JP2018205249A - 端末位置探索方法、端末位置探索システム、電波受信地点評価装置およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】コストの増加を抑制しつつ、電波の伝搬特性によらず、端末の位置の推定精度の向上を図る。
【解決手段】本発明に係る端末位置探索方法は、電波受信装置10が、対象領域内を移動しながら対象領域内の端末2からの電波を受信し、電波を受信した位置と、電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得し、電波受信情報に基づいて、対象領域における受信強度の分布を予測し、予測された受信強度の分布に基づいて、電波受信装置10を移動させて端末2の位置を探索する探索地点を決定する。
【選択図】図2
【解決手段】本発明に係る端末位置探索方法は、電波受信装置10が、対象領域内を移動しながら対象領域内の端末2からの電波を受信し、電波を受信した位置と、電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得し、電波受信情報に基づいて、対象領域における受信強度の分布を予測し、予測された受信強度の分布に基づいて、電波受信装置10を移動させて端末2の位置を探索する探索地点を決定する。
【選択図】図2
Description
本発明は、対象領域内の端末の位置を探索する端末位置探索方法、端末位置探索システム、電波受信地点評価装置およびプログラムに関する。
災害時の救助活動は時間との闘いであり、災害に巻き込まれた要救助者の位置を早期に特定することが重要である。要救助者の位置を特定する方法として、要救助者が普段から持ち歩いているスマートフォンなどの端末が発する電波を利用して、端末の位置を推定する方法が有力であると考えられている。
非特許文献1および非特許文献2には、端末が発する電波として、無線LAN(Local Area Network)のプローブ要求を利用し、端末からのプローブ要求の受信強度に基づいて、端末の位置を推定する方法が検討されている。具体的には、非特許文献1では、電波を発する端末と電波を受信する装置との間の距離と受信強度との関係(以下では、「距離と受信強度との関係」と略する)を事前に学習しておき、複数の地点に設置された位置が既知の装置での電波の受信強度に基づいて、端末の位置を推定する方式(以下、「Triangulation方式」と称する)が検討されている。また、非特許文献2では、電波を発する端末を、端末の位置を推定する対象領域内でくまなく移動させ、電波を発する端末の位置そのものと複数の地点に設置された電波を受信する装置での電波の受信強度との関係(以下では、「位置と受信強度との関係」と略する)を事前に学習しておき、複数の地点に設置された装置での受信強度に基づいて、端末の位置を推定する方式(以下、「Scene Analysis方式」と称する)が検討されている。
阿瀬川稔、田頭茂明、荒川豊、福田晃、「無線LAN位置推定におけるプローブ要求のフィルタリング手法」、電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集、B−15−11,2009
横堀哲也、沼尾雅之、「プローブ要求を利用したスマートフォンユーザー向け屋内位置推定手法」、情報科学技術フォーラム講演論文集、RO−004,2014
「Triangulation方式」では、「距離と受信強度との関係」を事前に学習するが、電波の伝搬特性がどの場所でも基本的に同じであることが前提となっている。しかしながら、実際には、障害物などの影響を受けて、電波の伝搬特性は場所によって大きく異なる場合も多い。そのような場合には、端末の位置の推定精度が極端に悪くなるという問題がある。
また、「Scene Analysis方式」では、電波を発する端末を対象領域内でくまなく移動させて、「位置と受信強度との関係」を事前に学習するため、電波の伝搬特性が場所によって大きく異なる場合でも、端末の位置を高精度に推定することができると考えられる。しかしながら、電波を発する端末を対象領域内でくまなく移動させて、「位置と受信強度との関係」を事前に学習するコストが非常に高いという問題がある。
本発明の目的は、上述した課題を解決し、コストの増加を抑制しつつ、電波の伝搬特性によらず、端末の位置の推定精度の向上を図ることである。
