，Ｐ．ＢａｎｅＪｅｅ，ａｎｄＪ．Ｌｉｕ，"Ｓｕｒｖｅｙｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｉｎｄｏｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｓｙｓｔｅｍｓ，"ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，ＭａｎａｎｄＣｙｂｅｒｌｌｃｔｉｃｓ−ＰａｒｔＣ，ｖｏｌ．３７，ｎｏ．６，ｐｐ．１０６７−１０８０，２００７．

このような位置推定システムを用いる場合、室内設備の設置場所の変更等により電波環境が変化すれば、予めＲＳＳデータを収集した各観測点における信号の受信強度が変化するため、電波環境の変化前のＲＳＳデータに基づいて行う位置推定では誤った位置推定が行なわれることとなる。そこで、このような場合には、各観測点におけるＲＳＳデータを再収集し、環境変化に応じてデータベースの更改を行う必要がある。このようなＲＳＳデータの収集作業は、例えば作業員が各観測点に計測器を持参して受信強度の計測を行い、観測点とその観測点において計測した受信強度とを対応付けてコンピュータ端末などに記憶させることにより行なわれる。このような作業には手間や時間がかかるとともに、データベースが更改されるまでは誤った位置推定が行われるため、ＲＳＳデータの再収集が完了するまでに長時間を要する場合や、頻繁に環境変化が生じる場合には位置推定システムの運用を停止する必要が生じる場合がある。

本発明の目的は、観測点における信号の受信強度を効率よく収集し、測定位置データとその測定位置での複数の無線基地局からの受信強度データとを対応付けて蓄積した受信強度データベースを、より手間をかけずに短時間で更改できる位置推定システム及び基準データ測定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、複数の無線基地局からの信号の受信強度を計測した受信強度データをサーバ装置に送信する基準データ測定装置と、受信強度の測定位置を示す位置情報と受信強度データとを対応付けて蓄積した受信強度データベースを有し、端末から送信される信号の受信強度データと受信強度データベースに蓄積された受信強度データとを比較して端末の位置を推定するサーバ装置とを備えた位置推定システムにおいて、位置推定の対象となるエリアの特定の位置に、自身を識別する可視光ＩＤを含む光信号を送信する可視光送信器が設けられ、基準データ測定装置は、可視光送信器からの光信号を受信し、受信した光信号に含まれる可視光ＩＤと、生成した受信強度データとをサーバ装置に送信する手段を有し、サーバ装置は、可視光ＩＤと可視光ＩＤが示す可視光送信器が設置された特定の位置を示す位置情報とが対応付けられた可視光ＩＤデータベースと、基準データ測定装置から受信した可視光ＩＤに対応する位置情報に基づいて、基準データ測定装置が受信強度を測定した位置を示す位置情報と受信強度データとを対応付けて受信強度データベースに登録する手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、基準データ測定装置が、可視光送信器から送信された可視光ＩＤを受信すると共に、可視光ＩＤを受信したタイミングで複数の基地局からの受信強度データを測定してサーバ装置に送信し、サーバ装置は、基準データ測定装置から受信した可視光ＩＤに対応する位置情報に基づいて、基準データ測定装置が受信強度を測定した位置を示す位置情報と受信強度データとを対応付けて受信強度データベースに登録することを特徴とする。

また、本発明は、基準データ測定装置が、可視光送信器からの光信号を受信した際の方位角及び仰角を測定する手段を有し、方位角及び仰角により位置情報を演算により補正することを特徴とする。

また、本発明は、複数の無線基地局からの信号の受信強度を計測した受信強度データをサーバ装置に送信する基準データ測定装置と、受信強度の測定位置を示す位置情報と受信強度データとを対応付けて蓄積した受信強度データベースを有し、端末から送信される信号の受信強度データと受信強度データベースに蓄積された受信強度データとを比較して端末の位置を推定するサーバ装置とを備えた位置推定システムにおける基準データ測定装置であって、位置推定の対象となるエリアの特定の位置に設けられた可視光送信器が送信する可視光送信器を識別する可視光ＩＤが含まれる光信号を受信する手段と、複数の基地局からの受信強度データを測定する手段と、可視光ＩＤと、受信強度データとを対応付けてサーバ装置に送信する手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、基準データ測定装置が、可視光送信器から送信された可視光ＩＤを受信すると共に、可視光ＩＤを受信したタイミングで複数の基地局からの受信強度データを測定してサーバ装置に送信することを特徴とする。

