WO2019123599A1 - 測位システム、測位方法及び受信機 - Google Patents

測位システム、測位方法及び受信機 Download PDF

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WO2019123599A1
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estimated
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Inventor
宏明 松本
Original Assignee
株式会社日立国際電気
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location

Definitions

  • the present invention relates to a technique for estimating the position of a receiver based on the reception intensity by the receiver of radio waves emitted from each of a plurality of transmitters installed at different positions.
  • GPS Global Positioning System
  • indoors have difficulty in receiving signals from GPS satellites, so indoors require positioning technology to replace GPS.
  • radio signal intensity (RSSI; Received Signal Strength Indication) at the time of receiving a radio signal transmitted from a transmitter such as a wireless LAN access point or BLE (Bluetooth Low Energy) beacon is used
  • RSSI Received Signal Strength Indication
  • BLE Bluetooth Low Energy beacon
  • the distance to the transmitter of the transmission source is estimated based on the radio wave intensity measured by the receiver, and the position of the receiver is estimated by the three-point positioning method using the estimated distances of the three transmitters. It is a thing.
  • a radio wave area is determined for each base station according to the reception intensity of radio waves received from a plurality of base stations installed indoors, and the center of gravity of the overlapping area of the radio wave area of each base station is A wireless terminal is disclosed as an estimated position of
  • the distance between the transmitter and the receiver can be estimated using the property that the radio wave intensity attenuates in inverse proportion to the square of the distance.
  • the radio wave intensity RSSI (unit: dBm) is expressed by the following equation as a function of the distance r (unit: m).
  • RSSI (r) A-2 * 10 * log 10 (r)
  • FIG. 1 graphically illustrates the relationship between RSSI and distance.
  • the position of the receiver can be estimated by the three-point positioning method. That is, as shown in FIG. 2, it is possible to estimate the intersection of three circles whose radius is the distance between each transmitter and the receiver, with the installation position of each transmitter as the center, as the position of the receiver. it can.
  • the measured value of the RSSI fluctuates due to the influence of reflection or diffraction of radio waves or interference due to extraneous waves, so that the estimated distance between the transmitter and the receiver includes an error. For this reason, it is rare that a circle whose radius is the distance between each transmitter and receiver centering on the installation position of each transmitter intersects at one point, and which three transmitters are used for three-point positioning
  • the estimated position of the receiver may vary depending on whether it is chosen as a reference point. In particular, when the estimated distance between a certain transmitter and the receiver includes a large error, if the transmitter is selected as one of the reference points for three-point positioning, a large error also occurs in the estimated position of the receiver. I will. Therefore, in order to accurately estimate the position of the receiver, it is necessary to select a transmitter with a small error in estimated distance as a reference point for three-point positioning.
  • the influence of the fluctuation of the RSSI measurement value on the estimated distance becomes larger as the distance is larger.
  • a fluctuation of 1 dBm of the RSSI measurement value appears as an error of several centimeters to several tens of centimeters at a distance of 1 m or less, and appears as an error of several meters near a distance of 10 m.
  • P 1 to P 4 indicate the installation positions of the transmitters
  • r 1 to r 4 indicate the estimated distances between the transmitters and the receiver.
  • the solid circle is drawn with the estimated distance (r 1 to r 4 ) between each transmitter and the receiver as a radius centering on the installation position (P 1 to P 4 ) of each transmitter.
  • dashed circle the transmitter installed in a position of P 3, in which depict actual distance as a radius. That is, FIG. 3 shows an example where the estimated distance r 3 includes an error.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and estimates the position of a receiver based on the reception strength of radio waves transmitted from each of a plurality of transmitters installed at different positions.
  • the purpose is to provide technology that can be performed accurately.
  • the positioning system is configured as follows.
  • a positioning system according to the present invention is based on a plurality of transmitters installed at different positions, a receiver for receiving radio waves transmitted from each of the plurality of transmitters, and reception strength of radio waves in the receiver.
  • a positioning server that estimates the distance between the receiver and each transmitter, and calculates the position of the receiver based on the estimated distances of three transmitters among the plurality of transmitters; Prepare. Then, for each transmitter, the positioning server verifies the probability of the estimated distance for the transmitter based on the relationship between the estimated distance for the transmitter and the estimated distance for another transmitter, and performs estimation. Three transmitters in which the certainty of the distance satisfies a predetermined standard are selected, and the position of the receiver is calculated based on the estimated distances of the selected three transmitters.
  • the positioning server assumes, for each of the plurality of transmitters, a circle whose center is the installation position of the transmitter and whose radius is the estimated distance of the transmitter, and the transmission of the verification target It is determined whether the circle pertaining to the machine has an intersection or contact point with the circle pertaining to other transmitters, and the number of other transmitters having a circle pertaining to the circle or intersection point or contact pertaining to the transmitter to be verified is a threshold In the above case, it is characterized in that it is determined that the certainty of the estimated distance concerning the transmitter to be verified satisfies the predetermined standard.
  • the positioning server selects a predetermined number of other transmitters in order of closeness from the transmitter to be verified, and the intersection point or contact point of the circle related to the selected other transmitters
  • a value obtained by multiplying the predetermined number by a predetermined ratio may be used as the threshold.
