JP6800377B2 - 測位装置、測位方法及び測位システム - Google Patents
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Description
この技術では、媒体の特性又は仕様に応じて、測位装置が送信した電波の電波強度(Received Signal Strength Indication,RSSI)を利用して距離を推定する方式と、媒体の到来時間(Time of Arrival,TOA)を利用して距離を推定する方式とが用いられ、測位装置と測位対象との間の距離が推定される。そして、測位装置の位置と推定された距離とに基づき、測位対象の位置が推定される。
この発明は、位置の推定で生じる誤差を小さくすることを目的とする。
周辺に存在する位置が既知である複数の周辺装置それぞれを対象として、対象の周辺装置から、前記対象の周辺装置の位置を受信する通信部と、
前記通信部によって前記対象の周辺装置から受信された前記位置の確度である位置確度と、前記対象の周辺装置までの距離の確度である距離確度とにより計算される前記対象の周辺装置についての総合確度に基づき、前記複数の周辺装置のうち利用する1つ以上の周辺装置を選択する装置選択部と、
前記装置選択部によって選択された周辺装置から受信された前記位置と、選択された周辺装置までの距離とに基づき、位置を推定する位置推定部と
を備える。
***構成の説明***
図1を参照して、実施の形態1に係る測位システム100の構成を説明する。
測位システム100は、複数の測位装置10を備える。複数の測位装置10は、近傍に配置された場合には、無線LANとBluetooth(登録商標)とUWBといった方法により、通信することができる。
測位装置10は、コンピュータである。
測位装置10は、プロセッサ11と、メモリ12と、通信インタフェース13と、測距装置14とのハードウェアを備える。プロセッサ11は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
装置選択部21及び位置推定部22の機能は、ソフトウェアによって実現される。メモリ12には、装置選択部21及び位置推定部22の機能を実現するプログラムが格納されている。このプログラムは、プロセッサ11により読み込まれ、実行される。これにより、装置選択部21及び位置推定部22の機能が実現される。
なお、通信部23及び距離推定部24の機能も、装置選択部21及び位置推定部22の機能と同様に、ソフトウェアによって実現されてもよい。
図3から図10を参照して、実施の形態1に係る測位システム100の動作を説明する。
実施の形態1に係る測位システム100の動作は、実施の形態1に係る測位方法に相当する。また、実施の形態1に係る測位システム100の動作は、実施の形態1に係る測位プログラムの処理に相当する。
図3では、測位システム100は、測位装置10(a)から測位装置10(e)までの5台の測位装置10を備える。
ここでは、測位装置10(e)の位置を推定する例を説明する。測位装置10(a)から測位装置10(d)の位置は既知であるものとする。位置が既知であるとは、以下に説明する方法により位置が推定されている、又は、手作業といった何らかの方法で位置が特定されているという意味である。位置が既知である測位装置10(a)から測位装置10(d)のメモリ12には、自分自身の位置と、位置の確度である位置確度とが記憶されている。また、測位装置10(a)から測位装置10(d)は、測位装置10(e)の通信部23の通信範囲内にあるものとする。
ステップS101では、距離推定部24は、位置を推定する対象である測位装置10(e)までの距離を推定する。この際、距離推定部24は、測位装置10(e)の距離推定部24と連携して距離を推定してもよい。具体的には、距離推定部24は、無線LANとBluetooth(登録商標)とUWBと音波といった媒体を用いて、RSSI方式とTOA方式といった方式により距離が推定される。なお、距離推定部24は、AOA(Angle of Arrival)方式等により、測位装置10(e)の方角を推定してもよい。
ステップS201からステップS203では、通信部23は、通信範囲内にある位置が既に推定された測位装置10(a)から測位装置10(d)それぞれを対象の周辺装置に設定する。通信部23は、各対象の周辺装置から、対象の周辺装置の位置及び位置確度と、対象の周辺装置からの距離及び距離確度とを受信する。通信部23は、受信された位置及び位置確度と、距離及び距離確度とを装置選択部21に送信する。
通信部23は、全ての対象の周辺装置についての位置及び位置確度と距離及び距離確度とを装置選択部21に送信し終わると、処理をステップS204に進める。
