JP2019100708A - ビーコンによる端末の測位システム及び測位方法、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ビーコンによる測位システムにおいて測位精度を高める。【解決手段】施設２における所定の複数箇所に配置された複数のビーコン１０から互いに異なるビーコン識別情報を表わしたビーコン電波１３を発信する。測位対象端末２０がビーコン電波を受信する。各ビーコンの設置位置とビーコン識別情報とを紐付けた記憶情報３２と、ビーコン電波の受信情報に基づいて、測位対象端末の位置を推定演算する。推定演算工程においては、同一の時刻に受信したビーコン電波ごとに仮想バネ４１〜４３を想定し、各仮想バネの自然長を、対応するビーコン電波の受信強度に応じて設定し、各仮想バネの始端を、対応するビーコンの設置位置に仮想的に置き、複数の仮想バネの終端どうしを仮想的に１の接合点４５でつなぎ合わせ、その接合点を仮想的に所定の初期位置に置いて解放し、解放後の接合点の動きが収束した位置を、前記時刻における測位対象端末の位置と推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ビーコンによってスマートフォンなどの端末の位置を推定する測位システム及び測位方法、並びにプログラムに関し、特に大型商業施設などでのサービスに適した測位システム及び測位方法、並びにプログラムに関する。

大型商業施設や小売店舗において来店客の行動傾向を把握することは、レイアウトを最適化したり営業活動を進めたりするうえで重要である。かかるシステムにおいては、各時間における来店客の位置を測定する必要がある。また、来店客に現在位置を知らせるサービスのニーズもある。

測位システムとしては、ＧＰＳ（全地球測位システム）が知られているが、商業施設の内部ではＧＰＳ電波が届かないことが多い。
特許文献１〜３のシステムでは、施設内の複数箇所にそれぞれビーコンを設置しておき、測位対象者の携帯端末が、近くのビーコンからビーコン電波を受信することで、測位対象者の位置を求めている。

特開２０１５−２００６０９号公報 特開２０１６−０８６６６７号公報 特開２０１６−２１２７４６号公報

前掲特許文献１〜３のシステムでは、受信した１つのビーコンのまわりのどこかに測位対象者がいるものと推定して処理しており、高精度の測位を目指すものではない。
かかる事情に鑑み、本発明は、ビーコンによる測位システムにおいて測位精度を高めることを目的とする。

前記課題を解決するために、発明者は鋭意研究開発を行なった。測位精度を高めるには、互いに別の場所（座標点）に在る複数のビーコンからの受信電波から位置を推定する必要がある。受信電波強度は、そのビーコンと測位対象との離間距離の２乗に反比例するから、複数の受信電波に基づいて、ビーコンごとの離間距離の比が求まる。既知の複数の座標点と離間距離の比から測位対象の位置を求める手法として、アポロニウスの定理を使うことが考えられる。しかし、アポロニウスの定理による測位は、場合分け等を要し、計算が煩雑である。

そこで、発明者は、各ビーコンと測位対象とを繋ぐ仮想的なバネを想定し、フックの法則にしたがう物理モデルによって測位対象の位置を解析すること着想した。
本発明は、かかる着想に基づいてなされたものであり、本発明システムは、施設内における測位対象端末の位置を推定する端末測位システムであって、
前記施設における所定の複数箇所に配置され、互いに異なるビーコン識別情報を表わしたビーコン電波を発信する複数のビーコンと、
前記測位対象端末に設けられ、前記ビーコン電波を受信する受信部と、
前記各ビーコンの設置位置とビーコン識別情報とを紐付けた記憶情報を記憶した記憶部と、
前記ビーコン電波の受信情報及び前記記憶情報に基づいて、前記測位対象端末の位置を推定演算する演算処理部と、を備え、前記演算処理部が、
同一の時刻に受信したビーコン電波ごとに仮想バネを想定する処理と、
各仮想バネの自然長を、対応するビーコン電波の受信強度に応じて設定する処理部分と、
前記記憶情報に基づいて、各仮想バネの始端を、対応するビーコンの設置位置に仮想的に置く処理と、
複数の仮想バネの終端どうしを仮想的に１の接合点でつなぎ合わせる処理と、
前記接合点を仮想的に所定の初期位置に置いて解放する処理と、
解放後の前記接合点の動きを解析する処理と、
前記接合点の動きが収束した位置を、前記時刻における前記測位対象端末の位置と推定する処理とを実行することを特徴とする。

