JP2016080505A - 位置推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動局の位置を推定するのに要する計算量を抑制しながら、位置推定精度を高めることができる位置推定システムを提供する。
【解決手段】固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定システムであって、グループエリア内の複数の位置の各々と複数の位置の各々における電波強度との関係を示す複数の位置ラジオマップ、及び、複数の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度とグループエリアとの関係を示す合成ラジオマップを記憶する記憶部と、固定局と移動局との間の電波強度及び合成ラジオマップに基づいて、移動局が存在する位置が含まれるグループエリアを推定する位置推定部と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定システムに関する。

固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この位置推定システムでは、所定のエリア内の複数の位置（計測位置）の各々と、複数の位置の各々における電波強度との関係を示す複数の位置ラジオマップが用いられる。この位置ラジオマップを作成する際には、所定のエリア内の複数の位置でそれぞれ固定局からの電波強度を計測することにより、複数の位置の各々における電波強度を取得する。

移動局が所定のエリア内で固定局からの電波強度を計測した際に、計測した電波強度と複数の位置ラジオマップの各々との類似度を計算により求めることにより、所定のエリア内の複数の位置の中から移動局の位置が推定される。

特許第５３４９６９５号公報

位置推定精度を高めるためには、位置ラジオマップを作成する際に、所定のエリア内における単位面積あたりの計測位置の数を増大する方法が考えられる。しかしながら、このような方法では、計測位置の数の増大に伴って位置ラジオマップの数が増大するので、計測した電波強度と全ての位置ラジオマップの各々との類似度を求めるための計算量が増大してしまうという課題が生じる。

本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、移動局の位置を推定するのに要する計算量を抑制しながら、位置推定精度を高めることができる位置推定システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る位置推定システムは、固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定システムであって、グループエリア内の複数の位置の各々と前記複数の位置の各々における電波強度との関係を示す複数の位置ラジオマップ、及び、前記複数の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度と前記グループエリアとの関係を示す合成ラジオマップを記憶する記憶部と、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記合成ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記グループエリアを推定する位置推定部と、を備える。

本態様によれば、位置推定部は、固定局と移動局との間の電波強度及び合成ラジオマップに基づいて、移動局が存在する位置が含まれるグループエリアを推定する。これにより、移動局の位置を段階的に推定することができるので、移動局の位置を推定するのに要する計算量を抑制しながら、位置推定精度を高めることができる。さらに、比較的高い位置推定精度が要求されるエリアと、比較的低い位置推定精度が要求されるエリアとが混在する状況であっても、適切な計算量で移動局の位置を推定することができる。

例えば、本発明の一態様に係る位置推定システムにおいて、前記位置推定部は、さらに、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び推定された前記グループエリア内の前記複数の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定するように構成してもよい。

本態様によれば、位置推定部は、固定局と移動局との間の電波強度及び複数の位置ラジオマップに基づいて、複数の位置の中から移動局が存在する位置を推定する。これにより、移動局の位置として、例えば「グループエリア→グループエリア内の複数の位置」と段階的に推定することができるので、移動局の位置を推定するのに要する計算量を抑制しながら、位置推定精度を高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係る位置推定システムにおいて、前記グループエリアは複数設けられており、前記複数のグループエリアは、上位グループエリアを構成する複数の第１のグループエリア、及び、前記上位グループエリアを構成しない第２のグループエリアを有し、前記複数の位置は、前記複数の第１のグループエリア内に含まれる複数の第１の位置、前記上位グループエリア内に含まれ且つ前記複数の第１のグループエリア外に配置される複数の第２の位置、前記第２のグループエリア内に含まれる複数の第３の位置、及び、前記上位グループエリア外且つ前記第２のグループエリア外に配置される複数の第４の位置を有し、前記記憶部は、さらに、複数の前記合成ラジオマップと、前記複数の第１のグループエリアの各々に対応する前記複数の合成ラジオマップを合成することにより得られる電波強度と前記上位グループエリアとの関係を示す上位合成ラジオマップと、を記憶し、前記位置推定部は、前記移動局が前記上位グループエリア内に位置する場合には、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記上位合成ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記上位グループエリアを推定し、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び推定された前記上位グループエリア内の前記複数の第１のグループエリアの各々に対応する前記複数の合成ラジオマップに基づいて、前記複数の第１のグループエリアの中から前記移動局が存在する位置が含まれる特定の第１のグループエリアを推定し、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び推定された前記特定の第１のグループエリア内の前記複数の第１の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の第１の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定し、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記複数の第２の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の第２の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定し、前記位置推定部は、さらに、前記移動局が前記第２のグループエリア内に位置する場合には、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記第２のグループエリアに対応する前記合成ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記第２のグループエリアを推定し、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び推定された前記第２のグループエリア内の前記複数の第３の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の第３の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定し、前記位置推定部は、さらに、前記移動局が前記上位グループエリア外且つ前記第２のグループエリア外に位置する場合には、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記複数の第４の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の第４の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定するように構成してもよい。

本態様によれば、位置推定部は、固定局と移動局との間の電波強度及び上位合成ラジオマップに基づいて、移動局が存在する位置が含まれる上位グループエリアを推定する。これにより、移動局の位置として、例えば「上位グループエリア→複数の第１のグループエリア→特定の第１のグループエリア内の複数の位置」と段階的に推定することができるので、移動局が存在する位置を推定するのに要する計算量を抑制しながら、位置推定精度を高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係る位置推定システムにおいて、前記グループエリア及び前記グループエリア内に含まれない前記位置から上位グループエリアを構成し、前記記憶部は、さらに、前記グループエリアに対応する前記合成ラジオマップ及び前記位置に対応する前記位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度と前記上位グループエリアとの関係を示す上位合成ラジオマップを記憶し、前記位置推定部は、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記上位合成ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する前記上位グループエリアを推定し、前記固定局と前記移動局との間の電波強度、前記合成ラジオマップ及び前記位置ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する前記グループエリア又は前記位置を推定し、前記移動局が前記グループエリア内に存在すると推定された場合には、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記グループエリア内の前記位置ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する前記位置を推定するように構成してもよい。

本態様によれば、位置推定部は、固定局と移動局との間の電波強度及び上位合成ラジオマップに基づいて、移動局が存在する位置が含まれる上位グループエリアを推定する。これにより、移動局の位置として、例えば「上位グループエリア→グループエリア→グループエリア内の位置」と段階的に推定することができるので、移動局が存在する位置を推定するのに要する計算量を抑制しながら、位置推定精度を高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係る位置推定システムにおいて、前記記憶部は、さらに、前記グループエリアと前記グループエリアにおける電波強度の高次統計量との関係を示す高次統計量ラジオマップを記憶し、前記位置推定部は、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び／又は電波強度の高次統計量と、前記合成ラジオマップ及び／又は前記高次統計量ラジオマップとに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記グループエリアを推定するように構成してもよい。

本態様によれば、位置推定部は、移動局が存在する位置が含まれるグループエリアを推定する際に、例えば合成ラジオマップに加えて高次統計量ラジオマップを用いることができる。これにより、位置推定精度をより一層高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係る位置推定システムにおいて、前記記憶部は、さらに、前記位置と前記位置における電波強度の高次統計量との関係を示す高次統計量ラジオマップを記憶し、前記位置推定部は、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び／又は電波強度の高次統計量と、前記位置ラジオマップ及び／又は前記高次統計量ラジオマップとに基づいて、前記移動局が存在する位置を推定するように構成してもよい。

