JP2018179919A - 位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システム - Google Patents

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Abstract

【課題】多様な測定値の特性に応じてより精度の高い位置の推定が可能となるアルゴリズムを備えた位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムを提供すること。
【解決手段】送信機から送信された電波の受信信号強度を取得するとともに取得した受信信号強度を送信する複数の受信機から送信された複数の受信信号強度を受信し、複数の受信信号強度に基づいて送信機と複数の受信機の各々との距離を算出するとともに複数の距離を用いて送信機の位置を推定するに際し、複数の距離のなかに予め定められた距離の閾値よりも小さい距離が存在する場合、閾値よりも小さい距離に対応する受信機の位置を送信機の位置と推定する補正処理を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システム、特にＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：受信信号強度）値を用いた位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムに関する。
近年、特定の人物や動物等（以下、「探索対象」）の位置を推定するシステム（以下、「位置推定システム」）の実現が求められている。例えば、高齢化社会の到来に伴う要介護老人の徘徊の問題が挙げられる。すなわち、徘徊する老人の位置が推定可能なシステムが実現されれば、介護者の負担軽減に資する。また、牛等の家畜の放牧地における個々の家畜の位置の推定が挙げられる。例えば、家畜の位置がバイタルデータ（生体情報）とともに把握できれば、牧場主の管理上の負担軽減に資する。
探索対象の位置を推定する方法として、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた方法がよく知られている。しかしながら、近代のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）等の台頭に伴い、ＧＰＳに代わり、より低消費電力で、より低コストな位置推定方法が求められている。そのような位置推定方法の一例として、ＲＳＳＩ値を用いた方法が検討されており、中でも電波として到達距離が比較的長いサブギガヘルツ帯（以下、「サブＧ」。例えば９２０ＭＨｚ帯）を用いた方法が精力的に検討されつつある。ＲＳＳＩ値を用いた位置推定システムは、一般に、電波を送信するとともに探索対象に付随して移動する送信機（例えば、「ビーコン」）と、送信機から送信された電波を受信し、そのＲＳＳＩ値、すなわち受信信号強度から探索対象までの距離を推定する複数の受信機（例えば、「コンセントレータ」）を含んで構成される。
ＲＳＳＩ値を用いた位置推定システムとして例えば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１に開示された位置推定システムは、３台以上のアクセスポイントと、アクセスポイントが受け付けた携帯端末の電波の、強度に関する情報に基づいて携帯端末の位置を推定する位置推定装置と、を備え、位置推定装置は、決定部および推定部を有する。決定部は、複数の時間帯のそれぞれにおいて各アクセスポイントが受け付けた携帯端末の電波の、強度に関する、アクセスポイント別かつ時間帯別の電波強度情報に基づき、各時間帯について、１のアクセスポイントを最大強度電波受信機として決定する。推定部は、２以上の時間帯からなる判定対象時間帯における携帯端末の位置を、判定対象時間帯に含まれる時間帯の最大強度電波受信機の組合せに基づき推定する。
特開２０１６−２１７９４３号公報
ところで、ＲＳＳＩ値を用いることにより、ＧＰＳを用いる場合と比較して、より消費電力が抑制され、コストも抑えられた位置推定システムが実現される可能性がある。しかしながら、ＲＳＳＩ値を用いた位置推定方法では、例えば受信機と送信機との距離が離れ、受信信号強度が弱くなると測定された距離、すなわち推定される位置（以下、「推定点」）の誤差が大きくなるという問題がある。つまり、推定点のブレが大きく、地図に描画した場合に推定点の位置、あるいは軌跡の特定が困難になる場合がある。また、ＲＳＳＩ値を用いた位置推定方法では一般に３箇所以上に配置された受信機における３点のＲＳＳＩ値を用いて位置を推定するが、距離の誤差に起因して推定点が算出できない場合もある。つまり、常に適切な３点の測定値が取得できるとは限らず、また、測定値を３点取得できたとしても、それらの測定値が３点による位置の推定において適切な値とも限らない。
位置推定の精度を向上させるためには、このような観点からの検討も必要と考えられる。
