JP2016176907A - 位置測定システム、位置測定装置、位置測定方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
前記予測部は、決定された複数の決定木と、取得された入力データとを用いて、前記移動体の位置を予測する。
を有する位置測定方法。
図1に例示するように、位置測定システム1は、移動体3と、固定装置5と、位置測定装置7とで構成される。
位置測定システム1は、移動体3と固定装置5との間で送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間に基づいて、位置測定装置7により、移動体3の位置を測定するシステムである。
図2の(a)に例示するように、固定装置5は、位置の検出エリア内の各所に配置されるが、1箇所につき複数の固定装置5(固定装置5A‐a及び固定装置5A‐b)が配置されている。図2の(b)は、固定装置5のアンテナを上からみた水平方向の指向性を示しており、固定装置5は送信する電波の強度や受信する電波の感度が方向によって異なる。図2の(b)より、固定装置5A−aは、90°及び270°の方向に対する電波の指向性が低いことが分かる。この指向性の低い方向を補うために、固定装置5は、1箇所につき複数が互いに近接して配置され、互いに異なる指向性を有する複数の固定装置を固定装置セットとして位置の検出エリア内に配置される。具体的には、固定装置5A‐aが特定の箇所に設置された場合、固定装置5A−aのアンテナの指向性の低い方向を補うような向きに、固定装置5A‐bを設置する。より具体的には、固定装置5A‐bを固定装置5A‐aに対して90°回転させた形で設置する。このように固定装置5を設置することにより、指向性の影響を少なくすることが可能になる。例えば、指向性の影響により、固定装置5A‐aと移動体3間で送受信される電波の受信強度が弱くなり、さらには通信不安定や通信不能になった場合にも、固定装置5A−bと移動体3間で送受信される電波の受信強度が指向性の影響で低下することはない。つまり、移動体3がいずれの方向にあったとしても、固定装置5A−aと固定装置5A−bの少なくとも1つと、受信強度の低下という指向性の影響を受けることなく通信できる。これにより、指向性の影響で、移動体3の位置の測定結果の誤差が大きくなることを防ぐことができる。
また、アンテナには指向性に加えて偏波面があり、偏波面の影響によっても、固定装置5は送信する電波の強度や受信する電波の感度が方向によって異なる。そのため、固定装置5A−aが送信する電波の強度や受信する電波の感度が低下する方向を補うような向きに、固定装置5A−bを設置しても良い。また、このような偏波面の影響と指向性の影響の双方を考慮して、1箇所につき3個以上の固定装置5を設置しても良い。
また、このように固定装置5を設置することにより、電波障害物やマルチパスフェージングの影響を少なくすることができる。これは、移動体3と電波を送受信する際の電波障害物やマルチパスフェージングの影響の大きさが、このように1箇所につき複数設置した固定装置5のそれぞれで異なるためである。例えば、電波障害物やマルチパスフェージングの影響により、移動体3と固定装置5A‐a間で送受信される電波の受信強度が弱くなった信号強度情報が存在したとしても、マルチパスフェージングの影響を受けていない、移動体3と固定装置5A‐b間で送受信される電波の信号強度情報が測定できれば、マルチパスフェージングの影響を弱めることが可能になる。電波障害物やマルチパスフェージングの影響を少なくするには、固定装置5A−aから2cm〜30cm離間して固定装置5B−bを設置することが好ましい。
ただし、固定装置5A‐aと移動体3間の電波の受信強度と、固定装置5A‐bと移動体3間の電波の受信強度を平均などして一つにまとめることも可能であるが、それぞれを別個の学習データとして、また、入力データとして使用することがより好ましい。これは、測定結果の誤差をより小さくできるためである。
電波の受信強度と同様に、電波の伝搬時間についても、電波障害物やマルチパスフェージングの影響を受けるため、位置の検出エリア内の各所に配置される固定装置5を、1箇所につき複数設置することは、有効である。
図3に例示するように、本例の移動体3には、移動体プログラム30がインストールされる。
移動体プログラム30は、電波送受信部300、変復調部302、送信時間管理部304、及び信号強度情報作成部306を有する。
