JP2016045127A - ビーコンを用いた測位システム - Google Patents

Abstract

【課題】大幅に向上した測位精度を得、装置構成が簡単な、ビーコンを用いた測位システムを提供する。【解決手段】識別情報を含むビーコン信号を発信する複数のビーコン装置１１と、ビーコン装置の設置位置情報を記憶している専用サーバ１２と、専用サーバに接続可能で、一次測位手段及び二次測位手段を有する携帯端末１０とを備える。一次測位手段は、複数のビーコン信号をほぼ同時に受信し、専用サーバから設置位置情報を取得するビーコン位置取得手段４１と、ビーコン信号の強度から携帯端末及びビーコン装置間の距離を算出する距離算出手段４２と、複数のビーコン装置の設置位置情報及び距離から携帯端末の一次位置を算出する第１の位置算出手段４３とを備える。二次測位手段は、空間の径路をノード及びリンクからなるネットワークで表現した空間ネットワークデータによって、一次測位手段の算出した一次位置を補正する第２の位置算出手段４５を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、複数のビーコン装置を用いて携帯端末の現在地を測位するビーコンを用いた測位システムに関する。

以下、本明細書において、「携帯端末」とは、スマートフォン、モービルフォン、携帯タブレット、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯型ナビゲーション装置、携帯パソコン、その他小型の携帯可能なコンピュータ、移動端末、及び携帯電話機等を指称するものとする。

複数のビーコン装置を用いて携帯端末の現在地を測位する技術については、既に提案されている（例えば、特許文献１、２及び３）。

特許文献１には、ビーコンを送出する複数のビーコン装置と、電波識別を用いて既格納された情報を送信する電波識別タグと、移動中に複数のビーコン装置から受信した複数のビーコンを用いて現在位置を計算し、電波識別を用いて電波識別タグから情報を受信する電波識別リーダとを含む、位置を測定する電波識別システムが記載されている。この電波識別システムによれば、移動する電波識別リーダの位置を測定することができ、電波環境を考慮して電波識別リーダの位置を測定するので、位置測定の正確度を上げることができる。

特許文献２には、測位システム及び制御方法として、複数のビーコン送信機が測位空間内にほぼ等密度で分布して配備され自機のＩＤ（識別子）を含むビーコンを周囲へ発射し、移動局無線機のビーコン受信機が、近辺のビーコン送信機からのビーコンを受信して、その電界強度を測定し、基地局では、移動局無線機からビーコン情報を受信し、ビーコン送信位置情報テーブルを参照して、ビーコン送信位置を求め、さらに、各ビーコンについて送信位置と移動局無線機における電波強度の比とに基づき移動局無線機の現在位置を算出することが開示されている。

特許文献３には、位置推定方法として、無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）の基地局がその基地局の存在を周囲に報知するためのビーコンを一定周期（例えば、５回／秒）で送信し、無線端末がかかるビーコンの信号強度を位置推定装置に送信し、位置推定装置がこの信号強度と事前に登録されている無線ＬＡＮの基地局の位置とに基づいて無線端末の位置を推定することが開示されている。

特表２０１０−５３１９７３号公報 特開２０１１−０１７６８４号公報 特許第４８４０３９５号公報

これら従来の測位システムによれば、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）の使用が困難な屋内、建造物内及び地下街において、携帯端末の現在地測位が可能であるが、その測位精度は非常に低く、５ｍ程度の誤差が発生していた。このため、屋内、建物内及び地下街において、複数のビーコン装置を用いた従来の測位システムを誘導サービスに適用することが難しかった。特に、将来的に使用する可能性があるスマートグラスを用いた誘導サービスに適用することは全く不可能であった。

従って本発明の目的は、屋内、建造物内、地下街若しくはＧＰＳを使用できないその他の領域において使用可能であり、大幅に向上した測位精度を得ることができる、ビーコンを用いた測位システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、屋内、建造物内、地下街若しくはＧＰＳを使用できないその他の領域において使用可能であり、装置構成が簡単である、ビーコンを用いた測位システムを提供することにある。

