(57)【要約】【課題】高精度測位を実現するための電場マップの生成の手間を軽減する。【解決手段】ビーコン６０から発信される電波を、同一の空間における複数の地点の各々で観測した場合におけるＲＳＳＩを、複数の地点の座標の各々に対応付けた電場マップを生成する電場マップ生成装置１０であって、電波強度取得部１２が、ビーコン６０からの距離が異なる少なくとも３つの観測点の各々において観測されたＲＳＳＩを取得し、空間伝搬特性推定部１４が、取得された観測点のＲＳＳＩを用いて、同一の空間における、ビーコン６０から発信される電波の空間伝搬特性を推定し、電波強度推定部１６が、推定された空間伝搬特性と、観測点とは異なる推定点とビーコン６０との距離とに基づいて、推定点におけるＲＳＳＩを推定し、生成部１８が、観測点及び推定点のＲＳＳＩを用いて、電場マップ２６を生成する。【選択図】図１
2019200060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波発信装置から発信される電波を、同一の空間における複数の地点の各々で観測した場合における電波強度を、前記複数の地点の座標の各々に対応付けた電場マップを生成する電場マップ生成装置であって、
前記電波発信装置からの距離が異なる少なくとも３つの第１の地点の各々において観測された電波強度を取得する電波強度取得部と、
取得された電波強度を用いて、前記同一の空間における、前記電波発信装置から発信される電波の空間伝搬特性を推定する空間伝搬特性推定部と、
前記空間伝搬特性推定部により推定された空間伝搬特性と、前記第１の地点とは異なる第２の地点と前記電波発信装置との距離とに基づいて、前記電波発信装置から発信される電波を前記第２の地点で観測した場合における電波強度を推定する電波強度推定部と、
前記電波強度取得部で取得された前記第１の地点における電波強度と、前記電波強度推定部で推定された前記第２の地点における電波強度と、のうち少なくとも前記第２の地点における電波強度を用いて、前記電場マップを生成する生成部と、
を含む電場マップ生成装置。
【請求項２】
前記空間伝搬特性推定部は、少なくとも前記空間伝搬特性を用いて、前記電波発信装置からの距離に応じた電波強度を表す電波伝搬式を推定し、
前記電波強度推定部は、前記空間伝搬特性推定部により推定された前記電波伝搬式を用いて、前記電波発信装置から発信される電波を前記第２の地点で観測した場合における電波強度を推定する
請求項１に記載の電場マップ生成装置。
【請求項３】
前記電波強度取得部は、前記電波発信装置から発信された電波を前記第１の地点で複数回観測した複数の電波強度を平滑化し、平滑化された前記複数の電波強度のうち、最も値が大きい電波強度を、前記第１の地点の各々において観測された電波強度として取得する請求項１又は請求項２に記載の電場マップ生成装置。
【請求項４】
前記電波強度取得部は、複数の前記電波発信装置の各々について、前記少なくとも３つの第１の地点の各々において観測される電波強度を取得し、
前記空間伝搬特性推定部は、複数の前記電波発信装置の各々から発信される電波について、前記空間伝搬特性の各々を推定し、
前記電波強度推定部は、複数の前記電波発信装置の各々から発信される電波を前記第２の地点で観測した場合における電波強度の各々を推定し、
前記生成部は、前記第１の地点及び前記第２の地点の各々と、複数の前記電波発信装置と、取得又は推定された電波強度と、を対応付けて前記電場マップを生成する
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電場マップ生成装置。
【請求項５】
複数の前記電波発信装置の各々から発信された電波を未知の地点で観測した電波強度を取得する未知地点電波強度取得部と、
前記未知地点電波強度取得部により取得された、複数の前記電波発信装置の各々に対応する電波強度と、請求項４に記載の電場マップ生成装置により生成された電場マップとに基づいて、前記未知の地点の座標を推定する位置推定部と、
を含む測位装置。
【請求項６】
電波発信装置から発信される電波を、同一の空間における複数の地点の各々で観測した場合における電波強度を、前記複数の地点の座標の各々に対応付けた電場マップを生成する電場マップ生成方法であって、
電波強度取得部が、前記電波発信装置からの距離が異なる少なくとも３つの第１の地点の各々において観測された電波強度を取得し、
空間伝搬特性推定部が、取得された電波強度を用いて、前記同一の空間における、前記電波発信装置から発信される電波の空間伝搬特性を推定し、
電波強度推定部が、前記空間伝搬特性推定部により推定された空間伝搬特性と、前記第１の地点とは異なる第２の地点と前記電波発信装置との距離とに基づいて、前記電波発信装置から発信される電波を前記第２の地点で観測した場合における電波強度を推定し、
生成部が、前記電波強度取得部で取得された前記第１の地点における電波強度と、前記電波強度推定部で推定された前記第２の地点における電波強度と、のうち少なくとも前記第２の地点における電波強度を用いて、前記電場マップを生成する