上記課題を解決するため、本発明に係る端末位置探索方法は、対象領域内の端末の位置を探索する端末位置探索方法であって、電波受信装置が、前記対象領域内を移動しながら前記対象領域内の端末からの電波を受信し、前記電波を受信した位置と、前記電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得するステップと、前記電波受信情報に基づいて、前記対象領域における受信強度の分布を予測し、前記予測された受信強度の分布に基づいて、前記電波受信装置を移動させて前記端末の位置を探索する探索地点を決定するステップと、を含む。
また、上記課題を解決するため、本発明に係る端末位置探索システムは、対象領域内の端末の位置を探索する端末位置探索システムであって、前記対象領域内を移動しながら、前記対象領域内の端末から電波を受信する電波受信装置と、電波受信地点評価装置と、を備え、前記電波受信地点評価装置は、前記電波受信装置から、前記対象領域内の端末から電波を受信した位置と、前記電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した電波受信情報に基づいて、前記対象領域における受信強度の分布を予測し、前記予測された受信強度の分布に基づいて、前記電波受信装置を移動させて前記端末の位置を探索する探索地点を決定する電波受信地点評価部と、を備える。
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電波受信地点評価装置は、対象領域内を移動しながら、前記対象領域内の端末から電波を受信する電波受信装置から、前記対象領域内の端末から電波を受信した位置と、前記電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した電波受信情報に基づいて、前記対象領域における電波の受信強度の分布を予測し、前記予測された電波の受信強度の分布に基づいて、前記電波受信装置を移動させて前記端末の位置を探索する探索地点を決定する電波受信地点評価部と、を備える。
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを上述した電波受信地点評価装置として機能させる。
本発明に係る端末位置探索方法、端末位置探索システム、電波受信地点評価装置およびプログラムによれば、コストの増加を抑制しつつ、電波の伝搬特性によらず、端末の位置の推定精度の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る端末位置探索システム1の構成例を示す図である。本実施形態に係る端末位置探索システム1は、探索の対象領域内の端末2の位置を探索するものである。端末2は、被探索者(例えば、災害時の要救助者)が所持する、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末などの、電波を発する端末である。
図1に示す端末位置探索システム1は、電波受信装置10と、電波受信地点評価装置20とを備える。図1において、破線の矢印は制御の流れを示し、実線の矢印はデータの流れを示している。
なお、図1においては、電波受信装置10と、電波受信地点評価装置20とが1対1の関係である例を示しているが、これに限られるものではない。電波受信装置10と、電波受信地点評価装置20とは、P(P>1)対1の関係であってもよい。また、図1においては、電波受信装置10と、電波受信地点評価装置20とを別装置として示しているが、これに限られるものではない。電波受信装置10と、電波受信地点評価装置20とが1対1の関係である場合には、電波受信装置10と電波受信地点評価装置20とを一体化させ、1つの装置として構成してもよい。
電波受信装置10は、対象領域内を移動しながら、対象領域内の端末2が発した電波を受信し、受信した電波の受信強度などを含む電波受信情報を電波受信地点評価装置20に出力する。端末2が発する電波としては、無線LANのプローブ要求などを利用することができる。なお、電波受信装置10は、例えば、電波受信装置10をユーザ(探索者)が持ち運ぶことにより、あるいは、ドローンなどのロボットに搭載されることにより、対象領域内を移動することができる。