本発明のビーコンを用いた測位システムは、既知の位置に設置されており、それぞれの識別情報を含むビーコン信号を発信する複数のビーコン装置と、複数のビーコン装置の設置位置情報を記憶している専用サーバと、この専用サーバに通信回線を介して接続可能であり、一次測位手段及び二次測位手段を有する携帯端末とを備えている。一次測位手段は、複数のビーコン装置からのビーコン信号をほぼ同時に受信し、受信したビーコン信号に含まれている識別情報に基づいて専用サーバから複数のビーコン装置の設置位置情報を取得するビーコン位置取得手段と、受信したビーコン信号の強度から携帯端末及び複数のビーコン装置間の距離を算出する距離算出手段と、ビーコン位置取得手段の取得した複数のビーコン装置の設置位置情報及び距離算出手段の算出した距離から携帯端末の一次位置を算出する第１の位置算出手段とを備えている。二次測位手段は、空間の径路をノード及びリンクからなるネットワークで表現した空間ネットワークデータによって、一次測位手段の算出した一次位置を補正し、経路上に位置する二次位置を算出する第２の位置算出手段を備えている。

複数のビーコン装置の設置位置情報を取得すると共に複数のビーコン装置との距離をほぼ同時に取得することによって多点測位することにより、携帯端末の一次位置（緯度、経度・高度）を測位（一次測位）している。この一次測位のままでは、測位精度が低く、屋外で提供されているスマートグラス等のサービスに利用することが難しいため、本発明では、一次測位で取得した一次位置を、ノード及びリンクからなるネットワークであらかじめ作成されている空間ネットワークデータを用いて補正（二次測位）し、経路上に位置する二次位置を求めている。この二次測位を行うことにより、測位精度が大幅に向上する。しかも、空間ネットワークデータによる補正であるため、二次測位のための装置構成が簡単となる。もちろん、ＧＰＳを使用できない屋内、建造物内、地下街若しくはＧＰＳを使用できないその他の領域において使用可能である。

二次測位手段の第２の位置算出手段は、空間ネットワークデータから一次位置に最も近接したリンクデータを取得し、取得したリンクデータ上の一次位置に最も近い位置を携帯端末の二次位置とするように構成されていることが好ましい。

この場合、第２の位置算出手段は、一次位置から、取得したリンクデータの直線に降ろした垂線の足を携帯端末の二次位置とするように構成されていることがより好ましい。

この場合、第２の位置算出手段は、取得したリンクデータの直線をａＸ＋ｂＹ＋ｃ＝０と表し（ただし、ａ、ｂ及びｃは定数）、この直線上の１つのノードをＨ（Ｘｈ,Ｙｈ）とすると、
Ｘｐ＝Ｘｈ−ａ（ａＸｈ＋ｂＹｈ＋ｃ）／（ａ^２＋ｂ^２）、
Ｙｐ＝Ｙｈ−ａ（ａＸｈ＋ｂＹｈ＋ｃ）／（ａ^２＋ｂ^２）
で表される点Ｐ(Ｘｐ,Ｙｐ)を二次位置とするように構成されていることがより好ましい。

二次測位手段は、空間ネットワークデータを専用サーバから取得するネットワークデータ取得手段をさらに備えていることも好ましい。

一次測位手段の距離算出手段は、ｄａ、ｄｂ及びｄｃを携帯端末と第１、第２及び第３のビーコン装置との間の距離、ＲＳＳＩａ、ＲＳＳＩｂ及びＲＳＳＩｃを第１、第２及び第３のビーコン装置から受信したビーコン信号の電界強度、ｎを係数、Ｉを１ｍの距離における電界強度とすると、
から距離ｄａ、ｄｂ及びｄｃを算出するように構成されていることも好ましい。