電場マップ生成方法。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電場マップ生成装置、又は請求項５に記載の測位装置を構成する各部として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電場マップ生成装置、方法、プログラム、及び測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビーコンやＷｉＦｉ（登録商標）の電波強度値を利用して得られたユーザの位置情報を利用して、様々なサービスを提供することが行われている。例えば、屋外におけるジオフェンシングによる顧客誘導や、駅構内や商業施設などの屋内でのジオフェンシングなどの位置情報を利用したサービスなどが提供されている。
【０００３】
一方、ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）ビーコンの登場により、屋内における高精度な測位への期待が高まっている。ＢＬＥビーコンを用いた屋内高精度測位の実現方法は、大まかには、３点測位（例えば、非特許文献１）及びフィンガープリント法（例えば、非特許文献２）の２通りがある。３点測位は、電波強度から観測者とビーコンとの間の距離を算出し、平面上の１点を特定する手法である。３点測位は、電波強度のノイズの影響を大きく受けるため、精度を上げることが難しい側面がある。
【０００４】
一方、フィンガープリント法は、フィールド上の各地点での電波強度を予め観測して収集し、各地点における電波強度を表す電場マップを生成しておき、この電場マップと、未知の地点で観測された電波強度とのマッチングによって、未知の地点の位置を特定する手法であり、精度を向上させ易いという利点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“３点測位をやってみた〜ＴｒｉＴｈｉｎｇＰｕｌｓｅ〜”、［online］、２０１６年７月２８日、特許学会、［２０１８年４月２５日検索］、インターネット〈URL：http:// http://wannabehuman.hatenablog.com/entry/2016/07/28/001546〉
【非特許文献２】"Localization and monitoring system based on BLE fingerprint method", Annalisa Longo, Maria Rizzi, Davide Amendolare, Sante Stanisci, Ruggero Russo, Gianpaolo Cice and Matteo D’Aloia, D. Impedovo and G. Pirlo (Eds.), Workshop on Artificial Intelligence with Application in Health, Bari, Italy, November 14, 2017.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、フィンガープリント法では、電場マップを生成するために、予め観測点における電波強度を観測しておくが、この観測点の多少が、生成された電場マップを用いた測位の精度に寄与する。そのため、高精度測位を実現するためには、多くの観測点で電波強度を予め観測して電場マップを生成しておくことが望ましい。しかしながら、電波強度の観測には手間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであり、高精度測位を実現するための電場マップの生成の手間を軽減することができる電場マップ生成装置、方法、及びプログラム、並びに、生成された電場マップを用いて測位を行う測位装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る電場マップ生成装置は、電波発信装置から発信される電波を、同一の空間における複数の地点の各々で観測した場合における電波強度を、前記複数の地点の座標の各々に対応付けた電場マップを生成する電場マップ生成装置であって、前記電波発信装置からの距離が異なる少なくとも３つの第１の地点の各々において観測された電波強度を取得する電波強度取得部と、取得された電波強度を用いて、前記同一の空間における、前記電波発信装置から発信される電波の空間伝搬特性を推定する空間伝搬特性推定部と、前記空間伝搬特性推定部により推定された空間伝搬特性と、前記第１の地点とは異なる第２の地点と前記電波発信装置との距離とに基づいて、前記電波発信装置から発信される電波を前記第２の地点で観測した場合における電波強度を推定する電波強度推定部と、前記電波強度取得部で取得された前記第１の地点における電波強度と、前記電波強度推定部で推定された前記第２の地点における電波強度と、のうち少なくとも前記第２の地点における電波強度を用いて、前記電場マップを生成する生成部とを含んで構成されている。
【０００９】
本発明に係る電場マップ生成装置によれば、電波強度取得部が、電波発信装置からの距離が異なる少なくとも３つの第１の地点の各々において観測された電波強度を取得し、空間伝搬特性推定部が、取得された電波強度を用いて、同一の空間における、電波発信装置から発信される電波の空間伝搬特性を推定し、電波強度推定部が、空間伝搬特性推定部により推定された空間伝搬特性と、第１の地点とは異なる第２の地点と電波発信装置との距離とに基づいて、電波発信装置から発信される電波を第２の地点で観測した場合における電波強度を推定し、生成部が、電波強度取得部で取得された第１の地点における電波強度と、電波強度推定部で推定された第２の地点における電波強度と、のうち少なくとも第２の地点における電波強度を用いて、電場マップを生成する。