本発明方法は、施設内における測位対象端末の位置を推定する端末測位方法であって、
前記施設における所定の複数箇所に配置された複数のビーコンから互いに異なるビーコン識別情報を表わしたビーコン電波を発信する工程と、
前記測位対象端末が前記ビーコン電波を受信する工程と、
前記各ビーコンの設置位置とビーコン識別情報とを紐付けた記憶情報と、前記ビーコン電波の受信情報に基づいて、前記測位対象端末の位置を推定演算する工程とを備え、前記推定演算工程が、
同一の時刻に受信したビーコン電波ごとに仮想バネを想定する工程と、
各仮想バネの自然長を、対応するビーコン電波の受信強度に応じて設定する工程と、
前記記憶情報に基づいて、各仮想バネの始端を、対応するビーコンの設置位置に仮想的に置く工程と、
複数の仮想バネの終端どうしを仮想的に１の接合点でつなぎ合わせる工程と、
前記接合点を仮想的に所定の初期位置に置いて解放する工程と、
解放後の前記接合点の動きを解析する工程と、
前記接合点の動きが収束した位置を、前記時刻における前記測位対象端末の位置と推定する工程と
を実行することを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、施設における所定の複数箇所に配置された複数のビーコンから互いに異なるビーコン識別情報を表わしたビーコン電波を発信し、測位対象端末が前記ビーコン電波を受信し、前記測位対象端末と通信可能なサーバ又は前記測位対象端末が、前記各ビーコンの設置位置とビーコン識別情報とを紐付けた記憶情報と前記ビーコン電波の受信情報とに基づいて、前記測位対象端末の位置を推定演算するシステムにおける、前記サーバ又は前記測位対象端末用のプログラムであって、
同一の時刻に受信したビーコン電波ごとに仮想バネを想定する処理と、
各仮想バネの自然長を、対応するビーコン電波の受信強度に応じて設定する処理と、
前記記憶情報に基づいて、各仮想バネの始端を、対応するビーコンの設置位置に仮想的に置く処理と、
複数の仮想バネの終端どうしを仮想的に１の接合点でつなぎ合わせる処理と、
前記接合点を仮想的に所定の初期位置に置いて解放する処理と、
解放後の前記接合点の動きを解析する処理と、
前記接合点の動きが収束した位置を、前記時刻における前記測位対象端末の位置と推定する処理と
を、前記サーバ又は前記測位対象端末に実行させることを特徴とする。

前記初期位置は、受信したビーコン電波の発信元の複数のビーコンの位置を環状に結んだ図形の重心に置いてもよく、その他、内心、外心、垂心などに置いてもよい。
時間的に続けて測位する場合は、直前の測位結果を初期位置としてもよい。
前記同一の時刻には、多少の幅（例えば数秒間程度）を持たせてもよい。

前記収束した位置における各仮想バネの残留バネ力に基づいて、前記測位対象端末の推定位置の誤差範囲を求めることが好ましい。
たとえば、各仮想バネの残留バネ力のベクトルの平均長さを誤差半径として設定してもよい。

本発明によれば、スマートフォンなどの測位対象端末ひいては測位対象者の位置を、仮想バネモデルという単純な物理モデル用い、比較的簡易な演算処理によって精度良く推定することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る測位システムの概略構成を示す解説図である。 図２は、前記測位システムの記憶部のデータベース構造の一例を模式的に示す表である。 図３は、前記測位システムの演算処理部が想定する仮想バネモデルを示す概念図であり、実線は自然長の設定処理時を示し、二点鎖線は接合点を初期位置に置く処理時を示す。 図４は、前記仮想バネモデルを、接合点の動きが収束した状態で示す概念図である。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
＜端末測位システム１＞
図１に示すように、端末測位システム１は、たとえば大型商業施設、駅コンコースなどの施設２内における測位対象者３の位置推定を行なう。
端末測位システム１は、複数（図１では３つだけ図示）のビーコン１０と、測位対象端末２０と、サーバ３０とによって構築されている。詳細な図示は省略するが、ビーコン１０は、発信回路及び電池を内蔵した小型発信モジュールである。発信回路から例えばブルートゥース（Bluetooth （登録商標））規格に基づく２．４ＧＨｚ帯のビーコン電波１３が発信される。ビーコン電波１３は、発信元ビーコン１０の識別情報（ビーコンＩＤ）を表す。ビーコン識別情報は、ビーコン１０毎に互いに異なる。ビーコン電波１３には、更に発信強度情報が含まれていてもよい。