電波送受信部300は、固定装置5により送信される電波を複数のタイミングで受信する。さらに、電波送受信部300は、位置測定装置7へ、信号強度情報(後述)を含む電波を送信する。具体的には、電波送受信部300は、固定装置5により送信される電波を受信し、変復調部302に通知する。さらに、電波送受信部300は、送信時間管理部304により管理される複数のタイミングで信号強度情報(後述)を位置測定装置7へ送信する。
図4に例示するように、位置測定装置は、CPU200、メモリ202、HDD204、ネットワークインタフェース206(ネットワークIF206)、表示装置208、及び入力装置210を有し、これらの構成はバス212を介して互いに接続している。
CPU200は、例えば、中央演算装置である。
メモリ202は、例えば、揮発性メモリであり、主記憶装置として機能する。
HDD204は、例えば、ハードディスクドライブ装置であり、不揮発性の記録装置としてコンピュータプログラムやその他のデータファイルを格納する。
ネットワークIF206は、有線又は無線で通信するためのインタフェースであり、固定装置5との通信を実現する。
表示装置208は、例えば、液晶ディスプレイである。
入力装置210は、例えば、キーボード及びマウスである。
図5に例示するように、位置測定装置7には、位置測定プログラム70がインストールされると共に、学習データデータベース600(学習データDB600)が構成される。
位置測定プログラム70は、学習データ取得部700、入力データ作成部710、予測部720、精度評価部730、高さ判定部740、位置決定部750、及び表示部760を有する。さらに、予測部720は、学習データ選択部722、学習部724、及び位置予測部726を有する。
なお、位置測定プログラム70の一部又は全部は、ASICなどのハードウェアにより実現されてもよい。また、位置測定プログラム70は、例えば、CD−ROMなどの記録媒体に格納されており、この記録媒体を介してインストールされる。
図6は、学習データ選択部722による複数の学習データセットの選択を表す図である。
図6に例示するように、学習データ選択部722は、目的変数である移動体3の位置(X,Y)に関連付けられた、時刻と固定装置5のIDから定まる説明変数、及びその説明変数の値であるRSSI値を保持する学習データから複数の学習データと複数の説明変数をランダムに選択し、学習データセットを複数作成する。学習部724(後述)は、各学習データセットに基づいて、決定木を構築する。例えば、図6に示すように、学習部724は、データ1やデータ5等の、現在時刻の固定装置5A−aのRSSI値や0.5秒前の固定装置5A−bのRSSI値等に基づいて、決定木1を構築する。つまり、図6における決定木1〜決定木mは、ぞれぞれ異なるデータ及び異なる説明変数に基づいて構築される。そのため、位置測定システム7は、複数の異なる決定木を有する。
図7は、学習部724による構築されたX座標の決定木の例である。
図7に例示するように、決定木の内部節点は説明変数に対応し、子節点への枝はその変数の取り得る値を示す。決定木の葉(端点)は、根(root)からの経路によって表される説明変数値に対して、目的変数の予測値を表す。具体的には、学習部724は、学習データ選択部722により作成された学習データセットに基づいて、移動体3のX座標を予測するための決定木と、移動体3のY座標を予測するための決定木とを、学習データセット毎に決定する。つまり、学習部724は学習データセットに基づき、移動体3の位置を予測する複数の決定木、すなわち決定木のセットをX座標とY座標それぞれに決定する。
具体的には、精度評価部730は、位置予測部726が予測した予測結果の精度指標を、移動予測部726の予測結果の分散や標準偏差に基づいて求める。この際、分散や標準偏差が大きい場合は精度が低く、これらが小さい場合は精度が高いと評価する。さらに、精度評価部730は、評価した精度指標を、高さ判定部740に通知する。
そして、精度評価部730は、精度指標を表示部760に通知する。また、一定期間、精度が低い評価が頻発しているか否かを判定し、一定期間、精度が低い評価が頻発していると判定した場合に、表示部760に一定期間、精度が低い評価が頻発していることを通知する。
具体的には、高さ判定部740は、位置予測部726が予測した予測結果の中から、精度評価部730により通知された精度指標の評価が最も高い予測結果を採用し、位置決定部750に通知する。
