JP2021089144A - 位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】位置の推定精度を向上することが可能な位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムを提供する。【解決手段】位置情報サーバ１０は、発信機から発信された無線信号の受信信号強度に基づいて発信機と受信機との距離を算出し、異なる位置に配置した複数の受信機と発信機との距離の算出結果に基づいて発信機の位置を推定する位置推定装置であって、受信機が受信した受信信号強度の測定値を取得する位置測定情報取得部１０４と、複数の受信機が配置された位置測定領域における無線受信状況を取得する受信状況取得部１０１と、取得された無線受信状況に基づいてフィルタの強度を調整するフィルタ調整部１０２と、調整された強度のフィルタを適用して、位置測定領域における発信機の位置を推定する位置推定部１０５と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムに関する。

近年、電子機器の位置を推定する位置推定システムの利用が広がっている。位置推定システムとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を使用して屋外の位置情報を算出するシステムの他に、ＧＰＳ衛星の電波が受信できない屋内の位置情報を入手するため、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や無線ＬＡＮ（Local Area Network）信号を用いるシステムが実現されている。

これらのシステムでは、受信信号強度（RSSI：Received Signal Strength Indicator）に基づいて位置を推定する３点測位法が用いられている。関連する技術として、例えば、特許文献１や２が知られている。特許文献１や２などの関連する技術では、複数の受信機を設置した環境において発信機の発信信号を受信し、各受信機が受信した受信信号の信号強度から発信機の位置を推定している。

特開２００６−７１５１６号公報 特開２０１６−４８２０５号公報

上記のように関連する技術では、３点測位法により、３点の位置に設置された受信機が受信する信号の信号強度に基づいて発信機の位置を推定する。しかしながら、関連する技術では、発信機と受信機間の環境等によって位置の算出に誤差が生じるため、精度よく位置を推定することが困難であるという課題がある。

本発明は、発信機から発信された無線信号の受信信号強度に基づいて前記発信機と受信機との距離を算出し、異なる位置に配置した複数の受信機と前記発信機との距離の算出結果に基づいて前記発信機の位置を推定する位置推定装置であって、前記受信機が受信した受信信号強度の測定値を取得する位置測定情報取得部と、前記複数の受信機が配置された位置測定領域における無線受信状況を取得する受信状況取得部と、前記取得された無線受信状況に基づいてフィルタの強度を調整するフィルタ調整部と、前記調整された強度のフィルタを適用して、前記位置測定領域における前記発信機の位置を推定する位置推定部と、を備える、位置推定装置を提供する。

本発明は、発信機から発信された無線信号の受信信号強度に基づいて前記発信機と受信機との距離を算出し、異なる位置に配置した複数の受信機と前記発信機との距離の算出結果に基づいて前記発信機の位置を推定する位置推定方法であって、前記受信機が受信した受信信号強度の測定値を取得し、前記複数の受信機が配置された位置測定領域における無線受信状況を取得し、前記取得された無線受信状況に基づいてフィルタの強度を調整し、前記調整された強度のフィルタを適用して、前記位置測定領域における前記発信機の位置を推定する、位置推定方法を提供する。

本発明は、発信機から発信された無線信号の受信信号強度に基づいて前記発信機と受信機との距離を算出し、異なる位置に配置した複数の受信機と前記発信機との距離の算出結果に基づいて前記発信機の位置を推定する処理をコンピュータに実行させるための位置推定プログラムであって、前記受信機が受信した受信信号強度の測定値を取得し、前記複数の受信機が配置された位置測定領域における無線受信状況を取得し、前記取得された無線受信状況に基づいてフィルタの強度を調整し、前記調整された強度のフィルタを適用して、前記位置測定領域における前記発信機の位置を推定する、位置推定プログラムを提供する。

本発明によれば、位置の推定精度を向上することが可能な位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムを提供することができる。

実施の形態１に係る位置推定システムの構成例を示す構成図である。 実施の形態１に係る受信機の設置例を示す設置エリアの平面図である。 実施の形態１に係る受信機の設置例を示す設置エリアの斜視図である。 実施の形態１に係る受信機の設置例を示す設置エリアの平面図である。 実施の形態１に係る位置情報サーバにおける位置情報演算部の構成例を示す構成図である。 実施の形態１に係るフィルタの適用例を示すグラフである。 実施の形態１に係るフィルタの適用例を示すグラフである。 実施の形態１に係る位置推定システムの動作例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るキャリブレーション処理の例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る位置推定処理の例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るキャリブレーション処理を説明するための図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。

＜システム構成＞
図１は、本実施の形態に係る位置推定システムの構成例を示す構成図であり、図２は、受信機の設置例を示す設置エリアの平面図であり、図３は、図２の設置例の一部の斜視図である。

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１は、発信機２、複数の受信機３、位置情報サーバ１０を備える。位置推定システム１は、オブザーバである複数の受信機３が設置された屋内で、ブロードキャスタである発信機２が送信する位置測定用のビーコン信号Ｂｐを用いて、発信機２の位置を測定するシステムである。例えば、ビーコン信号Ｂｐは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）のｉＢｅａｃｏｎ（登録商標）などである。なお、ビーコン信号Ｂｐは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈに限らず、無線ＬＡＮ等のその他の無線信号でもよい。

