JP7211520B2 - 位置検出システム、位置検出方法および位置検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数の装置が協同して自身の位置を検出する位置検出システム、位置検出方法および位置検出プログラムに関する。

顧客や利用者に対して適切なサービスを提供することや、対象物に対して適切な対応を行うことを目的として、顧客や利用者、対象物の位置を検出する取り組みが行われている。例えば、来店した顧客の行動を分析するため、店内に複数のカメラを設置して顧客の識別や同線を把握することにより、顧客の行動（例えば、商品を手に取って戻す、など）を検出する方法が知られている。しかし、複数のカメラを配備するための設置コストは高いため、導入の敷居は高い。

また、他にも、スマートグラスを顧客に提供し、検出された視線と外部カメラによる画像認識から、顧客が棚のどこを見ていたか検出する仕組みも知られている。しかし、この方法では、顧客がスマートグラスを装着する動機がないため、暫定的な調査として使えないという問題がある。

このような課題を考慮し、店舗側で設置コストの必要がないシンプルな構成で、店内における顧客の位置情報を取得する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の親機から発信される電波を子機で受信し、その際の電波強度を利用して子機の位置を検出するシステムが記載されている。特許文献１に記載されたシステムは、予め定めた場所に固定的に設置される電波発信機が存在し、中央装置が、第一の子機の位置および第一の子機と第二の子機と間の距離を検出すると、これらの情報に基づいて、第二の子機の位置を特定する。

特開２００９－２２９１７５号公報

しかし、通信環境に応じて電波は様々な影響を受ける。例えば、店舗内には棚や柱などの障害物が存在するため、これらの障害物を介して伝わる電波の受信強度は、障害物の存在しない場合に伝わる電波の受信強度に比べて弱くなる。特許文献１に記載されたシステムは、親機や子機が存在する環境を考慮せず、単純に電波の受信強度に基づいて位置を算出する。そのため、環境による誤差の影響を解消できず、子機の位置を検出する精度を向上できないという問題がある。

そこで、本発明では、人や物の位置を検出するために用いる装置の設置コストを低減させつつ、これらの位置の検出精度を向上させることができる位置検出システム、位置検出方法および位置検出プログラムを提供することを目的とする。

本発明による位置検出システムは、複数の携帯端末を用いてその携帯端末の位置を検出する位置検出システムであって、携帯端末が、情報の通信に用いられる電波、または、音波を表わす通信波を、他の携帯端末に送信する送信部と、通信波を受信する受信部と、絶対位置が予め定義された基準点に設置された基準装置から送信される通信波、または、他の携帯端末から送信される通信波の受信強度に基づいて、基準点から自携帯端末までの距離または他の携帯端末から自携帯端末までの距離を推定する距離推定部と、携帯端末が存在する候補範囲を定義した候補範囲情報と、推定された距離とを用いて、自携帯端末が候補範囲内に位置するように、自携帯端末の絶対位置を算出する位置算出部と、推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて算出される、通信波の減衰の影響を示す減衰係数を学習する学習部とを備え、位置算出部が、減衰係数を用いて、自携帯端末と、基準点または他の携帯端末との距離を補正することにより、自携帯端末の絶対位置を算出し、学習部が、第一の基準点から第二の基準点までの間に存在する各携帯端末間で推定される距離に減衰係数を乗じて相対位置が示す方向に対して累積し、第一の基準点から累積した位置と、第二の基準点の位置との誤差を算出し、その誤差を小さくするように、減衰係数を最適化することを特徴とする。

本発明による位置検出方法は、複数の携帯端末を用いてその携帯端末の位置を検出する位置検出方法であって、携帯端末が、情報の通信に用いられる電波、または、音波を表わす通信波を、他の携帯端末に送信し、携帯端末が、通信波を受信し、携帯端末が、絶対位置が予め定義された基準点に設置された基準装置から送信される通信波、または、他の携帯端末から送信される通信波の受信強度に基づいて、基準点から自携帯端末までの距離または他の携帯端末から自携帯端末までの距離を推定し、携帯端末が、携帯端末が存在する候補範囲を定義した候補範囲情報と、推定された距離とを用いて、自携帯端末が候補範囲内に位置するように、自携帯端末の絶対位置を算出し、携帯端末が、推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて算出される、通信波の減衰の影響を示す減衰係数を学習し、携帯端末が、減衰係数を用いて、自携帯端末と、基準点または他の携帯端末との距離を補正することにより、自携帯端末の絶対位置を算出し、携帯端末が、第一の基準点から第二の基準点までの間に存在する各携帯端末間で推定される距離に減衰係数を乗じて相対位置が示す方向に対して累積し、第一の基準点から累積した位置と、第二の基準点の位置との誤差を算出し、その誤差を小さくするように、減衰係数を最適化することを特徴とする。