より具体的には、移動体3の高さ毎に決定木のセット(学習器)が構築されており、決定木のセット毎の予測結果が存在する場合に、高さ判定部740は、決定木のセット毎の予測結果のうち、最も精度の高い予測結果を位置決定部750に通知する。また高さ判定部740は、最も精度の高い予測結果を出した学習器の高さを、移動体3の高さに近い高さであると判定して、位置決定部750に通知する。
具体的には、図8に例示するように、位置決定部750は、予測部720により、各決定木から導かれた移動体3の位置の複数(図8ではm個)の予測結果の平均値を、移動体3(ID10)の位置の測定結果とする。また、移動体3の高さ毎に決定木のセット(学習器)が構築されており、決定木のセット毎の予測結果が存在する場合には、高さ判定部740から通知された予測結果の平均値を測定結果とする。位置決定部750は、測定結果を移動体3の位置として表示部760に通知する。また、位置決定部750は、移動体3の高さが高さ判定部740により通知されている場合は、測定結果と共に移動体3の高さを表示部760に通知する。
また、精度評価部730により、一定期間、精度が低い評価が頻発していると通知を受けた場合は、表示部760は、決定木が適正に機能していない、及び、再学習(学習データの再取得と、それに基づく決定木の構築)が必要であることを表示する。
移動体3は、固定装置5から送信される電波を受信し、信号強度情報を位置測定装置7へ送信する。信号強度情報には、移動体3のID、移動体3が受信した電波の送信元の固定装置5のID、及びそのRSSIが含まれる。移動体3は、このような信号強度情報を時間間隔を空けて複数回送信する。図9に例示するように、位置測定装置7は、移動体3から送信される信号強度情報を複数回受信し、信号強度情報に受信した時刻を関連付けて入力データを作成する。
図9に例示するように、入力データには、信号強度情報を受信した時刻、移動体3が受信した電波の送信元の固定装置5のID、移動体3のID、及びRSSIが含まれ、位置測定装置7は、作成した入力データを移動体3の位置測定に用いる。
位置測定システム1は、入力データのうち、現時刻のRSSIだけではなく、過去の時刻(0.5秒前、1.0秒前)のRSSIを含めた入力データに基づいて、移動体3の位置を測定する。
移動体3の位置が僅かに変化しただけで、マルチパスフェージングの影響の程度は大きく異なるため、移動体3が移動中の場合には、時間とともにマルチパスフェージングの影響の度合いは変化する。そのため、ある瞬間のRSSI値のみに基づいて移動体3の位置を決定した場合、そのRSSI値がマルチパスフェージングの影響を大きく受けていた場合には、位置測定の結果と実際の移動体3の位置との誤差が大きくなる可能性がある。しかし、位置測定システム1は、例えば、マルチパスフェージングの影響が受けている現時刻だけではなく、現時刻に近い、マルチパスフェージングの影響が少ない可能性のある過去のRSSI値も用いて移動体3の位置を決定することにより、実際の移動体3の位置との誤差を小さくすることを可能にする。
図10に例示するように、位置測定装置7は、予め、2つ以上の異なる、移動体3の高さにおいて、各固定装置5と移動体3との信号強度情報を取得し、学習データを作成して、高さ毎に学習器を構築する。学習器を構築するとは、学習データ選択部722により、学習データの組み合わせをランダムに選択し、学習部724により、学習データ選択部722により選択されたデータの組み合わせに基づいて、複数の決定木すなわち決定木のセットを決定することである。
位置予測部726は、入力データ作成部710により、作成された入力データと、高さ毎の各決定木とに基づいて、高さ毎の移動体3の位置の予測結果を出力する。
さらに、精度評価部730は、高さ毎の移動体3の位置の予測結果を評価し、高さ判定部740は、精度評価部730によりばらつきが少ないと評価された予測結果を出力した高さを、移動体3の高さに近いと判定する。
そして、位置決定部750は、ばらつきが少ないと評価された予測結果に基づいて、移動体3の位置を決定する。
図11に例示するように、ステップ700(S700)において、学習データ取得部700は、計測対象エリアの様々な位置に置かれた移動体3と各固定装置5との間の信号強度情報を受信し、学習データを作成する。具体的には、学習データ取得部700は、測定された移動体3の位置(X,Y)と、信号強度情報と、信号強度情報を受信した時刻とが関連付けられた学習データを作成し、学習データDB600に格納する。
