JP4848900B2 - POSITION INFORMATION ESTIMATION DEVICE, POSITION INFORMATION ESTIMATION METHOD, AND POSITION INFORMATION ESTIMATION PROGRAM - Google Patents
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本発明は、センサデバイスを用いて利用者の位置を推定する位置情報推定方法、位置情報推定装置、及び位置情報推定プログラムに関し、特に、利用者がセンサデバイスを置き忘れている状態が存在しても利用可能な位置情報推定方法、位置情報推定装置、および位置情報推定プログラムに関する。 The present invention relates to a position information estimation method, a position information estimation apparatus, and a position information estimation program for estimating the position of a user using a sensor device, and in particular, even if a user has left the sensor device in place. The present invention relates to a usable location information estimation method, a location information estimation device, and a location information estimation program.
近年、センサデバイスを用いて利用者の位置を検知し、その検出された位置を利用するサービスが提案されている。 In recent years, a service has been proposed in which the position of a user is detected using a sensor device and the detected position is used.
特許文献1には、利用者の現在位置を示す位置情報をプレゼンス情報として扱った通信サービス方法が記載されている。特許文献1に記載の通信サービス方法において、プレゼンス情報である位置情報は、利用者が携帯する携帯端末に搭載された無線LAN、RFID、あるいは、GPSまたはPHS等の位置検知センサから取得される。
また、特許文献2には、利用者がセンサデバイスを携帯していないことを検出するシステムが記載されている。特許文献2に記載のシステムは、複数のセンサが検出した利用者の位置情報が矛盾する場合に、利用者がセンサデバイスを携帯していない異常な状態である判断する。
なお、非特許文献1には、プレゼンスサービスに用いるプロトコルであるプレゼンスプロトコルとしてSIPを使用する方法が記載されている。また、非特許文献2には、SIPを用いたセンサ情報取得方法が記載されている。また、非特許文献3には、確率モデルの一例である隠れマルコフモデル(Hidden Markov Models,HMM)が記載されている。
特許文献1に記載されているような、位置検知センサ等を搭載した利用者端末(例えば、位置情報を発信する携帯端末またはRFIDタグなどのID送信機)を用いて、利用者の位置を示す位置情報を得る方法では、以下の点で不十分である。
The position of the user is indicated by using a user terminal (for example, a portable terminal that transmits position information or an ID transmitter such as an RFID tag) equipped with a position detection sensor or the like as described in
この方法では、利用者が位置情報を発信する利用者端末を携帯していることを前提としている。このため、利用者が利用者端末を身に着けていない場合に、利用者の位置を正確に示さない位置情報が提供されてしまう。 This method is based on the premise that the user carries a user terminal that transmits position information. For this reason, when the user does not wear the user terminal, position information that does not accurately indicate the position of the user is provided.
また、特許文献2に記載されているような、複数のセンサ(例えば、携帯電話機とICカードと人感センサ)を用いる方法では、以下の点で不十分である。
Further, the method using a plurality of sensors (for example, a mobile phone, an IC card, and a human sensor) as described in
この方法では、単一のセンサでは利用者がセンサデバイスを携帯していないことを検出できない。さらに、利用者がセンサデバイスを携帯しておらず、いずれかのセンサ情報が誤っている場合、どのセンサ情報が信頼できるのかを判断する基準がない。 In this method, a single sensor cannot detect that the user is not carrying the sensor device. Furthermore, when the user does not carry the sensor device and any sensor information is incorrect, there is no standard for determining which sensor information is reliable.
さらに、特許文献1や特許文献2に記載されているような方法では、利用者がセンサデバイスを携帯していないときは、利用者がどこにいるのか検討がつかない。
Further, in the methods described in
本発明の目的は、利用者がセンサデバイスを携帯していない場合があっても、利用者の位置を推定することが可能な位置情報推定装置、位置情報推定方法、および位置情報推定プログラムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a position information estimation apparatus, a position information estimation method, and a position information estimation program capable of estimating the position of a user even when the user does not carry a sensor device. It is to be.
上記目的を達成するために、本発明の位置情報推定装置は、利用者に携帯されるセンサデバイスの位置と相関を持つセンサ情報に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置情報推定装置であって、前記センサ情報を取得するセンサ情報取得手段と、前記利用者と前記センサデバイスが別々の位置になりうるとした確率モデルで、前記利用者の位置を表現し、前記確率モデルと、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置推定手段と、を含む。 In order to achieve the above object, a position information estimation apparatus according to the present invention is a position information estimation apparatus that estimates the position of a user based on sensor information correlated with the position of a sensor device carried by the user. The sensor information acquisition means for acquiring the sensor information, the probability model that the user and the sensor device can be at different positions, the position of the user is represented, the probability model, Position estimation means for estimating the position of the user based on the sensor information acquired by the sensor information acquisition means.
また、本発明の位置情報推定方法は、利用者に携帯されるセンサデバイスの位置と相関を持つセンサ情報に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置情報推定装置が行う位置情報推定方法であって、前記センサ情報を取得するセンサ情報取得ステップと、前記利用者と前記センサデバイスが別々の位置になりうるとした確率モデルで、前記利用者の位置を表現し、前記確率モデルと前記センサ情報に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置推定ステップと、を含む。 The position information estimation method of the present invention is a position information estimation method performed by a position information estimation apparatus that estimates the position of a user based on sensor information correlated with the position of a sensor device carried by the user. A sensor information acquisition step for acquiring the sensor information, and a probability model in which the user and the sensor device can be at different positions, and the position of the user is expressed, and the probability model and the sensor And a position estimating step for estimating the position of the user based on the information.
また、本発明の位置情報推定プログラムは、利用者に携帯されるセンサデバイスの位置と相関を持つセンサ情報に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置情報推定処理を、コンピュータに実行させる位置情報推定プログラムであって、前記センサ情報を取得するセンサ情報取得処理と、前記利用者と前記センサデバイスが別々の位置になりうるとした確率モデルで、前記利用者の位置を表現し、前記確率モデルと前記センサ情報に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置推定処理と、を含む位置情報推定処理を、コンピュータに実行させる。 The position information estimation program of the present invention is a position that causes a computer to execute position information estimation processing for estimating the position of the user based on sensor information correlated with the position of a sensor device carried by the user. In the information estimation program, the sensor information acquisition process for acquiring the sensor information, and the probability model that the user and the sensor device can be at different positions, the position of the user is expressed, and the probability A position information estimation process including a position estimation process for estimating the position of the user based on the model and the sensor information is executed by a computer.
上記発明によれば、利用者とセンサデバイスが別々の位置になりうるとした確率モデルと、センサ情報と、に基づいて、利用者の位置が推定される。このため、利用者がセンサデバイスを置き忘れるなどにより、利用者とセンサデバイスが同じ場所にない可能性も考慮して、利用者の位置を推定することができ、利用者の位置を高い精度で推定することが可能になる。 According to the above invention, the position of the user is estimated based on the probability model that the user and the sensor device can be at different positions and the sensor information. For this reason, the user's position can be estimated taking into account the possibility that the user and the sensor device are not in the same location, such as when the user misplaces the sensor device, and the user's position is estimated with high accuracy. It becomes possible to do.
前記位置推定手段は、前記センサ情報と前記センサデバイスの位置との相関関係を示すセンサ出力パラメータと、前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置との相関関係を示す置き忘れパラメータを、前記確率モデルに応じた確率モデルパラメータとして記憶するパラメータ記憶手段と、前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置を、外部からは観測できない情報である非可観測変数として、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、前記パラメータ記憶手段に記憶された確率モデルパラメータと、に基づいて導出する非可観測変数導出手段と、を有することが望ましい。 The position estimation means includes a sensor output parameter indicating a correlation between the sensor information and the position of the sensor device, and a misplacement parameter indicating a correlation between the position of the sensor device and the position of the user. Parameter storage means for storing as a probability model parameter corresponding to the sensor, and the sensor information acquisition means acquires the position of the sensor device and the position of the user as non-observable variables that are information that cannot be observed from the outside. It is desirable to have non-observable variable deriving means derived based on the information and the probability model parameters stored in the parameter storage means.
前記センサ情報取得手段は、さらに、前記利用者の位置と相関を持つ可観測変数を取得し、前記パラメータ記憶手段は、さらに、前記可観測変数と前記利用者の位置との相関関係を示す可観測変数出力パラメータを、前記確率モデルパラメータとして記憶し、前記非可観測変数導出手段は、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報および可観測変数と、前記パラメータ記憶手段に記憶された確率モデルパラメータと、に基づいて、前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置を導出することが望ましい。 The sensor information acquisition unit further acquires an observable variable having a correlation with the position of the user, and the parameter storage unit further indicates a correlation between the observable variable and the position of the user. An observation variable output parameter is stored as the probability model parameter, and the non-observable variable derivation unit includes the sensor information and observable variable acquired by the sensor information acquisition unit, and the probability model parameter stored in the parameter storage unit. It is desirable to derive the position of the sensor device and the position of the user based on the above.
前記位置推定手段は、推定した前記センサデバイスの位置および推定した前記利用者の位置を、時系列に従って記憶する履歴記憶手段を、さらに備え、前記非可観測変数導出手段は、少なくとも、前記履歴記憶手段に記憶されたセンサデバイスの位置および利用者の位置と、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、前記パラメータ記憶手段に記憶された確率モデルパラメータと、に基づいて、現在の前記センサデバイスの位置および現在の前記利用者の位置を導出することが望ましい。 The position estimation means further includes history storage means for storing the estimated position of the sensor device and the estimated position of the user according to a time series, and the non-observable variable derivation means includes at least the history storage. Based on the position of the sensor device and the position of the user stored in the means, the sensor information acquired by the sensor information acquisition means, and the probability model parameter stored in the parameter storage means, the current sensor device And the current position of the user is preferably derived.
前記確率モデルは、時刻とともに変化する前記非可観測変数を少なくとも前記センサ情報に基づいて推定する隠れマルコフモデルもしくはダイナミックベイジアンネットワークモデルであり、前記パラメータ記憶手段は、各時刻における前記センサデバイスの位置および前記利用者の位置を、前記隠れマルコフモデルまたは前記ダイナミックベイジアンネットワークモデルの各内部状態として定式化するためのパラメータを、前記確率モデルパラメータとして記憶し、前記非可観測変数導出手段は、少なくとも、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、前記パラメータ記憶手段に記憶されたパラメータと、に基づいて、現在の前記センサデバイスの位置と現在の前記利用者の位置を導出することが望ましい。 The probabilistic model is a hidden Markov model or a dynamic Bayesian network model that estimates the non-observable variable that changes with time based on at least the sensor information, and the parameter storage means includes the position of the sensor device at each time and Parameters for formulating the user's position as each internal state of the hidden Markov model or the dynamic Bayesian network model are stored as the probability model parameters, and the non-observable variable deriving means includes at least the It is desirable to derive the current position of the sensor device and the current position of the user based on the sensor information acquired by the sensor information acquisition means and the parameters stored in the parameter storage means.
