JP2016048205A - 電波発信機測位システム、電波発信機測位装置および電波発信機測位方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】受信機DB106は、各受信機120の位置の3次元座標を含む受信機情報を格納する。測位処理部101は、各受信機120で受信した電波強度に基づいて各受信機120と発信機110の観測距離を求める。そして、測位処理部101は、求められた観測距離と、受信機DB106に格納されている受信機情報に含まれる各受信機120の位置の3次元座標とに基づいて発信機110の位置の3次元座標を求める。
【選択図】図1
Description
移動する発信機から発信される電波を複数の受信機で受信し、当該各受信機で受信した電波強度から前記発信機の位置を求める電波発信機測位システムであって、
前記各受信機の位置の3次元座標を含む受信機情報が格納された受信機テーブルと、
前記各受信機で受信した電波強度に基づいて前記各受信機と前記発信機の観測距離を求める観測距離算出手段と、
前記観測距離算出手段によって求められた観測距離と、前記受信機テーブルに格納されている受信機情報に含まれる各受信機の位置の3次元座標とに基づいて前記発信機の位置の3次元座標を求める発信機位置推定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記発信機の既知の高さを含む発信機情報が格納された発信機テーブルを備え、
前記発信機位置推定手段が、前記発信機テーブルに格納されている発信機情報に含まれる発信機の既知の高さを、前記発信機の位置の3次元座標の座標値の一つである高さとして、または当該高さの初期値として、他の2つの座標値を求める、
ことを特徴とする。
一定期間に測位対象とする発信機の信号を受信した前記受信機の数が3個以上であることを特徴とする。
上述した電波発信機測位システムで用いられる電波発信機測位装置であって、
前記各受信機の位置の3次元座標を含む受信機情報が格納された受信機テーブルと、
前記各受信機で受信した電波強度に基づいて前記各受信機と前記発信機の観測距離を求める観測距離算出手段と、
前記観測距離算出手段によって求められた観測距離と、前記受信機テーブルに格納されている受信機情報に含まれる各受信機の位置の3次元座標とに基づいて前記発信機の位置の3次元座標を求める発信機位置推定手段と、
を備えることを特徴とする。
移動する発信機から発信される電波を複数の受信機で受信し、当該各受信機で受信した電波強度から前記発信機の位置を求める電波発信機測位方法であって、
前記各受信機で受信した電波強度に基づいて前記各受信機と前記発信機の観測距離を求める観測距離算出ステップと、
前記観測距離算出ステップにおいて求められた観測距離と、受信機テーブルに格納されている受信機情報に含まれる各受信機の位置の3次元座標とに基づいて前記発信機の位置の3次元座標を求める発信機位置推定ステップと、
を備えることを特徴とする。
電波発信機測位システムは、発信機測位装置100と、発信機110と、複数の受信機120とを有する。発信機測位装置100と各受信機120とはネットワーク130に接続されており、相互に通信することができる。ネットワーク130は、有線ネットワークであっても無線ネットワークであってもよい。
発信機110は電波発信機能を有し、受信機120は電波受信機能を有する。すなわち、発信機110は無線信号を送信し、受信機120はその無線信号を受信する。受信機120は、受信時の電波強度であるRSSI(Received Signal Indicator)を含む電波強度情報を情報ネットワーク130を介して発信機測位装置100に送信する。
受信部103は、受信機120によって送信される電波強度情報を受信し、それを受信処理部102に渡す。受信処理部102は、電波信強度情報を受信履歴DB104に格納する。測位処理部101は、後述するように、受信履歴DB104と発信機DB105と受信機DB106に格納されている各テーブルの情報に基づいて、発信機110の電波発信時の位置を推定する。そして、測位処理部101は、測位DB107に推定した発信機110の位置を格納する。
なお、受信処理部102と測位処理部101の各機能は、コンピュータによるソフトウェア処理で実現することもできるし、ハードウェアで実現することもできる。コンピュータによるソフトウェア処理で実現する場合には、主メモリに記憶されている所定のプログラムをCPU(Central Processing Unit)が実行することにより、受信処理部102と測位処理部101の各機能が実現される。この場合、受信履歴DB104と発信機DB105と受信機DB106と測位DB107はコンピュータの記憶装置に格納される。受信部103はネットワークインタフェースを含むハードウェアであるが、その一部の機能をコンピュータによるソフトウェア処理で実現することもできる。
受信履歴テーブル200には、受信機120から受信した電波強度情報が格納される。電波強度情報は、発信機ID201と、受信機ID202と、受信日時203と、RSSI204とを含む。