本発明によれば、位置推定の対象となるエリアの特定の位置に可視光送信器が設けられ、基準データ測定装置は、可視光送信器からの可視光を受信し、複数の基地局からの受信強度データを測定し、サーバ装置は、基準データ測定装置が受信した可視光と受信強度データとに基づいて、基準データ測定装置の位置情報と受信強度データとを対応付けて受信強度データベースに登録するようにしたので、サーバ装置は、可視光を送信する可視光送信器が設けられた特定の位置に対応する位置情報に、測定した受信強度データを対応付けることができ、効率よく受信強度データベースの更改を行なうことが可能となる。

本発明の第１の実施形態の位置推定システムの構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態の位置推定システムの構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態の位置推定システムにおける位置補正演算の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態を説明する図である。本発明の実施形態の位置推定システムは、可視光ＩＤ送信器１００と、基準データ測定装置２００と、無線基地局３０１〜３０Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、サーバ装置４００と、無線端末６０１〜６０Ｍ（Ｍは１以上の整数）とを備えており、指紋位置情報を用いて無線端末６０１〜６０Ｍの位置推定を行う。

サーバ装置４００は、ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０と、可視光ＩＤデータベース４２０と、データ更新部４３０と、位置計算部４４０とを備えている。ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０には、定められた測定位置を示す位置情報（ｘ、ｙ）とその測定位置での複数の無線基地局からの受信強度（ＲＳＳ）データとが対応付けられた位置指紋情報が蓄積されている。無線端末６０１〜６０Ｍ（Ｍは１以上の整数）の位置推定を行う場合には、無線端末６０１〜６０Ｍにおいて、複数の無線基地局３０１〜３０Ｎ（Ｎは２以上の整数）からの信号の受信強度が計測され、この受信強度データが通信対象の無線基地局３０１〜３０Ｎを介して、サーバ装置４００に送られる。サーバ装置４００の位置計算部４４０は、無線端末６０１〜６０Ｍで測定された複数の無線基地局３０１〜３０Ｎからの受信強度データと、ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０に蓄積された受信強度データとのユークリッド距離を算出し、得られたユークリッド距離が最小となる登録データに対応する座標値により、無線端末６０１〜６０Ｍの位置を推定する。

本発明の第１の実施形態は、このような位置推定システムにおいて効率よく受信強度データを収集し、ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０を更改することを可能としたものである。図１において、基準データ測定装置２００は、ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０に受信強度データを登録するための装置である。この基準データ測定装置２００には、可視光ＩＤ受信部２１０と、受信強度測定部２２０と、基準データ送信部２３０が設けられている。また、本発明の第１の実施形態では、位置推定の対象となるエリアにおける特定の位置に複数の可視光ＩＤ送信器１００が設けられる。可視光ＩＤ送信器１００は、自身に予め付与された識別子（ＩＤ）を、可視光を伝送媒体とした光信号により送出する。また、可視光ＩＤとその可視光ＩＤを送信した可視光ＩＤ送信器の位置情報（Ｘ_０、Ｙ_０）とを対応付けて蓄積した可視光ＩＤデータベース４２０が設けられる。なお、図１では、説明を簡単とするために、１つの可視光ＩＤ送信器１００及び基準データ測定装置２００は、１つのみ図示されているが、実際には、可視光ＩＤ送信器１００は位置推定の対象となるエリア内に複数台存在し、基準データ測定装置２００は１台以上存在するようにしても良い。

図１において、可視光ＩＤ送信器１００から送信された可視光ＩＤを含む光信号は、基準データ測定装置２００の可視光ＩＤ受信部２１０に入力される。受信光強度が十分である場合には、可視光ＩＤ受信部２１０で可視光ＩＤが復調され、この可視光ＩＤが基準データ送信部２３０へ送信される。

基準データ測定装置２００の受信強度測定部２２０では、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の無線基地局３０１〜３０Ｎからの信号の受信強度（ＲＳＳ）を測定し、測定したＲＳＳを示すＲＳＳデータを基準データ送信部２３０へ送る。基準データ送信部２３０は、可視光ＩＤ受信部２１０が受信した可視光ＩＤと、可視光ＩＤ受信部２１０で可視光ＩＤが復調されたタイミングでの複数のＲＳＳ（複数の無線基地局３０１〜３０Ｎのそれぞれからの受信強度）データとを通信対象の無線基地局３０１へ送信する。