電波受信地点評価装置20は、電波受信装置10から出力された電波受信情報を取得し、取得した電波受信情報に基づき、対象領域における電波の受信強度の分布を予測し、予測した電波の受信強度の分布に基づいて、電波受信装置10を移動させて端末2の位置を探索する探索地点を決定する。電波受信地点評価装置20は、電波受信情報の取得、対象領域における受信強度の分布の予測、および、予測した電波の受信強度の分布に基づく探索地点の決定という一連の処理を所定回数だけ繰り返す。
上述した一連の処理により、電波受信装置10を対象領域全体をくまなく移動させることなく、より高い受信強度での端末2が発する電波の受信が期待される地点に電波受信装置10を移動させることができる。そのため、電波の伝搬特性によらず、端末2の位置の推定精度の向上を図ることができる。また、従来技術のように、「距離と受信強度との関係」あるいは「位置と受信強度との関係」を事前に学習しておく必要が無いため、コストの増加を抑制することもできる。
次に、電波受信装置10および電波受信地点評価装置20の構成について図1を参照して説明する。まず、電波受信装置10の構成について説明する。
図1に示すように、電波受信装置10は、電波受信部11と、位置測定部12と、電波受信情報生成部13とを備える。
電波受信部11は、端末2が発する電波(例えば、無線LANのプローブ要求)を受信する。電波受信部11は、端末2が発する電波を受信するたびに、電波を発した端末2のID(識別情報)、電波を受信した日時、および、電波の受信強度に関する情報を電波受信情報生成部13に出力する。
位置測定部12は、電波受信装置10の位置を測定する。位置測定部12は、例えば、電波受信部11による端末2が発する電波の受信のタイミングに合わせて、電波受信装置10の位置を測定する。位置の測定には、例えば、GPS(Global Positioning System)信号を利用することができる。位置測定部12は、電波受信装置10の位置を測定するたびに、位置を測定した日時、および、電波受信装置10の位置に関する情報を電波受信情報生成部13に出力する。
電波受信情報生成部13は、電波受信部11から出力された、電波を発した端末2のID、電波を受信した日時、および、電波の受信強度に関する情報を取得する。また、電波受信情報生成部13は、位置測定部12から出力された、電波受信装置10の位置を測定した日時、および、電波受信装置10の位置に関する情報を取得する。電波受信情報生成部13は、電波が受信された日時と、位置が測定された日時とを照合し、電波受信部11から取得した情報と、位置測定部12から取得した情報とを結合して、電波受信情報を生成する。具体的には、電波受信情報生成部13は、電波を発した端末2のIDと、電波を受信した日時と、電波を受信した位置(電波を受信した日時(電波を受信した日時に最も近い日時)に測定された電波受信装置10の位置)と、電波の受信強度とを含む電波受信情報を生成する。電波受信情報生成部13は、生成した電波受信情報を電波受信地点評価装置20に出力する。
次に、電波受信地点評価装置20の構成について説明する。
図1に示すように、電波受信地点評価装置20は、情報格納部21と、要求受付部22と、電波受信地点評価部23と、結果応答部24とを備える。情報格納部21は、取得部の一例である。
情報格納部21は、電波受信装置10から出力された電波受信情報を取得し、格納する。また、情報格納部21は、探索対象の端末2のIDと、その端末2の探索回数とを対応付けた端末探索情報を格納する。
要求受付部22は、対象領域における端末2が発する電波の受信強度を予測する地点である評価対象地点の集合の入力をユーザから受け付け、電波受信地点評価部23に出力する。なお、要求受付部22は、評価対象地点そのものではなく、対象領域の範囲、対象領域を区切る間隔などをユーザから受け付けてもよい。この場合、要求受付部22は、ユーザから入力された対象領域の範囲、対象領域を区切る間隔などから評価対象地点の集合を生成してもよい。また、要求受付部22は、探索の対象から除外する端末2のIDなどの入力をユーザから受け付けてもよい。
電波受信地点評価部23は、情報格納部21に電波受信情報が格納されている端末2のIDごと(識別情報ごと)に、要求受付部22から出力された評価対象地点における端末2が発する電波の受信強度を予測する。電波受信地点評価部23は、予測した電波の受信強度の分布に基づいて、端末2からの電波の受信強度の改善期待値が最も大きい地点を決定する。電波受信地点評価部23は、端末2のIDと、その端末2からの電波の受信強度の改善期待値が最も大きい地点とを結果応答部24に出力する。
