WO2021186941A1 - 位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラム - Google Patents

位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラム Download PDF

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received
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    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location

Definitions

  • the present invention relates to a position estimation device, a position estimation method, and a position estimation program.
  • Patent Documents 1 and 2 are known.
  • the transmitter signal of the transmitter is received in an environment in which a plurality of receivers are installed, and the position of the transmitter is estimated from the signal strength of the received signal received by each receiver.
  • the position of the receiver is estimated from the signal strength of the received signal received by the receiver in an environment in which a plurality of transmitters are installed.
  • the position of the transmitter is estimated based on the signal strength of the signal received from the transmitter by the receiver installed at the three points by the three-point positioning method.
  • the position of the receiver is estimated based on the signal strength of the signal received by the receiver from the transmitters installed at the three points.
  • the technique described in the above patent document has a problem that it is difficult to estimate the position accurately because an error occurs in the calculation of the position depending on the environment between the transmitter and the receiver.
  • an acquisition unit that acquires the reception signal strength when the radio signal transmitted from the transmitter is received by the receiver, and the first to third highest reception signals among the acquired reception signal strengths. It is provided with an estimation unit that estimates the position of the transmitter or the receiver using at least the intensity, and a reliability calculation unit that calculates the reliability of the position estimation based on the received signal intensity used. The estimation unit determines the position estimation result of the second position estimation object and the position estimation of the first position estimation based on the reliability of the position estimation in the first position estimation object and the second position estimation object.
  • a position estimation device that redoes the position estimation of the first position estimation object by using the received signal strength of the radio signal transmitted and received between the object and the second position estimation object.
  • the received signal strength when the radio signal transmitted from the transmitter is received by the receiver is acquired, and at least the upper 1st to 3rd received signal strengths among the acquired received signal strengths are set. It is used to estimate the position of the transmitter or receiver, calculate the reliability of the position estimation based on the received signal strength used, and perform the first position estimation target and the second position estimation target. Reception of the position estimation result of the second position estimation target and the radio signal transmitted / received between the first position estimation target and the second position estimation target based on the reliability of the position estimation in the object. Provided is a position estimation method in which the position estimation of the first position estimation object is redone using the signal strength and the signal strength.
  • the received signal strength when the radio signal transmitted from the transmitter is received by the receiver is acquired, and at least the upper 1st to 3rd received signal strengths among the acquired received signal strengths are used. Then, the position of the transmitter or the receiver is estimated, the reliability of the position estimation is calculated based on the received signal strength used, and the first position estimation object and the second position estimation object are calculated. Based on the reliability of the position estimation in, the position estimation result of the second position estimation object and the received signal of the radio signal transmitted and received between the first position estimation object and the second position estimation object.
  • a position estimation program for causing a computer to perform a process of redoing the position estimation of the first position estimation object using the intensity.
  • the present embodiment it is possible to provide a position estimation device, a position estimation method, and a position estimation program capable of improving the position estimation accuracy.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structural example of the position estimation system which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view of the room which shows the installation example of the transmitter which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view of the room which shows the installation example of the transmitter which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structural example of the position information calculation part in the position information server which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the position correction method which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the position correction method which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the position correction method which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the position correction method which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the position correction method which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the position correction
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration example of a position estimation system according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of a room showing an installation example of a transmitter
  • FIG. 3 is an installation example of FIG. Is a plan view seen from the ceiling side of the room.
  • the position estimation system 1 includes a plurality of radios 2, a plurality of transmitters 3, a receiver 4, and a position information server 10.
  • the position estimation system 1 is a system that measures the position of the radio 2 using beacon signals transmitted by a plurality of transmitters 3.
  • the beacon signal is iBeacon (registered trademark) of Bluetooth Low Energy (BLE).
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • the beacon signal is not limited to Bluetooth, and may be another wireless signal such as a wireless LAN.
  • each transmitter 3a to 3d are installed near the corners of the ceiling of the room 6, respectively. It can be said that the transmitters 3a to 3d are installed at the positions of the vertices of the quadrangle in a plan view.
  • the quadrangle formed by the transmitters 3a to 3d may be a rectangle including a square, or any other quadrangle.
  • the three-dimensional space in the room 6 surrounded by the transmitters 3a to 3d is the position measurement area.
  • the position information server 10 estimates the position of the radio 2 in the position measurement area of the room 6 by the three-point positioning method based on the signal strength received from the receiver 4.
  • four transmitters 3a to 3d are shown, but five or more transmitters 3 may be arranged so as to surround the position measurement area.
  • the plurality of transmitters 3 may be arranged at an arbitrary position such as the floor or wall of the room, but may be installed in a high place such as a ceiling in order to prevent the beacon signal from being blocked by an obstacle. preferable. Further, in this example, the transmitter 3 is installed indoors, but the transmitter 3 may be installed outdoors and the position of the radio 2 may be estimated outdoors.
  • the transmitter 3 is a transmitter that transmits a beacon signal for position measurement.
  • the transmitter 3 includes a beacon transmission unit 31, a CPU (Central Processing Unit) 32, a storage unit 33, and a power supply 34.
  • the beacon transmission unit 31 wirelessly transmits a beacon signal according to a communication standard such as BLE.
  • the beacon transmission unit 31 periodically broadcasts a beacon signal including ID information that identifies the transmitter 3 to the surroundings.
  • the CPU 32 is a control unit that controls each unit of the transmitter 3.
  • the CPU 32 controls the transmission timing, transmission power, and the like of the beacon signal.
  • the storage unit 33 is a storage unit that stores information necessary for the operation of the transmitter 3.
  • the storage unit 33 stores ID information and the like of the transmitter 3 included in the beacon signal.
  • the power supply 34 is a battery power supply or the like for operating the transmitter 3. The power supply may be built in the transmitter 3 or may be supplied from the outside.
  • the transmitter 3 also has a geomagnetic sensor that detects the orientation of the transmitter 3, a GPS receiver that receives GPS signals, a display that displays information to the user, and encryption / decryption, if necessary.
  • a key processing unit or the like may be provided.
  • the radio 2 is a receiver that receives a beacon signal from the transmitter 3 and is a device for position measurement.
  • the radio 2 is a device that measures and outputs the received signal strength of the received beacon signal.
  • the radio 2 is also a transmitter that transmits a beacon signal to the receiver 4 and another radio 2. That is, the radio 2 is a transmitter / receiver that transmits / receives a beacon signal.
  • the radio 2 includes a beacon receiving unit 21, a CPU 22, a beacon transmitting unit 23, a storage unit 24, and a power supply 25.
  • the beacon receiving unit 21 receives the beacon signal wirelessly transmitted from the transmitter 3 and the other wireless device 2 according to a communication standard such as BLE, and further measures the signal strength of the received beacon signal.
  • the CPU 22 is a control unit that controls each part of the radio 2.
  • the CPU 22 generates signal strength measurement information from the ID information included in the beacon signal received from the transmitter 3 and the other radio 2 and the received signal strength of the beacon signal.
  • the signal strength measurement information includes ID information (ID information of the transmitter 3 or another radio 2) included in the beacon signal received by the radio 2 and the received signal strength of the beacon signal.
  • the beacon transmission unit 23 wirelessly transmits a beacon signal according to a communication standard such as BLE.
  • the beacon signal transmitted by the beacon transmitting unit 23 includes signal strength measurement information and ID information for identifying the radio 2.
  • the storage unit 24 is a storage unit that stores information necessary for the operation of the radio 2.
  • the storage unit 24 stores the ID information and the like of the radio 2 included in the beacon signal.
  • the power source 25 is a power source for operating the radio 2.
  • the power supply 25 may be built in the radio 2 or may be supplied from the outside.
  • the receiver 4 is a receiver that receives the beacon signal from the radio 2, and is a device that relays the signal strength measurement information included in the received beacon signal.
  • the receiver 4 includes a beacon receiving unit 41, a CPU 42, an Ethernet (registered trademark) transmitting / receiving unit 43, and a power supply 44.
  • the beacon receiving unit 41 receives a beacon signal including ID information and signal strength measurement information transmitted from each radio device 2.
  • the CPU 42 is a control unit that controls each unit of the receiver 4.
  • the CPU 42 transfers the information contained in the beacon receiving unit 41 to the Ethernet transmission / reception unit 43.
  • the Ethernet transmission / reception unit 43 communicates with the location information server 10 via the network 5 according to the Ethernet standard.
  • the Ethernet transmission / reception unit 43 transmits the ID information and the signal strength measurement information received from each radio device 2 to the position information server 10.