具体的には、装置選択部21は、総合確度が高い順に、位置推定部22が位置を推定するために必要な数の周辺装置を選択する。位置を推定するために必要な数は、測位方式によって異なる。具体例としては、測位方式がTOA方式の場合には、位置が既知の測位装置10が3つ必要である。そのため、位置を推定するために必要な数は、3になる。つまり、装置選択部21は、測位方式がTOA方式の場合には、総合確度が高い順に、測位装置10(a)から測位装置10(d)のうち3つの測位装置10を選択する。
図6では、測位システム100は、測位装置10(a)から測位装置10(h)を備える。測位装置10(a)から測位装置10(c)は、位置が既知である。測位装置10(a)から測位装置10(c)は、測位装置10(d)から測位装置10(g)の通信部23の通信範囲内であり、測位装置10(h)の通信部23の通信範囲外である。測位装置10(d)から測位装置10(g)は、測位装置10(h)の通信部23の通信範囲内である。
ここでは、位置を推定するために必要な測位装置10の数は、3であるとする。位置確度及び距離確度は、値が小さいほど精度が高いことを意味する。なお、図6では、各測位装置10の符号の上に示された数値が、その測位装置10の位置確度を示している。
測位装置10(d)は、通信範囲内にあり位置が既知である測位装置10(a)から測位装置10(c)を対象の周辺装置として、対象の周辺装置に推定開始要求を送信する。すると、測位装置10(a)から測位装置10(c)は、推定開始要求に対する応答を送信し、測位装置10(d)までの距離の推定を行う。そして、測位装置10(a)から測位装置10(c)は、位置及び位置確度と、距離及び距離確度とを測位装置10(d)に送信する。
測位装置10(d)は、対象の周辺装置の数は、位置を推定するために必要な測位装置10の数と同じ3である。そのため、測位装置10(d)は、測位装置10(a)から測位装置10(c)を選択する。
測位装置10(d)は、測位装置10(a)から測位装置10(c)から送信された位置及び距離に基づき位置を推定する。また、測位装置10(d)は、測位装置10(a)から測位装置10(c)から送信された位置確度及び距離確度に基づき、推定された位置の確度である位置確度を計算する。図6では、測位装置10(a)と測位装置10(b)と測位装置10(c)との位置確度はいずれも0である。また、測位装置10(a)と測位装置10(d)との間の距離確度と、測位装置10(b)と測位装置10(d)との間の距離確度と、測位装置10(c)と測位装置10(d)との間の距離確度とは、いずれも1である。そのため、例えば、測位装置10(d)は、測位装置10(a)から測位装置10(c)から受信された位置確度及び距離確度を合計して、位置確度を3と計算する。
測位装置10(h)は、通信範囲内にあり位置が既知である測位装置10(d)から測位装置10(g)を対象の周辺装置として、対象の周辺装置に推定開始要求を送信する。すると、測位装置10(d)から測位装置10(g)は、推定開始要求に対する応答を送信し、測位装置10(h)までの距離の推定を行う。そして、測位装置10(d)から測位装置10(g)は、位置及び位置確度と、距離及び距離確度とを測位装置10(h)に送信する。
測位装置10(h)は、測位装置10(d)から測位装置10(g)それぞれについて、位置確度及び距離確度から総合確度を計算する。ここでは、測位装置10(h)は、位置確度及び距離確度の合計を総合確度として扱う。図6では、測位装置10(d)と測位装置10(e)と測位装置10(f)との総合確度が4であり、測位装置10(g)の総合確度が5である。そのため、測位装置10(h)は、測位装置10(d)と測位装置10(e)と測位装置10(f)とを選択する。
測位装置10(h)は、測位装置10(d)から測位装置10(f)から送信された位置及び距離に基づき位置を推定する。また、測位装置10(h)は、測位装置10(d)から測位装置10(f)から送信された位置確度及び距離確度に基づき、推定された位置の確度である位置確度を計算する。図6では、測位装置10(d)と測位装置10(e)と測位装置10(f)との位置確度はいずれも3である。また、測位装置10(d)と測位装置10(h)との間の距離確度と、測位装置10(e)と測位装置10(h)との間の距離確度と、測位装置10(f)と測位装置10(h)との間の距離確度とは、いずれも1である。そのため、例えば、測位装置10(h)は、測位装置10(d)から測位装置10(f)から受信された位置確度及び距離確度を合計して、位置確度を12と計算する。
ステップS301では、通信部23は、推定開始要求を受信する。ステップS302では、位置推定部22は、位置が既知であるか否かを判定する。つまり、位置推定部22は、人手等により位置が特定されている、あるいは、既に位置の推定済であるか否かを判定する。位置推定部22は、位置が未知である場合には、処理をステップS303に進める。一方、位置推定部22は、位置が既知である場合には、処理をステップS311に進める。
