JP6648654B2 - 移動ビーコンの位置推定システム - Google Patents
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例えば、歩行者である子供の現在位置情報を、この子供の親がリアルタイムで知りたいという要望がある。
即ち、歩行者の携帯端末は、全地球測位システム(例えばGPS)の衛星から自身に関する位置情報を受信し、且つ、受信した位置情報をデータセンターの送受信装置へ当該携帯端末のID情報と一緒に無線送信する。さらにデータセンターの送受信装置が、受信した位置情報を現在位置情報として家族の情報端末へ無線送信する。このとき、家族の情報端末にインストールされたアプリケーションに基づく地図画像が情報端末のディスプレイ上に表示されていれば、歩行者の現在位置がこの地図画像上に表示される。従って、子供(歩行者)の家族は、子供の現在位置情報をリアルタイムで知ることが可能である。
その一方で、電波を発信可能なビーコンは携帯端末より安価である。
そのため、ビーコンを歩行者に持たせて、このビーコンが発生する電波を利用して歩行者の現在位置を特定(推定)できれば、歩行者(及びその家族)の経済的な負担を大きくすることなく上記要望を実現できる。
移動体(P1)と一緒に移動可能であり、且つ、自身の識別情報であるビーコンID信号及び電波強度を表すリファレンス強度信号を含む電波を発信する発信部(24)、及び前記電波強度を所定の周期で変化させる強度調整部(22)を有するビーコン(20)と、
前記ビーコンが発信した電波を前記識別情報及び前記リファレンス強度信号と一緒に受信する端末側受信部(29)、受信した電波の実際の強度及び前記リファレンス強度信号に基づいて前記ビーコンID信号に対応する前記ビーコンと自身との距離である推定距離(L1、L2、L3)を算出する距離推定部(27)、並びに自身の識別情報である端末ID信号、自身の位置情報、前記ビーコンID信号、及び前記推定距離と一緒に電波を発信する端末側発信部(29)、を備える複数の距離推定用受信端末(25A)と、
複数の前記距離推定用受信端末が発信した前記端末ID信号、前記位置情報、前記ビーコンID信号、及び前記推定距離と一緒に受信する電波受信部(16)、及び複数の前記推定距離及び複数の前記位置情報に基づいて前記ビーコンの位置である推定位置(A−L−C)を求める位置推定部(16)、を備える位置推定装置(15)と、
を備え、
前記距離推定部が、前記ビーコンと前記距離推定用受信端末との距離が最も近いimmediately領域、前記ビーコンと前記距離推定用受信端末との距離が前記immediately領域より遠いnear領域、及び前記ビーコンと前記距離推定用受信端末との距離が前記near領域より遠いfar領域、の3つの領域の一つを前記推定距離として算出し且つ所定時間内に前記ビーコンから複数種類の前記リファレンス強度信号を受信したときに、前記各リファレンス強度信号に対応する電波強度の大きさに応じて前記3つの領域の範囲をそれぞれ変化させるように構成され、
前記位置推定部(16)が、前記各位置情報が表す位置をそれぞれ中心とし且つ該各位置から前記各推定距離だけ離れた領域を表す複数の環状帯又は円(C1、C2、C3)の互いに重なった領域である重なり推定領域(A−L)を求め且つ前記重なり推定領域の中から前記推定位置を求める(ステップ1402)ように構成されている。
例えば、スマートフォン、タブレットコンピュータ及びノート型パーソナルコンピュータを距離推定用受信端末として利用可能である。
本発明では、「所定時間」を短い時間にすることにより、実質的に同じ時刻においてビーコンが発信した互いに電波強度が異なる複数種類の電波に基づいて多様な種類の複数の環状帯又は円を構成する。そして位置推定部が、これらの環状帯又は円の互いに重なった領域である重なり推定領域を求め且つ重なり推定領域の中から推定位置を求める。
従って、位置推定部が求めたビーコンの推定位置は、ビーコンの現在位置をある程度の高さで表している可能性が高い。即ち、求めた推定位置とビーコンの実際の現在位置との誤差は小さい可能性が高い。
従って、例えばこのような方法によって重なり推定領域から移動体が位置する可能性が低い部分を除外し且つ残った領域の中から推定位置を求めれば、求めた推定位置と移動体の実際の現在位置との誤差をより小さくできる。
本実施形態の位置推定システム10は、図1に示すように、主要な構成要素として、データセンター15、ビーコン20、及びスマートフォン25A、25Bを備えている。
このネットワークは、通信事業者の通信網及びインターネット網を含んでいる。
