JP2011203129A

JP2011203129A - 位置推定システム及び位置推定方法

Info

Publication number: JP2011203129A
Application number: JP2010070967A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Inamura; 浩之稲村; Katsumi Kusama; 克実草間; Yasutaka Iida; 康隆飯田; Teruhisa Matsui; 照久松井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-10-13

Abstract

【課題】
従来の被測位対象の位置を推定するシステムでは、被測位対象と測位に利用する電波送受信機との間に電波伝送の障害物が存在した場合、無線端末との通信により電波当該障害物による電波伝搬環境変化の検出を行っていた。よって、無線特性パラメータが変化の検出精度が低くならざるを得なく、結果として、無線端末の位置の算出精度が低くなってしまっていた。
【解決手段】
本発明は、電波送受信機の間に電波伝送の障害物が存在する場合に、無線発受信部と無線端末との間の無線特性パラメータからではなく、無線発受信部間の無線信号通信により、電波伝搬環境の変化検出効果を高め、結果として、高精度の位置の推定を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波を送受信する無線端末を用いた位置推定システム及び位置推定方法に関する。

従来の被測位対象の位置推定システム及び位置推定方法として、屋外ではＧＰＳ（Global Positioning System）機能が一般的に利用されている。一方、屋内における位置測位方法や位置測位システムではＧＰＳに替えて無線ＬＡＮやＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）などの近距離無線を利用して位置測位を行っている。

このような、屋内の位置測位方法や位置測位システムでは、被測位対象である移動可能な無線端末と、固定設置された複数の無線基地局と、無線基地局に接続された位置測位装置から構成され、各無線基地局で測位した近距離無線の無線特性パラメータを用いて被測位対象の位置を算出、推定している。

例えば、無線特性パラメータとしては、無線端末から送られてきた電波の受信強度が利用されている。

測位した受信電波強度を電波の距離減衰特性曲線を用いて被測位端末と各基地局間の距離に換算し、少なくとも３つの換算距離から三辺測量の原理を用いて端末位置を算出するというものである（例えば、特許文献１参照）。

あるいは、予め既知の一の無線端末に対し複数の無線基地局でそれぞれ取得した受信電波強度を一組とし、同様に繰り返し多数の異なる位置にあった無線端末から得た複数組の結果を参照用テーブルとして記録する。測位時は測位した１組の受信電波強度と前記参照用テーブルとの比較から、一致する組に相当する位置を無線端末位置として推定する方法もある。

特開２００９−４７４８７号公報

このようなシステムにおいて、被測位対象である無線端末と基地局との間に例えば人や物体等の障害物が存在した場合、これらの障害物が電波の伝搬を阻害する等、電波伝搬環境に影響を与えるため正確な電波強度の測位ができず、位置の算出、特定精度が低くならざるをえなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、被測位対象を検出するための電波伝搬環境の異常（変化）を高精度に検出し、高精度の位置の推定を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の位置推定システムは、
無線信号を送受信する無線端末と、固定位置に設置された複数の無線発受信部と、前記無線発受信部で測位した前記無線端末からの無線信号の無線特性パラメータを用いて前記無線端末の位置を推定する位置推定部を含む構成の位置推定システムにおいて、
前記複数の無線発受信部間で無線信号の送受信から、各前記無線発受信部間の無線特性パラメータの変化を検知する変化検知手段と、
前記検出手段が検出した前記無線特性パラメータの変化により、電波伝搬環境の変化を検出する変化検出手段と、
を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の位置推定方法は
無線信号を送受信する無線端末と、固定設置された複数の無線発受信部と、前記無線発受信部で測位した前記無線端末からの無線信号の無線特性パラメータを用いて前記無線端末の位置を推定する位置推定方法において、
前記複数の無線発受信部間で無線信号の送受信から、各前記無線発受信部間の無線特性パラメータの変化を検知し、
前記検出した前記無線特性パラメータの変化により、電波伝搬環境の変化を検出すること、
を特徴とする。

