JP6366105B2 - 気圧値又は高度を用いて建物毎の階高を推定する管理装置、プログラム及び方法 - Google Patents
気圧値又は高度を用いて建物毎の階高を推定する管理装置、プログラム及び方法 Download PDFInfo
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Description
「複数基地局測位方式」:複数の隣接基地局からの通信電波によって測位する
「ハイブリッド測位方式」:GPS測位方式+複数基地局測位方式
「セルベース測位方式」:接続先基地局の位置を、当該携帯端末の現在位置とする
屋内で測位可能なこれら測位方式によれば、緯度及び経度を推定することができるものの、高度までは十分に推定できない。
所定地域範囲毎に、多数のログの気圧値又は高度から、度数分布(気圧値又は高度毎のログ数)又は確率分布(気圧値又は高度毎のログ発生確率)を算出する分布算出手段と、
度数分布又は確率分布に対して中心差分法に基づく差分値を算出し、該差分値の分布から床面(フロアレベル)の気圧値又は高度を推定する床面推定手段と、
推定された2つ以上の床面の気圧値又は高度の差分間隔に基づいて、階高を推定する階高推定手段と
を有することを特徴とする。
床面推定手段の中心差分法は、2階中心差分法であることも好ましい。
ログが気圧値を含む場合、
床面推定手段は、気圧値の度数分布又は確率分布における各差分値について、第1の所定値以上であり、且つ、当該差分値の前方(前進)差分値が第2の所定値以下である気圧値を、床面の気圧値として推定することも好ましい。
ログが高度を含む場合、
床面推定手段は、高度の度数分布又は確率分布における各差分値について、第1の所定値以上であり、且つ、当該差分値の後方(後進)差分値が第2の所定値以下である高度を、床面の高度として推定することも好ましい。
床面推定手段は、前方差分値又は後方差分値を第2の所定値と比較する場合、当該差分値を絶対値とすることも好ましい。
床面推定手段は、度数分布又は確率分布に対して、中心差分法によって検出された気圧値又は高度について、当該気圧値又は高度の度数又は度数割合が第3の所定値以下となる気圧値又は高度を、床面の気圧値又は高度として推定することも好ましい。
3つ以上の階高が検出された際に、1つの階高が他の階高のほぼ2倍となる場合に、当該階高を2分割する階高補間手段を更に有することも好ましい。
ログには、測位情報が更に含まれており、
地図上の建物の所定地域範囲を記憶した地図情報記憶手段を更に有し、
分布算出手段は、測位情報が一致する所定地域範囲毎に、度数分布又は確率分布を算出することも好ましい。
ログには、測位情報として、当該携帯端末が無線で接続する1つ以上の基地局の識別子が更に含まれており、
地図上の建物毎に、そこに位置する携帯端末が無線で接続する1つ以上の基地局の識別子を対応付けて記憶した地図情報記憶手段を更に有し、
分布算出手段は、基地局の識別子が一致又は所定数類似する所定地域範囲毎に、度数分布又は確率分布を算出することも好ましい。
2つ以上の階高が検出された際に、気圧値が高い順に又は高度が低い順に、当該気圧値又は高度に階数を対応付けて記憶する階別階高記憶手段を更に有することも好ましい。
携帯端末からクエリとして気圧値又は高度及び測位情報を受信し、階別階高記憶手段を用いて測位情報に対応する地域範囲について、受信した気圧値又は高度から階数を特定し、該階数を携帯端末へ返信する階数特定手段を更に有する
ことも好ましい。
所定地域範囲毎に、多数のログの気圧値又は高度から、度数分布(気圧値又は高度毎のログ数)又は確率分布(気圧値又は高度毎のログ発生確率)を算出する分布算出手段と、
度数分布又は確率分布に対して差分法に基づく差分値を算出し、該差分値の分布から床面(フロアレベル)の気圧値又は高度を推定する床面推定手段と、
推定された2つ以上の床面の気圧値又は高度の差分間隔に基づいて、階高を推定する階高推定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
所定地域範囲毎に、多数のログの気圧値又は高度から、度数分布(気圧値又は高度毎のログ数)又は確率分布(気圧値又は高度毎のログ発生確率)を算出する第1のステップと、
度数分布又は確率分布に対して差分法に基づく差分値を算出し、該差分値の分布から床面(フロアレベル)の気圧値又は高度を推定する第2のステップと、
推定された2つ以上の床面の気圧値又は高度の差分間隔に基づいて、階高を推定する第3のステップと
を有することを特徴とする。
具体的には、ユーザが所持する端末によって取得された気圧値から、基準気圧値をベースとした当該端末が存在する階数を推定する。階数は、地上からの高度h(m:メートル)を用いて、例えば以下の式によって算出することができる。
h:地上からの高度
Pb:基準気圧値
Temp:気温
h=(((Pb/P)(1/5.257)−1)×(Temp+273.15))/0.0065
階数=h/階高