図２の例では、部屋などの屋内の設置エリア５に、複数の受信機３が、平面視でＸ方向及びＹ方向に一定の間隔でマトリクス状に配置されている。例えば、Ｘ方向に４個、Ｙ方向に３個配置され、合計１２個の受信機３が配置されている。複数の受信機３は、一定の間隔に限らず、任意の間隔で配置されてもよい。図２及び図３に示すように、例えば、３つの受信機３ａ〜３ｃに囲まれた設置エリア５の中の空間が位置測定領域６となる。受信機３ａ〜３ｃが、発信機２から受信するビーコン信号Ｂｐの信号強度を測定し、その信号強度に基づいて、位置測定領域６の中で、３点測位法により発信機２の位置を推定する。

なお、複数の受信機３は、部屋の床や壁など任意の位置に配置してもよいが、発信機２からのビーコン信号Ｂｐが障害物によって遮られることを避けるために、天井のような高い場所に設置することが好ましい。また、この例では、屋内に受信機３を設置しているが、屋内に限らず、屋外に受信機３を設置し、屋外で発信機２の位置を推定してもよい。

＜システムの検討＞
ここで、本実施の形態の理解を助けるため、図１〜図３に示したような位置推定システム１において、本実施の形態適用前に生じる問題について検討する。

位置推定システム１では、発信機２が全方位にビーコン信号Ｂｐを送信し、それを受信機３が受信する。ビーコン信号Ｂｐを受信した受信機３は、受信時の信号強度やビーコン信号ＢｐのＩＤ情報などをまとめた上で、位置情報サーバ１０に向けてＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等を使用してデータを送信する。

位置情報サーバ１０は、受信機３から受信したビーコン信号Ｂｐのデータを使用し、発信機２の位置を算出する。受信機３の正確な設置位置を位置情報サーバ１０に入力することにより、位置算出が可能となる。上記のように、この位置の算出方法として、３点測位法を用いる。ビーコン信号Ｂｐを受信機３が受信した際に、ビーコン信号Ｂｐの受信信号強度を測定し、この値からどの程度離れた所からビーコン信号Ｂｐが発信されているのかを算出することができる。３点測位法では、それぞれ別の位置に設置した受信機３からの３つの受信信号強度を使って距離を算出する。

しかしながら、Ｂｌｕｅｏｏｔｈ等の無線通信では、遮蔽物や妨害になる電波の存在などの受信環境によって受信信号強度が大きく変動し、位置推定の算出結果の誤差が膨らむため、受信信号強度の測定値をそのまま使って距離を算出した場合、算出結果の変動が大きく、正しい位置を算出することは困難である。

このような問題に対し、受信信号強度の変動を抑えることで位置の推定精度の向上を図るため、受信信号強度に対しフィルタを適用する方法が考えられる。この方法では、ローパスフィルタをかけることで受信信号強度の変動の影響を減少させることが可能となる。

しかし、フィルタを使用する方法では、どのタイミングでどの程度のフィルタをかけるべきか、すなわち、適切なフィルタ強度がどの程度であるのかが問題となる。例えば、フィルタ強度が強すぎると、受信信号強度の変動を必要以上に除去してしまうため、発信機の実際の位置が変わった場合に、推定位置の追従が遅くなる虞がある。一方、フィルタ強度が緩すぎると、フィルタの効果が薄れてしまうため、推定位置の誤差を抑えることができない。

そこで、本実施の形態では、実際の受信状況に応じたフィルタ強度の調整（キャリブレーションとも言う）を可能とする。具体的には、本実施の形態では、図４に示すように、受信機３が、発信機２からビーコン信号Ｂｐを受信するオブザーバ機能に加えて、受信状況測定用のビーコン信号Ｂｃを任意のタイミングで発信するブロードキャスタ機能を有し、一時的にオブザーバ機能からブロードキャスタ機能に切り替える。例えば、受信機３ｂから送信されたビーコン信号Ｂｃは、その周辺にある受信機３ａ、３ｃ〜３ｉによって受信され、その信号の受信状況によって、フィルタのかけ具合を調整する。例えば、受信状況が良い場合はフィルタ強度を緩くし、受信状況が悪い場合はフィルタ強度を強くすることで、適切に誤差の発生を抑える。なお、ビーコン信号Ｂｃは、発信する機器を識別する識別情報以外は、発信機２が発信するビーコン信号Ｂｐと同じ信号である。
なお、ここでは、受信機３がビーコン信号Ｂｃを発信する例について説明するが、受信器３に限らず、位置が固定されたその他の装置からビーコン信号Ｂｃを発信してもよい。

＜装置構成＞
次に、図１に示された本実施の形態に係る各装置の構成について説明する。発信機２は、位置測定のためのビーコン信号Ｂｐを発信する発信機であり、位置測定対象の機器である。発信機２は、ビーコン送信部２１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２２、記憶部２３、電源２４を備える。ビーコン送信部２１は、ＢＬＥ等の通信規格にしたがってビーコン信号Ｂｐを無線送信する。ビーコン送信部２１は、発信機２を識別するＩＤ情報を含むビーコン信号Ｂｐを、定期的に周囲へブロードキャストする。

ＣＰＵ２２は、発信機２の各部を制御する制御部である。ＣＰＵ２２は、ビーコン信号Ｂｐの送信タイミングや送信電力等を制御する。記憶部２３は、発信機２の動作に必要な情報を記憶する記憶部である。記憶部２３には、ビーコン信号Ｂｐに組み込む情報の一つである発信機２のＩＤ情報等が記憶されている。電源２４は、発信機２が動作するためのバッテリ電源等である。電源２４は、発信機２に内蔵されていてもよいし、外部から供給されてもよい。