本発明による位置検出プログラムは、情報の通信に用いられる電波、または、音波を表わす通信波を送信し、かつ、通信波を受信する対象コンピュータに適用される位置検出プログラムであって、対象コンピュータに、絶対位置が予め定義された基準点に設置された基準装置から送信される通信波、または、他のコンピュータから送信される通信波の受信強度に基づいて、基準点から対象コンピュータまでの距離または他のコンピュータから対象コンピュータまでの距離を推定する距離推定処理、対象コンピュータが存在する候補範囲を定義した候補範囲情報と、推定された距離とを用いて、対象コンピュータが候補範囲内に位置するように、その対象コンピュータの絶対位置を算出する位置算出処理、および、推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて算出される、通信波の減衰の影響を示す減衰係数を学習する学習処理を実行させ、位置算出処理で、減衰係数を用いて、対象コンピュータと、基準点または他のコンピュータとの距離を補正することにより、対象コンピュータの絶対位置を算出させ、学習処理で、第一の基準点から第二の基準点までの間に存在する各コンピュータ間で推定される距離に減衰係数を乗じて相対位置が示す方向に対して累積させ、第一の基準点から累積した位置と、第二の基準点の位置との誤差を算出させ、その誤差を小さくするように、減衰係数を最適化させることを特徴とする。

本発明によれば、人や物の位置を検出するために用いる装置の設置コストを低減させつつ、これらの位置の検出精度を向上させることができる。

本発明による位置検出システムの第一の実施形態の構成例を示すブロック図である。 相対位置を算出する処理の例を示す説明図である。 店舗内での各携帯端末の位置を推定した例を示す説明図である。 候補範囲情報の例を示す説明図である。 障害物が存在する場合の減衰量を算出する処理の例を示す説明図である。 絶対位置を補正する処理の例を説明する説明図である。 算出された各携帯端末の位置の例を示す説明図である。 第一の実施形態の位置検出システムの動作例を示すフローチャートである。 第一の実施形態の変形例を示すブロック図である。 本発明による位置検出システムの第二の実施形態の構成例を示すブロック図である。 自律航法による位置測位の例を示す説明図である。 第二の実施形態の位置検出システムの動作例を示すフローチャートである。 本発明による位置検出システムの概要を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

実施形態１．
図１は、本発明による位置検出システムの第一の実施形態の構成例を示すブロック図である。本実施形態の位置検出システム１００は、複数の携帯端末１０と、第一基準装置２１と、第二基準装置２２とを備えている。本実施形態の位置検出システム１００は、複数の携帯端末１０が相互に通信を行うことで、自身の携帯端末の位置を検出する。

携帯端末１０は、位置を検出する対象の人や物によって携帯される装置である。携帯端末１０の態様は任意であり、例えば、携帯電話のような装置であってもよく、必要な機能を搭載したタグなどであってもよい。

第一基準装置２１は、絶対位置が予め定義された第一の基準点に設置され、情報の通信に用いられる電波、または、音波を携帯端末１０に送信する。なお、以下の説明では、電波または音波のことをまとめて、通信波と記す。通信波の例として、音波や超音波、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ－Ｆｉ（登録商標）などに用いられる電波が挙げられる。第一基準装置２１は、例えば、検出対象に携帯端末１０が渡される位置に設置されていてもよい。店舗の場合、入店時に携帯端末１０が顧客に対して配布される位置などに第一基準装置２１が設置される。

第二基準装置２２は、第一の基準点とは異なる位置であって、絶対位置が予め定義された第二の基準点に設置され、第一基準装置２１と同様、携帯端末１０に通信波を送信する。第二基準装置２２は、例えば、検出対象から携帯端末１０が返却される位置に設置されていてもよい。店舗の場合、会計時や退店時に携帯端末１０が顧客から返却される位置などに第二基準装置２２が設置される。

後述する絶対位置の推定処理において、基準点は、少なくとも一つ設定されていればよい。本実施形態では、第一基準装置２１が設置された基準点を、絶対位置の推定処理で用いるものとする。

携帯端末１０は、送信部１１と、受信部１２と、商品認識部１３と、距離推定部１４と、位置算出部１５と、学習部１６と、記憶部１７とを含む。

送信部１１は、他の携帯端末１０に通信波を送信する。なお、送信部１１が送信する通信波の種類は、第一基準装置２１または第二基準装置２２と同様である。送信部１１の態様は任意であり、例えば、音波を出力する場合、送信部１１はスピーカなどにより実現される。

受信部１２は、第一基準装置２１若しくは第二基準装置２２または他の携帯端末１０の送信部１１から送信された通信波を受信する。なお、以下の説明では、通信波を送信する第一基準装置２１若しくは第二基準装置２２または携帯端末１０のことを、単に装置と記すこともある。各装置により送信される通信波の強度は、受信部１２が既知であるとする。受信部１２の態様は、送信部１１が送信する通信波の態様に応じて定められ、例えば、音波が送信される場合、受信部１２は、マイクロフォンなどにより実現される。

商品認識部１３は、対象とする商品を認識する装置である。商品認識部１３は、バーコードリーダなどにより実現される。商品認識部１３が商品を認識することで、例えば、店舗内での顧客の位置と、購入対象の商品とを対応付けることが可能になる。なお、商品の認識処理が不要な場合、携帯端末１０は、商品認識部１３を備えていなくてもよい。