一次測位手段の第１の位置算出手段は、Ａ(ｘａ,ｙａ)、Ｂ(ｘｂ,ｙｂ)及びＣ(ｘｃ,ｙｃ)を第１、第２及び第３のビーコン装置の位置、Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）を携帯端末の位置、ｄａ′を第１及び第２のビーコン装置を結ぶ直線上に携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足と第１のビーコン装置の位置Ａ(ｘａ,ｙａ)との距離、ｄｂ′を第１及び第２のビーコン装置を結ぶ直線上に携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足と第２のビーコン装置の位置Ｂ(ｘｂ,ｙｂ)との距離、ｄａ″を第１及び第３のビーコン装置を結ぶ直線上に携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足と第１のビーコン装置の位置Ａ(ｘａ,ｙａ)との距離、ｄｃ″を第１及び第３のビーコン装置を結ぶ直線上に携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足と第３のビーコン装置の位置Ｃ(ｘｃ,ｙｃ)との距離とすると、
Ｙｏ＝−（ｘｂ−ｘａ）／（ｙｂ−ｙａ）｛Ｘｏ−α（ｘｂ−ｘａ）−ｘａ｝
＋α（ｙｂ−ｙａ）＋ｙａ、
Ｙｏ＝−（ｘｃ−ｘａ）／（ｙｃ−ｙａ）｛Ｘｏ−β（ｘｃ−ｘａ）−ｘａ｝
＋β（ｙｃ−ｙａ）＋ｙａ、
α＝ｄａ′／（ｄａ′＋ｄｂ′）、
β＝ｄａ″／（ｄａ″＋ｄｃ″）
から、携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）を算出するように構成されていることも好ましい。

本発明によれば、二次測位を行うことにより、測位精度が大幅に向上する。しかも、空間ネットワークデータによる補正であるため、二次測位のための装置構成が簡単となる。もちろん、ＧＰＳを使用できない屋内、建造物内及び地下街において使用可能である。

本発明のビーコンを用いた測位システムの一実施形態における全体のシステム構成を概略的に示すブロック図である。 図１のビーコンを用いた測位システムにおけるスマートフォンの構成を概略的に示すブロック図である。 図１のビーコンを用いた測位システムにおけるスマートフォンのアプリケーションの処理フローを概略的に示すフローチャートである。 スマートフォンのアプリケーションを実施することにより構築されるシステム構成を概略的に示すブロック図である。 スマートフォンのアプリケーションの一次測位における距離算出の概念を説明する図である。 スマートフォンのアプリケーションの一次測位における一次位置算出の概念を説明する図である。 スマートフォンのアプリケーションの一次測位及び二次測位を説明する図である。 スマートフォンのアプリケーションの二次測位における二次位置算出の概念を説明する図である。

図１は本発明のビーコンを用いた測位システムの一実施形態における全体のシステム構成を概略的に示している。本実施形態は、ＧＰＳの使用が困難な屋内においてスマートフォンの現在位置を正確に測位してその画面に表示するシステムである。本発明のシステムは、屋内の他に建造物内、地下街若しくはＧＰＳを使用できないその他の領域であっても同様に適用可能である。

同図において、１０は複数のビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃが設置されている屋内１３内に位置する携帯端末の一例であるスマートフォン、１１ａ、１１ｂ及び１１ｃは複数（この場合は３つ）のビーコン装置、１２はスマートフォン１０が通信回線を介して接続可能となっている専用サーバをそれぞれ示している。

なお、本実施形態では、説明を簡略化するために３つのビーコン装置を記載しているが、実際の測位システムでは、図７にも示すように、これより多くのビーコン装置が設けられている。また、携帯端末の一例として、本実施形態ではスマートフォンを用いているが、スマートフォンに代えてモービルフォン、個人情報端末、携帯タブレット、ＰＤＡ、携帯型ナビゲーション装置、携帯パソコン、その他小型の携帯可能なコンピュータ、又は携帯電話機等を用いても良い。

図２は本実施形態におけるスマートフォン１０の構成を概略的に示している。スマートフォン１０は、ハードウェア上は、マルチコア及びキャッシュを含むＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）、ＧＰＵ(グラフィックプロセッシングユニット)、メモリコントローラ、周辺デバイスコントローラ、及びディスプレイコントローラを一般的に有するアプリケーションプロセッサ１０ａと、アプリケーションプロセッサ１０ａに接続されており、メインメモリを構成しているＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリ）１０ｂと、アプリケーションプロセッサ１０ａに接続されており、ＯＳ（オペレーションシステム）やアプリケーションプログラムが格納されているフラッシュメモリ１０ｃと、アプリケーションプロセッサ１０ａに接続されているベースバンドプロセッサ１０ｄと、ベースバンドプロセッサ１０ｄに接続されており、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃからのビーコン信号を受信可能であると共に専用サーバ１２に通信回線を介して接続可能な無線部１０ｅと、無線部１０ｅに接続されているアンテナ１０ｆと、アプリケーションプロセッサ１０ａ及びベースバンドプロセッサ１０ｄに接続されている電源・オーディオ用ＬＳＩ（半導体集積回路）チップ１０ｇと、電源・オーディオ用ＬＳＩチップ１０ｇに接続されているバッテリ１０ｈと、電源・オーディオ用ＬＳＩチップ１０ｇに接続されているスピーカ１０ｉと、アプリケーションプロセッサ１０ａに接続されているタッチパネル式のディスプレイ１０ｊと、アプリケーションプロセッサ１０ａに接続されているＧＰＳチップ１０ｋと、アプリケーションプロセッサ１０ａに接続されている、例えばカメラ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ「ブルートゥース」（登録商標）及びセンサ類等からなる周辺デバイス１０ｌとを備えている。

