JP4032125B1 - Mobile object position estimation system and mobile object position estimation method - Google Patents
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Abstract
【課題】 移動体の位置を高い精度で推定可能な移動体位置推定システム及び移動体位置推定方法を提供する。
【解決手段】 移動体位置計測装置から移動体の位置情報を取得すると、当該位置情報を用いて地図データの座標系に分散するパーティクルをサンプリングするパーティクルフィルタを備え、当該パーティクルフィルタによりサンプリングしたパーティクルから当該移動体の位置を推定する移動体位置推定システム及び移動体位置推定方法であり、当該地図データの座標系上の各領域に当該移動体が存在する確率を示す確率データを有し、当該確率データに従って当該地図データの座標系にパーティクルを分散させることにより、移動体の位置を高い精度で推定する。
【選択図】 図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a moving body position estimation system and a moving body position estimation method capable of estimating the position of a moving body with high accuracy.
When position information of a moving object is acquired from a moving object position measuring device, a particle filter that samples particles dispersed in a coordinate system of map data using the position information is provided, and the particles sampled by the particle filter are used. A mobile object position estimation system and a mobile object position estimation method for estimating the position of the mobile object, the probability data indicating the probability that the mobile object exists in each area on the coordinate system of the map data, and the probability The position of the moving body is estimated with high accuracy by dispersing particles in the coordinate system of the map data according to the data.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、移動体位置計測装置から得られる位置情報を使用して、移動体の位置を推定する移動体位置推定システム、及び、移動体位置推定方法に関する。 The present invention relates to a mobile body position estimation system and a mobile body position estimation method for estimating the position of a mobile body using position information obtained from a mobile body position measurement apparatus.
近年、GPSなどの移動体位置計測装置によって、移動体の位置情報を取得することが容易に可能となってきた。しかし、その位置情報は精度が低く、移動体位置計測装置単体では数十メートルから数百メートルの誤差が発生するのが現状である。 In recent years, it has become possible to easily acquire position information of a moving body by a moving body position measuring device such as a GPS. However, the position information has low accuracy, and an error of several tens of meters to several hundreds of meters is generated in the mobile body position measuring device alone.
その不確実性を軽減するために、移動体位置計測装置から得た位置情報に基づいて、コンピュータにより移動体の位置を推定する移動体位置推定システムが用いられている。下記非特許文献1には、移動体位置推定システムにパーティクルフィルタを用いて位置を確率的に扱う技術が提案されている。パーティクルフィルタとは、複数個のパーティクルの重み付き総和によって全体の確率分布を近似する手法であり、位置の推定は次のように行われる。(1)地図データの座標系上のランダムな位置にN個のパーティクルを生成する。(2)パーティクルをランダムウォークさせる。(3)移動体位置計測装置からの位置情報を確率分布として示す。(4)確率分布に従って個々のパーティクル位置の生起確率を求める。(5)生起確率に比例させて、各パーティクルの重みを更新する。(6)各パーティクルの重みと位置とから移動体の位置について正規分布を最尤推定する。(7)正規分布の平均を移動体の位置と推定する。
しかしながら、上記従来技術は、移動体の位置を移動体位置計測装置からの測定値のみで推定しているため、推定精度は移動体位置計測装置に依存してしまう。現在の移動体位置計測装置による位置測定は、数十メートルから数百メートルの誤差を含んでいるため、位置推定にもその誤差が影響してしまい、精度の良い推定を行うことが困難であった。また、パーティクルから一つの正規分布を求め、その平均を移動体の位置と推定するため、出力される推定位置は一つである。移動体位置計測装置の誤差が大きいときは、一つの推定値に集約すると推定確率の分散が大きくなり、推定精度が低くなってしまう。 However, since the above prior art estimates the position of the moving body only by the measurement value from the moving body position measuring device, the estimation accuracy depends on the moving body position measuring device. The current position measurement by the mobile object position measurement apparatus includes an error of several tens of meters to several hundreds of meters. Therefore, the error also affects the position estimation, and it is difficult to perform accurate estimation. It was. In addition, since one normal distribution is obtained from the particles and the average is estimated as the position of the moving object, one estimated position is output. When the error of the moving body position measuring device is large, the aggregation of the estimation probabilities becomes large and the estimation accuracy becomes low when the estimation is made into one estimation value.
そこで、本発明は、移動体の位置を高い精度で推定可能な移動体位置推定システム、及び、移動体位置推定方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the mobile body position estimation system which can estimate the position of a mobile body with high precision, and a mobile body position estimation method.