結果応答部24は、電波受信地点評価部23から出力された端末2のIDと、その端末2からの電波の受信強度の改善期待値が最も大きい地点とを、次の探索地点としてユーザに出力する。なお、結果応答部24は、電子地図あるいは航空写真などに、次の探索地点をプロットしてユーザに出力してもよい。結果応答部24の出力に応じて、ユーザによる電波受信装置10の移動が行われる。
次に、本実施形態に係る端末位置探索システム1の動作について、図2〜図5を参照して説明する。図2は、端末位置探索システム1の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、電波受信装置10は、ユーザの操作などに従い、探索の対象範囲内を移動する(ステップS10)。電波受信装置10がP台ある場合、電波受信装置10はそれぞれ、対象範囲内の異なる位置に移動する。
次に、電波受信装置10の電波受信部11は、移動地点で端末2が発する電波を受信し、電波受信情報を電波受信地点評価装置20に出力する(ステップS20)。上述したように、端末2が発する電波としては、例えば、無線LANのプローブ要求を用いることができる。無線LANのプローブ要求には、プローブ要求の出力元の端末2のIDも含まれている。そのため、電波受信装置10は、端末2が発するプローブ要求を受信することで、端末2のIDも取得することができる。電波受信装置10の電波受信情報生成部13は、端末2が発する電波を受信するたびに、電波を発した端末2のIDと、電波を受信した日時と、電波を受信した位置(電波を受信した日時(電波を受信した日時に最も近い日時)に測定された電波受信装置10の位置)と、電波の受信強度とを含む電波受信情報を生成し、電波受信地点評価装置20に出力する。
電波受信地点評価装置20の情報格納部21は、電波受信装置10から出力された電波受信情報を取得して格納する。
図3は、情報格納部21に格納される電波受信情報の構成の一例を示す図である。
情報格納部21は、電波受信装置10から出力された電波受信情報を1つのレコードとして記憶する。すなわち、各レコードは、端末ID(電波を発した端末2のID)と、受信日時(電波を受信した日時)と、受信地点(電波を受信した日時(電波を受信した日時に最も近い日時)に測定された電波受信装置10の位置)の緯度および経度と、電波の受信強度とで構成されている。例えば、1行目のレコードは、ID「11:11:11:11:11:11」の端末2が発した電波を、日時「2017−02−21 18:36:48」に緯度「35.225407」、経度「139.663953」の地点で受信し、受信強度が「−54」であったことを意味する。
評価対象地点としては、対象領域を一定の間隔で格子状に区切ったときの各交点などを用いる。なお、評価対象地点の集合そのものをユーザから受け付けるのではなく、対象領域の範囲や区切る間隔などをユーザから受け付けて、評価対象地点の集合を要求受付部22で生成してもよい。
要求受付部22は、情報格納部21に格納された電波受信情報を参照して、電波を受信した端末2についての探索回数を管理するための端末探索情報が未作成であれば作成し、情報格納部21に格納する。
図4は、情報格納部21に格納される端末探索情報の構成の一例を示す図である。
情報格納部21は、端末2のIDごとの探索回数を1つのレコードとして記憶する。すなわち、各レコードは、端末IDと、探索回数とで構成されている。
なお、電波を受信した全ての端末2を探索対象とするのではなく、探索対象としない端末2のIDをユーザから受け付け、その端末2を探索対象から除外してもよい。また、探索対象とする端末2のIDをユーザから受け付け、その端末2のみを探索対象としてもよい。
図2を再び参照すると、要求受付部22は、情報格納部21に格納された端末探索情報を参照して、探索対象の全ての端末2について、一定回数(所定回数)の探索を繰り返したか否かを判定する(ステップS40)。以下では、全ての端末2のインデックスの集合をLとし、インデックスがl(l∈L)である端末2のIDをID(l)と表記する。
電波受信地点評価装置20の電波受信地点評価部23は、要求受付部22の要求を受けて、端末2が発する電波の受信強度の改善期待値が最も高い地点を決定し、その地点を次の探索地点として、結果応答部24を介してユーザに応答する(ステップS50)。以下では、電波受信地点評価部23による受信強度の改善期待値が最も高い地点の決定方法について、図5に示すフローチャートを参照して説明する。