本態様によれば、位置推定部は、移動局が存在する位置を推定する際に、例えば位置ラジオマップに加えて高次統計量ラジオマップを用いることができる。これにより、位置推定精度をより一層高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係る位置推定システムにおいて、前記記憶部は、さらに、前記上位グループエリアと前記上位グループエリアにおける電波強度の高次統計量との関係を示す高次統計量ラジオマップを記憶し、前記位置推定部は、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び／又は電波強度の高次統計量と、前記上位合成ラジオマップ及び／又は前記高次統計量ラジオマップとに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記上位グループエリアを推定するように構成してもよい。

本態様によれば、位置推定部は、移動局が存在する位置が含まれる上位グループエリアを推定する際に、例えば上位合成ラジオマップに加えて高次統計量ラジオマップを用いることができる。これにより、位置推定精度をより一層高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係る位置推定システムにおいて、前記位置推定部は、さらに、前記移動局が存在する位置、前記位置が含まれる前記グループエリア、及び／又は、前記位置及び／又は前記グループエリアが含まれる前記上位グループエリアを推定する際に、前記高次統計量と前記高次統計量ラジオマップに基づいて導出される閾値との比較に基づいて、当該高次統計量を位置推定に採用するか否かを判定するように構成してもよい。

本態様によれば、位置推定部は、移動局が存在する位置、グループエリア及び／又は上位グループエリアを推定する際に、高次統計量と閾値との比較に基づいて、当該高次統計量を位置推定に採用するか否かを判定する。例えば高次統計量が瞬間的に変動した場合に、当該高次統計量を位置推定に採用しないことにより、高次統計量と高次統計量ラジオマップとの乖離を抑制することができ、位置推定精度を高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係る位置推定システムにおいて、前記位置推定部は、さらに、前記移動局が存在する位置、前記位置が含まれる前記グループエリア、及び／又は、前記位置及び／又は前記グループエリアが含まれる前記上位グループエリアを推定する際に、前記固定局と前記移動局との間の電波強度と前記位置ラジオマップに基づいて導出される閾値との比較に基づいて、当該電波強度を位置推定に採用するか否かを判定するように構成してもよい。

本態様によれば、位置推定部は、移動局が存在する位置（及び／又はグループエリア、上位グループエリア）を推定する際に、固定局と移動局との間の電波強度と閾値との比較に基づいて、当該電波強度を位置推定に採用するか否かを判定する。例えば固定局と移動局との間の電波強度が瞬間的に変動した場合に、当該電波強度を位置推定に採用しないことにより、固定局及び移動局間の電波強度と合成ラジオマップ（及び／又は位置ラジオマップ、上位合成ラジオマップ）との乖離を抑制することができ、位置推定精度を高めることができる。

本発明の一態様に係る位置推定システムによれば、移動局の位置を推定するのに要する計算量を抑制しながら、位置推定精度を高めることができる。

実施の形態１に係る位置推定システムの全体構成を示す図である。 複数の位置Ｐ１３〜Ｐ４５を複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０によりグループ化した状態を示す図である。 複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５及び複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０の木構造を示す図である。 実施の形態１に係る位置推定装置の機能的構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る移動局の機能的構成を示すブロック図である。 位置ラジオマップの作成方法の流れを示すフローチャートである。 各固定局についての電波強度の頻度分布の一例を示す図である。 図７Ａの各頻度分布から作成した確率分布の一例を示す図である。 第１０の合成ラジオマップの作成方法を説明するための図である。 第１の位置ラジオマップの一例を示す図である。 第３の位置ラジオマップの一例を示す図である。 第９の位置ラジオマップの一例を示す図である。 移動局の位置の推定方法の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係る位置推定装置の機能的構成を示すブロック図である。 グループエリアＧ１に対応する第１の合成ラジオマップの一例を示す図である。 グループエリアＧ１に対応する分散ラジオマップの一例を示す図である。 固定局及び移動局の位置関係と電波強度の分散との関連性を説明するための図である。 図１３中の位置Ａ１における電波強度の計測結果を示す図である。 図１３中の位置Ａ２における電波強度の計測結果を示す図である。 実施の形態３に係る位置推定装置の機能的構成を示すブロック図である。 第１の全合成ラジオマップの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
［１−１．位置推定システムの全体構成］
まず、図１〜図３を参照しながら、実施の形態１に係る位置推定システム２の全体構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る位置推定システム２の全体構成を示す図である。図２は、複数の位置Ｐ１３〜Ｐ４５を複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０によりグループ化した状態を示す図である。図３は、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５及び複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０の木構造を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態の位置推定システム２は、位置推定装置４、移動局６、第１の固定局８、第２の固定局１０及び第３の固定局１２を備えている。位置推定システム２は、建物のフロア１４における移動局６の位置を推定するためのシステムであり、例えば病院又は倉庫等における物品の所在を確認するために用いられる。フロア１４は、図１中の破線の格子で示すように、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５に仮想的に区画されている。

さらに、図２に示すように、複数の位置Ｐ１３〜Ｐ４５は、複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０によりグループ化されている。なお、複数の位置Ｐ１〜Ｐ１２（第４の位置）についてはグループ化されていない。

グループエリアＧ１（上位グループエリア）は、グループエリアＧ５（上位グループエリア）及びグループエリアＧ６（第１のグループエリア）を含んでいる。グループエリアＧ２（第２のグループエリア）は、複数の位置Ｐ２５〜Ｐ３２（第３の位置）を含んでいる。グループエリアＧ３（上位グループエリア）は、グループエリアＧ９（第１のグループエリア）及びグループエリアＧ１０（第１のグループエリア）を含んでいる。グループエリアＧ４（第２のグループエリア）は、複数の位置Ｐ１３〜Ｐ１６（第３の位置）を含んでいる。グループエリアＧ５は、グループエリアＧ７（第１のグループエリア）及びグループエリアＧ８（第１のグループエリア）を含んでいる。グループエリアＧ６は、複数の位置Ｐ４０〜Ｐ４５（第１の位置）を含んでいる。グループエリアＧ７は、複数の位置Ｐ３７〜Ｐ３９（第１の位置）を含んでいる。グループエリアＧ８は、複数の位置Ｐ３３〜Ｐ３６（第１の位置）を含んでいる。グループエリアＧ９は、複数の位置Ｐ２１〜Ｐ２４（第１の位置）を含んでいる。グループエリアＧ１０は、複数の位置Ｐ１７〜Ｐ２０（第１の位置）を含んでいる。

上述したように複数の位置Ｐ１３〜Ｐ４５がグループ化されることにより、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５は、図３に示す木構造のように階層化される。図３に示す木構造は、ＴＯＰをルート、複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０の各々をノード、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５の各々をリーフとする木構造である。

なお、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５の階層化は、例えば位置ラジオマップ（後述する）に対してｋ−ｍｅａｎｓ法等のクラスタリングを行うことにより自動で実行してもよく、あるいは、位置ラジオマップの類似度又は位置間の距離に応じて自動で実行してもよい。また、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５の階層化は、例えばフロア１４内の壁等の物理的な境界を考慮してユーザにより手動で実行してもよい。

また、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５の階層化は、位置推定システム２の導入時に一度だけ実行してもよく、あるいは、所定期間毎に実行してもよい。また、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５の階層化は、位置ラジオマップを更新する毎に実行してもよく、あるいは、任意のタイミングで実行してもよい。

さらに、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５を階層化する際の階層数は、例えば２階層又は３階層以上でもよく、必要な位置推定精度又は許容できる計算時間（計算負荷）等に応じて任意に設定することができる。また、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５を階層化する際に、異なる階層数が混在していてもよい。例えば、グループエリアＧ３は、グループエリアＧ９外且つグループエリアＧ１０外に複数の位置（第２の位置）を含んでいてもよい。