【００１０】
これにより、高精度測位を実現するための電場マップの生成の手間を軽減することができる。
【００１１】
また、前記空間伝搬特性推定部は、少なくとも前記空間伝搬特性を用いて、前記電波発信装置からの距離に応じた電波強度を表す電波伝搬式を推定し、前記電波強度推定部は、前記空間伝搬特性推定部により推定された前記電波伝搬式を用いて、前記電波発信装置から発信される電波を前記第２の地点で観測した場合における電波強度を推定することができる。
【００１２】
また、前記電波強度取得部は、前記電波発信装置から発信された電波を前記第１の地点で複数回観測した複数の電波強度を平滑化し、平滑化された前記複数の電波強度のうち、最も値が大きい電波強度を、前記第１の地点の各々において観測された電波強度として取得することができる。これにより、観測される電波強度の値のばらつきを抑え、精度の良い電波強度を取得することができる。
【００１３】
また、前記電波強度取得部は、複数の前記電波発信装置の各々について、前記少なくとも３つの第１の地点の各々において観測される電波強度を取得し、前記空間伝搬特性推定部は、複数の前記電波発信装置の各々から発信される電波について、前記空間伝搬特性の各々を推定し、前記電波強度推定部は、複数の前記電波発信装置の各々から発信される電波を前記第２の地点で観測した場合における電波強度の各々を推定し、前記生成部は、前記第１の地点及び前記第２の地点の各々と、複数の前記電波発信装置と、取得又は推定された電波強度と、を対応付けて前記電場マップを生成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る測位装置は、複数の前記電波発信装置の各々から発信された電波を未知の地点で観測した電波強度を取得する未知地点電波強度取得部と、前記未知地点電波強度取得部により取得された、複数の前記電波発信装置の各々に対応する電波強度と、請求項５に記載の電場マップ生成装置により生成された電場マップとに基づいて、前記未知の地点の座標を推定する位置推定部とを含んで構成することができる。これにより、高精度測位を実現することができる。
【００１５】
また、本発明に係る電場マップ生成方法は、電波発信装置から発信される電波を、同一の空間における複数の地点の各々で観測した場合における電波強度を、前記複数の地点の座標の各々に対応付けた電場マップを生成する電場マップ生成方法であって、電波強度取得部が、前記電波発信装置からの距離が異なる少なくとも３つの第１の地点の各々において観測された電波強度を取得し、空間伝搬特性推定部が、取得された電波強度を用いて、前記同一の空間における、前記電波発信装置から発信される電波の空間伝搬特性を推定し、電波強度推定部が、前記空間伝搬特性推定部により推定された空間伝搬特性と、前記第１の地点とは異なる第２の地点と前記電波発信装置との距離とに基づいて、前記電波発信装置から発信される電波を前記第２の地点で観測した場合における電波強度を推定し、生成部が、前記電波強度取得部で取得された前記第１の地点における電波強度と、前記電波強度推定部で推定された前記第２の地点における電波強度と、のうち少なくとも前記第２の地点における電波強度を用いて、前記電場マップを生成する方法である。
【００１６】
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記の電場マップ生成装置、又は上記の測位装置を構成する各部として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電場マップ生成装置、方法、及びプログラムによれば、電波発信装置からの距離が異なる少なくとも３つの第１の地点において観測された電波強度に基づいて、電波発信装置から発信される電波の空間伝搬特性を推定し、この空間伝搬特性を用いて、第１の地点とは異なる第２の地点での電波強度を推定し、観測された電波強度と、推定された電波強度とを用いて、電場マップを生成することにより、高精度測位を実現するための電場マップの生成の手間を軽減することができる、という効果が得られる。また、本発明に係る測位装置によれば、本発明に係る電場マップ生成装置により生成された電場マップを用いて測位を行うことにより、高精度測位を実現することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に係る電場マップ生成・測位システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】観測点及び推定点を説明するための図である。
【図３】取得電波強度ＤＢの一例を示す図である。
【図４】平滑化電波強度ＤＢの一例を示す図である。
【図５】ビーコンと観測点との間の距離と、観測点でのＲＳＳＩとの組の一例を示す図である。
【図６】電波伝搬式を説明するための図である。
【図７】ビーコンＩＤ毎に推定された電波伝搬式の一例を示す図である。
【図８】電場マップの一例を示す図である。
【図９】ビーコンＩＤ毎の各タイムスロットにおけるＲＳＳＩの代表値の一例を示す図である。
【図１０】電場マップを用いて特定された未知地点の座標の一例を示す図である。