管理装置1は、気圧センサを搭載した多数の携帯端末から、「気圧値」を含むログ(ログデータ)を収集する。また、携帯端末が、高度を計測できる場合、ログに「高度」を含むものであってもよい。
ログ収集部11は、ネットワークを介して、多数の携帯端末2から「ログ」を収集する。ログには、「気圧値」又は「高度」を含むと共に、例えば、GPSセンサの測位情報や、気温センサの気温情報を更に含むことも好ましい。
尚、管理装置1は、携帯端末2から逐次にログを受信するものであってもよいし、多数のログを携帯端末から予め収集した別のサーバから受信するものであってもよい。
また、測位情報は、広域通信システムである携帯電話の基地局(セル)識別子や狭域通信システムである無線LAN・Bluetooth(登録商標)のアクセスポイント識別子(MACアドレス等)を以て位置情報としてもよい。これら情報により絶対的な位置の推定は難しくとも、相対的にその建物(ビル)周辺に位置すると判断することができる。
地図情報記憶部12は、地図上の所定地域範囲を予め記憶する。所定地域範囲は、具体的には、建物毎の位置及び建築範囲である。
また、建物単位でなくても、緯度経度に基づく地域メッシュ(例えば1/10地域メッシュ)で区分けされた地域範囲であってもよい。
更に、所定地域範囲は、その位置で受信可能な基地局やアクセスポイントの識別子群を、地域範囲とするものであってもよい。
分布算出部13は、所定地域範囲毎に、多数のログの気圧値又は高度から、「度数分布(気圧値又は高度毎のログ数)」又は「確率分布(気圧値又は高度毎のログ発生確率)」を算出する。算出された度数分布又は確率分布は、床面推定部14へ出力される。
図3(a)によれば、高度に対する度数分布を表しており、図3(b)によれば、高度に対する確率分布を表している。
図4(a)によれば、気圧値に対する度数分布を表しており、図4(b)によれば、気圧値に対する確率分布を表している。
気圧値は、高所ほど低くなるため、図4の気圧値のヒストグラムは、図3の高度のヒストグラムと比較して、増分方向が左右入れ替わりとなる。
(ログに、携帯端末の測位情報が含まれている場合)
分布算出部13は、地図情報記憶部12に記憶された所定地域範囲(例えば建築物)毎に、そこに属する測位情報のログのみを用いて度数分布又は確率分布を算出する。
(ログに、携帯端末が無線で接続する接続/周辺基地局の識別子が含まれている場合)
分布算出部13は、地図情報記憶部12に記憶された所定地域範囲(例えばそこで接続可能な基地局の識別子群)毎に、基地局の識別子が一致又は所定数類似するログのみを用いて度数分布又は確率分布を算出する。
このように、分布算出部13は、気圧値又は高度をまとめた所定地域範囲毎に、度数分布又は確率分布を算出する。
床面推定部14は、度数分布又は確率分布に対して「差分法」に基づく差分値を算出し、その差分値の分布から床面(フロアレベル)の気圧値又は高度を推定する。推定された1つ以上の床面の気圧値又は高度は、階高推定部15へ出力される。
図5(a)によれば、高度に対する差分値の分布を表しており、図5(b)によれば、高度に対して推定された床面の分布を表している。
図6(a)によれば、気圧値に対する差分値の分布を表しており、図6(b)によれば、気圧値に対して推定された床面の分布を表している。
ここで、「差分法(difference method)」とは、微分方程式を解く数値解析における離散化手法である。関数が2つの変数値に対してとる値の間の有限な差を、「差分(difference)」という。この差分を、変数値の差で割って得られる商を差分商(difference quotient)という。これは、微分を差分商で近似することによって、微分方程式を解く方法である。
高度nと高度n+1との間で微分をとる前方差分△u(x)は、以下の式で表される。
△u(x)=u(x+h)−u(x)=un+1−un (h:差分間隔)
高度nと高度n-1との間で微分をとる後方差分▽u(x)は、以下の式で表される。
▽u(x)=u(x)−u(x-h)=un−un-1
そして、nに対して、n+1とn-1との間で差分をとる中心差分δu(x)は、以下の式で表される。即ち、中心差分δu(x)は、前方差分△u(x)と後方差分▽u(x)とを平均したものである。
δu(x)=u(x+1/2h)−u(x-1/2h)
=(△u(x)+▽u(x))/2
=(u(x+h)−u(x-h))/2
=(un+1−un-1)/2
2階微分の近似としては、2階中心差分法(2nd difference method)を用いる。これは差分の差分に当たる。
δ2u(x)=(un+1−un)−(un−un-1)
=un+1−2un−un-1
2階中心差分法は、nを中心にして、n+1とn-1との間で差分をとる方法である。具体的には、[1, -2, 1]の2次微分フィルタである。
(ログが気圧値を含む場合)
床面推定部14は、気圧値の度数分布又は確率分布における各差分値について、第1の所定値以上であり、且つ、当該差分値の前方(前進)差分値が第2の所定値以下である気圧値(若しくはその気圧値の後方の気圧値)を、床面の気圧値として推定する。
