(57)【要約】【課題】受信電界強度を用いた位置推定の精度を向上させること。【解決手段】取得部５０１は、送信機から所定電力で送信される電波を受信機が受信した際の受信電界強度の実測値を取得する。また、取得部５０１は、送信機の複数の候補位置のそれぞれについて、候補位置および受信機の間の地形を示す地形情報と所定電力とに基づく受信電界強度の予測値を取得する。選択部５０２は、取得部５０１によって取得された予測値と実測値とを複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、複数の候補位置の中から送信機の推定位置を選択する。出力部５０３は、選択部５０２によって選択された推定位置を示す情報を出力する。【選択図】図５−１
2015017845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機から所定電力で送信される電波を受信機が受信した際の受信電界強度の実測値を取得し、
前記送信機の複数の候補位置のそれぞれについて、前記候補位置および前記受信機の間の地形を示す地形情報と前記所定電力とに基づく前記受信電界強度の予測値を取得し、
取得した前記予測値と前記実測値とを前記複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択し、
選択した前記推定位置を示す情報を出力する、
ことを特徴とする位置推定方法。
【請求項２】
前記予測値を取得する処理では、
前記複数の候補位置のそれぞれについて、前記送信機から前記受信機へ向けて送信された電波が、前記地形情報が示す地形によって遮蔽される遮蔽度合いを取得し、
取得した前記遮蔽度合いと前記所定電力とに基づく前記予測値を算出する、
ことによって前記予測値を取得することを特徴とする請求項１に記載の位置推定方法。
【請求項３】
前記遮蔽度合いを取得する処理では、
前記地形情報を取得し、
取得した前記地形情報に基づいて前記遮蔽度合いを算出する、
ことによって前記遮蔽度合いを取得することを特徴とする請求項２に記載の位置推定方法。
【請求項４】
前記遮蔽度合いは、前記候補位置と前記受信機との間の遮蔽物が前記送信機と前記受信機との間のフレネルゾーンをどの程度遮蔽するかを示した値であることを特徴とする請求項２または３に記載の位置推定方法。
【請求項５】
前記取得した遮蔽度合いに基づいて前記送信機から前記受信機へ送信される電波の伝搬状態を判定し、
前記予測値を算出する処理では、
判定した前記伝搬状態に応じた算出式を用いて前記予測値を算出する、
ことによって前記予測値を取得することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の位置推定方法。
【請求項６】
前記実測値を取得する処理では、
前記送信機から送信される電波を複数の受信機が受信した際の、前記複数の受信機のそれぞれについての受信電界強度の実測値を取得し、
前記予測値を取得する処理では、
前記複数の受信機と前記複数の候補位置との各組合せについて、前記地形情報と前記所定電力とに基づく前記予測値を取得し、
前記送信機の推定位置を選択する処理では、
前記各組合せについての前記予測値と前記実測値との比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の位置推定方法。
【請求項７】
送信機から所定電力で送信される電波を受信機が受信した際の受信電界強度の実測値を取得するとともに、前記送信機の複数の候補位置のそれぞれについて、前記候補位置および前記受信機の間の地形を示す地形情報と前記所定電力とに基づく前記受信電界強度の予測値を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記予測値と前記実測値とを前記複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記推定位置を示す情報を出力する出力部と、
有することを特徴とする位置推定装置。
【請求項８】
所定電力の電波を送信する送信機と、
前記送信機から送信される電波を受信する受信機と、
前記送信機の位置を推定する位置推定装置と、
を有し、
前記位置推定装置は、
前記送信機によって送信される前記電波を前記受信機が受信した際の受信電界強度の実測値を取得するとともに、前記送信機の複数の候補位置のそれぞれについて、前記候補位置および前記受信機の間の地形を示す地形情報と前記所定電力とに基づく前記受信電界強度の予測値を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記予測値と前記実測値とを前記複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記推定位置を示す情報を出力する出力部と、
を有することを特徴とする位置推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置推定方法、位置推定装置および位置推定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁波強度などの測定対象の位置を示す測定データに基づいて座標系上に所定の確率分布を設定し、設定した確率分布を用いてサンプリングしたパーティクルから測定対象の位置を推定する技術が知られている（たとえば、下記特許文献１参照。）。
【０００３】
また、予め測位対象エリアの電界マップを測定しておき、対象物が実測した電界強度との一致度により、対象物の位置を推定する、フィンガープリント法が知られている。さらに、測位対象となる無線機から電波を受信した際の受信電界強度（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を用いて、測位対象までの距離を推定し、その距離を基に位置推定を行う、ＲＳＳＩ距離測位方式が知られている。ＲＳＳＩ距離測位方式では、フィンガープリント法とは異なり、距離に応じて減衰量が変化するという特性を用いて、測位対象までの距離を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４９６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、受信電界強度を用いた位置推定においては、距離以外の要素、たとえば地形や障害物など、によって電波が減衰すると、距離推定にオフセットが生じ、その結果位置推定の精度が低下するという問題がある。たとえば、屋外の無線センサネットワークにおいては、無線機は２ｍ以下といった低いアンテナ高さで設置されることが多く、地形や障害物によって受信電界強度が変化しやすくなり、位置推定の精度の低下が顕著になるという問題がある。
【０００６】
１つの側面では、本発明は、受信電界強度を用いた位置推定の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、送信機から所定電力で送信される電波を受信機が受信した際の受信電界強度の実測値を取得し、前記送信機の複数の候補位置のそれぞれについて、前記候補位置および前記受信機の間の地形を示す地形情報と前記所定電力とに基づく前記受信電界強度の予測値を取得し、取得した前記予測値と前記実測値とを前記複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択し、選択した前記推定位置を示す情報を出力する、位置推定方法、位置推定装置および位置推定システムが提案される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、受信電界強度を用いた位置推定の精度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる位置推定システムの一例を示す説明図である。
【図２】図２は、送信機のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、受信機、位置推定装置およびクライアント装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図４−１】図４−１は、送信機の機能的構成の一例を示すブロック図である。