この点、特許文献１に係る位置推定システムは、時間帯を複数の判定対象時間帯に区切り、該判定対象時間帯内で３回の受信強度の測定を行い、受信強度が最大となるアクセスポイントの組み合わせによって探索対象の位置を推定している。つまり、適切な測定値を３つ用いることを前提とし、しかも、測定値の組み合わせ自体の適否について配慮したものではない。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、多様な測定値の特性に応じてより精度の高い位置の推定が可能となるアルゴリズムを備えた位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムを提供することを目的とする。
本発明に係る位置推定方法は、送信機から送信された電波の受信信号強度を取得するとともに取得した前記受信信号強度を送信する複数の受信機から送信された複数の前記受信信号強度を受信し、複数の前記受信信号強度に基づいて前記送信機と前記複数の受信機の各々との距離を算出するとともに複数の前記距離を用いて前記送信機の位置を推定するに際し、複数の前記距離のなかに予め定められた前記距離の閾値よりも小さい距離が存在する場合、前記閾値よりも小さい距離に対応する受信機の位置を前記送信機の位置と推定する第１の補正処理を行うものである。
本発明に係る位置推定装置は、送信機から送信された電波の受信信号強度を取得するとともに取得した前記受信信号強度を送信する複数の受信機から送信された複数の前記受信信号強度を受信する受信部と、複数の前記受信信号強度に基づいて前記送信機と前記複数の受信機の各々との距離を算出するとともに複数の前記距離を用いて前記送信機の位置を推定する推定部と、を備え、前記推定部は、複数の前記距離のなかに予め定められた前記距離の閾値よりも小さい距離が存在する場合、前記閾値よりも小さい距離に対応する受信機の位置を前記送信機の位置と推定する補正処理を行うものである。
本発明に係る位置推定システムは、電波を送信する送信機と、前記電波を受信して前記電波の受信信号強度を取得するとともに取得した前記受信信号強度を送信する複数の受信機と、前記受信機から送信された複数の前記受信信号強度を受信する受信部、および複数の前記受信信号強度に基づいて前記送信機と前記複数の受信機の各々との距離を算出するとともに複数の前記距離を用いて前記送信機の位置を推定する推定部を備え、前記推定部が、複数の前記距離のなかに予め定められた前記距離の閾値よりも小さい距離が存在する場合、前記閾値よりも小さい距離に対応する受信機の位置を前記送信機の位置と推定する補正処理を行う位置推定装置と、を含むものである。
本発明によれば、多様な測定値の特性に応じてより精度の高い位置の推定が可能となるアルゴリズムを備えた位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムを提供することが可能となる。
第１の実施の形態に係る位置推定システムの構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態に係る基本推定処理を説明する図である。 第１の実施の形態に係る、（ａ）は１点推定処理、（ｂ）は推定点２点補正処理、（ｃ）は最大移動距離制限処理を説明する図である。 第１の実施の形態に係る位置推定処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 推定点２点補正処理の他の形態を説明する図である。 第２の実施の形態に係る位置推定システムの構成の一例を示すブロック図である。 第２の実施の形態に係る位置推定方法を説明する図である。 第２の実施の形態に係る位置推定処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 基本位置推定システムを説明する図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１から図５を参照して、本実施の形態に係る位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムについて説明する。本発明において、位置推定の対象（探索対象）、あるいは本システムを適用するフィールド（領域）等特に限定されないが、本実施の形態では、一例として探索対象を牛等の家畜、適用フィールドを放牧地とした形態を例示して説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る位置推定システム１０は、送信機（ビーコン）１２、受信機（コンセントレータ）１４−１、１４−２、１４−３（以下、総称する場合は「受信機１４」）、ゲートウエイ１６、およびクラウド１８を含んで構成されている。
ゲートウエイ１６が本発明に係る「位置推定装置」を構成する。また、ゲートウエイ１６の機能のうち、以下で説明する機能を半導体装置で実現する場合もあり、この場合は当該半導体装置が「位置推定装置」を構成する。