前記パラメータ記憶手段は、前記パラメータとして、少なくとも、時刻tにおいて前記センサデバイスの位置が前記時刻tに対応する前記内部状態stに遷移する際に前記センサ情報xtが出力される確率を示すセンサ出力確率と、前記利用者が前記センサデバイスを置き忘れる確率である置き忘れ確率と、を記憶し、前記非可観測変数導出手段は、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、前記パラメータ記憶手段に記憶されたセンサ出力確率および置き忘れ確率と、に基づいて、現時刻において、前記センサデバイスと前記利用者のそれぞれが各内部状態にいる確率を求めることによって、前記現在のセンサデバイスの位置および前記現在の利用者の位置を導出することが望ましい。 Sensor wherein the parameter storage means, as said parameter, indicating at least the probability of the sensor information x t is output if the position of the sensor device is shifted to the internal state s t corresponding to the time t at time t An output probability and a misplacement probability that is a probability that the user misplaces the sensor device are stored, and the non-observable variable deriving unit stores the sensor information obtained by the sensor information obtaining unit and the parameter storage unit. Based on the stored sensor output probability and misplacement probability, the current position of the current sensor device and the current position are obtained by determining the probability that each of the sensor device and the user is in each internal state at the current time. It is desirable to derive the position of the user.
前記置き忘れ確率は、時刻もしくは前記内部状態、または前記センサ情報に関連して決定されることが望ましい。 The misplacement probability is preferably determined in relation to time or the internal state, or the sensor information.
前記センサ情報取得手段は、前記利用者の位置と相関を持つ可観測変数を取得し、前記置き忘れ確率は、時刻もしくは前記内部状態、または前記センサ情報、または前記可観測変数に関連して決定されることが望ましい。 The sensor information acquisition means acquires an observable variable having a correlation with the position of the user, and the misplacement probability is determined in relation to time or the internal state, the sensor information, or the observable variable. It is desirable.
前記センサ情報取得手段は、前記利用者の位置と相関を持つ可観測変数yを取得し、前記パラメータ記憶手段は、前記パラメータとして、さらに、最初に前記センサデバイスおよび前記利用者が内部状態siにいる確率(iは自然数であり、前記各内部状態が、内部状態s1ないしsjと表された際に、1<i≦jを満たす)を示す初期存在確率と、前記利用者が内部状態st-1から内部状態stに遷移する確率である状態遷移確率(tは観測した時刻に対応する自然数:1<t)と、前記センサデバイスが内部状態stに遷移する際に前記可観測変数ytが出力される確率を示す可観測変数出力確率と、を記憶し、前記非可観測変数導出手段は、前記パラメータ記憶手段に記憶された初期存在確率、状態遷移確率、可観測変数出力確率、センサ出力確率、および、置き忘れ確率に基づいて、現時刻において前記センサデバイスと前記利用者のそれぞれが各内部状態にいる確率を求めることによって、前記現在のセンサデバイスの位置および前記現在の利用者の位置を導出することが望ましい。 The sensor information acquisition unit acquires an observable variable y having a correlation with the position of the user, and the parameter storage unit further sets the sensor device and the user as an internal state s i first as the parameter. An initial existence probability indicating the probability of being in a state (i is a natural number, and when each of the internal states is expressed as internal states s 1 to s j , 1 <i ≦ j); state s t-1 from the state transition probability is the probability of transition to the internal state s t (t is a natural number corresponding to the time of observation: 1 <t) and the in the sensor device is shifted to the internal state s t stores, and observable variable output probability indicating the probability that the observable variable y t is output, the non-observable variables deriving means, said parameter storage means storing initial existence probability, the state transition probability, observability Variable output probability, sensor output Based on the force probability and the misplacement probability, the position of the current sensor device and the position of the current user are obtained by determining the probability that each of the sensor device and the user is in each internal state at the current time. It is desirable to derive
前記非可観測変数導出手段は、前記状態遷移確率として、前時刻における内部状態st-1および現時刻における可観測変数ytに対する条件付き確率P(st|st-1,yt)を用いることが望ましい。 The non-observable variables deriving means, as the state transition probability, the internal state at the previous time s t-1 and the conditional probability P for observability variable y t at the current time (s t | s t-1 , y t) It is desirable to use
前記非可観測変数導出手段は、前記確率モデルとして、前記隠れマルコフモデルを用い、前記センサ情報を出力記号とした際に、現時刻tにおいて前記センサ情報xtの列{x1,x2,・・・,xt}が観測された時に前記センサデバイスと前記利用者のそれぞれが各内部状態siにいる確率を示す事後確率を、条件付き確率P(si|x1,x2,・・・,xt)として、前記隠れマルコフモデルに対する前向きアルゴリズムを用いて求めることが望ましい。 The non-observable variables deriving means, as said probability model, the hidden Markov model, upon the output symbols of the sensor information, sequence {x 1 of the sensor information x t at the current time t, x 2, .., X t } are observed, the posterior probabilities indicating the probability that each of the sensor device and the user is in each internal state s i are expressed as conditional probabilities P (s i | x 1 , x 2 , .., X t ) are preferably obtained using a forward algorithm for the hidden Markov model.
前記非可観測変数導出手段は、時刻tにおける、前記利用者の位置を表す確率変数をπt、前記センサデバイスの位置を表す確率変数をλtとした時、前記利用者の位置と前記センサデバイスの位置の組(πt,λt)を一つの変数と見なして計算を行うことが望ましい。 The non-observable variable deriving means has a random variable representing the position of the user at time t as π t and a random variable representing the position of the sensor device as λ t, and the position of the user and the sensor It is desirable to perform calculation by regarding a set of device positions (π t , λ t ) as one variable.
前記パラメータ記憶手段は、前記利用者が前記センサデバイスを置き忘れる確率である置き忘れ確率pdropを記憶し、前記非可観測変数導出手段は、時刻tにおける、前記利用者の位置を表す確率変数をπt、前記センサデバイスの位置を表す確率変数をλtとし、前記センサデバイスの位置に関する条件付確率P(λt|λt-1,πt-1,πt)を以下の式で求めることが望ましい。 The parameter storage means stores a misplacement probability p drop which is a probability that the user will misplace the sensor device, and the non-observable variable derivation means obtains a random variable representing the position of the user at time t as π t, wherein the random variable representing the sensor device positions the lambda t, the sensor position conditional probability regarding P devices (λ t | λ t-1 , π t-1, π t) be calculated by the following equation Is desirable.
前記pdropは、定数ではなく、前記πt-1または前記πtまたは他のセンサ情報に依存することが望ましい。 Preferably, the p drop is not a constant but depends on the π t-1 or the π t or other sensor information.
前記センサ情報取得手段は、前記利用者の位置と相関を持つ可観測変数を取得し、前記pdropは、定数ではなく、前記πt-1または前記πtまたは他のセンサ情報または前記可観測変数に依存することが望ましい。 The sensor information acquisition means acquires an observable variable having a correlation with the position of the user, and the p drop is not a constant, but the π t-1 or the π t or other sensor information or the observable It is desirable to depend on variables.
前記確率モデルは、時刻とともに変化する前記非可観測変数を少なくとも前記センサ情報に基づいて推定する隠れマルコフモデルであり、前記パラメータ記憶手段は、時刻tにおいて前記センサデバイスの位置が前記時刻tに対応する前記隠れマルコフモデルの内部状態に遷移する際に前記センサ情報が出力される確率を示すセンサ出力確率と、最初に前記センサデバイスおよび前記利用者が内部状態siにいる確率(iは自然数であり、各内部状態が、内部状態s1ないしsjと表された際に、1<i≦jを満たす)を示す初期存在確率と、前記利用者が内部状態st-1から内部状態stに遷移する確率である状態遷移確率(tは観測した時刻に対応する自然数:1<t)と、を記憶し、前記非可観測変数導出手段は、時刻0における各状態siの初期存在確率Iiと、状態遷移確率、センサ出力確率、現時刻のセンサ情報、および前時刻における前向き確率の計算結果とから、時刻tにおいて、前記利用者が内部状態si、前記センサデバイスがskにある前向き確率fi,k(t)を以下の式によって求め、 The probability model is a hidden Markov model that estimates the non-observable variable that changes with time based on at least the sensor information, and the parameter storage means corresponds to the position of the sensor device at time t. The sensor output probability indicating the probability that the sensor information is output when transitioning to the internal state of the hidden Markov model, and the probability that the sensor device and the user are initially in the internal state s i (i is a natural number) There is an initial existence probability indicating that each internal state satisfies 1 <i ≦ j when the internal states are represented as internal states s 1 to s j , and the user determines from the internal state s t-1 to the internal state s a state transition probability (t is a natural number corresponding to the observed time: 1 <t), which is a probability of transition to t , and the non-observable variable deriving means stores each state s at time 0 From the initial existence probability I i of i , the state transition probability, the sensor output probability, the sensor information at the current time, and the calculation result of the forward probability at the previous time, the user at the time t has the internal state s i , the sensor Find the forward probability f i, k (t) that the device is in s k by the following equation:
さらに、求めた前向き確率fi,k(t)を用いて、時刻tにおいて前記センサ情報の列が観測された時に前記利用者の位置が状態siにあり、前記センサデバイスが状態skにある確率を示す事後確率Pi,k(t)と、前記利用者の位置が状態siにある確率を示す事後確率Pi(t)と、前記センサデバイスが各状態skにいる確率を示す事後確率Pk(t)を以下の式を用いて求めることが望ましい。 Further, using the determined forward probability f i, k (t), the position of the user is in the state s i when the sensor information sequence is observed at time t, and the sensor device is in the state s k . The posterior probability P i, k (t) indicating a certain probability, the posterior probability P i (t) indicating the probability that the user's position is in the state s i, and the probability that the sensor device is in each state s k It is desirable to obtain the posterior probability P k (t) to be shown using the following equation.