本発明によれば、被測位対象を検出するための電波伝搬環境の異常を高精度に検出し、高精度の位置の推定を行うことができるようになる。

本発明の実施形態に係る位置推定システムの構成を示す図。本発明における無線パラメータのデータテーブルの一例を示す図。本発明の実施形態に係る位置推定システムの配置例を示す図。本発明の実施形態に係る位置推定システムの動作の一例を示す図。本発明の実施形態の動作を説明するためのフローチャート。

以下、本発明の実施態様について図１乃至図３を参照しながら説明する。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る位置推定システムの構成を示す図である。

図２は、本発明における無線パラメータのデータテーブルの一例を示す図である。

図３は、本発明の実施形態に係る位置推定システムの配置例を示す図である。

本実施形態の位置推定システム１は、図１に示すように、無線基地局２０ａ,…,２０ｎ、位置推定部３０、設置位置記憶部４０、無線パラメータ記憶部５０、パラメータ変化検出部６０、パラメータ変化記憶部７０から構成され、位置の検出対象である無線端末１０の位置を推定、検出する。

無線端末１０は、無線信号発信（送信）機能および無線信号受信機能をもつ。例えば、携帯電話や、車載器等がある。無線信号とは、電波（電磁波）等をいい、距離に応じて減衰する特性を持つ信号であれば、例えば、超音波に代替することも可能である。この無線端末１０が、測位エリア１００内にあるとき、位置推定が行われる。

測位エリア１００は、無線基地局２０ａ，…，２０ｎが配置されるエリアであり、位置推定システム１により位置推定が行われる対象エリアをいう。対象エリアは無線端末１０から発信される電波を無線基地局２０ａ，…，２０ｎが受信可能（認識可能）な強度で受信できる範囲内であればよく、図３に示すように、一定の形状の範囲内に区切っても良い。例えば、立体駐車場の各階の駐車フロアや病院内の一区画である。

無線基地局２０ａ,…,２０ｎは、無線信号受信機能をもつ無線受信部２１ａ，…，２１ｎおよび無線信号発信機能をもつ無線発信部２２ａ，…，２２ｎからなる。本実施形態では、所定の位置に固定されている。例えば、立体駐車場や病院の天井に備え付ける。無線基地局２０ａ,…,２０ｎの最初に固定された位置情報（例えば、緯度、経度、高度）は設置位置記憶部４０に記憶されている。最初に固定設置された位置情報（設置位置）とは、設置された際に登録される位置情報であり、後述する無線通信により推定される位置情報（推定位置）と区別する。

無線受信部２１ａ，…，２１ｎは、無線端末１０または自己以外の無線基地局からの無線信号を受信し受信した電波の強度を位置推定部３０、無線パラメータ記憶部５０へ出力する。自己以外とは、例えば無線基地局２０ａを自己とすると、その他の無線基地局２０ｂ，…，２０ｎの無線基地局をいう。つまり、同一の位置座標にある無線発信部２２ａからの電波の受信は行わず、行ってもそのデータを破棄する。

無線発信部２２ａ，…，２２ｎは、一定強度の無線信号を発信する。例えば、各無線発信部２２ａ，…，２２ｎがそれぞれの固有識別符号と同時に無線信号を発信する。固有識別符号とは、自己の発信した無線信号が他の無線受信部に受信された際にどの発信部から発信されたかを識別させる信号をいう。発信間隔としては、一の無線信号と他の無線信号が同時に発信されることがないように、予め設定された所定の間隔で発信する。無線信号の発信は、重複しないように発信タイミングが設定されている。

なお、後記する発信制御部８０によって発信のタイミングを制御された場合、固有識別符号が必要ない場合もある。発信制御部８０からの発信タイミングの通知によりどの無線発信部が発信したかを位置推定部３０に認識させれば、位置算出をすることができるためである。