  • the positioning server selects another transmitter whose distance from the transmitter to be verified is within a predetermined value, and determines the intersection or contact point with respect to the circle related to the selected other transmitter, and the threshold
  • a value obtained by multiplying the number of other selected transmitters by a predetermined ratio may be used.
  • the positioning server verifies the certainty of the estimated distance concerning the transmitters in order from the transmitter having the smaller estimated distance, and three transmitters in which the certainty of the estimated distance satisfies a predetermined criterion
  • the position of the receiver may be calculated based on the estimated distances of the three selected transmitters.
  • the receiver measures the reception strength of radio waves transmitted from each of the plurality of transmitters, and provides information on the reception strength for each transmitter to the positioning server, and the positioning server Based on the information received from the receiver, estimates the distance between the receiver and each transmitter, selects three transmitters for which the likelihood of the estimated distance satisfies a predetermined criterion, The position of the receiver may be calculated based on the estimated distances of three transmitters.
  • the receiver measures the reception strength of radio waves transmitted from each of the plurality of transmitters, estimates the distance to each transmitter based on the reception strength for each transmitter, and estimates the transmitters.
  • the positioning server selects three transmitters in which the likelihood of the estimated distance satisfies a predetermined criterion based on the information received from the receiver, and selects the three selected transmitters.
  • the position of the receiver may be calculated based on the estimated distance of the transmitter.
  • the present invention it is possible to accurately estimate the position of the receiver based on the reception intensity of the radio wave transmitted from each of the plurality of transmitters installed at different positions.
  • the certainty of the estimated distance between the transmitter and the receiver is verified, and three transmitters with sufficient certainty of the estimated distance are selected as reference points.
  • a transmitter with a small error in the estimated distance to the receiver as a reference point for three-point positioning, so it is possible to improve the estimation accuracy of the position of the receiver.
  • P 1 , P 2 and P 4 have three points.
  • the position of the receiver can be estimated with high accuracy because it is selected as a reference point for positioning.
  • the certainty of the estimated distance can be verified as follows. Let the installation positions of two arbitrary transmitters a and b be P a and P b respectively, and let the estimated distances between the respective transmitters and receivers be r a and r b .
  • Each estimated distance r a if you have r b is the absolute accuracy, the circle C b circle and the radius r a and centered on P a C a and, P b and the center and radius r b is always intersection Or with contacts.
  • P a and P b d (P a, P b) and, d (P a, P b) and r a, r b, as shown in FIG.
  • the circle C a has no intersection or contact point with any of the circles C b , C c , and C d , that is, a pair of two transmitters (a, b), (a, c), Neither (a, d) satisfies the relational expression (1).
  • the certainty of the estimated distance between a certain transmitter and the receiver is verified based on the relationship between the estimated distance between another transmitter and the receiver. That is, the certainty of the estimated distance between a certain transmitter and the receiver is verified based on whether or not a certain number or more of other transmitters satisfy the relation (1). Specifically, N pairs of transmitters to be verified and other transmitters are made, and if the number of pairs satisfying the relation (1) among the N pairs of transmitters is M or more, It is determined that the estimated distance between the transmitter and the receiver of the
  • N transmitters may be selected in order of closeness of installation distance from the transmitter to be verified, and a pair with the transmitter to be verified may be formed.
  • the number of sets N may be determined so as to select a transmitter arranged so as to surround the transmitter to be verified, and the threshold M is about 0.6 to 0.7 times N. It is considered sufficient to decide on
  • N 8
  • the number of selected transmitters may be N, and a value obtained by multiplying N by a predetermined ratio (for example, 0.6 to 0.7) may be set as the threshold M.
  • the transmitter with the smallest estimated distance to the receiver is verified among all transmitters, and then the transmitter with the second smallest estimated distance and the transmitter with the third smallest estimated distance are secondly The certainty of the estimated distance is verified in the order of. If there is a transmitter determined that the estimated distance is not probable, the verification is repeatedly performed until the number of transmitters determined to have a probable estimated distance is three, such as the fourth and fifth. . When the number of transmitters determined to have a probable distance is three, these three transmitters are selected as reference points for three-point positioning.
  • FIG. 7 shows a schematic configuration example of a positioning system according to an embodiment of the present invention.
  • the positioning system of this example comprises a plurality of transmitters 10 installed at different positions, a receiver 20 for receiving radio waves transmitted from each of the plurality of transmitters, and a positioning server 30 for calculating the position of the receiver.
  • the transmitter 10 stores identification information (for example, a transmitter code) uniquely identifying each transmitter in a memory, and transmits a radio signal including the identification information.
  • the transmitter 10 may transmit a wireless signal periodically (for example, every one second) or may transmit a wireless signal in response to a request from a receiver.
  • a transmitter such as a wireless LAN access point or a BLE beacon can be used.
  • the receiver 20 When the receiver 20 receives a radio signal transmitted from a transmitter, the receiver 20 measures its reception strength (for example, RSSI). Since the radio signal transmitted from the transmitter includes the identification information of the transmitter, the receiver 20 can identify the transmitter and measure the reception strength. After measuring the reception strengths of a plurality of transmitters, the receiver 20 transmits a positioning request message including the reception strengths of the transmitters.
  • a portable wireless communication device such as a wireless device or a smartphone can be used.