  • the position information server 10 is a position estimation device that estimates the position of the radio 2 based on the received signal strengths of a plurality of beacon signals.
  • the location information server 10 includes a location information calculation unit 100, a map information management unit 11, a database 12, an Ethernet transmission / reception unit 13, a display unit 14, a CPU 15, and a power supply 16.
  • the position information calculation unit 100 calculates the position information of the radio 2 based on the received signal strengths of the plurality of beacon signals measured by the radio 2.
  • the position information calculation unit 100 receives signal strength measurement information including the ID information of the beacon signal received by the radio 2 from each transmitter 3 and the received signal strength, and as shown in FIGS. 2 and 3, each transmitter 3 receives the signal strength measurement information.
  • the radio 2 identified from the ID information using the distance to the radio 2 calculated from the three-dimensional positional relationship on the map and the received signal strength (for example, distances d 1 , d 2 , d 3). Estimate the three-dimensional position of.
  • the position information calculation unit 100 determines the position of the radio 2 based on the strength of the received signal from the first to third transmitters 3 in the order of the strength of the received signal among the plurality of transmitters 3. presume. In addition, the position information calculation unit 100 calculates the reliability of the radio 2 when calculating the position information. The reliability will be described later.
  • the map information management unit 11 manages the map information of the database 12.
  • the database 12 stores information necessary for processing of the location information server 10.
  • the database 12 stores map information, the position of the transmitter 3 on the map, the calculated position information of the radio 2, and the reliability at the time of calculating the position information.
  • the Ethernet transmission / reception unit 13 communicates with the receiver 4 via the network 5 according to the Ethernet standard.
  • the Ethernet transmission / reception unit 13 receives the ID information and signal strength measurement information of the beacon signal received from each radio 2 by the receiver 4 from the receiver 4.
  • the display unit 14 is a display unit that displays information to the user.
  • the display unit 14 superimposes the position information of the radio 2 on the map information and displays it.
  • the CPU 15 is a control unit that controls each unit of the position information server 10. For example, the CPU 15 controls the position information of the radio 2 calculated by the position information calculation unit 100 to be displayed on the display unit 14.
  • the power supply 16 is a power supply for operating the position information server 10.
  • the location information server 10 may also include a key processing unit for encryption / decryption, if necessary.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the position information calculation unit 100 in the position information server 10.
  • the position information calculation unit 100 includes an acquisition unit 101, an estimation unit 102, and a reliability calculation unit 103.
  • the acquisition unit 101 acquires the signal strength measurement information generated by the radio 2 from the receiver 4 via the Ethernet transmission / reception unit 13.
  • the estimation unit 102 estimates the position of the radio 2 based on the signal strength measurement information acquired by the acquisition unit 101. When there are a plurality of radios 2 in the position measurement area, the position of each radio 2 is estimated. In order to estimate the position by the three-point positioning method, the estimation unit 102 determines the signal of the beacon signal received from the three transmitters 3 among the signal strength measurement information of the beacon signals received by the radio 2 from the plurality of transmitters 3. The position of the radio 2 is calculated using the intensity measurement information. The higher the received signal strength, the more stable and accurate the value is likely to be. Therefore, for example, the signal of the transmitter 3 of the first to third (top first to third) from the one with the higher received signal strength. Use strength measurement information.
  • the reliability calculation unit 103 calculates the reliability of the position estimation based on the received signal strength used at the time of the position estimation. Specifically, the third strongest received signal strength is defined as the reliability. Since the position is estimated using the upper 1st to 3rd received signal intensities, here, as an example, the upper 3rd received signal intensities among the received signal intensities used for the position estimation are used as the reliability. The reliability may be at least a value based on the received signal strength. Further, the estimation unit 102 sets the position estimation result of the other radio 2 and the beacon received by the radio 2 from the other radio 2 based on the reliability of the position estimation of the radio 2 and the other radio 2. The position estimation of the radio 2 is redone using the received signal strength of the signal.
  • the position estimation method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • the position estimation method according to the present embodiment when a plurality of radios 2 are present in the position estimation area, the position estimation result of the radio 2 having high position estimation reliability is used and the position estimation reliability is low.
  • the position of the radio is estimated.
  • An example of position estimation of the radio 2a and the radio 2b located in the vicinity of the radio 2a will be described.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining how the position of the radio device 2a is estimated by using three received signal intensities in order of strength among the received signal intensities of the beacon signals received by the radio device 2a to be position-estimated. .. Similar to FIGS. 2 and 3, transmitters 3a to 3d are installed, and the radio 2a receives a beacon signal from the transmitters 3a to 3d. It is assumed that there is an obstacle 8 that attenuates radio waves between the transmitter 3a and the radio 2a. The circle centered on each transmitter 3 shown in FIG. 5 represents the result of estimating the distance from each transmitter 3 to the radio 2a based on the received signal strength of the beacon signal received by the radio 2a. ..
  • the estimation unit 102 of the position information calculation unit 100 estimates that the radio 2a exists within the range of the region A2a1 close to the circumference of all three circles of the transmitters 3a, 3c, and 3d. Since the radio field intensity of the beacon signal received from the transmitter 3a is attenuated by the obstacle 8, the estimated position of the radio 2a is the position of the region A2a1 deviated from the actual position in the direction farther from the transmitter 3a.
  • Table 1 shows an example of the received signal strength of the beacon signal from each transmitter 3 at this time.
  • the reliability calculation unit 103 uses the third strongest received signal strength used in the position estimation as the reliability. From Table 1, since the third strongest received signal strength is the received signal strength of the beacon signal received from the transmitter 3a, it is assumed that the reliability of the position estimation at this time is 30.
  • FIG. 6 shows an example in the case where another radio 2b is present in the same position measurement area.
  • Table 2 shows an example of the reception signal strength of the beacon signal received by the radio 2b from each transmitter 3. From Table 2, as a result of estimating the position of the radio 2b using the received signal strengths of the transmitters 3d, 3b, and 3c, which are the top three received signal strengths, it is estimated that the radio 2b exists in the region A2b1 of FIG. Will be done. In this example, the third strongest received signal strength is the received signal strength of the beacon signal received from the transmitter 3c, so the reliability at this time is 60.
  • the position information calculation unit 100 sets the reliability of the position estimation of each radio 2 to a predetermined threshold value. compare. For example, the reliability threshold is set to 50. In the example of FIG. 6, the reliability of the position estimation of the radio 2b is 60, which is larger than the threshold value. Therefore, the position information calculation unit 100 adopts the region A2b1 which is the estimation result estimated using the received signal strengths of the transmitters 3d, 3b, and 3c as it is. That is, the region A2b1 is set as the final estimated position of the radio 2b. On the other hand, in the example of FIG.
  • the reliability of the position estimation of the radio 2a is 30, which is smaller than the threshold value.
  • the position information calculation unit 100 confirms the presence or absence of another radio 2 having high reliability of position estimation in the measurement area.
  • the position information calculation unit 100 receives the position estimation information (estimated position) of the other radio 2 and the other radio 2. Using the received signal strength of the beacon signal, the position estimation of the radio 2 having low position estimation reliability is redone.
  • the radio 2 having a low reliability of position estimation has the reception signal strength of the beacon signal received from the other radio 2 and the third strongest reception signal strength of the beacon signal received from the transmitter 3. If the received signal strength of the beacon signal received from the other radio 2 is stronger than that of the other radio 2, the top three received signal strengths including the received signal strength of the beacon signal received from the other radio 2 are used. Perform position estimation.
  • Table 3 shows the received signal strength when the radio 2a receives the beacon signal from the other radio 2b from the state shown in Table 1. From Table 3, the received signal strength of the beacon signal received from the radio 2b is stronger than the received signal strength of the beacon signal received from the transmitter 3a, which was the third highest in the position estimation. Therefore, the position information calculation unit 100 receives beacons received from the transmitter 3c, the transmitter 3d, and the radio 2b, which are the top three received signal strengths among the received signal strengths including the transmitter 3 and the other radio 2. The position estimation of the radio 2a is redone using the received signal strength of the signal.
  • the position of the radio 2a is estimated by using A2b1c, which is the position of the center of gravity of the position estimation area A2b1 of the other radio 2b, as the position of the other radio 2b.
  • FIG. 7 shows the result of re-estimating the position of the radio 2a.
  • the estimated position of the radio 2a is the position of the region A2a2, which is the actual position (FIG. 5). The position is close to the position of 2a shown in.