無線基地局３０１が接続されるサーバ装置４００のデータ更新部４３０は、可視光ＩＤデータベース４２０から、対応する可視光ＩＤの位置情報を取り出し、位置情報とＲＳＳの情報を更新データとしてＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０に登録する。

無線端末６０１〜６０Ｍは、それぞれ、無線基地局３０１〜３０ＮからのＲＳＳを測定し、ＲＳＳデータを無線基地局３０１〜３０Ｎに送信し、ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０では、受信されたＲＳＳデータから最適な位置を推定する。このような動作を行うことにより、運用中に適宜基準データ測定装置２００を用いて、ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０の更改を行うことが可能となる。

この実施形態の場合には、ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０に登録される基準位置の精度は、可視光ＩＤの受信可能範囲となる。このため、可視光ＩＤ送信器１００の指向角を絞ることや、送信光電力を制限することにより、可視光ＩＤの受信可能位置を絞り込み、高精度な測定が可能となる。また、可視光を使用しているため、基準データ測定装置２００を使用するオペレータは容易に可視光ＩＤの受信可能位置を見つけることができる。

以上説明したように、本発明の基準データ測定装置２００では、可視光ＩＤを基準位置情報に用いることで、効率よくＲＳＳデータを収集し、ＲＳＳデータベースを更改することが可能である。

＜第２の実施形態＞
図２は本発明の第２の実施形態の説明図である。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、基準データ測定装置２００に、方位角、仰角測定部２４０を付加し、ＲＳＳ（複数の無線基地局３０１〜３０Ｎのそれぞれからの受信強度）データや可視光ＩＤと共に、可視光ＩＤ受信時の方位角φ、仰角θも基準データ送信部２３０から送信する。そして、サーバ装置４００の位置計算部４４０は、可視光ＩＤデータベース４２０に記憶された可視光ＩＤの位置情報と基準データ送信部２３０より受信された方位角、仰角情報とから、位置基準データ測定装置２００から受信するＲＳＳデータに対応する位置情報を演算により補正し、その補正した位置情報とＲＳＳデータを新しい位置指紋情報としてＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０に登録する。

本実施形態における基準データ測定装置２００の位置情報の補正演算は次式で行われる。

ここで、図３に示すように（Ｘ_０，Ｙ_０）、Ｈ_０、Ｈ、θ、φは、それぞれ、可視光ＩＤ送信器１００の水平方向の位置、高さ、基準データ測定装置２００の高さ、仰角、方位角である。なお、この第２に実施形態では、以上の演算を実行できるように、ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０及び可視光ＩＤデータベース４２０には、測定位置データとして、水平方向の位置情報のみならず、基準データ測定装置２００の高さ情報も蓄積するものとする。すなわち、可視光ＩＤデータベース４２０には、可視光ＩＤと位置情報（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｈ_０）とが対応付けられて記憶される。ＲＳＳフィンガープリントデータベース４１０には、位置情報（ｘ，ｙ，Ｈ）とＲＳＳ（複数の無線基地局３０１〜３０Ｎのそれぞれからの受信強度）データとが対応付けられて記憶される。

この実施形態を用いることにより、可視光ＩＤが受信可能な範囲の任意の点を基準データの測定点とすることができ、より多くの測定データが得られるため、より高精度の位置推定が可能となる。また、室内のレイアウト変更等により、従来の測定点が使用不可能となった場合でも、その近傍に測定点を設けることができるため、室内のレイアウト変更等に柔軟に対応することが可能となる。さらに、可視光ＩＤ受信部２１０の視野角を狭くすることにより、広指向角である可視光ＩＤ送信器１００を用いても高い精度を得ることができるため、より少ない数の可視光ＩＤ送信器１００でシステムを構成することが可能となる。

なお、この実施形態での方位角、仰角の検出は、例えば６軸センサを用いることにより実現可能である。６軸センサは、３軸の加速度を取得する加速度センサと、３軸の地磁気を取得する地磁気センサとを備えるセンサである。加速度センサは、自身に対する重力加速度を計測するセンサであり、三次元座標空間におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の重力加速度を計測し、計測した重力加速度に基づいて、三次元空間における可視光ＩＤ送信器の光源の仰角を算出することが可能である。地磁気センサは、自身に対する地磁気を計測するセンサであり、三次元座標空間におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の地磁気を計測し、計測した地磁気に基づいて三次元空間における三次元空間における可視光ＩＤ送信器の光源の方位角を算出することが可能である。