本発明の移動体位置推定システムは、移動体位置計測装置から移動体の位置情報を取得すると、当該位置情報を用いて地図データの座標系に分散するパーティクルをサンプリングするパーティクルフィルタを備え、当該パーティクルフィルタによりサンプリングしたパーティクルから当該移動体の位置を推定する移動体位置推定システムにおいて、当該地図データの座標系上の各領域に当該移動体が存在する確率を示す確率データを有し、当該確率データに従って当該地図データの座標系にパーティクルを分散させる手段を備えることを特徴とする。また、本発明の移動体位置推定方法は、コンピュータが、移動体位置計測装置から移動体の位置情報を取得すると、パーティクルフィルタにより当該位置情報を用いて地図データの座標系に分散するパーティクルをサンプリングし、当該サンプリングしたパーティクルから当該移動体の位置を推定する移動体位置推定方法において、当該地図データの座標系上の各領域に当該移動体が存在する確率を示す確率データを参照し、当該確率データに従って当該地図データの座標系にパーティクルを分散させるステップを備えることを特徴とする。 The mobile object position estimation system of the present invention includes a particle filter that samples particles dispersed in a coordinate system of map data using the position information when the position information of the mobile object is acquired from the mobile object position measurement device. In the moving body position estimation system that estimates the position of the moving body from the particles sampled by the filter, the moving body position estimation system has probability data indicating the probability that the moving body exists in each region on the coordinate system of the map data, and the probability data And a means for dispersing particles in the coordinate system of the map data. Further, according to the moving object position estimation method of the present invention, when the computer acquires the position information of the moving object from the moving object position measuring device, the particle filter uses the position information to sample particles dispersed in the coordinate system of the map data. In the moving object position estimation method for estimating the position of the moving object from the sampled particles, the probability data indicating the probability that the moving object exists in each region on the coordinate system of the map data is referred to. Dispersing particles in the coordinate system of the map data according to the data.
ここで、領域とは、建物や道路や河川といった物理的に区別される領域でも良いし、住所といった人為的に定められた領域でも良いし、ユーザが任意に設定した領域でも良い。地図上の各領域に移動体が存在する確率データは、ユーザにより任意に設定可能としてもよいし、予めシステム内に設定されていてもよい。 Here, the area may be a physically distinguished area such as a building, road, or river, an artificially defined area such as an address, or an area arbitrarily set by the user. The probability data that the moving body exists in each area on the map may be arbitrarily set by the user, or may be set in the system in advance.
移動体が存在する確率は、例えば人が携帯する情報端末であれば、道路や建物が高く、河川や山中は低いなど、領域によって異なる。また、移動体の移動パターンや移動範囲によっても異なる場合がある。本発明によれば、地図上の各領域に移動体が存在する確率を示す確率データを参照し、その確率に応じてパーティクルを移動させるため、その確率を反映させた位置の推定が可能となる。 The probability that a moving object exists differs depending on the area, for example, in the case of an information terminal carried by a person, roads and buildings are high and rivers and mountains are low. Moreover, it may differ depending on the movement pattern and movement range of the moving body. According to the present invention, the probability data indicating the probability that a moving body exists in each area on the map is referred to, and the particles are moved according to the probability. Therefore, the position reflecting the probability can be estimated. .
また、前記確率データは、前記各領域がカテゴリ分けされており、当該カテゴリごとに前記確率を設定可能であることが好ましい。 In the probability data, it is preferable that the respective areas are classified into categories, and the probability can be set for each category.
各領域における移動体が存在する確率は、例えば、移動体が人であれば建物や道路が高く河川は低く、また、移動体が船舶であれば河川が高く陸地は低いというように、領域ごとに区別できる。この発明によれば、前記確率データは、各領域をカテゴリ分けし、そのカテゴリごとに確率を設定することが可能となっているため、移動体に応じて各領域の確率を容易に設定することができる。 The probability that a moving body exists in each area is, for example, that if the moving body is a person, buildings and roads are high and the river is low, and if the moving body is a ship, the river is high and the land is low. Can be distinguished. According to the present invention, since the probability data can categorize each region and set the probability for each category, the probability of each region can be easily set according to the moving object. Can do.
また、前記地図データには前記各領域を識別する識別情報が含まれており、前記確率データは、当該識別情報を用いて前記各領域がカテゴリ分けされていることが好ましい。 The map data preferably includes identification information for identifying each area, and the probability data is preferably classified into the areas using the identification information.
地図は道や建物や川などの領域ごとに色分けされたり、マークが付されたりして、各領域を識別する識別情報が付されていることが多い。この発明によれば、確率データは、これらの識別情報を利用してカテゴリが分けられるため、既存の地図データを用いて簡単にカテゴリ分けを行うことができる。 In many cases, the map is color-coded for each area such as a road, a building, or a river, or is given a mark, and identification information for identifying each area is attached. According to the present invention, the probability data can be easily categorized using existing map data because the categories are divided using the identification information.