  • FIG. 8 shows the flow of the position estimation method in the position information server 10 according to the present embodiment.
  • the position information server 10 acquires the signal strength measurement information from the radio 2 (S101). That is, when the plurality of transmitters 3 transmit the beacon signal, the radio 2 receives the beacon signal and measures the reception signal strength of the beacon signal. Further, the acquisition unit 101 of the position information calculation unit 100 in the position information server 10 transmits the signal including the ID information and the received signal strength of the beacon signal received by the radio 2 from the plurality of transmitters 3 via the receiver 4. Acquire strength measurement information.
  • the location information server 10 selects the signal strength measurement information having the first to third received signal strength (S102).
  • the estimation unit 102 of the position information calculation unit 100 compares a plurality of received signal intensities included in the acquired signal strength measurement information, and sets a plurality of received signal intensities as the received signal intensities used for position estimation by the three-point positioning method.
  • the signal strength measurement information having the first to third received signal strength is selected from the above.
  • the position information server 10 estimates the position of the radio 2 based on the selected signal strength measurement information (S103).
  • the estimation unit 102 of the position information calculation unit 100 calculates the position of the radio 2 by the three-point positioning method using the signal strength measurement information having the selected received signal strength of the first to third.
  • the distance between the transmitter and the receiver is calculated from the received signal strength, and the calculated distance information and the position information of the transmitting transmitter are used.
  • This is a method of estimating the position of the receiver based on the above. In calculating this distance, since the received signal strength is attenuated in inverse proportion to the square of the distance, the received signal strength measured with the receiver and transmitter installed at a reference distance is used as the reference value. ..
  • iBeacon which is one of the beacon signals
  • Measured Power a parameter called Measured Power
  • the received signal strength measured at a distance of 1 m between the transmitter and the receiver is defined as Measured Power
  • the reference received signal strength is defined as "RSSI @ 1 m”.
  • N in this equation (1) is the propagation loss coefficient.
  • n is 2 in an ideal environment and varies depending on the radio wave reception environment.
  • the position of the radio 2 is calculated from the signal strength measurement information of the transmitters 3a to 3c shown in FIG. 2
  • the positional relationship between the transmitter 3 and the radio 2 is represented by a three-dimensional Cartesian coordinate system (X-axis / Y-axis / Z-axis), and the position of the transmitter 3a is (x 1 , y 1 , z 1 ).
  • the position of the transmitter 3b is (x 2 , y 2 , z 2 )
  • the position of the transmitter 3c is (x 3 , y 3 , z 3 )
  • the position of the radio 2 is (x T , y T , z T ).
  • the distance between the transmitter 3a and the radio 2 is d 1
  • the distance between the transmitter 3b and the radio 2 is d 2
  • the distance between the transmitter 3c and the radio 2 is d 3
  • the radio 2 transmits.
  • the received signal strength when the signal is received from the machine 3a is RSSI A
  • the received signal strength when the radio 2 receives the signal from the transmitter 3b is RSSI B
  • the radio 2 receives the signal from the transmitter 3c. the received signal strength and RSSI C.
  • each distance d 1 to d 3 can be obtained from the following equation from the above equation (1).
  • n 2.
  • d 1 10 ⁇ ⁇ (RSSI @ 1m-RSSI A ) / (10 * 2) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • d 2 10 ⁇ ⁇ (RSSI @ 1m-RSSI B ) / (10 * 2) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (3)
  • d 3 10 ⁇ ⁇ (RSSI @ 1m-RSSI C ) / (10 * 2) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (4)
  • the estimation unit 102 calculates the three-dimensional coordinates of the radio 2 by solving the quadratic equations of the equations (5) to (7).
  • the position information server 10 calculates the reliability of the position estimation performed in step 103, and determines whether the calculated reliability of the position estimation is less than the threshold value (S104).
  • the process proceeds to step 105, and the position information server 10 confirms whether there is another radio 2 that can be used for the position estimation (S105).
  • the other radio 2 that can be used for position estimation is a radio 2 that satisfies the following conditions.
  • the radio 2 whose position estimation reliability is less than the threshold value is referred to as the radio 2a, and the other radio 2 is referred to as the radio 2b.
  • Condition 1 The position estimation reliability of the radio 2b is equal to or higher than the threshold value.
  • Condition 2 The received signal strength of the beacon signal received and transmitted between the radio 2a and the radio 2b is higher than the third highest received signal strength of the beacon signal received by the radio 2a from the transmitter 3. strong.
  • the process proceeds to step 106, and the position information server 10 receives the beacon signal strength of the beacon signal received by the radio 2a from the radio 2b. And the position estimation information (estimated position) of the radio 2b is used to redo the position estimation of the radio 2a, and the result of the redoed position estimation is adopted.
  • the position information server 10 acquires signal strength measurement information including the ID information of the beacon signal transmitted by the transmitter 3 and the radio 2b and the received signal strength from the radio 2a via the receiver 4 and acquires the signal strength measurement information.
  • Condition 1 and Condition 2 are determined based on the received signal strength of the signal strength measurement information.
  • the threshold value of the above condition 1 is, for example, the same value as the threshold value of step 104, but may be another value.
  • the position information server 10 has the same as in step 102, among the plurality of received signal strengths including the received signal strengths of the signal strength measurement information transmitter 3 and the radio 2b.
  • the first to third received signal strengths are selected, and the position of the radio 2a is estimated based on the selected received signal strength in the same manner as in step 103. If the above condition 1 or 2 is satisfied, the position estimation of the radio 2a may be redone.
  • the reliability of the position estimation is lower than that when the position estimation information of the other radio 2 is not used. In some cases. For example, if the position estimation result of the other radio 2 has a large error, the position estimation error of the other radio 2 can be increased by using the position estimation result, and the reliability of the position estimation can be increased by using the position estimation result. It can be even lower. The same applies when the received signal strength with the other radio 2 is weak.
  • the position information The server 10 adopts the result estimated in step 103.
  • the reliability of the position estimation when the position of the radio is estimated using the received signal strength of the beacon signal received from the transmitter, if the reliability of the position estimation is low, another condition that satisfies a predetermined condition is satisfied. It was decided to redo the position estimation using the information from the radio. As a result, the reliability of the position estimation can be improved, and the position can be estimated more accurately. Further, by clarifying the conditions of other radios used for position estimation, it is possible to prevent the reliability of position estimation from being lowered.
  • the position is estimated using the top three received signal strengths with strong reception strength, but the position is estimated using three or more reception strengths such as the top four or five, not limited to the top three. You may.
  • the reliability of the position estimation is evaluated by the received signal strength with the third strongest reception strength, but the reliability may be evaluated by another method. For example, it may be the total value or the average value of the top three received signal strengths to be used, the fluctuation value of the received signal strength, or a combination thereof. For example, when evaluating by the fluctuation value of the received signal strength, the reliability of the position estimation becomes lower as the difference value of the received signal strength for each signal and the amount of change in the received signal strength with time are larger.
  • Position estimation Information from multiple other radios may be used when estimating the position. For example, when there are three or more other radios that meet the above conditions 1 and 2 that can be used for position estimation, the position estimation information of those other radios is not used without using the signal strength received from the transmitter 3. Position estimation may be performed using only the received signal strength between the radio and another radio.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration example of the position estimation system according to the present embodiment.
  • the configurations common to those in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals, and the description may be omitted.
  • FIG. 10 is a plan view of an installation example of the receiver as viewed from the ceiling side of the room. The perspective view of the room is the same as that of FIG. 2, and is therefore omitted.
  • the position estimation system 1b includes a plurality of radios 2, a plurality of receivers 7, and a position information server 10.
  • the position estimation system 1b is a system that measures the position of the radio 2 by using a beacon signal transmitted by the radio 2 and received by the receiver 7.
  • receivers 7a to 7d are installed near the corners of the ceiling of the room 6, respectively. That is, receivers 7a to 7d are installed instead of the transmitters 3a to 3d shown in FIG. 3 of the first embodiment.
  • the method of installing the receivers 7a to 7d is the same as that of the transmitters 3a to 3d of FIG.
  • the three-dimensional space in the room 6 surrounded by the receivers 7a to 7d is the position measurement area.
  • the receivers 7a to 7d receive the beacon signal from the radio 2
  • the receivers 7a to 7d measure the signal strength of the received beacon signal and send the measurement result to the position information server 10 through the network 5.
  • the position information server 10 estimates the position of the radio 2 by the three-point positioning method as in the first embodiment based on the signal strength received from the receivers 7a to 7d.