発信機２は、その他、必要に応じて、発信機２の向きを検出する地磁気センサーや、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部、ユーザに情報を表示する表示部、暗号化／復号化のためのキー処理部等を備えてもよい。

受信機３は、発信機２からビーコン信号Ｂｐを受信する受信機であるとともに、周囲の受信機３へビーコン信号Ｂｃを発信する発信機でもある。受信機３は、ビーコン送受信部３１、ＣＰＵ３２、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部３３、電源３４を備える。ビーコン送受信部３１は、ＢＬＥ等の通信規格にしたがって発信機２及び他の受信機３から無線送信されたビーコン信号Ｂｐ及びＢｃを受信し、さらに、受信したビーコン信号Ｂｐ及びＢｃの信号強度を測定する。また、ビーコン送受信部３１は、発信機２と同様に、受信機３のＩＤ情報を含むビーコン信号Ｂｃを周囲へブロードキャストする。位置情報サーバ１０からの指示に従ったタイミングでビーコン信号Ｂｃを送信してもよいし、受信機３の判断するタイミングでビーコン信号Ｂｃを送信してもよい。

ＣＰＵ３２は、受信機３の各部を制御する制御部である。ＣＰＵ３２は、発信機２及び他の受信機３から受信したビーコン信号Ｂｐ及びＢｃに含まれるＩＤ情報とビーコン信号Ｂｐ及びＢｃの受信信号強度から、位置情報サーバ１０へ送信する信号強度測定情報を生成する。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部３３は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格にしたがい、ネットワーク４を介して位置情報サーバ１０と通信を行う。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部３３は、受信したビーコン信号Ｂｐ及びＢｃのＩＤ情報と受信信号強度を含む信号強度測定情報を位置情報サーバ１０へ送信する。電源３４は、受信機３が動作するための電源である。電源３４は、受信機３に内蔵されていてもよいし、外部から供給されてもよい。

位置情報サーバ１０は、複数のビーコン信号Ｂｐの受信信号強度に基づいて発信機２と受信機３との距離を算出し、異なる位置に配置した複数の受信機３と発信機２との距離の算出結果に基づいて、発信機２の位置を推定する位置推定装置である。位置情報サーバ１０は、位置情報演算部１００、地図情報管理部１１、データベース１２、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部１３、表示部１４、ＣＰＵ１５、電源１６を備える。

位置情報演算部１００は、複数の受信機３が測定したビーコン信号Ｂｐの信号強度に基づいて、発信機２の位置情報を演算する。位置情報演算部１００は、各受信機３から発信機２が発信したビーコン信号ＢｐのＩＤ情報及び受信信号強度を含む信号強度測定情報を受け取り、図３のように、各受信機３の地図上の位置関係と受信信号強度から算出される発信機２までの距離（例えば、距離ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３）を使用して、ＩＤ情報から識別される発信機２の位置を推定する。また、位置情報演算部１００は、各受信機３から周囲の受信機３が発信したビーコン信号ＢｃのＩＤ情報及び受信信号強度を含む信号強度測定情報受け取り、ビーコン信号Ｂｃの受信信号強度に基づいて受信機３が配置された位置測定領域６の受信状況を判断し、その位置測定領域６における位置推定の演算に用いるフィルタの強度を調整する。

地図情報管理部１１は、データベース１２の地図情報を管理する。データベース１２は、位置情報サーバ１０の処理に必要な情報を記憶する。データベース１２は、地図情報や、受信機３の地図上の位置、算出した発信機２の位置情報等を記憶する。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部１３は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格にしたがい、ネットワーク４を介して複数の受信機３と通信を行う。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部１３は、複数の受信機３から、各受信機３が受信したビーコン信号Ｂｐ及びＢｃのＩＤ情報及び受信信号強度を含む信号強度測定情報を受信する。

表示部１４は、ユーザに情報を表示する表示部である。表示部１４は、発信機２の位置情報を地図情報に重ね合わせて表示する。また、表示部１４は、各受信機３の受信状況を表示してもよい。ＣＰＵ１５は、位置情報サーバ１０の各部を制御する制御部である。例えば、ＣＰＵ１５は、位置情報演算部１００が演算した発信機２の位置情報を表示部１４に表示するよう制御する。電源１６は、位置情報サーバ１０が動作するための電源である。位置情報サーバ１０は、その他、必要に応じて、暗号化／復号化のためのキー処理部等を備えてもよい。

図５は、位置情報サーバ１０における位置情報演算部１００の構成例を示している。図５に示すように、位置情報演算部１００は、受信状況取得部１０１、フィルタ調整部１０２、フィルタ部１０３、位置測定情報取得部１０４、位置推定部１０５を備える。

受信状況取得部１０１は、複数の受信機３から、位置測定領域６における受信状況（無線受信状況）として、位置測定領域６で他の受信機３により発信されたビーコン信号Ｂｃの受信信号強度を取得する。フィルタ調整部１０２は、受信状況取得部１０１が取得した受信状況、すなわち、受信機３によるビーコン信号Ｂｃの受信信号強度に基づいて、フィルタ部１０３のフィルタ強度を調整する。フィルタ調整部１０２は、受信状況が悪いほど、フィルタ強度と強く設定し、受信状況が良いほど、フィルタ強度と弱く設定する。