位置推定装置４は、例えばフロア１４内の位置Ｐ９に配置されている。位置推定装置４は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に対応しており、移動局６、第１〜第３の固定局８，１０及び１２との間でそれぞれ無線通信することができる。位置推定装置４は、後述するようにして、第１〜第３の固定局８，１０及び１２に対する移動局６の位置を推定する。

第１〜第３の固定局８，１０及び１２はそれぞれ、フロア１４内の位置Ｐ１２，Ｐ４２及びＰ３７に配置されている。なお、第１〜第３の固定局８，１０及び１２のフロア１４に対する位置は固定されている。第１〜第３の固定局８，１０及び１２は、例えば無線ＬＡＮにおけるＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）であり、移動局６との間で無線通信することができる。

移動局６は、フロア１４内の複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５間を移動することができる。移動局６は、例えば無線ＬＡＮ対応のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）タグであり、第１〜第３の固定局８，１０及び１２との間でそれぞれ無線通信することができる。移動局６がＩＣタグである場合には、移動局６は、例えば病院又は倉庫等に配置されている物品に取り付けられる。

［１−２．位置推定装置の機能的構成］
次に、図４を参照しながら、位置推定装置４の機能的構成について説明する。図４は、実施の形態１に係る位置推定装置４の機能的構成を示すブロック図である。

図４に示すように、位置推定装置４は、通信部１６、記憶部１８及び位置推定部２０を備えている。

通信部１６は、移動局６、第１〜第３の固定局８，１０及び１２との間でそれぞれ無線通信するためのものである。通信部１６は、例えば、移動局６から送信された電波強度の計測値を表す計測信号を受信する。

記憶部１８は、複数の位置ラジオマップ及び複数の合成ラジオマップを記憶するメモリである。なお、本実施の形態では、位置ラジオマップ及び合成ラジオマップの各々の形式の一例として、確率分布に基づく位置ラジオマップを用いる場合について説明するが、これに限定されず、種々の形式の位置ラジオマップを用いることができる。

複数の位置ラジオマップは、第１〜第４５の位置ラジオマップを含んでいる。第１〜第４５の位置ラジオマップはそれぞれ、フロア１４内の複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５と、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５の各々における電波強度の確率分布（すなわち、第１〜第３の固定局８，１０及び１２からの電波強度の計測値の確率分布）との関係を示すデータである。位置ラジオマップの作成方法については後述する。

複数の合成ラジオマップは、第１〜第１０の合成ラジオマップを含んでいる。第１〜第１０の合成ラジオマップはそれぞれ、上述した複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０に対応している。すなわち、第１の合成ラジオマップ（上位合成ラジオマップ）は、グループエリアＧ１と、グループエリアＧ１に含まれるグループエリアＧ５及びＧ７の各々に対応する第５及び第７の合成ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。第２の合成ラジオマップは、グループエリアＧ２と、グループエリアＧ２内の複数の位置Ｐ２５〜Ｐ３２の各々に対応する第２５〜第３２の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。

第３の合成ラジオマップ（上位合成ラジオマップ）は、グループエリアＧ３と、グループエリアＧ３に含まれるグループエリアＧ９及びＧ１０の各々に対応する第９及び第１０の合成ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。第４の合成ラジオマップは、グループエリアＧ４と、グループエリアＧ４内の複数の位置Ｐ１３〜Ｐ１６の各々に対応する第１３〜第１６の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。

第５の合成ラジオマップ（上位合成ラジオマップ）は、グループエリアＧ５と、グループエリアＧ５に含まれるグループエリアＧ７及びＧ８の各々に対応する第７及び第８の合成ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。第６の合成ラジオマップは、グループエリアＧ６と、グループエリアＧ６内の複数の位置Ｐ４０〜Ｐ４５の各々に対応する第４０〜第４５の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。

第７の合成ラジオマップは、グループエリアＧ７と、グループエリアＧ７内の複数の位置Ｐ３７〜Ｐ３９の各々に対応する第３７〜第３９の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。第８の合成ラジオマップは、グループエリアＧ８と、グループエリアＧ８内の複数の位置Ｐ３３〜Ｐ３６の各々に対応する第３３〜第３６の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。

第９の合成ラジオマップは、グループエリアＧ９と、グループエリアＧ９内の複数の位置Ｐ２１〜Ｐ２４の各々に対応する第２１〜第２４の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。第１０の合成ラジオマップは、グループエリアＧ１０と、グループエリアＧ１０内の複数の位置Ｐ１７〜Ｐ２０の各々に対応する第１７〜第２０の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。上述した合成ラジオマップの作成方法については後述する。

なお、例えばグループエリアＧ３がグループエリアＧ９外且つグループエリアＧ１０外に複数の位置（第２の位置）を含んでいる場合には、第３の合成ラジオマップ（上位合成ラジオマップ）は、グループエリアＧ３と、グループエリアＧ３に含まれるグループエリアＧ９及びＧ１０の各々に対応する第９及び第１０の合成ラジオマップとグループエリアＧ３に含まれる複数の位置（第２の位置）の各々に対応する位置ラジオマップとを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。

位置推定部２０は、尤度を計算することにより、第１〜第３の固定局８，１０及び１２に対する移動局６の位置として、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５（又は複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０）のいずれかを推定する。尤度とは、移動局６により計測された電波強度と、位置ラジオマップ（又は合成ラジオマップ）における電波強度の確率分布との類似度を表す値である。尤度の計算方法については後述する。

［１−３．移動局の機能的構成］
次に、図５を参照しながら、移動局６の機能的構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る移動局６の機能的構成を示すブロック図である。

図５に示すように、移動局６は、通信部２２及び計測部２４を備えている。

通信部２２は、位置推定装置４、第１〜第３の固定局８，１０及び１２との間でそれぞれ無線通信するためのものである。通信部２２は、例えば、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々から送信されたビーコン（電波）を受信するとともに、計測部２４により計測された電波強度の計測値を計測信号として位置推定装置４に送信する。

計測部２４は、通信部２２により受信されたビーコンの電波強度を計測する。なお、ビーコンには、第１〜第３の固定局８，１０及び１２にそれぞれ固有のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスを表す信号が含まれる。計測部２４は、ビーコンに含まれるＭＡＣアドレスを参照することにより、第１〜第３の固定局８，１０及び１２からそれぞれ送信されたビーコンの電波強度を個別に計測することができる。

［１−４．位置ラジオマップの作成方法］
次に、図１及び図６〜図７Ｂを参照しながら、位置ラジオマップの作成方法について説明する。図６は、位置ラジオマップの作成方法の流れを示すフローチャートである。図７Ａは、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々についての電波強度の頻度分布の一例を示す図である。図７Ｂは、図７Ａの各頻度分布を混合正規分布から作成した確率分布の一例を示す図である。

まず、フロア１４内の複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５の中から、電波強度を計測する位置として例えば位置Ｐ１を選択する（Ｓ１）。次に、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の中から、電波強度を計測する固定局として例えば第１の固定局８を選択する（Ｓ２）。その後、選択された位置Ｐ１において、選択された第１の固定局８からの電波強度を複数回繰り返し計測する（Ｓ３）。なお、電波強度を計測する際には、上述した移動局６を用いてもよく、あるいは他の計測器等を用いてもよい。その後、計測された電波強度を蓄積することにより、電波強度の頻度分布を作成する（Ｓ４）。

ステップＳ１で選択された位置Ｐ１において、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の全てについて電波強度の頻度分布が作成されていない場合には（Ｓ５でＮＯ）、他の第２の固定局１０及び第３の固定局１２についても同様に、上述したステップＳ２〜Ｓ４が実行される。これにより、例えば図７Ａに示すような電波強度の頻度分布が作成される。なお、図７Ａにおいて、丸のプロット、四角のプロット及び三角のプロットはそれぞれ、第１〜第３の固定局８，１０及び１２からの電波強度の出現頻度を表している。