スマートフォン25A、25Bは、通信事業者の基地局と無線通信(データ通信)を行う。この基地局は、通信事業者の通信網を介してインターネット網に接続されている。
情報処理装置16はインターネット網との間でデータ通信を行う。
さらに後述するように、スマートフォン25Aはビーコン20が発信した電波を受信可能である。
時間変化に応じた変化が最も小さい(実質的に変化しない)レイヤーは、上記地図データに基づく地図画像である。他のレイヤーは、時間変化に応じて変化する情報を表している。例えば、地図画像とは別の一つのレイヤーは、ビーコン20及びスマートフォン25A、25Bの位置情報を表している。
地図画像は互いに平行をなす2本の道路R1、R2の画像を含んでいる。さらに地図画像は、道路R1、R2に対して直交する道路R3、R4、R5、R6を含んでいる。これらの道路R1、R2、R3、R4、R5、R6はいずれも(自転車及び自動二輪車を含む)車両及び歩行者が通行可能である。
道路R1、R3は一点鎖線で描かれた中央分離線によって左側車線と右側車線とに区切られている。なお、車両は道路R1、R3の左側車線を通行する。道路R2、R4、R5、R6には中央分離線が存在しない。
道路R5は橋である。この道路R5の下方を、道路R1、R2と平行な川LVが流れている。
さらに地図画像には、複数の建物(家屋、ビル、工場など)BLの画像が含まれている。
従って、後述するように地図画像上におけるビーコン20の現在位置(推定位置A−L−C)及びスマートフォン25A、25Bの現在位置を求める場合、これらの現在位置は一つのグリッドに対応する位置となる。
ビーコン20の外形を構成するケース21の内部には、ICチップ22、バッテリ23、及びアンテナ24が設けられている。
そしてアンテナ24は、タイプ1の電波を、ビーコンID信号及びタイプ1に対応するリファレンス強度信号と一緒に発信する。同様にアンテナ24は、タイプ2の電波を、ビーコンID信号及びタイプ2に対応するリファレンス強度信号と一緒に発信する。同様にアンテナ24は、タイプ3の電波を、ビーコンID信号及びタイプ3に対応するリファレンス強度信号と一緒に発信する。
データセンター15の情報処理装置16及びスマートフォン25BのROMには、対象歩行者P1の氏名、年齢、住所等の情報が、ビーコンID信号と関連付けて記録されている。
スマートフォン25A、25Bの外形を構成するケース26の内部にはECU27、バッテリ28、無線通信用アンテナ29及びGPS用受信アンテナ30が設けられている。
さらにECU27は、各スマートフォン25A、25Bを他のスマートフォンと識別するための端末ID信号を、所定時間毎(例えば、1秒毎)に繰り返し生成可能である。
さらにECU27は、生成した端末ID信号をRAMに時系列的に記録する。
さらにECU27は、受信したビーコンID信号及びリファレンス強度信号をRAMに時系列的に記録する。
さらにECU27は、受信したGPS位置情報を、例えばGPS情報受信周期と同じ周期でRAMに時系列的に記録する。
さらに無線通信用アンテナ29は、基地局が発信した無線信号を受信可能である。
さらにスマートフォン25A、25Bの表面には、ECU27に接続された入力手段(図示略)が設けられている。この入力手段の形式は問わない。即ち、入力手段は、例えば、ケース26に対して相対移動可能な機械式ボタンであってもよいし、又は、ディスプレイ31の一部をなすタッチパネルであってもよい。
さらに、スマートフォン25Bは図4に示すように、対象歩行者P1の家族F(の一人)が所持している。
状態1:ビーコン20のバッテリ23及びスマートフォン25A、25Bのバッテリ28の容量がゼロではない。
状態2:スマートフォン25A、25Bの電源スイッチがON状態にある。
状態3:スマートフォン25BのECU27が歩行者位置表示用アプリケーションを読み込んでいる(換言すると、スマートフォン25Bのディスプレイ31に歩行者位置表示用アプリケーションの地図画像が表示されている)。
状態4:複数の歩行者P2がビーコン20を中心とする所定半径の円内(所定エリア)に位置する。
例えば、実強度がリファレンス強度より大幅に大きい場合は、ECU27は「推定距離はimmediately領域にある」と推定する。このimmediately領域は、ビーコン20とスマートフォン25Aとの距離が極めて近い領域である。
実強度がリファレンス強度より僅かに大きい場合は、ECU27は「推定距離はnear領域にある」と推定する。このnear領域は、ビーコン20とスマートフォン25Aとの距離が近く且つimmediately領域よりは遠い領域である。
実強度がリファレンス強度より小さい場合は、ECU27は「推定距離はfar領域にある」と推定する。このfar領域は、ビーコン20とスマートフォン25Aとの距離がnear領域よりも遠い領域である。