【図１１】本実施の形態における電場マップ生成処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１２】本実施の形態における測位処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係る電場マップ生成・測位システム１００は、電場マップ生成装置１０と、測位装置３０と、計測端末４０と、測位端末４６と、複数のビーコン６０とを含む。
【００２１】
ビーコン６０は、例えば、ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）規格のビーコン信号を所定時間間隔で発信する。ビーコン６０から発信されるビーコン信号には、自装置の識別情報であるビーコンＩＤ（Identification）が含まれる。なお、ビーコン６０は、本発明の電波発信装置の一例であるが、電波発信装置は、ビーコンの場合に限定されず、ＷｉＦｉ（登録商標）信号を発信するアクセスポイントなど、他の信号を発信する装置であってもよい。
【００２２】
計測端末４０は、電場マップを生成するために、予め指定された観測点での電波強度を観測するための端末である。計測端末４０は、スマートフォン、タブレット端末等の情報処理装置により実現される。図１に示すように、計測端末４０は、機能的には、観測部４２と、送受信部４４とを含む。
【００２３】
観測部４２は、ビーコン６０から発信されるビーコン信号を受信し、受信時の電波強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）を観測する。また、観測部４２は、観測点の座標を取得する。例えば、計測端末４０を保持したオペレータが、予め指定された観測点の位置に立ち、その位置の座標を入力し、観測部４２は、この入力された座標を取得することができる。また、例えば、複数のビーコン６０から発信されたビーコン信号を利用した３点測位などの手法により、計測端末４０の位置を測位して、観測点の座標を取得してもよい。観測部４２は、ビーコン信号に含まれるビーコンＩＤ、観測したＲＳＳＩ、及び取得した座標を送受信部４４へ受け渡す。
【００２４】
送受信部４４は、電場マップ生成装置１０との間で情報のやり取りを行う。具体的には、送受信部４４は、観測部４２から受け渡されたビーコンＩＤ、ＲＳＳＩ、及び座標を、座標・ＲＳＳＩ情報として、電場マップ生成装置１０へ送信する。
【００２５】
測位端末４６は、電場マップを用いた測位の対象となる端末であり、スマートフォン、タブレット端末等の情報処理装置により実現される。図１に示すように、測位端末４６は、機能的には、観測部４８と、送受信部５０とを含む。
【００２６】
観測部４８は、計測端末４０の観測部４２と同様に、ビーコン６０から発信されるビーコン信号のＲＳＳＩを観測する。観測部４８は、ビーコン信号に含まれるビーコンＩＤ、及び観測したＲＳＳＩを送受信部５０へ受け渡す。
【００２７】
送受信部５０は、測位装置３０との間で情報のやり取りを行う。具体的には、送受信部５０は、観測部４８から受け渡されたビーコンＩＤ、及びＲＳＳＩを、ＲＳＳＩ情報として、測位装置３０へ送信する。
【００２８】
電場マップ生成装置１０は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する電場マップ生成処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭとを含むコンピュータで構成することができる。
【００２９】
ここで、本実施の形態における電場マップ生成装置１０における電場マップの生成の概略について説明する。図２に示すように、所定のフィールドに対応付けたＸＹ平面に、１ｍ単位の座標を設定した場合を例に説明する。
【００３０】
同一の空間に含まれる座標（１，１）、（１，２）、・・・、（４，３）、（４，４）の計１６個の座標で表される地点でのＲＳＳＩをマップした電場マップを生成する場合、本来、１６地点でのＲＳＳＩの観測が必要である。なお、同一の空間とは、ビーコン６０から発信される電波の空間伝搬特性として、同一若しくは同一とみなしてもよい特性を適用可能な空間である。
【００３１】
一方、本実施の形態に係る電場マップ生成装置１０は、電場マップを生成するために予め電波強度を観測する観測点の数を減らし、少ない観測点において観測したＲＳＳＩに基づいて、推定点（未観測点）におけるＲＳＳＩを推定して、電場マップを生成する。図２の例では、観測点を白丸、及び推定点を黒丸で表している。また、図２において、逆三角マークは、ビーコン６０の設置位置を表しており、逆三角マークに併記した数字は、各ビーコン６０のビーコンＩＤを表している。図２の例では、座標（１，１）、（１，３）、（３，１）、及び（３，３）の４点でＲＳＳＩの観測を行い、他の地点（推定点）では、ＲＳＳＩの観測は行わない。
【００３２】
なお、図２の例では、説明を簡略化するために、マス目上に規則正しく観測点及び推定点を設定する場合を示しているが、観測点は、ビーコン６０からの距離が異なる少なくとも３つの任意の地点に設定すればよい。ビーコン６０からの距離が異なる少なくとも３つの地点とする理由については後述する。また、推定点は、観測点のいずれか２つを通る直線上に設定されてもよいし、直線上以外の地点に設定されてもよい。すなわち、推定点は、観測点同士の位置から補完可能な位置に限定されることなく、任意の位置に設定することができる。
【００３３】