前記センサ情報取得手段は、前記利用者の位置と相関を持つ可観測変数yを取得し、前記確率モデルは、時刻とともに変化する前記非可観測変数を少なくとも前記センサ情報と前記可観測変数yに基づいて推定する隠れマルコフモデルであり、前記パラメータ記憶手段は、時刻tにおいて前記センサデバイスの位置が前記隠れマルコフモデルの内部状態stに遷移する際に前記センサ情報が出力される確率を示すセンサ出力確率と、時刻tにおいて前記利用者の位置が前記内部状態stに遷移する際に前記可観測変数が出力される確率を示す可観測変数出力確率と、最初に前記センサデバイスおよび前記利用者が内部状態siにいる確率(iは自然数であり、各内部状態が、内部状態s1ないしsjと表された際に、1<i≦jを満たす)を示す初期存在確率と、前記利用者が内部状態st-1から内部状態stに遷移する確率である状態遷移確率(tは観測した時刻に対応する自然数:1<t)と、を記憶し、前記非可観測変数導出手段は、時刻0における各状態siの初期存在確率Iiと、状態遷移確率、センサ出力確率、可観測変数出力確率、現時刻のセンサ情報xと可観測変数y、および前時刻における前向き確率の計算結果とから、時刻tにおいて、前記利用者がsi、前記センサデバイスがskにある前向き確率fi,k(t)を以下の式によって求め、 The sensor information acquisition means acquires an observable variable y correlated with the position of the user, and the probability model sets the non-observable variable that changes with time to at least the sensor information and the observable variable y. a hidden Markov model that estimates based, said parameter storage means, a sensor that indicates the probability that the sensor information is output if the position of the sensor device is shifted to the internal state s t of the hidden Markov model at time t and output probability, and observability variable output probability indicating the probability of the observable variable is output when said user location at time t is shifted to the internal state s t, first the sensor device and the user Is the internal state s i (i is a natural number, and when each internal state is expressed as the internal state s 1 to s j , 1 <i ≦ j is satisfied) Storing an initial existence probability and a state transition probability (t is a natural number corresponding to the observed time: 1 <t), which is a probability that the user transitions from the internal state s t-1 to the internal state s t ; The non-observable variable deriving means includes initial existence probability I i of each state s i at time 0, state transition probability, sensor output probability, observable variable output probability, sensor information x and observable variable y at the current time, And the forward probability f i, k (t) where the user is at s i and the sensor device is at s k at time t from the calculation result of the forward probability at the previous time, and
さらに、求めた前向き確率fi,k(t)を用いて、時刻tにおいてセンサ情報の列が観測された時に前記利用者の位置が状態siにあり、前記センサデバイスが状態skにある確率を示す事後確率Pi,k(t)と、前記利用者の位置が状態siにある確率を示す確率を示す事後確率Pi(t)と、前記センサデバイスが各状態skにいる確率を示す事後確率Pk(t)を以下の式を用いて求めることが望ましい。 Further, using the determined forward probability f i, k (t), the position of the user is in the state s i when the sequence of sensor information is observed at time t, and the sensor device is in the state s k . A posteriori probability P i, k (t) indicating the probability, a posteriori probability P i (t) indicating the probability that the user's position is in the state s i , and the sensor device is in each state s k It is desirable to obtain the posterior probability P k (t) indicating the probability using the following equation.
前記位置推定手段は、前記確率モデルに基づいて推定した前記利用者の位置と前記センサデバイスの位置の確率を用いて、前記利用者が前記センサデバイスを携帯している割合を表す付帯確率を導出する付帯確率導出手段をさらに有することが望ましい。 The position estimation means derives an incidental probability representing a ratio of the user carrying the sensor device using the probability of the position of the user and the position of the sensor device estimated based on the probability model. It is desirable to further have an incidental probability deriving means.
前記付帯確率導出手段は、前記非可観測変数導出手段により時刻tにおける前記利用者の位置の確率πtおよび前記センサデバイスの位置の確率λtが求まった際に、πt=λtである事象の事後確率Pr(πt=λt|x1,x2,・・・,xt)を求めることが望ましい。 The incidental probability deriving means has π t = λ t when the user position probability π t and the sensor device position probability λ t at time t are obtained by the non-observable variable derivation means. It is desirable to obtain the posterior probability P r (π t = λ t | x 1 , x 2 ,..., X t ) of the event.
本発明によれば、 センサデバイスの置き忘れを考慮した、より正確な利用者位置の推定が可能となる。その理由は、 利用者がセンサデバイスを置き忘れるなどにより、利用者とセンサデバイスが同じ場所にない可能性も考慮した確率モデルに基づいて、利用者位置を推定するからである。 According to the present invention, it is possible to estimate a user position more accurately in consideration of misplacement of a sensor device. The reason is that the user's position is estimated based on a probabilistic model that also considers the possibility that the user and the sensor device are not in the same place, such as when the user misplaces the sensor device.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態の位置情報推定装置を含む位置情報推定システムを示したブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a position information estimation system including a position information estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1において、位置情報推定システムは、利用者1が携帯しておりセンシング対象となる利用者端末11と、利用者端末11の位置(以下「利用者端末位置」または「センサデバイス位置」とも称する。)を検出するセンサシステム211と、センサシステム211が検出した利用者端末11の位置を用いて、利用者1の位置(以下「利用者位置」と称する。)を推定する位置情報推定サーバ2と、位置情報推定サーバ2で推定された利用者位置を用いて情報提供などのサービスを提供するサービス提供サーバ3とを備える。
In FIG. 1, the position information estimation system is also referred to as a user terminal 11 that is carried by a
位置情報推定サーバ2は、位置推定部20と、センサ情報取得部21とを備える。位置推定部20は、パラメータ記憶部22と、非可観測変数推定部23と、出力信号記憶部24とを備える。図1には、利用者端末11が1つしか図示されていないが、複数存在してもよい。
The position
利用者端末11は、センサデバイスの一例であり、例えば、RFIDタグなどのID送信機、特定の基地局と無線でリンクを張る携帯型端末、またはGPS等を用いて自ら位置情報を発信する携帯端末機であって、センサシステム211に利用者端末11の位置を示すセンサ情報を検出させることが可能な携帯型端末装置である。
The user terminal 11 is an example of a sensor device. For example, an ID transmitter such as an RFID tag, a portable terminal that establishes a wireless link with a specific base station, or a portable terminal that transmits position information by itself using a GPS or the like. It is a terminal device, and is a portable terminal device that can cause the
センサシステム211は、利用者端末11の位置を検出して、検出した位置を示すセンサ情報を位置情報推定サーバ2に出力するシステムであり、具体的にはプログラムに従って動作するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。
The
センサシステム211は、セッション開始プロトコル(session initiation protocol,SIP)のプレゼンスイベントパッケージに従って情報提供を行うプレゼンスサービスシステムであってもよい。
The
プレゼンスサービスシステムとは、プレゼンス情報を受け入れ、そのプレゼンス情報をウォッチャーに配信するプレゼンスサービスを行うシステムである。 The presence service system is a system that performs presence service that accepts presence information and distributes the presence information to watchers.
プレゼンスサービスに用いるプロトコルであるプレゼンスプロトコルにSIPを使用する方法は、例えば、非特許文献1に記載されている。また、SIPを用いたセンサ情報取得方法については、非特許文献2などにおいて広く知られている方法を利用できる。非特許文献2には、SIPを用いたプレゼンスサーバの実現方法として、プレゼンスサービスの仕組み(構成)や、プレゼンスサービスを実現するための購読/通知メソッドの用法(シーケンス例)、およびその手順について記載されている。
A method of using SIP for the presence protocol, which is a protocol used for the presence service, is described in
このようなプレゼンスサービスを用いてセンサシステム211を実現すれば、例えば、RFIDタグなどのID送信機、特定の基地局と無線でリンクを張る携帯型端末、またはGPSを用いて自ら位置情報を発信する携帯型端末などの利用者端末11を利用者に持たせることによって、利用者端末11に紐つけられた位置を示す情報(センサ情報)を検出することができる。
If the
ここで、センサシステム211が検出するセンサ情報(利用者端末11がとりうる位置)は、オフィス環境を例にとると、{会議室1、会議室2、食堂、圏外}などが想定できる。圏外とは、センサシステム211が利用者端末11からセンサ情報を検出できなかった場合のセンサシステム211の出力を意味する。また、センサシステム211は、定期的にセンサ情報を収集し、センサ情報を時系列に沿って記憶しておいてもよい。また、センサシステム211は、位置情報推定サーバ2の内部に備えられてもよい。
Here, the sensor information detected by the sensor system 211 (positions that can be taken by the user terminal 11) can be assumed to be {
サービス提供サーバ3は、位置情報推定サーバ2が推定した利用者位置に応じて、情報を提供したり、利用者位置を通知するサーバ装置であって、具体的にはプログラムに従って動作するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、プログラムに従って動作するCPUによって実現される。また、サービス提供サーバ3は、位置情報推定サーバ2の内部に備えられてもよい。
The
次に、位置情報推定サーバ2の構成について説明する。
Next, the configuration of the position
位置情報推定サーバ2は、位置情報推定装置の一例であり、利用者の位置を推定するサーバ装置であって、具体的にはプログラムに従って動作するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。
The position
センサ情報取得部21は、センサ情報を収集し、そのセンサ情報を、位置推定部20(具体的には、非可観測変数推定部23)に受け渡す。センサ情報取得部21は、例えば、センサシステム211に問い合わせて、利用者端末11の位置を示すセンサ情報を定期的に収集し、収集したセンサ情報を時間軸に従って出力記号記憶部24に記憶してもよい。
The sensor
位置推定部20は、利用者1と利用者端末11が別々の位置になりうるとした確率モデルで、利用者1の位置を表現(定式化)し、その確率モデルと、センサ情報取得部21が取得したセンサ情報と、に基づいて、利用者1の位置および利用者端末11の位置を推定する。
The position estimation unit 20 expresses (formulates) the position of the
パラメータ記憶部22は、推定対象である利用者位置および利用者端末位置と相関関係にあるセンサ情報に基づいて利用者位置および利用者端末位置を導出するために用いるパラメータ(確率モデルパラメータ(例えば、センサ情報と利用者端末11との相関関係を示すセンサ出力パラメータと、利用者端末11の位置と利用者1の位置との相関関係を示す置き忘れパラメータ))を記憶する。なお、パラメータは、予めパラメータ記憶部22に記憶されていてもよいし、実データが入力され、その実データから学習によって求められたパラメータが、パラメータ記憶部22に随時記憶されてもよい。
The
出力記号記憶部24は、HMM(隠れマルコフモデル:Hidden Markov Models)における出力記号であるセンサ情報を、時系列に沿って記憶する。また、出力記号記憶部24は、現在の位置の推定に用いる過去の推定結果(過去の利用者位置および利用者端末位置)、を時系列に記憶してもよいし、さらに、パラメータの学習に用いる実データを記憶してもよい。
The output
非可観測変数推定部23は、センサ情報取得部21によって収集されたセンサ情報と、パラメータ記憶部22に記憶されているパラメータと、前回導出した利用者位置および利用者端末の位置とに基づいて、センサ情報の列が観測されたときに利用者1および利用者端末11が各位置(HMMの各内部状態に対応づけられ、利用者端末11が取りうる位置を表す確率変数)にいる確率(事後確率)を、HMM(確率モデル)に対する前向き確率を用いて求める。
The non-observable
なお、本実施の形態において、センサ情報取得部21および非可観測変数推定部23は、プログラムに従って動作するCPUによって実現される。また、パラメータ記憶部22および出力記号記憶部24は、記憶装置によって実現される。なお、プログラムは、位置情報推定サーバ2が備える記憶装置に記憶される。
In the present embodiment, sensor
ここで、センサデバイス(利用者端末)の置き忘れを考慮した利用者の位置情報推定方法について説明する。 Here, a method for estimating the position information of the user in consideration of misplacement of the sensor device (user terminal) will be described.