但し、実強度とリファレンス強度との大小関係と、3つの推定距離との関係は、この関係には限定されない。
(タイプ1)
immediately領域:1m以下
near領域:1mより大きく且つ3m以下
far領域:3mより大きく且つ10m以下
(タイプ2)
immediately領域:2m以下
near領域:2mより大きく且つ5m以下
far領域:5mより大きく且つ15m以下
(タイプ3)
immediately領域:2.5m以下
near領域:2.5mより大きく且つ8m以下
far領域:8mより大きく且つ20m以下
そしてECU27は、一つのGPS位置情報をRAMに記録するとき、このGPS位置情報がGPS用受信アンテナ30によって受信されたときのGPS情報受信周期の間にECU27が演算した推定距離、並びに、無線通信用アンテナ29が受信したビーコンID信号及びリファレンス強度信号を、このGPS位置情報とセットとしてRAMに記録する。上述のように、GPS情報受信周期はビーコン送信情報受信周期より長く、一つのGPS情報受信周期が経過する間に複数のビーコン送信情報受信周期が経過する。従って、一つのGPS位置情報と、複数の推定距離、複数のリファレンス強度信号、及び複数のビーコンID信号と、が一つのセットとしてRAMに記録される。なお、例えばGPS情報受信周期が1秒且つビーコン送信情報受信周期が100ミリ秒の場合は、一つのGPS位置情報と、10個の推定距離、10個のリファレンス強度信号、及び10個のビーコンID信号が一つのセットとしてRAMに記録される。以下、この一つのセットを「推定距離及びGPS情報セット」と称する。
各スマートフォン25から推定距離及びGPS情報セットを受信すると、複数の推定距離に関する情報に基づいて、情報処理装置16は、受信したビーコンID信号と対応するビーコン20(対象歩行者P1)の現在位置を、以下の原理に沿って推定する。
即ち、情報処理装置16は、スマートフォン25A−1を中心とし且つスマートフォン25A−1が算出した推定距離L1(far領域)の上限値を外径とし且つ下限値を内径とする環状帯C1と、スマートフォン25A−2を中心とし且つスマートフォン25A−2が算出した推定距離L2(far領域)の上限値を外径とし且つ下限値を内径とする環状帯C2と、が重なる仮推定領域A−2を求める。この仮推定領域A−2が、ビーコン20の現在位置が含まれると推定される範囲である。なお、例えば推定距離L1がimmediately領域の場合は、この推定距離L1の上限値を半径とする円C1と、環状帯C2と、が重なる領域が仮推定領域A−2となる。
これらの仮推定領域A−2は、ビーコン20が発信した同じ電波強度の無線信号に基づいて演算されたものである。そのため、これらの仮推定領域A−2の形状は互いにほぼ同一である。
即ち、情報処理装置16は、環状帯C1と、環状帯C2と、スマートフォン25A−3を中心とし且つスマートフォン25A−3が算出した推定距離L3の上限値を外径とし且つ下限値を内径とする環状帯C3(near領域)とが重なる仮推定領域A−3を求める。この仮推定領域A−3が、ビーコン20の現在位置が含まれると推定される範囲である。
仮推定領域A−3は、3つの推定距離に基づく領域であるため、仮推定領域A−2よりもビーコン20の現在位置をより正確に表している可能性が高い。
またこの場合も、通常情報処理装置16はセンター受信周期毎に3つのスマートフォン25Aから複数の推定距離を受信するので、センター受信周期毎に情報処理装置16は通常6つ以上の仮推定領域A−3を求める。
推定距離及びGPS情報セットを情報処理装置16に対して送信するスマートフォン25の数が多くなればなる程、情報処理装置16はビーコン20の現在位置が含まれると推定される範囲をより正確に求めることが可能となる。
従って、第二強度切換周期においてビーコン20が発信した無線信号及びリファレンス強度信号に基づいて各スマートフォン25Aが求めた推定距離を情報処理装置16が受信すると、図8及び図9に示すように、情報処理装置16は複数の仮推定領域A−2’、A−3’を演算する。
従って、この仮推定領域A−2’、A−3’の形状は仮推定領域A−2、A−3とは異なる可能性が高い。
従って、この仮推定領域A−2’’、A−3’’の形状は仮推定領域A−2’、A−3’とは異なっている可能性が高い。
しかし、この移動距離が2mよりも大幅に長くならない限り、第一強度切換周期、第二強度切換周期及び第三強度切換周期においてビーコン20が発信した各無線信号は、実質的に同じ時刻においてビーコン20が発信したものとして扱うことが可能である。