ステップＳ１で選択された位置Ｐ１において、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の全てについて電波強度の頻度分布が作成された場合には（Ｓ５でＹＥＳ）、フロア１４内の全ての位置Ｐ１〜Ｐ４５について電波強度の頻度分布が作成されたか否かが判断される（Ｓ６）。

フロア１４内の全ての位置Ｐ１〜Ｐ４５について電波強度の頻度分布が作成されていない場合には（Ｓ６でＮＯ）、フロア１４内の次の位置Ｐ２について上述と同様にしてステップＳ１〜Ｓ５が実行される。

フロア１４内の全ての位置Ｐ１〜Ｐ４５について電波強度の頻度分布が作成された場合には（Ｓ６でＹＥＳ）、例えば図７Ｂに示すように、電波強度の頻度分布から確率分布を作成する（Ｓ７）。なお、図７Ｂにおいて、実線のグラフ、一点鎖線のグラフ及び破線のグラフはそれぞれ、第１〜第３の固定局８，１０及び１２からの電波強度の確率分布を表している。なお、本実施の形態では、頻度分布を混合正規分布によって近似することにより確率分布を作成する場合について説明するが、混合正規分布による近似に限定されず、その他の各種の方法により確率分布を作成することも可能である。

ここで、任意の頻度分布を十分に近似できるＭ個の正規分布からなる混合正規分布を用いることにより、各正規分布に対する重みＷ_ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）、平均μ_ｍ及び分散σ^２ _ｍの３Ｍ個のパラメータのみを用いて後述するようにして尤度を計算することができる。各パラメータは、例えばＥＭ（Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）アルゴリズムによって推定することができる。

フロア１４内の全ての位置Ｐ１〜Ｐ４５に対して電波強度の確率分布の作成が完了することにより、位置Ｐ１〜Ｐ４５にそれぞれ対応する第１〜第４５の位置ラジオマップの作成が完了する。作成された第１〜第４５の位置ラジオマップは、位置推定装置４の記憶部１８に記憶される。

［１−５．合成ラジオマップの作成方法］
次に、図８を参照しながら、合成ラジオマップの作成方法について説明する。以下では、第１〜第１０の合成ラジオマップのうち、一例として第１０の合成ラジオマップの作成方法について説明する。図８は、第１０の合成ラジオマップの作成方法を説明するための図である。図８の（ａ）は、第１７〜第２０の位置ラジオマップを示す図であり、図８の（ｂ）は、第１７〜第２０の位置ラジオマップを合成した第１０の合成ラジオマップを示す図である。

なお、説明の都合上、図８の（ａ）に示す第１７〜第２０の位置ラジオマップを表すグラフの形状、及び、図８の（ｂ）に示す第１０の合成ラジオマップを表すグラフの形状は、第１の固定局８に対する電波強度の確率分布をそれぞれ簡略的に表現してある。

上述したように、第１０の合成ラジオマップは、グループエリアＧ１０と、グループエリアＧ１０内の複数の位置Ｐ１７〜Ｐ２０の各々に対応する第１７〜第２０の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度の確率分布との関係を示すデータである。すなわち、グループエリアＧ１０内の複数の位置Ｐ１７〜Ｐ２０の各々に対応する第１７〜第２０の位置ラジオマップ作成用のデータを用いて、第１０の合成ラジオマップのパラメータを新たに学習する。これにより、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１０の合成ラジオマップは、第１７〜第２０の位置ラジオマップを合成することにより作成される。

第１０の合成ラジオマップ以外の第１〜第９の合成ラジオマップについても、上述と同様にして作成することができる。

なお、合成ラジオマップを作成する際に、対応するグループエリアに含まれる位置のパラメータを、合成ラジオマップのパラメータとして用いてもよい。合成ラジオマップとして混合正規分布を、位置ラジオマップとして単一正規分布を仮定した場合、例えば、グループエリアに含まれる位置の数を分布数とし、位置毎の電波強度の平均及び／又は分散を、そのまま混合正規分布の各分布のパラメータとして共有してもよい。これにより、パラメータの保存に必要なメモリ量を削減することができる。

また、グループエリアに含まれる位置に対応する位置ラジオマップ作成用のデータを用いて合成ラジオマップを新たに学習する場合には、グループエリアに含まれる位置のパラメータを、新たに学習した合成ラジオマップのパラメータで置き換えてもよい。位置ラジオマップとして単一正規分布を仮定した場合、例えば、平均については位置毎に独立に保有し、分散については合成ラジオマップ全体で共有してもよい。これにより、上述と同様に、パラメータの保存に必要なメモリ量を削減することができる。

なお、複数の位置ラジオマップ（又は複数の合成ラジオマップ）を合成するとは、複数の位置ラジオマップ（又は複数の合成ラジオマップ）に基づいて新たに合成ラジオマップを生成することをいう。例えば、複数の位置ラジオマップ（又は複数の合成ラジオマップ）の各々のデータの平均、加算又は重み付け等により、複数の位置ラジオマップ（又は複数の合成ラジオマップ）を合成することもできる。

［１−６．位置の推定方法］
次に、図１、図３及び図９Ａ〜図１０を参照しながら、移動局６の位置の推定方法について説明する。図９Ａは、第１の位置ラジオマップの一例を示す図である。図９Ｂは、第３の位置ラジオマップの一例を示す図である。図９Ｃは、第９の位置ラジオマップの一例を示す図である。図１０は、移動局の位置の推定方法の流れを示すフローチャートである。

位置推定装置４の位置推定部２０は、尤度を計算することにより、移動局６の位置を推定する。まず、尤度の計算方法について説明する。電波強度の確率分布を混合正規分布により作成した場合、移動局６により計測された、Ｎ個の固定局のうちｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の固定局（ＡＰ_ｎ）からの電波強度をｒ_ｎとすると、位置Ｐ_ｉにおける尤度Ｌ（Ｐ_ｉ）は、次式１及び２を用いて計算される。

上式１及び２において、Ｗ_ｍ，ｎ（ｍ＝１〜Ｍ）はｎ番目の固定局の各正規分布に対する重み、μ_ｍ，ｎはｎ番目の固定局の各正規分布に対する平均、σ^２ _ｍ，ｎはｎ番目の固定局の各正規分布に対する分散を表している。上式１及び２により各位置Ｐ_ｉにおける尤度Ｌ（Ｐ_ｉ）が計算され、尤度Ｌ（Ｐ_ｉ）が最も大きい位置Ｐ_ｉが移動局６の位置であると推定される。

ここで、図９Ａ〜図９Ｃを参照しながら、移動局６により計測された第１〜第３の固定局８，１０及び１２からの電波強度がそれぞれＲ１，Ｒ２及びＲ３（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３）であった場合に、位置Ｐ１，Ｐ３及びＰ９における尤度Ｌ（Ｐ_１），Ｌ（Ｐ_３）及びＬ（Ｐ_９）について説明する。

例えば、位置Ｐ１における第２の固定局１０に対応する第１の尤度は、図９Ａ中の第２の固定局１０に対応する確率分布（一点鎖線のグラフ）における、電波強度Ｒ２に対する出現確率値（図９Ａ中の電波強度Ｒ２における矢印参照）に対応する。同様に、位置Ｐ１における第１の固定局８に対する第２の尤度は、図９Ａ中の第１の固定局８に対応する確率分布（実線のグラフ）における、電波強度Ｒ１に対する出現確率値に対応する。同様に、位置Ｐ１における第３の固定局１２に対する第３の尤度は、図９Ａ中の第３の固定局１２に対応する確率分布（破線のグラフ）における、電波強度Ｒ３に対する出現確率値に対応する。位置Ｐ１における尤度Ｌ（Ｐ_１）は、上述した第１の尤度、第２の尤度及び第３の尤度の積を計算することにより求められる。