位置情報推定サーバ2、具体的には、非可観測変数推定部23は、従来同じであるとして扱われていた、利用者位置とセンサデバイス位置が別々の状態を取りうるとした確率モデルで、利用者位置を表現(定式化)し、その確率モデルに基づいて、利用者位置を推定する。
The position
非可観測変数推定部23は、推定対象である利用者位置とセンサデバイス位置を、確率変数として導出する。具体的には、非可観測変数推。定部23は、推定対象の利用者位置とセンサデバイス位置を、センサデバイスがとりうる内容(位置)の集合(例えばオフィスの場合、集合{会議室、居室、食堂、帰宅})の各要素で表す確率変数で導出する。
The non-observable
非可観測変数推定部23は、これらの外部からは観測できない情報(以下、非可観測変数という。)である確率変数を、非可観測変数と相関を持つ可観測変数(外部から観測できる変数)、および、利用者位置とセンサデバイス位置が別々の状態を取りうるとした確率モデルに基づいて導出する。
The non-observable
なお、可観測変数には、実際のセンサデバイスを検知した情報であるセンサ情報が含まれていてもよい。 It should be noted that the observable variable may include sensor information that is information of detecting an actual sensor device.
また、例えば、利用者位置およびセンサデバイス位置が、時間の経過とともに変化する性質を持つような場合には、非可観測変数推定部23は、現在の時刻における利用者位置とセンサデバイス位置が、それ以前の時刻における利用者位置とセンサデバイス位置と相関を持つとして、可観測変数とともに、過去に導出した利用者位置およびセンサデバイス位置を用いて、確率モデルによって現在の利用者位置およびセンサデバイス位置を導出してもよい。
Further, for example, when the user position and the sensor device position have the property of changing over time, the non-observable
図2は、センサデバイスの置き忘れを考慮した利用者位置とセンサデバイス位置を推定するための確率モデルを説明する説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a probability model for estimating the user position and the sensor device position in consideration of misplacement of the sensor device.
図2では、推定対象である非可観測変数(図中では利用者位置およびセンサデバイス位置)と、それらに相関のある可観測変数(図中ではセンサ情報)を、確率変数として、楕円で示している。また、図2では、確率変数間に相関があることを矢印で示し、それらの相関を条件付き確率で示している。 In FIG. 2, non-observable variables (user positions and sensor device positions in the figure) to be estimated and observable variables correlated with them (sensor information in the figure) are shown as ellipses as random variables. ing. Further, in FIG. 2, the fact that there is a correlation between random variables is indicated by an arrow, and the correlation is indicated by a conditional probability.
例えば、図2に示す例では、推定対象である非可観測変数は、利用者位置πtとセンサデバイス位置λtである(tは時刻に対応する自然数:1<t)。 For example, in the example shown in FIG. 2, the non-observable variables to be estimated are the user position π t and the sensor device position λ t (t is a natural number corresponding to time: 1 <t).
また、センサデバイス位置と相関を持つ可観測変数として、センサ情報xを示している。 Also, sensor information x is shown as an observable variable having a correlation with the sensor device position.
また、時刻tにおける利用者位置πtは、直前の利用者位置πt-1と相関を持つとして、条件付き確率P(πt│πt-1)で示している。 Further, the user position π t at time t is indicated by a conditional probability P (π t | π t-1 ) assuming that it has a correlation with the immediately preceding user position π t-1 .
また、最初のセンサデバイス位置λ1は、利用者位置π1と相関があり、その相関を条件付き確率P(λ1│π1)で示している。 The first sensor device position λ 1 has a correlation with the user position π 1, and the correlation is indicated by a conditional probability P (λ 1 | π 1 ).
また、時刻tにおけるセンサデバイスの位置λtは、利用者位置πtと、直前のセンサデバイス位置λt-1、および、利用者位置πt-1とも相関をもつとして、条件付き確率P(λt│λt-1,πt-1,πt)で示している。 Also, the position lambda t of the sensor device at time t, and the user position [pi t, the sensor device position immediately before lambda t-1, and, as having user position [pi t-1 both correlation, conditional probability P ( λ t | λ t −1 , π t−1 , π t ).
また、センサ情報xは、センサデバイスの位置λと相関をもつとして、条件付き確率P(xt│λt)で示している。 Further, the sensor information x is indicated by a conditional probability P (x t | λ t ) assuming that it has a correlation with the position λ of the sensor device.
パラメータ記憶部22は、非可観測変数を導出するために用いるパラメータを、予め記憶しているものとする。ここで言うパラメータとは、例えば、センサ情報とセンサデバイス位置との相関関係を示すセンサ出力パラメータ(条件付き確率)および、センサデバイス位置と利用者位置との相関関係を示す置き忘れパラメータ(条件付き確率)および、非可観測変数と相関関係を持つ確率変数(例えば、可観測変数、過去の利用者位置およびセンサデバイス位置)が非可観測変数とどのような相対関係にあるかを示す情報である。
It is assumed that the
次に、具体的な推定方法について、確率モデルとしてHMMを用いた場合を例にとって説明する。 Next, a specific estimation method will be described by taking as an example a case where an HMM is used as a probability model.
HMMは、有限状態機械に類似した構造をもつ確率モデルであって、外部から観測不可能な、マルコフ過程(ある記号の出現確率が直前のみに依存すると仮定する確率過程)と、その状態に依存する出力記号の組み合わせによって、出力記号の系列を表現するモデルである。なお、HMMは、上記に示した非特許文献3に記載されている。
HMM is a probabilistic model with a structure similar to that of a finite state machine, and cannot be observed from the outside. It is a Markov process (a stochastic process that assumes that the appearance probability of a certain symbol depends only on the previous one) and its state. This is a model that expresses a series of output symbols by a combination of output symbols. The HMM is described in
HMMを用いる際には、非可観測変数推定部23は、推定対象である非可観測変数(利用者位置およびセンサデバイス位置)を、HMMの内部状態(以下、単に「状態」という。)として扱う。つまり、利用者位置およびセンサデバイス位置は、状態数をjとした状態の集合体{s1,s2,・・・,sj}(例えば、オフィスの場合、集合体{s1=会議室、s2=居室、s3=食堂、s4=帰宅})のうちのいずれか1つの状態siと対応する(iは各状態に対応する自然数:1<i≦j)。
When using the HMM, the non-observable
図3は、HMMにおけるパラメータの一例を示す説明図である。図3では、図2で示すような相関関係を持つ場合のパラメータの一例を示している。これらのパラメータは、パラメータ記憶部22に記憶されている。HMMにおけるパラメータは、少なくとも、初期存在確率と、状態遷移確率と、センサデバイスの存在確率と、センサ出力確率とを含む。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of parameters in the HMM. FIG. 3 shows an example of parameters when there is a correlation as shown in FIG. These parameters are stored in the
初期存在確率は、時刻0において利用者とセンサデバイスが各状態siにある確率であって、確率Iiで示される。本実施の形態では、時刻0では利用者とセンサデバイスが同じ状態(位置)にあるとする。 The initial existence probability is a probability that the user and the sensor device are in each state s i at time 0, and is represented by a probability I i . In this embodiment, it is assumed that the user and the sensor device are in the same state (position) at time 0.
状態遷移確率は、利用者が状態st-1から状態stに遷移する確率である。 The state transition probability is a probability that the user transitions from the state s t -1 to the state s t .
センサデバイスの存在確率は、利用者の状態がπt-1=st-1からπt=stになり且つセンサデバイスの状態がλt-1=st-1の状態からλt=stになる確率であり、利用者がセンサデバイスを置き忘れる確率(置き忘れ確率=置き忘れパラメータ)により与えられる。なお、置き忘れ確率pdropは、パラメータ記憶部22に記憶される。
Existence probability of the sensor device, the state of the user [pi t-1 = s t-1 is the state of and the sensor device becomes π t = s t from lambda t-1 = s from t-1 state lambda t = a probability that a s t, is given by the probability that the user misplaced the sensor device (misplaced probability = misplaced parameters). The misplacement probability p drop is stored in the
出力確率は、センサ情報を出力記号とした際に、センサデバイスが状態stに遷移したときにセンサ情報xtが出力される確率である。 Output probability, when the sensor information was output symbols, a probability that the sensor information x t is output when the sensor device transits to the state s t.
状態遷移確率の位置間移動確率とは、利用者が時刻tにおいて直前の位置πt-1から現在の位置πtへ移動する確率を指し、条件付き確率P(πt|πt-1)で示される。 The position between the moving probability of the state transition probability refers to a probability of moving to the current position [pi t from the position [pi t-1 immediately preceding the user time t, the conditional probability P (π t | π t- 1) Indicated by
また、センサデバイスの存在確率は、時刻tにおけるセンサデバイス位置λtが、利用者位置πtと直前のセンサデバイス位置λt-1および利用者位置πt-1とも相関をもつとして、条件付き確率P(λt|λt-1,πt-1,πt)で示される。 The existence probability of the sensor device is conditional on the sensor device position λ t at time t being correlated with the user position π t and the immediately preceding sensor device position λ t-1 and user position π t-1. Probability P (λ t | λ t−1 , π t−1 , π t ) is indicated.
なお、センサデバイスは自発的に移動しないため、非可観測変数推定部23は、センサデバイスの存在確率を、以下の式(数11)を用いて計算してもよい。
Since the sensor device does not move spontaneously, the non-observable
また、出力確率は、センサデバイス位置λtに遷移した時にセンサ情報xtが出力される確率を指し、条件付き確率P(xt|λt)で示される。 The output probability indicates a probability that the sensor information x t is output when the sensor device position λ t is changed, and is indicated by a conditional probability P (x t | λ t ).
以上をふまえて、センサ情報を出力記号としてみた際に、センサ情報の列{x1,x2,・・・,xt}が観測されたときに、非可観測変数推定部23は、センサ情報の列と、パラメータ記憶部22に記憶されたパラメータと、に基づいて、利用者位置πtの値が状態(位置)siである確率Pi(t)を求めることができる。
Based on the above, when the sensor information is viewed as an output symbol and the sequence {x 1 , x 2 ,..., X t } of the sensor information is observed, the non-observable
この確率Pi(t)は、事後確率ともいい、条件付き確率P(πt=si|x1,x2,・・・,xt)で示され、非可観測変数推定部23は、HMMに対する前向きアルゴリズムを用いて再帰的にPi(t−1)を計算することによって、確率Pi(t)を導出可能である。 This probability P i (t) is also called a posterior probability, and is represented by a conditional probability P (π t = s i | x 1 , x 2 ,..., X t ). The probability P i (t) can be derived by recursively calculating P i (t−1) using a forward algorithm for the HMM.
具体的には、非可観測変数推定部23は、まず、時刻0において、利用者とセンサデバイスがどの状態にいるかを初期存在確率に基づいて決定する。この際、利用者位置π1とセンサデバイス位置λ1は同じとする。
Specifically, the non-observable
その上で、非可観測変数推定部23は、HMMの状態遷移確率とセンサデバイスの存在確率とセンサ出力確率、現時刻のセンサ情報、および過去の事後確率から、時刻tにおいて利用者位置が状態siであり、センサデバイス位置が状態skである前向き確率fi,k(t)を以下の式(数12)によって求める。
In addition, the non-observable
ここで、iは時刻tにおいて利用者がどの状態にいるかを、kはセンサデバイスがどの状態にいるかを表す。また、m、lは、時刻tにおけるi、kと区別するために便宜的につけた記号で、時刻t−1における利用者位置とセンサデバイス位置の状態を表す。 Here, i represents in which state the user is in time t, and k represents in which state the sensor device is in. Further, m and l are symbols given for convenience to distinguish from i and k at time t, and represent the state of the user position and sensor device position at time t-1.