  • the positioning server 30 calculates the position of the receiver as follows based on the reception strength of each transmitter included in the message. First, the distance between the receiver and each transmitter is estimated based on the reception strength of each transmitter. Next, for each transmitter, based on the relationship between the estimated distance for the transmitter and the estimated distance for another transmitter, the probability of the estimated distance for the transmitter is verified, and the probability of the estimated distance The three transmitters that satisfy the predetermined criteria are selected as the reference points of the three-point positioning. Then, the position of the receiver is calculated based on the estimated distances of the selected three transmitters. After calculating the position of the receiver, the positioning server 30 transmits the result to the receiver that has sent the positioning request message.
  • the positioning server 30 holds information on the installation position of each transmitter in advance, but instead, the transmitter 10 transmits its own position information together with identification information, and the receiver 20 transmits it.
  • the position information of each transmitter may be transmitted to the positioning server 30 together with the reception strength of each device.
  • the estimated distance between the transmitter and the receiver still contains an error, and three circles may not intersect at one point in three-point positioning. possible.
  • a method of using the mass center of gravity of a region where three circles overlap as an estimated position, or a method of adding the same correction value to the radius of each circle so that the three circles intersect at one point may be calculated using
  • FIG. 8 shows an example of a selection flow of reference points for three-point positioning.
  • k is a counter for counting the number of sets of transmitters satisfying the relational expression (1)
  • l is a counter for counting the number of transmitters determined to have a probable estimated distance.
  • the reference point for three-point positioning By selecting the reference point for three-point positioning according to the above-described procedure, it is possible to select only the transmitter with a probable estimated distance to the receiver as the three-point positioning reference point. Since the error included in the estimated distance between the transmitter and the receiver is small, as a result, it can be expected that the error included in the estimated position of the receiver also decreases.
  • the transmitters 10 installed at different positions, the receiver 20 receiving the radio waves transmitted from each of the transmitters, and the radio waves in the receivers
  • Positioning server 30 which estimates the distance between the receiver and each transmitter based on the reception strength, and calculates the position of the receiver based on the estimated distances of three transmitters among the plurality of transmitters. And Then, the positioning server 30 verifies the certainty of the estimated distance of the transmitter based on the relationship between the estimated distance of the transmitter and the estimated distance of the other transmitter for each transmitter. Three transmitters in which the certainty of the distance satisfies a predetermined standard are selected, and the position of the receiver is calculated based on the estimated distances of the selected three transmitters.
  • the positioning server 30 assumes, for each of a plurality of transmitters, a circle whose center is the installation position of the transmitters and whose radius is the estimated distance of the transmitters, and the transmitters to be verified. It is determined whether or not the circle pertaining to other transmitters has a point of intersection or contact with the circle pertaining to another transmitter, and the number of other transmitters having a circle with an intersection or point of contact or circle pertaining to the transmitter to be verified In this case, it is determined that the certainty of the estimated distance of the transmitter to be verified satisfies the predetermined criteria.
  • the positioning server 30 selects N other transmitters in order of proximity from the transmitter to be verified, and the intersection or contact point of the circle related to the selected other transmitters.
  • the present invention can be realized by other configurations. That is, as another example, the positioning server 30 selects another transmitter whose distance from the transmitter to be verified is within a predetermined value, and determines the intersection or contact point of the circle related to the selected other transmitter. May be configured to In any configuration, a value obtained by multiplying the selected number of other transmitters by a predetermined ratio can be used as the threshold value M. Needless to say, the threshold M may be determined by another method.
  • the positioning server 30 verifies the certainty of the estimated distance pertaining to the transmitters in order from the transmitter having the smallest estimated distance, and three transmitters in which the certainty of the estimated distance satisfies the predetermined criteria At the stage where the selection can be made, the position of the receiver is calculated based on the estimated distances of the selected three transmitters.
  • Such a configuration makes it possible to efficiently select a transmitter serving as a reference point for three-point positioning.
  • the receiver 20 measures the reception intensity of the radio wave transmitted from each of the plurality of transmitters, and provides the information of the reception intensity for each transmitter to the positioning server, and the positioning server 30 Based on the information received from the receiver, the distance between the receiver and each transmitter is estimated, and three transmitters for which the certainty of the estimated distance satisfies a predetermined criterion are selected, and the selected three transmitters
  • the position of the receiver is calculated based on the estimated distance according to the above, the present invention can be realized by other configurations.
  • the receiver 20 measures the reception strength of radio waves transmitted from each of a plurality of transmitters, estimates the distance to each transmitter based on the reception strength for each transmitter, and transmits
  • the information of the estimated distance for each aircraft is provided to the positioning server, and the positioning server 30 selects three transmitters for which the certainty of the estimated distance satisfies the predetermined criteria based on the information received from the receiver, and the selected The position of the receiver may be calculated based on the estimated distances of the three transmitters.
  • the receiver 20 may independently estimate its own position without using the positioning server 30. That is, for each transmitter, the receiver 20 verifies the probability of the estimated distance for the transmitter based on the relationship between the estimated distance for the transmitter and the estimated distance for another transmitter, and performs estimation. Three transmitters in which the certainty of the distance satisfies a predetermined standard may be selected, and the position of oneself may be calculated based on the estimated distances of the selected three transmitters.
  • the present invention can also be provided as a method and method for executing the above-described processing, a program for realizing such a method and method, and a storage medium for storing the program.