送信機１２は、図示しない送信アンテナを介して予め定められた周波数帯の電波を送信するビーコンであり、例えばタグのような形態で家畜に固着されている。送信機１２が送信する電波には、固有のＩＤ（ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）による識別情報等を重畳させてもよい。送信機１２から送信される電波は連続して送信されてもよいし、間欠的（定期的）に送信されてもよい。また、本実施の形態では１つの送信機１２を例示して説明するが、むろんこれに限られず、送信機１２は家畜等の数に応じて必要な数量だけ配置される。すなわち、本実施の形態において送信機１２の数は１つまたは複数である。
受信機１４は、送信機１２が送信する電波を図示しない受信アンテナを介して受信し、受信した電波のＲＳＳＩ値を図示しない送信アンテナを介してゲートウエイ１６に送る。
本実施の形態では、受信機１４を３台配置させる形態を例示して説明するが、位置推定の形態等に応じて何台配置させてもよい。
ゲートウエイ１６は、各受信機１４から送信された電波を図示しない受信アンテナを介して受信する。ゲートウエイ１６は各受信機から受信した電波に含まれるＲＳＳＩ値から、各々の受信機１４と送信機１２との距離を算出し、後述する本実施の形態に係る位置推定処理を実行して送信機１２の位置（家畜の位置）を推定、収集する。推定、収集された各家畜の位置の情報は、インターネットを介してクラウド１８等の上位の処理系に送信する場合もある。クラウド１８内で位置推定処理を行う場合は、ゲートウエイ１６が各ＲＳＳＩ値を集約してクラウド１８に送信し、クラウド１８内の処理系が受け取ったＲＳＳＩ値に基づいて位置を推定する。また、クラウド１８を利用する形態では、例えばゲートウエイ１６からインターネット-経由でクラウド１８にＲＳＳＩ値を格納し、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）からクラウド１８にアクセスして該ＲＳＳＩ値を取得し、以下で説明する位置推定処理を行うようにしてもよい。
本発明において、送信機１２と受信機１４との間における通信の方式、受信機１４とゲートウエイ１６との間における通信の方式は特に限定されないが、本実施の形態では、一例として、Ｗｉ−ＳＵＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｍａｒｔ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いている。Ｗｉ−ＳＵＮとは、最大１ｋｍ弱程度の距離で相互通信を行う省電力無線通信規格であり、電波として９００ＭＨｚ前後のサブＧの電波を用いている。
次に、図９を参照して、送信機（ビーコン）を用いた探索対象の位置推定の基本的な方法について説明する。図９は、子供あるいは高齢者を探索対象とする基本位置推定システムを示している。図９に示す基本位置推定システムは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示される受信機が道路に沿って配置され、定期的に電波を送信する送信機を携帯した子供あるいは高齢者（探索対象）がこの道路に沿って移動する場合の例である。
また、図９に示す基本位置推定システムはＲＳＳＩ値を用いず、また位置推定に用いる受信機が１台の場合を含む位置推定システムの例である。すなわち、受信機Ａ〜Ｄは送信機からの電波を受信しているか否かのみの情報を図示しないゲートウエイに送る。ゲートウエイは、各受信機における電波の受信情報に基づいて探索対象の位置を推定する。各々の受信機は、送信機からの電波を受信することが可能な予め定められた範囲（図９で点線円で示された範囲）を有している。図９では、受信機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの受信可能範囲を各々エリアＡ、エリアＢ、エリアＣ、エリアＤと表記している。
図９に示す基本位置推定システムでは、受信機Ａ〜Ｄの各々における送信機からの電波の受信情報に応じて、以下のように位置を推定することが可能である。
（ケース１）特定の送信機からの電波を１つの受信機が受信しているケース。
例えば、ゲートウエイが、受信機Ａが特定の送信機からの電波を受信しているとの情報を受け取った場合、ゲートウエイによって探索対象はエリアＡにいると推定される。
（ケース２）特定の送信機からの電波を複数の受信機が受信しているケース。
例えば、ゲートウエイが、受信機Ｃ、Ｄが特定の送信機からの電波を受信しているとの情報を受け取った場合、ゲートウエイによって探索対象はエリアＣとＤが重なった領域（図９に示すエリアＣＤ）にいると推定される。この際、ＲＳＳＩ値を比較すれば、エリアＣＤ内の推定位置を更に局所化することが可能となる。
（ケース３）特定の送信機からの電波をいずれの受信機も受信していないケース。
この場合、過去にいた位置の履歴に基づいて現在の位置を推定することができる。すなわち、現在はいずれの受信機においても特定の送信機からの電波の受信が確認されないが、最後（直近の過去）において受信機Ｂが受信していたとすると、探索対象はいずれの受信機の受信可能範囲も存在しないエリアＢとＣの間（図９に示すエリアＣＤ）にいると、ゲートウエイによって推定される。探索対象は道路に沿って移動していると考えられるからである。