ステップS305からステップS307では、通信部23は、ステップS304で受信した応答の送信元である各周辺装置から位置及び位置確度と、距離及び距離確度とを受信する。
ステップS308では、装置選択部21は、利用する周辺装置を選択する。ステップS309では、位置推定部22は、ステップS308で選択された周辺装置から受信した位置及び距離に基づき、位置を推定する。ステップS310では、位置推定部22は、ステップS308で選択された周辺装置から受信した位置確度及び距離確度に基づき、ステップS310で推定された位置の位置確度を計算する。
ステップ401では、位置推定部22は、位置の推定の際に利用した各周辺装置の位置の位置確度を参照する。ステップS402では、位置推定部22は、位置の推定の際に利用した各周辺装置との間の距離の距離確度を参照する。
この際、位置推定部22は、位置確度及び距離確度により得られる値に対して、位置の推定の際に利用した各周辺装置との間の距離の長さと、距離を推定する際に利用した媒体の雑音といった物理的な情報により重み付けして位置確度を計算してもよい。具体例としては、位置推定部22は、各周辺装置についての位置確度及び距離確度の和に、物理的な情報で重み付けして、自分自身の位置についての位置確度として計算する。
距離の推定における誤差は、原則として、測位装置10間の距離が離れるほど大きくなる。したがって、原則として、位置が未知の測位装置10に近い、位置が既知の測位装置10を利用して、位置の推定をすることが望ましい。
ここで、距離確度は、原則として、測位装置10間の距離が離れているほど大きくなる。但し、雑音といった他の要素によっては、このようにならない場合もある。図10では、測位装置10(d)が測位装置10(e)に最も近く、測位装置10(a)及び測位装置10(c)が測位装置10(e)に次に近く、測位装置10(b)が測位装置10(e)に最も遠い。そして、測位装置10(d)と測位装置10(e)との間の距離確度が2であり、測位装置10(a)と測位装置10(e)との間の距離確度と、測位装置10(c)と測位装置10(e)との間の距離確度とが3であり、測位装置10(b)と測位装置10(e)との間の距離確度が4である。
そのため、仮に測位装置10(a)から測位装置10(d)の位置確度が同じであれば、測位装置10(a)と測位装置10(c)と測位装置10(d)とが利用され、位置の推定が行われる。つまり、距離の近い測位装置10が利用されることになる。
以上のように、実施の形態1に係る測位システム100は、位置確度及び距離確度により計算される測位装置10についての総合確度に基づき、利用する測位装置10を選択した上で、位置を推定する。これにより、位置の推定で生じる誤差を小さくすることが可能である。
特に、位置確度を用いて総合確度を計算するため、位置に含まれる誤差が小さい測位装置10を利用することになる。また、距離確度を用いて総合確度を計算するため、距離が近いといった距離の推定に含まれる誤差が小さい測位装置10を利用することになる。その結果、位置の推定で生じる誤差を小さくすることができる。
<変形例1>
実施の形態1では、位置が既知の測位装置10の距離推定部24が、位置を推定する対象の測位装置10までの距離を推定し、位置を推定する対象の測位装置10に送信した。しかし、位置を推定する対象の測位装置10の距離推定部24が、位置が既知の測位装置10までの距離を推定してもよい。この場合には、位置を推定する対象の測位装置10の距離推定部24が距離確度も計算する。
そして、この場合には、図5のステップS201からステップS203では、通信部23は、対象の周辺装置から位置及び位置確度だけを受信する。図5のステップS204では、装置選択部21は、各対象の周辺装置について、その対象の周辺装置から受信された位置確度と、その対象の周辺装置について距離推定部24によって計算された距離確度とに基づき、その対象の周辺装置の総合確度を計算する。図5のステップS205では、位置推定部22は、ステップS204で選択された周辺装置から受信された位置と、ステップS204で選択された周辺装置について距離推定部24によって計算された距離とから、位置を推定する。
実施の形態1では、装置選択部21及び位置推定部22の機能がソフトウェアで実現された。しかし、変形例2として、装置選択部21及び位置推定部22の機能はハードウェアで実現されてもよい。この変形例2について、実施の形態1と異なる点を説明する。
装置選択部21及び位置推定部22の機能がハードウェアで実現される場合には、測位装置10は、プロセッサ11に代えて電子回路15を備える。電子回路15は、装置選択部21及び位置推定部22の機能を実現する専用の回路である。