次に、電波受信地点評価部23は、グルーピングされたレコード(電波受信情報)の集合に対して、ガウス過程回帰モデルをそれぞれフィッティングする(ステップS52)。具体的には、電波受信地点評価部23は、グルーピングされたレコードの集合D(l)に対して、式(3)のようにガウス過程回帰モデルをそれぞれフィッティングする。
ここで、(η2(l)[m],ρ2(l)[m],σ2(l)[m])(m=1,...,M)は、パラメータの各実現値(合計M個)である。
なお、グルーピングされたレコードの集合に対してフィッティングするモデルおよび評価対象地点での電波の受信強度の分布を予測するモデルとして、ガウス過程回帰モデル以外の非線形回帰モデルを用いてもよい。また、モデルの目的変数である電波の受信強度を説明するための説明変数として、電波の受信地点(緯度および経度)以外の他の情報(電波の受信日時など)を併せて用いてもよい。
結果応答部24の応答に応じたユーザの操作などにより、電波受信装置10は、次の探索地点に移動し(ステップS60)、ステップS20の処理に戻る。
全ての端末2について一定回数の探索を繰り返した場合には(ステップS40:Yes)、要求受付部22は、各端末2(ID(l)(l∈L))について、電波の受信強度がそれまでで最も高い地点の算出を電波受信地点評価部23に依頼する。
結果応答部24は、電波受信地点評価部23から出力された集合Rを端末2の位置としてユーザに応答する(ステップS70)。なお、結果応答部24は、端末2の位置として、集合Rをそのまま応答するのではなく、電子地図や航空写真などの上に端末2の位置をプロットして応答してもよい。
なお、全ての端末2について一定回数の探索を繰り返した後に、端末2の位置を応答する(ステップS70)のに先立って、一定回数の探索を繰り返していない端末2についての次の探索地点を応答する(ステップS50)のと併せて、それまでに一定回数の探索を繰り返した端末2の位置をユーザに応答してもよい。
このように本実施形態においては、端末位置探索システム1は、対象領域内を移動しながら、対象領域内の端末2から電波を受信する電波受信装置10と、電波受信地点評価装置20とを備える。電波受信地点評価装置20は、電波受信装置10から、対象領域内の端末2から電波を受信した位置と、電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得する取得部としての情報格納部21と、取得した電波受信情報に基づいて、対象領域における受信強度の分布を予測し、予測された受信強度の分布に基づいて、電波受信装置10を移動させて端末2の位置を探索する探索地点を決定する電波受信地点評価部23と、を備える。
電波受信装置10からの電波受信情報に基づき、対象領域における電波の受信強度の分布を予測し、予測された電波の受信強度の分布に基づいて、電波受信装置10の探索地点を決定することで、電波受信装置10を対象領域全体をくまなく移動させることなく、より高い受信強度での端末2が発する電波の受信が期待される地点の探索が可能となる。そのため、電波の伝搬特性によらず、端末2の位置の推定精度の向上を図ることができる。また、従来技術のように、「距離と受信強度との関係」あるいは「位置と受信強度との関係」を事前に学習しておく必要が無いため、コストの増加を抑制することもできる。
なお、実施形態では特に触れていないが、電波受信装置10および電波受信地点評価装置20は、コンピュータとプログラムとによっても実現することができる。また、当該プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、CD−ROMやDVD−ROMなどの記録媒体であってもよい。また、当該プログラムは、ネットワークを通して提供することも可能である。
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
1 端末位置探索システム
2 端末
10 電波受信装置
11 電波受信部
12 位置測定部
13 電波受信情報生成部
20 電波受信地点評価装置
21 情報格納部(取得部)
22 要求受付部
23 電波受信地点評価部
24 結果応答部
2 端末
10 電波受信装置
11 電波受信部
12 位置測定部
