JP5299289B2 - 位置検出装置、位置検出方法及び位置検出用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線機を用いて移動体の位置を検出するシステムに関し、特に、環境に設置した参照用の無線機を用いて、移動体に取り付けた無線機の存在エリアの検出を高精度化することを特徴とする位置検出装置、位置検出方法及び位置検出用プログラムに関する。

人や物などの移動体に取り付けた端末等の位置を検出するシステムとして、ＧＰＳ、無線ＬＡＮ、ＲＦＩＤ、赤外線、超音波などを利用したシステムが提案されている。例えば、非特許文献１には、移動体に取り付けた端末の位置を、無線、超音波、赤外線などの様々な媒体を用いて検出するシステムが記載されている。

このような位置検出システムのうち、無線ＬＡＮやＲＦＩＤなどの無線機を用いたシステムにおいて、その位置検出を高精度化・低コスト化するために、移動体に取り付けるものと同様の機能を有した参照用の無線機を、環境内に設置して利用する技術が提案されている。

この種の技術として、例えば、非特許文献２には、アクティブＲＦＩＤシステムにおけるタグの位置座標推定を、環境に密に設置したタグを参照することにより高精度化する関連技術が記載されている。

また、特許文献１には、移動体に取り付けた無線機で計測される無線状況と、予め各エリアに設置した参照用の無線機で計測される無線状況とを比較することにより、位置検出システムを低コストに実現する関連技術が記載されている。
G.Chen and D.Kotz, ASurvey of Context-Aware Mobile Computing Research, Technical Report 381,Department of Computer Science, Dartmouth College, 2000 Lionel M. Ni, YunhaoLiu, Yiu Cho Lau and Abhishek P. Patil，LANDMARC: Indoor Location Sensing UsingActive RFID， PerCom2003 特開２００６−３０８３６１号公報

上記非特許文献１、２及び特許文献１等に記載される位置検出システムにおける問題点は、環境に設置する参照用の無線機が少ない場合、移動体が取り付けた無線機の位置を正しく検出できないことである。

その理由は、環境内の動的な障害物や移動体への無線機の取り付け方などによる無線環境の特性によって、参照用の無線機で計測される無線状況と移動体に取り付けた無線機で計測される無線状況の違いが大きくなってしまうためである。

（発明の目的）
本発明は上記課題に鑑みて発明されたものであって、その目的は、環境に設置する参照用の無線機が少ない場合でも、移動体に取り付けた無線機の位置を正しく検出できる位置検出装置、位置検出方法及び位置検出用プログラムを提供することにある。

本発明の第１の位置検出装置は、所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出装置であって、移動体に取り付けた移動局と環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から無線通信により送信される識別情報を受信した環境に設置した基地局から、識別情報と、識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、移動局及び参照局についての受信強度と基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成手段と、受信特徴量生成手段で生成した移動局と参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成手段と、位置受信特徴量生成手段で生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録する位置受信特徴量学習手段と、受信特徴量生成手段で生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定手段とを含む。

本発明の第２の位置検出装置は、所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出装置であって、環境に設置した基地局から無線通信により送信された識別情報を受信した、移動体に取り付けた移動局と、環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から、識別情報と、識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、移動局及び参照局についての受信強度と基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成手段と、受信特徴量生成手段で生成した移動局と参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成手段と、位置受信特徴量生成手段で生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録する位置受信特徴量学習手段と、受信特徴量生成手段で生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定手段とを含む。

本発明の第１の位置検出方法は、所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出方法であって、移動体に取り付けた移動局と環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から無線通信により送信される識別情報を受信した環境に設置した基地局から、識別情報と識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、移動局及び参照局についての受信強度と基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成ステップと、受信特徴量生成ステップで生成した移動局と参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成ステップと、位置受信特徴量生成ステップで生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録するステップと、受信特徴量生成ステップで生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定ステップとを有する。

本発明の第２の位置検出方法は、所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出方法であって、環境に設置した基地局から無線通信により送信された識別情報を受信した、移動体に取り付けた移動局と、環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から、識別情報と、識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、移動局及び参照局についての受信強度と基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成ステップと、受信特徴量生成ステップで生成した移動局と参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成ステップと、位置受信特徴量生成ステップで生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録するステップと、受信特徴量生成ステップで生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定ステップとを有する。

本発明の第１の位置検出用プログラムは、情報処理装置上で実行され、所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出用プログラムであって、プログラムは、移動体に取り付けた移動局と環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から無線通信により送信される識別情報を受信した環境に設置した基地局から、識別情報と識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、移動局及び参照局についての受信強度と基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成処理と、受信特徴量生成処理で生成した移動局と参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成処理と、位置受信特徴量生成処理で生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録する処理と、受信特徴量生成処理で生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定処理とを情報処理装置に実行させる。