従って、情報処理装置16は、求めた重なり推定領域A−Lに対して以下のフィルタリング処理を実行する。
しかし、対象歩行者P1が川LVの中にいる可能性は低いと考えられる。さらに、ビーコン20のビーコンID信号が表す対象歩行者P1の住所とは異なる住所の建物BL内に対象歩行者P1がいる可能性も低いと考えられる。
そのため、情報処理装置16は重なり推定領域A−Lの中で川LV及び建物BLと重なる領域を重なり推定領域A−Lから排除した、排除後重なり領域A−L−eを演算する。この排除後重なり領域A−L−eは、図5にハッチングで示した領域である。
情報処理装置16によるフィルタリング処理は、このようにして実行される。
そして情報処理装置16は、図5に示すように、各ビーコン20推定位置A−CをビーコンID信号と関連付けてディスプレイ18上の一つのグリッドに表示させる。
そしてディスプレイ18は、例えばセンター受信周期と同じ周期で、対象歩行者P1の推定位置A−L−Cを繰り返し表示する。即ち、対象歩行者P1が移動すると、地図画像上の対象歩行者P1の位置が変化する。
そのため情報処理装置16は、受信した端末ID信号と対応するスマートフォン25A、25BのGPS位置情報に基づく位置を、ダイナミックマップDMの地図画像上に重ねて表示させる。即ち、地図画像上のGPS位置情報が表す位置に、対応するスマートフォン25A、25Bの位置が重ねて表示される。
従って、スマートフォン25Bのディスプレイ31を見た家族Fは、対象歩行者P1が現在どこにいるかをリアルタイムで認識できる。
しかしながら、理論上、重なり推定領域A−Lを求めるときに利用する仮推定領域A−2(A−3)、A−2’(A−3’)、及びA−2’’(A−3’’)の種類が多くなればなる程、重なり推定領域A−Lには、実際のビーコン20の位置から大きくずれた距離が含まれ難くなる。換言すると、重なり推定領域A−Lから求めた排除後重なり領域A−L−eの中心位置と、歩行者P1(ビーコン20)の現在位置との誤差が小さくなる。
従って、情報処理装置16が最終的に求めたビーコン20の推定位置A−L−Cは、ビーコン20の現在位置をある程度の高さで表している可能性が高い。即ち、求めた推定位置A−L−Cとビーコン20の実際の現在位置との誤差は小さい可能性が高い。
しかしビーコン20は各強度切換周期において複数回(例えば、ICチップ22が100ミリ秒毎に無線信号を生成し且つ強度切換周期が1秒の場合は10回)無線信号を発信する。
従って、地図画像が表す地域で雨が降っていても、各スマートフォン25Aが一つの強度切換周期においてビーコン20が発信した無線信号を受信できる可能性が高い。即ち、地図画像が表す地域で雨が降っていても、情報処理装置16がビーコン20の推定位置A−L−Cを演算できる可能性が高い。
但し、この場合に、GPS位置情報に基づいて情報処理装置16が演算したした2つのスマートフォン25A同士の直線距離が、このimmediately領域の上限値の2倍より長い場合は、少なくとも一つのスマートフォン25Aの演算結果に誤りがあると考えらえる。従って、この場合は、情報処理装置16はこの仮推定領域を除外して重なり推定領域A−Lを求めてもよい。
さらにICチップ22はステップ1202に進み、リファレンス強度信号を生成する。
さらにICチップ22はステップ1203に進み、ビーコンID信号及びリファレンス強度信号を一つのセットとして無線信号(電波)と一緒にアンテナ24から外部へ送信する。このときの無線信号の電波強度は、このリファレンス強度信号が表す大きさである。
ステップ1203の処理を終えたICチップ22は、本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1304でNoと判定した場合、ECU27は本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1306の処理を終えたECU27は本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1401でNoと判定した場合、情報処理装置16は本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1404の処理を終えた情報処理装置16は本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1501でNoと判定した場合、ECU27は本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1502でNoと判定した場合、ECU27は本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1503の処理を終えたECU27は本ルーチンを一旦終了する。