位置推定部３０は、パラメータ変化記憶部に記憶された基地局情報を参照し、無線端末１０の位置推定に利用する無線基地局を選択する。また、無線端末１０が測位エリア１００内に存在するか否かを無線端末１０からの電波を受信したか否かにより検知する。

無線端末１０の位置推定の際には、予め取得された既知の位置に置かれた無線端末１０から各無線受信部での受信強度値を該当位置座標と対応づけて一組とし、複数の既知の位置の測位値をまとめた対応表を作成し、測位時に測位値と対応表の値を比較し近似する組の位置座標を該当座標として算出しても良い。

設置位置記憶部４０は、各無線基地局２０ａ，…，２０ｎの設置位置を記憶している。これらの設置位置を、無線端末の位置推定に利用させるため、位置推定部３０へ送出する。また、無線パラメータ記憶部５０または、パラメータ変化検出部６０へ設置位置情報を送出する。

無線パラメータ記憶部５０は、無線受信部２１ａ，…，２１ｎからの受信強度値を逐次記憶する。記憶する媒体として、半導体メモリ、磁気メモリ等の各種記憶媒体を利用することができる。記録方法として、図２に示すように、時刻と対応させて無線信号パラメータ、つまり無線信号の受信強度を記録する。他に無線信号パラメータを、設置位置記憶部４０に記憶される無線基地局２０ａ，…，２０ｎ（無線受信部２１ａ，…，２１ｎ、無線発信部２２ａ，…，２２ｎ）の位置情報と対応づけて記録しても良い。また、各無線基地局２０ａ，…，２０ｎがそれぞれ隣接する位置にある無線基地局からの受信信号強度情報のみを記録してもよい。

パラメータ変化検出部６０は、各無線基地局２０ａ，…，２０ｎごとの時系列の受信強度から変化を検出し、変化があった無線発信部の位置座標とともに位置推定部に通知する。パラメータ変化の検出方法は、例えば、各無線基地局２０ａ，…，２０ｎ間の受信強度が設置位置記憶部４０に記憶される設置位置からあらかじめ指定された範囲（閾値）を超えた場合とする方法がある。他には、各無線基地局２０ａ，…，２０ｎ間の最新の記録値と直前の記録値との変化量があらかじめ指定された値（閾値）を超えた場合としてもよい。もしくは、直前までのいくつかの記録値の平均値を算出し最新の記録値と比較した変化量があらかじめ指定された値（閾値）を超えた場合としてしてもよい。これらのパラメータ変化情報をパラメータ変化記憶部７０へ送出する。

パラメータ変化記憶部７０は、パラメータ変化検出部６０が検出したパラメータ変化情報、つまり位置推定部３０が位置推定に利用しない無線基地局を記憶させる。

無線信号のタイミングを制御する場合、発信制御部８０は、無線端末１０及び各無線発信部２２ａ，…，２２ｎの発信が重複されないように制御を行う。

無線受信部２１ａ，…，２１ｎは、発信制御部８０の各無線発信部２２ａ，…，２２ｎからの発信制御情報を元に、受信した電波が無線発信部２２ａ，…，２２ｎによるものか、無線端末によるものかを識別する。

例えば、発信制御部８０は、一つの無線発信部２２ａから無線信号が発信された場合には、同一時刻には、他の無線発信部２２ｂ，…，２２ｎからの無線信号が発信されないように制御を行う。発信制御部８０の位置推定システム１への装荷により、各無線発信部２２ａ，…，２２ｎによる発信を一括して制御することが可能となる。

次に、本発明の実施形態の動作について図４、図５を参照しながら説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る位置推定システムの動作の一例を示す図である。

図５は、本発明の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、測定対象となる無線端末が測定エリア１００内に存在するか否かを各無線基地局２０ａ，…，２０ｎによって無線端末１０からの発信信号があるかないかによって検出される（ステップＳ１０１）。