本発明の第２の位置検出用プログラムは、情報処理装置上で実行され、所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出用プログラムであって、プログラムは、環境に設置した基地局から無線通信により送信された識別情報を受信した、移動体に取り付けた移動局と、環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から、識別情報と、識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、移動局及び参照局についての受信強度と基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成処理と、受信特徴量生成処理で生成した移動局と参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成処理と、位置受信特徴量生成処理で生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録する処理と、受信特徴量生成処理で生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定処理とを情報処理装置に実行させる。

本発明によれば、無線通信による位置検出システムにおいて、少ない参照局でも移動体に取り付けた移動局の位置を正しく検出することができる。

本発明の第１の実施の形態におけるシステムの概要を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による位置検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における受信特徴量の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による位置検出装置の位置受信特徴量生成手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態による位置検出装置の位置受信特徴量記憶部に記録する情報の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における動作を示すタイムチャートである。 本発明の第１の実施の形態における動作を示すタイムチャートである。 本発明の第１の実施の形態における動作を示すタイムチャートである。 本発明の第２の実施の形態におけるシステムの概要を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による位置検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態における動作を示すタイムチャートである。 本発明の第３の実施の形態によるシステム構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態によるシステム構成を示すブロック図である。

（第１の実施の形態）
次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２を参照すると、本発明の第１の実施の形態による位置検出システムは、移動体などの検知対象に取り付けられ、装置を識別するための識別情報を一定時間間隔毎に無線通信により送信する移動局１ａ，１ｂ…と、予め定義したエリアに対応付けて環境に設置され、装置を識別するための識別情報を一定時間間隔毎に無線通信により送信する参照局２ａ，２ｂ…と、環境に設置され、移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…が送信する識別情報を無線通信によって受信する基地局３ａ，３ｂ…と、基地局３ａ，３ｂ…で得られた移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…の受信結果を用いて移動局１ａ，１ｂ…がそれぞれ存在するエリアを検出する位置検出装置４と、位置検出結果を出力する位置検出結果出力装置５とを備える。

基地局３ａ，３ｂ…は、移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…が送信する識別情報を受信すると共に、それぞれの識別情報を受信したときの無線電波の強度を表す数値（以下、受信強度と呼ぶ）を計測する。さらに、基地局３ａ，３ｂ…は、取得した移動局もしくは参照局の識別情報と受信強度との組を、基地局の識別情報と共に受信結果として、位置検出装置４へ出力する。

なお、参照局２ａ，２ｂ…は、予め定義したエリア毎に少なくとも１つ以上設置される必要がある。また、基地局３ａ，３ｂ…は必ずしも複数ある必要はなく、１つであってもよい。

さらに、移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…は、必ずしも一定時間間隔毎に識別情報を送信する必要は無く、例えば、時間帯や移動体の移動速度などに応じて識別情報を送信する時間間隔を動的に変更することも可能であるし、移動体であるユーザや位置検出装置などからの指示を受け取ったときにだけ識別情報を送信することも可能である。

位置検出装置４は、図２に示すように、受信特徴量生成手段４１と、移動局／参照局判別手段４２と、位置受信特徴量生成手段４３と、位置受信特徴量学習手段４４と、位置受信特徴量記憶部４５と、位置判定手段４６とを備える。

受信特徴量生成手段４１は、基地局３ａ，３ｂ…から取得した移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…についての受信結果から、移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…のそれぞれについて受信特徴量を生成して、対応する識別情報と共に出力する。

受信特徴量は、全ての基地局３ａ，３ｂ…毎の受信強度を成分とする特徴ベクトルで表される。例えば、受信特徴量は、図３に示すように、基地局３ａ＝１６５、基地局３ｂ＝０、基地局３ｃ＝２０４、基地局３ｄ＝１２９のようになる。

移動局／参照局判別手段４２は、受信特徴量生成手段４１で生成された受信特徴量が、移動局に関するものか、参照局に関するものかを、対応する識別情報を元に判別し、移動局１ａ，１ｂ…に関する受信特徴量を位置判定手段４６へ、参照局２ａ，２ｂ…に関する受信特徴量を位置受信特徴量生成手段４３へ、それぞれ出力する。