発信機ID201は、発信機110を一意に識別する発信機識別情報である。受信機ID202は、受信機120を一意に識別する受信機識別情報である。なお、発信機ID201と受信機ID202の複合キーは、個々の電波強度情報が格納される各レコードの主キーである。
受信日時203は、受信機120がRSSI204で示される強度の電波を受信した日時を示す。
RSSI204は、受信機120が電波を受信した時の電波強度を示す。
発信機テーブル300には、発信機情報が格納される。発信機情報は、発信機ID301と、基底RSSI302と、係数303と、機知のZ座標304とを含む。
発信機ID301は、発信機110を一意に識別する発信機識別情報である。なお、発信機ID301は個々の発信機情報が格納される各レコードの主キーである。
基底RSSI302は、発信機110と受信機120との距離が一定の距離(例えば、1m)であるときに受信する電波強度である。
係数303は、電波強度を距離に換算するときに利用する。
既知のZ座標304は、発信機110のZ座標を示す。
なお、基底RSSI302と係数303は、予め実測結果から求めて、発信機テーブル300に格納しておく。基底RSSI302と係数303は、同一機種の発信機110についてはそれぞれ同一の値を設定してもよい。
また、既知のZ座標304は、使用状況等を考慮して予め設定する。例えば、発信機110は一般成人が自身の手に持って運ぶとき、所定のポケットに入れて運ぶときを想定した場合は、1m〜2mを設定するのが妥当と考えられる。このとき、Z座標の原点は対象とするフロアの床の位置である。
Z座標の原点をどのように定義するかは、用途と測位する対象領域のスケールによって異なる。例えば、同一平面、同一フロアでの測位であれば、床の位置をZ座標の原点とするのが妥当である。複数の建築物の複数のフロアを測位して、各発信機の座標を比較する用途であれば、地図に記載されている標高をZ座標の原点として利用するのが妥当である。
受信機テーブル400には、受信機情報が格納される。受信機情報は、受信機ID401と、X座標402と、Y座標403と、Z座標404とを含む。
受信器ID401は、受信機120を一意に識別する受信機識別情報である。なお、受信器ID401は、個々の受信機情報が格納される各レコードの主キーである。
X座標402とY座標403とZ座標404は、所定の3次元座標系におけるX座標とY座標とZ座標である。X座標402とY座標403とZ座標404は、各受信機120の位置を示す。
測位結果テーブル500には、発信機110の測位結果を示す測位結果情報が格納される。測位結果情報は、発信機ID501と、受信日時502と、平均誤差503と、X座標504と、Y座標505と、Z座標506とを含む。
発信機ID501は、発信機110を一意に識別する発信機識別情報である。受信日時502は、受信機120が電波を受信した日時を示す。発信機ID501と受信日時502の複合キーは、個々の測位結果情報が格納される各レコードの主キーである。
平均誤差503は、推定された発信機座標の平均誤差を示す。
X座標504とY座標505とZ座標506は、図4のX座標402とY座標403とZ座標404と同一の3次元座標系におけるX座標とY座標とZ座標である。X座標504とY座標505とZ座標506は、発信機110の位置を示す。
屋内空間601では、発信機110Jが座標(xj,yj)に位置している。発信機110Jは、j個ある発信機の一つである。
また、4個の受信機120A、受信機120B、受信機120C、受信機120Dがそれぞれ座標(x1,y1)、座標(x2,y2)、座標(x3,y3)、座標(x4,y4)の位置に配置されている。
D1jは発信機110と受信機120Aの距離を示す。同様に、D2j、D3j、D4jはそれぞれ発信機110と受信機120B、受信機120C、受信機120Dの距離を示す。
発信機110Jは、座標(xj,zj)に位置している。4個の受信機120A、受信機120B、受信機120C、受信機120Dがそれぞれ座標(x1,z1)、座標(x2,z2)、座標(x3,z3)、座標(x4,z4)の位置に配置されている。
この高さを誤差として扱うのではなく、実世界と同様の3次元空間を前提として位置を求めることで、誤差と高さを区別して処理でき、理論上、精度は向上する。図8は、発信機110Jと4個の受信機120A、受信機120B、受信機120C、受信機120Dの3次元的な位置と距離の関係の一例を示す。XYZ座標系で原点801として表現した空間において、座標(xj,yj,zj)に発信機110Jが位置し、座標(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)(x4,y4,z4)の位置に受信機120A、受信機120B、受信機120C、受信機120Dがそれぞれ配置されている。
まず、受信部103が、各受信機120から電波強度情報を受信する。(S901)。次に、受信処理部102が、受信した電波強度情報を受信履歴DB104に保存する(S902)。
測位処理部101は、まず処理対象となる発信機110を抽出するために、受信履歴DB104に格納されている、受信時刻=t+Δtからt−Δtの間に受信した電波強度情報から、発信機ID201を重畳のない状態で取得し、取得した発信機ID201の一覧を配列listに格納する(S1001)。