距離推定部１４は、絶対位置が予め定義された基準点に設置された装置から送信される通信波、または、他の携帯端末１０から送信される通信波の受信強度に基づいて、基準点から自携帯端末までの距離または他の携帯端末から自携帯端末までの距離を推定する。具体的には、受信部１２が第一基準装置２１から送信される通信波を受信した場合、距離推定部１４は、第一の基準点から自携帯端末までの距離を推定する。また、受信部１２が他の携帯端末１０の送信部１１から送信される通信波を受信した場合、距離推定部１４は、他の携帯端末１０から自携帯端末までの距離を推定する。

例えば、電波は、一般に距離の２乗に比例して減衰する。そこで、距離推定部１４は、送信時の通信波の強度と受信した通信波の強度との差に基づいて、距離を算出すればよい。

位置算出部１５は、携帯端末１０の絶対位置を算出する。本実施形態では、位置算出部１５は、携帯端末１０が存在する候補範囲を定義した情報（以下、候補範囲情報と記す。）と、推定された距離とを用いて、自携帯端末が候補範囲内に位置するように絶対位置を算出する。例えば、店舗の場合、候補範囲として、店舗内の通路が挙げられる。

まず、位置算出部１５は、推定された距離に基づいて、携帯端末１０の絶対位置を算出する。本実施形態では、各携帯端末１０間の相対位置を特定するため、三点測量が行われる。図２は、相対位置を算出する処理の例を示す説明図である。図２に示す例では、３つの携帯端末１０を用いて各携帯端末１０間の相対位置を特定していることを示す。

具体的には、携帯端末Ａから送信される通信波を携帯端末Ｂが受信した結果、その受信強度から距離ｄ＝２と算出されているとする。また、携帯端末Ａから送信される通信波を携帯端末Ｃが受信した結果、その受信強度から距離ｄ＝５と算出されているとする。同様に、携帯端末Ｃから送信される通信波を携帯端末Ｂが受信した結果、その受信強度から距離ｄ＝４と算出されているとする。なお、携帯端末Ｃから送信される通信波を携帯端末Ａが受信した結果、同様に、距離ｄ＝５と算出されることになる。

位置算出部１５は、少なくとも三点測量により推定されたこれら３つの距離を用いることで、各携帯端末間の相対位置を特定する。ただし、これらの情報だけでは、配置関係は特定できても、絶対位置を特定することは困難である。これは、対称や回転させた配置関係であっても成り立つからである。そのため、通信波を出力する装置の少なくとも一つが、その絶対位置が既知である必要がある。

そこで、位置算出部１５は、絶対位置が予め定義された第一の基準点に設置された第一基準装置２１と、２つの携帯端末１０との距離に基づいて相対位置を特定することにより、携帯端末１０の絶対位置を算出する。また、携帯端末１０の絶対位置が特定できた場合、位置算出部１５は、絶対位置が特定できている携帯端末１０と、残り２つの携帯端末１０との距離に基づいて相対位置を特定することにより、残りの携帯端末１０の絶対位置を算出してもよい。

図３は、店舗内での各携帯端末の位置を推定した例を示す。図３に示す例では、携帯端末１０の貸出位置（Ｓｔａｒｔ）と、返却位置（Ｅｎｄ）を基準点として設定しており、位置算出部１５が、各基準点と他の携帯端末１０との相対位置との関係から、自携帯端末の絶対位置を算出したことを示す。

なお、上述するように、各装置から送信される通信波は、障害物の影響を受けることで、障害物のない状態と比較して強度が変化する可能性があるため、図３に例示するような結果を推定できることは稀である。そこで、位置算出部１５は、算出された相対位置に基づいて、自携帯端末が候補範囲内に位置するように絶対位置を算出（補正）する。

図４は、候補範囲情報の例を示す説明図である。図４に示す例は、候補範囲として、黒色で示す店舗内の通路が定義されていることを示す。このように、携帯端末１０が通路上にあるように制限することで、配置関係のみが正しいもの（例えば、対称や回転など、ノード間距離のみが正しいもの）を排除することが可能になる。

位置算出部１５は、例えば、携帯端末間の相対関係を維持しつつ、各携帯端末を候補範囲の位置に補正する場合の候補のうち、補正前の位置と補正後の位置との差の総和が最小になるように、各携帯端末の絶対位置を補正してもよい。

また、位置算出部１５は、自携帯端末と、基準点または他の携帯端末１０との間に存在する媒体による通信波の減衰に基づいて、基準点または他の携帯端末１０との距離を補正して、携帯端末１０の絶対位置を算出してもよい。なお、減衰は、通信波の種類や間に存在する媒体の種類に応じて異なる。そのため、位置算出部１５は、通信波の種類に応じて減衰量を算出してもよい。

例えば、候補範囲情報に、既知の媒体の情報が含まれていてもよい。例えば、店舗の場合、既知の媒体の情報として、店内に位置する棚について、棚の種類や高さ、材質や厚みなどが挙げられる。位置算出部１５は、各携帯端末１０の間に存在する媒体の情報や通信波の種類に基づいて、減衰量を算出してもよい。