このように、本実施形態の位置推定システムによれば、室内設備の設置場所の変更等により電波環境が変化して異なるものとなり、予め観測したＲＳＳデータに基づいて正確な位置推定が行なえなくなった場合にも、初期状態のように多くの観測点で新たにＲＳＳデータを収集し直すことなく、可視光ＩＤに基づいた位置情報の補正を行なうことが可能となる。これにより、位置推定システムが正確な位置推定を行なえなくなった場合に、正確な位置推定を行なうように復帰させるまでの時間を大幅に短縮することが可能となり、必ずしも位置推定システムの運用を停止する必要がない。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１００可視光ＩＤ送信器
２００基準データ測定装置
２１０可視光ＩＤ受信部
２２０受信強度測定部
２３０基準データ送信部
２４０仰角測定部
３０１〜３０Ｎ無線基地局
４００ＲＳＳフィンガープリントデータベース
５００可視光ＩＤデータベース
６０１〜６０Ｍ無線端末

Claims

複数の無線基地局からの信号の受信強度を計測した受信強度データをサーバ装置に送信する基準データ測定装置と、前記受信強度の測定位置を示す位置情報と前記受信強度データとを対応付けて蓄積した受信強度データベースを有し、端末から送信される信号の受信強度データと前記受信強度データベースに蓄積された受信強度データとを比較して当該端末の位置を推定するサーバ装置とを備えた位置推定システムにおいて、
位置推定の対象となるエリアの特定の位置に、自身を識別する可視光ＩＤを含む光信号を送信する可視光送信器が設けられ、
前記基準データ測定装置は、
前記可視光送信器からの光信号を受信し、受信した光信号に含まれる前記可視光ＩＤと、生成した前記受信強度データとを前記サーバ装置に送信する手段を有し、
前記サーバ装置は、
前記可視光ＩＤと当該可視光ＩＤが示す前記可視光送信器が設置された前記特定の位置を示す位置情報とが対応付けられた可視光ＩＤデータベースと、前記基準データ測定装置から受信した前記可視光ＩＤに対応する前記位置情報に基づいて、前記基準データ測定装置が前記受信強度を測定した位置を示す位置情報と前記受信強度データとを対応付けて前記受信強度データベースに登録する手段とを有する
ことを特徴とする位置推定システム。
前記基準データ測定装置は、
前記可視光送信器から送信された前記可視光ＩＤを受信すると共に、前記可視光ＩＤを受信したタイミングで前記複数の基地局からの受信強度データを測定して前記サーバ装置に送信し、
前記サーバ装置は、
前記基準データ測定装置から受信した前記可視光ＩＤに対応する前記位置情報に基づいて、前記基準データ測定装置が前記受信強度を測定した位置を示す位置情報と前記受信強度データとを対応付けて前記受信強度データベースに登録する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置推定システム。
前記基準データ測定装置は、
前記可視光送信器からの光信号を受信した際の方位角及び仰角を測定する手段を有し、
前記方位角及び仰角により前記位置情報を演算により補正する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置推定システム。
複数の無線基地局からの信号の受信強度を計測した受信強度データをサーバ装置に送信する基準データ測定装置と、前記受信強度の測定位置を示す位置情報と前記受信強度データとを対応付けて蓄積した受信強度データベースを有し、端末から送信される信号の受信強度データと前記受信強度データベースに蓄積された受信強度データとを比較して当該端末の位置を推定するサーバ装置とを備えた位置推定システムにおける前記基準データ測定装置であって、
位置推定の対象となるエリアの特定の位置に設けられた可視光送信器が送信する当該可視光送信器を識別する可視光ＩＤが含まれる光信号を受信する手段と、
前記複数の基地局からの受信強度データを測定する手段と、
前記可視光ＩＤと、前記受信強度データとを対応付けて前記サーバ装置に送信する手段と、
を備えることを特徴とする基準データ測定装置。
前記可視光送信器から送信された前記可視光ＩＤを受信すると共に、前記可視光ＩＤを受信したタイミングで前記複数の基地局からの受信強度データを測定して前記サーバ装置に送信する
ことを特徴とする請求項４に記載の基準データ測定装置。
前記可視光送信器からの光信号を受信した際の方位角及び仰角を測定する手段を有し、
前記方位角及び仰角により位置情報を演算により補正する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の基準データ測定装置。