配列list[A]の要素数が3以上(すなわち、アドレス番号Aの発信機110の電波を受信した受信機120が3個以上)の場合(S1003:Yes)、測位処理部101は、受信時刻=t+Δtからt−Δtの間に受信した電波強度情報のうち、発信機ID201=配列list[A]の電波強度情報を受信履歴DB104から全て取得する(S1004)。測位処理部101は、取得した各電波強度情報に含まれる受信機ID202と一致する受信機ID401を持つ受信機情報を受信機DB106から全て取得する(S1005)。同時に、測位処理部101は、発信機ID301=配列list[A]の発信機情報を発信機DB105から取得する(S1006)。
次に、測位処理部101は、受信機120毎に、電波強度情報に含まれるRSSI204と、ステップS1005で取得した発信機情報に含まれる基底RSSI302および係数303とに基づいて、次式により観測距離dijを求める(S1007)。
そして、測位処理部101は、ステップS1004で取得した受信機情報に含まれる受信機120の位置(X座標402、Y座標403、Z座標404)と観測距離dijとに基づいて発信機110Jの位置を推定する(S1008)。具体的には、推定する発信機110Jの位置(xj,yj,zj)と受信機120の位置(xi,yi,zi)の座標間距離Dijは、次式となる。
ここで推定する変数はxj,yj,zjの三つである。各発信機110の高さzjを既知として定数とすることで、測位処理部101における推定結果を安定化し、計算量を軽減することができる。具体的には、測位処理部101は、発信機DB105に格納されている既知のZ座標304を既知の高さとして利用し、各発信機110の高さzj=既知のZ座標304として上述した反復処理を行い、各発信機110の3次元座標を推定する。また、測位処理部101は、既知のZ座標304を定数とせずに、各発信機110の高さzjの初期値として上述した反復処理を行い、各発信機110の3次元座標を推定してもよい。これらは、発信機のZ座標が固定またはほぼ固定で、かつ、受信機120の数が少ない場合に特に効果的である。
なお、既知のZ座標304が定義されていないときは各発信機110の高さzjの初期値を0として上述した反復処理を行い、各発信機110の3次元座標を推定する。
なお、ステップS1006は本発明の観測距離算出手段によって実現される観測距離算出ステップの一例であり、ステップS1007は本発明の発信機位置推定手段によって実現される発信機位置推定ステップの一例である。
Claims (5)
- 移動する発信機から発信される電波を複数の受信機で受信し、当該各受信機で受信した電波強度から前記発信機の位置を求める電波発信機測位システムであって、
前記各受信機の位置の3次元座標を含む受信機情報が格納された受信機テーブルと、
前記各受信機で受信した電波強度に基づいて前記各受信機と前記発信機の観測距離を求める観測距離算出手段と、
前記観測距離算出手段によって求められた観測距離と、前記受信機テーブルに格納されている受信機情報に含まれる各受信機の位置の3次元座標とに基づいて前記発信機の位置の3次元座標を求める発信機位置推定手段と、
を備えることを特徴とする電波発信機測位システム。 - 前記発信機の既知の高さを含む発信機情報が格納された発信機テーブルを備え、
前記発信機位置推定手段が、前記発信機テーブルに格納されている発信機情報に含まれる発信機の既知の高さを、前記発信機の位置の3次元座標の座標値の一つである高さとして、または当該高さの初期値として、他の2つの座標値を求める、
ことを特徴とする請求項1に記載の電波発信機測位システム。 - 一定期間に測位対象とする発信機の信号を受信した前記受信機の数が3個以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の電波発信機測位システム。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電波発信機測位システムで用いられる電波発信機測位装置であって、
前記各受信機の位置の3次元座標を含む受信機情報が格納された受信機テーブルと、
前記各受信機で受信した電波強度に基づいて前記各受信機と前記発信機の観測距離を求める観測距離算出手段と、
前記観測距離算出手段によって求められた観測距離と、前記受信機テーブルに格納されている受信機情報に含まれる各受信機の位置の3次元座標とに基づいて前記発信機の位置の3次元座標を求める発信機位置推定手段と、
を備えることを特徴とする電波発信機測位装置。 - 移動する発信機から発信される電波を複数の受信機で受信し、当該各受信機で受信した電波強度から前記発信機の位置を求める電波発信機測位方法であって、
前記各受信機で受信した電波強度に基づいて前記各受信機と前記発信機の観測距離を求める観測距離算出ステップと、
前記観測距離算出ステップにおいて求められた観測距離と、受信機テーブルに格納されている受信機情報に含まれる各受信機の位置の3次元座標とに基づいて前記発信機の位置の3次元座標を求める発信機位置推定ステップと、
を備えることを特徴とする電波発信機測位方法。
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