以下、点音源の減衰量を算出する具体的な方法の一例を説明する。図５は、障害物が存在する場合の減衰量を算出する処理の例を示す説明図である。図５では、音源と受音点との間に塀が存在する場合の例を示す。図５に示すように、音源から塀の最上部までの距離をａ（ｍ）、塀の最上部から受音点までの距離をｂ（ｍ）、音源と受音点との直線距離をｃ（ｍ）とする。ｄ＝（ａ＋ｂ）－ｃ、Ｎ＝ｄ×周波数／１７０、ｘ＝｜Ｎ｜^{０．４８５}としたとき、減衰量Ａ（ｄＢ）は、Ｎの値によって、以下のように算出できる。

減衰量Ａ＝１０×Ｌｏｇ_１０Ｎ＋１３ （Ｎ≧１の場合）
減衰量Ａ＝５＋９．１×Ｌｎ（ｘ＋（ｘ^２＋１）^１／２）（０≦Ｎ＜１の場合）
減衰量Ａ＝５－９．１×Ｌｎ（ｘ＋（ｘ^２＋１）^１／２）（－０．３２２≦Ｎ＜０の場合）
減衰量Ａ＝０ （Ｎ＜－０．３２２の場合）

また、位置算出部１５は、媒体の種類に応じて、通信波の減衰の影響を示す係数（以下、減衰係数と記す。）を定義しておき、携帯端末１０の間に媒体が存在した場合に、その減衰係数を乗じて距離を補正してもよい。例えば、上述するような棚の種類や高さ、材質や厚みなどの種類に応じて、減衰係数が定義されていてもよい。

また、位置算出部１５は、推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて算出される減衰係数を用いて、基準点または他の携帯端末との距離を補正することにより、携帯端末１０の絶対位置を算出してもよい。本実施形態では、後述する学習部１６が、誤差に基づいて減衰係数を算出し、算出された減衰係数が記憶部１７に記憶される。位置算出部１５は、記憶部１７に記憶された減衰係数を用いて、携帯端末１０の絶対位置を補正してもよい。減衰係数の学習方法については後述される。

図６は、絶対位置を補正する処理の例を説明する説明図である。今、第一基準装置２１と携帯端末１０との距離が４．５と推定されたとする。一方、候補範囲情報から、携帯端末１０が存在する候補の範囲が、位置Ｐ１または位置Ｐ２であるとする。ここで、減衰係数の候補として、α_１＝０．６、α_２＝１．４が存在するとする。

減衰係数α_１を考慮して距離を補正すると、４．５×０．６＝２．７と算出される。一方、減衰係数α_１を考慮して距離を補正すると、４．５×１．４＝６．３と算出される。この場合、減衰係数α_１を考慮して距離を補正した場合に、位置Ｐ１との誤差が０．３であり、減衰係数α_２を考慮して距離を補正した場合に、位置Ｐ２との誤差が０．７である。よって、減衰係数α_１を考慮して距離を補正したほうが、候補範囲情報が示す条件に近いため、位置算出部１５は、減衰係数α_１を採用し、携帯端末１０の位置も位置Ｐ１と算出する。なお、図６に例示する方法は、絶対位置を補正する方法の一例であり、絶対位置を補正する方法は、この方法に限定されない。

学習部１６は、距離推定部１４によって推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて、上述する減衰係数を学習する。本実施形態では、学習部１６は、第一基準装置２１（第一の基準点）から第二基準装置２２（第二の基準点）までの間に存在する各携帯端末１０間で推定される距離に減衰係数を乗じ、相対位置が示す方向に対して累積する。そして、学習部１６は、第一基準装置２１から累積した位置と、第二基準装置２２の位置との誤差を算出し、その誤差を小さくするように、減衰係数を最適化する。

図７は、算出された各携帯端末の位置の例を示す説明図である。図７に示す例では、減衰係数α_Ｎを考慮して第二基準装置２２（Ｅｎｄ）まで距離を累積した結果、実際の基準点とは異なるＥｎｄ’に第二基準装置２２が存在すると算出されたとする。この場合、学習部１６は、Ｅｎｄ’の位置を矢印２３が示す方向に近づけるように、各減衰係数を最適化する。学習部１６は、例えば、この処理を線形最適化問題に帰着させて各減衰係数を最適化してもよい。

なお、生じる誤差を低減させて減衰係数を最適化するため、学習部１６は、まず、第一基準装置２１から最短で第二基準装置２２に到達する携帯端末１０の組み合わせを特定し、その組み合わせで用いる減衰係数を最適化してもよい。そして、これらの減衰係数を最適化した後で、各携帯端末１０に近い携帯端末に対する減衰係数を順次最適化してもよい。例えば、図７に示す例では、学習部１６は、最短経路上の減衰係数α_１、α_７、α_１２、α_２０、α_２７、を最適化し、その後、他の減衰係数を最適化するようにしてもよい。

このように、学習部１６が、推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて減衰係数を算出することで、媒体の内容に応じて減衰係数を個別に設定する必要がなくなるため、人や物の位置を検出するために用いる環境の構築にかかるコストも低減できる。なお、学習部１６が、第二基準装置２２の基準点を利用しない場合、位置検出システム１００は、第二基準装置２２を備えていなくてもよい。

