JP2011102707A

JP2011102707A - 測位装置及び測位方法

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Publication number: JP2011102707A
Application number: JP2009256785A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yokozawa; 幸男横澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-26
Also published as: US20110112752A1; US8566019B2

Abstract

【課題】様々な環境下で測位を行う際、測位する環境によっては過去に経験した測位精度の低下を繰り返してしまう恐れがある。
【解決手段】位置情報信号を受信して現在位置を測位するリファレンス測位手段１１と、自律航法により現在位置を測位するセンサー測位手段１２と、リファレンス測位手段１１及びセンサー測位手段１２において測位したときの測位環境を示す推定ゲイン情報１４を記憶する記憶部１３とを有する。リファレンス測位手段１１及びセンサー測位手段１２は、記憶部１３に記憶されている推定ゲイン情報１４に基づいて現在位置を測位する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測位装置及び測位方法に関する。

従来、例えば携帯端末によって位置情報を得る方法としてはＧＰＳ（Global Positioning System）が実用的であり、多くの携帯電話への搭載が実現している。しかし、ビル街や屋内のようにＧＰＳの信号が弱い場所においては、携帯電話を携帯する歩行者の位置を自動検出することが難しくなる。この問題を解決する一つの方法として、自律航法を用いた位置測定がある。この自律航法に関連する技術を記載した例として特許文献１〜５及び非特許文献１がある。

特許文献１〜４では、歩行者の動きを観測して、観測した歩行者の動きに基づいて歩行者が移動した距離や方向を算出して自律航法を行っている。また、非特許文献１では、自律航法で観測した誤差をなくすために、ノードとエッジからなる道路ネットワークと、周辺の地物の境界線及び領域とを表した地図データベースを利用している。そして、観測対象の歩行者が周囲の地物境界線と交差した場合や体の向きに大きな角度変化があった場合に補正を行う方法を提示している。また、特許文献５では、歩行者が通常は通路内を移動し、ときには通路外のエリアに進入する環境において、歩行環境情報、移動歩行者からの移動情報、歩行モード設定手段等に基づいて、歩行者の位置座標を補正して歩行者の移動履歴を精度良く求める装置を提示している。

特開平２−２１６０１１号公報特開平５−１７２５７９号公報特開平８−６８６４３号公報特開平９−８９５８４号公報特開２００７−２１８６２７号公報

「Personal Positioning Systemにおけるマップマッチング法の提案」全国計測技術大会学生フォーラム、２００１

特許文献１〜５及び非特許文献１では、自律航法を行うにあたって各種センサーにより歩行者の動きを観測し、歩行者の現在位置や移動履歴などを測位する方法が提示されている。しかしながら、過去に測位を行ったときに経験した測位環境の不良等の情報が、新たに測位を行うときに有効に活かされることはなかった。このため、様々な環境下で測位を行う際、測位する環境によっては過去に経験した測位精度の低下を繰り返してしまう恐れがある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］位置情報信号を受信して現在位置を測位する第１の測位手段と、自律航法により現在位置を測位する第２の測位手段と、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段において測位したときの測位環境を示す測位環境情報を記憶する記憶部と、を有し、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段は、前記記憶部に記憶されている前記測位環境情報に基づいて現在位置を測位することを特徴とする測位装置。

上記した測位装置によれば、記憶部は、第１の測位手段及び第２の測位手段において測位したときの測位環境を示す測位環境情報を記憶している。そして、当該測位環境情報に基づいて、第１の測位手段及び第２の測位手段において現在位置を測位する。
したがって、測位環境情報には、第１の測位手段及び第２の測位手段において過去に測位したときの測位環境を示す情報が含まれており、第１の測位手段及び第２の測位手段において新たに測位する際、過去に測位したときの測位環境を考慮して測位することができる。これにより、様々な環境下で測位を行う際、過去に経験した測位環境に応じて、より高い精度で測位を行うことが可能になる。

［適用例２］前記測位環境情報は、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段において測位したときの経路上のノード及びリンクの少なくともいずれかにおける情報であることを特徴とする上記測位装置。

上記した測位装置によれば、経路上において測位環境が変化し易いノード及びリンクの少なくともいずれかにおける測位環境情報が記憶部に記憶される。これにより、測位環境情報を効率的に利用して現在位置を測位することができる。

［適用例３］前記測位環境情報に基づいて、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段への電力供給を制御することを特徴とする上記測位装置。

上記した測位装置によれば、第１の測位手段及び第２の測位手段への電力供給を、測位環境情報に基づいて制御する。これにより、第１の測位手段及び第２の測位手段における測位の際、測位精度の低い構成機器については、電力供給を抑制して利用しないようにすることで、電力消費を節減することができる。