  • the radio 2 is a device for position measurement, and is a transmitter that transmits a beacon signal to the receiver 7 and another radio 2 as in the first embodiment, and is also a beacon signal from the other radio 2. To receive.
  • the configuration of the radio 2 is basically the same as that of the first embodiment.
  • the radio 2 transmits a beacon signal including the ID information of the radio 2 and the signal strength measurement information, and the signal strength measurement information includes the ID information of the beacon signal received by the radio 2 (ID of another radio 2). Information) and the received signal strength of the beacon signal are included.
  • the receiver 7 is a receiver that receives a beacon signal and has basically the same configuration as the receiver 4 of the first embodiment, but the beacon receiving unit 71 of the receiver 7 of the present embodiment has received the beacon signal. It also has a function of measuring the received signal strength of. That is, the receiver 7 relays the signal strength measurement information included in the received beacon signal to the position information server 10 as in the receiver 4 of the first embodiment, and further, the received signal strength of the received beacon signal is transmitted. The ID information and the received signal strength of the measured and received beacon signal are included in the signal strength measurement information.
  • the position information server 10 is a position estimation device that estimates the position of the radio 2 based on the received signal strengths of a plurality of beacon signals, as in the first embodiment.
  • the configuration of the position information server 10 and the position information calculation unit 100 is basically the same as that of the first embodiment.
  • the position information calculation unit 100 calculates the position information of the radio 2 based on the received signal strengths of the plurality of beacon signals measured by the receiver 7.
  • the position information calculation unit 100 receives the signal strength measurement information including the ID information of the beacon signal received by each receiver 7 and the received signal strength, and as shown in FIG. 10, the position information calculation unit 100 receives the signal strength measurement information, and as shown in FIG.
  • the three-dimensional position of the radio 2 identified from the ID information is estimated using the distance to the radio 2 calculated from the positional relationship and the received signal strength. Similar to the first embodiment, the position information calculation unit 100 positions the radio 2 based on the received signal strengths from the first to third receivers 7 among the plurality of receivers 7 in descending order of the received signal strength. To estimate.
  • the position information calculation unit 100 calculates the reliability of the position information calculation of the radio 2, and based on the calculated reliability, the position estimation result of the other radio 2 and the other radio 2 are wireless. Using the received signal strength of the beacon signal received from the machine 2, the position estimation of the radio 2 is redone. The flow of position estimation is the same as that of FIG. 8 of the first embodiment.
  • the positions of the radio and other radios are estimated.
  • the position of the radio was estimated again based on the reliability of. Even in this case, the reliability of the position estimation can be improved as in the first embodiment.
  • Each configuration in the above-described embodiment is composed of hardware and / or software, and may be composed of one hardware or software, or may be composed of a plurality of hardware or software.
  • the function (processing) of each device may be realized by a computer having a CPU, a memory, or the like.
  • a program for performing the position estimation method in the embodiment may be stored in the storage device, and each function may be realized by executing the program stored in the storage device on the CPU.
  • Non-temporary computer-readable media include various types of tangible storage mediums. Examples of non-temporary computer-readable media include magnetic recording media (eg, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (eg, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, Includes CD-R / W, semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)).
  • the program may also be supplied to the computer by various types of temporary computer readable medium. Examples of temporary computer-readable media include electrical, optical, and electromagnetic waves.
  • the temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