  • the present invention can be used for a positioning system that estimates the position of a receiver based on the reception intensity by the receiver of radio waves emitted from each of a plurality of transmitters installed at different positions.

Abstract

それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機の各々から発信される電波の受信強度に基づく受信機の位置の推定を精度よく行う。　本例の測位システムは、それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機１０と、複数の発信機の各々から発信された電波を受信する受信機２０と、受信機における電波の受信強度に基づいて、受信機と各発信機との間の距離を推定し、複数の発信機のうちの３つの発信機に係る推定距離に基づいて、受信機の位置を算出する測位サーバ３０とを備える。そして、測位サーバ３０が、発信機毎に、該発信機に係る推定距離と他の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、受信機の位置を算出する。

Description

測位システム、測位方法及び受信機
　本発明は、それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機の各々から発信される電波の受信機による受信強度に基づいて受信機の位置を推定する技術に関する。
　屋外における測位技術としては、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）が一般的である。これに対し、屋内はＧＰＳ衛星からの信号を受信することが困難なため、屋内ではＧＰＳに代わる測位技術が必要である。
　屋内における測位技術としては、無線ＬＡＮアクセスポイントやＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）ビーコンのなどの発信機から発信される無線信号を受信機で受信した際の電波強度（ＲＳＳＩ；Received Signal Strength Indication）を用いる方法が知られている。すなわち、受信機で測定された電波強度に基づいてその発信元の発信機までの距離を推定し、３つの発信機についての推定距離を用いて三点測位法により受信機の位置を推定するというものである。また、特許文献１には、屋内に設置された複数の基地局から受信した電波の受信強度に応じて基地局毎に電波領域を求め、各基地局の電波領域の重複領域の重心を、自身の推定位置とする無線端末が開示されている。
特開２０１４－０５２２０８号公報
　以下に、無線信号を使って位置を推定する具体的な方法について説明する。
　発信機と受信機間の距離は、電波強度が距離の二乗に反比例して減衰する性質を用いて推定することができる。一般に、電波強度ＲＳＳＩ（単位：ｄＢｍ）は、距離ｒ（単位：ｍ）の関数として、以下の数式で表される。
　　ＲＳＳＩ（ｒ）＝Ａ－２＊１０＊ｌｏｇ10（ｒ）
　ここで、Ａは距離１ｍにおけるＲＳＳＩ値、つまり、Ａ＝ＲＳＳＩ（１）である。従って、距離１ｍにおけるＲＳＳＩ値が既知であれば、ＲＳＳＩを測定することで発信機と受信機間の距離を求めることができる。図１には、ＲＳＳＩと距離の関係をグラフで示してある。
　設置位置が既知である３つの発信機から受信機までの距離が分かれば、三点測位法によって受信機の位置を推定することができる。つまり、図２に示すように、各発信機の設置位置を中心とし、各発信機と受信機間の距離を半径とする３つの円の交点を、受信機の位置であると推定することができる。
　４つ以上の発信機が設置されている場合、各発信機から受信機までの推定距離が絶対の精度を持っていれば、各発信機の設置位置を中心とし、各発信機と受信機間の距離を半径とする円は全て１点で交わる。このため、任意の３つの発信機を基準点として三点測位を行っても受信機の推定位置は同一となる。
　しかしながら、屋内環境では電波の反射や回折、外来波による干渉などの影響でＲＳＳＩの測定値に揺らぎが生じるので、発信機と受信機間の推定距離には誤差が含まれる。このため、各発信機の設置位置を中心とし、各発信機と受信機間の距離を半径とする円が１点で交わることは稀であり、また、どの３つの発信機を三点測位の基準点として選ぶかによって受信機の推定位置は変わり得る。特に、ある発信機と受信機間の推定距離が大きな誤差を含む場合、その発信機を三点測位の基準点の１つとして選んでしまうと、受信機の推定位置にも大きな誤差が生じてしまう。従って、受信機の位置を精度よく推定するためには、推定距離の誤差が小さい発信機を三点測位の基準点として選択する必要がある。
　なお、発信機と受信機間の推定距離の誤差により、三点測位の際に３つの円が１点で交わらない場合は、受信機の位置推定のために何らかの工夫が必要となる。そのような工夫としては、例えば、３つの円が重なる領域の質量重心を推定位置とする方法や、３つの円が１点で交わるように各円の半径に同一の補正値を加える方法などが知られている。
　前述の通り、ＲＳＳＩは距離の二乗に反比例して減衰するため、ＲＳＳＩ測定値の揺らぎが推定距離に与える影響は距離が大きいほど大きくなる。例えば、ＲＳＳＩ測定値の１ｄＢｍの揺らぎは、距離１ｍ以下では数ｃｍ～数十ｃｍの誤差として現れるのに対して、距離１０ｍ付近では数ｍの誤差として現れる。
　従って、発信機と受信機間の推定距離が小さいほどＲＳＳＩ測定値の揺らぎの影響は小さく、推定誤差も小さいと考えられるため、従来は、受信機までの推定距離が小さい発信機を三点測位の基準点として選択していた。しかしながら、発信機と受信機間の推定距離が大きな誤差を含み、その誤差により推定距離が小さくなることもある。この場合には、推定距離に大きい誤差が含まれる発信機が三点測位の基準点として選ばれることにより、受信機位置の推定精度を劣化させてしまうという問題があった。