移動体3の複数の高さ毎のX座標用の学習器及びY座標用の学習器が構築されているものとする。
図12に例示するように、ステップ800(S800)において、入力データ作成部710は、移動体3から送信される信号強度情報に時刻情報を関連付けて入力データを作成し、位置予測部726へ通知する。
位置予測部726は、予測した決定木毎の予測結果を精度評価部730及び位置決定部750に通知する。
位置測定処理(S80)は、移動体3の全ての高さ毎の予測結果が出力された場合に、S815に移行し、移動体3の全ての高さ毎の予測結果が出力されていない場合に、S805に移行する。
また、上記実施形態では、固定装置5は位置の検出エリア内の4箇所に配置されている場合について説明したが、これに限らず、検出エリアが広い場合などは、その広さに応じて配置箇所を増やしてもよい。
図13は、変形例に係る位置測定システム1の概要を説明する図である。
上記実施形態では、固定装置5が発信する電波を移動体3が受信する場合について説明したが、移動体3が発信する電波を固定装置5が受信してもよい。
図13に例示するように、変形例では、移動体3から発信される電波を受信した複数の固定装置5が、それぞれで信号強度情報を作成し、各固定装置5から個別に位置測定装置7へ信号強度情報を送信する。具体的には、固定装置5Aと移動体3、固定装置5Bと移動体3、固定装置5Cと移動体3、及び固定装置5Dと移動体3間の信号強度情報を各固定装置5で作成し、各固定装置5が位置測定装置7へと信号強度情報を送信する。信号強度情報を送信する際は、信号強度情報は、固定装置5を経由し、位置測定装置7に接続された固定装置5から位置測定装置7へ送信される。例えば、固定装置5Cは、固定装置5A及び固定装置5Bを経由して信号強度情報を位置測定装置7へ送信する。
3…移動体
5…固定装置
7…位置測定装置
50…固定装置プログラム
70…位置測定プログラム
200…CPU
202…メモリ
204…HDD
206…ネットワークIF
208…表示装置
210…入力装置
212…バス
300…電波送受信部
302…変復調部
304…送信時間管理部
306…信号強度情報作成部
600…学習データデータベース
700…学習データ取得部
710…入力データ作成部
720…予測部
722…学習データ選択部
724…学習部
726…位置予測部
730…精度評価部
740…高さ判定部
750…位置決定部
760…表示部
Claims (11)
- 複数の固定装置と位置測定装置とを含み、移動体の位置を測定する位置測定システムであって、
前記複数の固定装置が、互いに離間した複数の位置に配置され、
前記固定装置は、前記移動体との間で電波を受信または送信し、
前記位置測定装置は、
複数の位置に配置された前記固定装置と前記移動体との間で送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間を示すデータを入力データとして取得するデータ取得部と、
互いに異なる複数の予測方法と、前記データ取得部により取得された入力データとを用いて、前記移動体の位置を予測する予測部と、
前記予測部による複数の予測結果に基づいて、前記移動体の位置を決定する位置決定部と
を有する
位置測定システム。 - 前記固定装置は、複数のタイミングで、前記移動体から受信または送信された電波を送受信し、
前記予測部は、複数のタイミングで前記固定装置と前記移動体との間で送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間を入力データとして、前記移動体の位置を予測する
請求項1に記載の位置測定システム。 - 前記位置測定装置は、
前記移動体の複数の位置に関連付けられた複数の受信強度または伝搬時間のデータの中から、複数のデータの組合せと、前記データに含まれる受信強度または伝搬時間の組み合わせとを学習データセットとして選択する学習データ選択部と、
前記学習データ選択部により選択された複数の学習データセットを用いて、予測に用いる複数の決定木を決定する学習部
をさらに有し、
前記予測部は、前記学習部により決定された複数の決定木それぞれを用いて、複数の予測結果を出力する
請求項1又は2に記載の位置測定システム。 - 前記学習データ選択部は、複数の位置にある前記移動体と、複数の前記固定装置それぞれとの間で送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間の実測値の中から、前記学習データセットをランダムに選択し、