施設２内の所定の複数箇所（好ましくは天井などの高所）に、複数のビーコン１０が互いに分散して設置されている。好ましくは、施設２内の各所において３つ以上のビーコン電波１３が有効に到達するように、複数のビーコン１０の配置が設定されている。
「有効に到達」とは、測位対象端末２０によって受信可能との意味である。

測位対象端末２０は、コンピューター機能及び通信機能を有するスマートフォンで構成され、測位対象者３が携帯している。
サーバ３０は、システム１の管理者が管理するコンピューターである。
測位対象端末２０とサーバ３０とは、通信ネットワーク６を介して通信可能である。通信ネットワーク６は、基地局やインターネット回線を含む。

図１及び図２に示すように、サーバ３０の記憶部３１には、施設２内のすべてのビーコン１０に関して、設置位置情報とビーコン識別情報を紐付けたデータベース３２（記憶情報）が格納されている。
また、サーバ３０の記憶部３１には、ビーコン電波１３の受信情報及びデータベース３２に基づいて、測位対象端末２０の位置を推定演算する測位プログラム３３が格納されている。サーバ３０のＣＰＵ３５は、プログラム３３にしたがって演算処理を実行する演算処理部を構成している。

＜端末測位方法＞
端末測位システム１によれば、次のようにして、測位対象端末２０ひいては測位対象者３の測位を行なう。
施設２の各ビーコン１０は、ビーコン電波１３を所定の周期で発信している。
測位対象者３の測位対象端末２０の受信部２１が、近くの数個のビーコン１０からそれぞれビーコン電波１３すなわちビーコン識別情報を受信する（受信工程）。ビーコン電波１３の受信強度は、発信元ビーコン１０から測位対象端末２０までの距離に依存する。すなわち、距離の２乗に反比例する。
測位対象端末２０は、受信したすべてのビーコン識別情報を、受信強度及び受信時刻とともに、サーバ３０へ送信する。発信強度情報が含まれている場合は、それも併せて送信する。送信は、逐次行ってもよく、ある時間置きに行ってもよく、データ量がある大きさに達する度に行ってもよい。
サーバ３０は、測位対象端末２０からのこれら情報を記憶部３１にデータログ３４として蓄積する。

サーバ３０は、管理者等からの要求に応じて、又は定期的もしくは自動的に測位プログラム３３を実行する。
詳しくは、サーバ３０は、受信時刻ごとに測位対象端末２０が受信したすべてのビーコン識別情報と受信強度をデータログ３４から読み込む。かつ、読み込んだビーコン識別情報に対応する設置位置情報をデータベース３２から取得する。
続いて、図３に示すように、サーバ３０は、仮想的に下記の仮想バネモデル４０を作り、該仮想バネモデル４０によって測位解析を行なう。

＜仮想バネモデル４０＞
図３に示すように、まず、同一の受信時刻に受信した数個（図３では３個）のビーコン電波１３について、個々のビーコン電波１３ごとに仮想バネ４１，４２，４３を想定する。
これら仮想バネ４１，４２，４３のばね定数は、互いに等しいものとする。
各仮想バネ４１〜４３の自然長を、その仮想バネに対応する受信強度に応じて設定する。受信強度が大きいほど自然長を短くし、受信強度が小さいほど自然長を長くする。好ましくは、自然長の２乗と受信強度が反比例の関係になるように設定する。
より好ましくは、発信強度情報をも読み込み、発信強度と受信強度との差が、自然長の２乗と反比例の関係になるように設定する。

図３の実線に示すように、各仮想バネ４１〜４３の始端４１ａ，４２ａ，４３ａは、データベース３２の設置位置情報に基づいて、対応するビーコン１０の設置位置に仮想的に置く。
図３の二点鎖線にて示すように、これら仮想バネ４１〜４３の終端４１ｂ，４２ｂ，４３ｂどうしを仮想的に１の接合点４５でつなぎ合わせる。
接合点４５を、仮想的に所定の初期位置に置く。これによって、特別な場合Ａを除き、仮想バネ４１〜４３が伸びるか縮む。自然長よりも伸びた仮想バネには、その伸び量に比例した大きさの引っ張り力が働く。自然長よりも縮んだ仮想バネには、その縮み量に比例した大きさの圧縮力が働く。