【図４−２】図４−２は、受信機の機能的構成の一例を示すブロック図である。
【図５−１】図５−１は、位置推定装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。
【図５−２】図５−２は、位置推定装置の機能的構成の詳細構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、電波の伝搬例を示す説明図である。
【図７】図７は、球面大地の解析モデルの一例を示す説明図である。
【図８】図８は、実施の形態１にかかる位置推定装置が行う位置推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施の形態２にかかる位置推定システムの一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２にかかる位置推定装置が行う位置推定のアルゴリズムの一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２にかかる位置推定装置が行う位置推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、実施の形態２の位置推定の改善度合いの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、本発明にかかる、位置推定方法、位置推定装置および位置推定システムの実施の形態１，２を詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
（実施の形態１にかかる位置推定システムの一例）
図１は、実施の形態１にかかる位置推定システムの一例を示す説明図である。図１に示すように、たとえば、作業者Ｓａが管理する放牧地Ｆの敷地内には、複数の家畜Ａが飼育されている。放牧地Ｆは、たとえば、一律に水平な土地ではなく、斜面を有し領域毎に地形が異なる土地であり、たとえば、数十ｍの高低差を有する丘陵地などである。家畜Ａは、放牧地Ｆ内にて飼育され、放牧地Ｆ内を移動可能な動物であり、たとえば、ウシ、ブタ、ウマ、ヤギ、ヒツジ、などである。
【００１２】
位置推定システム１００は、送信機１０１と、受信機１０２と、位置推定装置１０３と、を有し、家畜Ａの位置を推定する。各家畜Ａには、それぞれ、測位対象となる送信機１０１が装着されている。なお、本明細書中において、「測位」と「位置推定」とを同義語として説明する。送信機１０１は、たとえば、家畜Ａの首、耳、鼻など、家畜Ａが牧草を食したり歩行したりしている通常の行動時に地面から１ｍ程度の高さを有する位置に取り付けられている。
【００１３】
送信機１０１は、家畜Ａの歩数データなどのバイタルデータを計測する可搬型のコンピュータである。バイタルデータは、歩数データのほかにも、体温データ、血圧データ、脈拍データ、特定の化学物質の濃度のデータ、なども含む。たとえば、家畜Ａが発病や発情した異常状態になると、単位時間あたりの歩数が、通常時に比べて変化する。この変化した量を用いて、家畜Ａの健康状態や異常状態を判別することができる。送信機１０１は、放牧地Ｆの敷地内に設けられ、所定範囲の受信機１０２と通信可能になっている。
【００１４】
受信機１０２は、たとえば高さ２ｍ程度のアンテナを有する。複数の受信機１０２は、放牧地Ｆ内に、それぞれ異なる位置に設置されており、それぞれ所定範囲の通信エリアを有する。受信機１０２は、送信機１０１と位置推定装置１０３とを通信可能に中継する。また、受信機１０２は、他の受信機１０２とも通信可能である。
【００１５】
受信機１０２は、通信エリア内の送信機１０１から受信したバイタルデータや送信機１０１固有の送信機ＩＤを位置推定装置１０３へ送信する。また、受信機１０２は、送信機１０１からバイタルデータや送信機ＩＤを受信した際の受信電界強度を算出するための電界強度情報を位置推定装置１０３へ送信する。以下において、受信電界強度を「ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ」という。
【００１６】
位置推定装置１０３は、受信機１０２から、家畜Ａのバイタルデータ、送信機ＩＤ、受信機１０２が受信した際の電界強度情報、などを受信するコンピュータである。位置推定装置１０３は、ＤＢ（Ｄａｔｅ  Ｂａｓｅ）１０４を有する。ＤＢ１０４は、受信機１０２から受信した各種データ、受信機１０２の位置データ、放牧地Ｆの地形データ、などを記憶する。位置推定装置１０３は、送信機１０１の位置を推定する。
【００１７】
具体的には、位置推定装置１０３は、電界強度情報、受信機１０２の位置データ、地形データなどを用いて、送信機１０１の位置を推定する。位置推定装置１０３は、推定した送信機１０１の位置データとともに送信機１０１によって検出された家畜Ａのバイタルデータを、クライアント装置１０５へ送信する。たとえば、位置推定装置１０３は、発病した家畜Ａのバイタルデータや、Ａに装着されている送信機１０１の現在位置のデータをクライアント装置１０５へ送信する。
【００１８】
クライアント装置１０５は、ディスプレイを有し、位置推定装置１０３と通信可能な可搬型のコンピュータである。クライアント装置１０５は、位置推定装置１０３から受信した送信機１０１の位置データと家畜Ａのバイタルデータとをディスプレイに表示する。たとえば、クライアント装置１０５は、家畜Ａが発病したときに、家畜Ａのバイタルデータと、発病した家畜Ａに装着される送信機１０１の現在位置のデータと、をディスプレイ上に表示することができる。
【００１９】
ここで、ＲＳＳＩ距離測位方式は、ＲＳＳＩと通信距離との相関から、送信機１０１と受信機１０２との間の距離を推定して測位を行う方式である。無線センサネットワークにおいて、無線機（送信機１０１や受信機１０２）は、たとえば２ｍ以下といった低いアンテナ高さで設置される。低いアンテナ高さの環境下では、地形変化によってＲＳＳＩの減衰量が変化し、位置推定の精度が低下する。
【００２０】
ここで、位置推定の精度を向上させるために、予め測位対象エリアの電界マップを測定する方式（フィンガープリント法）を採用したとすると、大がかりな事前準備が必要になる。また、加速度センサ、角速度センサ、方位センサ、などの各種センサを組み合わせて、推定精度の劣化を補償する方式を採用したとすると、現状の設備に対して追加するデバイスが必要になるとともにそれらに電力を供給する必要が生じてしまう。
【００２１】
そこで、実施の形態１では、測位対象の送信機１０１の候補位置と受信機１０２との間の地形情報から得られるフレネルゾーンの見通し度に基づくＲＳＳＩの予測値と実測値との比較結果を用いて候補位置の中から推定位置を選択する。これにより、現状の設備を用いて、送信機１０１の位置の推定精度を向上させることができる。
【００２２】
なお、フレネルゾーンは、送信機１０１から受信機１０２への電波が所定の広がりをもって伝搬する際に、最短距離と回折波との行路差に応じて定義される回転楕円体である。フレネルゾーンのうち、エネルギー伝達に寄与する部分は、第１フレネルゾーンと呼ばれる。第１フレネルゾーンは、直接波との経路差がλ／２となる点を結んだ楕円空間であり、電波が受信機１０２に最短距離で到達する場合と別ルートで到達する場合との経路差がλ／２である経路の軌跡内に作られる回転楕円空間であり、障害物による影響を考慮する際には特に重要である。λは電波の波長（＝光速／周波数）である。
【００２３】
本実施の形態では、第１フレネルゾーン内に存在する障害物の高さを用いて、送信機１０１から受信機１０２へ向けて送信された電波が遮蔽される遮蔽度合いを得るようにしている。遮蔽度合いは、送信機１０１と受信機１０２との間の遮蔽物が送信機１０１と受信機１０２との間のフレネルゾーンをどの程度遮蔽するかを示した値である。遮蔽度合いにより、第１フレネルゾーンが確保される完全に見通しのある状況、または、完全に見通しのある状況に比べて見通しが低い状況、のいずれかであることがわかる。完全に見通しのある状況では、予測する受信電界強度は自由空間での電波伝搬理論値に近い値となる。一方、見通し度が低い状況では、予測する受信電界強度は遮蔽度合いを考慮した値となる。以下において、第１フレネルゾーンを単にフレネルゾーンと呼ぶ。