アプリケーションプロセッサ１０ａに設けられているＣＰＵは、ＯＳやブートプログラム等の基本プログラムに従ってフラッシュメモリ１０ｃに記憶されているアプリケーションプログラムを実行して本実施形態の処理を行うように構成されている。また、ＣＰＵは、このアプリケーションプロセッサ１０ａの動作を制御するように構成されている。

ＤＲＡＭ１０ｂはメインメモリとして使用され、フラッシュメモリ１０ｃから転送されたプログラムやデータを一時的に保存するように構成されている。また、このＤＲＡＭ１０ｂは、プログラム実行時の各種データが一時的に保存されるワークエリアとしても使用される。後述するように、ＣＰＵのキャッシュも同じ目的で使用される。

このような構成のスマートフォン１０において、アプリケーションプロセッサ１０ａは、プログラム起動時は、まず、ＤＲＡＭ１０ｄ内にプログラム記憶領域、データ記憶領域及びワークエリアを確保し、フラッシュメモリ１０ｃからプログラム及びデータを取り込んで、プログラム記憶領域及びデータ記憶領域に格納する。次いで、このプログラム記憶領域に格納されたプログラムに基づいてアプリケーション処理を実行する。なお、アプリケーションプロセッサ１０ａがフラッシュメモリ１０ｃからプログラム及びデータを直接的に取り込んで、このプログラムに基づいてアプリケーション処理を実行しても良い。

ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃは、室内１３の互いに異なる位置に固定配置されており、あらかじめ付与されたそれぞれの識別情報である識別ＩＤをパケットデータの一部に含む無線信号であるビーコン信号を発信するように構成されている。これらビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃから発信されるビーコン信号は、互いに等しい送信出力及び互いに等しい周波数を有している。ビーコン信号は、基本的には相互に非同期であるが、隣接するビーコン装置からのビーコン信号の重複を避けるため、隣接するビーコン装置からの送信間隔（前のビーコン信号の送信開始から次のビーコン信号の送信開始までの時間）をビーコンの送信時間以上ずらした間隔に設定することが望ましい。また、２次元の測位（一次測位）の場合、室内１３内において、少なくとも２つのビーコン装置からのビーコン信号がスマートフォン１０によって受信できるように配置及び構成されている。３次元の測位（一次測位）の場合は、少なくとも３つのビーコン装置からのビーコン信号がスマートフォン１０によって受信できるように配置及び構成されている。

専用サーバ１２は、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃにそれぞれ付与した識別ＩＤに対応してこれらビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃの設置位置情報をそのＤＢ（データベース）内にテーブルとして記憶している。設置位置情報は、例えば緯度及び経度で表される。また、専用サーバ１２は、この屋内１３の各施設や通路の配置図データと、後述する空間ネットワークデータとをＤＢに記憶している。

図３は本実施形態におけるスマートフォン１０のアプリケーションの処理フローを概略的に示している。同図に示すように、アプリケーションが開始されると、スマートフォン１０のアプリケーションプロセッサ１０ａは、アンテナ１０ｆ及び無線部１０ｅを介して、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃからのビーコン信号をほぼ同時に受信する（ステップＳ１）。この場合、厳密に同時ではなく、各ビーコン装置からの送信間隔分だけずれて、ほぼ同時にビーコン信号を受信する。

次いで、アプリケーションプロセッサ１０ａは、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃから受信したビーコン信号に含まれているビーコン装置の識別ＩＤを通信回線を介して専用サーバ１２に送信し、専用サーバ１２に識別ＩＤに対応して記憶されている例えば緯度及び経度で表されるビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃの設置位置情報をこの専用サーバ１２から取得する（ステップＳ２）。