次に、非可観測変数推定部23は、求めた前向き確率fi,k(t)を用いて、時刻tにおいてセンサ情報の列が観測された時に利用者位置が状態siにあり、センサデバイスが状態skにある確率を示す事後確率Pi,k(t)と、利用者位置が状態siにある確率を示す事後確率Pi(t)と、センサデバイスが各状態skにいる確率を示す事後確率Pk(t)を、以下の式(数13)を用いて計算する。なお、数13では、Pi,k(t)をpi,k(t)と表し、Pi(t)をpi(t)と表し、Pk(t)をpk(t)と表している。
Next, the non-observable
このような方法を用いることによって、非可観測変数推定部23は、利用者位置とセンサデバイス位置を確率変数という形で導出することができる。
By using such a method, the non-observable
さらに、上記の計算により、事後確率Pi,k(t)=P(πt=si,λt=sk|x1,x2,・・・,xt)が得られるため、πt=λtであるという事象の事後確率P(πt=λt|x1,x2,・・・,xt)=ΣsPi,k(t)を計算することができる。すなわち、利用者とセンサデバイスが同じ位置にある(利用者がセンサデバイスを携帯している)確率である付帯確率を計算できる。 Furthermore, since the posterior probability P i, k (t) = P (π t = s i , λ t = s k | x 1 , x 2 ,..., X t ) is obtained by the above calculation, π t = posterior probability of the event that is λ t P | can be calculated (π t = λ t x 1 , x 2, ···, x t) = Σ s P i, k a (t). That is, it is possible to calculate an incidental probability that is a probability that the user and the sensor device are at the same position (the user is carrying the sensor device).
なお、パラメータ記憶部22は、パラメータを予め記憶しておくと説明したが、パラメータは、実データを使った学習によって求めることも可能である。例えば、非可観測変数推定部23が、実際のセンサ情報および滞在位置の記録を用い、それに合致するようなパラメータを求め、その求めたパラメータをパラメータ記憶部22に記憶してもよい。
Although the
具体的には、学習のためのデータとして、出力記号(センサ情報)とそのときの状態(真の滞在位置)が得られる場合には、非可観測変数推定部23は、最尤推論(maximum likelihood estimation)を行う。
Specifically, when an output symbol (sensor information) and a state at that time (true stay position) are obtained as data for learning, the non-observable
また、学習のためのデータとして出力記号のみ得られる場合には、非可観測変数推定部23は、Baulm−Welchアルゴリズムを用いて、パラメータを求めてもよい。Baulm−Welchアルゴリズムは、HMMに用いるパラメータの取得方法として知られているEMアルゴリズムと呼ばれる学習法の一種であって、反復的にパラメータの改良を行い、反復ごとにパラメータの尤度が単調増加することが保証されるアルゴリズムである。なお、Baulm−Welchアルゴリズムは、例えば、非特許文献3に記載されている。
Further, when only output symbols are obtained as data for learning, the non-observable
次に、本実施の形態の動作について図4を参照して説明する。図4は、本実施の形態の位置情報推定システムによる位置推定処理の一例を示すフローチャートである。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an example of position estimation processing by the position information estimation system of the present embodiment.
まず、位置情報推定サーバ2のセンサ情報取得部21は、センサシステム211へ問い合わせ、定期的にセンサ情報を受信し、受信したセンサ情報を出力記号記憶部24に記憶する(ステップS21)。
First, the sensor
ここで、サービス提供サーバ3が、例えば、利用者1についての位置を要求する要求メッセージを位置情報推定サーバ2へ送信すると(ステップS31)、位置情報推定サーバ2の非可観測変数推定部23は、パラメータ記憶部22からパラメータを読み込む(ステップS24)。
Here, for example, when the
そして、非可観測変数推定部23は、時刻tにおいて利用者1と利用者端末11が各状態siにいる確率(事後確率)Pi(t)を、HMMに対する前向きアルゴリズムを用いて再帰的にPi(t−1)を計算しながら求める(ステップS25)。
Then, the non-observable
そして、非可観測変数推定部23は、サービス提供サーバ3へ、利用者1が各状態siにいる確率(事後確率)と、必要であれば利用者端末11が各状態skにいる確率(事後確率)を送信し、サービス提供サーバ3は、利用者1が各状態siにいる確率(事後確率)と、必要であれば利用者端末11が各状態skにいる確率(事後確率)を受信する(ステップS32)。
Then, the non-observable
以上のように、本実施の形態によれば、利用者端末11の置き忘れを考慮した、より正確な利用者1の位置の推定が可能となる。つまり、より精度の高い利用者1の位置を推定することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to estimate the position of the
また、単一センサにより、利用者端末11の位置を推定することが可能となる。 In addition, the position of the user terminal 11 can be estimated by a single sensor.
また、利用者1の位置を求める際に、過去の状態に基づいて利用者1の位置を導出する隠れマルコフモデル(確率モデル)を用いることで、利用者1がセンサデバイスを携帯していない時でも、利用者1が存在する位置を確率で求めることが可能となる。
Further, when the position of the
なお、本実施の形態において、センサ情報取得手段は、センサ情報取得部21によって実現される。位置推定手段は、位置推定部20によって実現される。パラメータ記憶手段は、パラメータ記憶部22によって実現される。非可観測変数導出手段は、非可観測変数推定部23によって実現される。履歴記憶手段は、出力記号記憶部24によって実現される。
In the present embodiment, the sensor information acquisition unit is realized by the sensor
(第2の実施の形態)
次に、位置情報推定サーバが、さらに、利用者1が利用者端末11を携帯している確率(付帯確率)を推定する位置情報推定システムを説明する。
(Second Embodiment)
Next, a position information estimation system will be described in which the position information estimation server further estimates the probability (incident probability) that the
図5は、本発明の第2の実施の形態による位置情報推定システムを示したブロック図である。図5において、図1に示したものと同一のものには同一符号を付してある。図5において、位置情報推定サーバ2aは、第1の実施の形態の位置情報推定サーバ2の構成要素に加え、付帯確率を推定する付帯確率推定部25をさらに備えている。以下、第2の実施の形態について、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
FIG. 5 is a block diagram showing a position information estimation system according to the second exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those shown in FIG. In FIG. 5, the position
付帯確率推定部25は、非可観測変数推定部23で求められた、利用者1が状態siにあり、利用者端末11が状態skにある確率(事後確率)Pi,k(t)に基づいて、利用者1が利用者端末11を携帯している確率を導出する。
The incidental
具体的には、付帯確率推定部25は、πt=λtであるという事象の事後確率P(πt=λt|x1,x2,・・・,xt)=ΣsPi,k(t)を計算する。すなわち、付帯確率推定部25は、利用者1と利用者端末11が同じ位置にある(利用者1が利用者端末11を携帯している)確率である付帯確率を計算する。
Specifically,
なお、位置推定部20aは、パラメータ記憶部22と、非可観測変数推定部23と、出力記号記憶部24と、付帯確率推定部25とを含む。
The position estimation unit 20a includes a
図6は、第2の実施の形態における位置情報推定システムの位置推定処理の一例を示すフローチャートである。図6において、図4に示した動作と同一の動作には同一符号を付してある。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of the position estimation process of the position information estimation system according to the second embodiment. In FIG. 6, the same operations as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
非可観測変数推定部23が、利用者1が状態siにあり、かつ、利用者端末11が状態skにある確率(事後確率)Pi,k(t)を推定した後(ステップS25)、付帯確率推定部25は、事後確率をもとに、各状態での利用者1と利用者端末11が同じ位置にいる確率を掛け合わせたものを、全状態分合計することで、利用者1が利用者端末11を携帯している付帯確率を導出し、その付帯確率を非可観測変数推定部23に提供する(ステップS26)。
After the non-observable
そして、非可観測変数推定部23は、サービス提供サーバ3へ、利用者1および利用者端末11が各状態siおよび各状態skにいる確率(事後確率)と付帯確率を送信し、サービス提供サーバ3は、利用者1および利用者端末11が各状態siおよび各状態skにいる確率(事後確率)と付帯確率を受信する(ステップS32)。
Then, the non-observable
以上のように、本実施の形態によれば、利用者1が利用者端末11を携帯している割合(付帯確率)を求めることが可能となる。また、本実施の形態によれば、単一のセンサから、付帯確率を導出することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the ratio (incident probability) that the
なお、本実施の形態において、付帯確率導出手段は、付帯確率推定部25によって実現される。
In the present embodiment, the incidental probability derivation means is realized by the incidental
(第3の実施の形態)
次に、利用者位置と相関のある可観測変数として、第2の実施の形態でのセンサ情報に加え、他の可観測変数(例えば、他のセンサ情報、予定表、時間帯などの変数)を利用する位置情報推定システムの一例を説明する。
(Third embodiment)
Next, as an observable variable correlated with the user position, in addition to the sensor information in the second embodiment, other observable variables (for example, other sensor information, schedule table, time zone variables, etc.) An example of a position information estimation system that uses the above will be described.
図7は、本発明の第3の実施の形態による位置情報推定システムを示したブロック図である。なお、図7において、図5に示したものと同一のものには同一符号を付してある。以下、第3の実施の形態について、第2の実施の形態と異なる点を中心に説明する。 FIG. 7 is a block diagram showing a position information estimation system according to the third exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. In the following, the third embodiment will be described focusing on differences from the second embodiment.