このとき、対応する識別情報から受信特徴量が移動局に関するものか参照局に関するものかを判別するために、識別情報の中に移動局か参照局かを直接判別できるような情報を予め組み入れておいてもよいし、データベースなどに各識別情報が移動局か参照局かを判別できるような情報を予め記録し、データベースの情報を参照することにより移動局か参照局かを判別するようにしてもよい。

位置受信特徴量生成手段４３は、図４に示すように、位置受信特徴量対応付け手段４３１と、位置受信特徴量誤差要因反映手段４３２とを備え、移動局／参照局判別手段４２より入力される参照局２ａ，２ｂ…に関する受信特徴量から、エリア毎の受信特徴量を生成する。

位置受信特徴量対応付け手段４３１は、参照局２ａ，２ｂ…毎の受信特徴量から、エリア毎の受信特徴量を生成して出力する。

このとき、対応する識別情報から参照局２ａ，２ｂ…が設置されたエリアを取得するために、識別情報の中に参照局が設置されたエリアに関する情報を予め組み入れておいても、データベースなどに各識別情報に対応する参照局が設置されたエリアに関する情報を予め記録し、データベースの情報を参照することにより参照局２ａ，２ｂ…のエリアを判別するようにしてもよい。

また、あるエリアに複数の参照局が設置されている場合には、該当エリアに設置された複数の参照局に関して得られる受信特徴量の線形和を該当エリアの受信特徴量としてもよい。すなわち、あるエリアに設置されたｎ個の参照局に関して得られた受信特徴量（特徴ベクトル）をν₁, ν₂, …ν_nとすると、該当エリアの受信特徴量ν’は以下の通り得られる。

ただし、α_１，α_２，…，α_ｎは、以下の条件を満たすように任意に選択するランダムな値とする。

あるエリアに複数の参照局が設置されている場合には、任意数の組合せのα_１，α_２，…，α_ｎを設定して該当エリアの受信特徴量ν’を生成することにより、設置された参照局の数よりも多い数の受信特徴量ν’を生成することができる。このことにより、エリアに設置した参照局が少ない場合でも、参照局の設置位置と移動局の存在位置の違いによって生じる受信特徴量の違いを軽減させることができる。

さらに、あるエリアに単一の参照局のみが設置されている場合にも、後の位置受信特徴量誤差要因反映手段４３２での処理のために、単一の参照局に関して得られた受信特徴量を複製して、複数の受信特徴量を該当エリアに関する受信特徴量として出力してもよい。

位置受信特徴量誤差要因反映手段４３２は、得られたエリア毎の受信特徴量それぞれについて、参照局２ａ，２ｂ…と移動局１ａ，１ｂ…のそれぞれに関して計測される受信強度の違いを考慮した変形を加えて出力する。

位置受信特徴量誤差要因反映手段４３２による変形の具体例として、移動局の送信アンテナの指向性によって生じる受信強度の変化を考慮した受信特徴量の変形がある。例えば、人や物に移動局を取り付けて利用する場合、取り付けた人や物による遮蔽などの影響によって、方向によって送信する電波の強度に偏りが生じる。このとき、参照局２ａ，２ｂ…に関して得られた受信強度に対して移動局１ａ，１ｂ…に関して得られる受信強度が、送信アンテナの指向性の変化によって変化してしまうことを、エリア毎の受信特徴量に反映させる必要がある。

例えば、予め計測しておいた、全方位をｍ等分した方位のうち、ランダムに選択したｉ番目の方位への送信電波強度の変化量（移動局単体で計測した送信電波強度から、人や物などに取り付けて計測した送信電波強度への変化量。単位は受信強度と同一。）をＰ_ｉとすると、出力受信特徴量ν”のｊ番目の要素である受信強度ν_j”は、入力受信特徴量ν’のｊ番目の要素である受信強度ν_j’から、以下の通り得られる。

ν_j”＝ ν_j’＋Ｐ_ｉ

受信特徴量の全要素を、それぞれランダムに選択した受信強度の変化量によって変化させることにより、エリア毎の受信特徴量に、移動局の送信アンテナ指向性による受信強度変化を反映させることができる。

位置受信特徴量誤差要因反映手段４３２による変形の他の具体例として、基地局３ａ，３ｂ…の受信強度計測誤差を考慮した受信特徴量の変形がある。

例えば、基地局３ａ，３ｂ…による受信強度計測に、ある分散値を有する正規分布に従う誤差が含まれるとき、誤差の確率分布に従ってランダムに得られた受信強度の誤差をεとすると、出力受信特徴量ν”のｊ番目の要素である受信強度ν_j”は、入力受信特徴量ν’のｊ番目の要素である受信強度ν_j’から、以下の通り得られる。