前記特別な場合Ａとは、仮想バネの始端から初期位置までの距離が、その仮想バネの自然長と一致した場合である。
初期位置は、例えば、仮想バネ４１〜４３の始端４１ａ，４２ａ，４３ａを環状に結んだ平面視図形（ここでは三角形）の重心とする。重心に代えて、前記平面視図形（三角形）の内心、外心、垂心などに置いてもよい。
時間的に続けて測位する場合は、直前の測位結果を初期位置としてもよい。

続いて、終端４１ｂ，４２ｂ，４３ｂどうしを接合点４５において互いにつなぎ合わせた状態を維持したまま、接合点４５を前記初期位置に保持する力を解除して、接合点４５を解放したものとする。
解放によって、各仮想バネ４１〜４３が伸縮振動する。ひいては、接合点４５が変動する。この解放後の接合点４５の動きを解析する。
なお、好ましくは、接合点４５は、人がスマートフォンを持ち歩いているときの該スマートフォンの一般的な高さ（例えば１．２メートル）に拘束され、高さ方向（ｚ軸方向）へは変動しないものとする。これによって、演算を簡単化できる。かつ、実際の測位対象者３の動き、又は測位対象端末２０のｚ軸方向の位置に即した演算を行なうことができる。
また、接合点４５又は各仮想バネ４１〜４３には、ある大きさの摩擦抵抗が働いているものとしてもよい。

図４に示すように、接合点４５の動きが収束した位置を、前記受信時刻における測位対象端末２０の位置と推定する。必ずしも、接合点４５が完全に静止する位置まで解析する必要は無く、接合点４５がある程度の範囲内で変位することが確認されたとき、その範囲内の動きから静止するであろう位置を推定してもよい。

特別な場合Ｂを除き、収束位置における各仮想バネ４１〜４３には、引っ張り又は圧縮のバネ力が残留しており、その状態で、これら仮想バネ４１〜４３どうしが釣り合っている。これら仮想バネ４１〜４３の残留バネ力に基づいて、測位対象端末２０の推定位置の誤差範囲を求める。たとえば、各仮想バネの残留バネ力のベクトルの平均長さを誤差半径として設定し、前記収束位置を中心にして前記誤差半径の円内に測位対象端末２０が在るものと推定する。これによって、推定位置の確かさの度合を提示できる。

例えば、測位対象端末２０が測位対象者３の鞄などに入れられていたときは、外に出されていたときよりもビーコン電波１３の受信強度が弱いと考えられる。その場合は、各仮想バネ４１〜４３の自然長が外に出されていたときよりも長く設定されるために、収束状態では各仮想バネ４１〜４３に圧縮方向の残留バネ力が生じる。これら残留バネ力から推定誤差範囲が算出される。言い換えると、端末測位システム１によれば、測位対象端末２０が鞄などに入れられていたとしても、ビーコン電波１３が受信可能である限り、その測位対象端末２０の位置を推定でき、かつ受信強度の弱さを推定誤差として反映させることができる。

前記特別な場合Ｂとは、各仮想バネ４１〜４３の始端４１ａ，４２ａ，４３ａから収束位置４５までの距離が、その仮想バネ４１〜４３の自然長と一致していた場合である。このとき、推定誤差がゼロとなる。逆に言うと、各仮想バネ４１〜４３の自然長は、対応するビーコン１０から測位対象端末２０の真の位置までの距離に相当すると仮定したものである。この点で、仮想バネモデル４０の合理性が裏付けられていると言える。
このようにして、端末測位システム１によれば、測位対象端末ひいては測位対象者の位置を、仮想バネモデルという単純な物理モデルを用い、簡易な演算処理によって精度良く推定することができる。
同時刻に受信したビーコン電波１３の数、ひいては仮想バネの数が増えたとしても、演算処理はそれほど複雑にならない。

本発明は、上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変をなすことができる。
例えば、測位対象端末２０が、データベース３２及び測位プログラム３３を有し、受信したビーコン電波１３に基づいて当該測位対象端末２０自身の位置を演算するようになっていてもよい。測位対象端末２０が、前記データベース３２及び測位プログラム３３を、通信ネットワーク６を介してサーバ３０などから取得可能であってもよい。
仮想バネのばね定数を、その仮想バネに対応する受信強度に応じて設定してもよい。
サーバ３０が、クラウドコンピューターによって構成されていてもよい。

