JP6701642B2 - Position estimation system, position estimation device, position estimation method, and position estimation program - Google Patents
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Description
本発明は、位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムに関し、例えば、複数のセンサを用いた位置測定方法において、精度良く位置を推定する位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムに適用し得るものである。 The present invention relates to a position estimation system, a position estimation device, a position estimation method, and a position estimation program, for example, in a position measurement method using a plurality of sensors, a position estimation system, a position estimation device, and a position estimation device that accurately estimate the position. It is applicable to the method and the position estimation program.
例えば、屋外においては、GPS衛星と通信するGPS装置を有する歩行者の位置を推定することができるが、屋内やGPS衛星と通信できない場所においては、歩行者の位置を正確に推定することが難しい。このようなケースにおいて、歩行者の位置を推定する位置測定方法として、複数のセンサを利用して歩行者の位置を推定する歩行者自律航法(PDR:pedestrian dead reckoning)がある(非特許文献1参照)。 For example, it is possible to estimate the position of a pedestrian having a GPS device that communicates with GPS satellites outdoors, but it is difficult to accurately estimate the position of a pedestrian indoors or in a place that cannot communicate with GPS satellites. .. In such a case, as a position measuring method for estimating the position of a pedestrian, there is a pedestrian autonomous navigation (PDR: pedestrian dead reckoning) for estimating the position of a pedestrian using a plurality of sensors (Non-Patent Document 1). reference).
方向推定において、角速度センサ(ジャイロセンサ)から回転角を計算することができる。また、地球の北極を基準とした絶対的な方向を出す方法として電子コンパス(地磁気センサ)を利用する方法がある。進行方向の距離推定には加速度センサを用いるものがある。これらの推定結果を利用して歩行者の位置を測位する歩行者自律航法の技術がある。 In the direction estimation, the rotation angle can be calculated from the angular velocity sensor (gyro sensor). Further, there is a method of using an electronic compass (geomagnetic sensor) as a method of obtaining an absolute direction with respect to the North Pole of the earth. An acceleration sensor is used to estimate the distance in the traveling direction. There is a pedestrian autonomous navigation technology for positioning the position of a pedestrian using these estimation results.
しかしながら、方向推定において、加速度、角速度センサから回転角を計算することができるが、相対的な角度の変化量を累積する算出方法のため、誤差も常に累積され、精度が十分でない。さらに、地球の北極を基準とした絶対的な方向を出す方法として電子コンパス(地磁気センサ)を利用する方法があるが、鉄筋の建物内では金属の影響を受けて、精度が十分ではない。同様に、進行した距離の推定においても加速度センサから単純に計算すると精度が十分ではない。そのため、従来の歩行者デッドレコニングによる位置測位は、精度が十分ではなかった。 However, in the direction estimation, the rotation angle can be calculated from the acceleration and angular velocity sensors, but since the calculation method accumulates the relative angle change amount, the error is always accumulated and the accuracy is not sufficient. Furthermore, there is a method of using an electronic compass (geomagnetic sensor) as a method of obtaining an absolute direction with respect to the North Pole of the earth, but the accuracy is not sufficient due to the influence of metal in the building of the reinforcing bar. Similarly, in the estimation of the distance traveled, the accuracy is not sufficient if simply calculated from the acceleration sensor. Therefore, the conventional positioning based on pedestrian dead reckoning is not sufficiently accurate.
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、ターゲットノードの位置を精度良く推定する位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムが求められている。 Therefore, in view of the above problems, the present invention requires a position estimation system, a position estimation device, a position estimation method, and a position estimation program that accurately estimate the position of a target node.
かかる課題を解決するために、第1の本発明に係る位置推定システムは、送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定システムにおいて、(1)受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、受信ノードの第1の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第1の推定位置の移動平均値と現在の第1の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第1の推定位置の時系列変化を示す第1の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、(2)受信ノードにおける送信ノードからの受信電波の強度に基づいて受信ノードの第2の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第2の推定位置の移動平均値と現在の第2の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第2の推定位置の時系列変化を示す第2の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、(3)第1の位置変化情報と第2の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置を補正する位置補正手段とを備え、位置補正手段が、第1の位置変化情報の方向と第2の位置変化情報の方向との角度により、第1の推定位置を回転させて補正することを特徴とする。 In order to solve such a problem, the position estimation system according to the first aspect of the present invention is (1) provided in the reception node in the position estimation system for estimating the position of the reception node that receives the radio wave transmitted from the transmission node. The first estimated position of the receiving node is estimated based on the state change information and the absolute azimuth information detected by the inertial sensor, and the moving average value of the first estimated position before a predetermined number in the past and the current Inertia position estimating means for obtaining first position change information indicating time-series change of the first estimated position , which is vector information based on a difference from the moving average value at the first estimated position of (2) receiving node The second estimated position of the receiving node is estimated based on the intensity of the radio wave received from the transmitting node at, and the moving average value of the second estimated positions before a predetermined number in the past and the movement at the current second estimated position. Radio wave position estimation means for obtaining second position change information indicating time series change of the second estimated position , which is vector information based on the difference from the average value, and (3) first position change information and second position change information. Position correction means for comparing the position change information and correcting the current first estimated position and the past first estimated position according to the comparison result, and the position correction means It is characterized in that the first estimated position is rotated and corrected according to the angle between the direction of the position change information and the direction of the second position change information .
第2の本発明に係る位置推定装置は、送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定装置において、(1)受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、受信ノードの第1の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第1の推定位置の移動平均値と現在の第1の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第1の推定位置の時系列変化を示す第1の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、(2)受信ノードにおける送信ノードからの受信電波の強度に基づいて受信ノードの第2の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第2の推定位置の移動平均値と現在の第2の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第2の推定位置の時系列変化を示す第2の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、(3)第1の位置変化情報と第2の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置を補正する位置補正手段とを備え、位置補正手段が、第1の位置変化情報の方向と第2の位置変化情報の方向との角度により、第1の推定位置を回転させて補正することを特徴とする。 A position estimation device according to a second aspect of the present invention is a position estimation device that estimates the position of a reception node that receives a radio wave transmitted from a transmission node, (1) detected by an inertial sensor provided in the reception node, The first estimated position of the receiving node is estimated based on the state change information and the absolute azimuth information, and the moving average value of the past first estimated positions and the movement at the current first estimated position are calculated. Inertial position estimation means for obtaining first position change information indicating a time series change of the first estimated position , which is vector information based on a difference from the average value; and (2) reception radio waves from the transmission node at the reception node. A second estimation position of the receiving node is estimated based on the strength, and a vector based on the difference between the moving average value of the second estimated positions in the past and the current moving estimation value of the second estimated position. Radio wave position estimating means for obtaining second position change information indicating time series change of the second estimated position , which is information, and (3) comparing the first position change information and the second position change information, A position correction unit that corrects the current first estimated position and the past first estimated position according to the comparison result is provided , and the position correction unit determines the direction of the first position change information and the second position change information. The first estimated position is rotated and corrected according to the angle of the position change information with the direction .