記憶部１７は、携帯端末１０が用いる各種情報を記憶する。具体的には、記憶部１７は、候補範囲情報を記憶する。候補範囲情報は、対象を検知する環境に応じて予め記憶部１７に記憶される。また、減衰係数が用いられる場合、記憶部１７は、媒体に応じて予め定められた減衰係数や、学習部１６により算出された減衰係数を記憶してもよい。記憶部１７は、例えば、メモリ等により実現される。

距離推定部１４と、位置算出部１５と、学習部１６とは、プログラム（位置検出プログラム）に従って動作するコンピュータのプロセッサ（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit））によって実現される。

例えば、プログラムは、記憶部１７に記憶され、プロセッサは、そのプログラムを読み込み、プログラムに従って、距離推定部１４、位置算出部１５、および、学習部１６として動作してもよい。また、位置検出システムの機能がＳａａＳ（Software as a Service ）形式で提供されてもよい。

距離推定部１４、位置算出部１５、および、学習部１６とは、それぞれが専用のハードウェアで実現されていてもよい。また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、汎用または専用の回路（circuitry ）、プロセッサ等やこれらの組合せによって実現されてもよい。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組合せによって実現されてもよい。

また、位置検出システムの各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。

次に、本実施形態の位置検出システムの動作例を説明する。図８は、本実施形態の位置検出システム１００の動作例を示すフローチャートである。送信部１１は、他の携帯端末１０に通信波を送信する（ステップＳ１１）。また、受信部１２は、第一基準装置２１または他の携帯端末１０から、通信波を受信する（ステップＳ１２）。距離推定部１４は、受信した通信波に基づいて、基準点または他の携帯端末から自携帯端末１０までの距離を推定する（ステップＳ１３）。そして、位置算出部１５は、候補範囲情報と推定された距離とを用いて、自携帯端末が候補範囲内に位置するように絶対位置を算出する（ステップＳ１４）。

以上のように、本実施形態では、送信部１１が、他の携帯端末１０に通信波を送信し、受信部１２が、第一基準装置２１または他の携帯端末１０から、通信波を受信する。そして、距離推定部１４が、受信した通信波に基づいて、基準点または他の携帯端末から自携帯端末１０までの距離を推定し、位置算出部１５が、候補範囲情報と推定された距離とを用いて、自携帯端末が候補範囲内に位置するように絶対位置を算出する。よって、人や物の位置を検出するために用いる装置の設置コストを低減させつつ、これらの位置の検出精度を向上させることができる。

また、位置算出部１５が候補範囲情報を用いて携帯端末１０が存在する候補範囲を限定することで、絶対位置を算出する計算コストを低減させることも可能になる。

次に、第一の実施形態の変形例を説明する。第一の実施形態では、携帯端末１０に含まれる学習部１６が、減衰係数を最適化する方法を説明した。この減衰係数を最適化する処理を、外部の装置が行ってもよい。図９は、第一の実施形態の変形例を示すブロック図である。本変形例の位置検出システム１００ａは、複数の携帯端末１０ａと、第一基準装置２１と、第二基準装置２２と、外部サーバ３０とを備えている。

携帯端末１０ａは、送信部１１と、受信部１２と、商品認識部１３と、距離推定部１４と、位置算出部１５と、記憶部１７と、距離通知部４１とを含む。すなわち、本変形例の携帯端末１０ａは、上記実施形態の携帯端末１０と比較し、学習部１６の代わりに距離通知部４１を備えている点において異なる。

距離通知部４１は、距離推定部１４によって推定された距離の情報を外部サーバ３０に送信する。そして、距離通知部４１は、外部サーバ３０によって算出された減衰係数を受信し、記憶部１７に記憶する。なお、距離通知部４１は、位置算出部１５が算出した携帯端末１０の絶対位置を外部サーバ３０に送信してもよい。

距離推定部１４と、位置算出部１５と、学習部１６と、距離通知部４１とは、プログラム（位置検出プログラム）に従って動作するコンピュータのプロセッサによって実現される。

外部サーバ３０は、通信部３１と、学習部３２と、記憶部３３とを含む。

通信部３１は、携帯端末１０ａ（より詳しくは、距離通知部４１）から距離の情報を受信し、後述する学習部３２が算出した減数係数を携帯端末１０ａに送信する。

学習部３２は、各携帯端末１０ａから受信した距離と実際の距離との誤差に基づいて、上述する減衰係数を学習する。なお、学習部３２が減衰係数を学習する方法は、上記実施形態の学習部１６と同様である。

以上のように、本変形例では、距離通知部４１が外部サーバ３０に推定された距離を送信し、外部サーバ３０によって学習された減衰係数を受信する。そのため、上記実施形態の効果に加え、携帯端末１０ａの処理負荷や実装機能を低減できるため、携帯端末１０ａを製造するコストを低減できる。

実施形態２．
次に、本発明による位置検出システムの第二の実施形態を説明する。第一の実施形態では、距離推定部１４によって推定された距離と実際の距離との誤差を、減衰係数に基づいて絶対位置を補正する方法を説明した。本実施形態では、通信波以外の情報を検知するセンサを用いて絶対位置を算出する方法を説明する。