各機能構成要素を1つの電子回路15で実現してもよいし、各機能構成要素を複数の電子回路15に分散させて実現してもよい。
変形例3として、一部の各機能構成要素がハードウェアで実現され、他の各機能構成要素がソフトウェアで実現されてもよい。
実施の形態2は、基準位置に対する対象の周辺装置の位置の差分により総合確度が計算される点が実施の形態1と異なる。実施の形態2では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
ここで、基準位置は、具体例としては、人手で設定された位置のような、確度の高い位置である。基準位置から離れるほど、位置の確度が低くなる可能性が高い。そのため、基準位置から離れるほど、確度が低くなるように総合確度が計算される。つまり、差分が大きいほど、総合確度が低くなる。
図12では、測位装置10(a)の位置が基準位置に設定されている。測位装置10(e)の推定された位置は、基準位置からx軸方向に2、y軸方向に1離れている。そのため、測位装置10(e)は、位置及び位置確度と、距離及び距離確度とを送信する際、差分として、例えば3(=2+1)を送信する。測位装置10(f)が測位装置10(e)から、位置及び位置確度と、距離及び距離確度と、差分として値3とを受信したとする。この場合、例えば、測位装置10(e)の位置確度である3と、距離確度である1とが合計された値4に、差分である値3を乗じて、総合確度が12と計算される。
実施の形態3は、測位装置10が移動する点が実施の形態1,2と異なる。実施の形態3では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
ここでは、実施の形態1に機能を追加した場合を説明する。しかし、実施の形態2に機能を追加することも可能である。
測位装置10は、ハードウェアとして加速度センサ16を備える。加速度センサ16は、測位装置10の加速度を検出するセンサである。測位装置10は、機構構成要素として、移動量計測部25を備える。移動量計測部25の機能は、加速度センサ16によって実現される。
具体的には、移動量計測部25は、測位装置10の移動量を計測してメモリ12に書き込む。移動量計測部25は、位置を推定してからの移動量が閾値よりも大きい場合に、位置の再推定が必要と判定する。移動量計測部25によって位置の再推定が必要と判定された場合には、通信部23は、周囲の測位装置10に対して推定開始要求を送信し、推定開始要求を受信した周囲の測位装置10である周辺装置から位置及び位置確度と、距離及び距離確度とを再受信する。装置選択部21は、位置及び位置確度と距離及び距離確度とが通信部23によって再受信されると、利用する1つ以上の周辺装置を再選択する。位置推定部22は、装置選択部21によって利用する周辺装置が再選択されると、再選択された周辺装置から受信された位置及び距離に基づき位置を再推定する。また、位置推定部22は、再選択された周辺装置から受信された位置確度及び距離確度から位置確度を再計算する。
なお、ここで送信する移動量は、測位装置10が設置された後の移動量の合計であってもよいし、測位装置10が設置された後の単位時間当たりの移動量であってもよい。
測位装置10(e)の移動量は、5である。そのため、測位装置10(e)は、位置及び位置確度と、距離及び距離確度とを送信する際、移動量として5を送信する。測位装置10(f)が測位装置10(e)から、位置及び位置確度と、距離及び距離確度と、移動量として値5とを受信したとする。この場合、例えば、測位装置10(e)の位置確度である3と、距離確度である1とが合計された値4に、差分である値5を乗じて、総合確度が20と計算される。
また、実施の形態3に係る測位システム100は、測位装置10の移動量により総合確度が計算される。そのため、より正確に総合確度が計算される。その結果、適切な周辺装置が選択され、位置の推定で生じる誤差を小さくすることが可能である。
実施の形態4は、周辺装置から障害物までの距離により総合確度が計算される点が実施の形態1〜3と異なる。実施の形態4では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
ここでは、実施の形態1に機能を追加した場合を説明する。しかし、実施の形態2,3に機能を追加することも可能である。
測位装置10は、ハードウェアとして対物センサ17を備える。対物センサ17は、測位装置10の周辺に存在する壁及び天井といった障害物までの距離を計測するセンサである。対物センサ17は、具体例としては、赤外線センサ、又は、音波センサである。測位装置10は、機構構成要素として、障害物検出部26を備える。障害物検出部26の機能は、対物センサ17によって実現される。