前記移動体位置推定システム/方法は、 前記サンプリングされたパーティクルをクラスタリングし、各クラスターの平均値を前記移動体の推定位置として出力する手段/ステップを備えることが好ましい。 The moving body position estimation system / method preferably includes means / steps for clustering the sampled particles and outputting an average value of each cluster as an estimated position of the moving body.
パーティクル全体から移動体の位置を推定した場合、移動体位置計測装置からの位置情報の誤差が大きいときには、推定確率の分散が大きくなり、推定精度が低くなる。この発明によれば、パーティクルをクラスタリングし、各クラスターの平均値を推定位置とするため、各クラスター内における推定確率の分散を抑えることができ、推定精度を高めることができる。 When the position of the moving object is estimated from the whole particle, when the error in the position information from the moving object position measuring device is large, the variance of the estimation probability increases and the estimation accuracy decreases. According to the present invention, particles are clustered, and the average value of each cluster is used as the estimated position. Therefore, dispersion of the estimation probability within each cluster can be suppressed, and the estimation accuracy can be increased.
本発明に係る移動体位置推定ステム/方法によれば、道路や建物や河川といった領域ごとに移動体が存在する確率を示す確率データを有し、移動体の位置推定に際しては、その確率データを反映させるため、移動体の位置をより高い精度で推定可能となる。 According to the moving object position estimation stem / method according to the present invention, the moving object position estimation stem / method has probability data indicating the probability that a moving object exists for each region such as a road, a building, and a river. In order to reflect this, the position of the moving body can be estimated with higher accuracy.
確率データの領域を例えば道路や河川などのようにカテゴリに分け、カテゴリごとに確率を設定可能とすれば、推定対象となる移動体に適する確率を容易に設定することができる。確率データを生成する処理は、カテゴリ分けを地図の各領域に付される識別情報を利用して行うことにより、既存の地図情報を用いて簡単にカテゴリ分けを行うことができる。 If the probability data area is divided into categories such as roads and rivers, and the probability can be set for each category, the probability suitable for the mobile object to be estimated can be easily set. The process of generating the probability data can be easily categorized using the existing map information by performing the categorization using the identification information attached to each area of the map.
また、パーティクルをクラスタリングし、各クラスターの平均値を移動体の位置として出力することにより、各クラスター内における推定確率の分散を抑えることができ、推定精度を高めることができる。また、推定位置として複数の候補を得ることができる。たとえば、移動体を捜索する場合、従来技術のように推定位置が唯一に出力されると捜索場所も一つに限られてしまう。本システム/方法によれば、複数の場所を候補として捜索できるため発見できる可能性も高まる。 Also, by clustering particles and outputting the average value of each cluster as the position of the moving body, dispersion of estimation probabilities within each cluster can be suppressed, and estimation accuracy can be increased. In addition, a plurality of candidates can be obtained as estimated positions. For example, when searching for a mobile object, if the estimated position is output only as in the prior art, the search location is limited to one. According to the present system / method, a plurality of places can be searched as candidates, so that the possibility of discovery can be increased.
本発明は、様々な分野に応用可能である。たとえば、GPS機能付き情報携帯端末等の移動体を人に携帯させ、徘徊する高齢者や遭難者を捜索したり、登下校中の児童の位置を把握して安全を確保したりするのに用いることができる。また、移動体を自動車等に搭載すれば、タクシーや配送車等の位置管理などにも応用可能である。 The present invention can be applied to various fields. For example, a mobile object such as an information portable terminal with GPS function can be carried by a person and used to search for elderly people and victims who are hesitant or to ascertain the location of children who are going to and from school. be able to. In addition, if the moving body is mounted on an automobile or the like, it can be applied to the position management of a taxi or a delivery car.