  • the present invention can be suitably applied to a position estimation device that estimates the position of an electronic device or the like.
  • Location estimation system 2 Radio 3 Transmitter 4 Receiver 5 Network 7 Receiver 10
  • Location information server 11 Map information management unit 12 Database 13 Ethernet transmission / reception unit 14
  • Display unit 15 CPU 16
  • Power supply 21 Beacon receiver 22
  • Storage unit 25 Power supply 31
  • Beacon transmitter 32 CPU 33
  • Storage unit 34 Power supply 41
  • Beacon receiver 42 CPU 43 Ethernet transmission / reception unit 44
  • Power supply 71 Beacon reception unit 100

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Abstract

位置情報サーバ（１０）は、発信機から送信された無線信号を、受信機で受信した際の受信信号強度を取得する取得部（１０１）と、取得された受信信号強度のうち上位１番目から３番目の受信信号強度を少なくとも使用して、発信機または受信機の位置推定を行う推定部（１０２）と、使用した受信信号強度に基づいて前記位置推定の信頼度を算出する信頼度算出部（１０３）とを備え、前記推定部は、第１の位置推定対象物及び第２の位置推定対象物における位置推定の信頼度に基づいて、前記第２の位置推定対象物の位置推定結果と、前記第１の位置推定対象物と前記第２の位置推定対象物間で送受信した無線信号の受信信号強度とを使用して、前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す。

Description

位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラム
　本発明は、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する。
　近年、電子機器の位置を推定する位置推定システムの利用が広がっている。位置推定システムとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を使用して屋外の位置情報を算出するシステムの他に、ＧＰＳ衛星の電波が受信できない屋内の位置情報を入手するため、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や無線ＬＡＮ（Local Area Network）信号を用いるシステムが実現されている。
　これらのシステムでは、受信信号強度（RSSI：Received Signal Strength Indicator）に基づいて位置を推定する３点測位法が用いられている。関連する技術として、例えば、特許文献１や２が知られている。特許文献１に記載の技術では、複数の受信機を設置した環境において発信機の発信信号を受信し、各受信機が受信した受信信号の信号強度から発信機の位置を推定している。特許文献２に記載の技術では、複数の発信機を設置した環境において受信機が受信した受信信号の信号強度から受信機の位置を推定している。
特開２０１６－４８２０５号公報 特開２０１４－５２２０８号公報
　上記特許文献に記載の技術では、３点測位法により、３点の位置に設置された受信機が発信機から受信する信号の信号強度に基づいて発信機の位置を推定する。又は、３点の位置に設置された発信機から受信機が受信する信号の信号強度に基づいて受信機の位置を推定する。しかしながら、上記特許文献に記載の技術では、発信機と受信機間の環境等によって位置の算出に誤差が生じるため、精度よく位置を推定することが困難であるという課題がある。
　本実施形態は、発信機から送信された無線信号を、受信機で受信した際の受信信号強度を取得する取得部と、取得された前記受信信号強度のうち上位１番目から３番目の受信信号強度を少なくとも使用して、前記発信機または前記受信機の位置推定を行う推定部と、前記使用した受信信号強度に基づいて前記位置推定の信頼度を算出する信頼度算出部と、を備え、前記推定部は、第１の位置推定対象物及び第２の位置推定対象物における位置推定の信頼度に基づいて、前記第２の位置推定対象物の位置推定結果と、前記第１の位置推定対象物と前記第２の位置推定対象物間で送受信した無線信号の受信信号強度とを使用して前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、位置推定装置を提供する。
　本実施形態は、発信機から送信された無線信号を、受信機で受信した際の受信信号強度を取得し、取得された前記受信信号強度のうち上位１番目から３番目の受信信号強度を少なくとも使用して、前記発信機または前記受信機の位置推定を行い、前記使用した受信信号強度に基づいて前記位置推定の信頼度を算出し、第１の位置推定対象物及び第２の位置推定対象物における位置推定の信頼度に基づいて、前記第２の位置推定対象物の位置推定結果と、前記第１の位置推定対象物と前記第２の位置推定対象物間で送受信した無線信号の受信信号強度とを使用して前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、位置推定方法を提供する。
　本実施形態は、発信機から送信された無線信号を、受信機で受信した際の受信信号強度を取得し、取得された受信信号強度のうち上位１番目から３番目の受信信号強度を少なくとも使用して、前記発信機または前記受信機の位置推定を行い、前記使用した受信信号強度に基づいて前記位置推定の信頼度を算出し、第１の位置推定対象物及び第２の位置推定対象物における位置推定の信頼度に基づいて、前記第２の位置推定対象物の位置推定結果と、前記第１の位置推定対象物と前記第２の位置推定対象物間で送受信した無線信号の受信信号強度とを使用して前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、処理をコンピュータに実行させるための位置推定プログラムを提供する。
　本実施形態によれば、位置の推定精度を向上することが可能な位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムを提供することができる。
実施形態１に係る位置推定システムの構成例を示す構成図である。 実施形態１に係る発信機の設置例を示す部屋の斜視図である。 実施形態１に係る発信機の設置例を示す部屋の平面図である。 実施形態１に係る位置情報サーバにおける位置情報演算部の構成例を示す構成図である。 実施形態１に係る位置補正方法を説明するための図である。 実施形態１に係る位置補正方法を説明するための図である。 実施形態１に係る位置補正方法を説明するための図である。 実施形態１に係る位置補正方法の例を示すフローチャートである。 実施形態２に係る位置推定システムの構成例を示す構成図である。 実施形態２に係る受信機の設置例を示す部屋の平面図である。
　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図面においては、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
（実施形態１）
　実施形態１について説明する。図１は、本実施の形態に係る位置推定システムの構成例を示す構成図であり、図２は、発信機の設置例を示す部屋の斜視図であり、図３は、図２の設置例を部屋の天井側から見た平面図である。
　図１に示すように、本実施の形態に係る位置推定システム１は、複数の無線機２、複数の発信機３、受信機４、位置情報サーバ１０を備える。位置推定システム１は、複数の発信機３が送信するビーコン信号を用いて、無線機２の位置を測定するシステムである。例えば、ビーコン信号は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ　Ｌｏｗ　Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）のｉＢｅａｃｏｎ（登録商標）などである。なお、ビーコン信号は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈに限らず、無線ＬＡＮ等のその他の無線信号でもよい。
　図２及び図３の例では、４つの発信機３ａ～３ｄが、部屋６の天井の角部付近にそれぞれ設置されている。平面視で四角形の頂点の位置に、発信機３ａ～３ｄが設置されているとも言える。発信機３ａ～３ｄにより構成される四角形は、正方形を含む長方形でもよいし、その他の任意の四角形でもよい。発信機３ａ～３ｄに囲まれた部屋６の中の３次元空間が位置測定領域となる。無線機２は、発信機３ａ～３ｄからのビーコン信号を受信すると各ビーコン信号の信号強度を測定し、測定結果を受信機４に送る。受信機４は、無線機２から受信した測定結果をネットワーク５を通じて位置情報サーバ１０に送る。位置情報サーバ１０は、受信機４から受信した信号強度に基づいて、部屋６の位置測定領域の中で、３点測位法により無線機２の位置を推定する。この例では、４つの発信機３ａ～３ｄを示しているが、位置測定領域を囲むように５つ以上の発信機３を配置してもよい。
　なお、複数の発信機３は、部屋の床や壁など任意の位置に配置してもよいが、ビーコン信号が障害物によって遮られることを避けるために、天井のような高い場所に設置することが好ましい。また、この例では、屋内に発信機３を設置しているが、屋内に限らず、屋外に発信機３を設置し、屋外で無線機２の位置を推定してもよい。
　発信機３は、位置測定のためのビーコン信号を発信する発信機である。発信機３は、ビーコン送信部３１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２、記憶部３３、電源３４を備える。ビーコン送信部３１は、ＢＬＥ等の通信規格にしたがってビーコン信号を無線送信する。ビーコン送信部３１は、発信機３を識別するＩＤ情報を含むビーコン信号を、定期的に周囲へブロードキャストする。
　ＣＰＵ３２は、発信機３の各部を制御する制御部である。ＣＰＵ３２は、ビーコン信号の送信タイミングや送信電力等を制御する。記憶部３３は、発信機３の動作に必要な情報を記憶する記憶部である。記憶部３３には、ビーコン信号に含まれる発信機３のＩＤ情報等が記憶されている。電源３４は、発信機３が動作するためのバッテリ電源等である。電源は、発信機３に内蔵されていてもよいし、外部から供給されてもよい。