距離推定部24が距離を推定する場合に使用する電波及び音波といった媒体は、壁及び天井といった障害物で反射する。そのため、距離の推定対象である測位装置10までの最短距離の推定結果の他に、障害物で媒体が反射した経路についての距離の推定結果が得られる場合がある。そのため、測位装置10の近くに障害物がある場合には、測位装置10の位置に誤差が含まれる可能性がある。そこで、障害物までの距離が近くなるほど、確度が低くなるように総合確度が計算される。
図16では、測位装置10(d)の近くには壁がある。測位装置10(d)から壁までの距離は2であるとする。そのため、測位装置10(d)は、位置及び位置確度と、距離及び距離確度とを送信する際、障害物までの距離として、2を送信する。測位装置10(e)が測位装置10(d)から、位置及び位置確度と、距離及び距離確度と、障害物までの距離として値2とを受信したとする。この場合、例えば、測位装置10(d)の位置確度である3と、距離確度である1とが合計された値4に、障害物までの距離である値2の逆数である値1/2を乗じて、総合確度が2と計算される。
Claims (12)
- 周辺に存在する位置が既知である複数の周辺装置それぞれを対象として、対象の周辺装置から、前記対象の周辺装置の位置を受信する通信部と、
前記通信部によって前記対象の周辺装置から受信された前記位置の確度である位置確度と、前記対象の周辺装置までの距離の確度である距離確度とにより計算される前記対象の周辺装置についての総合確度に基づき、前記複数の周辺装置のうち利用する1つ以上の周辺装置を選択する装置選択部と、
前記装置選択部によって選択された周辺装置から受信された前記位置と、選択された周辺装置までの距離とに基づき、位置を推定する位置推定部と
を備える測位装置。 - 前記装置選択部は、前記対象の周辺装置までの物理条件に基づき、前記距離確度を計算する
請求項1に記載の測位装置。 - 前記装置選択部は、前記総合確度が高い順に、前記位置推定部が前記位置を推定するために必要な数の周辺装置を選択する
請求項1又は2に記載の測位装置。 - 前記位置推定部は、前記位置確度及び前記距離確度に基づき、推定された前記位置の確度である位置確度を計算する
請求項1から3までのいずれか1項に記載の測位装置。 - 前記位置推定部は、前記位置確度及び前記距離確度により得られる値に対して、前記対象の周辺装置との間の物理的な情報に基づき重み付けして前記位置確度を計算する
請求項4に記載の測位装置。 - 前記測位装置は、さらに、
周辺に存在する周辺装置までの距離を推定する距離推定部
を備える請求項1から5までのいずれか1項に記載の測位装置。 - 前記総合確度は、基準位置に対する前記対象の周辺装置の位置の差分により計算される
請求項1から6までのいずれか1項に記載の測位装置。 - 前記測位装置は、さらに、
移動量を計測する移動量計測部
を備え、
前記通信部は、前記移動量計測部によって計測された前記移動量が閾値より大きい場合に、前記対象の周辺装置の位置と、前記対象の周辺装置からの距離とを再受信し、
前記装置選択部は、前記通信部によって再受信されると、利用する1つ以上の周辺装置を再選択し、
前記位置推定部は、前記装置選択部によって再選択されると、位置を再推定する
請求項1から7までのいずれか1項に記載の測位装置。 - 前記総合確度は、前記対象の周辺装置が移動した移動量により計算される
請求項1から8までのいずれか1項に記載の測位装置。 - 前記総合確度は、前記対象の周辺装置から障害物までの距離により計算される
請求項1から9までのいずれか1項に記載の測位装置。 - 通信部が、周辺に存在する位置が既知である複数の周辺装置それぞれを対象として、対象の周辺装置から、前記対象の周辺装置の位置を受信し、
装置選択部が、前記対象の周辺装置から受信された前記位置の確度である位置確度と、前記対象の周辺装置までの距離の確度である距離確度とにより計算される前記対象の周辺装置についての総合確度に基づき、前記複数の周辺装置のうち利用する1つ以上の周辺装置を選択し、
位置推定部が、選択された周辺装置から受信された前記位置と、選択された周辺装置までの距離とに基づき、位置を推定する測位方法。 - 複数の測位装置を備える測位システムであり、
各測位装置は、
周辺に存在する他の測位装置を周辺装置とし、位置が既知である複数の周辺装置それぞれを対象として、対象の周辺装置から、前記対象の周辺装置の位置を受信する通信部と、
前記通信部によって前記対象の周辺装置から受信された前記位置の確度である位置確度と、前記対象の周辺装置までの距離の確度である距離確度とにより計算される前記対象の周辺装置についての総合確度に基づき、前記複数の周辺装置のうち利用する1つ以上の周辺装置を選択する装置選択部と、
前記装置選択部によって選択された周辺装置から受信された前記位置と、選択された周辺装置までの距離とに基づき、位置を推定する位置推定部と
を備える測位システム。
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