本実施の形態に係る位置推定システム１０でも、むろん上記の基本位置推定システムのアルゴリズムに従って動作させることが可能であるが、以下ではＲＳＳＩ値を用いた位置推定システムを適用した形態について説明する。本実施の形態に係る位置推定システム１０では、位置推定における精度を向上させるために、さまざまなＲＳＳＩ値（測定値）の組み合わせに応じて予め定められた補正処理を行っているが、まず本実施の形態における基本的な位置推定方法について説明する。
本実施の形態に係る位置推定システム１０では、３箇所の受信機におけるＲＳＳＩ値から求めた最短の３つの距離によって探索対象の位置を推定する方法（以下、「基本推定処理」）を基本としている。図２を参照して、本実施の形態に係る基本推定処理について説明する。
基本推定処理では、まず探索対象までの距離が短い順に３台の受信機１４を特定するが、図２に示すように、各々のＲＳＳＩ値に基づいて、位置Ａ、Ｂ、Ｃに配置された受信機１４（以下、位置Ａ、Ｂ、Ｃに配置された受信機１４を各々、「受信機Ａ」、「受信機Ｂ」、「受信機Ｃ」という）が選定されたとする。この際、ＲＳＳＩ値から算出された受信機Ａと送信機１２との間の距離をＬａ、受信機Ｂと送信機１２との距離をＬｂ、受信機Ｃと送信機１２との距離をＬｃとし、Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃとする。
まず、受信機Ａ、受信機Ｂのみに着目して演算すると、位置Ｐ（以下、「推定点Ｐ」）、または位置Ｐ’（以下、「推定点Ｐ’」）が送信機１２の位置の候補と推定される。次に、推定点Ｐと受信機Ｃとの距離Ｌｃ１と、推定点Ｐ’と受信機Ｃとの距離Ｌｃ２を算出し、算出した各々の距離とＬｃとの差分、Δ１＝｜Ｌｃ−Ｌｃ１｜、Δ２＝｜Ｌｃ−Ｌｃ２｜を求める。そして、推定点ＰとＰ’のうち、差分Δ１、Δ２のうち小さい方に対応する位置を送信機１２の位置として推定する。すなわち、Δ１＞Δ２とすれば、送信機１２の位置、すなわち探索対象の位置はＰ’であると推定される。なお、本実施の形態では、最短の３つの距離が算出される受信機１４を選定して送信機１２の位置を推定する形態を例示して説明するが、これに限られず、得られた距離の信頼性等を考慮し、最短の３つ以外の距離が算出された受信機１４を含むように受信機１４を選定してもよい。
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る補正処理について説明する。本補正処理は、本実施の形態に係る位置推定処理において、ＲＳＳＩ値から取得された距離情報自体の性質、組み合わせ等に基づいて実行される基本推定処理以外の推定処理をいう。本実施の形態に係る位置推定処理は、この補正処理を実行することにより、基本推定処理のみを実行する場合と比較して位置の推定精度を高めている。本実施の形態に係る位置推定処理では、基本的な補正処理として３種類の補正処理を実行することとしている。図３（ａ）は補正処理のうちの「１点推定処理」（「第１の補正処理」）を、図３（ｂ）は「推定点２点補正処理」（「第２の補正処理」）を、図３（ｃ）は「最大移動距離制限処理」（第３の補正処理）を、各々示している。
＜1点推定処理（第１の補正処理）＞
図３（ａ）を参照して、１点推定処理について説明する。本補正処理は、ＲＳＳＩ値から算出された複数の距離のうち特定の受信機１４からの距離が突出して小さい場合に実行する。このような場合、基本推定処理を実行すると他の２つの受信機１４からの距離が長いことにより計算誤差が大きくなり推定点のブレ（不確定範囲）が大きくなる。
そこで、受信機１４からの距離に閾値Ｌｍａｘを設け、図３（ａ）に示すように、２点以上の距離を算出した場合に、最短距離が閾値Ｌｍａｘより小さい場合は、その最短距離に対応する受信機１４の位置を推定位置（推定点Ｐ）とする。図３（ａ）では、受信機Ａ、Ｂ、Ｃにより３つの距離が取得されたが、受信機Ａからの距離が閾値Ｌｍａｘより小さかったため、受信機Ａの位置が推定点Ｐとされている。
＜推定点２点補正処理（第２の補正処理）＞
図３（ｂ）を参照して、推定点２点補正処理について説明する。図３（ｂ）では、受信機Ａで測定された距離がＬＡ０、受信機Ｂで測定された距離がＬＢ０であり、距離ＬＡ０、ＬＢ０は、受信機１４で測定された距離のうち短い順の２つの距離（以下、「最短距離２点」という場合がある）であるとする。図３（ｂ）は、各々の距離を加算した値（ＬＡ０＋ＬＢ０）が受信機ＡとＢとの距離に満たない場合、換言すれば、送信機１２の位置を推定するための三角形が作図できない場合の例を示している。なお、以下の説明において用いる距離についても同様に最短距離が必要な数だけ選定されているものとする。
図３（ｂ）に示すような場合、図２における推定点Ｐ、Ｐ’を算出することができない。このような事象は、ＲＳＳＩ値から変換した距離の値が小さめである場合に発生する可能性がある。この場合、距離ＬＡ０、ＬＢ０の値が小さいことから推定点は受信機ＡとＢとを結ぶ直線上にある可能性が高いので、受信機ＡとＢとの距離を距離ＬＡ０、ＬＢ０で按分（比例配分）した位置を推定点Ｐとする。すなわち、受信機Ａと推定点Ｐとの距離をＬＡ１、受信機Ｂと推定点Ｐとの距離をＬＢ１とすると、ＬＡ１：ＬＢ１＝ＬＡ０、：ＬＢ０とする。