フィルタ部１０３は、発信機２によるビーコン信号Ｂｐの受信信号強度からノイズ（変動）成分を除去するローパスフィルタである。ここでは、ローパスフィルタの一例としてカルマンフィルタを使用する。本実施形態では、フィルタ部１０３は、フィルタ調整部１０２により調整された強度のカルマンフィルタを用いて、発信機２によるビーコン信号Ｂｐの受信信号強度に対しフィルタ処理を実行する。

位置測定情報取得部１０４は、複数の受信機３から、発信機２の位置測定のための位置測定情報として、発信機２により発信されたビーコン信号Ｂｐの受信信号強度を取得する。位置推定部１０５は、位置測定情報取得部１０４が取得した位置測定情報、すなわち、発信機２によるビーコン信号Ｂｐの受信信号強度に基づいて、発信機２の位置を推定する。位置推定部１０５は、ビーコン信号Ｂｐの受信信号強度に対し調整された強度のフィルタを適用して、位置測定領域６における発信機２の位置を推定する。３点測位法により位置を推定するため、位置推定部１０５は、複数の受信機３から取得したビーコン信号Ｂｐの受信信号強度のうち、３つの受信信号強度を用いて、発信機２の位置を算出する。受信信号強度は大きい方がより安定した精度のよい値である可能性が高いため、例えば、大きい方から１番目〜３番目（上位１番目〜３番目）の受信信号強度を用いる。

＜フィルタの原理＞
次に、本実施の形態のフィルタ部１０３で使用するカルマンフィルタについて説明する。カルマンフィルタでは、現在の測定値（Ｚ_ｋ）と前回の予測値（Ｘ_ｋ−１）を使用して、現在の予測値（Ｘ_ｋ）を推定する。この例では、受信機３から発信されたビーコン信号Ｂｃの受信信号強度が測定値となる。カルマンフィルタは、下記の式の演算で実現される。
Ｘ_ｋ＝Ｘ_ｋ-１＋Ｋ（Ｚ_ｋ−Ｘ_ｋ−１） ・・・（１）

式（１）におけるＫはカルマンゲインであり、以下の式で求められる。
Ｋ＝（Ｐ＋Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ） ・・・（２）

式（２）における各パラメータは、Ｐが前回予測した際に演算した推定値であり、Ｑがプロセスノイズの分散であり、Ｒが測定のノイズの分散である。プロセスノイズは、システムが遷移する際に生じるノイズであり、この例ではほとんど影響しないと仮定して、一定値とする。

本実施の形態におけるフィルタの調整では、受信信号強度の測定ノイズが変化するため、その変化量の分散を使用してフィルタのかけ具合を調整する。例えば、図４において、受信機３ｂから発信したビーコン信号Ｂｃを受信機３ｆが受信し、その受信信号強度が受信機３ｂ−３ｆ間の距離よりも明らかに大きい場合は受信機３ｂ−３ｆ間の受信状況が悪いと判断し、フィルタ強度を強くする。これにより、位置推定の演算において、安定しない受信信号強度の影響を受け難くする。

具体的には、本実施の形態では、フィルタ部１０３において、上記式（１）及び式（２）より、以下の式の演算によりカルマンフィルタ処理を行う。
Ｘ_ｋ＝Ｘ_ｋ−１＋（Ｐ＋Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）＊（Ｚ_ｋ−Ｘ_ｋ−１） ・・・（３）

フィルタ調整部１０２は、上記の式（３）のＲ（測定のノイズの分散）をビーコン信号Ｂｃの受信状況に応じて変化させる。なお、ｍ個のデータをｘ_ｉ｛ｉ＝１，２，・・・，ｍ｝とし、その平均値をｘ￣（バー記号付きのｘ）とすると、分散は以下の式で求められる。

上記式（３）において、Ｑ（プロセスノイズの分散）及びＲ（測定のノイズの分散）の各分散値は、一定時間データを測定して実際に算出してもよいし、動作環境に応じて任意の値になるよう設定してもよい。例えば、Ｑを固定とし、Ｒを受信状況に応じて変化させてフィルタの強度を調整する。

フィルタをかけることでノイズ成分を除去できるメリットはあるが、発信機が移動している状況では受信信号強度の値も変動する。その場合にフィルタをかけすぎると、このシステムが必要とする現在の位置を算出する妨げになる。このため、本実施の形態では、電波状況に応じてフィルタのかけ具合を変化させることでより精度の高い位置検出を可能とする。以下にフィルタの具体例を示す。

＜フィルタの具体例１＞
図６のグラフは、電波の受信状況が悪い環境において、カルマンフィルタを適用した場合と適用しない場合の受信信号強度の例を示している。例えば、発信機の位置は変わらないにもかかわらず、電波の受信状況が悪いため、受信信号強度が大きく変動する例である。この例のカルマンフィルタは、受信状況に応じてＲ＝０．１とし、Ｑ＝０．００１（固定値）として演算している。図６の例では、カルマンフィルタを適用しない場合、受信信号強度の変動が大きいのに対し、強い強度のカルマンフィルタを適用することで、受信信号強度の変動が抑えられ、大きいノイズ成分の影響が軽減されている。