なお、観測点は、本発明の第１の地点の一例であり、推定点は、本発明の第２の地点の一例である。
【００３４】
電場マップ生成装置１０は、機能的には、図１に示すように、電波強度取得部１２と、空間伝搬特性推定部１４と、電波強度推定部１６と、生成部１８とを含む。また、電場マップ生成装置１０の所定の記憶領域には、取得電波強度データベース（ＤＢ）２２と、平滑化電波強度ＤＢ２４と、電場マップ２６とが記憶される。
【００３５】
電波強度取得部１２は、ビーコン６０からの距離が異なる少なくとも３つの観測点の各々において計測端末４０で観測され、送信された座標・ＲＳＳＩ情報を取得し、取得した座標・ＲＳＳＩ情報に含まれるＲＳＳＩを、取得電波強度ＤＢ２２に記憶する。
【００３６】
図３に、取得電波強度ＤＢ２２の一例を示す。図３の例では、ビーコンＩＤ毎、かつ観測点の座標毎に、ＲＳＳＩの値が記憶されている。また、「観測Ｎｏ．」は、同一の観測点で複数回行われるＲＳＳＩの観測の何回目の観測かを示す番号である。
【００３７】
具体的には、電波強度取得部１２は、指定された観測点の座標を設定した取得電波強度ＤＢ２２を用意しておく。そして、電波強度取得部１２は、座標・ＲＳＳＩ情報を取得する都度、取得電波強度ＤＢ２２において、座標・ＲＳＳＩ情報に含まれるビーコンＩＤ及び座標に対応する欄に、座標・ＲＳＳＩ情報に含まれるＲＳＳＩの値を記憶する。
【００３８】
また、電波強度取得部１２は、所定回数分の座標・ＲＳＳＩ情報の取得が完了すると、取得電波強度ＤＢ２２に記憶されたＲＳＳＩを、ビーコンＩＤ及び観測点の座標毎に平滑化し、平滑化電波強度ＤＢ２４として記憶する。平滑化には、従来既知の平滑化フィルタを適用することができる。図４に、図３に示す取得電波強度ＤＢ２２を平滑化した平滑化電波強度ＤＢ２４の一例を示す。
【００３９】
電波強度取得部１２は、平滑化電波強度ＤＢ２４を参照して、ビーコンＩＤ及び観測点の座標毎に、平滑化されたＲＳＳＩのうち、最も値が大きいＲＳＳＩを、そのビーコンＩＤ及び観測点の座標についてのＲＳＳＩの代表値として特定する。なお、ＲＳＳＩの代表値として、平滑化されたＲＳＳＩのうち、最も値が大きいＲＳＳＩを用いるのは、実験の結果、最も値が大きいＲＳＳＩを用いることで精度が上がることが確認できたためである。ただし、平滑化されたＲＳＳＩのうち、最も値が大きいＲＳＳＩ以外のＲＳＳＩを、ＲＳＳＩの代表値として特定してもよい。図４に示す平滑化電波強度ＤＢ２４において、太線で示す欄のＲＳＳＩが、特定されたＲＳＳＩの代表値である。
【００４０】
このように、取得したＲＳＳＩを平滑化した上で、代表値を特定することにより、観測された生データであるＲＳＳＩに生じている値のばらつきを抑え、ノイズを除去した値を以降の処理で用いることができる。
【００４１】
電波強度取得部１２は、ビーコンＩＤ、観測点の座標、及び特定したＲＳＳＩの代表値を対応付けて、空間伝搬特性推定部１４及び生成部１８に受け渡す。
【００４２】
空間伝搬特性推定部１４は、電波強度取得部１２から受け渡されたＲＳＳＩを用いて、同一の空間における、ビーコン６０から発信される電波の空間伝搬特性を推定する。
【００４３】
一般的に、ビーコン６０から離れた地点で観測されるビーコン信号のＲＳＳＩは、下記（１）式に示す電波伝搬式で表される。
【００４４】
ＲＳＳＩ＝Ｋ−（ｎ×ｌｏｇ１０ｄ−Ｃ）  ・・・（１）
【００４５】
なお、（１）式におけるｄは、ビーコン６０の設置位置から観測点までの距離（ｄ＞０）である。Ｋは、ビーコン６０の最大電波出力である。Ｃは、発信電波強度を表す定数項であり、ビーコン６０からの距離が所定距離（例えば、１ｍ）の地点における電波強度である。また、ｎは、空間伝搬定数である。（１）式において、Ｋは、既知の値であり、本実施の形態では、Ｋ＝０ｄＢとする。ｎ及びＣは、環境によって変化するモデル係数である。
【００４６】
空間伝搬特性推定部１４は、ビーコンＩＤ毎に、最適なモデル係数の組み合わせ（ｎ，Ｃ）を導出する。具体的には、空間伝搬特性推定部１４は、図５に示すように、ビーコンIＤ毎に、ビーコン６０と観測点との間の距離と、その観測点でのＲＳＳＩの実測値との組を特定する。図５の例は、ビーコンＩＤが６１のビーコン６０についての例である。空間伝搬特性推定部１４は、特定した距離と実測値との組に基づいて、図６に示すように、距離に対する実測値をプロットする。そして、空間伝搬特性推定部１４は、例えば、最小二乗法等により、プロットした実測値を繋いで得られる電波伝搬曲線に近似する曲線である、（１）式の電波伝搬式を推定することにより、最適な（ｎ，Ｃ）を導出する。なお、最適な（ｎ，Ｃ）の導出方法は、最小二乗法に限定されず、様々な最適化手法を適用することができる。
【００４７】
図７に、ビーコンＩＤ毎に推定された電波伝搬式の一例を示す。空間伝搬特性推定部１４は、推定したビーコンＩＤ毎の電波伝搬式を、電波強度推定部１６へ受け渡す。
【００４８】
ここで、観測点を、ビーコン６０からの距離が異なる少なくとも３つ以上設定する理由について説明する。（１）式に示す電波伝搬式は、簡略化するとｙ＝ｄｌｏｇ１０（ｘ）＋Ｃと表現することができる。ここで、ｕ＝ｌｏｇ１０（ｘ）とすると、ｙ＝ｄｌｏｇ１０（ｘ）＋Ｃは、ｖ＝ｄｕ＋Ｃと表現することができる。これは、定数がｄ及びＣの一次関数であるため、（ｖ，ｕ）の組が２つだけでは、定数ｄ及びＣが一意に定まってしまう。したがって、プロットした実測値を繋いで得られる電波伝搬曲線に近似する曲線である電波伝搬式を推定するためには、（ｖ，ｕ）の組、すなわち（ｘ，ｙ）の組が３つ以上必要であることから、観測点は３つ以上必要となる。