但し、自転車及び自動車の移動速度は対象歩行者P1及び歩行者P2より速い。そのため、ビーコン20及び/又は距離推定用情報端末が自動車及び/又は自転車と一緒に移動する場合は、ビーコン20のビーコン送信周期及び強度切換周期、距離推定用情報端末のビーコン送信情報受信周期及びGPS情報受信周期、並びに情報処理装置16のセンター受信周期を、上記実施形態より短くする必要がある。例えば、自動車の運転手が距離推定用情報端末を所持する場合は、自動車の一般的な速度(例えば50km/h)を歩行者の一般的な速度(例えば、0.6m/sec。即ち、2.16km/h)で割った値(例えば、「23」)で各周期を割った値をそれぞれの周期として用いる。このようにすれば、自動車の運転手が距離推定用情報端末を所持する場合であっても、第一強度切換周期、第二強度切換周期及び第三強度切換周期においてビーコン20が発信した各無線信号は、実質的に同じ時刻においてビーコン20が発信したものとして扱うことが可能となる。
この場合、例えば、距離推定用受信端末が自身の位置及び推定位置A−L−Cに基づいて自身の位置からビーコン20までの距離を演算し、且つ、この距離が所定の閾値距離より短いときに、距離推定用受信端末が車両に設けたスピーカーに作動信号を送ってもよい。この場合は、当該距離が閾値距離より短いときにスピーカーが警報を発することにより、車両の運転手に対して、近くに対象歩行者P1がいる旨の注意喚起を行える。
P1・・・対象歩行者(移動体)、P2・・・歩行者。
Claims (4)
- 移動体と一緒に移動可能であり、且つ、自身の識別情報であるビーコンID信号及び電波強度を表すリファレンス強度信号を含む電波を発信する発信部、及び前記電波強度を所定の周期で変化させる強度調整部を有するビーコンと、
前記ビーコンが発信した電波を前記識別情報及び前記リファレンス強度信号と一緒に受信する端末側受信部、受信した電波の実際の強度及び前記リファレンス強度信号に基づいて前記ビーコンID信号に対応する前記ビーコンと自身との距離である推定距離を算出する距離推定部、並びに自身の識別情報である端末ID信号、自身の位置情報、前記ビーコンID信号、及び前記推定距離と一緒に電波を発信する端末側発信部、を備える複数の距離推定用受信端末と、
複数の前記距離推定用受信端末が発信した前記端末ID信号、前記位置情報、前記ビーコンID信号、及び前記推定距離と一緒に受信する電波受信部、及び複数の前記推定距離及び複数の前記位置情報に基づいて前記ビーコンの位置である推定位置を求める位置推定部、を備える位置推定装置と、
を備え、
前記距離推定部が、前記ビーコンと前記距離推定用受信端末との距離が最も近いimmediately領域、前記ビーコンと前記距離推定用受信端末との距離が前記immediately領域より遠いnear領域、及び前記ビーコンと前記距離推定用受信端末との距離が前記near領域より遠いfar領域、の3つの領域の一つを前記推定距離として算出し且つ所定時間内に前記ビーコンから複数種類の前記リファレンス強度信号を受信したときに、前記各リファレンス強度信号に対応する電波強度の大きさに応じて前記3つの領域の範囲をそれぞれ変化させるように構成され、
前記位置推定部が、前記各位置情報が表す位置をそれぞれ中心とし且つ該各位置から前記各推定距離だけ離れた領域を表す複数の環状帯又は円の互いに重なった領域である重なり推定領域を求め且つ前記重なり推定領域の中から前記推定位置を求めるように構成された、
移動ビーコンの位置推定システム。 - 請求項1に記載の移動ビーコンの位置推定システムにおいて、
前記ビーコンの前記発信部が発信する電波の規格がBluetooth Low Energyである、
移動ビーコンの位置推定システム。 - 請求項1又は請求項2に記載の移動ビーコンの位置推定システムにおいて、
前記位置推定部が、
前記ビーコン及び複数の前記距離推定用受信端末が位置するエリアを表す地図データ、及び前記重なり推定領域に基づいて前記推定位置を求めるように構成された、
移動ビーコンの位置推定システム。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の移動ビーコンの位置推定システムにおいて、
前記位置推定装置が、
前記距離推定用受信端末とは別体の受信端末に対して、前記推定位置に関する情報を発信する電波発信部を有する、
移動ビーコンの位置推定システム。
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