＜フィルタの具体例２＞
図７のグラフは、電波の受信状況が良い環境において、カルマンフィルタを適用した場合と適用しない場合の受信信号強度の例を示している。例えば、電波の受信状況が良い場合に、発信機の位置が受信機から徐々に離れていく例である。この例のカルマンフィルタは、受信状況に応じてＲ＝０．００８とし、Ｑ＝０．００１（固定値）として演算している。図７の例では、カルマンフィルタを適用しない場合、受信機から遠ざかるにしたがって、徐々に受信信号強度の値が下がっており、大きな変動は見られない。これに対し、弱い強度のカルマンフィルタを適用することで、徐々に低下する受信信号強度の変化を保ちつつ、細かい変動のノイズ成分が除去されている。

＜位置推定システムの動作＞
次に、本実施の形態に係る位置推定システム１の動作例について説明する。図８は、本実施の形態に係る位置推定システム１における位置推定方法の流れを示しており、図９は、図８におけるキャリブレーション処理（Ｓ１０１）の流れを示し、図１０は、図８における位置推定処理（Ｓ１０２）の流れを示している。

図８に示すように、位置情報サーバ１０は、まず、キャリブレーション処理（Ｓ１０１）にてフィルタを調整し、その後、調整されたフィルタを用いて位置推定処理（Ｓ１０２）を行う。キャリブレーション処理は、位置推定処理が行われない任意のタイミングで実行される。

まず、キャリブレーション処理（Ｓ１０１）では、図９に示すように、受信機３の機能を切り替える（Ｓ１１１）。すなわち、フィルタを調整するため、受信機３の機能をオブザーバ機能からブロードキャスタ機能に切り替え、受信機３からビーコン信号Ｂｃを発信させる。

この機能の切り替えは、各受信機３にタイマーを持たせて起動させてもよいし、位置情報サーバ１０（例えば受信状況取得部１０１）からの起動コマンドをトリガにしてもよい。定期的にキャリブレーションを行うために、各受信機３の機能を所定の間隔で切り替えてもよい。なお、各受信機３から送信されるビーコン信号Ｂｃが干渉しないよう、切り替えのタイミングを受信機３ごとにずらすことが好ましい。

続いて、位置情報サーバ１０は、受信機３から受信信号強度を取得する（Ｓ１１２）。すなわち、機能を切り替えた受信機３がビーコン信号Ｂｃを発信すると、その周囲の複数の受信機３がビーコン信号Ｂｃを受信し、ビーコン信号Ｂｃの受信信号強度を測定する。さらに、位置情報サーバ１０における位置情報演算部１００の受信状況取得部１０１が、複数の受信機３からビーコン信号Ｂｃの受信信号強度を取得する。

続いて、位置情報サーバ１０は、受信信号強度に応じてフィルタ強度を調整する（Ｓ１１３）。位置情報演算部１００のフィルタ調整部１０２は、複数の受信機３から取得したビーコン信号Ｂｃの受信信号強度に基づいて、フィルタ部１０３のフィルタ強度を調整する。

このとき、受信信号強度からブロードキャスタ（ビーコン信号Ｂｃを発信する受信機）とオブザーバ（ビーコン信号Ｂｃを受信する受信機）の間の距離を算出する。この距離の算出では、受信信号強度が距離の２乗に反比例して減衰することから、ブロードキャスタとオブザーバを基準となる距離だけ離して設置した状態で測定した受信信号強度を基準値として用いる。

例えば、ビーコン信号の一つであるｉＢｅａｃｏｎの信号内には、いくつかの情報が組み込まれており、その中にＭｅａｓｕｒｅｄ Ｐｏｗｅｒと呼ばれるパラメータが含まれる。ｉＢｅａｃｏｎの場合、ブロードキャスタとオブザーバを１ｍ離して測定した受信信号強度をＭｅａｓｕｒｅｄ Ｐｏｗｅｒと定義しており、この基準となる受信信号強度を「ＲＳＳＩ＠１ｍ」とする。そうすると、基準となる受信信号強度と実際に測定した受信信号強度（ＲＳＳＩ）から、以下のような式でブロードキャスタとオブザーバの距離（ｄ）が算出できる。
ｄ＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ−ＲＳＳＩ）／（１０＊ｎ）｝ ・・・（５）

この式（５）内のｎは伝搬損失係数である。ｎは、電波の受信環境によって変動する値であり、理想的な環境では２となる。

位置情報サーバ１０は、発信機２の位置を計算する際に屋内の受信機３の正確な位置が必要となるため、例えば、データベース１２に各受信機３の位置を保持しており、各受信機３の間の距離を予め把握している。よって、受信機３の機能が発信機に切り替わってビーコン信号Ｂｃを送信した場合、周囲にある受信機３はその距離から受信すべき受信信号強度の値が推測できる。フィルタ調整部１０２は、この距離から推測される受信信号強度の理論値と、実際に測定した受信信号強度の測定値との差に基づいて、電波の受信状況を判断しフィルタを調整する。

例えば、図１１に示すような位置関係で受信機３ａ〜３ｄが設置されている場合に、受信機３ａがビーコン信号Ｂｃを発信し、受信機３ｂ〜３ｄがビーコン信号Ｂｃを受信したとする。このとき、受信機３ａが発信動作をする際の基準となる受信信号強度（ＲＳＳＩ＠１ｍ）を−５０ｄＢｍとすると、受信機３ｂが受信する受信信号強度の理論値は、上記式（５）を用いて、受信機３ｂ〜３ｄの距離（１０ｍ）から、以下のように計算できる。
１０［ｍ］＝１０＾｛（−５０−ＲＳＳＩ）／（１０＊２）｝
ＲＳＳＩ＝−５０−２０＊ｌｏｇ１０
＝−７０［ｄＢｍ］