【００２４】
（送信機のハードウェア構成の一例）
図２は、送信機のハードウェア構成の一例を示す図である。図２において、送信機１０１は、ＣＰＵ２０１と、メモリ２０２と、ＯＳＣ２０３と、ＲＦＩＣ２０４と、ＯＳＣ２０５と、アンテナ２０６と、第１センサ２０７と、Ａ／Ｄ変換器２０８と、第２センサ２０９と、Ｉ／Ｏ２１０と、バッテリ２１１と、電源回路２１２と、を有する。
【００２５】
ＣＰＵ２０１（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）は、送信機１０１の全体の制御を司る。メモリ２０２には、たとえばメインメモリおよび補助メモリが含まれる。メインメモリは、たとえばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。メインメモリは、ＣＰＵ２０１のワークエリアとして使用される。
【００２６】
補助メモリは、たとえば磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどの不揮発メモリである。補助メモリには、送信機１０１を動作させる各種のプログラムが記憶されている。補助メモリに記憶されたプログラムは、メインメモリにロードされてＣＰＵ２０１によって実行される。ＯＳＣ（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２０３は、ＣＰＵ２０１を動作させるためのクロック信号を生成する。
【００２７】
ＯＳＣ２０５は、ＲＦＩＣ２０４を動作させるためのクロック信号を生成する。ＲＦＩＣ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）２０４は、高周波の信号を処理する無線周波数集積回路である。ＲＦＩＣ２０４は、高周波の信号をアンテナ２０６へ出力する。アンテナ２０６は、ＲＦＩＣ２０４から出力された高周波の信号を受信機１０２へ送信する。
【００２８】
第１センサ２０７は、家畜Ａのバイタルデータをアナログ信号により検出する。Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器２０８は、第１センサ２０７によって検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号をＣＰＵ２０１へ出力する。第２センサ２０９は、家畜Ａのバイタルデータをデジタル信号により検出する。Ｉ／Ｏ（入出力インタフェース）２１０は、第２センサ２０９によって検出されたデジタル信号を入力してＣＰＵ２０１へ出力する。
【００２９】
バッテリ２１１は、充電を行うことにより電気を蓄える蓄電池である。電源回路２１２は、バッテリ２１１に蓄えられた電気を用いて、ＣＰＵ２０１、ＲＦＩＣ２０４、第１センサ２０７、第２センサ２０９、などを駆動させる。図２において、各部２０１〜２１２は、それぞれが一体に形成されていてもよいし、それぞれが別々に形成されていてもよい。また、送信機１０１は、バイタルデータを検出する機能として、第１センサ２０７または第２センサ２０９のうち、少なくともいずれか一方を有していればよい。また、第１センサ２０７および第２センサ２０９は、いずれも必須の構成ではなく、第１センサ２０７および第２センサ２０９を有さない構成としてもよい。
【００３０】
（受信機、位置推定装置およびクライアント装置のハードウェア構成の一例）
図３は、受信機、位置推定装置およびクライアント装置のハードウェア構成の一例を示す図である。以下において、位置推定装置１０３を主体にして説明するが、受信機１０２およびクライアント装置１０５についても同様の構成である。
【００３１】
位置推定装置１０３は、ＣＰＵ３０１と、メモリ３０２と、ユーザインタフェース３０３と、通信インタフェース３０４と、を備えている。ＣＰＵ３０１、メモリ３０２、ユーザインタフェース３０３および通信インタフェース３０４は、バス３０９によって接続されている。
【００３２】
ＣＰＵ３０１は、位置推定装置１０３の全体の制御を司る。メモリ３０２には、たとえばメインメモリおよび補助メモリが含まれる。メインメモリは、たとえばＲＡＭである。メインメモリは、ＣＰＵ３０１のワークエリアとして使用される。
【００３３】
補助メモリは、たとえば磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどの不揮発メモリである。補助メモリには、位置推定装置１０３を動作させる各種のプログラムが記憶されている。補助メモリに記憶されたプログラムは、メインメモリにロードされてＣＰＵ３０１によって実行される。プログラムとしては、送信機１０１の位置を推定するための位置推定プログラムなどがある。
【００３４】
ユーザインタフェース３０３は、たとえば、ユーザからの操作入力を受け付ける入力デバイスや、ユーザへ情報を出力する出力デバイスなどを含む。入力デバイスは、たとえば、タッチパネルやキー（たとえばキーボード）やリモコンなどによって実現することができる。出力デバイスは、たとえば、タッチパネルやディスプレイやスピーカなどによって実現することができる。ユーザインタフェース３０３は、ＣＰＵ３０１によって制御される。
【００３５】
通信インタフェース３０４は、たとえば、無線や有線によって位置推定装置１０３の外部装置との間で通信を行う通信インタフェースである。通信インタフェース３０４は、ＣＰＵ３０１によって制御される。
【００３６】
（送信機の機能的構成の一例）
図４−１は、送信機の機能的構成の一例を示すブロック図である。図４−１において、送信機１０１は、センサ４０１と、送信部４０２と、アンテナ２０６と、を有する。センサ４０１は、図２に示した第１センサ２０７および第２センサ２０９の機能を含み、家畜Ａのバイタルデータを検出する。センサ４０１は、検出したバイタルデータを送信部４０２へ出力する。送信部４０２は、センサ４０１によって検出されたバイタルデータを高周波の信号にしてアンテナ２０６へ出力する。
【００３７】
センサ４０１は、図２に示した第１センサ２０７、Ａ／Ｄ変換器２０８、第２センサ２０９およびＩ／Ｏ２１０によって実現される。また、送信部４０２は、ＣＰＵ２０１、メモリ２０２、ＯＳＣ２０３、ＲＦＩＣ２０４およびＯＳＣ２０５によって実現される。
【００３８】
（受信機の機能的構成の一例）
図４−２は、受信機の機能的構成の一例を示すブロック図である。図４−２において、受信機１０２は、受信部４１１と、センサデータ処理部４１２と、送信機ＩＤ識別部４１３と、ＲＳＳＩ実測値計測部４１４と、保存部４１５と、送信部４１６と、を有する。
【００３９】
受信部４１１は、アンテナ４１０を介して、送信機１０１から、家畜Ａのバイタルデータや送信機ＩＤを受信する。受信部４１１は、受信したデータをセンサデータ処理部４１２や送信機ＩＤ識別部４１３へ出力する。
【００４０】
センサデータ処理部４１２は、受信部４１１によって受信された家畜Ａのバイタルデータ（センサデータ）を用いて所定の処理を行う。たとえば、センサデータ処理部４１２は、家畜Ａのバイタルデータと所定の閾値とを用いて、家畜Ａが異常状態であると判定したりする。
【００４１】
送信機ＩＤ識別部４１３は、受信部４１１によって受信された送信機ＩＤを識別するとともに、識別した送信機ＩＤとバイタルデータとを関連付けて保存部４１５へ出力する。また、送信機ＩＤ識別部４１３は、識別した通信機ＩＤをＲＳＳＩ実測値計測部４１４へ出力する。
【００４２】
ＲＳＳＩ実測値計測部４１４は、受信部４１１によってバイタルデータや送信機ＩＤが受信された際のＲＳＳＩの実測値を計測する。ＲＳＳＩ実測値計測部４１４は、送信機ＩＤ識別部４１３によって識別された送信機ＩＤと、計測したＲＳＳＩとを関連付けて保存部４１５へ出力する。
【００４３】
保存部４１５は、送信機ＩＤ識別部４１３やＲＳＳＩ実測値計測部４１４によって関連付けられた各種データを保存（記憶）する。送信部４１６は、保存部４１５に保存された各種データを位置推定装置１０３へ送信する。
【００４４】
受信部４１１と、センサデータ処理部４１２と、送信機ＩＤ識別部４１３と、ＲＳＳＩ実測値計測部４１４とは、図３に示したＣＰＵ３０１によって実現される。すなわち、ＣＰＵ３０１が各種プログラムを実行することにより、各部４１１〜４１４の機能を実現する。また、保存部４１５は、図３に示したメモリ３０２によって実現される。