なお、ノイズ等の影響で一時的に不正なＲＳＳＩ値を受信する可能性を考慮し、本事象、すなわち推定点Ｐを算出することができない事象が一定回数以上発生した場合に本推定点２点補正処理を実行するようにしてもよい。
＜最大移動距離制限処理（第３の補正処理）＞
図３（ｃ）を参照して、最大移動距離制限処理について説明する。本補正処理は、探索対象の移動速度を加味した移動距離に着目した補正処理である。すなわち、ある時刻ｔ１において推定された位置が推定点Ｐt１で、時刻ｔ１から一定時間経過した時刻ｔ２において推定された位置が推定点Ｐt２であった場合に、時刻ｔ１からｔ２にかけての探索対象（送信機１２）の移動距離ｄ＝｜Ｐｔ１−Ｐｔ２｜に制限を設ける補正処理である。
例えばノイズ等の影響を受けたことによってＲＳＳＩ値に大きな誤差が発生し、ＲＳＳＩ値から算出した移動距離ｄをそのまま用いると、推定点が大きく揺れる場合がある。一方、探索対象は何であるかは予め分かっているので、その移動速度も予め予測がつく。そこで、ＲＳＳＩ値を取得する時間差（上記（ｔ２−ｔ１））と探索対象の移動速度に基づいて、推定点の最大移動距離を制限する。ここでは、この制限値を「最大移動距離制限値ｄｍａｘ」という。
図３（ｃ）では、時刻ｔ１で推定点Ｐｔ１が推定された後、時刻ｔ２において推定点Ｐｔ２が推定され、推定点Ｐｔ１とＰｔ２との距離がｄｍａｘを越えている場合を示している。この場合、推定点Ｐｔ２を採用せず、推定点を推定点Ｐｔ１から最大移動距離制限値ｄｍａｘの推定点Ｑと推定する。この場合の推定点Ｑの位置は、推定点Ｐｔ１とｐｔ２とを結ぶ直線上に配置するのが合理的である。しかしながら、これに限られず、例えば障害物等を考慮して、推定点Ｐｔ１から半径ｄｍａｘのいずれの位置と推定してもよい。
次に、図４を参照して、本実施の形態に係る位置推定処理について説明する。図４は、ゲートウエイ１６で実行される位置推定処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本位置推定処理プログラムは、ゲートウエイ１６の図示を省略するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段に格納された本位置推定処理プログラムを読み出し、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のワークエリアに展開して実行される。
図４に示すように、ステップＳ１００で、ゲートウエイ１６は各受信機１４からＲＳＳＩ値を取得する。この場合、例えば予め取得期間Ｔａを設定し、この取得期間Ｔａ内で取得されたＲＳＳＩ値を以下の処理で用いるようにしてもよい。この取得期間Ｔａは周期的にまたは非周期的に繰り返される。また、以下では、特定の１つの送信機１２から送信された電波を想定して説明するが、送信機１２が複数の場合は、以下の処理を各々の送信機１２について行う。
次のステップＳ１０２では、ＲＳＳＩ／距離変換処理を行う。すなわち、各ＲＳＳＩ値に基づいて各受信機１４から送信機１２までの距離を算出する。
次のステップＳ１０４では、１点推定処理（第１の補正処理）の条件を充足するか否か、すなわち算出された各距離が閾値Ｌｍａｘ以下であるか否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合にはステップＳ１２６に移行し、１点推定処理を実行する。すなわち、図３（ａ）に示す推定点Ｐを送信機１２の位置として推定する。その後、ステップＳ１２８に移行する。一方、ステップＳ１０４における判定が否定判定となった場合にはステップＳ１０６に移行する。
ステップＳ１０６では、ＲＳＳＩ値から距離への変換が行われた受信機１４の台数（以下、「ポイント数」という）を確認する。
次のステップＳ１０８では、ポイント数が３以上であるか否か判定する。当該判定が否定判定となった場合にはステップＳ１００に戻り、次の取得期間ＴａにおけるＲＳＳＩ値の取得から繰り返す。一方、当該判定が肯定判定となった場合には、ステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０ではソート処理を実行する。本実施の形態に係る「ソート処理」とは、各受信機１４からの距離を小さい順に並べ替えることをいう。
次のステップＳ１１２では、ステップＳ１１０でソートされた距離の中から、最短距離３点を抽出する（図２に示す位置Ａ、Ｂ、Ｃ）。
次のステップＳ１１４では、ステップＳ１１２で抽出された３点からさらに最短距離２点を抽出する（図２に示す位置Ａ、Ｂ）。
次のステップＳ１１６では、推定点２点算出処理を実行する。本実施の形態に係る推定点２点算出処理とは、最短距離２点からの距離の交点として２つの推定点候補（図２のＰ、Ｐ’）を算出することをいう。