同様に受信機３ｃ及び３ｄの受信する受信信号強度の理論値を求めると以下の表のようになる。

フィルタ調整部１０２は、この受信信号強度の理論値と実際に測定された受信信号強度を比較し、理論値と測定値にあまり差がない場合は電波の受信状況が良いと判断してフィルタ強度を弱くし、理論値と測定値に大きく差がある場合は電波の受信状況が悪いと判断してフィルタ強度を強くする。

一例として以下の表ように設定し、受信信号強度の理論値と測定値の差に応じてフィルタ係数（Ｒ）を設定する。なお、この例では、Ｑを０．００１に固定する。

上記表２は受信機３ｄの受信信号強度の測定値と理論値の差からＲを変化させているが、受信機３ｂもしくは３ｃの受信信号強度を使用してもよいし、全ての受信機３ｂ〜３ｄの受信信号強度を使用してもよい。また、受信機３の受信信号強度の測定値と理論値の単純な差ではなく、より現実の環境に適した数式を使用してもよい。さらに、連続して複数回ビーコン信号を送信させ、その受信信号強度の平均値を算出に用いてもよいし、時間をおいて送信したビーコン信号の受信信号強度を使用してもよい。このように、電波の受信環境にあわせてフィルタのかけ具合を変化させることで、精度よく位置算出することが可能となる。

次に、キャリブレーション処理に続いて、位置推定処理（Ｓ１０２）では、図１０に示すように、位置情報サーバ１０は、複数の受信機３から受信信号強度を取得する（Ｓ１２１）。すなわち、発信機２がビーコン信号Ｂｐを発信すると、その周囲の複数の受信機３がビーコン信号Ｂｐを受信し、ビーコン信号Ｂｐの受信信号強度を測定する。さらに、位置情報サーバ１０における位置情報演算部１００の位置測定情報取得部１０４が、複数の受信機３からビーコン信号Ｂｐの受信信号強度を取得する。

続いて、位置情報サーバ１０は、１番目から３番目の受信信号強度を選択する（Ｓ１２２）。位置情報演算部１００の位置推定部１０５は、取得した複数の受信機３の受信信号強度を比較し、３点測位法による位置の推定に使用する受信信号強度として、複数の受信信号強度の中から受信信号強度が強い順に１番目〜３番目の受信信号強度を選択する。

続いて、位置情報サーバ１０は、選択した受信信号強度に対しフィルタを使用して、発信機２の位置を推定する（Ｓ１２３）。位置情報演算部１００の位置推定部１０５は、選択した１番目〜３番目の受信信号強度に対し、強度が調整されているフィルタ部１０３のカルマンフィルタを適用し、フィルタが適用された受信信号強度に基づいて３点測位法により発信機２の３次元位置を算出する。３点測位法では、上記式（５）のように、受信信号強度から発信機と受信機の間の距離を算出し、算出された距離に基づいて発信機の位置を推定する。

例えば、図３に示した受信機３ａ〜３ｃの受信信号強度から発信機２の位置を算出する場合について説明する。このとき、受信機３及び発信機２の位置関係を３次元直交座標系（Ｘ軸／Ｙ軸／Ｚ軸）で表現し、受信機３ａの位置を（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、受信機３ｂの位置を（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、受信機３ｃの位置を（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）、発信機２の位置を（ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ，ｚ_Ｔ）とする。発信機２からの信号を受信したときの受信機３ａの受信信号強度の実側値をＲＳＳＩ_Ａ、受信機３ｂの受信信号強度の実側値をＲＳＳＩ_Ｂ、受信機３ｃの受信信号強度の実側値をＲＳＳＩ_Ｃとする。各受信信号強度の実測値に対し（３）式によりカルマンフィルタ処理を適用する。各受信強度の予測値をＲＳＳＩ_ＡＸｋ〜ＲＳＳＩ_ＣＸｋ、各受信強度の前回の予測値をＲＳＳＩ_{ＡＸｋ−１}〜ＲＳＳＩ_{ＣＸｋ−１}とすると、ＲＳＳＩ_ＡＸｋ〜ＲＳＳＩ_ＣＸｋは下記式で表される。
ＲＳＳＩ_ＡＸｋ＝ＲＳＳＩ_{ＡＸｋ−１}＋（Ｐ＋Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）＊（ＲＳＳＩ_Ａ−ＲＳＳＩ_{ＡＸｋ−１}） ・・・（６）
ＲＳＳＩ_ＢＸｋ＝ＲＳＳＩ_{ＢＸｋ−１}＋（Ｐ＋Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）＊（ＲＳＳＩ_Ｂ−ＲＳＳＩ_{ＢＸｋ−１}） ・・・（７）
ＲＳＳＩ_ＣＸｋ＝ＲＳＳＩ_{ＣＸｋ−１}＋（Ｐ＋Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）＊（ＲＳＳＩ_Ｃ−ＲＳＳＩ_{ＣＸｋ−１}） ・・・（８）