ここで、無線端末１０が測定エリア１００内に存在しなかった場合について述べる（ステップＳ１０１−ＮＯ）。例えば、図４に示すように、ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４間においては、各基地局間で相互に位置推定を行う。

各無線基地局２０ａ，…，２０ｎ間では、各無線受信部２１ａ，…，２１ｎ、無線発信部２２ａ，…，２２ｎが無線信号の受信・発信を行い、各無線基地局２０ａ，…，２０ｎ間の無線信号パラメータを取得する。取得した無線信号パラメータを無線パラメータ記憶部５０へ記憶させる。記憶させる形式としては、図２に記載するように時刻に対応させて記憶する。その他、設置位置記憶部４０に記憶される設置位置情報や過去の位置情報や、時間等の必要な情報を選択し、対応させて記憶してもよい。無線パラメータ５０に記憶された無線信号パラメータは、パラメータ変化検知部６０へ送出される（ステップＳ１０２）。

パラメータ変化検知部６０は、無線パラメータ５０から送られてきた無線信号パラメータから各無線基地局２０ａ，…，２０ｎごとの時系列の受信強度と設置位置記憶部４０に記憶された設置位置情報から一定以上の変化があるか否かを検出する。一定とは、閾値と同意であり、例えば１．０ｍといった数値である。この値は、予め設定される。精度を良くしたければ、０．５ｍ、と小さい値とすれば良いし、多少精度を落としても良い場合は、２．０ｍ、と大きい値にすることにより、障害物による電磁場環境の変化検出精度を調節する値である。（ステップＳ１０３）。

設置位置情報から一定以上の変化があった無線発信部つまり、無線端末１０の位置推定に利用しない無線基地局を当該変化情報とともにパラメータ変化記憶部７０へ送出する。（ステップＳ１０４）。

これら、無線端末１０の位置推定に利用しない無線基地局を設置位置パラメータの変化情報とともにパラメータ変化記憶部７０は、記録（登録）する（ステップＳ１０５）。

次に、無線端末１０が測定エリア１００内に存在する場合について述べる（ステップＳ１０１−ＮＯ）。例えば、図４に示すように、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５間においては、無線端末１０の位置推定を行う。

位置推定部３０は、設置位置記憶部４０の予め記録された位置と、パラメータ変化記憶部７０から送られてくる無線信号パラメータの変化があった基地局とを参照して、各無線基地局２０ａ，…，２０ｎを利用するか否かを選択する。利用しない無線基地局が複数の場合もある。

また、位置推定部３０は、設置位置記憶部４０の予め記録された位置と、パラメータ変化記憶部７０から送られてくる情報から、各無線基地局２０ａ，…，２０ｎに無線端末１０の位置を算出するために利用する優先度（尤度）を決定してもよい。例えば、無線信号パラメータの変化が大きい場合には、優先度を０．２、無線信号の変化があるが少ない場合には、０．８といった具合である。これら、設置位置パラメータの変化が大きい、小さいと判定する閾値は予め設定される。

位置推定部３０は、上記選択した基地局と無線端末１０の位置関係から三角測量等の原理を用いて位置推定を行う（ステップＳ１０８）。

ここで、一の無線信号パラメータを位置算出に利用しない場合の具体例を、図５を参照しながら説明する。

ステップＳ１０４でパラメータ変化検出部６０が各無線基地局２０ａ，…，２０ｎの位置を算出した際、２０ｅの位置が一定値の範囲外の２０ｅ´の位置にあると推定され、パラメータ変化記憶部７０に記憶されたとする。このような場合、無線基地局２０ｅで受信された無線パラメータや、無線基地局２０ｅから送られてくる無線信号から得られる情報を位置推定算出部３０は無線端末１０の位置推定に使わない。

よって、位置推定部３０は、無線基地局２０ｅを除いた無線基地局２０ａ，…，２０ｎが発信・受信する無線信号パラメータや座標等の位置情報から無線端末１０の位置を推定する。