次のステップＳ１１８では、推定点２点補正処理の条件を充足するか否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合にはステップＳ１２２に移行するとともに、否定判定となった場合にはステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ１２２では推定点２点補正処理（第２の補正処理）を実行し、ステップＳ１２４で、実行した結果取得された推定点Ｐ（図３（ｂ）参照）を送信機１２の位置として推定する処理を行う。
ステップＳ１２０では、基本推定処理を実行し、推定点（図２に示す推定点ＰまたはＰ’）を決定する。
ステップＳ１２８では、最大移動距離制限処理（第３の補正処理）の条件を充足するか否か判定する。当該判定が否定判定となった場合にはステップＳ１３４に移行する一方、肯定判定となった場合にはステップＳ１３０に移行する。
ステップＳ１３０では、最大移動距離制限処理を実行し、図３（ｃ）に示す推定点Ｑを算出し、ステップＳ１３２で推定点Ｑを送信機１２の位置として推定する処理を実行する。すなわち、これまでに決定された推定点ＰまたはＰ’を推定点Ｑに変更する。
一方、ステップＳ１３４では、ステップＳ１２０で決定された推定点ＰまたはＰ’を最終的に送信機１２の位置として推定する処理を実行する。その後、本位置推定処理プログラムを終了する。
＜推定点２点補正処理の他の形態＞
図５を参照して、推定点２点補正処理（第２の補正処理）の他の形態について説明する。本補正処理では、受信機Ａと受信機Ｂとの間を距離ＬＡ０とＬＢ０で按分する代わりに、図５に示すように、距離ＬＡ０とＬＢ０の各々を同じ倍率（等倍）で延長する処理を行う。
そして、延長したＬＡ０とＬＢ０との交点Ｐを推定点Ｐとし、三角形ＡＢＰを作図する。そして、三角形ＡＢＰの辺ＡＰの長さＬＡ１を受信機Ａと推定点Ｐとの距離とし、三角形ＡＢＰの辺ＢＰの長さＬＢ１を受信機Ｂと推定点Ｐとの距離とする。
ただし、全ての距離の集合に対してこの補正処理を適用すると推定点Ｐの誤差が大きくなるため、等倍の値に上限となる閾値を設け、閾値を越えても三角形が作図できない場合には本補正処理を行わないようにしてもよい。また、推定点が算出できない場所はフィールドの条件等により局所的に発生する場合が多いと推定されるため、推定点が算出できないと推定される場所があまり多くない場合は、本補正処理を実行しない方が推定点のバラツキが小さくなる点に留意する。
なお、上述の推定点２点補正処理（第２の補正処理）は、距離ＬＡ０とＬＢ０の各々を同じ倍率で延長する処理を行った結果、交点が受信機ＡとＢとを結ぶ直線上に配置されたと考えることもでき、この意味において、上述の推定点２点補正処理（第２の補正処理）は、本推定点２点補正処理の他の形態の特別な場合と考えることもできる。
（推定点２点補正処理におけるモードの設定）
推定点２点補正処理（第２の補正処理）は、例えば図３（ｂ）に示す受信機ＡとＢとの距離に対し距離ＬＡ０、ＬＢ０が極端に小さい場合等への適用が連続すると、推定点Ｐの誤差が累積して位置の不確定性が増大する場合も想定される。すなわち、上記の他の形態も含め、３つの補正処理の中でも誤差が累積される可能性が高い場合があると推定される。
そこで、推定点２点補正処理に、当該補正処理を実行する「補正ありモード」と、実行しない「補正なしモード」を設け、当該補正処理が必要となる回数と、当該補正処理が不要である回数を各々計数し、これらの計数値に基づいてモードを切り替えるようにしてもよい。
すなわち、図３（ｂ）に示すように推定点が算出できない場合（図４のステップＳ１１８で肯定判定となった場合）が連続して発生した回数をカウントし、このカウント値をＮ１とする。このカウンタは、例えば図４のステップＳ１１８とＳ１２２との間に挿入すればよい。一方、基本推定処理で推定点が算出できる場合（図４のステップＳ１１８で否定判定となった場合）が連続して発生した回数をカウントし、このカウント値をＮ２とする。このカウンタは、例えば図４のステップＳ１１８とＳ１２０との間に挿入すればよい。
そして、カウント値Ｎ１に対する閾値Ｎ１ｔｈ、およびカウント値Ｎ２に対する閾値Ｎ２ｔｈを設定する。
初期モードは例えば補正なしモードとする。そして補正なしモードの動作中に、Ｎ１≧Ｎ１ｔｈとなった場合には補正ありモードに遷移させる。一方、補正ありモードで動作中にＮ２≧Ｎ２ｔｈとなった場合には補正なしモードに遷移させる。以上のように推定点２点補正処理におけるモード遷移を設定することにより、誤差の累積を抑制し、さらに位置の推定精度が向上する。
以上詳述したように、本実施の形態に係る位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムによれば、多様な測定値の特性に応じてより精度の高い位置の推定が可能となるアルゴリズムを備えた位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムが実現される。
［第２の実施の形態］