図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、位置Ｐ３における尤度Ｌ（Ｐ_３）及び位置Ｐ９における尤度Ｌ（Ｐ_９）についても上述と同様にして計算される。なお、図９Ｃにおける電波強度Ｒ１及びＲ３に対する出現確率はそれぞれ非常に小さいため、出現確率値を示す矢印が付されていない。

図９Ａ〜図９Ｃから理解されるように、尤度Ｌ（Ｐ_１），Ｌ（Ｐ_３）及びＬ（ｐ_９）のうち尤度Ｌ（Ｐ_３）が最も大きいため、移動局６の位置は位置Ｐ３であると推定される。

次に、移動局６の位置の推定方法の流れについて説明する。図１０に示すように、移動局６の計測部２４は、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々からの電波強度を計測する（Ｓ２１）。移動局６の通信部２２は、計測部２４により計測された電波強度の計測値を計測信号として位置推定装置４に送信する（Ｓ２２）。位置推定装置４の位置推定部２０は、上述したように尤度を計算することにより、移動局６の位置を推定する（Ｓ２３）。

まず、位置推定部２０は、図３に示すように、ＴＯＰに属している複数の位置Ｐ１〜Ｐ１２及び複数のグループエリアＧ１〜Ｇ４について、移動局６の位置を推定する。すなわち、位置推定部２０は、第１〜第１２の位置ラジオマップ及び第１〜第４の合成ラジオマップの各々について尤度を計算することにより、移動局６の位置を推定する。

移動局６の位置としてグループエリアＧ１〜Ｇ４のいずれかが推定されなかった場合（換言すると、複数の位置Ｐ１〜Ｐ１２のいずれかが推定された場合）には（Ｓ２４でＮＯ）、位置推定部２０による移動局６の位置推定が終了する。

一方、移動局６の位置としてグループエリアＧ１〜Ｇ４のいずれかが推定された場合には（Ｓ２４でＹＥＳ）、移動局６の位置として複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５のいずれかが推定されるまで、上述したステップＳ２３及びＳ２４が繰り返し実行される。

例えば、移動局６の位置としてグループエリアＧ１が推定された場合には（Ｓ２４でＹＥＳ）、位置推定部２０は、図３に示すように、グループエリアＧ１をＴＯＰとみなすことにより、グループエリアＧ５及びＧ６について移動局６の位置を推定する。すなわち、位置推定部２０は、第５及び第６の合成ラジオマップの各々について尤度を計算することにより、移動局６の位置を推定する。

その後、例えば移動局６の位置としてグループエリアＧ５が推定された場合には（Ｓ２４でＹＥＳ）、位置推定部２０は、図３に示すように、グループエリアＧ５をＴＯＰとみなすことにより、グループエリアＧ７及びＧ８について移動局６の位置を推定する。すなわち、位置推定部２０は、第７及び第８の合成ラジオマップの各々について尤度を計算することにより、移動局６の位置を推定する。

その後、例えば移動局６の位置としてグループエリアＧ８が推定された場合には（Ｓ２４でＹＥＳ）、位置推定部２０は、図３に示すように、グループエリアＧ８をＴＯＰとみなすことにより、複数の位置Ｐ３３〜Ｐ３６について移動局６の位置を推定する。すなわち、位置推定部２０は、第３３〜第３６の位置ラジオマップの各々について尤度を計算することにより、移動局６の位置を推定する。その後、例えば移動局６の位置として位置Ｐ３３が推定された場合には（Ｓ２４でＮＯ）、位置推定部２０による移動局６の位置推定が終了する。

［１−７．効果］
次に、本実施の形態の位置推定システム２により得られる効果について説明する。上述したように、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５を階層化することにより、移動局６の位置を、例えば「ＴＯＰ→位置Ｐ１〜Ｐ１２及びグループエリアＧ１〜Ｇ４→グループエリアＧ５及びＧ６→グループエリアＧ７及びＧ８→位置Ｐ３３〜Ｐ３６」のように段階的に推定することができる。その結果、移動局６の位置を推定するのに要する計算量を抑制しながら、位置推定精度を高めることができる。

例えば、従来の方法で移動局６の位置Ｐ１を推定する場合には、フロア１４内の全ての位置Ｐ１〜Ｐ４５について計４５回の計算（例えば尤度の計算等）が必要になる。これに対して、本発明の方法で移動局６の位置として位置Ｐ１を推定する場合には、複数の位置Ｐ１〜Ｐ１２及び複数のグループエリアＧ１〜Ｇ４について計１６回の計算で済む。さらに、本発明の方法で最も階層が深い移動局６の位置として位置Ｐ３３を推定する場合であっても、複数の位置Ｐ１〜Ｐ１２，Ｐ３３〜Ｐ３６及び複数のグループエリアＧ１〜Ｇ８について計２４回の計算で済む。このように、移動局６の位置として位置Ｐ１〜Ｐ４５のいずれかが推定されるまで、移動局６の位置を段階的に推定することにより、全ての位置Ｐ１〜Ｐ４５について位置推定の計算を行う場合と同じ解像度を保持したまま、移動局６の位置を推定するのに要する計算量を抑制することができる。

さらに、位置推定精度が低くてもよい場合には、移動局６の位置として位置Ｐ１〜Ｐ４５のいずれかが推定される前に、移動局６の位置推定を終了してもよい。例えば、移動局６がグループエリアＧ４内に位置していることが分かればよく、グループエリアＧ４における位置推定精度が低くてもよい場合がある。このような場合には、グループエリアＧ４については、移動局６の位置としてグループエリアＧ４が推定された時点で、移動局６の位置推定を終了してもよい。これにより、グループエリアＧ４内の複数の位置Ｐ１３〜Ｐ１６の各々についての計４回の計算を削減することができる。

通信方法として無線ＬＡＮを使用して本発明の効果を検証した。従来の方法（全ての位置について計算を行う方法）及び本発明の方法の各々について、位置推定を６５００回行うことにより、位置推定誤差及び計算時間をそれぞれ評価した。なお、複数の位置の階層化は手動で行った。従来の方法では、位置推定誤差は１．７ｍであった。これに対して、本発明の方法では、位置推定誤差は１．８ｍであり、従来の方法と同程度であった。このとき、本発明の方法の計算時間は、従来の方法の計算時間を１．０としたときの相対時間で、０．３９であった。すなわち、本発明の方法では、従来の方法と比較して、位置推定誤差の低下を０．１ｍに抑えながら、計算時間を約６１％削減することができた。

（実施の形態２）
次に、図１１〜図１４Ｂを参照しながら、実施の形態２に係る位置推定システムの構成について説明する。図１１は、実施の形態２に係る位置推定装置４Ａの機能的構成を示すブロック図である。図１２Ａは、グループエリアＧ１に対応する第１の合成ラジオマップの一例を示す図である。図１２Ｂは、グループエリアＧ１に対応する分散ラジオマップの一例を示す図である。図１３は、固定局及び移動局の位置関係と電波強度の分散との関連性を説明するための図である。図１４Ａは、図１３中の位置Ａ１における電波強度の計測結果を示す図である。図１４Ｂは、図１３中の位置Ａ２における電波強度の計測結果を示す図である。なお、以下の各実施の形態において、上記実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