次いで、アプリケーションプロセッサ１０ａは、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃから受信したビーコン信号の電界強度（受信電界強度ＲＳＳＩ）を測定し、測定したＲＳＳＩからビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃとスマートフォン１０との距離を算出する（ステップ３）。

この距離の算出は、以下のようにして行われる。図５はスマートフォンのアプリケーションの一次測位におけるこの距離算出の概念を説明している。同図に示すように、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃとスマートフォン１０との間の距離をｄａ、ｄｂ及びｄｃ、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃから受信したビーコン信号の電界強度をＲＳＳＩａ、ＲＳＳＩｂ及びＲＳＳＩｃ、係数をｎ、１ｍの距離における電界強度をＩとすると、距離ｄａ、ｄｂ及びｄｃは次式から算出される。

次いで、アプリケーションプロセッサ１０ａは、取得したビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃの設置位置情報と、算出した距離ｄａ、ｄｂ及びｄｃとからスマートフォン１０の位置（一次位置）を算出する（ステップＳ４）。

図６はこの一次位置算出の概念を説明している。同図に示すように、一次位置の算出は、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃ（第１、第２及び第３のビーコン装置）の位置をＡ(ｘａ,ｙａ)、Ｂ(ｘｂ,ｙｂ)及びＣ(ｘｃ,ｙｃ)、スマートフォン１０の位置をＯ（Ｘｏ,Ｙｏ）、ビーコン装置１１ａ及び１１ｂを結ぶ直線上にスマートフォン１０の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足とビーコン装置１１ａの位置Ａ(ｘａ,ｙａ)との距離をｄａ′、ビーコン装置１１ａ及び１１ｂを結ぶ直線上にスマートフォン１０の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足とビーコン装置１１ｂの位置Ｂ(ｘｂ,ｙｂ)との距離をｄｂ′、ビーコン装置１１ａ及び１１ｃを結ぶ直線上にスマートフォン１０の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足とビーコン装置１１ａの位置Ａ(ｘａ,ｙａ)との距離をｄａ″、ビーコン装置１１ａ及び１１ｃを結ぶ直線上にスマートフォン１０の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足とビーコン装置１１ｃの位置Ｃ(ｘｃ,ｙｃ)との距離をｄｃ″とすると、
Ｙｏ＝−（ｘｂ−ｘａ）／（ｙｂ−ｙａ）｛Ｘｏ−α（ｘｂ−ｘａ）−ｘａ｝
＋α（ｙｂ−ｙａ）＋ｙａ、
Ｙｏ＝−（ｘｃ−ｘａ）／（ｙｃ−ｙａ）｛Ｘｏ−β（ｘｃ−ｘａ）−ｘａ｝
＋β（ｙｃ−ｙａ）＋ｙａ、
α＝ｄａ′／（ｄａ′＋ｄｂ′）、
β＝ｄａ″／（ｄａ″＋ｄｃ″）
から、スマートフォン１０の一次位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）を算出する。

因みに、
α＝｛（ｘｂ−ｘａ）^２＋（ｙｂ−ｙａ）^２＋ｄａ^２−ｄｂ^２｝ｄａ／［｛（ｘｂ−ｘａ）^２＋（ｙｂ−ｙａ）^２＋ｄｂ^２−ｄａ^２｝ｄａ＋｛（ｘｂ−ｘａ）^２＋（ｙｂ−ｙａ）^２＋ｄａ^２−ｄｂ^２｝ｄａ］、
β＝｛（ｘｃ−ｘａ）^２＋（ｙｃ−ｙａ）^２＋ｄｃ^２−ｄａ^２｝ｄｃ／［｛（ｘｃ−ｘａ）^２＋（ｙｃ−ｙａ）^２＋ｄａ^２−ｄｃ^２｝ｄｃ＋｛（ｘｃ−ｘａ）^２＋（ｙｃ−ｙａ）^２＋ｄｃ^２−ｄａ^２｝ｄｃ］
であり、図６に示すγ、θ、ε及びδは、ｄａ′＝ｃｏｓγ×ｄａ、ｄｂ′＝ｃｏｓθ×ｄｂ、ｄａ″＝ｃｏｓε×ｄａ、ｄｂ″＝ｃｏｓδ×ｄｂで与えられる。