図６から図８を参照して、本実施の形態に係る位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムについて説明する。本実施の形態は、図１に示す上記実施の形態に係る位置推定システム１０において、受信機１４の数を３台以上から２台にした形態である。従って、図１と共通する構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図６に示すように、本実施の形態に係る位置推定システム１０Ａは、送信機１２、受信機１４−１、１４−２、ゲートウエイ１６、およびクラウド１８を含んで構成されている。
受信機１４の設置状況によっては、３点のＲＳＳＩ値を得られない場合がある。この場合は、基本的に上記の位置推定システム１０における基本推定処理を用いることができない。本実施の形態では、以下２点のＲＳＳＩ値が取得された場合を例示して説明する。
上記のような場合でも、２点のＲＳＳＩ値に加えて、受信機１４の設置フィールド（対象エリア、すなわち、送信機１２が存在すると推定される領域）の情報を付加的に用いることにより、推定点の特定が可能となる場合がある。対象エリアの情報としては、例えば対象エリアの外形を示す座標群等を用いることができる。
図７を参照して、２点のＲＳＳＩ値と対象エリアの情報を用いた、本実施の形態に係る位置推定方法について説明する。図７では、受信機ＡおよびＢによるＲＳＳＩ値が取得され、基本推定処理の前段階としての推定点候補Ｐ、Ｐ’が算出されている。さらに、図７では矩形の対象エリアＳが設定されている。対象エリアＳは、例えば矩形の４つの頂点の座標で設定される。むろんこの対象エリアは矩形に限られず、円系、多角形等実際のフィールドに合わせて任意の形状としてよい。
図７に示すような場合には、本実施の形態に係る「エリア除外処理」を実行する。すなわち、推定点候補Ｐ、Ｐ’の位置と対象エリアＳとを比較し、推定点候補Ｐ、Ｐ’のうち対象エリアＳに含まれない方を推定点から除外する処理を実行する。換言すれば、推定点候補Ｐ、Ｐ’のうち対象エリアＳに含まれる方を推定点とする処理を実行する。図７に示す例では、推定点候補Ｐ’を除外し、推定点候補Ｐを推定点として決定する。
図８を参照して、本実施の形態に係る位置推定処理について説明する。図８は、ゲートウエイ１６で実行される本実施の形態に係る位置推定処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
図８に示すステップＳ２００〜Ｓ２０６、Ｓ２１６は、各々図４に示すステップＳ１００〜Ｓ１０６、Ｓ１２６と同じ処理なので、詳細な説明を省略する。
ステップＳ２０８では、ポイント数が２であるか否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合にはステップＳ２１０に移行する一方、否定判定となった場合には本位置推定処理プログラムを終了する。
ステップＳ２１０では、上述したエリア除外処理を実行し、ステップＳ２１２で当該エリア除外処理が成功したか否か判定する。当該判定が否定判定となった場合には本位置推定処理プログラムを終了する一方、肯定判定となった場合にはステップＳ２１４に移行する。なお、エリア除外処理が失敗した場合とは、図７において推定点候補Ｐ、Ｐ’のいずれかも推定点として決定できない場合である。すなわち、図７では推定点候補Ｐが対象エリアＳの内部に含まれる例を示しているが、対象エリアＳの形状が推定点候補Ｐも含まないような形状になっている場合である。
ステップＳ２１４では、位置推定処理、すなわち、図７に示す推定点候補Ｐ、Ｐ’のうちの一方を推定点として決定する。
ステップＳ２１８〜Ｓ２２４の最大移動距離制限処理は、図４に示すステップ１２８〜Ｓ１３４と同様なので説明を省略する。ステップＳ２１８〜Ｓ２２４で示す最大移動距離制限処理を実行した後本位置推定処理プログラムを終了する。
以上詳述したように、本実施の形態に係る位置推定方法、位置推定装置、および位置推定システムによれば、対象エリアの情報を用いることにより、２台の受信機１４からのＲＳＳＩ値しか得られない場合であっても、推定点１点を特定することが可能となる。
ここで、本実施の形態では、ステップＳ２１２でエリア除外処理が失敗した場合には本位置推定処理プログラムを終了させる形態を例示して説明したが、これに限られない。例えば、さらにステップＳ２１８以降の最大移動距離制限処理を実行した結果、推定点が対象エリアＳ内に入る可能性もある。このようなケースを処理するために、ステップＳ２１２で否定判定となった場合には、ステップＳ２１８に移行するようにしてもよい。
なお、上記各実施の形態では、サブＧを用いた無線通信システムを用いた形態を例示して説明したが、他の周波数帯、他の無線通信方式を用いた形態としてもよいし、また、有線通信方式を用いた形態としてもよい。さらに、上記各実施の形態では、送信機と受信機との間の距離の測定手段としてＲＳＳＩを用いた形態を例示して説明したが、これに限られず、他の距離を算出可能な信号を用いた形態としてもよい。