ν_j”＝ ν_j’＋ε

受信特徴量の全要素を、それぞれ誤差の確率分布に従ってランダムに選択した受信強度計測誤差によって変化させることにより、エリア毎の受信特徴量に、基地局の受信強度計測誤差による受信強度変化を反映させることができる。

位置受信特徴量誤差要因反映手段４３２による変形の他の具体例として、無線通信に使用する通信プロトコルの特性を考慮した受信特徴量の変形がある。

例えば、アクティブ型ＲＦＩＤシステムにおける通信プロトコルとして広く利用されているＡＬＯＨＡ方式では、各無線送信機はランダムなタイミングで通信を実施する。このとき、複数の無線送信機から送信された信号が無線受信機に同時に入射した場合、信号衝突が発生し、通信が正常に行えない。このような信号衝突が発生する確率は、各無線送信機の１回の通信に必要な通信時間、各無線送信機の単位時間当たりの通信回数、及び、無線受信機に信号が到達する範囲にある無線送信機に数によって算出できる。

そこで、使用する通信プロトコルの特性に従って求められる信号衝突の発生確率に応じて、出力受信特徴量ν”のｊ番目の要素である受信強度ν_j”を「０」（信号を受信していない）へ変化させることにより、エリア毎の受信特徴量に、無線通信に使用する通信プロトコルの特性を反映させることができる。

位置受信特徴量学習手段４４は、位置受信特徴量生成手段４３で生成されたエリア毎の受信特徴量を過去の傾向も含めて学習し、位置受信特徴量記憶部４５に記録する。

図５に位置受信特徴量記憶部４５に記憶される内容の一例を示す。図５に示す如く、位置受信特徴量記憶部４５には、エリア毎に少なくとも１以上の受信特徴量がエリアを識別するための位置識別情報と共に記録される。

このようにエリア毎の受信特徴量を過去の傾向も含めて学習し記録することにより、環境内の動的な障害物の影響によって生じる移動局１ａ，１ｂ…と参照局２ａ，２ｂ…のそれぞれについて得られる受信特徴量の違いを軽減させることができる。

位置受信特徴量学習手段４４による学習の具体例として、エリア毎の位置特徴量を全て位置受信特徴量記録部４５に記録するものがある。このとき、指定した一定時間より前に記録した受信特徴量を位置受信特徴量記録部４５から削除するようにしてもよい。

位置受信特徴量学習手段４４による学習の他の具体例として、入力されるエリア毎の位置特徴量を教師データとし、各エリアを代表する複数の位置特徴量を自己組織化マップや学習ベクトル量子化（非特許文献３：コホネン著、自己組織化マップ、シュプリンガー・フェアラーク東京株式会社、２００５年６月）によって学習するものがある。

位置判定手段４６は、移動局／参照局判別手段４２から得られる移動局１ａ，１ｂ…に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を位置受信特徴量記憶部４５に記録された受信特徴量から検索し、検索された最も近い受信特徴量に対応付けて位置受信特徴量記憶部４５に記録された位置識別情報を位置判定結果として出力する。

ここで、２つの受信特徴量間の近さは、特徴ベクトル間のユークリッド距離を算出し、ユークリッド距離が小さいほど近いと評価する方法を用いることができる。また、ユークリッド距離の代わりに、シティブロック距離を用いることもできる。

次に、図２、図６、図７及び図８を参照して本発明の第１の実施の形態による位置検出システムの動作について詳細に説明する。図６、図７及び図８は、本実施の形態における動作を説明するタイムチャートである。

基地局３ａ，３ｂ…は、移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…が送信する識別情報を受信して（図６のステップＡ１）、受信した移動局１ａ，１ｂ…もしくは参照局２ａ，２ｂ…の識別情報と受信強度の組を、基地局の識別情報と共に受信結果として位置検出装置４の受信特徴量生成手段４１へ出力する（図６のステップＡ２）。

位置検出装置４の受信特徴量生成手段４１は、基地局３ａ，３ｂ…から得られる移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…の受信結果を一定時間蓄積し、蓄積された受信結果から、移動局１ａ，１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…のそれぞれについて受信特徴量を生成して、対応する識別情報と共に移動局／参照局判別手段４２へ出力する（図６のステップＡ３）。

移動局／参照局判別手段４２は、得られた受信特徴量のうち、参照局２ａ，２ｂ…に関するものと判定した受信特徴量を、対応する識別情報と共に位置受信特徴量生成手段４３へ出力する（図７のステップＢ１）。