なお、一次位置は、上述した式を使用して算出することに限定されるものではなく、他の同様の機能を有する式を用いて算出しても良いことは明らかである。

図７は一次測位及び二次測位の概念を説明している。同図（Ａ）は、複数のビーコン装置７１ａ〜７１ｆからのビーコン信号を用いた一次測位によって得られるスマートフォン１０の一次位置７０を示している。ただし、一次測位におけるこのような施設（例えば店舗）や通路を表す地図画面は、スマートフォン１０の画面には実際には表示されない。

一次測位の後、アプリケーションプロセッサ１０ａは、屋内１３の各施設や通路に関する空間ネットワークデータをその屋内１３の地図データと共に専用サーバ１２から取得する（ステップＳ５）。この空間ネットワークデータとは、この場合は屋内空間の径路を、経路の変化点若しくは交点及び経路の端点を表すノードと、ノード間の結線であるリンクとからなるネットワークで表現したものである。ノードには緯度・経度・高度情報が、リンクにはノード情報や方向性、幅員などの情報が紐付いている。

図７（Ｂ）には、このような二次測位における空間ネットワークデータ７２が、各施設や通路に関する地図データと共に示されている。

アプリケーションプロセッサ１０ａは、次いで、図７（Ｂ）に示すように、このような空間ネットワークデータ７２を用いてスマートフォン１０の一次位置７０を補正し、その二次位置７０′を算出する（ステップＳ６）。

二次測位（補正）は、空間ネットワークデータ７２から一次位置７０に最も近接しているリンクデータを抜き出し、このリンクデータの直線上で一次位置７０に最も近い点（実際には、一次位置からリンクデータの直線に降ろした垂線の足）を二次位置７０′とする補正である。これにより、二次位置７０′は、常に空間ネットワークデータの経路上に位置することとなり、測位精度が大幅に向上する。

図８は空間ネットワークデータを用いたこのような二次測位における二次位置算出の概念を説明している。なお、スマートフォン１０の一次位置７０に最も近いリンク８２の抽出は、周知技術を用いて実施可能である。例えば、一次位置７０と空間ネットワークデータ７２の複数のリンクとの距離を概算して比較することにより、最も近いリンク８２を求めることができる。位置がＨ（Ｘｈ,Ｙｈ）であるノード８０と位置がＩ（Ｘｉ,Ｙｉ）であるノード８１とを結び、スマートフォン１０の一次位置７０（Ｏ(Ｘｏ,Ｙｏ)）に最も近いリンクＩＨ８２の直線をａＸ＋ｂＹ＋ｃ＝０と表すと（ただし、ａ、ｂ及びｃは定数）、一次位置７０（Ｏ(Ｘｏ,Ｙｏ)）に最も近い点（一次位置７０から降ろした垂線の足）Ｐ(Ｘｐ,Ｙｐ)は、
Ｘｐ＝Ｘｈ−ａ（ａＸｈ＋ｂＹｈ＋ｃ）／（ａ^２＋ｂ^２）、
Ｙｐ＝Ｙｈ−ａ（ａＸｈ＋ｂＹｈ＋ｃ）／（ａ^２＋ｂ^２）
で表され、この点Ｐ(Ｘｐ,Ｙｐ)がスマートフォン１０の一次位置７０を補正した二次位置７０′となる。図７（Ｂ）に示すように、この二次位置７０′は、必ず、経路上に乗っているため、測位精度が大きく向上することとなる。

なお、二次位置は、上述した式を使用して算出することに限定されるものではなく、他の同様の機能を有する式を用いて算出しても良いことは明らかである。

アプリケーションプロセッサ１０ａは、次いで、屋内１３の地図データと、スマートフォン１０のこの二次位置７０′とを、そのディスプレイ１０ｊ上に表示し（ステップＳ７）、このアプリケーションを終了する。