なお、本実施の形態では、上記実施の形態１と同様に、位置ラジオマップ及び合成ラジオマップの各々の形式の一例として、確率分布に基づく位置ラジオマップを用いる場合について説明するが、これに限定されず、種々の形式の位置ラジオマップを用いることができる。

［２−１．位置推定装置の機能的構成］
図１１に示すように、本実施の形態の位置推定装置４Ａの記憶部１８Ａは、複数の位置ラジオマップ及び複数の合成ラジオマップに加えて、複数の分散ラジオマップ（高次統計量ラジオマップ）を記憶している。複数の分散ラジオマップは、複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５及び複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０と、第１〜第４５の位置ラジオマップ及び第１〜第１０の合成ラジオマップの各々における電波強度の分散（高次統計量）の確率分布との関係を示すデータである。例えば、グループエリアＧ１に対応する分散ラジオマップは、グループエリアＧ１に対応する第１の合成ラジオマップを作成する際に用いられた電波強度の分散の確率分布に基づいて作成される。

位置推定装置４Ａの位置推定部２０Ａは、移動局６（図１参照）と第１〜第３の固定局８，１０及び１２（図１参照）の各々との間の電波強度、電波強度の分散、複数の位置ラジオマップ、複数の合成ラジオマップ及び複数の分散ラジオマップに基づいて、移動局６の位置として複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５（又はグループエリアＧ１〜Ｇ１０）のいずれかを推定する。

［２−２．位置の推定方法］
次に、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照しながら、移動局６の位置の推定方法について説明する。なお、説明の都合上、図１２Ａでは、グループエリアＧ１に対応する第１の合成ラジオマップのうち、第１の固定局８に対応する電波強度の確率分布のみを図示している。また、説明の都合上、図１２Ｂでは、グループエリアＧ１に対応する分散ラジオマップのうち、第１の固定局８に対応する電波強度の分散の確率分布のみを図示している。

移動局６により計測された第１〜第３の固定局８，１０及び１２からの電波強度がそれぞれＲ４，Ｒ５及びＲ６であり、且つ、移動局６により計測された第１〜第３の固定局８，１０及び１２からの電波強度の分散がそれぞれＶ１，Ｖ２及びＶ３である場合に、上記実施の形態１と同様にグループエリアＧ１における尤度を計算する。

例えば、第１の合成ラジオマップにおける第１の固定局８に対応する第１の尤度は、図１２Ａ中の第１の固定局８に対応する確率分布における、電波強度Ｒ４に対する出現確率値（図１２Ａ中の電波強度Ｒ４における矢印参照）に対応する。同様にして、第１の合成ラジオマップにおける第２の固定局１０及び第３の固定局１２にそれぞれ対応する第２の尤度及び第３の尤度を求めることができる。

さらに、グループエリアＧ１に対応する分散ラジオマップにおける第１の固定局８に対する第４の尤度は、図１２Ｂ中の第１の固定局８に対応する確率分布における、電波強度の分散Ｖ１に対する出現確率値（図１２Ｂ中の電波強度の分散Ｖ１における矢印参照）に対応する。同様にして、グループエリアＧ１に対応する分散ラジオマップにおける第２の固定局１０及び第３の固定局１２にそれぞれ対応する第５の尤度及び第６の尤度を求めることができる。

グループエリアＧ１における尤度は、上述した第１〜第６の尤度の積を計算することにより求められる。

［２−３．効果］
ここで、固定局及び移動局の位置関係と電波強度の分散との関連性について説明する。図１３に示すように、建物のフロア１４Ａ内に第４の固定局２６及び第５の固定局２８が配置されている場合において、位置Ａ１及びＡ２でそれぞれ電波強度を計測した。位置Ａ１は第４の固定局２６により近い位置であり、位置Ａ２は第５の固定局２８により近い位置である。

図１４Ａに示すように、位置Ａ１では、第４の固定局２６からの電波強度は第５の固定局２８からの電波強度よりも大きくなった。一方、図１４Ｂに示すように、位置Ａ２では、第５の固定局２８からの電波強度は第４の固定局２６からの電波強度よりも大きくなった。このことから、固定局及び移動局の位置関係と電波強度との間には相関があることが分かる。

さらに、位置Ａ１では、第４の固定局２６からの電波強度の分散は１０．１５であり、第５の固定局２８からの電波強度の分散は１．２２であった。一方、位置Ａ２では、第４の固定局２６からの電波強度の分散は０．９５であり、第５の固定局２８からの電波強度の分散は５．４５であった。このことから、固定局及び移動局の位置関係と電波強度の分散との間にも相関があることが分かる。

したがって、本実施の形態では、移動局６の位置を推定する際に、位置ラジオマップ及び合成ラジオマップに加えて分散ラジオマップを利用することにより、移動局６の位置をより精度良く推定することができる。

なお、通信方法として無線ＬＡＮを使用して、４個の固定局を設置した場合の本発明の効果を検証した。従来の方法（電波強度のみを利用して位置推定を行う方法）では、位置推定誤差が５．２ｍであったのに対し、本発明の方法では、位置推定誤差が３．７ｍとなった。すなわち、本発明の方法では、従来の方法と比較して、位置推定誤差を１．５ｍ低減することができた。

なお、本実施の形態では、高次統計量として分散（２次）を用いたが、これに限定されず、例えばより高次の歪度（３次）又は尖度（４次）等を、単独、あるいは、複数組み合わせて用いてもよい。

なお、位置推定部２０Ａは、移動局６と第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々との間の電波強度、電波強度の分散、複数の位置ラジオマップ、複数の合成ラジオマップ及び複数の分散ラジオマップのうち任意の組み合わせに基づいて、移動局６の位置として複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５（又はグループエリアＧ１〜Ｇ１０）のいずれかを推定してもよい。

（実施の形態３）
次に、図１５及び図１６を参照しながら、実施の形態３に係る位置推定システムの構成について説明する。図１５は、実施の形態３に係る位置推定装置４Ｂの機能的構成を示すブロック図である。図１６は、第１の全合成ラジオマップの一例を示す図である。

なお、本実施の形態では、上記実施の形態１及び２と同様に、位置ラジオマップ及び合成ラジオマップの各々の形式の一例として、確率分布に基づく位置ラジオマップを用いる場合について説明するが、これに限定されず、種々の形式の位置ラジオマップを用いることができる。

［３−１．位置推定装置の機能的構成］
図１５に示すように、本実施の形態の位置推定装置４Ｂの記憶部１８Ｂは、複数の位置ラジオマップ及び複数の合成ラジオマップに加えて、第１〜第３の全合成ラジオマップを記憶している。第１〜第３の全合成ラジオマップはそれぞれ、第１〜第４５の位置ラジオマップを第１〜第３の固定局８，１０及び１２（図１参照）毎に合成した電波強度の確率分布を示すデータである。例えば、図１６に示す第１の全合成ラジオマップは、第１〜第４５の位置ラジオマップの各々の第１の固定局８に対応する電波強度の確率分布を合成したデータである。同様に、第２の全合成ラジオマップは、第１〜第４５の位置ラジオマップの各々の第２の固定局１０に対応する電波強度の確率分布を合成したデータである。また、第３の全合成ラジオマップは、第１〜第４５の位置ラジオマップの各々の第２の固定局１０に対応する電波強度の確率分布を合成したデータである。

位置推定装置４Ｂの位置推定部２０Ｂは、移動局６（図１参照）の位置として複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５（及び／又は複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０）のいずれかを推定する際に、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々からの電波強度と第１〜第３の全合成ラジオマップの各々の確率分布の最小値（第１の閾値）及び最大値（第２の閾値）との比較に基づいて、当該電波強度を位置推定に採用するか否かを判定する。なお、第１の閾値及び第２の閾値はそれぞれ、第１〜第３の全合成ラジオマップの基となる第１〜第４５の位置ラジオマップに基づいて導出される閾値である。