位置受信特徴量生成手段４３は、各参照局２ａ，２ｂ…について得られた受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成し、位置受信特徴量学習手段４４へ出力する（図７のステップＢ２）。

位置受信特徴量学習手段４４は、得られたエリア毎の受信特徴量を位置受信特徴量記憶部４５に記録するか、もしくは、得られたエリア毎の受信特徴量に基づいて位置受信特徴量記憶部４５に記録されている受信特徴量を更新する（図７のステップＢ３）。

また、移動局／参照局判別手段４２は、得られた受信特徴量のうち、移動局１ａ，１ｂ…に関するものと判定した受信特徴量を、対応する識別情報と共に位置判定手段４６へ出力する（図８のステップＣ１）。

位置判定手段４６は、各移動局について得られた受信特徴量のそれぞれについて、位置受信特徴量記憶部４５に記録されているもののうち最も近い受信特徴量を検索し（図８のステップＣ２）、検索された最も近い受信特徴量に対応して記録された位置識別情報を取得する（図８のステップＣ３）。

各移動局についてそれぞれ取得された位置識別情報を、各移動局の位置検出結果として出力する（図８のステップＣ４）。

（第１の実施の形態による効果）
参照局について得られる受信特徴量を、参照局の設置位置と移動局の位置の違い、送信アンテナの指向性、受信強度測定誤差、通信プロトコルなどの要因を考慮して変形した上で過去の傾向も含めて学習し記録しておくことによって、参照局の個数が少ない場合でも、記録されたエリア毎の受信特徴量と移動局について得られる受信特徴量の違いが軽減され、移動局の位置を正しく検出することができる。

（第２の実施の形態）

次に、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図９及び図１０を参照すると、本発明の第２の実施の形態による位置検出システムは、図１及び図２に示した本発明の第１の実施の形態に比べて、無線受信機である基地局３ａ，３ｂ…の代わりに、環境に設置され、装置を識別するための識別情報を一定時間間隔毎に無線通信により送信する基地局３ａ’，３ｂ’…を備え、無線送信機である移動局１ａ，１ｂ…の代わりに、移動体などの検知対象に取り付けられ、基地局３ａ’，３ｂ’…が送信する識別情報を無線通信によって受信する移動局１ａ’，１ｂ’…を備え、無線送信機である参照局２ａ，２ｂ…の代わりに、予め定義したエリアに対応付けて環境に設置され、基地局３ａ’，３ｂ’…が送信する識別情報を無線通信によって受信する参照局２ａ’，２ｂ’…を備える点で相違する。

また、位置検出装置４’が、図２に示した第１の実施の形態における移動体の位置検出装置４の受信特徴量生成手段４１の代わりに、移動局１ａ’，１ｂ’…で受信した基地局３ａ’，３ｂ’…からの識別情報の受信結果と、参照局２ａ’，２ｂ’…で受信した基地局３ａ’，３ｂ’…からの識別信号の受信結果に基づいて、参照局２ａ’，２ｂ’…と移動局１ａ’，１ｂ’…のそれぞれについて受信特徴量を生成し、対応する識別情報と共に出力する受信特徴量生成手段４１’を備える点で異なる。

ただし、移動局１ａ’，１ｂ’…及び参照局２ａ’，２ｂ’…は、基地局３ａ’，３ｂ’…が送信する識別情報を受信すると共に受信強度を計測する。取得した基地局の識別情報と受信強度との組を、移動局もしくは参照局の識別情報と共に受信結果として受信特徴量生成手段４１’へ出力する。

なお、参照局２ａ’，２ｂ’…は、環境内の予め定義したエリア毎に少なくとも１つ以上設置される必要がある。また、基地局３ａ’，３ｂ’…は必ずしも複数ある必要はなく、単一であってもよい。

さらに、基地局３ａ’，３ｂ’…は、必ずしも一定時間間隔毎に識別情報を送信する必要は無く、例えば、時間帯や移動体の移動速度などに応じて識別情報を送信する時間間隔を動的に変更してもよいし、移動体であるユーザや位置検出装置などからの指示を受け取ったときにだけ識別情報を送信してもよい。

次に、図１０及び図１１を参照して本発明の第２の実施の形態の動作について詳細に説明する。図１１は、本実施の形態における動作を説明するタイムチャートである。

本発明の第２の実施の形態における移動局／参照局判別手段４２、位置受信特徴量生成手段４３、位置受信特徴量学習手段４４、位置受信特徴量記憶部４５、位置判定手段４６及び位置検出結果出力装置５の動作は、第１の実施の形態における移動局／参照局判別手段４２、位置受信特徴量生成手段４３、位置受信特徴量学習手段４４、位置受信特徴量記憶部４５、位置判定手段４６及び位置検出結果出力装置５の動作と同一であるので、説明は省略する。