第3の本発明に係る位置推定方法は、送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定方法において、(1)受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、受信ノードの第1の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第1の推定位置の移動平均値と現在の第1の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第1の推定位置の時系列変化を示す第1の位置変化情報を求め、(2)受信ノードにおける送信ノードからの受信電波の強度に基づいて受信ノードの第2の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第2の推定位置の移動平均値と現在の第2の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第2の推定位置の時系列変化を示す第2の位置変化情報を求め、(3)第1の位置変化情報と第2の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置を補正し、第1の位置変化情報の方向と第2の位置変化情報の方向との角度により、第1の推定位置を回転させて補正することを特徴とする。 A position estimation method according to a third aspect of the present invention is the position estimation method of estimating the position of a reception node that receives a radio wave transmitted from a transmission node, wherein (1) an inertial sensor provided in the reception node detects: The first estimated position of the receiving node is estimated based on the state change information and the absolute azimuth information, and the moving average value of the past first estimated positions and the movement at the current first estimated position are calculated. First position change information indicating time series change of the first estimated position , which is vector information based on the difference from the average value, is obtained, and (2) reception is performed based on the intensity of the reception radio wave from the transmission node at the reception node. The second estimated position of the node is estimated, and the vector information is based on the difference between the moving average value of the past second estimated positions and the moving average value of the current second estimated position . The second position change information indicating the time-series change of the estimated position of No. 2 is obtained, and (3) the first position change information and the second position change information are compared, and the current position is changed according to the comparison result. The first estimated position and the past first estimated position are corrected , and the first estimated position is rotated and corrected by the angle between the direction of the first position change information and the direction of the second position change information. characterized in that it.
第4の本発明に係る位置推定プログラムは、送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定プログラムにおいて、コンピュータを、(1)受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、受信ノードの第1の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第1の推定位置の移動平均値と現在の第1の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第1の推定位置の時系列変化を示す第1の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、(2)受信ノードにおける送信ノードからの受信電波の強度に基づいて受信ノードの第2の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第2の推定位置の移動平均値と現在の第2の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第2の推定位置の時系列変化を示す第2の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、(3)第1の位置変化情報と第2の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置を補正する位置補正手段として機能させ、位置補正手段が、第1の位置変化情報の方向と第2の位置変化情報の方向との角度により、第1の推定位置を回転させて補正することを特徴とする。
A position estimation program according to a fourth aspect of the present invention is a position estimation program for estimating the position of a reception node that receives a radio wave transmitted from a transmission node, wherein (1) an inertial sensor provided in the reception node detects a computer. The first estimated position of the receiving node is estimated based on the state change information and the absolute azimuth information, and the moving average value of the past first estimated positions and the current first estimation are calculated. Inertial position estimating means for obtaining first position change information indicating time series change of the first estimated position , which is vector information based on the difference from the moving average value at the position; and (2) from the transmitting node in the receiving node. The second estimated position of the receiving node is estimated based on the intensity of the received radio wave, and the difference between the moving average value of the second estimated position in the past and the moving average value of the current second estimated position is calculated. Radio wave position estimating means for obtaining second position change information indicating time-series change of the second estimated position , which is vector information based on (3) first position change information and second position change information. The position of the first position change information is compared with the position of the first position change information by making the position correction unit correct the current first estimated position and the past first estimated position according to the comparison result. It is characterized in that the first estimated position is rotated and corrected by the angle between the direction of the second position change information and the direction of the second position change information .
本発明によれば、ターゲットノードの位置を精度良く推定することができる。 According to the present invention, the position of a target node can be accurately estimated.
(A)第1の実施形態
以下では、本発明に係る位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムの第1の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a position estimation system, a position estimation device, a position estimation method, and a position estimation program according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(A−1)第1の実施形態の構成
図2は、第1の実施形態に係る通信システムの全体構成を示す全体構成図である。第1の実施形態に係る通信システム10は、複数(図2では4台)のアンカーノード2−1〜2−4、複数(図2では3台)のターゲットノード1−1〜1−3を有する。
(A-1) Configuration of First Embodiment FIG. 2 is an overall configuration diagram showing an overall configuration of a communication system according to the first embodiment. The
なお、以下では、全てのアンカーノードに共通する構成及び処理を説明するときにはアンカーノード2と表記する。また、全てのターゲットノードに共通する構成及び処理を説明するときにはターゲットノード1と表記する。
It should be noted that, in the following, the structure and processing common to all anchor nodes will be referred to as
通信システム10は、例えば、屋内に構築されたシステムを例示する。通信システム10は、屋外に構築されるものであっても良いが、GPS衛星との通信が困難な環境や、GPS機能による歩行者の位置を推定できない環境等において適用できる。
The
アンカーノード2は、例えば建物の屋内に設置されたノードであり、例えば、公衆又は専用に設けられた無線LANのアクセスポイント等を適用できる。アンカーノード2は、アンカーノード2の位置が既知であれば、屋内に固定されたものであっても良いし、移動可能なものであっても良い。
The
ターゲットノード1は、位置推定の対象とするノードであり、例えば、歩行者が所持する移動可能なノードを適用できる。ターゲットノード1は、無線通信機能を備える装置を備えるものであれば広く適用できる。より具体的に、ターゲットノード1は、スマートフォン、携帯電話機、携帯端末、ウェアラブル端末、乗り物(例えば、自動車、自転車、車いす、小型自動車等を含む概念)等に搭載されるノードがある。 The target node 1 is a node whose position is to be estimated, and for example, a movable node possessed by a pedestrian can be applied. The target node 1 can be widely applied as long as it has a device having a wireless communication function. More specifically, the target node 1 includes a node mounted on a smartphone, a mobile phone, a mobile terminal, a wearable terminal, a vehicle (for example, a concept including a car, a bicycle, a wheelchair, a small car, etc.) and the like.
第1の実施形態では、説明便宜上、ターゲットノード1が自ら情報を収集して、自らの位置を測位する方法を説明する。しかし、アンカーノード2が、ターゲットノード1の位置を測位する機能を有して、対象とするターゲットノード1の位置を推定し、推定した位置情報を含むパケットを対象のターゲットノード1に通信するようにしても良い。つまり、第1の実施形態では、位置推定システムがターゲットノード1に搭載される場合を例示するが、アンカーノード2が位置推定システムを搭載するようにしても良いし、位置推定システムの処理機能を、ターゲットノード1とアンカーノードとに分散的に配置するようにしても良い。
In the first embodiment, for convenience of explanation, a method in which the target node 1 collects information by itself and measures its own position will be described. However, the
図1は、第1の実施形態に係るターゲットノード1の内部構成を示す内部構成図である。なお、ターゲットノード1のハードウェア構成は図示しないが、例えば、CPU、ROM、RAM、EEPROM、入出力インタフェース、通信装置等を有する回路等を適用できる。 FIG. 1 is an internal configuration diagram showing an internal configuration of the target node 1 according to the first embodiment. Although the hardware configuration of the target node 1 is not shown, for example, a circuit having a CPU, a ROM, a RAM, an EEPROM, an input/output interface, a communication device, or the like can be applied.