図7に示した位置情報推定システムは、センサシステム211に加え、予定表システム211−1と時刻サーバ211−2を備えており、位置情報推定サーバ2aの代わりに位置情報推定サーバ2bを備える。位置情報推定サーバ2bは、センサ情報取得部21aと、出力信号記憶部24aと、パラメータ記憶部22aと、非可観測変数推定部23aと、付帯確率推定部25とを備える。
The position information estimation system shown in FIG. 7 includes a schedule table system 211-1 and a time server 211-2 in addition to the
予定表システム211−1は、利用者単位でスケジュール情報を管理し、位置情報推定サーバ2bに、少なくともある利用者の現時刻における予定を出力するシステムである。スケジュール情報とは、利用者の位置に関連する予定を示す情報である。例えば、予定の日付と、開始時刻と、終了時刻と、予定の内容を表す用件と、予定の場所とを含んでいてもよい。
The schedule table system 211-1 is a system that manages schedule information in units of users and outputs a schedule of at least a certain user at the current time to the position
予定表システム211−1は、ある利用者の現時刻における予定の問い合わせを受け付けると、該当する利用者のスケジュール情報を参照し、少なくとも予定の内容を示す用件(以下、単に「予定」という。)を問い合わせ元に返してもよい。ここで、予定は、オフィス環境を例にとると、{会議室1で会議、会議室2で会議、食事中}などが想定できる。予定表システム211−1は、位置情報推定サーバ2bの内部に備えられてもよい。
When the schedule table system 211-1 receives an inquiry about a schedule of a certain user at the current time, the schedule table system 211-1 refers to the schedule information of the corresponding user and at least shows a schedule (hereinafter simply referred to as “schedule”). ) May be returned to the inquiry source. Here, taking the office environment as an example, the schedule can be assumed to be {meeting in
時刻サーバ211−2は、現在時刻を検出する時計装置を備え、位置情報推定サーバ2bに検出した現在時刻を出力するサーバ装置であって、具体的にはプログラムに従って動作するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。
The time server 211-2 includes a clock device that detects the current time, and is a server device that outputs the detected current time to the position
また、時刻サーバ211−2は、現在時刻を入力して時間帯を出力するような簡易データベースを備え、位置情報推定サーバ2bからの要求に応じて、現在時刻が属する時間帯を出力してもよい。ここで、時間帯は、オフィス環境を例にとると、{午前中、昼休み、午後、残業時間中}などが想定できる。時刻サーバ211−2は、位置情報推定サーバ2bの内部に備えられてもよい。
Further, the time server 211-2 has a simple database that inputs the current time and outputs the time zone, and can output the time zone to which the current time belongs in response to a request from the location
本実施の形態では、センサシステムとして、センサ情報を出力するセンサシステム211と、予定表システム211−1と、時刻サーバ211−2の場合を説明するが、センサシステムの数はいくつでもよく、また別のセンサシステムであってもよい。
In this embodiment, the case of the
センサ情報取得部21aは、第2の実施の形態で用いたセンサ情報に加え、推定対象である非可観測変数と相関のある可観測変数(本例では、予定と時間帯)を、予定表システム211−1および時刻サーバ211−2から収集し、その収集した可観測変数を非可観測変数推定部23aに受け渡す。
In addition to the sensor information used in the second embodiment, the sensor information acquisition unit 21a displays an observable variable (schedule and time zone in this example) correlated with a non-observable variable to be estimated. Collected from the system 211-1 and the time server 211-2, the collected observable variables are transferred to the non-observable
パラメータ記憶部22aは、推定対象である非可観測変数と相関関係にあるセンサ情報および可観測変数(本例では、予定表と時間帯)に基づいて非可観測変数(利用者位置および利用者端末の位置)を導出するために用いるパラメータを記憶する。
The
なお、パラメータは、予めパラメータ記憶部22aに記憶しておいてもよいし、実データを入力して学習によって求めたものをパラメータ記憶部22aに随時記憶してもよい。
The parameters may be stored in the
また、パラメータ記憶部22aは、パラメータ記憶部22と同様に置き忘れ確率pdropを記憶する。なお、置き忘れ確率pdropは、定数ではなく、利用者位置πt-1または利用者位置πtまたは可観測変数に依存してもよい。
Further, the
出力記号記憶部24aは、第2の実施の形態で述べたHMMにおける出力記号であるセンサ情報に加え、可観測変数(本例では、予定と時間帯)を時系列に沿って記憶する。また、出力記号記憶部24aは、利用者位置の推定に用いる過去の推定結果(過去の利用者位置や利用者端の位置)を時系列で記憶してもよいし、パラメータの学習に用いる実データを記憶してもよい。 The output symbol storage unit 24a stores observable variables (schedules and time zones in this example) in chronological order in addition to sensor information that is an output symbol in the HMM described in the second embodiment. Further, the output symbol storage unit 24a may store a past estimation result (past user position or user edge position) used for estimation of the user position in time series or may be used for parameter learning. Data may be stored.
非可観測変数推定部23aは、センサ情報取得部21aによって収集されたセンサ情報および予定および時間帯と、パラメータ記憶部22aに記憶されているパラメータと、前回導出した利用者位置および利用者端末の位置とに基づいて、センサ情報の列が観測されたときに利用者1および利用者端末11が各状態(位置)にいる確率(事後確率)を、HMMに対する前向き確率を用いて求める。ここで求める確率は、確率変数として導出された利用者1の位置および利用者端末11の位置である。
The non-observable
図8は、センサ情報に加え、他の可観測変数(例えば、他のセンサ情報、予定表、時間帯などの変数)を利用して、利用者位置とセンサデバイス位置(利用者端末位置)を推定するための確率モデルを説明する説明図である。 FIG. 8 shows the user position and sensor device position (user terminal position) using other observable variables (for example, other sensor information, schedule, time zone variables, etc.) in addition to the sensor information. It is explanatory drawing explaining the probability model for estimating.
図8では、図1に示したモデルに加え、可観測変数であるセンサ情報x1からxnが複数存在する。 In FIG. 8, in addition to the model shown in FIG. 1, there are a plurality of sensor information x 1 to x n which are observable variables.
例えば、図8に示す例では、時刻tにおける利用者位置πtは、直前の位置πt-1と相関を持つとして、条件付き確率P(πt|πt-1,x1t,・・・,xnt)で示している。なお、新たなセンサシステムを追加することで必要となる、非可観測変数を導出するために用いるパラメータは、予めパラメータ記憶部22aに記憶されているものとする。
For example, in the example shown in FIG. 8, it is assumed that the user position π t at time t has a correlation with the immediately preceding position π t−1, and the conditional probability P (π t | π t−1 , x 1t ,. ·, X nt ). It should be noted that parameters used for deriving non-observable variables that are required by adding a new sensor system are stored in advance in the
図9は、HMMにおけるパラメータの一例を示す説明図である。図9では、図3で示したパラメータに加え、利用者位置と相関のある可観測変数として、予定表および時間帯の変数を導入し、HMMにおけるパラメータとして、予定別存在確率、時間帯別存在確率などの可観測変数出力確率を含んでいてもよい。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of parameters in the HMM. In FIG. 9, in addition to the parameters shown in FIG. 3, schedule table and time zone variables are introduced as observable variables correlated with the user position, and the existence probability by schedule and existence by time zone are parameters as parameters in the HMM. An observable variable output probability such as a probability may be included.
例えば、予定別存在確率は、時刻tの予定ytにおいて利用者が位置πtにいる確率を指し、条件付き確率P(πt|yt)で示される。 For example, scheduled by the existence probability refers to the probability that the user is in a position [pi t in plan y t at time t, the conditional probability P | represented by (π t y t).
また、時間帯別存在確率は、時刻tにおける時間帯ztに利用者が位置πtにいる確率を指し、条件付き確率P(πt|zt)で示される。 Further, the existence probability by time zone indicates the probability that the user is at the position π t in the time zone z t at time t, and is indicated by a conditional probability P (π t | z t ).
図9に示すように、状態遷移確率が複数の可観測変数に応じた確率を含む場合には、非可観測変数推定部23aは、各可観測変数に対する確率を統合して用いてもよい。
As shown in FIG. 9, when the state transition probability includes probabilities corresponding to a plurality of observable variables, the non-observable
例えば、非可観測変数推定部23aは、状態間移動確率と予定別存在確率と時間帯別存在確率とを統合して、前時刻における位置、現時刻における予定、および現時刻が属する時間帯に対する条件付き確率P(πt|πt-1,yt,zt)を用いてもよい。
For example, the non-observable
さらに、非可観測変数推定部23aは、この状態遷移確率を、各可観測変数に対する確率および各可観測変数に対する確率の重みα,β,1−α−βを用いて、以下の式に示すような重み付き線形和を計算することによって求めてもよい。
Further, the non-observable
以上をふまえて、非可観測変数推定部23aは、センサ情報に加え、他の可観測変数(例えば、他のセンサ情報、予定表、時間帯などの変数)を出力記号としてみた際に、利用者位置πtの値が状態siであり、センサデバイス位置λtの値が状態skである確率Pi,k(t)を求めることができる。
Based on the above, the non-observable
具体的には、非可観測変数推定部23aは、まず時刻0において、利用者1および利用者端末11がどの状態にいるかを、初期存在確率に基づいて決定する。この際、利用者位置π1とセンサデバイス位置λ1は同じとする。
Specifically, the non-observable
その上で、非可観測変数推定部23aは、HMMの状態遷移確率とセンサデバイスの存在確率とセンサ出力確率、現時刻のセンサ情報と予定と時間帯、および過去の事後確率から、時刻tにおいて利用者位置が状態siであり、センサデバイス位置が状態skである前向き確率fi,k(t)を以下の式(数15)によって求める。
After that, the non-observable
ここで、iは時刻tにおいて利用者がどの状態にいるかを、kはセンサデバイスがどの状態にいるかを表す。また、m、lは、時刻tにおけるi、kと区別するために便宜的につけた記号で、時刻t−1における利用者位置とセンサデバイスの位置の状態を表す。 Here, i represents in which state the user is in time t, and k represents in which state the sensor device is in. Further, m and l are symbols given for convenience in order to distinguish from i and k at time t, and represent the state of the user position and the position of the sensor device at time t-1.
次に、非可観測変数推定部23aは、求めた前向き確率fi,k(t)を用いて、時刻tにおいてセンサ情報の列が観測された時に、利用者位置が状態siにありセンサデバイスが状態skにある確率を示す事後確率Pi,k(t)と、利用者位置が状態siにある確率を示す事後確率Pi(t)と、センサデバイスが各状態skにいる確率を示す事後確率Pk(t)を以下の式(数16)を用いて計算する。なお、数16では、Pi,k(t)をpi,k(t)と表し、Pi(t)をpi(t)と表し、Pk(t)をpk(t)と表している。
Next, the non-observable
このような方法を用いることによって、非可観測変数推定部23aは、利用者位置とセンサデバイス位置を確率変数という形で導出することができる。
By using such a method, the non-observable
図10は、本発明の第3の実施の形態における位置情報推定システムの位置推定処理の一例を示すフローチャートである。なお、図10において、図6に示した動作と同一の動作には同一符号を付してある。 FIG. 10 is a flowchart showing an example of position estimation processing of the position information estimation system according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same operations as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
サービス提供サーバ3から利用者位置の問い合わせがあると(ステップS31)、位置情報推定サーバ2bのセンサ情報取得部21aは、センサ情報に加え、推定対象である非可観測変数と相関のある可観測変数(本例では、予定と時間帯)を収集する(ステップS22、S23)。
When there is an inquiry about the user position from the service providing server 3 (step S31), the sensor information acquisition unit 21a of the position
その後の処理(ステップS24〜S26)は、第2の実施の形態とほぼ同様である。 Subsequent processing (steps S24 to S26) is substantially the same as in the second embodiment.
以上のように、本実施の形態によれば、複数のセンサシステムを用いて、より精度の高い利用者位置と利用者端末の位置を推定することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to estimate the position of the user and the position of the user terminal with higher accuracy using a plurality of sensor systems.