移動局１ａ’，１ｂ’…及び参照局２ａ’，２ｂ’…は、基地局３ａ’，３ｂ’…が送信する識別情報を受信（図１１のステップＡ１’及びＡ４’）して、受信した基地局の識別情報と受信強度の組を、それぞれ移動局もしくは参照局の識別情報と共に受信特徴量生成手段４１’へ出力する（図１１のステップＡ２’及びＡ５’）。

受信特徴量生成手段４１’は、移動局１ａ’，１ｂ’…及び参照局２ａ’，２ｂ’…から得られる基地局３ａ’，３ｂ’…の受信結果を一定時間蓄積し、蓄積された受信結果から、移動局１ａ’，１ｂ’…及び参照局２ａ’，２ｂ’…のそれぞれについて受信特徴量を生成して、対応する識別情報と共に移動局／参照局判別手段４２へ出力する（図１１のステップＡ３）。

それ以降の、移動極／参照局判別手段４２、位置受信特徴量生成手段４３、位置受信特徴量学習手段４４、位置判定手段４６、位置検出結果出力装置５の動作については、図７及び図８に示す第１の実施の形態の場合と同じである。

（第２の実施の形態による効果）
次に、本発明の第２の実施の形態による効果について説明する。

第２の実施の形態によれば、環境に設置する参照用の無線受信機が少ない場合でも、参照局について得られる受信特徴量を、参照局の設置位置と移動局の位置の違い、受信アンテナの指向性、受信強度測定誤差、通信プロトコルなどの要因を考慮して変形した上で過去の傾向も含めて学習し記録しておくことによって、記録されたエリア毎の受信特徴量と移動局について得られる受信特徴量の違いを軽減させることができ、移動局の位置を正しく検出できる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１２を参照すると、本発明の第３の実施の形態は、本発明の第１の実施の形態と同様に、移動体などの検知対象に取り付けられ、装置を識別するための識別情報を一定時間間隔毎に無線通信により送信する移動局１と、予め定義したエリアに対応付けて環境に設置され、装置を識別するための識別情報を一定時間間隔毎に無線通信により送信する参照局２と、環境に設置され、移動局１及び参照局２が送信する識別情報を無線通信によって受信する基地局３と、基地局３で得られた移動局１及び参照局２の受信結果を用いて移動局１が存在するエリアを検出する位置検出装置４と、位置検出結果を出力する位置検出結果出力装置５とを備える。

位置検出用プログラム６は、位置検出装置４に読み込まれ位置検出装置４の動作を制御する。位置検出装置４は、位置検出用プログラム６の制御により、本発明の第１の実施の形態における位置検出装置４による処理と同一の処理を実行する。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１３を参照すると、本発明の第４の実施の形態は、本発明の第２の実施の形態と同様に、環境に設置され、装置を識別するための識別情報を一定時間間隔毎に無線通信により送信する基地局３’と、移動体などの検知対象に取り付けられ、基地局３’が送信する識別情報を無線通信によって受信する移動局１’と、予め定義したエリアに対応付けて環境に設置され、基地局３’が送信する識別情報を無線通信によって受信する参照局２’と、移動局１’及び参照局２’で得られた基地局３’の受信結果を用いて移動局１’が存在するエリアを検出する位置検出装置４’と、位置検出結果を出力する位置検出結果出力装置５とを備える。

位置検出用プログラム６’は、位置検出装置４’に読み込まれ位置検出装置４’の動作を制御する。位置検出装置４’は、位置検出用プログラム６’の制御により、本発明の第２の実施の形態における位置検出装置４’による処理と同一の処理を実行する。

次に、本発明の第１の実施例を説明する。かかる実施例は本発明の第１の実施の形態に対応するものである。

本実施例は、移動局１ａ、１ｂ…及び参照局２ａ，２ｂ…として、電源にボタン電池を用いて保持する識別情報（固有ＩＤ）を無線通信にて一定時間間隔（例えば０．５秒）毎に送信するアクティブ型のＲＦＩＤタグを備えている。また、基地局３ａ、３ｂ…として、ＲＦＩＤタグから識別情報を受信すると共に受信強度（０から２５５までの２５６段階の整数値）を計測できるＲＦＩＤリーダを備えている。