【００４９】
また、３つ以上の観測点の各々について、ビーコン６０からの距離が異なることが必要である理由は、３つ以上の観測点が全て、ビーコン６０から等距離の同心円上にある場合には、プロットした実測値を繋いで得られる電波伝搬曲線に近似する曲線である電波伝搬式を正しく推定することができないためである。
【００５０】
さらに、観測点についての必須の条件ではないが、電波の反射の影響を受けると誤差が出易いため、観測点は、壁のそばに設定されないことが望ましい。また、電波の吸収や回折などの影響も誤差の原因となるため、ビーコン６０と観測点との間には、何らかの障害物がないことが望ましい。
【００５１】
電波強度推定部１６は、空間伝搬特性推定部１４により推定された空間伝搬特性と、推定点とビーコン６０との距離とに基づいて、ビーコン６０から発信されるビーコン信号を推定点において観測した場合を想定したＲＳＳＩを推定する。
【００５２】
具体的には、電波強度推定部１６は、推定点に設定される地点の座標位置と、ビーコン６０の設置位置との距離ｄを算出し、そのビーコン６０から発信される電波の空間伝搬特性、すなわち、空間伝搬特性推定部１４から受け渡された、そのビーコン６０のビーコンＩＤに対応する電波伝搬式に、算出した距離ｄを代入することにより、その推定点でのＲＳＳＩを推定する。
【００５３】
電波強度推定部１６は、ビーコンＩＤ及び推定点の座標毎にＲＳＳＩを推定し、ビーコンＩＤ、推定点の座標、及び推定したＲＳＳＩを対応付けて、生成部１８へ受け渡す。
【００５４】
生成部１８は、電波強度取得部１２で取得された観測点でのＲＳＳＩと、電波強度推定部１６で推定された推定点でのＲＳＳＩとを用いて、電場マップ２６を生成する。具体的には、生成部１８は、指定された観測点及び推定点の座標と、各ビーコン６０のビーコンＩＤとのマトリクスで表される電場マップ２６を用意しておく。そして、生成部１８は、電波強度取得部１２から受け渡されたビーコンＩＤ及び観測点の座標に対応付けられたＲＳＳＩを、電場マップ２６の対応する欄に記憶する。同様に、生成部１８は、電波強度推定部１６から受け渡されたビーコンＩＤ及び推定点の座標に対応付けられたＲＳＳＩを、電場マップ２６の対応する欄に記憶する。図８に、電場マップ２６の一例を示す。
【００５５】
測位装置３０は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する測位処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭとを含むコンピュータで構成することができる。
【００５６】
測位装置３０は、機能的には、図１に示すように、未知地点電波強度取得部３２と、位置推定部３４とを含む。
【００５７】
未知地点電波強度取得部３２は、座標が未知の地点において測位端末４６で観測され、送信されたＲＳＳＩ情報を取得する。未知地点電波強度取得部３２において、ＲＳＳＩ情報は、所定のタイムスロット（例えば、１秒）毎に、複数回取得される。未知地点電波強度取得部３２は、タイムスロット毎に取得した複数回分のＲＳＳＩ情報に基づいて、ビーコンＩＤ毎に、そのタイムスロットにおけるＲＳＳＩの代表値を特定する。ＲＳＳＩの代表値の特定方法は、電場マップ生成装置１０の電波強度取得部１２と同様に、複数回分のＲＳＳＩを平滑化し、平滑化されたＲＳＳＩのうち、値が最大となるＲＳＳＩを特定すればよい。
【００５８】
図９に、ビーコンＩＤ毎に特定された各タイムスロットにおけるＲＳＳＩの代表値の一例を示す。図９の例では、各タイムスロットの識別情報として、１、２、３、・・・の番号を付与している。
【００５９】
未知地点電波強度取得部３２は、特定したＲＳＳＩの代表値を、タイムスロットの番号及びビーコンＩＤと対応付けて、位置推定部３４に受け渡す。
【００６０】
位置推定部３４は、未知地点電波強度取得部３２から受け渡されたＲＳＳＩの代表値に基づいて、タイムスロット毎に、各ビーコンＩＤに対応するＲＳＳＩの値の組を作成する。例えば、図９の例では、１番のタイムスロットについて、（−５４，−５２，−５２，−４３）という組が作成される。
【００６１】
位置推定部３４は、電場マップ２６において、各座標についてのビーコンＩＤ毎のＲＳＳＩの組が、作成したＲＳＳＩの値の組と最も近い値を示す座標を特定する。最も近い値の組の特定には、例えば、最小二乗法等を用いることができる。より具体的には、未知地点におけるＲＳＳＩの組を（a，ｂ，ｃ，ｄ）とし、電場マップ２６におけるＲＳＳＩの組を（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）とすると、位置推定部３４は、下記（２）式に示すｆ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）が最小となるときの（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に対応する座標を特定する。
【００６２】
ｆ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）
＝（ａ−Ａ）２＋（ｂ−Ｂ）２＋（ｃ−Ｃ）２＋（ｄ−Ｄ）２    ・・・（２）
【００６３】