図1において、ターゲットノード1は、位置推定部11、加速度センサ12、ジャイロセンサ13、地磁気センサ14、無線部15、バッテリ16を有する。また、ターゲットノード1は、推定した位置情報を表示する位置表示部17を有するようにしても良い。例えば、ターゲットノード1がスマートフォンとする場合には、スマートフォンの表示部を位置表示部17としても良い。
In FIG. 1, the target node 1 includes a position estimating unit 11, an
位置推定部11は、ターゲットノード1自身の位置を推定する機能部又は装置である。位置推定部11は、無線部15を通じてアンカーノード2から取得した位置情報と、ターゲットノード1自身が搭載する各種センサ(加速度センサ12、ジャイロセンサ13、地磁気センサ14)のセンサ情報とを用いて、自身の位置を推定するものである。位置推定部11は、ターゲットノード1のOS(オペレーティングシステム)上で起動するソフトウェア(例えば、アプリケーションプログラム)であっても良いし、ハードウェア構成により実現するものであっても良い。
The position estimation unit 11 is a functional unit or device that estimates the position of the target node 1 itself. The position estimation unit 11 uses the position information acquired from the
位置推定部11は、センサ位置推定部111、電波位置推定部112、位置補正手段としての統合位置推定部113を有する。
The position estimating unit 11 has a sensor position estimating unit 111, a radio wave
センサ位置推定部111は、加速度センサ12、ジャイロセンサ13、地磁気センサ14のそれぞれからセンサ情報を取得し、これらセンサ情報に基づいて位置を推定するものである。センサ位置推定部111は、推定結果を統合位置推定部113に与える。また、センサ位置推定部111は、センサ情報を用いた位置推定処理の際に誤差の蓄積を回避するために、統合位置推定部113から推定位置の修正量を取得し、次回の位置推定処理の際に、その修正量を用いて位置推定を行う。
The sensor position estimation unit 111 acquires sensor information from each of the
電波位置推定部112は、無線部15から取得したビーコン信号の受信電力値の情報に基づいて、ターゲットノード1自身の位置を推定するものである。電波位置推定部112は、推定結果を統合位置推定部113に与える。電波位置推定部112による位置情報の推定処理は、様々な方法を広く適用することができる。
The radio wave
例えば、電波位置推定部112が、受信電力値と距離(アンカーノード2とターゲットノード1との間の距離)との関係を示す変換テーブルを有しており、無線部15がアンカーノード2から受信したビーコン信号の受信電力値(RSSI)に基づいて、アンカーノード2とターゲットノード1との距離を推定する。また、複数のアンカーノード2からビーコン信号を受信したときには、各アンカーノード2とターゲットノード1との間のそれぞれの距離を用いて、最尤度推定法等により、確率的にターゲットノード1の位置情報を推定する方法を適用することができる。
For example, the radio wave
統合位置推定部113は、センサ位置推定部111からセンサ情報に基づく位置情報と、電波位置推定部112から電波の受信電力値に基づく位置情報とを統合して位置情報を修正するものである。統合位置推定部113が、センサ情報に基づく位置情報と、受信電力値に基づく位置情報とを統合して、位置情報を修正する処理については動作の項で詳細に説明する。
The integrated
また、統合位置推定部113は、センサ情報に基づく位置情報に、計算した位置情報の修正量を加え、修正後の位置情報を位置表示部17に表示する。
Further, the integrated
さらに、統合位置推定部113は、計算した位置情報の修正量を、センサ位置推定部111にフィードバックする。
Further, the integrated
無線部15は、既存の無線機の機能を備えるものである。無線部15は、電力測定部151を有しており、受信電波(ビーコン信号)の受信電力値を測定し、その測定結果を電波位置推定部112に与える。なお、無線部15は、送信部152を備えるようにしても良い。これは、ターゲットノード1が推定した位置情報をアンカーノード2に伝達する場合に、送信部152が推定した位置情報を含む情報を送信する。
The
加速度センサ12は、加速度を取得する機能を備える慣性センサである。加速度センサ12は、ターゲットノード1の加速度を計測し、その加速度の情報をセンサ位置推定部111に与える。なお、加速度センサ12の種類や方式は、特に限定されるものではなく、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を応用したものなどを適用できる。
The
ジャイロセンサ13は、角速度を取得する機能を備える慣性センサである。ジャイロセンサ13は、ターゲットノード1の角速度を計測し、その角速度の情報をセンサ位置推定部111に与える。なお、ジャイロセンサ13の種類や方式は、特に限定されるものではなく、例えば、MEMS技術を応用したものなどを適用できる。
The
ここで、特許請求の範囲に記載の「状態変化情報」は、加速度センサ12により得られた加速度、ジャイロセンサ13により得られた角速度を含むものである。つまり、状態変化情報は、移動速度の変位や回転角度の変位等のように、慣性により得られたターゲットノード1の状態の変化に関する情報を意図している。
Here, the “state change information” described in the claims includes the acceleration obtained by the
地磁気センサ14は、いわゆる電子コンパスと呼ばれるものであり、地磁気から北の方向を基準とする絶対座標系の方位の情報を取得する機能を備え、ターゲットノード1の方位の情報をセンサ位置推定部111に与える。
The
バッテリ16は、ターゲットノード1に搭載される機器に電源を供給する電源部であり、例えば、汎用的な2次電池等を適用できる。
The
位置表示部17は、位置情報を表示するものである。位置表示部17は、ターゲットノード1本体が備えるものであっても良いし、インタフェースを介して接続された外部の表示部であっても良い。なお、位置表示部17は、ターゲットノード1が備えるものでなくても良い。例えば、位置表示部22(図3参照)はアンカーノード2が有するものであっても良く、ターゲットノード1が、パケット通信によって通信した位置情報を、アンカーノード2の位置表示部22に表示されるようにしても良い。
The
図3は、第1の実施形態に係るアンカーノード2の内部構成を示す内部構成図である。
FIG. 3 is an internal configuration diagram showing an internal configuration of the
図3において、第1の実施形態のアンカーノード2は、無線部21を有する。
In FIG. 3, the
無線部21は、ビーコン信号を送信するビーコン送信部211を有する。
The
ビーコン送信部211は、定期的、あるいは不定期であっても、ビーコン信号を送信するものである。ビーコン信号は、パケットで送信されるものであっても良いし、連続波(キャリア)で送信するものであっても良い。
また、無線部21は、ターゲットノード1から、位置情報を含むパケットを受信するような場合には、パケットを受信する受信部212を備えるようにしても良い。受信部212は、受信パケットに含まれる位置情報を位置表示部22に与えて位置情報を表示する。その場合、アンカーノード2は、外部接続の位置表示部22、あるいは、アンカーノード2の内部に搭載された位置表示部22を備える。
Further, the
図4は、ターゲットノード1が受信するビーコン信号の受信を説明する説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating reception of a beacon signal received by the target node 1.
図4に示すように、各歩行者はターゲットノード1を所持している。アンカーノード2−1〜2−4は定期的あるいは不定期にビーコン信号を送信し、ターゲットノード1がビーコン信号を受信する。 As shown in FIG. 4, each pedestrian carries the target node 1. The anchor nodes 2-1 to 2-4 regularly or irregularly transmit beacon signals, and the target node 1 receives the beacon signals.