　発信機３は、その他、必要に応じて、発信機３の向きを検出する地磁気センサーや、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部、ユーザに情報を表示する表示部、暗号化／復号化のためのキー処理部等を備えてもよい。
　無線機２は、ビーコン信号を発信機３から受信する受信機であり、位置測定対象の機器である。無線機２は、受信したビーコン信号の受信信号強度を測定し出力する機器である。また、無線機２は、ビーコン信号を受信機４及び他の無線機２へ発信する発信機でもある。すなわち、無線機２は、ビーコン信号を送受信する送受信機である。無線機２は、ビーコン受信部２１、ＣＰＵ２２、ビーコン送信部２３、記憶部２４、電源２５を備える。ビーコン受信部２１は、ＢＬＥ等の通信規格にしたがって発信機３及び他の無線機２から無線送信されたビーコン信号を受信し、さらに、受信したビーコン信号の信号強度を測定する。
　ＣＰＵ２２は、無線機２の各部を制御する制御部である。ＣＰＵ２２は、発信機３及び他の無線機２から受信したビーコン信号に含まれるＩＤ情報とビーコン信号の受信信号強度から、信号強度測定情報を生成する。信号強度測定情報は、無線機２が受信したビーコン信号に含まれるＩＤ情報（発信機３または他の無線機２のＩＤ情報）とそのビーコン信号の受信信号強度とを含む。ビーコン送信部２３は、ＢＬＥ等の通信規格にしたがってビーコン信号を無線送信する。ビーコン送信部２３が送信するビーコン信号には信号強度測定情報及び、無線機２を識別するＩＤ情報を含む。記憶部２４は、無線機２の動作に必要な情報を記憶する記憶部である。記憶部２４には、ビーコン信号に含まれる無線機２のＩＤ情報等が記憶されている。電源２５は、無線機２が動作するための電源である。電源２５は、無線機２に内蔵されていてもよいし、外部から供給されてもよい。
　受信機４は、ビーコン信号を無線機２から受信する受信機であり、受信するビーコン信号に含まれる信号強度測定情報を中継する機器である。受信機４は、ビーコン受信部４１、ＣＰＵ４２、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）送受信部４３、電源４４を備える。ビーコン受信部４１は、各無線機２から送信されたＩＤ情報と信号強度測定情報とを含むビーコン信号を受信する。ＣＰＵ４２は、受信機４の各部を制御する制御部である。ＣＰＵ４２は、ビーコン受信部４１に含まれる情報をＥｔｈｅｒｎｅｔ送受信部４３へ転送する。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部４３は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格にしたがい、ネットワーク５を介して位置情報サーバ１０と通信を行う。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部４３は、各無線機２から受信したＩＤ情報と信号強度測定情報を位置情報サーバ１０へ送信する。
　位置情報サーバ１０は、複数のビーコン信号の受信信号強度に基づいて、無線機２の位置を推定する位置推定装置である。位置情報サーバ１０は、位置情報演算部１００、地図情報管理部１１、データベース１２、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部１３、表示部１４、ＣＰＵ１５、電源１６を備える。
　位置情報演算部１００は、無線機２が測定した複数のビーコン信号の受信信号強度に基づいて、無線機２の位置情報を演算する。位置情報演算部１００は、各発信機３から無線機２が受信したビーコン信号のＩＤ情報と受信信号強度とを含む信号強度測定情報を受け取り、図２及び図３のように、各発信機３の地図上の３次元の位置関係と受信信号強度から算出される無線機２までの距離（例えば、距離ｄ１、ｄ２、ｄ３）を使用して、ＩＤ情報から識別される無線機２の３次元位置を推定する。本実施の形態では、位置情報演算部１００は、複数の発信機３のうち、受信信号強度の強い順に第１から第３の発信機３からの受信信号強度に基づいて無線機２の位置を推定する。また、位置情報演算部１００は、無線機２の位置情報演算時の信頼度を算出する。信頼度については、後段で説明する。
　地図情報管理部１１は、データベース１２の地図情報を管理する。データベース１２は、位置情報サーバ１０の処理に必要な情報を記憶する。データベース１２は、地図情報や、発信機３の地図上の位置、算出した無線機２の位置情報及び位置情報演算時の信頼度等を記憶する。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部１３は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格にしたがい、ネットワーク５を介して受信機４と通信を行う。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部１３は、受信機４が各無線機２から受信したビーコン信号のＩＤ情報と信号強度測定情報を受信機４から受信する。
　表示部１４は、ユーザに情報を表示する表示部である。表示部１４は、無線機２の位置情報を地図情報に重ね合わせて表示する。ＣＰＵ１５は、位置情報サーバ１０の各部を制御する制御部である。例えば、ＣＰＵ１５は、位置情報演算部１００が演算した無線機２の位置情報を表示部１４に表示するよう制御する。電源１６は、位置情報サーバ１０が動作するための電源である。位置情報サーバ１０は、その他、必要に応じて、暗号化／復号化のためのキー処理部等を備えてもよい。
　図４は、位置情報サーバ１０における位置情報演算部１００の構成例を示している。図４に示すように、位置情報演算部１００は、取得部１０１、推定部１０２、信頼度算出部１０３を備える。
　取得部１０１は、無線機２が生成した信号強度測定情報を、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部１３を介して、受信機４から取得する。推定部１０２は、取得部１０１で取得した信号強度測定情報に基づいて、無線機２の位置を推定する。位置測定領域に複数の無線機２が存在する場合、各無線機２の位置を推定する。３点測位法により位置を推定するため、推定部１０２は、無線機２が複数の発信機３から受信したビーコン信号の信号強度測定情報のうち、３つの発信機３から受信したビーコン信号の信号強度測定情報を用いて、無線機２の位置を算出する。受信信号強度は大きい方がより安定した精度のよい値である可能性が高いため、例えば、受信信号強度が大きい方から１番目～３番目（上位１番目～３番目）の発信機３の信号強度測定情報を用いる。
　信頼度算出部１０３は、位置推定の際に使用した受信信号強度に基づいて位置推定の信頼度を算出する。具体的には３番目に強い受信信号強度を信頼度とする。上位１番目～３番目の受信信号強度を用いて位置を推定するため、ここでは、一例として位置推定に使用する受信信号強度のうち上位３番目の受信信号強度を信頼度とする。なお、信頼度は、少なくとも受信信号強度に基づいた値であればよい。また、推定部１０２は、無線機２と他の無線機２の位置推定の信頼度に基づいて、他の無線機２の位置推定結果と、無線機２が他の無線機２から受信したビーコン信号の受信信号強度とを使用し、無線機２の位置推定をやり直す。
　更に図５～７を使って、本実施の形態に係る位置推定方法について説明する。本実施の形態に係る位置推定方法では位置推定領域に複数の無線機２が存在する場合、位置推定の信頼度が高い無線機２の位置推定結果を使って、位置推定の信頼度が低い他方の無線機の位置推定を行う。無線機２ａと無線機２ａの近傍に位置する無線機２ｂの位置推定例について説明する。
　図５は、位置推定対象の無線機２ａが受信したビーコン信号の受信信号強度のうち強い順に３つの受信信号強度を使って、無線機２ａの位置を推定する様子を説明するための図である。図２及び図３と同様、発信機３ａ～３ｄが設置されており、無線機２ａは、発信機３ａ～３ｄからビーコン信号を受信する。発信機３ａと無線機２ａの間に電波を減衰させる障害物８が存在すると仮定する。図５に示された各発信機３を中心とする円は、無線機２ａが受信したビーコン信号の受信信号強度に基づいて、各発信機３から無線機２ａまでの距離を推定した結果を表す。位置情報演算部１００の推定部１０２は、発信機３ａ、３ｃ、３ｄの３つの円すべての円周に近い領域Ａ２ａ１の範囲内に無線機２ａが存在すると推定する。発信機３ａから受信したビーコン信号の電波強度は障害物８により減衰するため、無線機２ａの推定位置は、実際の位置に対し発信機３ａよりも遠い方向にずれた領域Ａ２ａ１の位置となる。この時の各発信機３からのビーコン信号の受信信号強度の例を表１に示す。信頼度算出部１０３は、位置推定の際に使用した３番目に強い受信信号強度を信頼度とする。表１より、３番目に強い受信信号強度は発信機３ａから受信したビーコン信号の受信信号強度であるため、この時の位置推定の信頼度は３０であるとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図６は、同じ位置測定領域に他の無線機２ｂが存在する場合の例を示す。この時、無線機２ｂが各発信機３から受信するビーコン信号の受信信号強度の例を表２に示す。表２より、上位３つの受信信号強度である発信機３ｄ、３ｂ、３ｃの受信信号強度を使って無線機２ｂの位置を推定した結果、無線機２ｂは、図６の領域Ａ２ｂ１に存在すると推定される。この例では、３番目に強い受信信号強度は発信機３ｃから受信したビーコン信号の受信信号強度であるため、この時の信頼度は６０となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図５及び図６のように、無線機２の位置を推定し、位置推定の信頼度を求めると、位置情報演算部１００は、各無線機２の位置推定の信頼度を予め定めた閾値と比較する。例えば、信頼度の閾値を５０とする。図６の例では、無線機２ｂの位置推定の信頼度は６０であり、閾値よりも大きい。このため、位置情報演算部１００は、発信機３ｄ、３ｂ、３ｃの受信信号強度を使って推定した推定結果である領域Ａ２ｂ１をそのまま採用する。すなわち、領域Ａ２ｂ１を無線機２ｂの最終的な推定位置とする。一方、図５の例では、無線機２ａの位置推定の信頼度は３０であり、閾値よりも小さい。この時、位置情報演算部１００は、測定領域内で位置推定の信頼度が高い他の無線機２の有無を確認する。位置推定の信頼度が閾値よりも高い他の無線機２が存在した場合、位置情報演算部１００は、他の無線機２の位置推定情報（推定された位置）と他の無線機２から受信したビーコン信号の受信信号強度を使って、位置推定信頼度が低い無線機２の位置推定をやり直す。
　具体的には、位置推定の信頼度が低かった無線機２が、他の無線機２から受信したビーコン信号の受信信号強度と、発信機３から受信したビーコン信号の３番目に強い受信信号強度とを比較し、他の無線機２から受信したビーコン信号の受信信号強度の方が強かった場合、他の無線機２から受信したビーコン信号の受信信号強度も含めて上位３つの受信信号強度から位置推定を行う。