［適用例４］前記記憶部は、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段において測位したときの経路上の移動履歴を示す移動履歴情報を更に記憶し、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段は、前記記憶部に記憶されている前記移動履歴情報に基づいて現在位置を測位することを特徴とする上記測位装置。

上記した測位装置によれば、記憶部に記憶されている移動履歴情報には、第１の測位手段及び第２の測位手段において過去に測位したときの移動履歴が記憶されており、第１の測位手段及び第２の測位手段において新たに測位する際、過去の移動履歴に基づいて測位することができる。これにより、現在位置がいずれの経路上にあるか判断するときの精度を高めることができる。

［適用例５］前記第２の測位手段は、加速度センサー、角速度センサー、気圧センサー及び地磁気センサーの少なくとも１つを有することを特徴とする上記測位装置。

上記した測位装置によれば、加速度センサー、角速度センサー、気圧センサー及び地磁気センサーの少なくとも１つを利用して自律航法を行い、現在位置を測位することができる。

［適用例６］位置情報信号を受信して現在位置を測位する第１の測位手段と、自律航法により現在位置を測位する第２の測位手段と、を有し、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段において測位したときの測位環境を示す測位環境情報を記憶し、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段は、前記記憶されている前記測位環境情報に基づいて現在位置を測位することを特徴とする測位方法。

上記した測位方法によれば、第１の測位手段及び第２の測位手段において測位したときの測位環境を示す測位環境情報を記憶する。そして、当該測位環境情報に基づいて、第１の測位手段及び第２の測位手段において現在位置を測位する。
したがって、測位環境情報には、第１の測位手段及び第２の測位手段において過去に測位したときの測位環境を示す情報が含まれており、第１の測位手段及び第２の測位手段において新たに測位する際、過去に測位したときの測位環境を考慮して測位することができる。これにより、様々な環境下で測位を行う際、過去に経験した測位環境に応じて、より高い精度で測位を行うことが可能になる。

測位装置の機能構成を示すブロック図。測位装置を装着したユーザーの移動経路の例を示す地図。測位装置における動作例を示すフローチャート。ノードＡ地点において取得する推定ゲイン情報の例を示す図。

以下、本実施形態に係る測位装置について、図面を参照して説明する。

＜測位装置の機能構成＞
最初に、本実施形態に係る測位装置の機能構成について説明する。
図１は、本実施形態に係る測位装置１０の機能構成を示すブロック図である。測位装置１０は、第１の測位手段としてのリファレンス測位手段１１、第２の測位手段としてのセンサー測位手段１２、記憶部１３、位置補正手段１５、通信手段１８等を有している。

リファレンス測位手段１１は、外部から位置情報信号を受信して、測位装置１０を装着したユーザーの現在位置の測位を行う。現在位置を測位する方法として、本実施形態では、ＧＰＳ(Global Positioning System) 衛星からの位置情報信号を受信し、位置情報信号に含まれる航法メッセージを解析して測位する方法と、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）及びＷｉｆｉなどの短距離無線を利用して測位する方法と、照明光を発光するＬＥＤを利用して測位する方法とが適用できる。
なお、現在位置を測位するための位置情報信号の受信方法は、上記に限られず、例えば、カメラ画像に基づいた位置情報の取得等、他の方法によるものであっても良い。

センサー測位手段１２は、各種センサーによる計測値に基づいて自律航法を行い、測位装置１０を装着したユーザーの現在位置や方位を推測する。各種センサーとして、本実施形態では、ユーザーの歩行に伴う上下運動及び水平運動等の加速度を検出する加速度センサーと、角速度を検出してユーザーの進行方向を検出する角速度センサーとしてのジャイロセンサーと、ユーザーが位置する場所の高度を検出する気圧センサーと、地磁気ベクトルを検出してユーザーの身体の向きを検出する地磁気センサーとが適用できる。
なお、自律航法に用いる各種センサーは、上記のセンサーの組み合わせに限られず、上記のセンサーの一部のみを用いても、他の種類のセンサーを用いても良い。

記憶部１３は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュメモリーのような不揮発性メモリーである。記憶部１３には、経路情報１４ａ、測位環境情報１４ｂ及び移動履歴情報１４ｃによって構成される推定ゲイン情報１４が記憶されている。この推定ゲイン情報１４に基づいて、リファレンス測位手段１１による測位を行う際には、ＧＰＳ、ＲＦＩＤ、Ｗｉｆｉ及びＬＥＤのいずれの位置情報信号を利用するかを判断する。そして、センサー測位手段１２による測位を行う際には、利用するセンサーの種類を判断する。