本実施の形態の移動体位置推定システム1は、移動体位置計測装置から得られる位置情報を取得すると、当該位置情報を用いて地図データの座標系に分散するパーティクルをサンプリングするパーティクルフィルタを備え、当該パーティクルフィルタによりサンプリングしたパーティクルから当該移動体の位置を推定するシステムである。
The mobile body
図1は、本発明の第1の実施の形態による移動体位置推定システム1の一構成を示すブロック図である。本実施の形態による移動体位置推定システム1は、内部バス11に、通信インタフェース12、CPU13、ROM14、RAM15、ディスプレイ16、キーボード/マウス17、ドライブ18、ハードディスク19を接続させ、アドレス信号、制御信号、データ等を伝送させ、本実施の形態による移動体位置推定システムを実現するコンピュータシステムとしての構成を備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a moving object
通信インタフェース12は、移動体位置計測装置との通信やインターネット等の通信網に接続する各種通信機能を有しており、移動体位置計測装置から移動体の位置情報を受信したり、本発明に係る位置推定をコンピュータに実行させるプログラム19aや地図データ19cをダウンロードしたりすることも可能である。CPU13は、ROM14に格納されたOSにより装置全体の制御を行うとともにハードディスク19に格納された各種のアプリケーションプログラム19aに基づいて処理を実行する機能を司る。
The
ROM14は、OS等のように装置全体の制御を行うためのプログラムを格納しており、これらをCPU13に供給する機能を有している。RAM15は、CPU13による各種プログラムの実行時にワークエリアとして利用されるメモリ機能を有している。
The
ディスプレイ16は、地図データや確率データや推定位置をグラフィカルに表示したりする機能を有している。キーボード/マウス17は、文字、数字、記号等のデータを入力したり、画面上のポイント位置を操作することが可能である。
The
ドライブ18は、各種のプログラム、データを記録したCD、DVD等の記録媒体からインストール作業を実行するための駆動ユニットである。コンピュータを移動体位置推定システム1として機能させるプログラムや地図データを記憶媒体からインストールしたりすることも可能である。
The
ハードディスク19は、プログラム19a、メモリ19b、位置推定に用いられる地図データ19c等の各種データを記憶する外部記憶装置である。プログラム19aは、前述した通信インタフェース12、ドライブ18等からインストールされたプログラムを実行形式で記憶したものに相当する。メモリ19bは、各種プログラムの実行結果等のファイルを保存する記憶部である。
The
地図データ19cは、例えば図2に示すように、基本データD1と確率データD2とを含む。基本データD1は、建物・道路・河川等や、都道府県、市町村、住所などの領域や、位置、経緯度、方角、距離等のデータが含まれている。また、確率データD2は、基本データD1の各領域に移動体が存在する確率を示す情報が含まれている。確率データD2は、建物がカテゴリa、道路がカテゴリb、河川がカテゴリc、その他がカテゴリdというように、領域がカテゴリ分けされており、カテゴリごとに確率が設定されている。この確率はその領域に推定対象となる移動体が存在する確率である。推定対象として人が携帯する情報端末であれば、建物に対応するカテゴリaや道路に対応するカテゴリbの確率は高く、河川に対応するカテゴリcの確率は低く設定されている。ただし、確率データD2は、カテゴリ分けすることなく、各建物や、各道路ごとというように、領域ごとに確率が設定されていても良いし、住所などの人為的に分けられた領域に設定されていても良い。これにより、移動体固有の行動パターンや行動範囲を確率に反映させることができる。また、確率データD2は地図データ19cの一部として一体となっていても良いし、別データとして記憶されていても良い。
The
確率データD2は、後述するステップS1の処理前の事前処理で生成され、ハードディスク19に記憶されている。また、確率データD2は予めシステム1内に設定されていても良いし、ユーザが任意に設定や変更を可能としても良い。たとえば、地図データ19cの基本データD1をグラフィカルに表示し、各建物や道路等ごとに確率を直接設定可能とし、ユーザが事前設定として確率やカテゴリを設定するようにして確率データD2を生成可能としても良い。また、基本データD1が建物や道路などの領域を識別する識別情報を含む場合(例えば、建物や道路などが色分けされていたり、マークが付されていたりする場合)、移動体位置推定システム1が、その識別情報を利用して領域をカテゴリ分けし、そのカテゴリを確率データD2のカテゴリとしても良い。これにより、人為的なカテゴリ分けが不要となり、既存の地図データを用いて、領域のカテゴリ分けを簡単に行うことができる。
The probability data D <b> 2 is generated by pre-processing before processing in step S <b> 1 described later, and is stored in the
本発明におけるパーティクルとは、地図データ19cの座標系上の位置を示す指標であり、属性には少なくとも地図データ19cの座標系において位置を特定可能な位置情報を含む。本発明におけるパーティクルフィルタとは、移動体位置計測装置から得られる位置情報を取得すると、地図データ19cの座標系に分散する複数のパーティクルから、上記位置情報に応じてパーティクルをサンプリングする機能を少なくとも備えるものであり、本実施の形態においては少なくとも下記のステップS1からS5を実行する機能を備えるフィルタである。
The particle in the present invention is an index indicating the position of the
図3は、移動体位置推定システム1を用いた移動体位置推定方法を説明するフローチャートである。図4は、位置推定処理を概念的に説明する説明図である。移動体位置推定システム1は下記のように機能して、本発明の移動体位置推定方法を実現する。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a mobile object position estimation method using the mobile object
(ステップS1)地図データ19cの座標系のランダムな位置に複数のパーティクルを配置する。パーティクルの配置は、各パーティクルの位置情報をランダムに設定することにより行われる。図4(1)に示すように、パーティクル(図中、白円)はランダムな位置に配置される。
(Step S1) A plurality of particles are arranged at random positions in the coordinate system of the
(ステップS2)地図データ19cの確率データD2を参照し、その確率に依存させてすべてのパーティクルを移動(ランダムウォーク)させる。たとえば、図5に示すように、確率データD2は、基本データD1の緯度経度座標系をピクセル単位に変換し、基本データD1でカテゴリa,b,c,dに分けられた各領域にピクセル単位で確率を設定したものとする。そして、パーティクルの移動可能範囲eをパーティクルの位置を中心とした一定半径サークル内と設定しておき、パーティクルをランダムウォークさせるときには、移動可能範囲内eのすべてのピクセルの確率データを取得し、その確率に比例して次の位置を決定し、その位置にパーティクルを移動させる。パーティクルを移動させるタイミングは予め移動体位置推定システム1に設定されており、そのタイミングになると確率データD2に従ってパーティクルをランダムウォークさせる。図4(2)は、確率データに従ってパーティクルをランダムウォークさせたときの状態を概念的に示す説明図である。確率の高い領域に多くのパーティクルが配置される。