位置検出装置４は、パーソナルコンピュータによって実現され、位置検出結果出力装置５としてディスプレイを用いる。パーソナルコンピュータは、受信特徴量生成手段４１、移動局／参照局判別手段４２、位置受信特徴量生成手段４３、位置受信特徴量学習手段４４及び位置判定手段４６として機能する中央演算装置と、位置受信特徴量記憶部４５として機能する記憶装置を有している。

本実施例では、アクティブ型のＲＦＩＤシステムを用いて、環境に設置する参照用のタグが少ない場合でも、参照用のタグについて得られる受信特徴量を、参照用タグの設置位置と移動体用タグの位置の違い、タグの送信アンテナの指向性、リーダの受信強度測定誤差、ＡＬＯＨＡ通信プロトコルによる信号衝突などの要因を考慮して変形した上で過去の傾向も含めて学習し記録しておくことによって、記録されたエリア毎の受信特徴量と移動体用タグについて得られる受信特徴量の違いを軽減させることができ、移動体用タグの位置を正しく検出できる。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。かかる実施例は本発明の第２の実施の形態に対応するものである。

本実施例は、基地局３ａ’，３ｂ’…として、自身の識別情報（ＭＡＣアドレス）を一定時間間隔（例えば０．１秒）毎にビーコンパケット（報知パケット）として送信する無線ＬＡＮアクセスポイントを備えている。また、移動局１ａ’、１ｂ’…及び参照局２ａ’，２ｂ’…として、無線ＬＡＮアクセスポイントから識別情報の含まれたビーコンパケットを受信すると共に受信強度（ｄＢｍ単位）を計測し、取得した識別情報及び受信強度を無線ＬＡＮ通信路にて位置検出装置４’へ伝送することのできる無線ＬＡＮデバイスを備えている。

位置検出装置４’はパーソナルコンピュータによって実現され、位置検出結果出力装置５としてディスプレイを用いる。パーソナルコンピュータは、受信特徴量生成手段４１’、移動局／参照局判別手段４２、位置受信特徴量生成手段４３、位置受信特徴量学習手段４４及び位置判定手段４６として機能する中央演算装置と、位置受信特徴量記憶部４５として機能する記憶装置を有している。

本実施例では、無線ＬＡＮシステムを用いて、環境に設置する参照用の無線ＬＡＮデバイスが少ない場合でも、参照用の無線ＬＡＮデバイスについて得られる受信特徴量を、参照用無線ＬＡＮデバイスの設置位置と移動体用無線ＬＡＮデバイスの位置の違い、無線ＬＡＮデバイスの受信アンテナの指向性、無線ＬＡＮデバイスの受信強度測定誤差、無線ＬＡＮ（８０２．１１ｂ／ｇなど）で使われているＭＡＣ層の通信プロトコルによる信号衝突などの要因を考慮して変形した上で過去の傾向も含めて学習し記録しておくことによって、記録されたエリア毎の受信特徴量と移動体用無線ＬＡＮデバイスについて得られる受信特徴量の違いを軽減させることができ、移動体用無線ＬＡＮデバイスの位置を正しく検出できる。

以上好ましい実施の形態と実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上記実施の形態及び実施例に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。

この出願は、２００８年１月３１日に出願された日本出願特願２００８−０２１６２３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明によれば、無線通信による位置検出システムを利用したヒトやモノの位置取得を、参照用に環境に設置した無線機を用いて高精度化・低コスト化するシステムをコンピュータに実現するためのプログラムといった用途に適用することができる。

Claims (18)