ここで、ビーコン信号には、アンカーノード2の識別情報、アンカーノード2の位置情報が少なくとも含まれている。なお、ターゲットノード1に位置推定システム(位置推定プログラムに係るファイルデータ)をインストールするときに、アンカーノード2の位置情報が既知である場合には、アンカーノード2の位置情報はビーコン信号に含める必要はない。この場合、ビーコン信号は、パケットではなく、連続波であっても良い。ターゲットノード1はアンカーノード2−1〜2−4から位置情報を取得でき、さらに、ターゲットノード1が受信電力値を測定できるため、位置推定部11は、アンカーノード2の位置情報及び受信電力値を利用して位置を推定することができる。
Here, at least the identification information of the
図4の例では、4台のアンカーノード2−1〜2−4の位置情報及び受信電力値を利用して、ターゲットノード1が自身の位置を推定する。ビーコン信号は、不定期である場合があり、さらに、ターゲットノード1は移動する。そのため、遅延が大きい場合に、アンカーノード2の位置情報及び受信電力値を利用して位置推定すると、推定位置の精度が下がる。よって、予め定めた単位時間内に取得した受信電力値に基づいて、ターゲットノード1の位置推定部11が位置を推定する。単位時間に同じアンカーノード2から受信したビーコン信号が複数ある場合には、それらを全て位置推定の計算に利用してもよい。
In the example of FIG. 4, the target node 1 estimates its own position using the position information and the received power values of the four anchor nodes 2-1 to 2-4. Beacon signals may be irregular, and the target node 1 also moves. Therefore, when the delay is large, if the position estimation is performed using the position information and the received power value of the
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態に係る通信システム10における位置推定処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A-2) Operation of First Embodiment Next, the operation of the position estimation processing in the
電波の受信電力値に基づく位置推定処理は、各場所での測位の精度は悪いが、移動平均をとることで大局的な進行方向としては一定の精度が信頼できる。一方、センサ情報に基づく位置推定の精度は、推定の開始時は高い。しかし、誤差が生じたときに、時間経過と共に誤差が蓄積するため、位置推定の精度が悪くなってしまう。これらの性能的な特性を考慮して、第1の実施形態は、電波による推定位置とセンサ情報による推定位置とをハイブリッドさせた位置推定を行う。 The position estimation processing based on the received power value of the radio wave has poor positioning accuracy at each location, but by taking the moving average, a certain accuracy can be relied upon as a global traveling direction. On the other hand, the accuracy of position estimation based on sensor information is high at the start of estimation. However, when an error occurs, the error accumulates with the lapse of time, and the accuracy of position estimation deteriorates. In consideration of these performance characteristics, the first embodiment performs position estimation by hybridizing an estimated position by radio waves and an estimated position by sensor information.
図5は、第1の実施形態に係る通信システム10における位置推定処理の概要を説明する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an overview of the position estimation process in the
第1の実施形態に係る位置推定部11は、アンカーノード2からの電波に基づく推定位置に対して例えば移動平均値をとり大局的な進行方向を推定する(ステップS1)。なお、この実施形態では、移動平均をとることで大局的な進行方向を推定する場合を例示するが、例えば、電波受信時の情報等に応じて重みを変化させた移動平均を行うようにしても良い。 The position estimation unit 11 according to the first embodiment estimates a global traveling direction by taking, for example, a moving average value with respect to the estimated position based on the radio wave from the anchor node 2 (step S1). In this embodiment, the case of estimating the overall traveling direction by taking the moving average is exemplified, but, for example, the moving average in which the weight is changed according to the information at the time of radio wave reception is performed. Is also good.
位置推定部11は、センサ情報に基づく推定位置に対して、例えば移動平均値をとり大局的な進行方向を推定する(ステップS2)。 The position estimating unit 11 estimates a global traveling direction by taking, for example, a moving average value with respect to the estimated position based on the sensor information (step S2).
位置推定部11は、これらの推定位置(電波に基づく推定位置の大局的な進行方向と、センサ情報に基づく推定位置の大局的な進行方向)を比較し、そのずれが一定値を超えた場合には、電波に基づく推定位置が正しいと判断し、それぞれの進行方向ベクトルの角度から回転の修正量を計算する。その計算した回転量に基づいて、センサ情報に基づく推定位置を修正する(ステップS3)。 The position estimation unit 11 compares these estimated positions (the general traveling direction of the estimated position based on the radio wave and the general traveling direction of the estimated position based on the sensor information), and when the deviation exceeds a certain value. , The estimated position based on the radio wave is determined to be correct, and the rotation correction amount is calculated from the angle of each traveling direction vector. The estimated position based on the sensor information is corrected based on the calculated rotation amount (step S3).
図6は、第1の実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである。図6では、電波位置推定部112による処理と、センサ位置推定部111による処理と、統合位置推定部113による処理とを分けて示している。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the position estimation processing according to the first embodiment. In FIG. 6, the process by the radio wave
電波位置推定部112は、無線部15により測定された電波の受信電力値に基づいて、ターゲットノード1の推定位置を計算する(ステップS101)。例えば、電波による位置の推定は、最尤推定法を利用するようにしても良い。推定された位置は、(X座標、Y座標)のような形式で表現される。なお、推定位置は2次元で表現しても良いし、3次元で表現しても良い。
The radio wave
電波位置推定部112が、統計的手法を用いて、推定位置を計算する例を説明する。ここでは、統計的手法として例えば最尤推定を用いた例を示す。
An example in which the radio wave
推定位置(x^,y^,z^)は、式(1)に示すように、l(x,y,z)を最大にするときのx,y,zを計算することによって求めることができる。
さらに、l(x,y,z)は、式(2)(3)に示すことができる。
式(2)、式(3)において、α、βは、電波伝搬の環境により経験的に決まる値である。Nは、単位時間内に取得した受信電力値の情報数である。 In Expressions (2) and (3), α and β are values empirically determined by the environment of radio wave propagation. N is the number of pieces of information of the received power value acquired within the unit time.
情報は、受信したパケットに格納されたアンカーノード2の位置座標と、このときに受信した電波の受信電力値Pnから、(xn,yn,zn,Pn)として表すことができる。
The information can be represented as (x n , y n , z n , P n ) from the position coordinates of the
電波位置推定部112は、上記のようにして計算した時系列の推定位置(x,y)について(説明便宜上、2次元で表現しており、Z座標は省略する。)、過去Aポイントの移動平均値を求める(ステップS102)。
The radio wave
次に、電波位置推定部112は、B−1ポイント前の各移動平均値と、現時点の移動平均値とを用いてベクトルRを求める(ステップS103)。すなわち、電波位置推定部112は、現時点も含め過去Bポイントの移動平均値を用いて、ベクトルRを求める。移動平均値及びベクトルRを計算するための、Aの値及びBの値は、任意に設定することができる。
Next, the radio wave
図7は、移動平均値とベクトルRの計算を説明する説明図である。図7の例では、過去3ポイント(A=3の場合)のデータを利用して移動平均値を求め、B−1ポイント(B=5の場合)前と各移動平均値と、現時点の移動平均値とを用いてベクトルRを計算する場合を例示する。 FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating the calculation of the moving average value and the vector R. In the example of FIG. 7, the moving average value is obtained by using the data of the past 3 points (in the case of A=3), and the moving average value before B-1 point (in the case of B=5), each moving average value, and the current movement A case where the vector R is calculated using the average value will be exemplified.
電波位置推定部112は、電波による推定位置のX軸のデータは過去3ポイントで平均をとり、Y軸のデータについても過去3ポイントのデータで平均をとる。つまり、電波位置推定部112は、現時刻tの推定位置(x(t),y(t))、(x(t−1),y(t−1))、(x(t−2),y(t−2))からX軸データの平均値と、Y軸データの平均値を求める。
The radio wave
電波位置推定部112は、現時点の移動平均値と、4(=B−1)ポイント前までの各移動平均値とを用いてベクトルRを求める。
The radio wave
次に、センサ位置推定部111は、加速度センサ12からのセンサ情報を用いて推定位置を計算する(ステップS104)。 Next, the sensor position estimation unit 111 calculates the estimated position using the sensor information from the acceleration sensor 12 (step S104).