図４に示すように、このアプリケーションによって、スマートフォン１０には、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃからのビーコン信号をほぼ同時に受信するビーコン信号受信手段４０と、ビーコン信号に含まれているビーコン装置の識別ＩＤを専用サーバ１２に送信し、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃそれぞれの設置位置情報を取得する設置位置情報取得手段４１と、ビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃから受信したビーコン信号の電界強度ＲＳＳＩを測定し、測定したＲＳＳＩからビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃとスマートフォン１０との距離ｄａ、ｄｂ及びｄｃを算出する距離算出手段４２と、取得したビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃの設置位置情報と、算出した距離ｄａ、ｄｂ及びｄｃからスマートフォン１０の一次位置７０を算出する第１の位置算出手段４３と、空間ネットワークデータをその屋内１３の地図データと共に専用サーバ１２から取得する空間ネットワークデータ取得手段４４と、一次位置７０に最も近接しているリンクデータの直線上で一次位置７０からリンクデータの直線に降ろした垂線の足を二次位置７０′とする第２の位置算出手段４５と、屋内１３の地図データ及び二次位置７０′をディスプレイ１０ｊ上に表示させる表示制御手段４６とが構築される。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数のビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃの位置情報と、スマートフォン１０及び複数のビーコン装置１１ａ、１１ｂ及び１１ｃ間の距離とを取得して、多点測位することにより、スマートフォン１０の一次位置（緯度、経度・高度）を測位している（一次測位）。このようにビーコン装置を用いた測位は屋内における測位技術として有望であるが、この一次測位のままでは、測位精度が低く、屋外で提供されているスマートグラス等のサービスに利用することが難しい。そこで、本実施形態では、一次測位の結果を補正している（二次測位）。この二次測位は、一次測位で取得した現在地情報を、あらかじめ作成されている空間ネットワークデータを用いて補正するものである。具体的には、空間ネットワークデータから一次位置７０に最も近接しているリンクデータの直線上で一次位置７０からリンクデータの直線に降ろした垂線の足を二次位置７０′とする補正である。これにより、スマートフォン１０の位置は、常に空間ネットワークデータの経路上に位置することとなり、測位精度が大幅に向上する。しかも、空間ネットワークデータから一次位置に最も近接しているリンクデータを抜き出し、このリンクデータの直線上で一次位置に最も近い点を二次位置とする補正であるため、二次測位のための装置構成が簡単となる。

上述した実施形態は、ＧＰＳを使用できない屋内、建造物内、地下街若しくはＧＰＳを使用できないその他の領域において使用することを前提としているが、本発明のビーコンを用いた測位システムは、ＧＰＳを使用できる屋外においても適用可能であることはもちろんである。

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。

携帯端末を用いた屋内、建造物内、地下街若しくはＧＰＳを使用できないその他の領域、又は屋外における現在地表示及び誘導サービスに適用可能である。

１０ スマートフォン
１０ａ アプリケーションプロセッサ
１０ｂ ＤＲＡＭ
１０ｃ フラッシュメモリ
１０ｄ ベースバンドプロセッサ
１０ｅ 無線部
１０ｆ アンテナ
１０ｇ 電源・オーディオ用ＬＳＩチップ
１０ｈ バッテリ
１０ｉ スピーカ
１０ｊ タッチパネル式のディスプレイ
１０ｋ ＧＰＳチップ
１０ｌ 周辺デバイス
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、７１ａ〜７１ｆ ビーコン装置
１２ 専用サーバ
４０ ビーコン信号受信手段
４１ 設置位置情報取得手段
４２ 距離算出手段
４３ 第１の位置算出手段
４４ 空間ネットワークデータ取得手段
４５ 第２の位置算出手段
４６ 表示制御手段
７０ 一次位置
７０′ 二次位置
７２ 空間ネットワークデータ
８０、８１ ノード
８２ リンク
８３ 補正位置（二次位置）

Claims (7)