また、上記各実施の形態では、各受信機からのＲＳＳＩ値を用いてゲートウエイが位置を推定する形態を例示して説明したが、これに限られず、ゲートウエイが各ＲＳＳＩ値を集約してクラウドに送信し、クラウド内の処理系が受け取ったＲＳＳＩ値に基づいて位置を推定する形態としてもよい。また、例えばゲートウエイからインターネット-経由でクラウドにＲＳＳＩ値を格納し、ＰＣからクラウドにアクセスして該ＲＳＳＩ値を取得し、位置を推定する形態としてもよい。
また、上記においては、第１の実施の形態と第２の実施の形態を独立の形態として説明したが、これに限られず、各々の形態を組み合わせた形態としてもよい。例えば、図８に示す例では、ステップＳ２０８でポイント数が２でない場合は位置推定処理プログラムを終了させる形態を例示して説明しているが、さらに３以上であるか否か判定し、図４のステップＳ１０８以降の処理を実行するような形態としてもよい。
また、上記各実施の形態に係る位置推定処理では、各々図４および図８にプログラムのフローチャートを示しているが、処理の流れはこれに限られず、一部を入れ替えたり、削除したりしてもよい。例えば、第１の補正処理、第２の補正処理、第３の補正処理をこの順に実行しているが、これを入れ替え、第２の補正処理、第３の補正処理、第１の補正処理の順とし、最後の確認として１点推定処理を行うようにしてもよい。
１０、１０Ａ 位置推定システム、１２ 送信機
１４、１４−１〜１４−３ 受信機
１６ ゲートウエイ、１８ クラウド、Ｐ、Ｐ’ 推定点、Ｓ 対象エリア

Claims (9)

  1. 送信機から送信された電波の受信信号強度を取得するとともに取得した前記受信信号強度を送信する複数の受信機から送信された複数の前記受信信号強度を受信し、
    複数の前記受信信号強度に基づいて前記送信機と前記複数の受信機の各々との距離を算出するとともに複数の前記距離を用いて前記送信機の位置を推定するに際し、複数の前記距離のなかに予め定められた前記距離の閾値よりも小さい距離が存在する場合、前記閾値よりも小さい距離に対応する受信機の位置を前記送信機の位置と推定する第１の補正処理を行う
    位置推定方法。
  2. 複数の前記距離のうち最短のものから３つの距離を用いて前記送信機の位置を推定するとともに前記３つの距離のうちの任意の２つの距離の和が各々の距離に対応する２つの受信機の距離に満たない場合、前記任意の２つの距離を同じ倍率で延伸して交点を求め、前記交点を前記送信機の位置と推定する第２の補正処理を行う
    請求項１に記載の位置推定方法。
  3. 前記２つの受信機を結ぶ直線を前記２つの距離で比例配分した位置を前記交点とする
    請求項２に記載の位置推定方法。
  4. 第１の時刻において推定された第１の位置と、前記第１の時刻から予め定められた時間を経過した第２の時刻において推定された第２の位置との距離が予め定められた最大移動距離を越えた場合、前記第１の位置から前記最大移動距離だけ離れた位置を前記送信機の位置と推定する第３の補正処理を行う
    請求項１に記載の位置推定方法。
  5. 前記第１の位置と前記第２の位置とを結ぶ直線上の、前記第１の位置から前記最大移動距離だけ離れた位置を前記送信機の位置と推定する
    請求項４に記載の位置推定方法。
  6. 前記送信機が存在すると推定される予め定められた領域を示す情報と、２つの前記距離を用いて前記送信機の位置を推定する
    請求項１に記載の位置推定方法。
  7. 前記２つの距離が複数の前記距離のうち最短のものから２つの距離であり、
    前記最短のものから２つの距離を用いて算出される前記送信機の位置の２つの候補のうち前記予め定められた領域に含まれる方を前記送信機の位置と推定する
    請求項６に記載の位置推定方法。
  8. 送信機から送信された電波の受信信号強度を取得するとともに取得した前記受信信号強度を送信する複数の受信機から送信された複数の前記受信信号強度を受信する受信部と、 複数の前記受信信号強度に基づいて前記送信機と前記複数の受信機の各々との距離を算出するとともに複数の前記距離を用いて前記送信機の位置を推定する推定部と、を備え、 前記推定部は、複数の前記距離のなかに予め定められた前記距離の閾値よりも小さい距離が存在する場合、前記閾値よりも小さい距離に対応する受信機の位置を前記送信機の位置と推定する補正処理を行う
    位置推定装置。
  9. 電波を送信する送信機と、
    前記電波を受信して前記電波の受信信号強度を取得するとともに取得した前記受信信号強度を送信する複数の受信機と、
    前記受信機から送信された複数の前記受信信号強度を受信する受信部、および複数の前記受信信号強度に基づいて前記送信機と前記複数の受信機の各々との距離を算出するとともに複数の前記距離を用いて前記送信機の位置を推定する推定部を備え、前記推定部が、複数の前記距離のなかに予め定められた前記距離の閾値よりも小さい距離が存在する場合、前記閾値よりも小さい距離に対応する受信機の位置を前記送信機の位置と推定する補正処理を行う位置推定装置と、
    を含む位置推定システム。






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