13 電波受信情報生成部
20 電波受信地点評価装置
21 情報格納部(取得部)
22 要求受付部
23 電波受信地点評価部
24 結果応答部
Claims (8)
- 対象領域内の端末の位置を探索する端末位置探索方法であって、
電波受信装置が、前記対象領域内を移動しながら前記対象領域内の端末からの電波を受信し、前記電波を受信した位置と、前記電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得するステップと、
前記電波受信情報に基づいて、前記対象領域における受信強度の分布を予測し、前記予測された受信強度の分布に基づいて、前記電波受信装置を移動させて前記端末の位置を探索する探索地点を決定するステップと、を含むことを特徴とする端末位置探索方法。 - 請求項1に記載の端末位置探索方法であって、
前記電波受信情報には、前記電波を発した端末の識別情報がさらに含まれ、
前記探索地点を決定するステップは、
前記電波受信情報を、前記端末の識別情報ごとにグルーピングするステップと、
前記グルーピングされた端末の識別情報ごとの電波受信情報に対して、非線形回帰モデルをフィッティングするステップと、
前記フィッティングされた非線形回帰モデルを用いて、前記対象領域における電波の受信強度の分布を予測するステップと、
前記対象領域における電波の受信強度の分布の予測に基づき、前記探索地点を決定するステップと、を含むことを特徴とする端末位置探索方法。 - 請求項2に記載の端末位置探索方法であって、
前記探索地点の決定と、前記決定した探索地点での電波受信情報の取得とを所定回数繰り返し、前記所定回数の電波受信情報の取得において、前記端末ごとに、前記電波の受信強度が最も高かった地点を前記端末の位置として決定することを特徴とする端末位置探索方法。 - 対象領域内の端末の位置を探索する端末位置探索システムであって、
前記対象領域内を移動しながら、前記対象領域内の端末から電波を受信する電波受信装置と、電波受信地点評価装置と、を備え、
前記電波受信地点評価装置は、
前記電波受信装置から、前記対象領域内の端末から電波を受信した位置と、前記電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得する取得部と、
前記取得部が取得した電波受信情報に基づいて、前記対象領域における受信強度の分布を予測し、前記予測された受信強度の分布に基づいて、前記電波受信装置を移動させて前記端末の位置を探索する探索地点を決定する電波受信地点評価部と、を備えることを特徴とする端末位置探索システム。 - 請求項4に記載の端末位置探索システムであって、
前記電波受信情報には、前記電波を発した端末の識別情報がさらに含まれ、
前記電波受信地点評価部は、
前記電波受信情報を、前記端末の識別情報ごとにグルーピングし、
前記グルーピングされた端末の識別情報ごとの電波受信情報に対して、非線形回帰モデルをフィッティングし、
前記フィッティングされた非線形回帰モデルを用いて、前記対象領域における電波の受信強度の分布を予測し、
前記対象領域における電波の受信強度の分布の予測に基づき、前記探索地点を決定することを特徴とする端末位置探索システム。 - 請求項5に記載の端末位置探索システムにおいて、
前記電波受信地点評価部による前記探索地点の決定と、前記電波受信装置による前記決定された探索地点での電波受信情報の取得とを所定回数繰り返し、
前記電波受信地点評価部は、前記所定回数の電波受信情報の取得において、前記端末ごとに、前記電波の受信強度が最も高かった地点を前記端末の位置として決定することを特徴とする端末位置探索システム。 - 対象領域内を移動しながら、前記対象領域内の端末から電波を受信する電波受信装置から、前記対象領域内の端末から電波を受信した位置と、前記電波の受信強度とを含む電波受信情報を取得する取得部と、
前記取得部が取得した電波受信情報に基づいて、前記対象領域における電波の受信強度の分布を予測し、前記予測された電波の受信強度の分布に基づいて、前記電波受信装置を移動させて前記端末の位置を探索する探索地点を決定する電波受信地点評価部と、を備えることを特徴とする電波受信地点評価装置。 - コンピュータを請求項7に記載の電波受信地点評価装置として機能させるためのプログラム。
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