(Step S2) With reference to the probability data D2 of the
(ステップS3)移動体位置計測装置から移動体の位置情報を取得しない間は、ステップS2に戻り上記ランダムウォークを続ける。移動体位置計測装置から移動体の位置情報を取得した場合は、ステップS4に進む。 (Step S3) While the position information of the moving object is not acquired from the moving object position measuring device, the process returns to Step S2 and continues the random walk. If the position information of the moving object is acquired from the moving object position measuring device, the process proceeds to step S4.
(ステップS4)移動体位置推定システム1は、位置情報を取得すると、その位置情報を確率分布P1(x)で表されるデータに変換する。位置情報から確率分布P1(x)への変換は、予め設定されている数式等の規則に従い変換する。移動体位置計測装置からの位置情報の形式は、その機器の特性に応じて異なるので、機器に応じた確率分布に変換する。このため、移動体位置推定システム1には移動体位置計測装置ごとに予め数式等による変換規則が設定されており、位置情報から確率分布P1(x)への変換はその規則に従い行う。例えば、GPSの場合は緯度経度情報を出力するので、取得した緯度経度情報を平均とした正規分布に変換する。また、PHSは各地に所在する基地局のどの基地局で端末からのデータを受信したかで位置が特定される。このため、移動体からの電波を受信した基地局が電波を受信できる範囲内は、移動体が存在する確率が一様であり、その他の範囲は確率が0である。そこで、PHSから位置情報を取得した場合は、受信した基地局が電波を受信できる範囲内において移動体が存在する確率を0より大の一定値(0より大)とし、その他の範囲は確率を0とする一様分布に変換する。
(Step S4) When the mobile body
(ステップS5)確率分布P(1)に従って、地図上の母集団からパーティクルをサンプリングする。サンプリングの方法は、まず、その確率分布P1(x)に従った確率で1つのパーティクルを地図上の母集団から抽出し、それを母集団に戻してから再び同様に次のパーティクルを抽出する。それを繰り返すことにより、母集団と同じ数のパーティクルを確率分布P1(x)に従って抽出する。図6は、GPSの位置情報を用いたときの確率分布P1(x)のデータと、地図データ19cの座標系上の母集団と、抽出されたパーティクルとを説明する説明図である。取得した位置情報を平均とした正規分布データP1(x)に従って、母集団からパーティクルが抽出される。パーティクルは、正規分布の頂点(平均)に最も近いところが多く抽出され、遠いところほど抽出されない。図4(3)は、この正規分布によりサンプリングされたパーティクルの分散を概念的に説明する説明図である。パーティクルは、取得した位置情報に最も近いところが多く抽出され、遠いところほど抽出されない。
(Step S5) According to the probability distribution P (1), particles are sampled from the population on the map. In the sampling method, first, one particle is extracted from the population on the map with a probability according to the probability distribution P1 (x), and after returning it to the population, the next particle is similarly extracted again. By repeating this, the same number of particles as the population are extracted according to the probability distribution P1 (x). FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the probability distribution P1 (x) data when using GPS position information, the population on the coordinate system of the
(ステップS6)サンプリングされたパーティクルをクラスタリングする。図4(4)はパーティクルのクラスタリングを概念的に説明する説明図である。サンプリングされたパーティクルは複数のクラスターにクラスタリングされる。ここで、本実施の形態のクラスタリングについて説明する。本実施の形態のクラスタリングには、正規混合分布P(x)を用いたクラスタリング手法を用いる。正規混合分布とは数1に示される確率分布である。数1のpi(x)は正規分布を表す。この数1における正規分布の数cと各正規分布の重みαi、および各正規分布pi(x)の平均値と分散を求めることがクラスタリング処理にあたる。本実施の形態では、これらの値を総じて、正規混合分布P(x)のパラメータと呼ぶこととする。クラスタリングによって生成されるクラスターは、正規混合分布P(x)を構成する個々の正規分布に対応する。正規混合分布P(x)のパラメータが求まると、数1によって各パーティクルがどのクラスターに所属するかを確率的に得ることが可能となる。さらに、地図上の任意の位置を入力として与えると、その位置に移動体が居る確率を求めることができるようになる。
図7に、正規混合分布P(x)によるクラスタリング例を示す。水平線の上に並んでいる長方形が個々のパーティクルを表している。P(x)は正規混合分布を表す。個々のパーティクルから求められた正規混合分布P(x)は、パーティクルが集まっているところほど、確率が高く(山が高く)なっている。この例では2つのクラスターが生成されている。 FIG. 7 shows an example of clustering using the normal mixture distribution P (x). The rectangles on the horizon represent individual particles. P (x) represents a normal mixture distribution. The normal mixture distribution P (x) obtained from each particle has a higher probability (a mountain is higher) as the particles are gathered. In this example, two clusters are generated.