現時刻tにおける推定位置[x^(t)y^(t)]Tは、前回のターゲットノード1の位置と、ターゲットノード1の進行方向と、ターゲットノード1の進行距離とにより式(4)のように表すことができる。
式(4)において、D(t)は1ステップでターゲットノード1が進む距離である。Ψ(t)は、ターゲットノード1の進行方向であり、北極(北の方向)を基準とした角度となる。 In Expression (4), D(t) is the distance traveled by the target node 1 in one step. Ψ(t) is the traveling direction of the target node 1 and is an angle with the north pole (north direction) as a reference.
D(t)は、加速度センサ12からの出力を利用して(5)式より計算する。
式(5)において、αは比例定数である。この実施形態では、比例定数αをスピードファクタと呼ぶ。式(5)は、比例定数αに比例して、加速度センサ12の振動が激しいほど距離が進むことを意味する。つまり、加速度センサ12から現時刻tにおける出力(ax,ay,az)(ここでは、3軸出力としている。)から、加速度aの振動が大きいほど、ターゲットノード1の進行距離D(t)が大きいことを意味している。
In Expression (5), α is a proportional constant. In this embodiment, the proportional constant α is called a speed factor. Expression (5) means that the distance increases as the vibration of the
次に、Ψ(t)を計算する。ターゲットノード1は歩行者の身体に対して任意の姿勢で取り付けられることが想定される。そのため、ターゲットノード1の姿勢をオイラー角に従って回転させ、世界座標系での姿勢を変換する必要がある。 Next, Ψ(t) is calculated. It is assumed that the target node 1 is attached to the body of a pedestrian in any posture. Therefore, it is necessary to rotate the posture of the target node 1 according to the Euler angle to convert the posture in the world coordinate system.
端末(ターゲットノード1)の姿勢[Ψt θt φt]Tは、ジャイロセンサ13の出力[ωt ωt ωt]Tを利用して、下記式(6)、式(7)により計算することができる(オイラー角ZYX系の回転行列)。
(7)式の初期値である[Ψ0 θ0 φ0]Tは、地磁気センサ14の出力と加速度センサ12の出力とを利用して計算する。以下に、初期値である[Ψ0 θ0 φ0]Tの計算方法を説明する。
[Ψ 0 θ 0 φ 0 ] T , which is the initial value of the equation (7), is calculated using the output of the
ターゲットノード1が完全に静止しているとき、加速度センサ12は重力加速度gのみを加速度として検出する。このとき、加速度はロール角、ピッチ角、ヨー角を用いて(8)で示すことができる。
式(8)を解くことでロール角、ピッチ角は、式(9)、式(10)として表すことができる。
次に、ヨー角を求める。地磁気センサ14の出力(mx,my,mz)を変換すると式(11)となる。
(11)式からヨー角を計算することができる。
センサ位置推定部111により推定された位置は、電波による位置推定と同様に、例えば、(X座標,Y座標)のような2次元、あるいは、(X座標,Y座標,Z座標)3次元の形式で表現される。 The position estimated by the sensor position estimation unit 111 is, for example, two-dimensional (X coordinate, Y coordinate) or three-dimensional (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) as in the case of position estimation by radio waves. It is expressed in the form.
センサ位置推定部111は、図7の説明と同様にして、過去Zポイントの移動平均値を計算する(ステップS105)。さらに、センサ位置推定部111は、Wポイント前の各移動平均値(すなわち、現時点の移動平均値と、W−1ポイント前までの各移動平均値)を用いてベクトルPを求める(ステップS106)。 The sensor position estimation unit 111 calculates the moving average value of the past Z points in the same manner as described with reference to FIG. 7 (step S105). Further, the sensor position estimation unit 111 obtains the vector P by using each moving average value before W points (that is, the moving average value at the current time point and each moving average value up to W-1 points before) (step S106). ..
次に、統合位置推定部113は、電波による推定位置と、センサ情報による推定位置との情報を利用して修正した推定位置を出力する。より具体的には、統合位置推定部113は、ベクトルRとベクトルPとからベクトルの内角θを計算する(ステップS107)。
Next, the integrated
統合位置推定部113は角度θと閾値λとを比較し(ステップS108)、角度θが閾値λを超える場合には、統合位置推定部113は、角度θを用いて過去のセンサ情報による推定位置を修正する(ステップS109)。そして、統合位置推定部113は、修正したセンサ情報による推定位置を出力する。
The integrated
一方、角度θが閾値λを超えていない場合は(ステップS108)、統合位置推定部113は、修正なしのセンサの推定位置を出力する。
On the other hand, if the angle θ does not exceed the threshold λ (step S108), the integrated
図8は、第1の実施形態に係る統合位置推定部113による推定位置の角度の修正方法を説明する説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a method of correcting the angle of the estimated position by the integrated
図8において、現時点を含み過去Cポイントのデータについて、C−1ポイント前のデータを回転の起点として角度θを回転させる。例えば、C=5の場合、時刻t−4のデータを回転の起点とし、ベクトルPとベクトルR(図8にはベクトルRを図示していない。)との内角θを求める。そして、角度θが閾値λを超える場合、時刻t−4を起点として角度θだけ回転させる。これにより得たベクトルP´が、修正後の推定位置となる。 In FIG. 8, regarding the past C point data including the present time point, the angle θ is rotated with the data C-1 points before as the starting point of the rotation. For example, when C=5, the internal angle θ between the vector P and the vector R (the vector R is not shown in FIG. 8) is obtained using the data at time t-4 as the starting point of the rotation. Then, when the angle θ exceeds the threshold value λ, it is rotated by the angle θ starting from the time t-4. The vector P'obtained by this becomes the corrected estimated position.
さらに、ステップS109において、統合位置推定部113が推定位置の修正を行うと、修正量である角度θを、センサ位置推定部111にフィードバックさせる。
Further, in step S109, when the integrated
センサ位置推定部111は、統合位置推定部113からの修正量(角度θ)を用いて、式(13)によりセンサ情報による推定位置の値を修正する。次回のセンサ情報による推定位置を計算する際、センサ位置推定部111は、修正後の推定位置を用いて位置推定処理を行う。
(A−3)第1の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、時間の経過と共に累積されるセンサ情報による推定位置(角度)の誤差を、電波による推定位置の移動平均値を用いることで修正することができる。そのため、最終的な出力結果(推定位置)は、位置推定精度の向上が期待できる。
(A-3) Effect of First Embodiment As described above, according to the first embodiment, the error of the estimated position (angle) based on the sensor information accumulated with the passage of time is calculated from the estimated position based on the radio wave. It can be corrected by using the moving average value. Therefore, the final output result (estimated position) can be expected to improve the position estimation accuracy.
(B)第2の実施形態
次に、本発明に係る位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムの第2の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(B) Second Embodiment Next, a second embodiment of the position estimation system, the position estimation device, the position estimation method, and the position estimation program according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(B−1)第2の実施形態の構成及び動作
上述した第1の実施形態では、位置推定部11が、センサ情報による推定位置の累積する角度の誤差を修正する方法を説明した。
(B-1) Configuration and Operation of Second Embodiment In the above-described first embodiment, the position estimation unit 11 has described the method of correcting the error in the accumulated angle of the estimated position based on the sensor information.
これに対して、第2の実施形態は、センサ情報による推定位置の尺度の誤差を修正する方法を説明する。 On the other hand, the second embodiment will explain a method of correcting the error of the scale of the estimated position based on the sensor information.