【００４５】
（位置推定装置の機能的構成の一例）
図５−１は、位置推定装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。図５−１において、位置推定装置１０３は、取得部５０１と、選択部５０２と、出力部５０３と、を有する。取得部５０１は、算出部５０４と、抽出部５０５と、判定部５０６と、を有する。
【００４６】
取得部５０１は、送信機１０１から所定電力で送信される電波を受信機１０２が受信した際の受信電界強度の実測値を取得する。送信機１０１は、家畜、人、車両、などを含む移動体に設けられる。所定電力は、たとえば、アンテナ利得を加味した送信電力であり、予め設定される既知の値とする。なお、取得部５０１は、送信機１０１から所定電力を適宜取得する構成してもよい。
【００４７】
抽出部５０５は、送信機１０１の複数の候補位置と受信機１０２の位置とを含む地域の地形を示す情報の中から、受信機１０２の位置を示す情報を用いて、複数の候補位置毎に地形情報を抽出する。地域の地形を示す情報は、地形断面を表す地形データを含む。候補位置と受信機１０２の位置とを含む地域の地形を示す情報は、所定の記憶部（たとえば図５−２の地形データ保存部５３０）に記憶されているが、外部から取得されることとしてもよい。
【００４８】
地形情報は、候補位置毎の、受信機１０２周辺の地形断面を表す地形プロファイルの地形データである。受信機１０２の位置を示す情報は、放牧地Ｆ内の予め設定される位置情報である。なお、受信機１０２は、放牧地Ｆ内に固定配置されているが、これに限らず、移動自在な構成とすることも可能である。この場合、受信機１０２の位置を示す情報は、受信機１０２の位置に応じて異なる位置情報となり、たとえば、受信機１０２はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの位置検出機能を有する構成としてもよい。また、この場合、位置推定装置１０３は、位置推定を行う度に、受信機１０２から受信機１０２の位置を示す情報を取得すればよい。
【００４９】
算出部５０４は、抽出部５０５によって抽出された地形情報に基づいて、複数の候補位置のそれぞれについて、送信機１０１から受信機１０２へ向けて送信された電波が、地形情報が示す地形によって遮蔽される遮蔽度合いを算出する。具体的には、遮蔽度合いは、送信機１０１と受信機１０２との間に形成されるフレネルゾーン内において、フレネルゾーンに対する地形プロファイルの浸食度合いである。遮蔽度合いは、候補位置と受信機１０２との間の地形データに応じて異なる値をとる。
【００５０】
さらに、算出部５０４は、算出した遮蔽度合いと所定電力とに基づく、受信電界強度の予測値を算出する。受信電界強度の予測値は、遮蔽度合いに応じて異なる値をとる。
【００５１】
選択部５０２は、算出部５０４によって算出された予測値と実測値とを複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、複数の候補位置の中から送信機１０１の推定位置を選択する。たとえば、選択部５０２は、実測値と予測値とが一致する候補位置を、送信機１０１の推定位置として選択する。
【００５２】
出力部５０３は、選択部５０２によって選択された推定位置を示す情報を出力する。推定位置を示す情報は、たとえば、緯度や経度を示す情報である。
【００５３】
なお、予測値は、算出部５０４によって算出される構成に限らず、取得部５０１によって取得される構成にしてもよい。具体的には、取得部５０１が、外部の装置によって算出された各候補位置の受信電界強度の予測値や、予め設定された予測値を取得するようにしてもよい。この場合、選択部５０２は、取得部５０１によって取得された予測値と実測値とを複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、複数の候補位置の中から送信機１０１の推定位置を選択すればよい。
【００５４】
また、遮蔽度合いについても、算出部５０４によって算出される構成に限らず、取得部５０１によって取得される構成にしてもよい。具体的には、取得部５０１が、外部の装置によって算出された各候補位置の遮蔽度合いや、予め設定された遮蔽度合いを取得するようにしてもよい。
【００５５】
また、複数の候補位置毎の地図情報は、抽出部５０５によって抽出される構成に限らず、取得部５０１によって取得される構成にしてもよい。具体的には、取得部５０１が、外部の装置によって抽出された候補位置毎の地図情報や、予め設定された地図情報を取得するようにしてもよい。
【００５６】
判定部５０６は、遮蔽度合いに基づいて送信機１０１から受信機１０２へ送信される電波の伝搬状態を判定する。たとえば、判定部５０６は、受信機１０２が受信した電波のうち、直接波またはフレネルゾーン内の反射波、の少なくともいずれか一方の有無に基づいて表される伝搬状態を判定する。直接波は、送信機１０１および受信機１０２を結ぶ直線上を伝搬する電波である。反射波は、送信機１０１と受信機１０２との間に形成されるフレネルゾーン内の地形に反射して伝搬する電波である。なお、判定部５０６は、たとえば、直接波の有無のみに基づく伝搬状態を判定してもよい。
【００５７】
受信機１０２が受信した電波のうち、直接波が含まれない場合、送信機１０１および受信機１０２を結ぶ直線を遮る高い障害物が存在する状態を示す。なお、直接波が含まれない場合、フレネルゾーン内の反射波も含まれない。また、受信機１０２が受信した電波のうち、直接波が含まれる場合、送信機１０１および受信機１０２を結ぶ直線を遮る障害物が存在しない状態を示す。
【００５８】
また、受信機１０２が受信した電波のうち、フレネルゾーン内の反射波が含まれない場合、地形変化に伴う信号の減衰がない状態、または、高い障害物が存在して直接波が含まれない状態、を示す。また、受信機１０２が受信した電波のうち、フレネルゾーン内の反射波が含まれる状態とは、送信機１０１および受信機１０２を結ぶ直線を遮らない低い障害物が存在し、フレネルゾーン内の地形変化に伴う信号の減衰が生じる状態を示す。
【００５９】
判定部５０６は、直接波および反射波の有無に基づいて、受信機１０２が受信した電波のうち、直接波あり且つ反射波ありの第１状態と、直接波あり且つ反射波なしの第２状態と、直接波なしの第３状態と、のいずれかであるかを判定する。
【００６０】
算出部５０４は、判定部５０６によって判定された伝搬状態に応じた算出式を用いて予測値を算出する。詳細については、後述するが、第１状態、第２状態、第３状態、の状態毎に異なる算出式が用いられる。なお、判定部５０６は、第１状態、第２状態および第３状態の３つの状態を判定することに限らず、２つの状態（たとえば第１状態および第２状態）を判定するようにしてもよい。この場合、算出部５０４は、第１状態および第２状態に応じた算出式を用いて予測値を算出すればよい。
【００６１】
また、取得部５０１は、送信機１０１の候補位置および受信機１０２の間に存在する地表上の障害物を示す情報を取得する構成としてもよい。地表上の障害物とは、たとえば森林を構成する木、建物等の地物などである。この場合、算出部５０４は、取得部５０１によって取得された障害物を示す情報と遮蔽度合いと所定電力とに基づく予測値を算出すればよい。なお、障害物を示す情報を考慮した予測値は、算出部５０４によって算出される構成に限らず、取得部５０１によって外部の装置から取得される構成や、取得部５０１によって予め設定される値が取得される構成にしてもよい。
【００６２】
取得部５０１と、選択部５０２と、出力部５０３と、算出部５０４と、抽出部５０５と、判定部５０６と、は、図３に示したＣＰＵ３０１によって実現される。すなわち、ＣＰＵ３０１が位置推定プログラムなどの各種プログラムを実行することにより、各部５０１〜５０６の機能を実現する。また、図５−１に示した各機能部５０１〜５０６は、位置推定装置１０３に含ませる構成に限らず、少なくとも一の受信機１０２に含ませる構成としてもよい。
【００６３】
（位置推定装置の機能的構成の詳細構成の一例）