1. 所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記移動体に取り付けた移動局と前記環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から無線通信により送信される識別情報を受信した前記環境に設置した基地局から、前記識別情報と前記識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、前記移動局及び前記参照局についての前記受信強度と前記基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成手段と、
   前記受信特徴量生成手段で生成した前記移動局と前記参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、前記参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成手段と、
   前記位置受信特徴量生成手段で生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録する位置受信特徴量学習手段と、
   前記受信特徴量生成手段で生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を前記位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定手段と
   を有することを特徴とする位置検出装置。
2. 所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出装置であって、
   環境に設置した基地局から無線通信により送信された識別情報を受信した、前記移動体に取り付けた移動局と、前記環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から、前記識別情報と、前記識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、前記移動局及び前記参照局についての前記受信強度と前記基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成手段と、
   前記受信特徴量生成手段で生成した前記移動局と前記参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、前記参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成手段と、
   前記位置受信特徴量生成手段で生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録する位置受信特徴量学習手段と、
   前記受信特徴量生成手段で生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を前記位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定手段と
   を有することを特徴とする位置検出装置。
3. 前記位置受信特徴量生成手段が、前記エリア毎の前記参照局に関して得られた受信特徴量のランダムな重みに基づく線形和をエリア毎の受信特徴量とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記位置受信特徴量生成手段が、予め設定した送受信アンテナの指向性に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置。
5. 前記位置受信特徴量生成手段が、予め設定した受信強度の測定誤差発生確率分布に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置。
6. 前記位置受信特徴量生成手段が、予め設定した信号衝突の発生確率に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置。
7. 所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出方法であって、
   前記移動体に取り付けた移動局と前記環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から無線通信により送信される識別情報を受信した前記環境に設置した基地局から、前記識別情報と前記識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、前記移動局及び前記参照局についての前記受信強度と前記基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成ステップと、
   前記受信特徴量生成ステップで生成した前記移動局と前記参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、前記参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成ステップと、
   前記位置受信特徴量生成ステップで生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録するステップと、
   前記受信特徴量生成ステップで生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を前記位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定ステップと
   を有することを特徴とする位置検出方法。
8. 所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出方法であって、
   環境に設置した基地局から無線通信により送信された識別情報を受信した、前記移動体に取り付けた移動局と、前記環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から、前記識別情報と、前記識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、前記移動局及び前記参照局についての前記受信強度と前記基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成ステップと、
   前記受信特徴量生成ステップで生成した前記移動局と前記参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、前記参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成ステップと、
   前記位置受信特徴量生成ステップで生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録するステップと、
   前記受信特徴量生成ステップで生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を前記位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定ステップと
   を有することを特徴とする位置検出装置。
9. 前記位置受信特徴量生成ステップで、エリア毎の前記参照局に関して得られた受信特徴量のランダムな重みに基づく線形和をエリア毎の受信特徴量とすることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の位置検出方法。
10. 前記位置受信特徴量生成ステップで、予め設定した送受信アンテナの指向性に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の位置検出方法。
11. 前記位置受信特徴量生成ステップで、予め設定した受信強度の測定誤差発生確率分布に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の位置検出方法。
12. 前記位置受信特徴量生成ステップで、予め設定した信号衝突の発生確率に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の位置検出方法。
13. 情報処理装置上で実行され、所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出用プログラムであって、前記プログラムは、
    前記移動体に取り付けた移動局と前記環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から無線通信により送信される識別情報を受信した前記環境に設置した基地局から、前記識別情報と前記識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、前記移動局及び前記参照局についての前記受信強度と前記基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成処理と、
    前記受信特徴量生成処理で生成した前記移動局と前記参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、前記参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成処理と、
    前記位置受信特徴量生成処理で生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録する処理と、
    前記受信特徴量生成処理で生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を前記位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定処理とを
    前記情報処理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
14. 情報処理装置上で実行され、所定の環境内における移動体の位置を検出する位置検出用プログラムであって、前記プログラムは、
    環境に設置した基地局から無線通信により送信された識別情報を受信した、前記移動体に取り付けた移動局と、前記環境内の予め定義したエリア毎に設置した参照局から、前記識別情報と、前記識別情報を受信した際の電波の受信強度とを取得し、前記移動局及び前記参照局についての前記受信強度と前記基地局とを対応付けた受信特徴量を生成する受信特徴量生成処理と、
    前記受信特徴量生成処理で生成した前記移動局と前記参照局に関する受信特徴量の間に生じる違いの要因を考慮して、前記参照局に関する受信特徴量からエリア毎の受信特徴量を生成する位置受信特徴量生成処理と、
    前記位置受信特徴量生成処理で生成したエリア毎の受信特徴量を学習して、位置識別情報と共に位置受信特徴量記憶部に記録する処理と、
    前記受信特徴量生成処理で生成した移動局に関する受信特徴量に最も近い受信特徴量を前記位置受信特徴量記憶部から検索し、対応する位置識別情報を位置検出結果として出力する位置判定処理とを
    前記情報処理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
15. 前記位置受信特徴量生成処理が、エリア毎の前記参照局に関して得られた受信特徴量のランダムな重みに基づく線形和をエリア毎の受信特徴量とすることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のプログラム。
16. 前記位置受信特徴量生成処理が、予め設定した送受信アンテナの指向性に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のプログラム。
17. 前記位置受信特徴量生成処理が、予め設定した受信強度の測定誤差発生確率分布に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のプログラム。
18. 前記位置受信特徴量生成処理が、予め設定した信号衝突の発生確率に基づいて、エリア毎の受信特徴量を変形することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のプログラム。

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