　図３を参照して、推定距離が誤差を含む場合の推定位置について説明する。同図において、Ｐ1 ～Ｐ4 は発信機の設置位置を示し、ｒ1 ～ｒ4 は発信機と受信機間の推定距離を示している。また、実線の円は、各発信機の設置位置（Ｐ1 ～Ｐ4 ）を中心とし、各発信機と受信機間の推定距離（ｒ1 ～ｒ4 ）を半径として描いたものである。一方、破線の円は、Ｐ3 の位置に設置された発信機について、実際の距離を半径として描いたものである。すなわち、図３は、推定距離ｒ3 が誤差を含んでいる場合の例を示している。この例では、ｒ1 ＜ｒ2 ＜ｒ3 ＜ｒ4 となっているため、従来の方法ではＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 が三点測位の基準点として選ばれる。しかしながら、推定距離ｒ3 に含まれる誤差によって、受信機の位置として実際とは異なる位置を推定してしまっている。
　本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機の各々から発信される電波の受信強度に基づく受信機の位置の推定を精度よく行うことが可能な技術を提供することを目的としている。
　上記の目的を達成するために、本発明では測位システムを以下のように構成した。
　本発明に係る測位システムは、それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機と、前記複数の発信機の各々から発信された電波を受信する受信機と、前記受信機における電波の受信強度に基づいて、前記受信機と各発信機との間の距離を推定し、前記複数の発信機のうちの３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出する測位サーバとを備える。そして、前記測位サーバが、発信機毎に、該発信機に係る推定距離と他の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出することを特徴とする。
　より具体的には、前記測位サーバは、前記複数の発信機のそれぞれについて、該発信機の設置位置を中心とし且つ該発信機に係る推定距離を半径とした円を仮定し、検証対象の発信機に係る円が他の発信機に係る円と交点または接点を有するか否かを判定し、検証対象の発信機に係る円と交点または接点を有する円を持つ他の発信機の数が閾値以上の場合に、検証対象の発信機に係る推定距離の確からしさが所定基準を満たすと判定することを特徴とする。
　このような構成により、各発信機に係る推定距離と他の複数の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、受信機までの推定距離の誤差が小さい発信機を三点測位の基準点に選択できるので、受信機の位置の測位を精度よく行うことが可能となる。
　ここで、一構成例として、前記測位サーバは、検証対象の発信機からの距離が近い順に所定数の他の発信機を選択し、当該選択した他の発信機に係る円について前記交点または接点の判定を行い、前記閾値として、前記所定数に所定割合を乗じた値を用いてもよい。
　あるいは、前記測位サーバは、検証対象の発信機からの距離が所定値以内の他の発信機を選択し、当該選択した他の発信機に係る円について前記交点または接点の判定を行い、前記閾値として、前記選択した他の発信機の数に所定割合を乗じた値を用いてもよい。
　また、一構成例として、前記測位サーバは、推定距離が小さい発信機から順に、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択できた段階で、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出してもよい。
　また、一構成例として、前記受信機は、前記複数の発信機の各々から発信された電波の受信強度を測定し、発信機毎の受信強度の情報を前記測位サーバへ提供し、前記測位サーバは、前記受信機から受信した情報に基づいて、前記受信機と各発信機との間の距離を推定し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出してもよい。
　あるいは、前記受信機は、前記複数の発信機の各々から発信された電波の受信強度を測定し、発信機毎の受信強度に基づいて各発信機までの距離を推定し、発信機毎の推定距離の情報を前記測位サーバへ提供し、前記測位サーバは、前記受信機から受信した情報に基づいて、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出してもよい。
　本発明によれば、それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機の各々から発信される電波の受信強度に基づく受信機の位置の推定を精度よく行うことができる。
ＲＳＳＩと距離の関係を示す図である。 三点測位法による位置推定について説明する図である。 推定距離が誤差を含む場合の推定位置について説明する図である。 基準点間の距離と推定距離の関係について説明する図である。 推定距離の誤差検出について説明する図である。 推定距離の確からしさの検証について説明する図である。 本発明の一実施形態に係る測位システムの概略的な構成例を示す図である。 図７の測位システムによる三点測位の基準点の選択フローの例を示す図である。
　本発明では、発信機と受信機間の推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが十分な３つの発信機を基準点として選択する。これにより、受信機までの推定距離の誤差が小さい発信機を三点測位の基準点として選択できるので、受信機の位置の推定精度を向上させることが可能となる。例えば、図３の例において、推定距離ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ4 の確からしさが十分で、推定距離ｒ3 の確からしさが不十分と判断できれば、Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ4 が三点測位の基準点として選択されるため、高精度で受信機の位置を推定することができる。