図１０に、図９に示す未知地点のＲＳＳＩに対して、図８に示す電場マップ２６を用いて特定された座標の一例を示す。
【００６４】
位置推定部３４は、特定した座標を、未知地点について推定した位置情報として出力する。出力された位置情報は、測位端末４６へ送信され、測位端末４６に表示されてもよいし、測位端末４６で動作するアプリケーションを介して、位置情報に関連するサービスに利用されてもよい。また、位置情報は、他の装置へ出力されてもよい。
【００６５】
次に、本実施の形態に係る電場マップ生成・測位システム１００の作用について説明する。
【００６６】
ビーコン６０が、自装置のビーコンＩＤを含むビーコン信号を所定時間間隔で発信している状態で、計測端末４０が、ビーコン６０から発信されたビーコン信号の受信を開始する。計測端末４０を保持したオペレータが、予め指定された観測点の位置に立ち、その場で、計測端末４０が、所定のタイムスロット内で所定回数分のビーコン信号を受信する。計測端末４０は、ビーコン信号を受信する都度、受信したビーコン信号に含まれるビーコンＩＤ、自端末の位置情報を示す座標、及びビーコン信号を観測したＲＳＳＩの値を含む座標・ＲＳＳＩ情報を、電場マップ生成装置１０へ送信する。一方、電場マップ生成装置１０では、図１１に示す電場マップ生成処理が実行され、電場マップ２６が生成される。
【００６７】
そして、電場マップ２６が所定の記憶領域に記憶された状態、かつビーコン６０が、自装置のビーコンＩＤを含むビーコン信号を所定時間間隔で発信している状態で、測位端末４６が、ビーコン６０から発信されたビーコン信号の受信を開始する。測位端末４６は、所定のタイムスロット内で所定回数分のビーコン信号を受信し、ビーコンＩＤ、及びビーコン信号を観測したＲＳＳＩの値を含むＲＳＳＩ情報を、所定のタイムスロット内に所定回数、測位装置３０へ送信する。一方、測位装置３０では、図１２に示す測位処理が実行され、測位端末４６の位置情報が推定される。以下、電場マップ生成処理及び測位処理の各々について詳述する。
【００６８】
まず、図１１に示す電場マップ生成処理について説明する。
【００６９】
ステップＳ１０で、電波強度取得部１２が、観測点及び推定点の座標の入力を受け付ける。そして、電波強度取得部１２は、受け付けた観測点の座標を設定した取得電波強度ＤＢ２２を用意する。
【００７０】
次に、ステップＳ１２で、電波強度取得部１２が、計測端末４０から送信された座標・ＲＳＳＩ情報を取得する。そして、電波強度取得部１２は、取得電波強度ＤＢ２２において、取得した座標・ＲＳＳＩ情報に含まれるビーコンＩＤ及び座標に対応する欄に、取得した座標・ＲＳＳＩ情報に含まれるＲＳＳＩの値を記憶する。
【００７１】
次に、ステップＳ１４で、電波強度取得部１２は、設定された全ての観測点について、所定回数分のＲＳＳＩを取得したか否かを判定する。取得済みの場合には、ステップＳ１６へ移行し、まだ取得が完了していない場合には、ステップＳ１２に戻る。
【００７２】
ステップＳ１６では、電波強度取得部１２が、取得電波強度ＤＢ２２に記憶されたＲＳＳＩを、ビーコンＩＤ及び観測点の座標毎に平滑化し、平滑化電波強度ＤＢ２４として記憶する。そして、電波強度取得部１２が、平滑化電波強度ＤＢ２４から、ビーコンＩＤ及び観測点の座標毎に、平滑化されたＲＳＳＩのうち、最も値が大きいＲＳＳＩを、そのビーコンＩＤ及び観測点の座標についてのＲＳＳＩの代表値として特定する。電波強度取得部１２は、ビーコンＩＤ、観測点の座標、及び特定したＲＳＳＩの代表値を対応付けて、空間伝搬特性推定部１４及び生成部１８に受け渡す。
【００７３】
次に、ステップＳ１８で、空間伝搬特性推定部１４が、電波強度取得部１２から受け渡されたＲＳＳＩを用いて、同一の空間における、ビーコン６０から発信される電波の空間伝搬特性として、ビーコンＩＤ毎に、（１）式に示す電波伝搬式を推定する。空間伝搬特性推定部１４は、推定したビーコンＩＤ毎の電波伝搬式を、電波強度推定部１６へ受け渡す。
【００７４】
次に、ステップＳ２０で、電波強度推定部１６が、推定点に設定される地点の座標位置と、ビーコン６０の設置位置との距離ｄを算出し、そのビーコン６０から発信される電波の空間伝搬特性、すなわち、空間伝搬特性推定部１４から受け渡された、そのビーコン６０のビーコンＩＤに対応する電波伝搬式に、算出した距離ｄを代入することにより、その推定点でのＲＳＳＩを推定する。電波強度推定部１６は、ビーコンＩＤ及び推定点の座標毎にＲＳＳＩを推定し、ビーコンＩＤ、推定点の座標、及び推定したＲＳＳＩを対応付けて、生成部１８へ受け渡す。
【００７５】
次に、ステップＳ２２で、生成部１８が、上記ステップＳ１０で受け付けた観測点及び推定点の座標と、各ビーコン６０のビーコンＩＤとのマトリクスで表される電場マップ２６を用意する。そして、生成部１８は、上記ステップＳ１２で電波強度取得部１２から受け渡されたビーコンＩＤ及び観測点の座標に対応付けられたＲＳＳＩを、電場マップ２６の対応する欄に記憶する。同様に、生成部１８は、上記ステップＳ２０で電波強度推定部１６から受け渡されたビーコンＩＤ及び推定点の座標に対応付けられたＲＳＳＩを、電場マップ２６の対応する欄に記憶する。これにより、電場マップ２６が生成され、電場マップ生成処理は終了する。
【００７６】
次に、図１２に示す測位処理について説明する。
【００７７】