(第4の実施の形態)
次に、複数のセンサシステムと複数の位置情報推定サーバを有し、利用者位置と利用者端末の位置を推定する本発明の第4の実施の形態の位置情報推定システムの一例を説明する。
(Fourth embodiment)
Next, an example of the position information estimation system according to the fourth embodiment of the present invention that has a plurality of sensor systems and a plurality of position information estimation servers and estimates the user position and the position of the user terminal will be described.
図11は、本発明の第4の実施の形態による位置情報推定システムの構成図である。本実施の形態の位置情報推定システムは、第2の実施の形態の構成に加え、他のセンサ情報や予定表、時間帯などの変数を出力するセンサシステム211−1から211−nと、それに対応した位置情報推定サーバ2−1から2−nを備えている。 FIG. 11 is a configuration diagram of a position information estimation system according to the fourth embodiment of the present invention. In addition to the configuration of the second embodiment, the position information estimation system of this embodiment includes other sensor information, a schedule table, and sensor systems 211-1 to 211-n that output variables such as time zones, Corresponding position information estimation servers 2-1 to 2-n are provided.
図12は、本発明の第4の実施の形態における位置情報推定システムの位置推定処理の一例を示すフローチャートである。図12において、図6に示した動作と同一の動作には同一符号を付してある。 FIG. 12 is a flowchart showing an example of position estimation processing of the position information estimation system in the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 12, the same operations as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
サービス提供サーバ3は、位置情報推定サーバ2および2−1から2−nに、利用者位置および利用者端末の位置および付帯確率の問い合わせを行う(ステップS31)。
The
それぞれの位置情報推定サーバ2および2−1から2−nの動作は、第1の実施の形態と同様である。
The operations of the respective position
サービス提供サーバ3は、位置情報推定サーバ2および2−1から2−nから利用者位置および利用者端末位置および付帯確率をそれぞれ受信し、例えば、付帯確率の高いセンサシステムによる位置情報推定サーバからの利用者位置を信頼してサービスを提供したり、付帯確率の低いセンサシステムによる位置情報推定サーバからの利用者位置を除いた利用者位置を統合して、新たな利用者位置を導出したりしてもよい。
The
以上のように、本実施の形態によれば、複数のセンサシステムを用いて、位置推定を行う際に、付帯確率の低いセンサにより推定した利用者位置は表示しないなど、付帯確率により提供する位置情報を変更することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when performing position estimation using a plurality of sensor systems, positions provided by incidental probabilities, such as not displaying user positions estimated by sensors with low incidental probabilities, etc. Information can be changed.
また、複数のセンサシステムを用いている場合に、付帯確率により、各センサデバイスの有効度を算出することが可能なので、有効度の高いセンサデバイスによるセンサ情報だけを用いて、利用者位置を推定することが可能となる。 In addition, when multiple sensor systems are used, the effectiveness of each sensor device can be calculated from the incidental probability, so the user position is estimated using only sensor information from the sensor device with high effectiveness. It becomes possible to do.
上記各実施の形態によれば、以下の効果を奏する。 According to each said embodiment, there exist the following effects.
第1の効果は、センサデバイスの置き忘れを考慮した、より正確な利用者位置の推定が可能となる。 The first effect is that the user position can be estimated more accurately in consideration of misplacement of the sensor device.
その理由は、 利用者がセンサデバイスを置き忘れるなどにより、利用者とセンサデバイスが同じ場所にない可能性も考慮した確率モデルに基づいて、利用者位置を推定するからである。 The reason is that the user's position is estimated based on a probabilistic model that also considers the possibility that the user and the sensor device are not in the same place, such as when the user misplaces the sensor device.
第2の効果は、利用者がセンサデバイスを携帯している割合(付帯確率)を求める事が可能である。 As a second effect, it is possible to obtain the ratio (incident probability) that the user carries the sensor device.
その理由は、利用者位置とセンサデバイスの位置が別の状態をとりうる確率モデルを用いる事により、利用者位置とセンサデバイスの位置が一致する事後確率(付帯確率)を求める事が可能になるからである。 The reason is that by using a probability model in which the user position and the sensor device position can take different states, it becomes possible to obtain the posterior probability (incident probability) that the user position and the sensor device position match. Because.
第3の効果は、単一のセンサにより、利用者がセンサデバイスを携帯している(もしくは携帯していない)確率を導出することが可能である。 The third effect is that a single sensor can derive the probability that the user is carrying (or not carrying) the sensor device.
その理由は、利用者とセンサデバイスが同じ場所にない可能性も考慮した確率モデルを用いることで、付帯確率を求めることが可能になるからである。 The reason is that it is possible to determine the incidental probability by using a probability model that also considers the possibility that the user and the sensor device are not in the same place.
第4の効果は、利用者がセンサデバイスを携帯していない時でも、利用者が存在する位置を確率で求める事が可能である。 The fourth effect is that even when the user does not carry the sensor device, the position where the user exists can be obtained with probability.
その理由は、利用者位置を求める際に、過去の状態に基づいて導出する確率モデル(例えば、隠れマルコフモデルやダイナミックベイジアンネットワーク)を用いるからである。 The reason is that, when obtaining the user position, a probability model (for example, a hidden Markov model or a dynamic Bayesian network) derived based on a past state is used.
第5の効果は、複数のセンサを用いている場合はセンサデバイスの有効度を算出可能である。 The fifth effect is that the effectiveness of the sensor device can be calculated when a plurality of sensors are used.
その理由は、付帯確率が高いセンサのセンサ情報は信頼できると考えられるからである。 This is because the sensor information of a sensor with a high incidental probability is considered to be reliable.
第6の効果は、付帯確率の低いセンサにより推定した利用者位置は表示しないなど、付帯確率によりプレゼンス提示方法を変更する事が可能である。 The sixth effect is that the presence presentation method can be changed depending on the incidental probability, such as not displaying the user position estimated by the sensor having a low incidental probability.
その理由は、付帯確率を導出する事が可能であるからである。 This is because the incidental probability can be derived.
以上説明した各実施の形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。 In each embodiment described above, the illustrated configuration is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration.
例えば、置き忘れ確率は、時刻もしくは内部状態または可観測変数に関連して決定されてもよい。
[産業上の利用可能性]
本発明は、利用者位置を利用してサービスを提供するサービス提供システムに適用可能である。
For example, the misplacement probability may be determined in relation to time of day or internal state or observable variables.
[Industrial applicability]
The present invention is applicable to a service providing system that provides a service using a user position.
1 利用者
11 利用者端末
2 位置情報推定サーバ
20 位置推定部
21 センサ情報取得部
22 パラメータ記憶部
23 非可観測変数推定部
24 出力記号記憶部
25 付帯確率推定部
3 サービス提供サーバ
211 センサシステム
211−1 予定表システム
211−2 時刻サーバ
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記センサ情報を取得するセンサ情報取得手段と、
前記利用者と前記センサデバイスが別々の位置になりうるとした確率モデルで、前記利用者の位置を表現し、前記確率モデルと、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置推定手段と、を含み、
前記位置推定手段は、
前記センサ情報と前記センサデバイスの位置との相関関係を示すセンサ出力パラメータと、前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置との相関関係を示す置き忘れパラメータを、前記確率モデルに応じた確率モデルパラメータとして記憶するパラメータ記憶手段と、
前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置を、外部からは観測できない情報である非可観測変数として、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、前記パラメータ記憶手段に記憶された確率モデルパラメータと、に基づいて導出する非可観測変数導出手段と、を有する、位置情報推定装置。 A position information estimation device that estimates the position of the user based on sensor information correlated with the position of a sensor device carried by the user,
Sensor information acquisition means for acquiring the sensor information;
In the probability model that the user and the sensor device can be in different positions, the position of the user is expressed, based on the probability model and the sensor information acquired by the sensor information acquisition means, a position estimation means for estimating a location of the user, only including,
The position estimating means includes
A sensor output parameter indicating a correlation between the sensor information and the position of the sensor device, and a misplacement parameter indicating a correlation between the position of the sensor device and the position of the user, a probability model parameter corresponding to the probability model Parameter storage means for storing as
The sensor information acquired by the sensor information acquisition unit as a non-observable variable that is information that cannot be observed from the outside, and the probability model parameters stored in the parameter storage unit. And a non-observable variable deriving unit for deriving based on the position information estimating device.
前記パラメータ記憶手段は、さらに、前記可観測変数と前記利用者の位置との相関関係を示す可観測変数出力パラメータを、前記確率モデルパラメータとして記憶し、
前記非可観測変数導出手段は、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報および可観測変数と、前記パラメータ記憶手段に記憶された確率モデルパラメータと、に基づいて、前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置を導出する、請求項1に記載の位置情報推定装置。 The sensor information acquisition means further acquires an observable variable having a correlation with the position of the user,
The parameter storage means further stores an observable variable output parameter indicating a correlation between the observable variable and the position of the user as the probability model parameter,
The non-observable variable deriving unit is configured to determine the position and use of the sensor device based on the sensor information and the observable variable acquired by the sensor information acquiring unit and the probability model parameter stored in the parameter storage unit. It derives the position of the person, positional information estimating apparatus according to claim 1.
前記非可観測変数導出手段は、少なくとも、前記履歴記憶手段に記憶されたセンサデバイスの位置および利用者の位置と、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、前記パラメータ記憶手段に記憶された確率モデルパラメータと、に基づいて、現在の前記センサデバイスの位置および現在の前記利用者の位置を導出する、請求項1または2に記載の位置情報推定装置。 The position estimation means further comprises history storage means for storing the estimated position of the sensor device and the estimated position of the user according to a time series,
The non-observable variable deriving means includes at least the position of the sensor device and the position of the user stored in the history storage means, the sensor information acquired by the sensor information acquisition means, and the parameter storage means a probability model parameters, based on, derives the position and the current position of the user of the current of the sensor device, the position information estimating apparatus according to claim 1 or 2.
前記パラメータ記憶手段は、各時刻における前記センサデバイスの位置および前記利用者の位置を、前記隠れマルコフモデルまたは前記ダイナミックベイジアンネットワークモデルの各内部状態として定式化するためのパラメータを、前記確率モデルパラメータとして記憶し、
前記非可観測変数導出手段は、少なくとも、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、前記パラメータ記憶手段に記憶されたパラメータと、に基づいて、現在の前記センサデバイスの位置と現在の前記利用者の位置を導出する、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の位置情報推定装置。 The stochastic model is a hidden Markov model or a dynamic Bayesian network model that estimates the non-observable variable that changes with time based on at least the sensor information;
The parameter storage means uses, as the probability model parameter, a parameter for formulating the position of the sensor device and the position of the user at each time as the internal state of the hidden Markov model or the dynamic Bayesian network model. Remember,
The non-observable variable derivation means is based on at least the sensor information acquired by the sensor information acquisition means and the parameters stored in the parameter storage means, and the current position of the sensor device and the current use. The position information estimation apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein a position of a person is derived.