図１０は、本発明による位置検出システムの第二の実施形態の構成例を示すブロック図である。本実施形態の位置検出システム２００は、複数の携帯端末１１０と、第一基準装置２１と、第二基準装置２２とを備えている。本実施形態の位置検出システム２００も、複数の携帯端末１１０が相互に通信を行うことで、自身の携帯端末の位置を検出する。なお、本実施形態の位置検出システム２００が、第一の実施形態の変形例で示す外部サーバ３０を備えていてもよい。

携帯端末１１０は、送信部１１と、受信部１２と、商品認識部１３と、距離推定部１４と、位置算出部４２と、学習部１６と、記憶部１７と、センサ１８とを含む。すなわち、本実施形態の位置検出システム２００は、第一の実施形態の位置検出システム１００と比較し、位置算出部１５の代わりに位置算出部４２を備え、センサ１８をさらに含む点において異なる。それ以外の構成は、第一の実施形態と同様である。なお、第一の実施形態の変形例で示すように、本実施形態の携帯端末１１０が、学習部１６の代わりに距離通知部４１を含んでいてもよい。

センサ１８は、方位検出部１９と加速度検出部２０とを有する。

方位検出部１９は、携帯端末１１０の方位を検出する。方位検出部１９は、例えば、方位センサにより実現される。また、加速度検出部２０は、携帯端末１１０が移動する際の加速度を検出する。加速度検出部２０は、例えば、加速度センサにより実現される。

位置算出部４２は、第一の実施形態と同様、候補範囲情報と、推定された距離とを用いて、自携帯端末が候補範囲内に位置するように絶対位置を算出する。さらに、本実施形態の位置算出部４２は、センサ１８によって検出された情報をさらに用いて、絶対位置を算出する。

具体的には、位置算出部４２は、方位検出部１９によって検出された携帯端末１１０の方位に基づいて、距離推定部１４によって推定された各装置間の距離から、各装置の相対位置を一意に同定する。方位が特定されることにより、相対位置から想定される対称や回転などの候補を排除することが可能になる。

また、位置算出部４２は、方位検出部１９によって検出された基準点からの方位、および加速度検出部２０によって検出された加速度を用いた自律航法（ＰＤＲ：Pedestrian Dead Reckoning ）により、基準点からの移動を推定して、携帯端末１１０の絶対位置を算出してもよい。自律航法により携帯端末１１０の位置を推定することにより、携帯端末間での位置の誤差を互いに補完でき、また、通信波が届かない範囲であっても位置を推定することが可能になる。さらに、絶対位置を算出するまでのタイミングで携帯端末１１０が移動してしまった場合にも、細かい時間間隔での位置の調整が可能になる。

図１１は、自律航法による位置測位の例を示す説明図である。図１１に示す軌跡２４は、自律航法によって検出された携帯端末１１０の相対的な移動履歴を示す。図１１に例示するように、自律航法によって、開始位置Ｐ３および開始位置Ｐ３に対する相対的な終了位置Ｐ４は検出できる。例えば、店舗内であれば、買い物客の相対的な動きを収集することが可能になる。

この軌跡に対して基準点を対応付けることで、移動履歴を生成することも可能になる。例えば、基準点として、退店時に決済処理で用いられるバーコード（ＱＲコード：登録商標）リーダの設置場所２５（上述する第二基準装置２２に相当）を設定する。その基準点で、携帯端末１０が、ＱＲコードの読み取りや、ＮＦＣ（Near Field Communication）による通信を行うことで、軌跡と基準点を対応付けることが可能になる。

なお、センサ１８が、回転角速度を検知する回転角速度検知部（図示せず）を有していてもよい。回転角速度検知部は、例えば、ジャイロセンサなどにより実現される。位置算出部４２は、検知された回転角速度をさらに用いた自律航法により、携帯端末１１０の位置を推定してもよい。

また、位置算出部４２は、自律航法により算出された軌跡が候補範囲に含まれるように補正することにより、携帯端末１１０の位置を補正してもよい。

距離推定部１４と、位置算出部４２と、学習部１６とは、プログラム（位置検出プログラム）に従って動作するコンピュータのプロセッサによって実現される。

次に、本実施形態の位置検出システムの動作例を説明する。図１２は、本実施形態の位置検出システム２００の動作例を示すフローチャートである。通信波を送受信して携帯端末間の距離を推定する処理は、図８に例示するステップＳ１１からステップＳ１３までの処理と同様である。

位置算出部４２は、候補範囲情報、距離推定部１４によって推定された距離、および、センサ１８によって検出された情報用いて、絶対位置を算出する（ステップＳ２１）。具体的には、位置算出部４２は、センサ１８によって検出された方位および加速度を用いた自律航法により、基準点からの移動を算出する。

以上のように、本実施形態では、位置算出部４２が、候補範囲情報と、距離推定部１４によって推定された距離に加え、センサ１８によって検出された情報とを用いて、絶対位置を算出する。よって、第一の実施形態の効果に加え、携帯端末１１０の位置を算出する精度をさらに向上させることができる。