ここで、経路情報１４ａには、地図上の経路の情報が予め登録されている。また、測位環境情報１４ｂには、これまで、リファレンス測位手段１１及びセンサー測位手段１２において過去に測位したときの測位環境の情報が登録されている。この測位環境情報１４ｂは、経路情報１４ａにおける経路上の測位地点に対応した情報となっている。なお、測位環境情報１４ｂへの情報の登録は、測位装置１０を製品に搭載して出荷するときに、デフォルト値として予め登録されているようにしても良い。また、ユーザーが地図上の経路を歩行して測位した際、経路上におけるそのときの測位環境の情報を登録するようにしても良い。移動履歴情報１４ｃには、ユーザーが地図上のどの経路を移動したかの履歴が登録されている。

ここで、各経路における測位環境情報１４ｂを履歴だけから得るのではなく、デフォルト値が提供されて、それを個人の通行履歴によって最適化ができる。また、通信手段を用いて同じ経路を通行した他の人（先行、逆行）から最新の測位環境情報１４ｂを得ることが可能である。

位置補正手段１５は、リファレンス測位手段１１及びセンサー測位手段１２における測位データに基づいて、カルマンフィルター等を用いて補正を行い、測位装置１０を装着したユーザーの現在位置を算出する。

通信手段１８は、位置補正手段１５において補正を行い算出した、測位装置１０を装着したユーザーの現在位置を上位装置へ送信する。

＜測位装置における動作＞
次に、測位装置１０における動作について説明する。
図２は、測位装置１０を装着したユーザーの移動経路の例を示す地図である。同図におけるノード地点は、地図上の各経路が交差、合流、分岐する地点を示している。リンクは、各ノード地点を結ぶ経路を示している。ここで、同図に示すリンクＸ−Ａは屋外の経路であり、網掛けの部分にあるリンクＡ−Ｂ，Ａ−Ｃ，Ａ−Ｄは地下街ＵＧにおける経路を示している。本実施形態では、ユーザーがリンクＸ−Ａ経路を歩行により移動してノードＡ地点に到達し、その後、地下街ＵＧに下りてリンクＡ−Ｃ経路を移動する例について説明する。

図３は、測位装置１０における動作例を示すフローチャートである。同図に示すフローチャートの動作は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えた図示しない制御手段により実行される。
ここで、図３のスタート時点において、測位装置１０はユーザーの例えば腰辺りに装着されている。そして、ユーザーは、この測位装置１０を装着して図２に示すリンクＸ−Ａ経路をノードＡ地点へ向けて移動中の状態であるとする。

先ず、測位装置１０は、リファレンス測位手段１１及びセンサー測位手段１２により、測位装置１０の現在位置の測位処理を行う（ステップＳ１０）。ここでは、リンクＸ−Ａ経路は屋外であることから、ＧＰＳを利用した測位結果が適用されている。
そして、測位装置１０は、通信手段１８により、ＧＰＳの測位データに対して位置補正手段１５による補正の結果、即ち測位装置１０を装着したユーザーの現在位置の情報を外部装置へ出力する（ステップＳ２０）。

次に、測位装置１０は、ステップＳ１０において測位した測位装置１０の現在位置が図２に示すノードＡ地点に到達したか否かを判定する（ステップＳ３０）。測位装置１０の現在位置がノードＡ地点に到達したと判定された場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）は、次のステップＳ４０へ進む。
他方、測位装置１０の現在位置がノードＡ地点に到達していないと判定された場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）は、ステップＳ１０に戻り、ＧＰＳによる測位を継続する。つまり、ユーザーがリンクＸ−Ａ経路を移動中の間、ＧＰＳによる測位及び測位結果の出力が継続されることになる。
なお、測位装置１０の現在位置がノード地点に到達したか否かの判定は、厳密にノード地点に到達したか否かを判定するのではなく、ノード地点の近辺に到達したか否かを判定することでも良い。

次に、測位装置１０は、記憶部１３に記憶されている推定ゲイン情報１４を取得する（ステップＳ４０）。
図４は、ノードＡ地点において取得する推定ゲイン情報１４の例を示す図である。同図に示す表では、各ノード地点及び各リンク経路における各測位機器（ＲＦＩＤ、ＧＰＳ、Ｗｉｆｉ、・・・）のゲイン情報の識別と、経路情報（ＭＡＰ）及び移動履歴情報の識別とが示されている。