第2の実施形態に係るターゲットノード1及びアンカーノード2の構成は、第1の実施形態に係る図1〜図3に示す構成と同一又は対応するものを適用できる。従って、第2の実施形態は、図1〜図3を参照しながら、センサ情報による推定位置の尺度を修正する方法を詳細に説明する。
The configurations of the target node 1 and the
図9は、第2の実施形態に係る通信システム10における位置推定処理の概要を説明する説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an overview of position estimation processing in the
第2の実施形態に係る位置推定部11は、アンカーノード2からの電波に基づく推定位置に対して例えば移動平均値をとり大局的な移動距離を推定する(ステップS5)。 The position estimating unit 11 according to the second embodiment estimates a global moving distance by taking, for example, a moving average value with respect to the estimated position based on the radio wave from the anchor node 2 (step S5).
位置推定部11は、センサ情報に基づく推定位置に対して移動平均値をとり大局的な移動距離を推定する(ステップS6)。 The position estimation unit 11 takes a moving average value for the estimated position based on the sensor information and estimates the global moving distance (step S6).
位置推定部11は、電波に基づく推定位置の大局的な移動距離と、センサ情報に基づく推定位置の大局的な移動距離とを比較し、そのずれが一定値を超えた場合には、電波に基づく推定位置が正しいと判断し、それぞれの進行方向ベクトルの長さから縮尺の修正量を計算する。その計算した縮尺に基づいて、センサ情報に基づく推定位置を修正する(ステップS7)。 The position estimation unit 11 compares the global movement distance of the estimated position based on the radio wave with the global movement distance of the estimated position based on the sensor information, and when the deviation exceeds a certain value, the radio wave is detected. The estimated position based on this is judged to be correct, and the scale correction amount is calculated from the length of each traveling direction vector. The estimated position based on the sensor information is corrected based on the calculated scale (step S7).
図10は、第2の実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである。図10では、電波位置推定部112による処理と、センサ位置推定部111による処理と、統合位置推定部113による処理とを分けて示している。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the position estimation processing according to the second embodiment. In FIG. 10, the process by the radio wave
図10において、電波位置推定部112による処理は、図6に示すステップS101〜ステップS103の処理と同様の処理である。つまり、電波位置推定部112は、電波による推定位置を計算する。電波位置推定部112は、計算された時系列の推定位置(X,Y)について、過去Aポイントの移動平均値を求める。さらに、電波位置推定部112は、現時点を含めBポイント前の各移動平均値を用いてベクトルRを求める。
In FIG. 10, the process by the radio wave
また、センサ位置推定部111による処理は、図6に示すステップS104〜S106の処理と同様の処理である。つまり、センサ位置推定部111は、センサ情報による推定位置を計算する。センサ位置推定部111は、計算された時系列の推定位置(X,Y)について、過去Zポイントの移動平均値を求める。さらに、センサ位置推定部111は、現時点も含めWポイント前の各移動平均値を用いてベクトルPを求める。 Further, the processing by the sensor position estimating unit 111 is the same as the processing of steps S104 to S106 shown in FIG. That is, the sensor position estimation unit 111 calculates the estimated position based on the sensor information. The sensor position estimation unit 111 obtains a moving average value of past Z points for the calculated time-series estimated position (X, Y). Further, the sensor position estimation unit 111 obtains the vector P using each moving average value before the W point including the present time.
次に、統合位置推定部113は、電波による推定位置とセンサ情報による推定位置の情報を利用して修正した推定位置を出力する。つまり、統合位置推定部113は、ベクトルRとベクトルPとのベクトルの長さの比を計算し、これを尺度(縮尺)Zとする(ステップS201)。
Next, the integrated
統合位置推定部113は、尺度Zと閾値ωとを比較し、尺度Zが閾値ωを超えた場合には(ステップS202)、尺度Zを用いて過去のセンサ情報による推定位置を修正する(ステップS203)。そして、統合位置推定部113は、修正したセンサ情報による推定位置を出力する。
The integrated
一方、尺度Zが閾値ωを超えていない場合には(ステップS202)、統合位置推定部113は、修正なしのセンサの推定位置を出力する。
On the other hand, when the scale Z does not exceed the threshold value ω (step S202), the integrated
図11は、第2の実施形態に係る統合位置推定部113による推定位置の尺度の修正方法を説明する説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a method of correcting the estimated position scale by the integrated
図11において、現時点を含み過去Cポイントのデータについて、C−1ポイント前のデータを回転の起点として尺度(ベクトルの長さ)を拡大したり、縮小したりする。例えば、C=5の場合、時刻t−4のデータを回転の起点とし、ベクトルPとベクトルR(図8にはベクトルRを図示していない。)との長さの比(ベクトルR/ベクトルP)を求め、その結果を尺度Zとする。そして、尺度Zが閾値ωを超える場合、時刻t−4を起点として、尺度Zに基づいてベクトルPの長さを拡大したり、縮小したりする。つまり、ベクトルPの長さに尺度Zを乗じる。これにより得たベクトルP´が、修正後の推定位置となる。 In FIG. 11, with respect to the past C point data including the current time point, the scale (vector length) is enlarged or reduced with the data C-1 points before as the starting point of the rotation. For example, when C=5, the data at time t-4 is used as the starting point of rotation, and the ratio of the lengths of the vector P and the vector R (the vector R is not shown in FIG. 8) (vector R/vector). P) and obtain the result as a scale Z. Then, when the scale Z exceeds the threshold value ω, the length of the vector P is enlarged or reduced based on the scale Z, starting from the time t-4. That is, the length of the vector P is multiplied by the scale Z. The vector P'obtained by this becomes the corrected estimated position.
さらに、ステップS203において、統合位置推定部113が推定位置の修正を行うと、修正量である尺度Zを、センサ位置推定部111にフィードバックさせる。
Further, in step S203, when the integrated
センサ位置推定部111は、統合位置推定部113からの修正量(尺度Z)を用いて、式(14)によりスピードファクタαの値を修正する。次回のセンサ情報による推定位置を計算する際、センサ位置推定部111は、修正後のスピードファクタαを用いて位置推定処理を行う。
(B−2)第2の実施形態の効果
以上のように、第2の実施形態によれば、時間の経過とともに累積されるセンサ情報による推定位置の尺度の誤差を、電波による推定位置の移動平均の情報を用いることで修正することができる。そのため、最終的な出力結果は位置推定精度の向上が期待できる。
(B-2) Effect of Second Embodiment As described above, according to the second embodiment, the error of the scale of the estimated position based on the sensor information accumulated with the passage of time is used to calculate the movement of the estimated position by radio waves. It can be corrected by using the average information. Therefore, the final output result can be expected to improve the accuracy of position estimation.
(C)他の実施形態
(C−1)上述した第1及び第2の実施形態では、電波位置推定部が電波による位置推定処理を常時行い、統合位置推定部が、電波による推定位置とセンサ情報による推定位置の移動平均値を用いて、センサ情報による推定位置を補正する場合を例示した。
(C) Other Embodiments (C-1) In the above-described first and second embodiments, the radio wave position estimation unit always performs the position estimation process by the radio wave, and the integrated position estimation unit calculates the radio wave estimated position and the sensor. The case where the estimated position based on the sensor information is corrected using the moving average value of the estimated position based on the information is illustrated.