図５−２は、位置推定装置の機能的構成の詳細構成の一例を示すブロック図である。図５−２において、位置推定装置１０３は、受信部５２１と、見通し度計算部５２２と、ＲＳＳＩ予測値算出部５２３と、比較部５２４と、位置推定結果出力部５２５と、地形データ保存部５３０と、を有する。
【００６４】
受信部５２１は、受信機１０２から、送信機１０１によって検出されたバイタルデータや受信機１０２によって計測されたＲＳＳＩの実測値を受信する。受信部５２１は、受信したデータを比較部５２４へ出力する。
【００６５】
地形データ保存部５３０は、放牧地Ｆの地形データを記憶する。地形データは、縦、横、高さ、の各方向の成分を有する３次元の地形を表すデータである。たとえば、地形データ保存部５３０は、複数の受信機１０２のそれぞれを中心とした各通信エリア内の地形データを記憶し、具体的には、受信機１０２周辺の地形断面を表す地形プロファイルの地形データを記憶する。
【００６６】
見通し度計算部５２２は、地形データ保存部５３０に記憶されている地形データを用いて、見通し度を計算する。「見通し」とは、フレネルゾーンが確保されている状態を指す。見通し度は、フレネルゾーンに対する地形プロファイルの浸食度合い（遮蔽度合い）を用いて表すことができ、具体的には、遮蔽度合いを表すＦＣＦ（Ｆｒｅｓｎｅｌ  Ｃｌｅａｒａｎｃｅ  Ｆａｃｔｏｒ）値を用いて定義することができる。ＦＣＦ値は、下記（１）式によって算出される。ここで、図６を参照して、（１）式について説明する。
【００６７】
【数１】
2015017845.tif 000003
【００６８】
図６は、電波の伝搬例を示す説明図である。図６には、送信点６０１と、受信点６０２と、大地Ｄと、対象地点Ｄyと、フレネルゾーン（第１フレネルゾーン）６１０と、を示している。送信点６０１は、たとえば、家畜Ａに装着される送信機１０１の送信位置である。受信点６０２は、受信機１０２の受信位置である。大地Ｄは、送信点６０１と受信点６０２との間の地形の断面を示している。対象地点Ｄyは、送信点６０１と受信点６０２との間の大地ＤをＹ分割した際のｙ（１≦ｙ≦Ｙ）番目の地点である。
【００６９】
（１）式のＣfresnel（ｙ）は、対象地点ＤyにおけるＦＣＦ値である。ｄ0は、送信点６０１と受信点６０２とを結ぶ直線６２０の長さ（距離）である。ｒaは、送信点６０１と対象地点Ｄyとを結ぶ直線距離である。ｒbは、対象地点Ｄyと受信点６０２とを結ぶ直線距離である。ｈ（ｙ）は、対象地点Ｄyから、直線６２０におろした垂線の長さである。λは、信号の波長である。たとえば、ｈ（ｙ）の値は、図６に示すように直線６２０の下側に対象地点Ｄyが存在する場合にプラスとなり、対象地点Ｄyが高く、直線６２０の上側に存在する場合にマイナスとなる。
【００７０】
（１）式において、Ｃfresnel（ｙ）が最小となる最小ＦＣＦを算出する。Ｃfresnel（ｙ）は、対象地点Ｄyがフレネルゾーン内に最も入り込むときに最小となる。ここで、最小ＦＣＦが大きい値の場合、具体的には、最小ＦＣＦが１．５を超える場合、完全に見通しがあるとみなすことができる。つまり、最小ＦＣＦが１．５を超える場合とは、フレネルゾーン６１０内に地形変化に伴う信号の減衰がない場合に相当する。一方、最小ＦＣＦが小さい値の場合、具体的には、最小ＦＣＦが０．５未満の場合、直線６２０を越える隆起した障害物が存在するとみなすことができる。
【００７１】
また、最小ＦＣＦが中程度の値の場合、具体的には、最小ＦＣＦが０．５以上且つ１．５以下の場合であり、図６に示すように、フレネルゾーン内に、直線６２０を越えない低い障害物が存在するとみなすことができる。
【００７２】
図５−２に戻り、ＲＳＳＩ予測値算出部５２３は、見通し度（最小ＦＣＦ）を用いてＲＳＳＩの予測値を算出する。以下に、ＲＳＳＩ予測値算出部５２３によるＲＳＳＩの算出について詳細に説明する。「１．５＜最小ＦＣＦ」の場合、障害物のない自由空間損失と見なすことができ、ＲＳＳＩは、下記（２）式によって算出される。
【００７３】
【数２】
2015017845.tif 000004
【００７４】
（２）式において、Ｓtは、送信電力であり、アンテナ利得を加味した値である。α，βは、調整係数である。このように、（２）式を用いることにより、完全に見通しがある場合におけるＲＳＳＩを算出することができる。
【００７５】
また、「０．５≦最小ＦＣＦ≦１．５」の場合、対象地点ＤyにおけるＲＳＳＩは、下記（３）式によって算出される。
【００７６】
【数３】
2015017845.tif 000005
【００７７】
（３）式において、γは大地Ｄの反射係数の振幅値であり、たとえば「１」である。φは反射係数の位相値であり、たとえば「π」である。このように、（３）式を用いることにより、見通し度が中程度の場合における対象地点ＤyのＲＳＳＩを算出することができる。
【００７８】
また、「最小ＦＣＦ＜０．５」の場合、ＲＳＳＩは、下記（４）〜（１２）式によって算出される。ここで、図７を用いて、（４）〜（１２）式について説明する。
【００７９】
【数４】
2015017845.tif 000006
【００８０】
【数５】
2015017845.tif 000007
【００８１】
【数６】
2015017845.tif 000008
【００８２】
【数７】
2015017845.tif 000009
【００８３】
【数８】
2015017845.tif 000010
【００８４】
【数９】
2015017845.tif 000011
【００８５】
【数１０】
2015017845.tif 000012
【００８６】
【数１１】
2015017845.tif 000013
【００８７】
【数１２】
2015017845.tif 000014
【００８８】
図７は、球面大地の解析モデルの一例を示す説明図である。なお、図７においては、図６において説明した点については同様の符号を付して説明を省略する。図７には、送信点６０１と、受信点６０２と、大地Ｄと、隆起点Ｄrと、球面Ｑと、交点７０１と、直線７０２と、を示している。球面Ｑは、送信点６０１に対応する大地Ｄ上の地点と、受信点６０２に対応する大地Ｄ上の地点と、隆起点Ｄrと、の３点を通る円である。接線ｄ1は、送信点６０１を通る球面Ｑの接線である。接線ｄ2は、受信点６０２を通る球面Ｑの接線である。
【００８９】
交点７０１は、接線ｄ1と接線ｄ2との交点である。直線７０２は、送信点６０１と受信点６０２とを結ぶ直線である。Ｈは、交点７０１から直線７０２へおろした垂線の長さである。
【００９０】
（４）式において、ＲＳＳＩは、（５）式によって表される回折損失Ａ「ｄＢ」を用いて、算出される。さらに、回折損失Ａは、（６）〜（１２）式を用いて表すことができる。このように、（４）〜（１２）式を用いることにより、見通し度が悪い場合におけるＲＳＳＩを算出することができる。
【００９１】
なお、最小ＦＣＦに応じて（２）〜（４）式を用いることに限らず、（２）式のみを用いて、最小ＦＣＦに応じてα，βを変えるようにしてもよい。たとえば、「１．５＜最小ＦＣＦ」の場合、αを「２．０」、βを「０ｄＢ」とする。また、「０．５≦最小ＦＣＦ≦１．５」の場合、たとえば、「α＝２．７，β＝−０．５ｄＢ」とする。また、「最小ＦＣＦ＜０．５」の場合、たとえば、「α＝２．４，β＝１３．４ｄＢ」とする。また、α，βのいずれも変更することに限らず、少なくともいずれか一方を変更することとしてもよい。
【００９２】
また、送信機１０１の候補位置および受信機１０２の間に存在する地表上に障害物が存在する場合がある。このような場合に、（２）式を用い、最小ＦＣＦや障害物の有無に応じて、αおよびβを設定しておいてもよい。
【００９３】
具体的には、周辺の地表上に障害物がない場合、たとえば、「α，β」を、「１．５＜最小ＦＣＦ」の場合、「α＝２．０，β＝０ｄＢ」とし、「０．５≦最小ＦＣＦ≦１．５」の場合、「α＝２．７，β＝−０．５ｄＢ」とすればよい。また、「最小ＦＣＦ＜０．５」の場合、「α＝２．４，β＝１３．４ｄＢ」とすればよい。
【００９４】
また、周辺の地表上に障害物がある場合、たとえば、「α，β」を、「１．５＜最小ＦＣＦ」の場合、「α＝２．０，β＝０ｄＢ」とし、「０．５≦最小ＦＣＦ≦１．５」の場合、「α＝３，β＝−０．５ｄＢ」とすればよい。また、「最小ＦＣＦ＜０．５」の場合、「α＝２．５，β＝１５ｄＢ」とすればよい。