次に、本実施形態の位置検出システム２００の変形例を説明する。第二の実施形態では、センサ１８として、自律航法に用いられる方位検出部１９および加速度検出部２０を例示した。その他、センサとして、アレイ状のマイクロフォンが用いられてもよい。例えば、商品認識部１３が、対象とする商品をスキャンする際に音（「ピッ」という音）を出力したとする。このとき、位置算出部４２は、音の受信時間の差分と方位センサとに基づいて、携帯端末の方向を推定してもよい。

さらに、送信部１１が直進性のある高周波数帯の電波を発することで、位置算出部４２が、携帯端末１１０の位置を推定してもよい。例えば、受信部１２が、音も電波も受信できた場合、位置算出部４２は、棚などの障害物のない見通しのある場所に携帯端末１１０が存在すると判定してもよい。一方、受信部１２が、音は受信できたが電波は受信できなかった場合、位置算出部４２は、棚などの向こう側（見通しのない場所）に携帯端末１１０が存在すると判定してもよい。

次に、本発明の概要を説明する。図１３は、本発明による位置検出システムの概要を示すブロック図である。本発明による位置検出システム８０は、複数の携帯端末９０（例えば、携帯端末１０）を用いてその携帯端末の位置を検出する位置検出システム（例えば、位置検出システム１００）であって、携帯端末９０は、情報の通信に用いられる電波、または、音波を表わす通信波を、他の携帯端末９０ａに送信する送信部９１（例えば、送信部１１）と、通信波を受信する受信部９２（例えば、受信部１２）と、絶対位置が予め定義された基準点に設置された基準装置（例えば、第一基準装置２１）から送信される通信波、または、他の携帯端末９０ａから送信される通信波の受信強度に基づいて、基準点から自携帯端末９０までの距離または他の携帯端末９０ａから自携帯端末９０までの距離を推定する距離推定部９３（例えば、距離推定部１４）と、携帯端末９０が存在する候補範囲を定義した候補範囲情報と、推定された距離とを用いて、自携帯端末９０が候補範囲内に位置するように、自携帯端末９０の絶対位置を算出する位置算出部９４（例えば、位置算出部１５）とを備えている。

そのような構成により、人や物の位置を検出するために用いる装置の設置コストを低減させつつ、これらの位置の検出精度を向上させることができる。

また、位置算出部９４は、自携帯端末９０と、基準点または他の携帯端末９０ａとの間に存在する媒体（例えば、棚など）による通信波の減衰に基づいて、基準点または他の携帯端末９０ａとの距離を補正して、自携帯端末９０の絶対位置を算出してもよい。

また、位置算出部９４は、推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて算出される、通信波の減衰の影響を示す減衰係数を用いて、自携帯端末９０と、基準点または他の携帯端末９０ａとの距離を補正することにより、携帯端末９０の絶対位置を算出してもよい。

また、位置検出システム８０は、減衰係数を学習する学習部（例えば、学習部１６、学習部３２）を備えていてもよい。そして、学習部は、第一の基準点から第二の基準点までの間に存在する各携帯端末間で推定される距離に減衰係数を乗じて相対位置が示す方向に対して累積し、第一の基準点から累積した位置と、第二の基準点の位置との誤差を算出し、その誤差を小さくするように、減衰係数を最適化してもよい。

また、位置算出部９４は、センサ（例えば、方位検出部１９）により検出された携帯端末９０の方位に基づいて、推定された基準点または他の携帯端末９０ａとの距離から、携帯端末間の相対位置を一意に同定してもよい。

また、位置算出部９４は、センサ（例えば、方位検出部１９および加速度検出部２０）により検出された携帯端末９０の基準点からの方位、および、検出された加速度を用いた自律航法により、その基準点からの移動を推定して、自携帯端末９０の絶対位置を算出してもよい。

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１９年８月５日に出願された日本特許出願２０１９－１４３６７３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。

本発明は、複数の装置が協同して自身の位置を検出する位置検出システムに好適に適用される。具体的には、本発明は、リテールや、製造、保守やメンテナンス、流通や観光などの位置測位に関わる領域に好適に適用される。例えば、顧客自身が、スキャナ機能のついた端末を携帯して商品のスキャンおよび清算を行うシステムに、本発明を好適に適用可能である。

１０,１０ａ，１１０ 携帯端末
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 商品認識部
１４ 距離推定部
１５，４２ 位置算出部
１６ 学習部
１７ 記憶部
１８ センサ
１９ 方位検出部
２０ 加速度検出部
２１ 第一基準装置
２２ 第二基準装置
３０ 外部サーバ
３１ 通信部
３２ 学習部
３３ 記憶部
４１ 距離通知部
１００，１００ａ，２００ 位置検出システム

Claims (8)