しかし、電波による位置推定処理は、受信電力値が高い場所ほど、推定位置の精度が高くなる特性がある。そのため、アンカーノードの近傍を歩行者が通過しときのみ、センサ情報により推定した位置を補正するという方法も有効である。この方法により、電波による位置推定処理が、単純化するというメリットもある。 However, the position estimation process using radio waves has a characteristic that the accuracy of the estimated position becomes higher as the received power value becomes higher. Therefore, it is also effective to correct the position estimated by the sensor information only when the pedestrian passes near the anchor node. This method also has the advantage of simplifying the position estimation process using radio waves.
図12は、変形実施形態に係る位置推定処理の概要を説明する説明図である。 FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an overview of the position estimation process according to the modified embodiment.
図13及び図14は、変形実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである。図13は、センサ情報による推定位置の角度を修正する場合の処理動作を示すフローチャートである。図14は、センサ情報による推定位置の尺度を修正する場合の処理動作を示すフローチャートである。 13 and 14 are flowcharts showing the operation of the position estimation processing according to the modified embodiment. FIG. 13 is a flowchart showing the processing operation when correcting the angle of the estimated position based on the sensor information. FIG. 14 is a flowchart showing a processing operation when the scale of the estimated position based on the sensor information is modified.
図12において、歩行者はアンカーノード2−1の近傍を通過し、さらに、アンカーノード2−3の近傍を通過したとする。 In FIG. 12, it is assumed that the pedestrian passes near the anchor node 2-1 and further passes near the anchor node 2-3.
このとき、ターゲットノード1の位置推定部11において、電波位置推定部112は、アンカーノード2から受信した電波の受信電力値が高い場合、すなわち受信した電波の受信電力値が閾値を超える場合、電波による推定位置をリセットするリセットポイントとする。つまり、電波位置推定部112は、受信電力値が閾値を超える場合、電波による推定位置をリセットするリセット機能と、所定の単位時間内でビーコン信号の受信の有無を確認するためのタイマーをリセットするタイマーリセット機能とを備えるようにしても良い。
At this time, in the position estimation unit 11 of the target node 1, the radio wave
例えば、歩行者がアンカーノード2−1の近傍を通過し、受信電力値が閾値を超える場合、電波位置推定部112は、推定位置をリセットすると共に、単位時間を計時するタイマーをリセットする。ここで、ターゲットノード1がアンカーノード2−1を通過した時点(すなわち、推定位置をリセットした時点)を前回のリセットポイントとする。
For example, when a pedestrian passes near the anchor node 2-1 and the received power value exceeds the threshold value, the radio wave
次に、歩行者がアンカーノード2−3の近傍を通過し、受信電力値が閾値を超えた場合、電波位置推定部112は、推定位置をリセットすると共にタイマーをリセットする(ステップS301)。今回のターゲットノード1がアンカーノード2−1を通過した時点(すなわち、推定位置をリセットした時点)を今回のリセットポイントとする。
Next, when the pedestrian passes near the anchor node 2-3 and the received power value exceeds the threshold value, the radio wave
ここで、アンカーノード2−1及びアンカーノード2−3の位置は既知である。そのため、前回のリセットポイントの座標(位置情報)と、今回のリセットポイント(現在の位置)の座標(位置情報)とに基づいて、電波位置推定部112はベクトルRを計算する(ステップS302)。つまり、電波位置推定部112が、前回のリセットポイントの座標と今回のリセットポイントの座標との相対位置から位置変化情報を計算する相対位置変化情報計算部を有する。
Here, the positions of the anchor node 2-1 and the anchor node 2-3 are known. Therefore, the radio wave
このように、受信電力値が十分に高い場合に、電波位置推定部が推定位置をリセットし、前回のリセットポイントの位置情報と今回のリセットポイントの位置情報との相対座標に基づいてベクトルRを計算することで、電波による位置推定処理の負荷を軽減することができる。 In this way, when the received power value is sufficiently high, the radio wave position estimation unit resets the estimated position, and the vector R is calculated based on the relative coordinates between the position information of the previous reset point and the position information of the current reset point. The calculation can reduce the load of position estimation processing by radio waves.
(C−2)上述した第1の実施形態では、センサ情報による推定位置の角度の誤差を修正する場合、第2の実施形態では、センサ情報による推定位置の尺度の誤差を修正する場合をそれぞれ説明した。第1の実施形態と第2の実施形態を組み合わせるようにしても良い。つまり、センサ情報による推定位置の角度と尺度の誤差の双方を同時に修正するようにしても良い。 (C-2) In the above-described first embodiment, the case where the error in the angle of the estimated position based on the sensor information is corrected, and in the second embodiment, the case where the error in the scale of the estimated position based on the sensor information is corrected, respectively. explained. You may make it combine 1st Embodiment and 2nd Embodiment. That is, both the angle of the estimated position and the error of the scale based on the sensor information may be corrected at the same time.
(C−3)上述した第1の実施形態では、地磁気センサを用いるものとして説明しているが、地磁気センサを省略することもできる。その場合は、地磁気センサの出力から得られる値として任意の位置情報を与えておき、上述のリセットリセットのタイミング等で電波による推定位置により更新すれば、それ以降は同様に動作することができる。特許請求の範囲に記載の「絶対方位情報」は、地磁気センサにより得られる絶対方位情報に限定されるものではなく、受信ノードの絶対方位を示す情報として設定されたものでもよい。 (C-3) In the above-described first embodiment, the geomagnetic sensor is used, but the geomagnetic sensor may be omitted. In that case, if arbitrary position information is given as a value obtained from the output of the geomagnetic sensor and the position is updated by the estimated position by radio waves at the above-mentioned reset reset timing, the same operation can be performed thereafter. The “absolute azimuth information” described in the claims is not limited to the absolute azimuth information obtained by the geomagnetic sensor, but may be set as information indicating the absolute azimuth of the receiving node.
(C−4)特許請求の範囲に記載の「第1の位置変化情報」は、第1及び第2の実施形態で説明したベクトルPを含むものであり、「第2の位置変化情報」は、第1及び第2の実施形態で説明したベクトルRを含むものである。 (C-4) The "first position change information" described in the claims includes the vector P described in the first and second embodiments, and the "second position change information" is , The vector R described in the first and second embodiments is included.
10…通信システム、1…ターゲットノード、11…位置推定部、111…センサ位置推定部、112…電波位置推定部、113…統合位置推定部、12…加速度センサ、13…ジャイロセンサ、14…地磁気センサ、15…無線部、151…電力測定部、2…アンカーノード、21…無線部、211…ビーコン送信部、17及び22…位置表示部。 10... Communication system, 1... Target node, 11... Position estimation part, 111... Sensor position estimation part, 112... Radio wave position estimation part, 113... Integrated position estimation part, 12... Acceleration sensor, 13... Gyro sensor, 14... Geomagnetism Sensor, 15... Wireless unit, 151... Power measuring unit, 2... Anchor node, 21... Wireless unit, 211... Beacon transmitting unit, 17 and 22... Position display unit.