例えば気圧Pnの差分値Dnについて、当該値(Pn)が第1の所定値(例えば10)以上であり、且つ、その前方(Pn+1,Pn+2)の差分値(Dn+1,Dn+2)が第2の所定値(例えば5)以下である気圧値Pnを、床面の気圧と推定する。
尚、前述した条件を満たす気圧値Pnの後方気圧値Pn+1を、床面の気圧と推定してもよい。以下の例では、前述した条件を満たす気圧値Pnを、床面の気圧として推定するものとする。
床面推定部14は、高度の度数分布又は確率分布における各差分値について、第1の所定値以上であり、且つ、当該差分値の後方(後進)差分値が第2の所定値以下である高度(若しくはその高度の前方の高度)を、床面の高度として推定する。
例えば高度Hnの差分値Dnについて、当該値(Dn)が第1の所定値(例えば10)以上であり、且つ、その後方(Hn-1,Hn-2)の差分値(Dn-1,Dn-2)が第2の所定値(例ば5)以下である高度Hnを、床面の高度と推定する。
尚、前述した条件を満たす高度Hnの前方高度Hn+1を、床面の高度と推定してもよい。以下の例では、前述した条件を満たす高度Hnを、床面の高度として推定するものとする。
階高推定部15は、推定された2つ以上の床面の気圧値又は高度の差分間隔に基づいて、「階高」を推定する。推定された1つ以上の階高は、階別階高記憶部17へ出力されるが、オプション的に階高補間部16へ出力されるものであってもよい。そして、推定された階高は、所望のアプリケーションへ出力される。
図5(b)によれば、以下の高度が床面として推定されている。
推定された床面の高度: 1.5m 5.5m 9.5m 17.2m
高度の差分間隔: (4.0m) (4.0m) (7.07m)
図6(b)によれば、以下の気圧値が床面として推定されている。
推定された床面の高度:1009.5hPa 1010.42hPa 1010.9hPa 1011.38hPa
高度の差分間隔: (0.92hPa) (0.48hPa) (0.48hPa)
尚、階高推定部15は、所定の換算式、例えば1hPa=8.3mを用いて、階高を算出することもできる。
階高補間部16は、3つ以上の階高が検出された際に、1つの階高が他の階高のほぼ2倍(例えば1.8倍〜2.2倍)となる場合に、当該階高を2分割する。
1階:4.0m
2階:4.0m
3階:3.9m
4階:3.9m
図5(b)の破線によって、補間された床面が表示されている。
1階:0.46hPa
2階:0.46hPa
3階:0.48hPa
4階:0.48hPa
図6(b)の破線によって、補間された床面が表示されている。
図8は、図7の気圧値に対する差分値及び床面を表すヒストグラムである。
図8(b)は、図8(a)から抽出された床面の分布を表す。
このようなことを防止するため、床面推定部14は、度数分布又は確率分布に対して、中心差分法によって検出された気圧値又は高度について、当該気圧値又は高度の度数又は度数割合(若しくはそれらの前後方の値(n-1又はn+1の値))が第3の所定値以下となる気圧値又は高度を、床面の気圧値又は高度として推定する。具体的に図7によれば、度数が第3の所定値(例えば40)以下となる気圧値又は高度のみを用いて推定することによって、図8(b)の床面を排除することができる。
図9(a)は、図3(a)の分布に対して、[-2, 0, 2]のフィルタを適用したものである。
図9(b)は、図8(a)から抽出された3つの床面の高度の分布を表したものである。
階別階高記憶部は、地域範囲毎に、階別の階高を記憶する。具体的には、階高補間部16(又は階高推定部15)から出力された、階別の階高を記憶する。2つ以上の階高が検出された際に、気圧値が高い順に又は高度が低い順に、当該気圧値又は高度に階数を対応付けて記憶する。
階数特定部18は、携帯端末2からクエリとして気圧値又は高度及び測位情報を受信する。そして、階数特定部18は、階別階高記憶部17を用いて測位情報に対応する地域範囲について、受信した気圧値又は高度から階数を特定し、その階数を携帯端末2へ返信する。
図2によれば、携帯端末2は、気圧センサやGPSセンサを備えたものである。携帯端末は、主にユーザに所持されており、ユーザの行動と共に移動する。携帯端末は、例えば携帯電話機やスマートフォンであって、いずれかの基地局と無線を介して接続している。
11 ログ収集部
12 地図情報記憶部
13 分布算出部
14 床面推定部
15 階高推定部
16 階高補間部
17 階別階高記憶部
18 階数特定部
2 携帯端末
3 気候データベース
Claims (13)
- 多数の携帯端末から気圧値又は高度を含むログを収集する管理装置であって、
所定地域範囲毎に、多数のログの気圧値又は高度から、度数分布(気圧値又は高度毎のログ数)又は確率分布(気圧値又は高度毎のログ発生確率)を算出する分布算出手段と、
前記度数分布又は確率分布に対して中心差分法に基づく差分値を算出し、該差分値の分布から床面(フロアレベル)の気圧値又は高度を推定する床面推定手段と、