　無線機２ａが表１の状態からさらに他の無線機２ｂからビーコン信号を受信した場合の受信信号強度を、表３に示す。表３より、無線機２ｂから受信したビーコン信号の受信信号強度が、位置推定時に上位３番目だった発信機３ａから受信したビーコン信号の受信信号強度よりも強い。このため、位置情報演算部１００は、発信機３と他の無線機２を含めた受信信号強度のうち上位３つの受信信号強度である発信機３ｃ、発信機３ｄと無線機２ｂから受信したビーコン信号の受信信号強度を使って、無線機２ａの位置推定をやり直す。この時、他の無線機２ｂの位置推定領域Ａ２ｂ１の重心位置であるＡ２ｂ１ｃを他の無線機２ｂの位置として無線機２ａの位置を推定する。無線機２ａの位置推定をやり直した結果を図７に示す。図７に示すように、発信機３ｃ、発信機３ｄと無線機２ｂから受信したビーコン信号の受信信号強度を使うと、無線機２ａの推定位置は領域Ａ２ａ２の位置となり、実際の位置（図５に示す２ａの位置）に近い位置となっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　次に、本実施の形態に係る位置推定方法について説明する。図８は、本実施の形態に係る位置情報サーバ１０における位置推定方法の流れを示している。
　図８に示すように、まず、位置情報サーバ１０は、無線機２から信号強度測定情報を取得する（Ｓ１０１）。すなわち、複数の発信機３がビーコン信号を発信すると、無線機２がビーコン信号を受信し、ビーコン信号の受信信号強度を測定する。さらに、位置情報サーバ１０における位置情報演算部１００の取得部１０１が、受信機４を介して、無線機２が複数の発信機３から受信したビーコン信号のＩＤ情報と受信信号強度とを含む信号強度測定情報を取得する。
　続いて、位置情報サーバ１０は、受信信号強度が１番目から３番目の信号強度測定情報を選択する（Ｓ１０２）。位置情報演算部１００の推定部１０２は、取得した信号強度測定情報に含まれる複数の受信信号強度を比較し、３点測位法による位置の推定に使用する受信信号強度として、複数の受信信号強度の中から受信信号強度が１番目～３番目の信号強度測定情報を選択する。
　続いて、位置情報サーバ１０は、選択した信号強度測定情報に基づいて、無線機２の位置を推定する（Ｓ１０３）。位置情報演算部１００の推定部１０２は、選択した受信信号強度が１番目～３番目の信号強度測定情報を用いて、３点測位法により無線機２の位置を算出する。
　３点測位法とは、受信信号強度から発信機と受信機（本実施の形態では無線機２）の間の距離を算出し、算出された距離情報と、発信した発信機の位置情報とに基づいて受信機の位置を推定する方法である。この距離の算出では、受信信号強度が距離の２乗に反比例して減衰することから、受信機と発信機を基準となる距離だけ離して設置した状態で測定した受信信号強度を基準値として用いる。
　例えば、ビーコン信号の一つであるｉＢｅａｃｏｎの信号内には、いくつかの情報が組み込まれており、その中にＭｅａｓｕｒｅｄ　Ｐｏｗｅｒと呼ばれるパラメータが含まれる。ｉＢｅａｃｏｎの場合、発信機と受信機を１ｍ離して測定した受信信号強度をＭｅａｓｕｒｅｄ　Ｐｏｗｅｒと定義しており、この基準となる受信信号強度を「ＲＳＳＩ＠１ｍ」とする。そうすると、基準となる受信信号強度と実際に測定した受信信号強度（ＲＳＳＩ）から、以下のような式で発信機と受信機の距離（ｄ）が算出できる。
　ｄ＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ－ＲＳＳＩ）／（１０＊ｎ）｝　・・・（１）
　この式（１）内のｎは伝搬損失係数である。ｎは理想的な環境では２となり、電波の受信環境によって変動する。
　例えば、図２に示した発信機３ａ～３ｃの信号強度測定情報から無線機２の位置を算出する場合について説明する。このとき、発信機３及び無線機２の位置関係を３次元直交座標系（Ｘ軸／Ｙ軸／Ｚ軸）で表現し、発信機３ａの位置を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、発信機３ｂの位置を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、発信機３ｃの位置を（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、無線機２の位置を（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）とする。また、発信機３ａと無線機２間の距離をｄ１、発信機３ｂと無線機２間の距離をｄ２、発信機３ｃと無線機２間の距離をｄ３とし、無線機２が発信機３ａから信号を受信したときの受信信号強度をＲＳＳＩＡ、無線機２が発信機３ｂから信号を受信したときの受信信号強度をＲＳＳＩＢ、無線機２が発信機３ｃから信号を受信したときの受信信号強度をＲＳＳＩＣとする。
　そうすると、各距離ｄ１～ｄ３は、上記式（１）より、以下の式から求められる。ここでは、ｎ＝２とする。
　ｄ１＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ－ＲＳＳＩＡ）／（１０＊２）｝　・・・（２）
　ｄ２＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ－ＲＳＳＩＢ）／（１０＊２）｝　・・・（３）
　ｄ３＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ－ＲＳＳＩＣ）／（１０＊２）｝　・・・（４）
　さらに、上記式（２）～（４）によるｄ１～ｄ３と、発信機３ａ～３ｃと無線機２の３次元座標の距離を使用して、方程式を立てると以下のようになる。
　｛（ｘ１－ｘＴ）２＋（ｙ１－ｙＴ）２＋（ｚ１－ｚＴ）２｝１/２＝ｄ１＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ－ＲＳＳＩＡ）／（１０＊２）｝　・・・（５）
　｛（ｘ２－ｘＴ）２＋（ｙ２－ｙＴ）２＋（ｚ２－ｚＴ）２｝１/２＝ｄ２＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ－ＲＳＳＩＢ）／（１０＊２）｝　・・・（６）
　｛（ｘ３－ｘＴ）２＋（ｙ３－ｙＴ）２＋（ｚ３－ｚＴ）２｝１/２＝ｄ３＝１０＾｛（ＲＳＳＩ＠１ｍ－ＲＳＳＩＣ）／（１０＊２）｝　・・・（７）
　式（５）～（７）において、ｘＴ、ｙＴ、ｚＴ以外のパラメータは既知である。このため、推定部１０２は、式（５）～（７）の３元２次方程式を解くことで無線機２の３次元座標を算出する。
　続いて、位置情報サーバ１０は、ステップ１０３で行った位置推定の信頼度を算出し、算出した位置推定の信頼度が閾値未満であるか判定する（Ｓ１０４）。位置推定の信頼度が閾値未満の時（Ｓ１０４／Ｙｅｓ）、ステップ１０５に進み、位置情報サーバ１０は、位置推定に利用できる他の無線機２が存在するか確認する（Ｓ１０５）。位置推定に利用できる他の無線機２は、下記の条件を満たす無線機２とする。ここでは、位置推定の信頼度が閾値未満となった無線機２を無線機２ａ、他の無線機２を無線機２ｂとする。
　条件１：無線機２ｂの位置推定信頼度が閾値以上である。
　条件２：無線機２ａと無線機２ｂの間で受発信したビーコン信号の受信信号強度が、無線機２ａが発信機３から受信したビーコン信号の受信信号強度の上位３番目の受信信号強度よりも強い。
　上記条件１及び条件２を満たす他の無線機２が存在した場合（Ｓ１０５／Ｙｅｓ）、ステップ１０６に進み、位置情報サーバ１０は、無線機２ａが無線機２ｂから受信したビーコン信号の受信信号強度と無線機２ｂの位置推定情報（推定された位置）を使って無線機２ａの位置推定をやり直し、やり直した位置推定の結果を採用する。例えば、位置情報サーバ１０は、発信機３及び無線機２ｂが送信したビーコン信号のＩＤ情報と受信信号強度とを含む信号強度測定情報を受信機４を介して無線機２ａから取得し、取得した信号強度測定情報の受信信号強度に基づいて上記条件１及び条件２を判定する。上記条件１の閾値は、例えばステップ１０４の閾値と同じ値であるが、他の値としてもよい。無線機２ｂが条件１及び条件２を満たす場合、位置情報サーバ１０は、ステップ１０２と同様に、信号強度測定情報の発信機３及び無線機２ｂの受信信号強度含む複数の受信信号強度の中から１番目～３番目の受信信号強度を選択し、ステップ１０３と同様に、選択した受信信号強度に基づいて、無線機２ａの位置を推定する。なお、上記条件１または条件２を満たす場合に、無線機２ａの位置推定をやり直してもよい。
　上記条件１または条件２を満たさない他の無線機２の情報を使って位置推定を行うと、他の無線機２の位置推定情報を使わない場合と比較して位置推定の信頼度が低くなる場合がある。例えば、他の無線機２の位置推定結果に誤差が大きかった場合、他の無線機２の位置推定結果を使うことで位置推定の誤差がその位置推定結果を使うことにより位置推定の信頼度が更に低くなる可能性がある。また、他の無線機２との間の受信信号強度が弱い場合も同様である。
　ステップ１０４で無線機２ａの位置推定の信頼度が閾値以上だった場合（Ｓ１０４／Ｎｏ）及び、ステップ１０５で位置推定に使用できる他の無線機２が存在しない場合（Ｓ１０５／Ｎｏ）、位置情報サーバ１０は、ステップ１０３で推定した結果を採用する。
　以上のように本実施の形態では、発信機から受信したビーコン信号の受信信号強度を用いて無線機の位置を推定した際に、位置推定の信頼度が低い場合、所定の条件を満たす他の無線機の情報を利用して位置推定をやり直すこととした。これにより、位置推定の信頼度を向上させ、より精度よく位置を推定することができる。また、位置推定に利用する他の無線機の条件を明確にすることで、位置推定の信頼度が逆に低くなることを防ぐことができる。
　上記実施形態では、受信強度が強い上位３つの受信信号強度を使って位置推定したが、上位３つに限定されず、上位４つまたは５つなど、３以上の受信強度を使って位置推定してもよい。
　上記実施形態では位置推定の信頼度を受信強度が３番目に強い受信信号強度で評価したが、信頼度の評価は他の方法でもよい。例えば、使用する上位３つの受信信号強度の合計値や平均値でもよいし、受信信号強度の変動値でもよく、更にその組み合わせで評価してもよい。例えば、受信信号強度の変動値で評価する場合、信号毎の受信信号強度の差分値や受信信号強度の時間的な変化量が大きいほど、位置推定の信頼度は低くなる。
　位置推定の際に、複数の他の無線機の情報を使用してもよい。例えば、位置推定に利用できる上記条件１及び２に適合する他の無線機が３つ以上あった場合、発信機３からの受信信号強度を使用せずに、それら他の無線機の位置推定情報と他の無線機との間の受信信号強度とだけを使って位置推定を行ってもよい。
（実施形態２）
　実施形態１では、複数の発信機を設置した環境において、受信機が受信した受信信号強度に基づいて受信機側の位置を推定するシステムを例に説明したが、本実施の形態では、複数の受信機を設置した環境において、発信機から受信した受信信号強度に基づいて発信機の位置を推定するシステムでの応用例を説明する。