すなわちステップS6において移動体位置推定システム1は、以下のように動作する。数1は移動体位置推定システム1に予め設定されており、移動体位置推定システム1は、ステップS5にてサンプリングしたパーティクルの情報を用いて、数1の各パラメータ数cと各正規分布の重みαi、及び、正規分布pi(x)の平均値と分散を算出する。詳しくは、各正規分布の重みαi、および正規分布pi(x)の平均値と分散については、個々のパーティクルが所属するクラスターを隠れ変数としたEMアルゴリズムに基づいて算出する。EMアルゴリズムとは、隠れ変数がある場合の最尤推定方法として広く知られている手法であり、繰り返し計算を行うことで、解が収束することが証明されている。一方、正規混合分布P(x)の数cについては、初期値を1として数2に示される正規混合分布P(x)における各パーティクルの対数尤度の値が減少するまで1つずつ加算して求める。図4(5)は各クラスターの平均値を概念的に説明する説明図である。算出された各正規分布pi(x)の平均値が移動体の推定位置の座標(x、y)となる。
さらに、移動体位置推定システム1は、各推定位置(x、y)における移動体が存在する確率P(x)を算出してもよい。この場合、上記算出された各パラメータを数1に代入し、上記算出された各推定位置の座標(x、y)を数1の入力情報(x)とし、P(x)を計算する。
Furthermore, the moving body
なお、クラスタリング方法は、上記に限られるものではなく、あらかじめ固定された数のクラスターに分類する非階層的クラスタリングでも良いし、互いの距離の近いものから順にクラスターを融合していくことにより、適当な数のグループに分割するC−Means法などの階層的クラスタリングでも良いし、クラスタリング方法は限定されない。 Note that the clustering method is not limited to the above, and may be non-hierarchical clustering that classifies a fixed number of clusters, or by combining clusters in order from the closest distance to each other. Hierarchical clustering such as a C-Means method for dividing into a large number of groups may be used, and the clustering method is not limited.
(ステップS7)ステップS6にて算出された複数の推定位置(x,y)を出力する。ステップ6にて、各推定位置(x,y)に対する移動体が存在する確率P(x)を算出した場合は、各推定位置(x,y)に確率P(x)を表示したり、推定位置(x,y)を確率P(x)の高い順に順位付けして出力してもよい。出力先はディスプレイ16でも良いし、通信インタフェイス12からネットワークを介して接続可能な情報端末(例えば携帯電話等)に出力しても良い。また、算出された複数の推定位置のすべてを出力してもよいし、確率順に上位数個を出力するようにしてもよい。
(Step S7) A plurality of estimated positions (x, y) calculated in step S6 are output. In step 6, when the probability P (x) that the moving body exists for each estimated position (x, y) is calculated, the probability P (x) is displayed at each estimated position (x, y) or estimated. Position (x, y) may be ranked and output in descending order of probability P (x). The output destination may be the
移動体位置推定システム1による上記移動体位置推定方法によれば、道路や建物や河川といった領域ごとに移動体が存在する確率データD2を反映させるため、移動体の位置をより高い精度で推定可能となる。また、パーティクルをクラスタリングして位置推定を行うため、各クラスター内における推定確率の分散を抑えることができ、推定精度を高めることができる。また、推定位置が唯一に出力される従来技術と比較して、本発明は推定位置として複数の候補を得ることができる。たとえば、ユーザが移動体を捜索している場合は、複数の候補地を捜索することが可能となる。
According to the mobile body position estimation method by the mobile body
(第2の実施の形態)
また、例えば移動体位置推定システム1が徘徊老人の探索など、移動体の探索に使用される場合は、出力される複数の推定位置を探索者が巡回する必要がある。そこで、移動体位置推定システム1は、複数の推定位置の巡回経路を出力するようにしても良い。巡回経路の出力は次のように行う。図8は本実施の形態の処理を説明するフローチャートである。この巡回経路の処理(ステップS6−1)は、上記第1の実施の形態の処理のステップS6の終了後に行われ、巡回経路を算出し、推定位置とともに巡回経路の出力を行うことにより実現される。第1の実施の形態と同様の部分については説明を省略する。
(Second Embodiment)
In addition, for example, when the mobile object