受信機３ａと発信機２間の距離の予測値をｄ_１ＸＫ、受信機３ｂと発信機２間の距離の予測値をｄ_２ＸＫ、受信機３ｃと発信機２間の距離の予測値をｄ_３ＸＫとすると、ｄ_１ＸＫ〜ｄ_３ＸＫは、上記式（５）より、下記のように求められる。ここでは、ｎ＝２とする。
ｄ_１ＸＫ＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ−ＲＳＳＩ_ＡＸＫ）／（１０＊２）｝ ・・・（９）
ｄ_２ＸＫ＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ−ＲＳＳＩ_ＢＸＫ）／（１０＊２）｝ ・・・（１０）
ｄ_３ＸＫ＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ−ＲＳＳＩ_ＣＸＫ）／（１０＊２）｝ ・・・（１１）

さらに、上記式（９）〜（１１）によるｄ_１ＸＫ〜ｄ_３ＸＫと、受信機３ａ〜３ｃと発信機２の３次元座標の距離を使用して、方程式を立てると以下のようになる。
｛（ｘ_１−ｘ_Ｔ）^２＋（ｙ_１−ｙ_Ｔ）^２＋（ｚ_１−ｚ_Ｔ）^２｝^１/２＝ｄ_１ＸＫ ・・・（１２）
｛（ｘ_２−ｘ_Ｔ）^２＋（ｙ_２−ｙ_Ｔ）^２＋（ｚ_２−ｚ_Ｔ）^２｝^１/２＝ｄ_２ＸＫ ・・・（１３）
｛（ｘ_３−ｘ_Ｔ）^２＋（ｙ_３−ｙ_Ｔ）^２＋（ｚ_３−ｚ_Ｔ）^２｝^１/２＝ｄ_３ＸＫ ・・・（１４）

式（１２）〜（１４）において、ｘ_Ｔ、ｙ_Ｔ、ｚ_Ｔ以外のパラメータは既知である。このため、位置推定部１０５は、式（１２）〜（１４）の３元２次方程式を解くことで発信機２の３次元座標を算出する。

（変形例）
上記実施形態では各受信信号強度の実測値に対しフィルタを適用する例を説明したが、各受信信号強度の実測値に対しフィルタを適用する代わりに、各受信信号強度の実測値に基づいて算出した距離に対しフィルタを適用しても良い。

図３に示した受信機３ａ〜３ｃの受信信号強度から発信機２の位置を算出する場合について説明する。
各受信強度の実測値から算出した、受信機３ａと発信機２間の距離をｄ_１、受信機３ｂと発信機２間の距離をｄ_２、受信機３ｃと発信機２間の距離をｄ_３とすると、ｄ_１〜ｄ_３は、上記式（５）より、以下の式から求められる。ここでは、ｎ＝２とする。
ｄ_１＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ−ＲＳＳＩ_Ａ）／（１０＊２）｝ ・・・（１５）
ｄ_２＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ−ＲＳＳＩ_Ｂ）／（１０＊２）｝ ・・・（１６）
ｄ_３＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ−ＲＳＳＩ_Ｃ）／（１０＊２）｝ ・・・（１７）

ｄ_１〜ｄ_３に対し（３）式によりカルマンフィルタを適用する。各距離の予測値をｄ_１ＸＫ'〜ｄ_３ＸＫ'、各距離の前回の予測値をｄ_{１ＸＫ−１'}〜ｄ_{３ＸＫ−１'}とすると、ｄ_１ＸＫ'〜ｄ_３ＸＫ'は、下記式で表される。
ｄ_１ＸＫ'＝ｄ_{１ＸＫ−１'}＋（Ｐ＋Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）＊（ｄ_１−ｄ_{１ＸＫ−１'}）・・・（１８）
ｄ_２ＸＫ'＝ｄ_{２ＸＫ−１'}＋（Ｐ＋Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）＊（ｄ_２−ｄ_{２ＸＫ−１'}）・・・（１９）
ｄ_３ＸＫ'＝ｄ_{３ＸＫ−１'}＋（Ｐ＋Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）＊（ｄ_３−ｄ_{３ＸＫ−１'}）・・・（２０）

上記式（１８）〜（２０）によるｄ_１ＸＫ'〜ｄ_３ＸＫ'と、受信機３ａ〜３ｃと発信機２の３次元座標の距離を使用して、方程式を立てると以下のようになる。
｛（ｘ_１−ｘ_Ｔ）^２＋（ｙ_１−ｙ_Ｔ）^２＋（ｚ_１−ｚ_Ｔ）^２｝^１/２＝ｄ_１ＸＫ' ・・・（２１）
｛（ｘ_２−ｘ_Ｔ）^２＋（ｙ_２−ｙ_Ｔ）^２＋（ｚ_２−ｚ_Ｔ）^２｝^１/２＝ｄ_２ＸＫ' ・・・（２２）
｛（ｘ_３−ｘ_Ｔ）^２＋（ｙ_３−ｙ_Ｔ）^２＋（ｚ_３−ｚ_Ｔ）^２｝^１/２＝ｄ_３ＸＫ' ・・・（２３）
位置推定部１０５は、式（２１）〜（２３）の３元２次方程式を解くことで発信機２の３次元座標を算出する。

上記実施形態ではカルマンフィルタを用いる例を説明したが、フィルタはカルマンフィルタに限定されず、他のローパスフィルタであっても良い。

上記実施形態では、送信機２の３次元的な位置を推定する例を説明したが、送信機２と受信機３がほぼ同一平面状に存在することが予め判っていて３次元的な位置を推定する必要がない場合等は、２次元的な位置を推定すれば良い。例えば、送信機と受信機が同じフロアのほぼ同じ高さに存在することが判っている場合、高さ方向の位置は推定する必要が無く、２次元的な位置を推定すれば良い。