【００９５】
図５−２に戻り、比較部５２４は、受信部５２１によって受信されたＲＳＳＩの実測値と、ＲＳＳＩ予測値算出部５２３によって算出されたＲＳＳＩの予測値と、を比較する。比較部５２４は、たとえば、ＲＳＳＩの実測値と予測値との一致度を判定し、最小二乗法や最急勾配法などにより、一致度の高い予測値を抽出する。位置推定結果出力部５２５は、比較部５２４によって抽出された予測値に対応する位置を位置推定結果として出力する。
【００９６】
受信部５２１と、見通し度計算部５２２と、ＲＳＳＩ予測値算出部５２３と、比較部５２４と、位置推定結果出力部５２５とは、図３に示したＣＰＵ３０１によって実現される。すなわち、ＣＰＵ３０１が位置推定プログラムなどの各種プログラムを実行することにより、各部５２１〜５２５の機能を実現する。また、地形データ保存部５３０は、図３に示したメモリ３０２によって実現される。図５−２に示した各機能部５２１〜５２５、地形データ保存部５３０、および図５−１に示した各機能部５０１〜５０６は、位置推定装置１０３に含ませる構成に限らず、少なくとも一の受信機１０２に含ませる構成としてもよい。
【００９７】
（実施の形態１にかかる位置推定装置が行う位置推定処理の一例）
図８は、実施の形態１にかかる位置推定装置が行う位置推定処理の一例を示すフローチャートである。図８において、位置推定装置１０３は、受信機１０２から各種情報を受信したか否かを判断する（ステップＳ８０１）。各種情報は、家畜Ａの送信機１０１が示す送信機ＩＤや送信機１０１によって検出されるバイタルデータのほか、受信機１０２が送信機１０１からデータを受信した際の電界強度情報などである。各種情報を受信するまで、位置推定装置１０３は待機する（ステップＳ８０１：Ｎｏ）。
【００９８】
各種情報を受信すると（ステップＳ８０１：Ｙｅｓ）、位置推定装置１０３は、ＲＳＳＩの実測値を計測するとともに（ステップＳ８０２）、計測したＲＳＳＩの実測値を保存する（ステップＳ８０３）。次に、位置推定装置１０３は、送信機１０１の位置を仮設定する（ステップＳ８０４）。送信機１０１の位置の仮設定に際しては、ランダムな位置としてもよいし、前回の処理において推定した位置付近や家畜Ａが牛舎から出た直後であれば牛舎の位置付近など、想定可能な位置としてもよい。
【００９９】
次に、位置推定装置１０３は、地形データを用いて、送信機１０１および受信機１０２の２点間を結ぶ高度プロファイルを作成する（ステップＳ８０５）。次に、位置推定装置１０３は、（１）式を用いて、見通し度を計算するとともに（ステップＳ８０６）、計算した見通し度を用いて、ＲＳＳＩの予測値を算出する（ステップＳ８０７）。ＲＳＳＩの予測値の算出に際しては、（２）〜（４）式のいずれかの式が用いられる。次に、位置推定装置１０３は、算出したＲＳＳＩの予測値を保存する（ステップＳ８０８）。
【０１００】
次に、位置推定装置１０３は、ステップＳ８０４〜ステップＳ８０８の処理を規定回数繰り返したか否かを判断する（ステップＳ８０９）。規定回数繰り返していない場合（ステップＳ８０９：Ｎｏ）、位置推定装置１０３は、ステップＳ８０４の処理に移行させる。規定回数繰り返した場合（ステップＳ８０９：Ｙｅｓ）、位置推定装置１０３は、ＲＳＳＩの実測値と予測値との一致度を判定する（ステップＳ８１０）。
【０１０１】
次に、位置推定装置１０３は、たとえば最小二乗法などにより、一致度の高い予測値を抽出する（ステップＳ８１１）。次に、位置推定装置１０３は、抽出した予測値から得られる位置推定結果を出力し（ステップＳ８１２）、本フローチャートによる一連の処理を終了する。なお、位置推定結果の出力を行うのは、ステップＳ８０４〜ステップＳ８０８の処理が規定回数行われることを条件としているが、さらにこれに、一致度が所定の閾値以上となるという条件を加えてもよい。
【０１０２】
以上説明したように、実施の形態１では、送信機１０１の候補位置と受信機１０２との間の地形情報を基にフレネルゾーンの遮蔽度合いから算出したＲＳＳＩの予測値と実測値とを比較し、候補位置の中から送信機１０１の位置を推定した。これにより、受信電界強度を用いた位置推定を行うにあたり、現状の設備を用いた簡易な構成で、測位対象の推定精度を向上させることができる。
【０１０３】
また、位置推定装置１０３は、電波が地形によって遮蔽される遮蔽度合いに基づく予測値を用いるようにしたので、遮蔽度合いを考慮した高精度な測位を行うことができる。また、位置推定装置１０３は、地形情報を取得して、地形情報に基づいて遮蔽度合いを算出するようにしたので、候補位置毎に地形情報を考慮した遮蔽度合いを得ることができ、高精度な測位を行うことができる。
【０１０４】
また、位置推定装置１０３は、遮蔽度合いに基づいて判定した電波の伝搬状態に応じた算出式を用いて予測値を算出するようにした。具体的には、位置推定装置１０３は、直接波またはフレネルゾーン内の反射波の少なくともいずれか一方の有無に基づいて表される伝搬状態を判定し、判定結果に応じた算出式を用いて予測値を算出するようにした。したがって、伝搬状態に応じた高精度の測位を行うことができる。
【０１０５】
また、位置推定システム１００において、複数の候補位置のそれぞれについて、候補位置および受信機１０２の間に存在する木々等の地表上の障害物を示す情報に基づいて予測値を算出するようにすることも可能である。このようにすれば、受信機１０２の立地状況に応じた固有の予測値を得ることができる。これにより、高精度な測位を行うことができる。
【０１０６】
なお、位置推定システム１００においては、一の受信機１０２によって、送信機１０１の位置を推定することも可能である。ただし、平らな地形である場合には、推定位置が同じ確からしさで算出されることになるが、実施の形態１では領域毎に地形が異なる土地を対象としているため、推定位置が異なる確からしさで算出されるため、送信機１０１の位置を推定することができる。
【０１０７】
（実施の形態２）
（実施の形態２にかかる位置推定システムの一例）
次に、実施の形態２について説明する。なお、以下において、実施の形態１において説明した箇所と同一の箇所については同一の符号を付し、説明を省略する。実施の形態２では、粒子フィルタおよび尤度関数を用いて遮蔽度合いを考慮した送信機１０１の位置を推定する場合について説明する。
【０１０８】
図９は、実施の形態２にかかる位置推定システムの一例を示す説明図である。図９に示すように、位置推定システム１００は、送信機１０１と、アンカノード９０１と、位置推定装置１０３と、を有する。送信機１０１は、無線の同報性により、パケットを各アンカノード９０１へ送信する。アンカノード９０１は、送信機１０１が発するパケットを受信して、送信機ＩＤとＲＳＳＩとを記録し、位置推定装置１０３へ送信する。
【０１０９】
具体的には、各アンカノード９０１は、送信機１０１が発する送信機ＩＤやセンサデータを傍受する。アンカノード９０１は、センサデータ（パケット）については暗号化されている場合には読み取れないことがあるが、送信機ＩＤについては必ず読み取れるとともに、ＲＳＳＩについても必ず検出できる。各アンカノード９０１は、読み取った情報を位置推定装置１０３へ送信する。アンカノード９０１の位置は、既知である。
【０１１０】
位置推定装置１０３は、各アンカノード９０１から受信した情報を時刻とともに記録する。なお、位置推定装置１０３は、たとえば、パケットにシーケンス番号が付されている場合には、送信機ＩＤとパケットとを対応付けて記録すればよく、時刻とともに記録しなくてもよい。
【０１１１】
ここで、図５−１を用いて、実施の形態２にかかる位置推定装置１０３の機能的構成について説明する。取得部５０１は、送信機１０１から所定電力で送信される電波を複数のアンカノード９０１が受信した際の、複数のアンカノード９０１のそれぞれについて受信電界強度の実測値を取得する。
【０１１２】
抽出部５０５は、送信機１０１の複数の候補位置と複数のアンカノード９０１の位置とを含む地域の地形を示す情報の中から、複数のアンカノード９０１の位置を示す情報を用いて、複数のアンカノード９０１毎に、各候補位置の地形情報を抽出する。
【０１１３】