ステップＳ３０で、未知地点電波強度取得部３２が、座標が未知の地点において測位端末４６で観測され、送信されたＲＳＳＩ情報を、所定のタイムスロット毎に、複数回取得する。
【００７８】
次に、ステップＳ３２で、未知地点電波強度取得部３２が、タイムスロット毎に取得した複数回分のＲＳＳＩ情報に基づいて、ビーコンＩＤ毎に、複数回分のＲＳＳＩを平滑化し、平滑化されたＲＳＳＩのうち、値が最大となるＲＳＳＩを、そのタイムスロットにおけるＲＳＳＩの代表値として特定する。未知地点電波強度取得部３２は、特定したＲＳＳＩの代表値を、タイムスロットの番号及びビーコンＩＤと対応付けて、位置推定部３４に受け渡す。
【００７９】
次に、ステップＳ３４で、位置推定部３４が、未知地点電波強度取得部３２から受け渡されたＲＳＳＩの代表値に基づいて、タイムスロット毎に、各ビーコンＩＤに対応するＲＳＳＩの値の組を作成する。そして、位置推定部３４は、電場マップ２６において、各座標についてのビーコンＩＤ毎のＲＳＳＩの組が、作成したＲＳＳＩの値の組と最も近い値を示す座標を特定する。
【００８０】
次に、ステップＳ３６で、位置推定部３４が、特定した座標を、未知地点について推定した位置情報として出力し、測位処理は終了する。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態に係る電場マップ生成装置は、ビーコンからの距離が異なる少なくとも３つの観測点において観測されたＲＳＳＩに基づいて、各ビーコンから発信される電波の空間伝搬特性を示す電波伝搬式を推定し、この電波伝搬式を用いて、観測点とは異なる推定点でのＲＳＳＩを推定する。そして、観測点でのＲＳＳＩと、推定点でのＲＳＳＩとを用いて、電場マップを生成する。このため、電場マップに含まれる各座標に対応するＲＳＳＩを全て観測する必要がなく、電場マップに含まれる座標−ＲＳＳＩの数を多くすることができる。したがって、高精度測位を実現するための電場マップの生成の手間を軽減することができる。
【００８２】
また、電波伝搬式を推定して、推定点のＲＳＳＩを推定するため、観測点の位置から補完可能な位置を推定点として設定することは要件とされない。すなわち、観測点同士の位置関係に基づかない他の任意の位置に推定点を設定することができる。
【００８３】
また、観測点のＲＳＳＩとして、複数回取得されたＲＳＳＩを平滑化して代表値を特定することにより、観測されるＲＳＳＩのばらつきを抑え、実測値として精度の良い値を用いることができる。
【００８４】
また、本実施の形態に係る測位装置は、本実施の形態の電場マップ生成装置により生成された電場マップを用いた測位を行うことで、高精度測位を実現することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態は一例であり、具体的な構成は本実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれ、状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。
【００８６】
例えば、上記実施の形態では、観測点を４つとする場合を例に説明したが、観測点は、３地点でもよいし、５地点以上でもよい。
【００８７】
また、例えば、上記実施の形態では、電場マップ生成装置１０及び測位装置３０の各機能部を、プログラムを実行することによって実現する場合を例に説明したが、これに限定されない。電場マップ生成装置１０及び測位装置３０の各機能部を、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアで実現してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもよい。
【００８８】
また、本願明細書中において、プログラムが予めインストールされている実施の形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能であるし、ネットワークを介して提供することも可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０   電場マップ生成装置
１２   電波強度取得部
１４   空間伝搬特性推定部
１６   電波強度推定部
１８   生成部
２２   取得電波強度ＤＢ
２４   平滑化電波強度ＤＢ
２６   電場マップ
３０   測位装置
３２   未知地点電波強度取得部
３４   位置推定部
４０   計測端末
４２   観測部
４４   送受信部
４６   測位端末
４８   観測部
５０   送受信部
６０   ビーコン
１００ 電場マップ生成・測位システム
【図１】
2019200060.tif 000003
【図２】
2019200060.tif 000004
【図３】
2019200060.tif 000005
【図４】
2019200060.tif 000006
【図５】
2019200060.tif 000007
【図６】
2019200060.tif 000008
【図７】
2019200060.tif 000009
【図８】
2019200060.tif 000010
【図９】
2019200060.tif 000011
【図１０】
2019200060.tif 000012
【図１１】
2019200060.tif 000013
【図１２】
2019200060.tif 000014