本発明は、例えば、大型商業施設や駅コンコースにおける人の流れの傾向を把握したり、位置情報を提供したりするシステムに適用可能である。

１ 端末測位システム
２ 施設
３ 測位対象者
６ 通信ネットワーク
１０ ビーコン
１３ ビーコン電波
２０ 測位対象端末
２１ 受信部
３０ サーバ
３１ 記憶部
３２ データベース（記憶情報）
３３ プログラム
３４ データログ
３５ ＣＰＵ（演算処理部）
４０ 仮想バネモデル
４１〜４３ 仮想バネ
４１ａ，４２ａ，４３ａ 始端
４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ 終端
４５ 接合点

Claims (4)

1. 施設内における測位対象端末の位置を推定する端末測位システムであって、
   前記施設における所定の複数箇所に配置され、互いに異なるビーコン識別情報を表わしたビーコン電波を発信する複数のビーコンと、
   前記測位対象端末に設けられ、前記ビーコン電波を受信する受信部と、
   前記各ビーコンの設置位置とビーコン識別情報とを紐付けた記憶情報を記憶した記憶部と、
   前記ビーコン電波の受信情報及び前記記憶情報に基づいて、前記測位対象端末の位置を推定演算する演算処理部と、を備え、前記演算処理部が、
   同一の時刻に受信したビーコン電波ごとに仮想バネを想定する処理と、
   各仮想バネの自然長を、対応するビーコン電波の受信強度に応じて設定する処理部分と、
   前記記憶情報に基づいて、各仮想バネの始端を、対応するビーコンの設置位置に仮想的に置く処理と、
   複数の仮想バネの終端どうしを仮想的に１の接合点でつなぎ合わせる処理と、
   前記接合点を仮想的に所定の初期位置に置いて解放する処理と、
   解放後の前記接合点の動きを解析する処理と、
   前記接合点の動きが収束した位置を、前記時刻における前記測位対象端末の位置と推定する処理とを実行することを特徴とする端末測位システム。
2. 施設内における測位対象端末の位置を推定する端末測位方法であって、
   前記施設における所定の複数箇所に配置された複数のビーコンから互いに異なるビーコン識別情報を表わしたビーコン電波を発信する工程と、
   前記測位対象端末が前記ビーコン電波を受信する工程と、
   前記各ビーコンの設置位置とビーコン識別情報とを紐付けた記憶情報と、前記ビーコン電波の受信情報に基づいて、前記測位対象端末の位置を推定演算する工程とを備え、前記推定演算工程が、
   同一の時刻に受信したビーコン電波ごとに仮想バネを想定する工程と、
   各仮想バネの自然長を、対応するビーコン電波の受信強度に応じて設定する工程と、
   前記記憶情報に基づいて、各仮想バネの始端を、対応するビーコンの設置位置に仮想的に置く工程と、
   複数の仮想バネの終端どうしを仮想的に１の接合点でつなぎ合わせる工程と、
   前記接合点を仮想的に所定の初期位置に置いて解放する工程と、
   解放後の前記接合点の動きを解析する工程と、
   前記接合点の動きが収束した位置を、前記時刻における前記測位対象端末の位置と推定する工程と
   を実行することを特徴とする端末測位方法。
3. 前記収束した位置における各仮想バネの残留バネ力に基づいて、前記測位対象端末の推定位置の誤差範囲を求めることを特徴とする請求項２に記載の端末測位方法。
4. 施設における所定の複数箇所に配置された複数のビーコンから互いに異なるビーコン識別情報を表わしたビーコン電波を発信し、測位対象端末が前記ビーコン電波を受信し、前記測位対象端末と通信可能なサーバ又は前記測位対象端末が、前記各ビーコンの設置位置とビーコン識別情報とを紐付けた記憶情報と前記ビーコン電波の受信情報とに基づいて、前記測位対象端末の位置を推定演算するシステムにおける、前記サーバ又は前記測位対象端末用のプログラムであって、
   同一の時刻に受信したビーコン電波ごとに仮想バネを想定する処理と、
   各仮想バネの自然長を、対応するビーコン電波の受信強度に応じて設定する処理と、
   前記記憶情報に基づいて、各仮想バネの始端を、対応するビーコンの設置位置に仮想的に置く処理と、
   複数の仮想バネの終端どうしを仮想的に１の接合点でつなぎ合わせる処理と、
   前記接合点を仮想的に所定の初期位置に置いて解放する処理と、
   解放後の前記接合点の動きを解析する処理と、
   前記接合点の動きが収束した位置を、前記時刻における前記測位対象端末の位置と推定する処理と
   を、前記サーバ又は前記測位対象端末に実行させることを特徴とするプログラム。

Images