推定された2つ以上の床面の気圧値又は高度の差分間隔に基づいて、階高を推定する階高推定手段と
を有することを特徴とする管理装置。 - 前記床面推定手段の前記中心差分法は、2階中心差分法である
ことを特徴とする請求項1に記載の管理装置。 - 前記ログが気圧値を含む場合、
前記床面推定手段は、気圧値の度数分布又は確率分布における各差分値について、第1の所定値以上であり、且つ、当該差分値の前方(前進)差分値が第2の所定値以下である気圧値を、床面の気圧値として推定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の管理装置。 - 前記ログが高度を含む場合、
前記床面推定手段は、高度の度数分布又は確率分布における各差分値について、第1の所定値以上であり、且つ、当該差分値の後方(後進)差分値が第2の所定値以下である高度を、床面の高度として推定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の管理装置。 - 前記床面推定手段は、前方差分値又は後方差分値を第2の所定値と比較する場合、当該差分値を絶対値とする
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の管理装置。 - 前記床面推定手段は、度数分布又は確率分布に対して、中心差分法によって検出された気圧値又は高度について、当該気圧値又は高度の度数又は度数割合が第3の所定値以下となる気圧値又は高度を、床面の気圧値又は高度として推定する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の管理装置。 - 3つ以上の階高が検出された際に、1つの階高が他の階高のほぼ2倍となる場合に、当該階高を2分割する階高補間手段を更に有する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の管理装置。 - 前記ログには、測位情報が更に含まれており、
地図上の建物の所定地域範囲を記憶した地図情報記憶手段を更に有し、
前記分布算出手段は、前記測位情報が一致する所定地域範囲毎に、度数分布又は確率分布を算出する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の管理装置。 - 前記ログには、測位情報として、当該携帯端末が無線で接続する1つ以上の基地局の識別子が更に含まれており、
地図上の建物毎に、そこに位置する携帯端末が無線で接続する1つ以上の基地局の識別子を対応付けて記憶した地図情報記憶手段を更に有し、
前記分布算出手段は、前記基地局の識別子が一致又は所定数類似する所定地域範囲毎に、度数分布又は確率分布を算出する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の管理装置。 - 2つ以上の階高が検出された際に、気圧値が高い順に又は高度が低い順に、当該気圧値又は高度に階数を対応付けて記憶する階別階高記憶手段を更に有する
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の管理装置。 - 前記携帯端末からクエリとして気圧値又は高度及び測位情報を受信し、前記階別階高記憶手段を用いて前記測位情報に対応する地域範囲について、受信した気圧値又は高度から前記階数を特定し、該階数を前記携帯端末へ返信する階数特定手段を更に有する
ことを特徴とする請求項10に記載の管理装置。
- 多数の携帯端末から気圧値又は高度を含むログを収集する管理装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、
所定地域範囲毎に、多数のログの気圧値又は高度から、度数分布(気圧値又は高度毎のログ数)又は確率分布(気圧値又は高度毎のログ発生確率)を算出する分布算出手段と、
前記度数分布又は確率分布に対して差分法に基づく差分値を算出し、該差分値の分布から床面(フロアレベル)の気圧値又は高度を推定する床面推定手段と、
推定された2つ以上の床面の気圧値又は高度の差分間隔に基づいて、階高を推定する階高推定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。 - 多数の携帯端末から気圧値又は高度を含むログを収集する装置の階高推定方法であって、
所定地域範囲毎に、多数のログの気圧値又は高度から、度数分布(気圧値又は高度毎のログ数)又は確率分布(気圧値又は高度毎のログ発生確率)を算出する第1のステップと、
前記度数分布又は確率分布に対して差分法に基づく差分値を算出し、該差分値の分布から床面(フロアレベル)の気圧値又は高度を推定する第2のステップと、
推定された2つ以上の床面の気圧値又は高度の差分間隔に基づいて、階高を推定する第3のステップと
を有することを特徴とする階高推定方法。
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