また、優先度（尤度）を設定する場合においては、無線基地局２０ｅに関係する情報を優先度を低いものとして取り扱い、位置推定算出への依存度を減らす。

その後、無線端末１０に位置情報を送出して、備えつけの表示部に当該算出された位置情報を表示させても良いし、他の警備室等の監視室のモニターに表示させる等して利用することができる。

以上、詳述した本実施形態によれば、電波伝搬環境の変化をより正確に検出することができるようになる。なぜなら、無線基地局２０ａ，…，２０ｎの固定された設置位置を元にして伝搬環境の変化を検知するほうが、推定からしか求められない無線端末１０の位置から伝搬環境の変化を検知するよりも、正確な値が得られる可能性が高いからである。

また、環境変化により信頼度の低下した測定値を除外または優先度を低くすることで被測位対象の位置推定精度の劣化を低減することができる。

なお、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態を適宜設計変更することが可能であり、必要に応じて実施形態を適宜組み合わせても良い。

１ … 位置推定システム
１０ … 無線端末
１００… 測定エリア
２０ａ，…，２１ｎ … 無線基地局
２１ａ，…，２１ｎ … 無線受信部
２２ａ，…，２２ｎ … 無線発信部
３０ … 位置推定部
４０ … 設置位置記憶部
５０ … 無線パラメータ記憶部
６０ … パラメータ変化検出部
７０ … パラメータ変化記憶部
８０ … 発信制御部

Claims

無線信号を送受信する無線端末と、固定位置に設置された複数の無線発受信部と、前記無線発受信部で測位した前記無線端末からの無線信号の無線特性パラメータを用いて前記無線端末の位置を推定する位置推定部を含む構成の位置推定システムにおいて、
前記複数の無線発受信部間で無線信号の送受信から、各前記無線発受信部間の無線特性パラメータの変化を検知する変化検知手段と、
前記検出手段が検出した前記無線特性パラメータの変化により、電波伝搬環境の変化を検出する変化検出手段と、
を備えることを特徴とする位置推定システム。
前記位置推定部は、
前記変化検出手段が所定の閾値以上の無線特性パラメータの変化を検出した場合に当該無線発受信部と前記無線端末間の無線特性パラメータを除く無線特性パラメータから前記無線端末の位置推定を行うこと、
を特徴とする請求項１に記載する位置推定システム。
前記位置推定部は、
前記変化検出手段が検出した無線特性パラメータの変化から、位置推定に利用する各前記無線発受信部間の無線特性パラメータの精度を判定する精度判定手段と、
前記精度判定手段の無線特性パラメータの精度判定に基づき精度の高いと判定された無線発受信部間の無線特性パラメータを優先利用して前記無線端末の位置推定に用いる位置推定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載する位置推定システム。
無線信号を送受信する無線端末と、固定設置された複数の無線発受信部と、前記無線発受信部で測位した前記無線端末からの無線信号の無線特性パラメータを用いて前記無線端末の位置を推定する位置推定方法において、
前記複数の無線発受信部間で無線信号の送受信から、各前記無線発受信部間の無線特性パラメータの変化を検知し、
前記検出した前記無線特性パラメータの変化により、電波伝搬環境の変化を検出すること、
を特徴とする位置推定方法。
前記位置推定方法は、閾値以上の無線特性パラメータの変化を検出した場合に該無線発受信部間または該無線発受信部と前記無線端末の無線特性パラメータを前記無線端末以外の無線特性パラメータから位置推定を行うこと、
を特徴とする請求項４に記載する位置推定方法。
前記位置推定方法は、無線特性パラメータの精度判定に基づき精度の高いと判定された無線発受信部間の無線特性パラメータを優先利用して前記被測位対象の位置推定に用いること、
を特徴とする請求項４に記載する位置推定方法。