　図９は、本実施の形態に係る位置推定システムの構成例を示す構成図である。図１と共通する構成については同じ符号で示し、説明を省略する場合がある。図１０は、受信機の設置例を部屋の天井側から見た平面図である。部屋の斜視図は、図２と同様であるため省略する。
　図９に示すように、本実施の形態に係る位置推定システム１ｂは、複数の無線機２、複数の受信機７、位置情報サーバ１０を備える。位置推定システム１ｂは、無線機２が送信して受信機７が受信するビーコン信号を用いて、無線機２の位置を測定するシステムである。
　図１０の例では、４つの受信機７ａ～７ｄが、部屋６の天井の角部付近にそれぞれ設置されている。すなわち、実施形態１の図３で示した発信機３ａ～３ｄの代わりに、受信機７ａ～７ｄが設置されている。受信機７ａ～７ｄの設置方法は、図３の発信機３ａ～３ｄと同様である。本実施の形態では、受信機７ａ～７ｄに囲まれた部屋６の中の３次元空間が位置測定領域となる。受信機７ａ～７ｄは、無線機２からのビーコン信号を受信すると、受信したビーコン信号の信号強度を測定し、測定結果をネットワーク５を通じて位置情報サーバ１０に送る。位置情報サーバ１０は、受信機７ａ～７ｄから受信した信号強度に基づいて、実施形態１と同様に、３点測位法により無線機２の位置を推定する。
　無線機２は、位置測定対象の機器であり、実施形態１と同様に、受信機７や他の無線機２へビーコン信号を発信する発信機であるとともに、他の無線機２からもビーコン信号を受信する。無線機２の構成は、実施形態１と基本的に同じである。無線機２は、無線機２のＩＤ情報と信号強度測定情報を含むビーコン信号を送信し、信号強度測定情報には、無線機２が受信したビーコン信号のＩＤ情報（他の無線機２のＩＤ情報）とそのビーコン信号の受信信号強度が含まれる。
　受信機７は、ビーコン信号を受信する受信機であり、実施形態１の受信機４と基本的に同じ構成であるが、本実施形態の受信機７のビーコン受信部７１は、受信したビーコン信号の受信信号強度を測定する機能を更に有する。すなわち、受信機７は、実施形態１の受信機４と同様に、受信するビーコン信号に含まれる信号強度測定情報を位置情報サーバ１０へ中継するとともに、さらに、受信したビーコン信号の受信信号強度を測定し、受信したビーコン信号のＩＤ情報及び受信信号強度を信号強度測定情報に含める。
　位置情報サーバ１０は、実施形態１と同様に、複数のビーコン信号の受信信号強度に基づいて、無線機２の位置を推定する位置推定装置である。位置情報サーバ１０及び位置情報演算部１００の構成は、実施形態１と基本的に同じである。
　位置情報演算部１００は、受信機７が測定した複数のビーコン信号の受信信号強度に基づいて、無線機２の位置情報を演算する。位置情報演算部１００は、各受信機７が受信したビーコン信号のＩＤ情報と受信信号強度とを含む信号強度測定情報を受け取り、図１０のように、各受信機７の地図上の３次元の位置関係と受信信号強度から算出される無線機２までの距離を使用して、ＩＤ情報から識別される無線機２の３次元位置を推定する。実施形態１と同様に、位置情報演算部１００は、複数の受信機７のうち、受信信号強度の強い順に第１から第３の受信機７からの受信信号強度に基づいて無線機２の位置を推定する。また、位置情報演算部１００は、無線機２の位置情報演算時の信頼度を算出し、算出した信頼度に基づいて、他の無線機２の位置推定結果と、他の無線機２が無線機２から受信したビーコン信号の受信信号強度とを使用し、無線機２の位置推定をやり直す。位置推定の流れは、実施形態１の図８と同様である。
　以上のように、本実施の形態では、複数の受信機を設置し、無線機から受信した受信信号強度に基づいて無線機の位置を推定するシステムにおいて、無線機と他の無線機の位置推定の信頼度に基づいて、無線機の位置推定をやり直すようにした。この場合でも、実施形態１と同様、位置推定の信頼度を向上させることができる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
　上述の実施形態における各構成は、ハードウェア又はソフトウェア、もしくはその両方によって構成され、１つのハードウェア又はソフトウェアから構成してもよいし、複数のハードウェア又はソフトウェアから構成してもよい。各装置の機能（処理）を、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータにより実現してもよい。例えば、記憶装置に実施形態における位置推定方法を行うためのプログラムを格納し、各機能を、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより実現してもよい。
　これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　この出願は、２０２０年３月１８日に出願された日本出願特願２０２０－０４７６７１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、電子機器等の位置を推定する位置推定装置に好適に適用することができる。
１　　　位置推定システム
２　　　無線機
３　　　発信機
４　　　受信機
５　　　ネットワーク
７　　　受信機
１０　　位置情報サーバ
１１　　地図情報管理部
１２　　データベース
１３　　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部
１４　　表示部
１５　　ＣＰＵ
１６　　電源
２１　　ビーコン受信部
２２　　ＣＰＵ
２３　　ビーコン送信部
２４　　記憶部
２５　　電源
３１　　ビーコン送信部
３２　　ＣＰＵ
３３　　記憶部
３４　　電源
４１　　ビーコン受信部
４２　　ＣＰＵ
４３　　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ送受信部
４４　　電源
７１　　ビーコン受信部
１００　位置情報演算部
１０１　取得部
１０２　推定部
１０３　信頼度算出部

Claims (9)

  1. 　発信機から送信された無線信号を、受信機で受信した際の受信信号強度を取得する取得部と、
    　取得された前記受信信号強度のうち上位１番目から３番目の受信信号強度を少なくとも使用して、前記発信機または前記受信機の位置推定を行う推定部と、
    　前記使用した受信信号強度に基づいて前記位置推定の信頼度を算出する信頼度算出部と、
    　を備え、
    　前記推定部は、第１の位置推定対象物及び第２の位置推定対象物における位置推定の信頼度に基づいて、前記第２の位置推定対象物の位置推定結果と、前記第１の位置推定対象物と前記第２の位置推定対象物間で送受信した無線信号の受信信号強度とを使用して前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、
    　位置推定装置。
  2. 　前記推定部は、前記第１の位置推定対象物の信頼度が所定の値未満、かつ、前記第２の位置推定対象物の信頼度が所定の値以上である場合、前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、
    　請求項１に記載の位置推定装置。
  3. 　前記推定部は、前記第１の位置推定対象物と前記第２の位置推定対象物間で送受信した無線信号の受信信号強度が、前記第１の位置推定対象物の位置推定で使用した上位３番目の受信信号強度よりも強い場合、前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、
    　請求項１または２に記載の位置推定装置。
  4. 　前記信頼度は、前記位置推定で使用した受信信号強度のうち上位３番目の受信信号強度に基づいている、
    　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位置推定装置。
  5. 　前記信頼度は、前記位置推定で使用した受信信号強度の合計値、平均値または変動値に基づいている、
    　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位置推定装置。
  6. 　前記第１及び第２の位置推定対象物は、所定の位置の前記発信機から無線信号を受信する受信機であるとともに、他の受信機へ無線信号を送信し、
    　前記推定部は、前記第１の位置推定対象物が前記第２の位置推定対象物から受信した無線信号の受信信号強度を使用して前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、
    　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の位置推定装置。
  7. 　前記第１及び第２の位置推定対象物は、前記受信機へ無線信号を送信する発信機であるとともに、他の発信機から無線信号を受信し、
    　前記推定部は、前記第２の位置推定対象物が前記第１の位置推定対象物から受信した無線信号の受信信号強度を使用して前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、
    　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の位置推定装置。
  8. 　発信機から送信された無線信号を、受信機で受信した際の受信信号強度を取得し、
    　取得された前記受信信号強度のうち上位１番目から３番目の受信信号強度を少なくとも使用して、前記発信機または前記受信機の位置推定を行い、
    　前記使用した受信信号強度に基づいて前記位置推定の信頼度を算出し、
    　第１の位置推定対象物及び第２の位置推定対象物における位置推定の信頼度に基づいて、前記第２の位置推定対象物の位置推定結果と、前記第１の位置推定対象物と前記第２の位置推定対象物間で送受信した無線信号の受信信号強度とを使用して前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、
    　位置推定方法。
  9. 　発信機から送信された無線信号を、受信機で受信した際の受信信号強度を取得し、
    　取得された前記受信信号強度のうち上位１番目から３番目の受信信号強度を少なくとも使用して、前記発信機または前記受信機の位置推定を行い、
    　前記使用した受信信号強度に基づいて前記位置推定の信頼度を算出し、
    　第１の位置推定対象物及び第２の位置推定対象物における位置推定の信頼度に基づいて、前記第２の位置推定対象物の位置推定結果と、前記第１の位置推定対象物と前記第２の位置推定対象物間で送受信した無線信号の受信信号強度とを使用して前記第１の位置推定対象物の位置推定をやり直す、
    　処理をコンピュータに実行させるための位置推定プログラム。
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