1. 複数の携帯端末を用いて当該携帯端末の位置を検出する位置検出システムであって、
   前記携帯端末は、
   情報の通信に用いられる電波、または、音波を表わす通信波を、他の携帯端末に送信する送信部と、
   前記通信波を受信する受信部と、
   絶対位置が予め定義された基準点に設置された基準装置から送信される前記通信波、または、他の携帯端末から送信される前記通信波の受信強度に基づいて、前記基準点から自携帯端末までの距離または前記他の携帯端末から自携帯端末までの距離を推定する距離推定部と、
   携帯端末が存在する候補範囲を定義した候補範囲情報と、推定された前記距離とを用いて、自携帯端末が前記候補範囲内に位置するように、当該自携帯端末の絶対位置を算出する位置算出部と、
   推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて算出される、前記通信波の減衰の影響を示す減衰係数を学習する学習部とを備え、
   前記位置算出部は、前記減衰係数を用いて、自携帯端末と、基準点または他の携帯端末との距離を補正することにより、自携帯端末の絶対位置を算出し、
   前記学習部は、第一の基準点から第二の基準点までの間に存在する各携帯端末間で推定される距離に前記減衰係数を乗じて相対位置が示す方向に対して累積し、前記第一の基準点から累積した位置と、前記第二の基準点の位置との誤差を算出し、当該誤差を小さくするように、前記減衰係数を最適化する
   ことを特徴とする位置検出システム。
2. 位置算出部は、自携帯端末と、基準点または他の携帯端末との間に存在する媒体による通信波の減衰に基づいて、基準点または他の携帯端末との距離を補正して、自携帯端末の絶対位置を算出する
   請求項１記載の位置検出システム。
3. 位置算出部は、センサにより検出された携帯端末の方位に基づいて、推定された基準点または他の携帯端末との距離から、携帯端末間の相対位置を一意に同定する
   請求項１または請求項２記載の位置検出システム。
4. 位置算出部は、センサにより検出された携帯端末の基準点からの方位、および、検出された加速度を用いた自律航法により、当該基準点からの移動を推定して、自携帯端末の絶対位置を算出する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の位置検出システム。
5. 複数の携帯端末を用いて当該携帯端末の位置を検出する位置検出方法であって、
   前記携帯端末が、情報の通信に用いられる電波、または、音波を表わす通信波を、他の携帯端末に送信し、
   前記携帯端末が、前記通信波を受信し、
   前記携帯端末が、絶対位置が予め定義された基準点に設置された基準装置から送信される前記通信波、または、他の携帯端末から送信される前記通信波の受信強度に基づいて、前記基準点から自携帯端末までの距離または前記他の携帯端末から自携帯端末までの距離を推定し、
   前記携帯端末が、携帯端末が存在する候補範囲を定義した候補範囲情報と、推定された前記距離とを用いて、自携帯端末が前記候補範囲内に位置するように、当該自携帯端末の絶対位置を算出し、
   前記携帯端末が、推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて算出される、前記通信波の減衰の影響を示す減衰係数を学習し、
   前記携帯端末が、前記減衰係数を用いて、自携帯端末と、基準点または他の携帯端末との距離を補正することにより、自携帯端末の絶対位置を算出し、
   前記携帯端末が、第一の基準点から第二の基準点までの間に存在する各携帯端末間で推定される距離に前記減衰係数を乗じて相対位置が示す方向に対して累積し、前記第一の基準点から累積した位置と、前記第二の基準点の位置との誤差を算出し、当該誤差を小さくするように、前記減衰係数を最適化する
   ことを特徴とする位置検出方法。
6. 携帯端末が、自携帯端末と、基準点または他の携帯端末との間に存在する媒体による通信波の減衰に基づいて、基準点または他の携帯端末との距離を補正して、自携帯端末の絶対位置を算出する
   請求項５記載の位置検出方法。
7. 情報の通信に用いられる電波、または、音波を表わす通信波を送信し、かつ、前記通信波を受信する対象コンピュータに適用される位置検出プログラムであって、
   前記対象コンピュータに、
   絶対位置が予め定義された基準点に設置された基準装置から送信される前記通信波、または、他のコンピュータから送信される前記通信波の受信強度に基づいて、前記基準点から前記対象コンピュータまでの距離または前記他のコンピュータから前記対象コンピュータまでの距離を推定する距離推定処理、
   前記対象コンピュータが存在する候補範囲を定義した候補範囲情報と、推定された前記距離とを用いて、前記対象コンピュータが前記候補範囲内に位置するように、当該対象コンピュータの絶対位置を算出する位置算出処理、および、
   推定された距離と実際の距離との誤差に基づいて算出される、前記通信波の減衰の影響を示す減衰係数を学習する学習処理を実行させ、
   前記位置算出処理で、前記減衰係数を用いて、前記対象コンピュータと、基準点または他のコンピュータとの距離を補正することにより、前記対象コンピュータの絶対位置を算出させ、
   前記学習処理で、第一の基準点から第二の基準点までの間に存在する各コンピュータ間で推定される距離に前記減衰係数を乗じて相対位置が示す方向に対して累積させ、前記第一の基準点から累積した位置と、前記第二の基準点の位置との誤差を算出させ、当該誤差を小さくするように、前記減衰係数を最適化させる
   ための位置検出プログラム。
8. 対象コンピュータに、
   位置算出処理で、前記対象コンピュータと、基準点または他のコンピュータとの間に存在する媒体による通信波の減衰に基づいて、基準点または他のコンピュータとの距離を補正して、前記対象コンピュータの絶対位置を算出させる
   請求項７記載の位置検出プログラム。

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