例えば、位置推定部２０Ｂは、第１の固定局８からの電波強度が第１の閾値以上且つ第２の閾値以下である場合（すなわち、図１６中の採用区間に含まれる場合）に、当該電波強度を位置推定に採用すると判定する。また、位置推定部２０Ｂは、第１の固定局８からの電波強度が第１の閾値未満である又は第２の閾値よりも大きい場合（すなわち、図１６中の棄却区間に含まれる場合）に、当該電波強度を棄却し、位置推定に採用しないと判定する。

なお、本実施の形態では、第１の閾値及び第２の閾値を両方用いるようにしたが、第１の閾値及び第２の閾値の一方のみを用いてもよい。

［３−２．効果］
一般に、例えば大きな物体が空間を移動することにより、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々と移動局６との間の通信経路が瞬間的に大きく変動した場合には、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々からの電波強度が瞬間的に変動することがある。このように瞬間的に変動した電波強度を用いて移動局６の位置を推定した場合には、位置推定の際に計測された電波強度と位置ラジオマップ（又は合成ラジオマップ）との乖離が大きくなるため、移動局６の位置を精度良く推定することができない。

本実施の形態では、位置推定部２０Ｂは、１回の電波強度のサンプリング値が棄却区間に含まれる場合に、当該電波強度が瞬間的に変動したと判断し、当該電波強度を棄却し、位置推定に採用しないと判定する。一方、位置推定部２０Ｂは、１回の電波強度のサンプリング値が採用区間に含まれる場合に、当該電波強度が安定していると判断し、当該電波強度を位置推定に採用すると判定する。これにより、計測された電波強度と位置ラジオマップ（又は合成ラジオマップ）との乖離を検知し、当該電波強度を位置推定に採用しないようにすることができ、移動局６の位置を精度良く推定することができる。

なお、通信方法として無線ＬＡＮを使用して、６個の固定局を設置した場合の本発明の効果を検証した。従来の方法（電波強度の平均化処理により電波強度の瞬間的な変動を抑制する方法）では、瞬間的な電波強度の変動による位置推定誤り率を２９％低減できたのに対し、本発明の方法では、位置推定誤り率を６７％低減することができた。すなわち、本発明の方法では、従来の方法と比較して、位置推定誤り率を約２倍低減することができた。

なお、本実施の形態では、位置推定部２０Ｂは、１回の電波強度のサンプリング値に基づいて当該電波強度を位置推定に採用するか否かを判定したが、複数回の電波強度のサンプリング値に基づいて当該電波強度を位置推定に採用するか否かを判定してもよい。例えば、位置推定部２０Ｂは、電波強度のサンプリング値が所定回数以上連続して棄却区間に含まれる場合（又は、複数回の電波強度のサンプリング値のうち所定割合（例えば５０％）以上のサンプリング値が棄却区間に含まれる場合）に、当該電波強度を棄却し、位置推定に採用しないと判定してもよい。

また、本実施の形態では、第１〜第３の全合成ラジオマップの各々の確率分布の最小値及び最大値をそれぞれ第１の閾値及び第２の閾値として設定したが、例えば確率分布の最小値及び最大値にそれぞれ所定の値（例えば、確率分布の１０パーセンタイル値）を加えた値をそれぞれ第１の閾値及び第２の閾値として設定してもよい。

また、本実施の形態では、位置推定部２０Ｂは、１回の電波強度のサンプリング値が棄却区間に含まれる場合に、当該電波強度を棄却し、位置推定に採用しないと判定したが、移動局６の位置推定の実行をキャンセルしてもよい。この場合、位置推定装置４Ｂは、位置推定の実行をキャンセルした旨（又は通信環境が不安定である旨）を上位の装置又はユーザ等に通知してもよい。

また、位置ラジオマップ又は合成ラジオマップの作成時に、電波強度の確率分布のうち棄却区間に含まれる観測データを予め除外して、位置ラジオマップ又は合成ラジオマップを作成してもよい。

また、上述した構成に代えて、位置推定部２０Ｂは、移動局６の位置として複数の位置Ｐ１〜Ｐ４５（及び／又は複数のグループエリアＧ１〜Ｇ１０）のいずれかを推定する際に、電波強度の分散（高次統計量）と分散ラジオマップ（高次統計量ラジオマップ）に基づいて導出される閾値との比較に基づいて、当該高次統計量を位置推定に採用するか否かを判定するようにしてもよい。上記閾値は、例えば、複数の分散ラジオマップを第１〜第３の固定局８，１０及び１２毎に合成した全分散ラジオマップの確率分布の最小値又は最大値である。あるいは、位置推定部２０Ｂは、電波強度を位置推定に採用するか否かを判定するとともに、電波強度の分散を位置推定に採用するか否かを判定するようにしてもよい。

（実施の形態３の変形例）
上記実施の形態３では、位置推定部２０Ｂは、第１〜第３の全合成ラジオマップを用いて第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々からの電波強度を位置推定に採用するか否かを判定したが、例えば次のようにして電波強度を位置推定に採用するか否かを判定してもよい。

以下では、固定局がＩ個、フロア１４（図１参照）内の位置がＧ個ある場合を例として説明する。位置ラジオマップの作成時に、フロア１４内の各位置で固定局毎にＮ個の信号の電波強度を計測する場合について考える。ｇ番目（ｇ＝１〜Ｇ）の位置について、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｉ）の固定局からのｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の信号の電波強度をＰｍａｐ（ｇ，ｉ，ｎ）とする。位置ラジオマップの作成時に、全てのＰｍａｐ（ｇ，ｉ，ｎ）の中から最大値であるＰＭＡＸｍａｐ及び最小値であるＰＭＩＮｍａｐをそれぞれ事前に求めておく。

次に、位置推定時において、ｉ番目の固定局からの信号の電波強度をＰｏｂｓ（ｉ）としたとき、位置推定部２０Ｂは、Ｐｏｂｓ（ｉ）が次式３を満たすか否かを判定する。

Ｐｏｂｓ（ｉ）−ＰＭＡＸｍａｐ≦εＭＡＸ、且つ、ＰＭＩＮｍａｐ−Ｐｏｂｓ（ｉ）≦εＭＩＮ （式３）

上式３において、εＭＡＸは、全てのＰｍａｐ（ｇ，ｉ，ｎ）の中の最大値に対する許容変化量を表し、εＭＩＮは、全てのＰｍａｐ（ｇ，ｉ，ｎ）の中の最小値に対する許容変化量を表す。なお、（ＰＭＡＸｍａｐ＋εＭＡＸ）及び（ＰＭＩＮｍａｐ−εＭＩＮ）はそれぞれ、複数の位置ラジオマップに基づいて導出される閾値である。

位置推定部２０Ｂは、Ｐｏｂｓ（ｉ）が上式３を満たす場合には、電波強度が安定していると判断し、当該電波強度を位置推定に採用すると判定する。一方、位置推定部２０Ｂは、Ｐｏｂｓ（ｉ）が上式３を満たさない場合には、電波強度が瞬間的に変動したと判断し、当該電波強度を棄却し、位置推定に採用しないと判定する。これにより、上記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

なお、１回の判定でＩ個の固定局からの電波強度のうち所定割合（例えば５０％）以上の電波強度が棄却された場合には、移動局６の位置推定の実行をキャンセルしてもよい。

（変形例等）
以上、本発明の位置推定システムについて、実施の形態１〜３に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。これらの実施の形態に対して当業者が思い付く変形を施して得られる形態、及び、これらの実施の形態における構成要素を任意に組み合わせて実現される別の形態も本発明に含まれる。