前記学習部は、ランダムに選択された複数の学習データセットを用いて、複数の決定木を決定し、
前記予測部は、前記学習部により決定された複数の決定木と、前記データ取得部により取得された入力データとを用いて、前記移動体の位置を予測する
請求項3に記載の位置測定システム。 - 互いに近接して配置された複数の固定装置を固定装置セットとし、
前記学習データ選択部は、複数の位置にある前記移動体と、前記固定装置セットに含まれる固定装置それぞれとの間で送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間の実測値の中から、前記学習データセットをランダムに選択し、
前記学習部は、選択された複数の学習データセットを用いて、複数の決定木を決定し、
前記データ取得部は、前記固定装置セットに含まれる固定装置それぞれによる受信強度または伝搬時間を入力データとして取得し、
前記予測部は、決定された複数の決定木と、取得された入力データとを用いて、前記移動体の位置を予測する
請求項3に記載の位置測定システム。 - 前記固定装置は、複数のタイミングで、前記移動体から送信された電波を受信、または、前記移動体は、複数のタイミングで、前記固定装置から送信された電波を受信し、
前記学習データ選択部は、複数の位置にある前記移動体と、前記固定装置それぞれとの間で複数のタイミングで送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間の実測値の中から、前記学習データセットをランダムに選択し、
前記学習部は、選択された複数の学習データセットを用いて、複数の決定木を決定し、
前記データ取得部は、複数のタイミングにおける前記固定装置の受信強度または伝搬時間を入力データとして取得し、
前記予測部は、決定された複数の決定木と、取得された入力データとを用いて、前記移動体の位置を予測する
請求項3に記載の位置測定システム。 - 前記位置測定装置は、
前記予測部による複数の予測結果のばらつき度合に基づいて、前記位置決定部により決定される位置の精度を評価する精度評価部
をさらに有する
請求項1に記載の位置測定システム。 - 決定木のセットは、前記移動体のアンテナの複数の高さそれぞれに関連付けて用意されており、
前記予測部による予測結果のばらつきに基づいて、前記移動体のアンテナの高さを判定する高さ判定部
をさらに有し、
前記位置決定部は、前記高さ判定部により判定された高さに関連付けられた決定木のセットによる予測結果を用いて、前記移動体の位置を決定する
請求項3に記載の位置測定システム。 - 移動体の位置を測定する位置測定装置であって、
既定の位置に固定された固定装置と、前記移動体との間で送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間を示すデータを入力データとして取得するデータ取得部と、
互いに異なる複数の予測方法と、前記データ取得部により取得された入力データとを用いて、前記移動体の位置を予測する予測部と、
前記予測部による複数の予測結果に基づいて、前記移動体の位置を決定する位置決定部と
を有する位置測定装置。 - 固定装置と位置測定装置とを含み、移動体の位置を測定する位置測定方法であって、
前記固定装置が、前記移動体から発信された電波を受信するステップと、
前記位置測定装置が、前記固定装置と前記移動体との間で送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間を示すデータを入力データとして取得するステップと、
前記位置測定装置が、互いに異なる複数の予測方法と、取得された入力データとを用いて、前記移動体の位置を予測するステップと、
前記位置測定装置が、前記複数の予測方法による複数の予測結果に基づいて、前記移動体の位置を決定するステップと
を有する位置測定方法。 - 既定の位置に固定された固定装置と、移動体との間で送受信される電波の受信強度または電波の伝搬時間を示すデータを入力データとして取得するステップと、
互いに異なる複数の予測方法と、取得された入力データとを用いて、前記移動体の位置を予測するステップと、
前記複数の予測方法による複数の予測結果に基づいて、前記移動体の位置を決定するステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
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