　推定距離の確からしさは、以下のようにして検証することができる。
　任意の２つの発信機ａ，ｂの設置位置をそれぞれＰa ，Ｐb とし、それぞれの発信機と受信機間の推定距離をｒa ，ｒb とする。各推定距離ｒa ，ｒb が絶対の精度を持っていれば、Ｐa を中心とし且つ半径ｒa の円Ｃa と、Ｐb を中心とし且つ半径ｒb の円Ｃb は、必ず交点または接点を持つ。このとき、Ｐa とＰb との距離をｄ（Ｐa ，Ｐb ）と表すと、ｄ（Ｐa ，Ｐb ）とｒa ，ｒb は、図４に示すように、以下の関係式（１）を満たす。
　　｜ｄ（Ｐa ，Ｐb ）－ｒb ｜　≦　ｒa 　　　・・・（１）
　ここで、図４において、（ａ）は円Ｃa と円Ｃb がＰa から見てＰb 側の位置に接点を有する例であり、（ｂ）は円Ｃa と円Ｃb がＰa から見てＰb 側の位置に交点を有する例であり、（ｃ）は円Ｃa と円Ｃb がＰa から見てＰb とは逆側の位置に交点を有する例であり、（ｄ）は円Ｃa と円Ｃb がＰa から見てＰb とは逆側の位置に接点を有する例である。
　逆に関係式（１）が満たされない場合、つまり、円Ｃa と円Ｃb が、交点も接点も持たない場合は、推定距離ｒa ，ｒb のいずれか、または両方が大きな誤差を含んでいると言える。また、関係式（１）を満足しない２つの発信機の組が複数存在し、それらの組に共通に含まれる発信機があったとすると、その発信機と受信機間の推定距離には大きな誤差が含まれていると推定することができる。
　例えば、図５では、円Ｃa は、円Ｃb ，Ｃc ，Ｃd のいずれとも交点や接点を持たない、つまり、２つの発信機の組（ａ，ｂ），（ａ，ｃ），（ａ，ｄ）のいずれも関係式（１）を満たさない。この場合には、発信機ａと受信機間の推定距離ｒa には大きな誤差が含まれていると推定される。
　本発明では、ある発信機と受信機間の推定距離の確からしさを、他の発信機と受信機間の推定距離との関係に基づいて検証する。すなわち、ある発信機と受信機間の推定距離の確からしさを、関係式（１）を満たす他の発信機が一定数以上存在するか否かによって検証する。具体的には、検証対象の発信機と他の発信機の組をＮ個作り、Ｎ個の発信機の組の中で関係式（１）を満たす組がＭ個以上の場合に、検証対象の発信機と受信機間の推定距離は確からしいと判定する。
　Ｎ個の発信機の組の作り方としては、例えば、検証対象の発信機からの設置距離が近い順にＮ個の発信機を選び、検証対象の発信機との組を作ればよい。一般に、組数Ｎは、検証対象の発信機を取り囲むように配置されている発信機が選ばれるように決定すればよく、閾値Ｍは、Ｎの０．６～０．７倍程度となるように決めれば十分であると考えられる。
　例えば、図６のように発信機が碁盤の目状に配置されている場合には、Ｎ＝８，Ｍ＝５などとすればよい。実際、図６のＰ22が検証対象の発信機の設置位置であった場合、太線のＣ22は、実線の円Ｃ11，Ｃ21，Ｃ32，Ｃ33とは交わるが、点線の円Ｃ12，Ｃ13，Ｃ23，Ｃ31とは交わらないため、関係式（１）を満たすのは４組となる。この場合、関係式（１）を満たす組数（＝４）は閾値Ｍ（＝５）以上ではないので、Ｐ22と受信機間の推定距離は確からしくないと判断することができる。
　なお、検証対象の発信機からの設置距離が近い順にＮ個の発信機を選ぶのではなく、検証対象の発信機から所定範囲内に存在する他の発信機を選択するように構成してもよい。この場合は、選択された発信機の数をＮとし、Ｎに所定割合（例えば、０．６～０．７）を乗じた値を閾値Ｍとすればよい。
　次に、三点測位の基準点となる発信機の選択方法について説明する。
　まず受信機までの推定距離が全発信機の中で最小となる発信機について推定距離の確からしさを検証し、次に２番目に推定距離が小さい発信機、３番目に推定距離が小さい発信機の順序で推定距離の確からしさを検証する。仮に、推定距離が確からしくないと判定された発信機があった場合は、４番目、５番目というように、推定距離が確からしいと判定される発信機が３つになるまで繰り返し検証を行う。推定距離が確からしいと判定された発信機が３つになった場合は、それら３つの発信機を三点測位の基準点として選択する。
　図７には、本発明の一実施形態に係る測位システムの概略的な構成例を示してある。本例の測位システムは、それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機１０と、複数の発信機の各々から発信された電波を受信する受信機２０と、受信機の位置を算出する測位サーバ３０とを備える。
　発信機１０は、各々の発信機を一意に識別する識別情報（例えば、発信機コード）をメモリに記憶しており、該識別情報を含む無線信号を送信する。発信機１０は、定期的（例えば１秒毎）に無線信号を送信してもよいし、受信機からの要求に応答して無線信号を送信してもよい。発信機１０としては、無線ＬＡＮアクセスポイントやＢＬＥビーコンなどの発信機を用いることができる。
　受信機２０は、発信機から発信された無線信号を受信すると、その受信強度（例えば、ＲＳＳＩ）を測定する。発信機から発信される無線信号には発信機の識別情報が含まれるので、受信機２０は発信機を識別して受信強度の測定を行うことができる。受信機２０は、複数の発信機について受信強度を測定した後に、発信機別の受信強度を含む測位要求メッセージを送信する。受信機２０としては、無線機やスマートフォンなどの携帯型の無線通信装置を用いることができる。
　測位サーバ３０は、受信機から測位要求メッセージを受信すると、そのメッセージに含まれる発信機別の受信強度に基づいて、受信機の位置を以下のようにして算出する。まず、発信機別の受信強度に基づいて、受信機と各発信機との間の距離を推定する。次に、発信機毎に、該発信機に係る推定距離と他の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす３つの発信機を三点測位の基準点として選択する。そして、選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、受信機の位置を算出する。測位サーバ３０は、受信機の位置を算出すると、その結果を測位要求メッセージの送信元の受信機に送信する。