前記非可観測変数導出手段は、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報と、前記パラメータ記憶手段に記憶されたセンサ出力確率および置き忘れ確率と、に基づいて、現時刻において、前記センサデバイスと前記利用者のそれぞれが各内部状態にいる確率を求めることによって、前記現在のセンサデバイスの位置および前記現在の利用者の位置を導出する、請求項4に記載の位置情報推定装置。 Sensor wherein the parameter storage means, as said parameter, indicating at least the probability of the sensor information x t is output if the position of the sensor device is shifted to the internal state s t corresponding to the time t at time t Storing an output probability and a misplacement probability that is a probability that the user misplaces the sensor device;
The non-observable variable deriving unit is configured to generate the sensor device and the sensor at the current time based on the sensor information acquired by the sensor information acquiring unit and the sensor output probability and the misplacement probability stored in the parameter storage unit. The position information estimation apparatus according to claim 4 , wherein the position of the current sensor device and the position of the current user are derived by obtaining a probability that each of the users is in each internal state.
前記置き忘れ確率は、時刻もしくは前記内部状態、または前記センサ情報、または前記可観測変数に関連して決定される、請求項6に記載の位置情報推定装置。 The sensor information acquisition means acquires an observable variable having a correlation with the position of the user,
The position information estimation apparatus according to claim 6 , wherein the misplacement probability is determined in relation to time or the internal state, the sensor information, or the observable variable.
前記パラメータ記憶手段は、前記パラメータとして、さらに、
最初に前記センサデバイスおよび前記利用者が内部状態siにいる確率(iは自然数であり、前記各内部状態が、内部状態s1ないしsjと表された際に、1<i≦jを満たす)を示す初期存在確率と、
前記利用者が内部状態st-1から内部状態stに遷移する確率である状態遷移確率(tは観測した時刻に対応する自然数:1<t)と、
前記センサデバイスが内部状態stに遷移する際に前記可観測変数ytが出力される確率を示す可観測変数出力確率と、を記憶し、
前記非可観測変数導出手段は、前記パラメータ記憶手段に記憶された初期存在確率、状態遷移確率、可観測変数出力確率、センサ出力確率、および、置き忘れ確率に基づいて、現時刻において前記センサデバイスと前記利用者のそれぞれが各内部状態にいる確率を求めることによって、前記現在のセンサデバイスの位置および前記現在の利用者の位置を導出する、請求項5または6に記載の位置情報推定装置。 The sensor information acquisition means acquires an observable variable y having a correlation with the position of the user,
The parameter storage means further includes the parameter,
First, the probability that the sensor device and the user are in the internal state s i (i is a natural number, and when each internal state is expressed as internal states s 1 to s j , 1 <i ≦ j Initial existence probability indicating
The user is internal state s t-1 from the state transition probability is the probability of transition to the internal state s t (t is a natural number corresponding to the time of observation: 1 <t) and,
Stores, and observable variable output probability indicating the probability of the observable variable y t is output when the sensor device is shifted to the internal state s t,
The non-observable variable deriving unit is configured to detect the sensor device at the current time based on the initial existence probability, the state transition probability, the observable variable output probability, the sensor output probability, and the misplacement probability stored in the parameter storage unit. The position information estimation apparatus according to claim 5 or 6 , wherein the position of the current sensor device and the position of the current user are derived by obtaining a probability that each of the users is in each internal state.
前記非可観測変数導出手段は、時刻tにおける、前記利用者の位置を表す確率変数をπt、前記センサデバイスの位置を表す確率変数をλtとし、前記センサデバイスの位置に関する条件付確率P(λt|λt-1,πt-1,πt)を以下の式で求める
The non-observable variable deriving means sets a random variable representing the position of the user at time t as π t , a random variable representing the position of the sensor device as λ t, and a conditional probability P related to the position of the sensor device. (Λ t | λ t-1 , π t-1 , π t )
前記pdropは、定数ではなく、前記πt-1または前記πtまたは他のセンサ情報、または前記可観測変数に依存する、請求項13に記載の位置情報推定装置。 The sensor information acquisition means acquires an observable variable having a correlation with the position of the user,
The position information estimation apparatus according to claim 13 , wherein the p drop is not a constant but depends on the π t−1 or the π t or other sensor information, or the observable variable.
前記パラメータ記憶手段は、
時刻tにおいて前記センサデバイスの位置が前記時刻tに対応する前記隠れマルコフモデルの内部状態に遷移する際に前記センサ情報が出力される確率を示すセンサ出力確率と、
最初に前記センサデバイスおよび前記利用者が内部状態siにいる確率(iは自然数であり、各内部状態が、内部状態s1ないしsjと表された際に、1<i≦jを満たす)を示す初期存在確率と、
前記利用者が内部状態st-1から内部状態stに遷移する確率である状態遷移確率(tは観測した時刻に対応する自然数:1<t)と、を記憶し、
前記非可観測変数導出手段は、時刻0における各状態siの初期存在確率Iiと、状態遷移確率、センサ出力確率、現時刻のセンサ情報、および前時刻における前向き確率の計算結果とから、時刻tにおいて、前記利用者が内部状態si、前記センサデバイスがskにある前向き確率fi,k(t)を以下の式によって求め、
The parameter storage means includes
A sensor output probability indicating a probability that the sensor information is output when the position of the sensor device transitions to an internal state of the hidden Markov model corresponding to the time t at time t;
First, the probability that the sensor device and the user are in the internal state s i (i is a natural number, and when each internal state is expressed as the internal state s 1 to s j , 1 <i ≦ j is satisfied. ) Initial existence probability indicating
The user is internal state s t-1 from the state transition probability is the probability of transition to the internal state s t (t is a natural number corresponding to the time of observation: 1 <t) and stores,
The non-observable variable deriving means includes an initial existence probability I i of each state s i at time 0, a state transition probability, a sensor output probability, sensor information at the current time, and a calculation result of a forward probability at the previous time. At time t, the user obtains a forward probability f i, k (t) in which the user is in the internal state s i and the sensor device is in s k by the following equation:
前記確率モデルは、時刻とともに変化する前記非可観測変数を少なくとも前記センサ情報と前記可観測変数yに基づいて推定する隠れマルコフモデルであり、
前記パラメータ記憶手段は、
時刻tにおいて前記センサデバイスの位置が前記隠れマルコフモデルの内部状態stに遷移する際に前記センサ情報が出力される確率を示すセンサ出力確率と、
時刻tにおいて前記利用者の位置が前記内部状態stに遷移する際に前記可観測変数が出力される確率を示す可観測変数出力確率と、
最初に前記センサデバイスおよび前記利用者が内部状態siにいる確率(iは自然数であり、各内部状態が、内部状態s1ないしsjと表された際に、1<i≦jを満たす)を示す初期存在確率と、
前記利用者が内部状態st-1から内部状態stに遷移する確率である状態遷移確率(tは観測した時刻に対応する自然数:1<t)と、を記憶し、
前記非可観測変数導出手段は、時刻0における各状態siの初期存在確率Iiと、状態遷移確率、センサ出力確率、可観測変数出力確率、現時刻のセンサ情報xと可観測変数y、および前時刻における前向き確率の計算結果とから、時刻tにおいて、前記利用者がsi、前記センサデバイスがskにある前向き確率fi,k(t)を以下の式によって求め、
The probability model is a hidden Markov model that estimates the non-observable variable that changes with time based on at least the sensor information and the observable variable y,
The parameter storage means includes
A sensor output probability indicating the probability that the sensor information is output if the position of the sensor device is shifted to the internal state s t of the hidden Markov model at time t,
And observability variable output probability indicating the probability of the observable variable is output if the position of the user is shifted to the internal state s t at time t,
First, the probability that the sensor device and the user are in the internal state s i (i is a natural number, and when each internal state is expressed as the internal state s 1 to s j , 1 <i ≦ j is satisfied. ) Initial existence probability indicating
The user is internal state s t-1 from the state transition probability is the probability of transition to the internal state s t (t is a natural number corresponding to the time of observation: 1 <t) and stores,
The non-observable variable deriving means includes initial existence probability I i of each state s i at time 0, state transition probability, sensor output probability, observable variable output probability, sensor information x and observable variable y at the current time, And the forward probability f i, k (t) where the user is at s i and the sensor device is at s k at time t from the calculation result of the forward probability at the previous time, and
前記センサ情報を取得するセンサ情報取得ステップと、
前記利用者と前記センサデバイスが別々の位置になりうるとした確率モデルで、前記利用者の位置を表現し、前記確率モデルと前記センサ情報に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置推定ステップと、を含み、
前記位置推定ステップは、
前記センサ情報と前記センサデバイスの位置との相関関係を示すセンサ出力パラメータと、前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置との相関関係を示す置き忘れパラメータを、前記確率モデルに応じた確率モデルパラメータとしてパラメータ記憶手段に記憶し、
前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置を、外部からは観測できない情報である非可観測変数として、前記センサ情報と、前記確率モデルパラメータと、に基づいて導出する、位置情報推定方法。 A position information estimation method performed by a position information estimation device that estimates the position of the user based on sensor information correlated with the position of a sensor device carried by the user,
A sensor information acquisition step for acquiring the sensor information;
Position estimation that represents the position of the user in the probability model that the user and the sensor device can be at different positions, and estimates the position of the user based on the probability model and the sensor information and the step, only including,
The position estimating step includes:
A sensor output parameter indicating a correlation between the sensor information and the position of the sensor device, and a misplacement parameter indicating a correlation between the position of the sensor device and the position of the user, a probability model parameter corresponding to the probability model As a parameter storage means,
A position information estimation method in which the position of the sensor device and the position of the user are derived based on the sensor information and the probability model parameters as non-observable variables that are information that cannot be observed from the outside .
前記センサ情報を取得するセンサ情報取得処理と、
前記利用者と前記センサデバイスが別々の位置になりうるとした確率モデルで、前記利用者の位置を表現し、前記確率モデルと前記センサ情報に基づいて、前記利用者の位置を推定する位置推定処理と、を含み、
前記位置推定処理では、
前記センサ情報と前記センサデバイスの位置との相関関係を示すセンサ出力パラメータと、前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置との相関関係を示す置き忘れパラメータを、前記確率モデルに応じた確率モデルパラメータとしてパラメータ記憶手段に記憶し、
前記センサデバイスの位置と前記利用者の位置を、外部からは観測できない情報である非可観測変数として、前記センサ情報と、前記確率モデルパラメータと、に基づいて導出する、位置情報推定処理を、コンピュータに実行させる位置情報推定プログラム。 A position information estimation program for causing a computer to execute position information estimation processing for estimating the position of the user based on sensor information correlated with the position of a sensor device carried by the user,
Sensor information acquisition processing for acquiring the sensor information;
Position estimation that represents the position of the user in the probability model that the user and the sensor device can be at different positions, and estimates the position of the user based on the probability model and the sensor information processing and, only including,
In the position estimation process,
A sensor output parameter indicating a correlation between the sensor information and the position of the sensor device, and a misplacement parameter indicating a correlation between the position of the sensor device and the position of the user, a probability model parameter corresponding to the probability model As a parameter storage means,
Position information estimation processing for deriving the position of the sensor device and the position of the user as non-observable variables that are information that cannot be observed from the outside based on the sensor information and the probability model parameters , A position information estimation program to be executed by a computer.
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