算出部５０４は、抽出部５０５によって取得された地形情報に基づいて、複数のアンカノード９０１と複数の候補位置との各組合せについて、遮蔽度合いを算出する。さらに、算出部５０４は、複数のアンカノード９０１と複数の候補位置との各組合せについて、算出した遮蔽度合いと所定電力とに基づく、受信電界強度の予測値を算出する。
【０１１４】
選択部５０２は、各組合せについての予測値と実測値との比較結果に基づいて、複数の候補位置の中から送信機１０１の推定位置を選択する。たとえば、選択部５０２は、比較結果に基づく尤度を用いて、複数の候補位置の中から送信機１０１の推定位置を選択する。尤度関数は、たとえば、遮蔽度合いに応じて、対数正規分布を用いた尤度関数、または、指数分布を用いた尤度関数、が用いられる。また、尤度関数は、遮蔽度合いに応じて、ＲＳＳＩの予測値や尤度関数のパラメタが変更されるようにしてもよい。
【０１１５】
具体的には、選択部５０２は、判定部５０６によって判定された伝搬状態に応じた算出式を用いて算出した尤度を用いて、複数の候補位置の中から送信機１０１の推定位置を選択する。たとえば、アンカノード９０１が受信した電波のうち、直接波がある状態と直接波がない状態とで、異なる算出式が用いられる。また、アンカノード９０１が受信した電波のうち、直接波あり且つ反射波ありの第１状態と、直接波あり且つ反射波なしの第２状態と、直接波なしの第３状態と、の３つの状態に応じて、それぞれ異なる算出式を用いることも可能である。
【０１１６】
（実施の形態２にかかる位置推定装置が行う位置推定のアルゴリズムの一例）
図１０は、実施の形態２にかかる位置推定装置が行う位置推定のアルゴリズムの一例を示す説明図である。図１０のアルゴリズム１０００に示すように、まず、位置推定装置１０３は、初期化ステップ１００１を行う。初期化ステップ１００１において、位置推定装置１０３は、十分な数（たとえば粒子数Ｍ＝１０００）の粒子を、位置推定の想定範囲にランダムに配置する初期化を行う。ｘtは、時間ｔにおける粒子の位置を示す。たとえば、放牧地Ｆ内に均一に粒子を配置したり、たとえば家畜Ａが牛舎から出た直後であれば牛舎の位置付近に配置したりする。
【０１１７】
次に、位置推定装置１０３は、移動ステップ１００２を行う。移動ステップ１００２において、位置推定装置１０３は、各粒子を、運動モデルを基に動かす。たとえば、家畜Ａに加速度センサなどの運動センサが装着されており、前回の推定値からの移動距離や移動方向がわかる情報や移動方向の情報を得ている場合には、その情報に応じて全ての粒子を動かす。なお、Ａがどのように動くかといった情報を得られない場合は、想定し得る家畜Ａの最大の移動速度にてランダムに動かす。
【０１１８】
次に、位置推定装置１０３は、測定ステップ１００３を行う。測定ステップ１００３において、位置推定装置１０３は、粒子の現在位置と測定データから、粒子の位置の測定に対する尤度計算を行う。尤度計算には、下記（１３）式および（１４）式が用いられる。
【０１１９】
【数１３】
2015017845.tif 000015
【０１２０】
【数１４】
2015017845.tif 000016
【０１２１】
（１３）式および（１４）式は、各粒子における尤度ｐ（ｚt[k]｜ｘt[m]）を表した式であり、ｋ番目のアンカーで、ｍ番目の粒子に対する式である。Ｐtは、ＲＳＳＩ実測値を示す。ｘtは、粒子の位置である。νは、最小ＦＣＦである。Ｐtバーは、ＲＳＳＩの予測値を示す。また、（１４）式のσsは、尤度関数のパラメタである。「最小ＦＣＦ＜０．５」の場合、つまり、アンカノード９０１が直接波を受信できない伝搬状態の場合、（１３）式が用いられる。また、「最小ＦＣＦ≧０．５」の場合、つまり、アンカノード９０１が直接波を受信できる伝搬状態の場合、（１４）式が用いられる。
【０１２２】
なお、（１３）式を用いずに、（１４）式のみを用いることも可能である。ただし、この場合、σsは、たとえば、「最小ＦＣＦ＜０．５」のとき「１３．４ｄＢ」、「０．５≦最小ＦＣＦ≦１．５」のとき「７．９ｄＢ」、「１．５＜最小ＦＣＦ」のとき「３ｄＢ」、とする。
【０１２３】
また、送信機１０１の候補位置およびアンカノード９０１の間に存在する地表上に障害物が存在する場合がある。このような場合に、（１４）式を用い、最小ＦＣＦや障害物の有無に応じて、アンカノード９０１毎に値を設定したσsを用いてもよい。また、アンカノード９０１毎に（１３）式または（１４）式のいずれかを用いるかを予め設定しておいてもよい。
【０１２４】
図１０に戻り、位置推定装置１０３は、リサンプルステップ１００４を行う。リサンプルステップ１００４において、位置推定装置１０３は、全体の粒子の数を変えずに、尤度の高さに比例するように粒子を再度配置（リサンプリング）する。位置推定装置１０３は、全てのアンカノード９０１に対して移動ステップ１００２、測定ステップ１００３およびリサンプルステップ１００４を行う。
【０１２５】
次に、位置推定装置１０３は、位置推定ステップ１００５を行う。位置推定ステップ１００５において、位置推定装置１０３は、粒子の配置に応じて位置を推定する。位置推定装置１０３は、ばらつき度合いを位置推定の誤差の指標として、全粒子の位置の重心を推定位置とする。なお、全粒子の位置の重心に限らず、たとえば平均を用いたりすることも可能である。
【０１２６】
（実施の形態２にかかる位置推定装置が行う位置推定処理の一例）
図１１は、実施の形態２にかかる位置推定装置が行う位置推定処理の一例を示すフローチャートである。図１１において、位置推定装置１０３は、各アンカノード９０１からＲＳＳＩの実測値を受信し（ステップＳ１１０１）、受信した各アンカノード９０１のＲＳＳＩの実測値を保存する（ステップＳ１１０２）。
【０１２７】
次に、位置推定装置１０３は、対象エリアに粒子を配置する（ステップＳ１１０３）。ステップＳ１１０３は、図１０の初期化ステップ１００１に相当する。次に、位置推定装置１０３は、各粒子を遷移分布に応じて移動させる（ステップＳ１１０４）。ステップＳ１１０４は、図１０の移動ステップ１００２に相当する。
【０１２８】
次に、位置推定装置１０３は、粒子［ｍ］に着目するとともに（ステップＳ１１０５）、アンカノード［ｋ］に着目する（ステップＳ１１０６）。次に、位置推定装置１０３は、地形データを用いて、粒子［ｍ］とアンカノード［ｋ］との間の見通し度を計算する（ステップＳ１１０７）。次に、位置推定装置１０３は、ＲＳＳＩの予測値を算出する（ステップＳ１１０８）。
【０１２９】
ステップＳ１１０８の処理の後、着目するアンカノード９０１を変え、アンカノード９０１の数に相当するＫ分、ステップＳ１１０６〜ステップＳ１１０８の処理を繰り返す。ステップＳ１１０６〜ステップＳ１１０８の処理をＫ回繰り返すと、位置推定装置１０３は、ＲＳＳＩの実測値および予測値を用いて尤度を計算する（ステップＳ１１０９）。ステップＳ１１０９の処理の後、着目する粒子を変え、粒子の数に相当するＭ分、ステップＳ１１０４〜ステップＳ１１０９の処理を繰り返す。なお、ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１０９の処理は、図１０に測定ステップ１００３に相当する。
【０１３０】
ステップＳ１１０４〜ステップＳ１１０９の処理をＭ回繰り返すと、位置推定装置１０３は、粒子毎の尤度に比例してリサンプリングを行う（ステップＳ１１１０）。なお、ステップＳ１１１０の処理は、図１０にリサンプルステップ１００４に相当する。次に、位置推定装置１０３は、位置推定値として粒子位置の重心を計算するとともに（ステップＳ１１１１）、位置σとして粒子位置の標準偏差を計算し（ステップＳ１１１２）、本フローチャートによる一連の処理を終了する。ステップＳ１１１１およびステップＳ１１１２の処理は、図１０に位置推定ステップ１００５に相当する。
【０１３１】
（実施の形態２の位置推定の改善度合いの一例）
図１２は、実施の形態２の位置推定の改善度合いの一例を示す説明図である。図１２において、横軸は、Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｅｒｒｏｒ（位置の特定エラー）［ｍ］を示している。縦軸は、Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ（累積確率）を示している。関係１２１０は、従来の手法によるものである。関係１２００は、実施の形態２によるものである。関係１２００は、関係１２１０に比べて、Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｅｒｒｏｒが小さくなっており、つまり、従来の手法に比べて改善されていることがわかる。