　ここで、推定距離の確からしさを検証するためには、発信機間の距離を算出できるように各発信機の設置位置を特定する必要がある。本例では、測位サーバ３０が、各発信機の設置位置の情報を予め保持しているが、これに代えて、発信機１０が自身の位置情報を識別情報と共に発信し、受信機２０が発信機別の受信強度と共に各発信機の位置情報を測位サーバ３０に送信する構成としてもよい。
　なお、三点測位の基準点として３つの発信機を選択したものの、依然として発信機と受信機間の推定距離が誤差を含み、三点測位の際に３つの円が１点で交わらない場合があり得る。この場合は、前述したように、例えば、３つの円が重なる領域の質量重心を推定位置とする方法や、３つの円が１点で交わるように各円の半径に同一の補正値を加える方法などを用いて、受信機の位置を算出すればよい。
　図８には、三点測位の基準点の選択フローの例を示してある。図８では、受信機までの推定距離がｉ番目に小さい発信機の設置位置をＰi,0 とし、Ｐi,0 からｊ番目に近い発信機の設置位置をＰi,j とし、Ｐi,j と受信機間の推定距離ｒi,j としている。また、ｋは関係式（１）を満たす発信機の組数をカウントするためのカウンタであり、ｌは推定距離が確からしいと判定された発信機の数をカウントするためのカウンタである。
　図８に沿って、測位サーバ３０による三点測位の基準点の選択手順を説明する。
　まず、ｉ＝１，ｌ＝０で初期化を行う（Ｓ００１）。
　次に、ｊ＝１，ｋ＝０で初期化を行う（Ｓ００２）。
　受信機までの推定距離がｉ番目に小さい発信機とその発信機からｊ番目に近い発信機の組が以下の関係式（２）を満たすかを判定し（Ｓ００３）、関係式（２）を満たす場合のみカウンタｋをカウントアップする（Ｓ００４）。
　　｜ｄ（Ｐi,0 ，Ｐi,j ）－ｒi,j ｜　≦　ｒi,0 　　　・・・（２）
　Ｓ００３～Ｓ００４をｊ＝１～Ｎについて繰り返し実施し（Ｓ００５，Ｓ００６）、その後、推定距離ｒi,0 の確からしさが十分か、つまり、カウンタｋがＭ以上であるかを判定する（Ｓ００７）。ｋ≧Ｍであれば、受信機までの推定距離がｉ番目に小さい発信機の設置位置Ｐi,0 を三点測位の基準点として選択し（Ｓ００８）、カウンタｌをカウントアップする（Ｓ００９）。
　カウンタｌ（三点測位の基準点として選択された発信機の数）が３になるまで、ｉをインクリメントしながらＳ００２～Ｓ００９を繰り返し実施する（Ｓ０１０，Ｓ０１１）。
　以上の手順で三点測位の基準点の選択を行うことで、受信機までの推定距離が確からしい発信機のみを三点測位の基準点に選択することができる。これらの発信機と受信機間の推定距離に含まれる誤差は小さいため、結果として、受信機の推定位置に含まれる誤差も小さくなることが期待できる。
　以上のように、本例の測位システムは、それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機１０と、複数の発信機の各々から発信された電波を受信する受信機２０と、受信機における電波の受信強度に基づいて、受信機と各発信機との間の距離を推定し、複数の発信機のうちの３つの発信機に係る推定距離に基づいて、受信機の位置を算出する測位サーバ３０とを備える。そして、測位サーバ３０が、発信機毎に、該発信機に係る推定距離と他の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、受信機の位置を算出する構成となっている。
　より具体的には、測位サーバ３０は、複数の発信機のそれぞれについて、該発信機の設置位置を中心とし且つ該発信機に係る推定距離を半径とした円を仮定し、検証対象の発信機に係る円が他の発信機に係る円と交点または接点を有するか否かを判定し、検証対象の発信機に係る円と交点または接点を有する円を持つ他の発信機の数が閾値以上の場合に、検証対象の発信機に係る推定距離の確からしさが所定基準を満たすと判定する構成となっている。
　このような構成により、各発信機に係る推定距離と他の複数の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、受信機までの推定距離の誤差が小さい発信機を三点測位の基準点に選択できるので、受信機の位置の推定を精度よく行うことが可能となる。
　ここで、上記の例では、測位サーバ３０は、検証対象の発信機からの距離が近い順にＮ個の他の発信機を選択し、当該選択した他の発信機に係る円について交点または接点の判定を行う構成となっているが、他の構成によっても本発明を実現することができる。すなわち、別の例として、測位サーバ３０は、検証対象の発信機からの距離が所定値以内の他の発信機を選択し、当該選択した他の発信機に係る円について前記交点または接点の判定を行う構成としてもよい。いずれの構成においても、選択した他の発信機の数に所定割合を乗じた値を、閾値Ｍとして用いることができる。なお、閾値Ｍは、他の方法により決定してもよいことは言うまでもない。
　また、上記の例では、測位サーバ３０は、推定距離が小さい発信機から順に、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択できた段階で、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出する構成となっている。このような構成により、三点測位の基準点となる発信機の選択を効率よく行うことができる。
　また、上記の例では、受信機２０が、複数の発信機の各々から発信された電波の受信強度を測定し、発信機毎の受信強度の情報を測位サーバへ提供し、測位サーバ３０が、受信機から受信した情報に基づいて、受信機と各発信機との間の距離を推定し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、受信機の位置を算出しているが、他の構成によっても本発明を実現することができる。すなわち、別の例として、受信機２０が、複数の発信機の各々から発信された電波の受信強度を測定し、発信機毎の受信強度に基づいて各発信機までの距離を推定し、発信機毎の推定距離の情報を測位サーバへ提供し、測位サーバ３０が、受信機から受信した情報に基づいて、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、受信機の位置を算出する構成としてもよい。