Claims (7)
上記受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、上記受信ノードの第1の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第1の推定位置の移動平均値と現在の上記第1の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第1の推定位置の時系列変化を示す第1の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、
上記受信ノードにおける上記送信ノードからの受信電波の強度に基づいて上記受信ノードの第2の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第2の推定位置の移動平均値と現在の上記第2の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第2の推定位置の時系列変化を示す第2の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、
上記第1の位置変化情報と上記第2の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置を補正する位置補正手段と
を備え、
上記位置補正手段が、上記第1の位置変化情報の方向と上記第2の位置変化情報の方向との角度により、上記第1の推定位置を回転させて補正する
ことを特徴とすることを特徴とする位置推定システム。 In a position estimation system that estimates the position of the receiving node that receives the radio waves transmitted from the transmitting node,
The first estimated position of the receiving node is estimated based on the state change information and the absolute azimuth information detected by the inertial sensor provided in the receiving node, and at the same time, the first estimated position before the predetermined number in the past. Inertia for obtaining the first position change information indicating the time series change of the first estimated position , which is vector information based on the difference between the moving average value of the estimated position and the current moving average value at the first estimated position. Position estimation means,
The second estimated position of the receiving node is estimated based on the intensity of the radio wave received from the transmitting node at the receiving node, and the moving average value of the second estimated position before a predetermined number of past times and the present A radio wave position estimating means for obtaining second position change information indicating time series change of the second estimated position , which is vector information based on a difference from the moving average value at the second estimated position,
Position correction means for comparing the first position change information and the second position change information and correcting the present first estimated position and the past first estimated position according to the comparison result. equipped with a door,
It is characterized in that the position correcting means rotates and corrects the first estimated position according to an angle between the direction of the first position change information and the direction of the second position change information. Position estimation system.
上記慣性位置推定手段が、上記差分角度を用いて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置の推定誤差を修正する
ことを特徴とする請求項1に記載の位置推定システム。 When the difference angle between the direction of the first position change information and the direction of the second position change information exceeds a threshold value, the position correction means gives the difference angle to the inertial position estimation means,
The position estimation according to claim 1 , wherein the inertial position estimation means corrects the estimation error between the present first estimated position and the past first estimated position using the difference angle. system.
受信電波の強度が閾値を超えるときに、上記第2の推定位置をリセットする推定位置リセット部と、
前回のリセットポイントの推定位置と今回のリセットポイントの推定位置との相対位置から上記第2の位置変化情報を計算する相対位置変化情報計算部と
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の位置推定システム。 The radio wave position estimation means,
An estimated position reset unit that resets the second estimated position when the intensity of the received radio wave exceeds a threshold,
From the relative position between the estimated position and the estimated position of the current reset point of the last reset point of claim 1 to 3, characterized in that it comprises a relative position change information calculation unit for calculating the second position change information The position estimation system according to any one.
上記受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、上記受信ノードの第1の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第1の推定位置の移動平均値と現在の上記第1の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第1の推定位置の時系列変化を示す第1の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、
上記受信ノードにおける上記送信ノードからの受信電波の強度に基づいて上記受信ノードの第2の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第2の推定位置の移動平均値と現在の上記第2の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第2の推定位置の時系列変化を示す第2の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、
上記第1の位置変化情報と上記第2の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置を補正する位置補正手段と
を備え、
上記位置補正手段が、上記第1の位置変化情報の方向と上記第2の位置変化情報の方向との角度により、上記第1の推定位置を回転させて補正する
ことを特徴とする位置推定装置。 In a position estimation device that estimates the position of the receiving node that receives the radio waves transmitted from the transmitting node,
The first estimated position of the receiving node is estimated based on the state change information and the absolute azimuth information detected by the inertial sensor provided in the receiving node, and at the same time, the first estimated position before the predetermined number in the past. Inertia for obtaining the first position change information indicating the time series change of the first estimated position , which is vector information based on the difference between the moving average value of the estimated position and the current moving average value at the first estimated position. Position estimation means,
The second estimated position of the receiving node is estimated based on the intensity of the radio wave received from the transmitting node at the receiving node, and the moving average value of the second estimated position before a predetermined number of past times and the present A radio wave position estimating means for obtaining second position change information indicating time series change of the second estimated position , which is vector information based on a difference from the moving average value at the second estimated position,
Position correction means for comparing the first position change information and the second position change information and correcting the present first estimated position and the past first estimated position according to the comparison result. equipped with a door,
The position estimating device rotates and corrects the first estimated position according to an angle between the direction of the first position change information and the direction of the second position change information. ..
上記受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、上記受信ノードの第1の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第1の推定位置の移動平均値と現在の上記第1の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第1の推定位置の時系列変化を示す第1の位置変化情報を求め、
上記受信ノードにおける上記送信ノードからの受信電波の強度に基づいて上記受信ノードの第2の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第2の推定位置の移動平均値と現在の上記第2の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第2の推定位置の時系列変化を示す第2の位置変化情報を求め、
上記第1の位置変化情報と上記第2の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置を補正し、
上記第1の位置変化情報の方向と上記第2の位置変化情報の方向との角度により、上記第1の推定位置を回転させて補正する
ことを特徴とする位置推定方法。 In the position estimation method for estimating the position of the receiving node that receives the radio wave transmitted from the transmitting node,
The first estimated position of the receiving node is estimated based on the state change information and the absolute azimuth information detected by the inertial sensor provided in the receiving node, and at the same time, the first estimated position before the predetermined number in the past. First position change information indicating a time series change of the first estimated position , which is vector information based on a difference between the moving average value of the estimated positions and the current moving average value of the first estimated position,
The second estimated position of the receiving node is estimated based on the intensity of the radio wave received from the transmitting node at the receiving node, and the moving average value of the second estimated position before a predetermined number in the past and the current The second position change information indicating the time-series change of the second estimated position , which is vector information based on the difference from the moving average value at the second estimated position, is obtained.
The first position change information and the second position change information are compared, and the current first estimated position and the past first estimated position are corrected according to the comparison result,
A position estimation method comprising rotating and correcting the first estimated position according to an angle between the direction of the first position change information and the direction of the second position change information .
コンピュータを、
上記受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、上記受信ノードの第1の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第1の推定位置の移動平均値と現在の上記第1の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第1の推定位置の時系列変化を示す第1の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、
上記受信ノードにおける上記送信ノードからの受信電波の強度に基づいて上記受信ノードの第2の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第2の推定位置の移動平均値と現在の上記第2の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第2の推定位置の時系列変化を示す第2の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、
上記第1の位置変化情報と上記第2の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第1の推定位置及び過去の上記第1の推定位置を補正する位置補正手段と
して機能させ、
上記位置補正手段が、上記第1の位置変化情報の方向と上記第2の位置変化情報の方向との角度により、上記第1の推定位置を回転させて補正する
ことを特徴とする位置推定プログラム。 In the position estimation program that estimates the position of the receiving node that receives the radio waves transmitted from the transmitting node,
Computer,
The first estimated position of the receiving node is estimated based on the state change information and the absolute azimuth information detected by the inertial sensor provided in the receiving node, and at the same time, the first estimated position before the predetermined number in the past. Inertia for obtaining the first position change information indicating the time series change of the first estimated position , which is vector information based on the difference between the moving average value of the estimated position and the current moving average value at the first estimated position. Position estimation means,
The second estimated position of the receiving node is estimated based on the intensity of the radio wave received from the transmitting node at the receiving node, and the moving average value of the second estimated position before a predetermined number of past times and the present A radio wave position estimating means for obtaining second position change information indicating time series change of the second estimated position , which is vector information based on a difference from the moving average value at the second estimated position,
Position correction means for comparing the first position change information and the second position change information and correcting the present first estimated position and the past first estimated position according to the comparison result. And let it work ,
A position estimating program, wherein the position correcting means rotates and corrects the first estimated position according to an angle between the direction of the first position change information and the direction of the second position change information. ..
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