移動体位置推定装置1には、巡回経路の算出のステップS6−1よりも前までに巡回のスタート地点が入力される。スタート地点は、巡回者が任意に入力可能としてもよいし、巡回者が携帯する情報端末のGPS等の機能を用いて移動体位置計測装置から得られる位置情報を入力としても良い。移動体位置測定システム1は、スタート地点の位置情報と、上記算出した複数の推定位置やその推定位置に移動体が存在する確率から、巡回者が移動体に到達する可能性が高く、且つ、短時間に巡回できる経路を算出する。
The moving body
たとえば、移動体位置推定システム1は、次のように巡回経路を算出する。スタート地点から推定位置(すなわち、推定位置を表す正規混合分布P(x)を構成する各正規分布pi(x)の頂点)をすべて巡回する経路を探索する。正規混合分布P(x)を構成する正規分布pi(x)の数をCとすると、経路はその階乗C!だけ存在する。これらの経路を評価する関数として、下記数3を用いる。
図9は、数3の一実施例をグラフで表した図である。図9の横軸は時間、縦軸はその移動体が存在しない確率(数3における1−P(x))、すなわち、探索者が被探索者を発見できない確率を示している。ここでは、正規混合分布を構成する正規分布の数(すなわち推定位置の数)C=3を例に説明する。すべての経路について次の処理を行う。スタート地点sから一つ目の正規分布の頂点(推定位置)p1に達するときに必要な時間と、その到達した頂点(推定位置)p1において移動体を発見できない確率を算出する。さらに、一つ目の頂点(推定位置)p1から次の頂点(推定位置)p2に達するときに必要な時間と、その到達した頂点p2における移動体を発見できない確率を算出する。このように、スタート地点から巡回する経由地点順に、時間と移動体を発見できない確率を算出する。そして、横軸を時間、縦軸を移動体を発見できない確率として、算出された各頂点(推定位置)の時間と移動体を発見できない確率をプロットし、その積分値(図9の斜線部分の面積)の大きさが評価値Vとなる。これにより、移動体を発見できる確率と巡回時間とを考慮した評価が可能となる。巡回経路の出力に際しては、評価値Vが低い経路のみを提示してもよいし、評価値順に順位付けしてすべての巡回経路を出力しても良い。 FIG. 9 is a graph showing an example of Equation (3). In FIG. 9, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the probability that the moving object does not exist (1-P (x) in Equation 3), that is, the probability that the searcher cannot find the search target. Here, the number of normal distributions constituting the normal mixed distribution (that is, the number of estimated positions) C = 3 will be described as an example. The following processing is performed for all routes. The time required to reach the first normal distribution vertex (estimated position) p1 from the start point s and the probability that a moving object cannot be found at the reached vertex (estimated position) p1 are calculated. Further, the time required to reach the next vertex (estimated position) p2 from the first vertex (estimated position) p1 and the probability that a moving object at the reached vertex p2 cannot be found are calculated. In this way, the time and the probability that the moving object cannot be found are calculated in the order of the waypoints that circulate from the start point. Then, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing the probability that a moving body cannot be found, the calculated time of each vertex (estimated position) and the probability that a moving body cannot be found are plotted, and the integrated value (the hatched portion in FIG. 9). The size of (area) is the evaluation value V. This makes it possible to evaluate in consideration of the probability of finding a moving object and the traveling time. When outputting the cyclic route, only the route with the low evaluation value V may be presented, or all the cyclic routes may be output in the order of the evaluation value.