上記各実施の形態では、移動局６をＩＣタグで構成したが、これに限定されず、例えば無線ＬＡＮ対応の携帯端末（スマートフォン等）で構成してもよい。

上記各実施の形態では、無線ＬＡＮによる無線通信を採用したが、これに限定されず、例えば赤外線、超音波、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等による無線通信を採用することもできる。

上記各実施の形態では、フロア１４に３個の第１〜第３の固定局８，１０及び１２を配置したが、これに限定されず、例えば１個、２個又は４個以上の固定局を配置してもよい。

上記各実施の形態では、移動局６の２次元的な位置を推定したが、これに限定されず、移動局６の３次元的な位置を推定することもできる。

上記各実施の形態では、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々からの電波強度に基づいて移動局６の位置を推定したが、これに限定されず、移動局６からの電波強度に基づいて移動局６の位置を推定してもよい。あるいは、第１〜第３の固定局８，１０及び１２の各々からの電波強度及び移動局６からの電波強度の両方に基づいて移動局６の位置を推定してもよい。

上記各実施の形態では、位置ラジオマップ及び合成ラジオマップの各々の形式の一例として、確率分布に基づく位置ラジオマップを用いる場合について説明したが、これに限定されず、種々の形式の位置ラジオマップを用いることができる。例えば、電波強度の値そのものに基づく形式のラジオマップを用いた場合には、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）又はｋ−ＮＮ（ｋ−Ｎｅａｒｅｓｔ Ｎｅｉｇｈｂｏｒ）等のアルゴリズムによって位置を推定することもできる。

本発明は、例えば病院又は倉庫等における物品の位置を管理するための位置推定システム等として適用することができる。

２ 位置推定システム
４，４Ａ，４Ｂ 位置推定装置
６ 移動局
８ 第１の固定局
１０ 第２の固定局
１２ 第３の固定局
１４，１４Ａ フロア
１６，２２ 通信部
１８，１８Ａ，１８Ｂ 記憶部
２０，２０Ａ，２０Ｂ 位置推定部
２４ 計測部
２６ 第４の固定局
２８ 第５の固定局

Claims (9)

1. 固定局に対する移動局の位置を推定する位置推定システムであって、
   グループエリア内の複数の位置の各々と前記複数の位置の各々における電波強度との関係を示す複数の位置ラジオマップ、及び、前記複数の位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度と前記グループエリアとの関係を示す合成ラジオマップを記憶する記憶部と、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記合成ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記グループエリアを推定する位置推定部と、を備える
   位置推定システム。
2. 前記位置推定部は、さらに、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び推定された前記グループエリア内の前記複数の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定する
   請求項１に記載の位置推定システム。
3. 前記グループエリアは複数設けられており、
   前記複数のグループエリアは、上位グループエリアを構成する複数の第１のグループエリア、及び、前記上位グループエリアを構成しない第２のグループエリアを有し、
   前記複数の位置は、前記複数の第１のグループエリア内に含まれる複数の第１の位置、前記上位グループエリア内に含まれ且つ前記複数の第１のグループエリア外に配置される複数の第２の位置、前記第２のグループエリア内に含まれる複数の第３の位置、及び、前記上位グループエリア外且つ前記第２のグループエリア外に配置される複数の第４の位置を有し、
   前記記憶部は、さらに、
   複数の前記合成ラジオマップと、
   前記複数の第１のグループエリアの各々に対応する前記複数の合成ラジオマップを合成することにより得られる電波強度と前記上位グループエリアとの関係を示す上位合成ラジオマップと、を記憶し、
   前記位置推定部は、前記移動局が前記上位グループエリア内に位置する場合には、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記上位合成ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記上位グループエリアを推定し、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び推定された前記上位グループエリア内の前記複数の第１のグループエリアの各々に対応する前記複数の合成ラジオマップに基づいて、前記複数の第１のグループエリアの中から前記移動局が存在する位置が含まれる特定の第１のグループエリアを推定し、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び推定された前記特定の第１のグループエリア内の前記複数の第１の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の第１の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定し、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記複数の第２の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の第２の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定し、
   前記位置推定部は、さらに、前記移動局が前記第２のグループエリア内に位置する場合には、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記第２のグループエリアに対応する前記合成ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記第２のグループエリアを推定し、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び推定された前記第２のグループエリア内の前記複数の第３の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の第３の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定し、
   前記位置推定部は、さらに、前記移動局が前記上位グループエリア外且つ前記第２のグループエリア外に位置する場合には、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記複数の第４の位置の各々に対応する前記複数の位置ラジオマップに基づいて、前記複数の第４の位置の中から前記移動局が存在する位置を推定する
   請求項１又は２に記載の位置推定システム。
4. 前記グループエリア及び前記グループエリア内に含まれない前記位置から上位グループエリアを構成し、
   前記記憶部は、さらに、前記グループエリアに対応する前記合成ラジオマップ及び前記位置に対応する前記位置ラジオマップを合成することにより得られる電波強度と前記上位グループエリアとの関係を示す上位合成ラジオマップを記憶し、
   前記位置推定部は、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記上位合成ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する前記上位グループエリアを推定し、
   前記固定局と前記移動局との間の電波強度、前記合成ラジオマップ及び前記位置ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する前記グループエリア又は前記位置を推定し、
   前記移動局が前記グループエリア内に存在すると推定された場合には、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び前記グループエリア内の前記位置ラジオマップに基づいて、前記移動局が存在する前記位置を推定する
   請求項１又は２に記載の位置推定システム。
5. 前記記憶部は、さらに、前記グループエリアと前記グループエリアにおける電波強度の高次統計量との関係を示す高次統計量ラジオマップを記憶し、
   前記位置推定部は、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び／又は電波強度の高次統計量と、前記合成ラジオマップ及び／又は前記高次統計量ラジオマップとに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記グループエリアを推定する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置推定システム。
6. 前記記憶部は、さらに、前記位置と前記位置における電波強度の高次統計量との関係を示す高次統計量ラジオマップを記憶し、
   前記位置推定部は、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び／又は電波強度の高次統計量と、前記位置ラジオマップ及び／又は前記高次統計量ラジオマップとに基づいて、前記移動局が存在する位置を推定する
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の位置推定システム。
7. 前記記憶部は、さらに、前記上位グループエリアと前記上位グループエリアにおける電波強度の高次統計量との関係を示す高次統計量ラジオマップを記憶し、
   前記位置推定部は、前記固定局と前記移動局との間の電波強度及び／又は電波強度の高次統計量と、前記上位合成ラジオマップ及び／又は前記高次統計量ラジオマップとに基づいて、前記移動局が存在する位置が含まれる前記上位グループエリアを推定する
   請求項３又は４に記載の位置推定システム。
8. 前記位置推定部は、さらに、前記移動局が存在する位置、前記位置が含まれる前記グループエリア、及び／又は、前記位置及び／又は前記グループエリアが含まれる前記上位グループエリアを推定する際に、前記高次統計量と前記高次統計量ラジオマップに基づいて導出される閾値との比較に基づいて、当該高次統計量を位置推定に採用するか否かを判定する
   請求項５〜７のいずれか１項に記載の位置推定システム。
9. 前記位置推定部は、さらに、前記移動局が存在する位置、前記位置が含まれる前記グループエリア、及び／又は、前記位置及び／又は前記グループエリアが含まれる前記上位グループエリアを推定する際に、前記固定局と前記移動局との間の電波強度と前記位置ラジオマップに基づいて導出される閾値との比較に基づいて、当該電波強度を位置推定に採用するか否かを判定する
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置推定システム。

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