1. 既知の位置に設置されており、それぞれの識別情報を含むビーコン信号を発信する複数のビーコン装置と、前記複数のビーコン装置の設置位置情報を記憶している専用サーバと、該専用サーバに通信回線を介して接続可能であり、一次測位手段及び二次測位手段を有する携帯端末とを備えており、
   前記一次測位手段は、前記複数のビーコン装置からのビーコン信号をほぼ同時に受信し、受信したビーコン信号に含まれている識別情報に基づいて前記専用サーバから前記複数のビーコン装置の設置位置情報を取得するビーコン位置取得手段と、受信したビーコン信号の強度から当該携帯端末及び前記複数のビーコン装置間の距離を算出する距離算出手段と、前記ビーコン位置取得手段の取得した前記複数のビーコン装置の設置位置情報及び前記距離算出手段の算出した距離から当該携帯端末の一次位置を算出する第１の位置算出手段とを備えており、
   前記二次測位手段は、空間の径路をノード及びリンクからなるネットワークで表現した空間ネットワークデータによって、前記一次測位手段の算出した一次位置を補正し、前記経路上に位置する二次位置を算出する第２の位置算出手段を備えていることを特徴とするビーコンを用いた測位システム。
2. 前記二次測位手段の前記第２の位置算出手段は、前記空間ネットワークデータから前記一次位置に最も近接したリンクデータを取得し、該取得したリンクデータ上の前記一次位置に最も近い位置を当該携帯端末の二次位置とするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のビーコンを用いた測位システム。
3. 前記第２の位置算出手段は、前記一次位置から前記取得したリンクデータの直線に降ろした垂線の足を当該携帯端末の二次位置とするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のビーコンを用いた測位システム。
4. 前記第２の位置算出手段は、前記取得したリンクデータの直線をａＸ＋ｂＹ＋ｃ＝０と表し（ただし、ａ、ｂ及びｃは定数）、該直線上の１つのノードをＨ（Ｘｈ,Ｙｈ）とすると、
   Ｘｐ＝Ｘｈ−ａ（ａＸｈ＋ｂＹｈ＋ｃ）／（ａ^２＋ｂ^２）、
   Ｙｐ＝Ｙｈ−ａ（ａＸｈ＋ｂＹｈ＋ｃ）／（ａ^２＋ｂ^２）
   で表される点Ｐ(Ｘｐ,Ｙｐ)を二次位置とするように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のビーコンを用いた測位システム。
5. 前記二次測位手段は、前記空間ネットワークデータを前記専用サーバから取得するネットワークデータ取得手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のビーコンを用いた測位システム。
6. 前記一次測位手段の前記距離算出手段は、ｄａ、ｄｂ及びｄｃを前記携帯端末と第１、第２及び第３のビーコン装置との間の距離、ＲＳＳＩａ、ＲＳＳＩｂ及びＲＳＳＩｃを前記第１、第２及び第３のビーコン装置から受信したビーコン信号の電界強度、ｎを係数、Ｉを１ｍの距離における電界強度とすると、
   から距離ｄａ、ｄｂ及びｄｃを算出するように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のビーコンを用いた測位システム。
7. 前記一次測位手段の前記第１の位置算出手段は、Ａ(ｘａ,ｙａ)、Ｂ(ｘｂ,ｙｂ)及びＣ(ｘｃ,ｙｃ)を前記第１、第２及び第３のビーコン装置の位置、Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）を前記携帯端末の位置、ｄａ′を前記第１及び第２のビーコン装置を結ぶ直線上に前記携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足と前記第１のビーコン装置の位置Ａ(ｘａ,ｙａ)との距離、ｄｂ′を前記第１及び第２のビーコン装置を結ぶ直線上に前記携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足と前記第２のビーコン装置の位置Ｂ(ｘｂ,ｙｂ)との距離、ｄａ″を前記第１及び第３のビーコン装置を結ぶ直線上に前記携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足と前記第１のビーコン装置の位置Ａ(ｘａ,ｙａ)との距離、ｄｃ″を前記第１及び第３のビーコン装置を結ぶ直線上に前記携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）から降ろした垂線の足と前記第３のビーコン装置の位置Ｃ(ｘｃ,ｙｃ)との距離とすると、
   Ｙｏ＝−（ｘｂ−ｘａ）／（ｙｂ−ｙａ）｛Ｘｏ−α（ｘｂ−ｘａ）−ｘａ｝
   ＋α（ｙｂ−ｙａ）＋ｙａ、
   Ｙｏ＝−（ｘｃ−ｘａ）／（ｙｃ−ｙａ）｛Ｘｏ−β（ｘｃ−ｘａ）−ｘａ｝
   ＋β（ｙｃ−ｙａ）＋ｙａ、
   α＝ｄａ′／（ｄａ′＋ｄｂ′）、
   β＝ｄａ″／（ｄａ″＋ｄｃ″）
   から、前記携帯端末の位置Ｏ（Ｘｏ,Ｙｏ）を算出するように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のビーコンを用いた測位システム。