各ノード地点及び各リンク経路におけるゲイン情報は、各測位機器について、位置情報信号の受信環境の信頼性評価、又はセンシング環境の信頼性評価を示している。例えば、ＧＰＳの場合、屋内などマルチパスの影響が大きい場所では信頼性評価が低下する。また、地磁気センサーの場合、金属構造物内などでは地磁気の乱れのために信頼性評価が低下する。

各ノード地点及び各リンク経路における経路情報（ＭＡＰ）は、例えばノードＡ地点における識別Ｍ（Ａ）では、ノードＡ地点から３方向に分岐している情報を含んでいる。また、移動履歴情報は、例えばノードＡ地点における識別Ｒ（Ａ）では、例えばユーザーが過去にノードＡ地点からリンクＡ−Ｃの経路に移動したことを示す情報を履歴として保存している。この移動履歴情報は、ユーザーの現在位置を算出する際に、ユーザーが選択したリンク経路を推定する情報の一部として利用することができる。なお、ここで、移動履歴情報に対してユーザー固有の情報を重み付けして用いても良い。また、移動履歴情報として、各リンク経路での移動速度の比較が行える情報を付加して、ユーザーが選択したリンク経路を推定できるようにしても良い。

次に、測位装置１０は、通信手段１８により、ＲＦＩＤの測位データに対して位置補正手段１５による補正の結果、即ち測位装置１０を装着したユーザーの現在位置の情報を外部装置へ出力する（ステップＳ５０）。ここで、測位装置１０は、ステップＳ４０において取得した推定ゲイン情報１４に基づいて、ノードＡ地点ではＲＦＩＤによる測位結果が最も正確で信頼性評価が高いと判断したことで、ＲＦＩＤを利用した測位結果を選択している。

次に、測位装置１０は、ステップＳ４０において取得した推定ゲイン情報１４に基づいて、加速度センサー、ジャイロセンサー、気圧センサー及び地磁気センサーの初期値を補正する（ステップＳ６０）。ここでは、各種センサーに対して、推定ゲイン情報１４を用いて、測位装置１０についての電圧、温度、姿勢等の環境状態に応じた初期値補正を行うことになる。

次に、測位装置１０は、リファレンス測位手段１１及びセンサー測位手段１２により、測位装置１０の現在位置の測位処理を行う（ステップＳ７０）。
そして、測位装置１０は、通信手段１８により、自律航法による測位データに対して位置補正手段１５による補正の結果、即ち測位装置１０を装着したユーザーの現在位置の情報を外部装置へ出力する（ステップＳ８０）。

ここで、測位装置１０は、ステップＳ４０において取得した推定ゲイン情報１４に基づいて、ノードＡ地点では各種センサーの計測データから算出した自律航法による測位結果が最も信頼性評価が高いと判断したことで、自律航法による測位結果を選択している。更に、本実施形態では、この自律航法の結果に加えて推定ゲイン情報１４の移動履歴情報を参照することで、ユーザーがリンクＡ−Ｃ経路をノードＣ地点に向けて移動中であると判断する。

次に、測位装置１０は、ステップＳ７０において測位した測位装置１０の現在位置がノードＣ地点に到達したか否かを判定する（ステップＳ９０）。測位装置１０の現在位置がノードＣ地点に到達したと判定された場合（ステップＳ９０：Ｙｅｓ）は、処理を終了する。その後は、ノードＣ地点における推定ゲイン情報１４を取得して測位処理等を繰り返して行う。

ここで、ノードＣ地点に到達したとき、各種センサーの電圧、温度、携帯姿勢等による誤差補償演算も行われ、得られた情報は、ノードＣ地点からの移動位置推定に活用される。ノードＣ地点への接近にあたり、ノードＣ地点での推定ゲイン情報１４を用いての各種センサーへの電力供給制御も可能となる。具体的にノードＣ地点では、ＲＦＩＤ、ＧＰＳ、Ｗｉｆｉからの位置誤差が少ないことが判るので、それらの回路、演算制御が最適化され、ノードＣ地点への到達時には、ＧＰＳによる測位により正確（約２ｍ）な位置情報が得られ、リンクＡ−Ｃ経路で位置推測して得た位置情報、ゲイン情報の校正が可能となる。このとき、リンクＡ−Ｃ経路で用いた推定ゲイン情報１４に対してのバックフォワードフィードバックを行い、それらの値をより最適化することができる。

他方、測位装置１０の現在位置がノードＣ地点に到達していないと判定された場合（ステップＳ９０：Ｎｏ）は、ステップＳ７０に戻り、自律航法による測位を継続する。つまり、ユーザーがリンクＡ−Ｃの経路を移動中の間、自律航法による測位及び測位結果の出力が継続されることになる。