　ここで、別の構成例として、測位サーバ３０を用いずに、受信機２０が独自に自身の位置を推定する構成としてもよい。すなわち、受信機２０が、発信機毎に、該発信機に係る推定距離と他の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、自身の位置を算出する構成としてもよい。
　なお、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。
　また、本発明は、上述した処理を実行する方法や方式、そのような方法や方式を実現するためのプログラム、そのプログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。
　本発明は、それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機の各々から発信される電波の受信機による受信強度に基づいて受信機の位置を推定する測位システムに利用することができる。
　１０：発信機、　２０：受信機、　３０：測位サーバ

Claims (9)

  1. 　それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機と、前記複数の発信機の各々から発信された電波を受信する受信機と、前記受信機における電波の受信強度に基づいて、前記受信機と各発信機との間の距離を推定し、前記複数の発信機のうちの３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出する測位サーバとを備えた測位システムにおいて、
    　前記測位サーバは、発信機毎に、該発信機に係る推定距離と他の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出することを特徴とする測位システム。
  2. 　請求項１に記載の測位システムにおいて、
    　前記測位サーバは、前記複数の発信機のそれぞれについて、該発信機の設置位置を中心とし且つ該発信機に係る推定距離を半径とした円を仮定し、検証対象の発信機に係る円が他の発信機に係る円と交点または接点を有するか否かを判定し、検証対象の発信機に係る円と交点または接点を有する円を持つ他の発信機の数が閾値以上の場合に、検証対象の発信機に係る推定距離の確からしさが所定基準を満たすと判定することを特徴とする測位システム。
  3. 　請求項２に記載の測位システムにおいて、
    　前記測位サーバは、検証対象の発信機からの距離が近い順に所定数の他の発信機を選択し、当該選択した他の発信機に係る円について前記交点または接点の判定を行い、前記閾値として、前記所定数に所定割合を乗じた値を用いることを特徴とする測位システム。
  4. 　請求項２に記載の測位システムにおいて、
    　前記測位サーバは、検証対象の発信機からの距離が所定値以内の他の発信機を選択し、当該選択した他の発信機に係る円について前記交点または接点の判定を行い、前記閾値として、前記選択した他の発信機の数に所定割合を乗じた値を用いることを特徴とする測位システム。
  5. 　請求項１乃至４のいずれかに記載の測位システムにおいて、
    　前記測位サーバは、推定距離が小さい発信機から順に、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択できた段階で、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出することを特徴とする測位システム。
  6. 　請求項１乃至５のいずれかに記載の測位システムにおいて、
    　前記受信機は、前記複数の発信機の各々から発信された電波の受信強度を測定し、発信機毎の受信強度の情報を前記測位サーバへ提供し、
    　前記測位サーバは、前記受信機から受信した情報に基づいて、前記受信機と各発信機との間の距離を推定し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出することを特徴とする測位システム。
  7. 　請求項１乃至５のいずれかに記載の測位システムにおいて、
    　前記受信機は、前記複数の発信機の各々から発信された電波の受信強度を測定し、発信機毎の受信強度に基づいて各発信機までの距離を推定し、発信機毎の推定距離の情報を前記測位サーバへ提供し、
    　前記測位サーバは、前記受信機から受信した情報に基づいて、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出することを特徴とする測位システム。
  8. 　それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機の各々から発信された電波の受信機による受信強度に基づいて、前記受信機と各発信機との間の距離を推定し、前記複数の発信機のうちの３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出する測位方法において、
    　発信機毎に、該発信機に係る推定距離と他の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、前記受信機の位置を算出することを特徴とする測位方法。
  9. 　それぞれ異なる位置に設置された複数の発信機の各々から発信された電波の受信強度に基づいて、自身と各発信機との間の距離を推定し、前記複数の発信機のうちの３つの発信機に係る推定距離に基づいて、自身の位置を算出する受信機において、
    　発信機毎に、該発信機に係る推定距離と他の発信機に係る推定距離との関係に基づいて、該発信機に係る推定距離の確からしさを検証し、推定距離の確からしさが所定基準を満たす発信機を３つ選択し、当該選択した３つの発信機に係る推定距離に基づいて、自身の位置を算出することを特徴とする受信機。
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