【０１３２】
以上、説明したように、実施の形態２では、粒子フィルタおよび尤度関数を用いて遮蔽度合いを考慮した送信機１０１の位置を推定するようにした。したがって、実施の形態１と同様に、現状の設備を用いた簡易な構成で、受信電界強度を用いた測位を高精度に行うことができる。
【０１３３】
また、実施の形態２においても、複数の候補位置のそれぞれについて、候補位置およびアンカノード９０１の間に存在する木々等の地表上の障害物を示す情報に基づいて予測値を算出するようにすることも可能である。このようにすれば、アンカノード９０１の立地状況に応じた固有の予測値を得ることができ、高精度な測位を行うことができる。
【０１３４】
上述した実施の形態１，２に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１３５】
（付記１）送信機から所定電力で送信される電波を受信機が受信した際の受信電界強度の実測値を取得し、
前記送信機の複数の候補位置のそれぞれについて、前記候補位置および前記受信機の間の地形を示す地形情報と前記所定電力とに基づく前記受信電界強度の予測値を取得し、
取得した前記予測値と前記実測値とを前記複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択し、
選択した前記推定位置を示す情報を出力する、
ことを特徴とする位置推定方法。
【０１３６】
（付記２）前記予測値を取得する処理では、
前記複数の候補位置のそれぞれについて、前記送信機から前記受信機へ向けて送信された電波が、前記地形情報が示す地形によって遮蔽される遮蔽度合いを取得し、
取得した前記遮蔽度合いと前記所定電力とに基づく前記予測値を算出する、
ことによって前記予測値を取得することを特徴とする付記１に記載の位置推定方法。
【０１３７】
（付記３）前記遮蔽度合いを取得する処理では、
前記地形情報を取得し、
取得した前記地形情報に基づいて前記遮蔽度合いを算出する、
ことによって前記遮蔽度合いを取得することを特徴とする付記２に記載の位置推定方法。
【０１３８】
（付記４）前記地形情報を取得する処理では、
前記候補位置と前記受信機の位置とを含む地域の地形を示す情報の中から、前記受信機の位置を示す情報を用いて前記地形情報を抽出する、
ことによって前記地形情報を取得することを特徴とする付記３に記載の位置推定方法。
【０１３９】
（付記５）前記遮蔽度合いは、前記候補位置と前記受信機との間の遮蔽物が前記送信機と前記受信機との間のフレネルゾーンをどの程度遮蔽するかを示した値であることを特徴とする付記３または４に記載の位置推定方法。
【０１４０】
（付記６）前記取得した遮蔽度合いに基づいて前記送信機から前記受信機へ送信される電波の伝搬状態を判定し、
前記予測値を算出する処理では、
判定した前記伝搬状態に応じた算出式を用いて前記予測値を算出する、
ことによって前記予測値を取得することを特徴とする付記２〜５のいずれか一つに記載の位置推定方法。
【０１４１】
（付記７）前記判定する処理では、
前記受信機が受信した電波のうち、前記送信機および前記受信機を結ぶ直線上を伝搬する直接波、または、前記送信機と受信機との間に形成されるフレネルゾーン内の地形に反射して伝搬する反射波、の少なくともいずれか一方の有無に基づいて表される前記伝搬状態を判定する、
ことを特徴とする付記６に記載の位置推定方法。
【０１４２】
（付記８）前記実測値を取得する処理では、
前記送信機から送信される電波を複数の受信機が受信した際の、前記複数の受信機のそれぞれについての受信電界強度の実測値を取得し、
前記予測値を取得する処理では、
前記複数の受信機と前記複数の候補位置との各組合せについて、前記地形情報と前記所定電力とに基づく前記予測値を取得し、
前記送信機の推定位置を選択する処理では、
前記各組合せについての前記予測値と前記実測値との比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択する、
ことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の位置推定方法。
【０１４３】
（付記９）前記送信機の推定位置を選択する処理では、
前記比較結果に基づく尤度を用いて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択する、
ことを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の位置推定方法。
【０１４４】
（付記１０）前記予測値を取得する処理では、
前記複数の候補位置のそれぞれについて、前記送信機から前記受信機へ向けて送信された電波が、前記地形情報が示す地形によって遮蔽される遮蔽度合いを取得し、
前記候補位置および前記受信機の間に存在する地表上の障害物を示す情報を取得し、
取得した前記障害物を示す情報と取得した前記遮蔽度合いと前記所定電力とに基づく前記予測値を算出する、
ことによって前記予測値を取得することを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載の位置推定方法。
【０１４５】
（付記１１）送信機から所定電力で送信される電波を受信機が受信した際の受信電界強度の実測値を取得するとともに、前記送信機の複数の候補位置のそれぞれについて、前記候補位置および前記受信機の間の地形を示す地形情報と前記所定電力とに基づく前記受信電界強度の予測値を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記予測値と前記実測値とを前記複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記推定位置を示す情報を出力する出力部と、
有することを特徴とする位置推定装置。
【０１４６】
（付記１２）所定電力の電波を送信する送信機と、
前記送信機から送信される電波を受信する受信機と、
前記送信機の位置を推定する位置推定装置と、
を有し、
前記位置推定装置は、
前記送信機によって送信される前記電波を前記受信機が受信した際の受信電界強度の実測値を取得するとともに、前記送信機の複数の候補位置のそれぞれについて、前記候補位置および前記受信機の間の地形を示す地形情報と前記所定電力とに基づく前記受信電界強度の予測値を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記予測値と前記実測値とを前記複数の候補位置毎に比較した比較結果に基づいて、前記複数の候補位置の中から前記送信機の推定位置を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記推定位置を示す情報を出力する出力部と、
を有することを特徴とする位置推定システム。
【符号の説明】
【０１４７】
１００  位置推定システム
１０１  送信機
１０２  受信機
１０３  位置推定装置
１０５  クライアント装置
２０１  ＣＰＵ
２０２  メモリ
２０６  アンテナ
２０７  第１センサ
２０９  第２センサ
３０１  ＣＰＵ
３０２  メモリ
３０３  ユーザインタフェース
３０４  通信インタフェース
４０１  センサ
４０２  送信部
４１１  受信部
４１２  センサデータ処理部
４１３  送信機ＩＤ識別部
４１４  ＲＳＳＩ実測値計測部
４１５  保存部
４１６  送信部
５０１  取得部
５０２  選択部
５０３  出力部
５０４  算出部
５０５  抽出部
５０６  判定部
５２１  受信部
５２２  見通し度計算部
５２３  ＲＳＳＩ予測値算出部
５２４  比較部
５２５  位置推定結果出力部
５３０  地形データ保存部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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