上記したように、本実施形態では、各ノード地点及び各リンク経路における過去の測位環境を示す推定ゲイン情報１４に基づいて、外部から位置情報信号を取得する方法を選択し、且つ自律航法において利用するセンサーの種類を選択している。
これにより、例えば、ＧＰＳの場合、推定ゲイン情報１４を参照することにより、地下街ＵＧではＧＰＳによる測位の信頼性評価が低く精度良い情報が得られないと判断できる。そして、ＧＰＳセンサー及び演算間隔を適度に制御することによって低消費電力化が実現できる。なお、ここで、地下街ＵＧであってもＩＭＥＳ（Indoor Messaging System）等を用いることにより、信頼性評価が高い屋内測位を行うこともできる。

また、Ｗｉｆｉについても、基地局の設置状況によって大きく変わる誤差の情報が、推定ゲイン情報１４を参照することで得ることができ、Ｗｉｆｉを有効に活用することができる。また、このとき、Ｗｉｆｉ信号が使えないことが推定ゲイン情報１４から明確であれば、Ｗｉｆｉ受信回路を使わないように制御することもできる。
また、地下街ＵＧに設置されたＬＥＤ照明から位置情報信号を受信できる環境である場合、ＬＥＤについての推定ゲイン情報１４から信頼性評価が高い（数ｍの誤差）ことを示す情報が得られ、ＬＥＤ情報受信回路について適正な制御を行うことができる。

また、地磁気センサー、気圧センサー等、環境による誤差が非常に大きいセンサーについても、推定ゲイン情報１４を参照してその有効性を判断して活用することができる。例えば、地磁気センサーについて、推定ゲイン情報１４のリンクＡ−Ｃ経路において通常（外乱物が少なく信頼性評価が高い）であるとの情報が得られた場合、その計測データを活用することができる。一方、気圧センサーについて、誤差大（地下街での密封状態により信頼性評価が低い）であるとの情報が得られた場合、その計測データの位置演算への寄与を少なくすることができる。

このように、各ノード地点及び各リンク経路に対応した推定ゲイン情報１４を得ることで、ユーザーが位置する環境に応じた測位方法を選択することができる。これにより、様々な環境下で測位を行う際に、過去に経験した測位環境に応じて、より高い精度で測位を行うことができる。また、各センサーを最適な状況で作動させることができるので、低消費電力化が可能となり、測位装置１０の小型化も実現することができる。

（変形例）
上記した測位装置１０からの位置情報を、例えば、ＰＣ（Personal Computer）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子ペーパー等の表示装置に転送することにより、位置案内の機能を備えた電子機器として適用することができる。

また、例えば、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）を使用したＥｄｙ（登録商標）やＳｕｉｃａ（登録商標）等を収容するためのカードケースに、上記の測位装置１０を組み込むようにしても良い。これにより、ユーザーが、当該カードケースを例えば駅や街中等に設置されているリーダー／ライター装置にかざすことにより、位置情報信号を受信して正確な現在位置を取得することができる。また、カードケースに表示装置を備えることで位置案内用の端末装置にすることができる。

１０…測位装置、１１…リファレンス測位手段、１２…センサー測位手段、１３…記憶部、１４…推定ゲイン情報、１４ａ…経路情報、１４ｂ…測位環境情報、１４ｃ…移動履歴情報、１５…位置補正手段、１８…通信手段。

Claims

位置情報信号を受信して現在位置を測位する第１の測位手段と、
自律航法により現在位置を測位する第２の測位手段と、
前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段において測位したときの測位環境を示す測位環境情報を記憶する記憶部と、を有し、
前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段は、前記記憶部に記憶されている前記測位環境情報に基づいて現在位置を測位することを特徴とする測位装置。
前記測位環境情報は、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段において測位したときの経路上のノード及びリンクの少なくともいずれかにおける情報であることを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
前記測位環境情報に基づいて、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段への電力供給を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の測位装置。
前記記憶部は、前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段において測位したときの経路上の移動履歴を示す移動履歴情報を更に記憶し、
前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段は、前記記憶部に記憶されている前記移動履歴情報に基づいて現在位置を測位することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の測位装置。
前記第２の測位手段は、加速度センサー、角速度センサー、気圧センサー及び地磁気センサーの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の測位装置。
位置情報信号を受信して現在位置を測位する第１の測位手段と、
自律航法により現在位置を測位する第２の測位手段と、を有し、
前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段において測位したときの測位環境を示す測位環境情報を記憶し、
前記第１の測位手段及び前記第２の測位手段は、前記記憶されている前記測位環境情報に基づいて現在位置を測位することを特徴とする測位方法。