一例として、図10(a)のように、移動体位置推定の結果、a,b,cの三つの推定位置が得られた場合の巡回経路の算出を説明する。スタート地点は座標(0,0)であり、推定位置aは座標(5,0)、bは座標(4,3)、cは座標(0,5)の位置であり、各推定位置における移動体が存在する確率がaは0.5,bは0.1,cは0.4であったとする。すべての巡回経路について上記評価値Vを算出した結果を図10(b)に示す。a−b−cの順で巡回する経路が最も良い評価値であるという結果が得られ、有効な巡回経路としてa−b−cを出力される。 As an example, as shown in FIG. 10A, calculation of a cyclic route when three estimated positions a, b, and c are obtained as a result of mobile object position estimation will be described. The starting point is the coordinates (0, 0), the estimated position a is the coordinates (5, 0), b is the coordinates (4, 3), c is the position of the coordinates (0, 5), and the movement at each estimated position The probability that a body exists is 0.5 for a, 0.1 for b, and 0.4 for c. FIG. 10B shows the result of calculating the evaluation value V for all the traveling routes. The result that the route that goes around in the order of abc is the best evaluation value is obtained, and abc is outputted as an effective tour route.
これにより、探索者は、出力された複数の推定位置を効率的に巡回できる経路の情報を得ることができる。たとえば、徘徊老人の探索においては、効率的に巡回することにより、より迅速に徘徊老人を見つけ出し、安全を確保することができる。 As a result, the searcher can obtain information on a route through which the plurality of output estimated positions can be efficiently circulated. For example, in searching for an elderly person, it is possible to find the elderly person more quickly and ensure safety by patroling efficiently.
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、本発明から逸脱しない範囲内で変更が可能である。たとえば、確率データを用いて領域ごとに移動体が存在する確率を反映させる技術(ステップS2)は、位置推定にクラスタリングを用いることなく、従来のようにパラメータの最尤推定を行う技術に適用しても良い。これによっても、領域ごとの確率が反映され、従来よりも高精度に位置推定が行われる。この場合、移動体位置推定システム1は以下のように処理を行う。図11は、そのフローチャートである。移動体位置推定システムは、上記ステップ1からステップ5を行った後、サンプリング結果からパラメータ最尤推定を行って確立分布を算出し、得られた確率分布から推定位置を算出し(ステップS6)、推定位置を出力する(ステップS7)。パラメータ最尤推定や、確率分布からの推定位置の算出は、位置計測装置の種類に応じて行えばよい。例えばGPSであればパラメータ最尤推定を行って正規分布を算出し、その正規分布の平均値を推定位置として出力する。また、PHSの場合は、ステップ4において、受信した基地局が電波を受信できる範囲内において移動体が存在する確率を0より大の一定値(0より大)とし、その他の範囲は確率を0とする一様分布データに変換される。ステップ4以外は、PHSであってもGPSであっても同じ処理である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified without departing from the present invention. For example, the technique (step S2) that reflects the probability that a moving object exists for each region using probability data is applied to a conventional technique that performs maximum likelihood estimation of parameters without using clustering for position estimation. May be. This also reflects the probability for each region, and position estimation is performed with higher accuracy than in the past. In this case, the moving body
また、本発明は、様々な分野に応用可能である。たとえば、GPS機能付き情報携帯端末等の移動体を人に携帯させ、徘徊する高齢者や遭難者を捜索したり、登下校中の児童の位置を把握して安全を確保するのに用いることができる。また、移動体を自動車等に搭載すれば、タクシーや配送車等の位置管理などにも応用可能である。 In addition, the present invention can be applied to various fields. For example, a mobile object such as an information portable terminal with GPS function can be carried by a person to search for an elderly person or a distressed person who is hesitant, or used to ascertain the position of a child who is going to and from school to ensure safety. it can. In addition, if the moving body is mounted on an automobile or the like, it can be applied to the position management of a taxi or a delivery car.
1 移動体位置推定システム
19c 地図データ
D1 基本データ
D2 確率データ
1 Mobile object
Claims (8)
当該地図データの座標系上の各領域に当該移動体が存在する確率を示す確率データを有し、当該確率データに従って当該地図データの座標系にパーティクルを分散させる手段を備えることを特徴とする移動体位置推定システム。 When the position information of the moving object is acquired from the moving object position measuring device, a particle filter that samples particles dispersed in the coordinate system of the map data using the position information is provided, and the moving object is detected from the particles sampled by the particle filter. In a mobile position estimation system for estimating a position,
The movement having probability data indicating the probability that the moving body exists in each area on the coordinate system of the map data, and having means for dispersing particles in the coordinate system of the map data according to the probability data Body position estimation system.
当該地図データの座標系上の各領域に当該移動体が存在する確率を示す確率データを参照し、当該確率データに従って当該地図データの座標系にパーティクルを分散させるステップを備えることを特徴とする移動体位置推定方法。 When the computer acquires the position information of the moving object from the moving object position measuring device, the particle filter samples the particles dispersed in the coordinate system of the map data using the position information, and the position of the moving object is determined from the sampled particles. In the moving object position estimation method for estimating
The movement comprising the step of referring to probability data indicating the probability that the moving object exists in each area on the coordinate system of the map data, and dispersing particles in the coordinate system of the map data according to the probability data Body position estimation method.
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