＜本実施の形態の効果＞
以上のように、本実施の形態では、複数の受信機により対象物の発信する電波強度を測定し、測定した電波の受信信号強度を使って３点測定法により対象物の位置を推定するシステムにおいて、位置推定時に受信信号強度に対し時間的なフィルタを適用し、このフィルタの強度を対象物が存在する領域の電波状況に応じて調整する。これにより、受信信号強度のノイズ成分を除去できるため、より安定度が高く、高い精度で位置を推定することができる。特に、電波の受信状況が良い場合はフィルタ強度を緩くし、電波の受信状況が悪い場合はフィルタ強度を強くすることで、受信信号強度のノイズ成分を適切に除去することができる。

また、本実施の形態では、複数の受信機のいずれかを発信機に切り替え、切り替えた発信機から発信する信号を他の受信機で受信することで、対象物が存在する領域の電波状況を評価する。これにより、位置関係が予めわかっている受信機を効果的に利用して、電波状況を評価し、確実にフィルタを調整することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上述の実施形態における各構成は、ハードウェア又はソフトウェア、もしくはその両方によって構成され、１つのハードウェア又はソフトウェアから構成してもよいし、複数のハードウェア又はソフトウェアから構成してもよい。各装置の機能（処理）を、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータにより実現してもよい。例えば、記憶装置に実施形態における位置推定方法を行うためのプログラムを格納し、各機能を、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより実現してもよい。

これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ 位置推定システム
２ 発信機
３ 受信機
４ ネットワーク
５ 設置エリア
６ 位置測定領域
１０ 位置情報サーバ
１１ 地図情報管理部
１２ データベース
１３ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部
１４ 表示部
１５ ＣＰＵ
１６ 電源
２１ ビーコン送信部
２３ 記憶部
２４ 電源
３１ ビーコン送受信部
３２ ＣＰＵ
３３ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部
３４ 電源
１００ 位置情報演算部
１０１ 受信状況取得部
１０２ フィルタ調整部
１０３ フィルタ部
１０４ 位置測定情報取得部
１０５ 位置推定部

Claims (10)

1. 発信機から発信された無線信号の受信信号強度に基づいて前記発信機と受信機との距離を算出し、異なる位置に配置した複数の受信機と前記発信機との距離の算出結果に基づいて前記発信機の位置を推定する位置推定装置であって、
   前記受信機が受信した受信信号強度の測定値を取得する位置測定情報取得部と、
   前記複数の受信機が配置された位置測定領域における無線受信状況を取得する受信状況取得部と、
   前記取得された無線受信状況に基づいてフィルタの強度を調整するフィルタ調整部と、
   前記調整された強度のフィルタを適用して、前記位置測定領域における前記発信機の位置を推定する位置推定部と、
   を備える、位置推定装置。
2. 前記フィルタ調整部は、前記無線受信状況が悪いほど、前記フィルタの強度を強くする、
   請求項１に記載の位置推定装置。
3. 前記位置推定部は、前記受信信号強度の測定値に対し前記フィルタを適用する、
   請求項１または２に記載の位置推定装置。
4. 前記位置推定部は、前記受信信号強度に基づいて算出した前記発信機と前記受信機との距離に対し前記フィルタを適用する、
   請求項１または２に記載の位置推定装置。
5. 前記無線受信状況は、前記位置測定領域において前記受信機が受信した受信状況測定用の無線信号の受信信号強度である、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の位置推定装置。
6. 前記フィルタ調整部は、前記受信状況測定用の無線信号の受信信号強度の測定値と理論値の差に基づいて、前記フィルタの強度を調整する、
   請求項５に記載の位置推定装置。
7. 前記フィルタは、前記調整された強度に応じて、前記受信信号強度のノイズ成分を除去するローパスフィルタである、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の位置推定装置。
8. 前記ローパスフィルタは、カルマンフィルタであり、
   前記フィルタ調整部は、前記無線受信状況に応じて、前記カルマンフィルタのカルマンゲインのパラメータである測定ノイズ分散値を調整する、
   請求項７に記載の位置推定装置。
9. 発信機から発信された無線信号の受信信号強度に基づいて前記発信機と受信機との距離を算出し、異なる位置に配置した複数の受信機と前記発信機との距離の算出結果に基づいて前記発信機の位置を推定する位置推定方法であって、
   前記受信機が受信した受信信号強度の測定値を取得し、
   前記複数の受信機が配置された位置測定領域における無線受信状況を取得し、
   前記取得された無線受信状況に基づいてフィルタの強度を調整し、
   前記調整された強度のフィルタを適用して、前記位置測定領域における前記発信機の位置を推定する、
   位置推定方法。
10. 発信機から発信された無線信号の受信信号強度に基づいて前記発信機と受信機との距離を算出し、異なる位置に配置した複数の受信機と前記発信機との距離の算出結果に基づいて前記発信機の位置を推定する処理をコンピュータに実行させるための位置推定プログラムであって、
    前記受信機が受信した受信信号強度の測定値を取得し、
    前記複数の受信機が配置された位置測定領域における無線受信状況を取得し、
    前記取得された無線受信状況に基づいてフィルタの強度を調整し、
    前記調整された強度のフィルタを適用して、前記位置測定領域における前記発信機の位置を推定する、
    位置推定プログラム。

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