(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定システムにおいて、
上記受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、上記受信ノードの第１の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第１の推定位置の移動平均値と現在の上記第１の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第１の推定位置の時系列変化を示す第１の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、
上記受信ノードにおける上記送信ノードからの受信電波の強度に基づいて上記受信ノードの第２の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第２の推定位置の移動平均値と現在の上記第２の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第２の推定位置の時系列変化を示す第２の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、
上記第１の位置変化情報と上記第２の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置を補正する位置補正手段と
を備え、
上記位置補正手段が、上記第１の位置変化情報の方向と上記第２の位置変化情報の方向との角度により、上記第１の推定位置を回転させて補正する
ことを特徴とすることを特徴とする位置推定システム。
【請求項２】
上記位置補正手段が、上記第１の位置変化情報の方向と上記第２の位置変化情報の方向との差分角度が閾値を超える場合、上記差分角度を上記慣性位置推定手段に与え、
上記慣性位置推定手段が、上記差分角度を用いて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置の推定誤差を修正する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置推定システム。
【請求項３】
上記位置補正手段が、上記第１の位置変化情報の距離と上記第２の位置変化情報の距離との距離差分値が閾値を超える場合に、上記距離差分値を用いて上記第１の位置変化情報の距離を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置推定システム。
【請求項４】
上記電波位置推定手段が、
受信電波の強度が閾値を超えるときに、上記第２の推定位置をリセットする推定位置リセット部と、
前回のリセットポイントの推定位置と今回のリセットポイントの推定位置との相対位置から上記第２の位置変化情報を計算する相対位置変化情報計算部と
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置推定システム。
【請求項５】
送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定装置において、
上記受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、上記受信ノードの第１の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第１の推定位置の移動平均値と現在の上記第１の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第１の推定位置の時系列変化を示す第１の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、
上記受信ノードにおける上記送信ノードからの受信電波の強度に基づいて上記受信ノードの第２の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第２の推定位置の移動平均値と現在の上記第２の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第２の推定位置の時系列変化を示す第２の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、
上記第１の位置変化情報と上記第２の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置を補正する位置補正手段と
を備え、
上記位置補正手段が、上記第１の位置変化情報の方向と上記第２の位置変化情報の方向との角度により、上記第１の推定位置を回転させて補正する
ことを特徴とする位置推定装置。
【請求項６】
送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定方法において、
上記受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、上記受信ノードの第１の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第１の推定位置の移動平均値と現在の上記第１の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第１の推定位置の時系列変化を示す第１の位置変化情報を求め、
上記受信ノードにおける上記送信ノードからの受信電波の強度に基づいて上記受信ノードの第２の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第２の推定位置の移動平均値と現在の上記第２の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第２の推定位置の時系列変化を示す第２の位置変化情報を求め、
上記第１の位置変化情報と上記第２の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置を補正し、
上記第１の位置変化情報の方向と上記第２の位置変化情報の方向との角度により、上記第１の推定位置を回転させて補正する
ことを特徴とする位置推定方法。
【請求項７】
送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定プログラムにおいて、
コンピュータを、
上記受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、上記受信ノードの第１の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第１の推定位置の移動平均値と現在の上記第１の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第１の推定位置の時系列変化を示す第１の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、
上記受信ノードにおける上記送信ノードからの受信電波の強度に基づいて上記受信ノードの第２の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の上記第２の推定位置の移動平均値と現在の上記第２の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、上記第２の推定位置の時系列変化を示す第２の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、
上記第１の位置変化情報と上記第２の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置を補正する位置補正手段と
して機能させ、
上記位置補正手段が、上記第１の位置変化情報の方向と上記第２の位置変化情報の方向との角度により、上記第１の推定位置を回転させて補正する
ことを特徴とする位置推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置推定システム、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し、例えば、複数のセンサを用いた位置測定方法において、精度良く位置を推定する位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、屋外においては、ＧＰＳ衛星と通信するＧＰＳ装置を有する歩行者の位置を推定することができるが、屋内やＧＰＳ衛星と通信できない場所においては、歩行者の位置を正確に推定することが難しい。このようなケースにおいて、歩行者の位置を推定する位置測定方法として、複数のセンサを利用して歩行者の位置を推定する歩行者自律航法（ＰＤＲ：ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ  ｄｅａｄ  ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）がある（非特許文献１参照）。
【０００３】
方向推定において、角速度センサ（ジャイロセンサ）から回転角を計算することができる。また、地球の北極を基準とした絶対的な方向を出す方法として電子コンパス（地磁気センサ）を利用する方法がある。進行方向の距離推定には加速度センサを用いるものがある。これらの推定結果を利用して歩行者の位置を測位する歩行者自律航法の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１３３３７号公報
【特許文献２】特開２０００−３４６６６１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】廣瀬  圭，土岐  仁，近藤  亜希子，“慣性センサ・地磁気センサを用いたスポーツにおける姿勢計測に関する研究”，スポーツ産業研究，Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２，２０１２，ｐｐ.２５５〜２６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、方向推定において、加速度、角速度センサから回転角を計算することができるが、相対的な角度の変化量を累積する算出方法のため、誤差も常に累積され、精度が十分でない。さらに、地球の北極を基準とした絶対的な方向を出す方法として電子コンパス（地磁気センサ）を利用する方法があるが、鉄筋の建物内では金属の影響を受けて、精度が十分ではない。同様に、進行した距離の推定においても加速度センサから単純に計算すると精度が十分ではない。そのため、従来の歩行者デッドレコニングによる位置測位は、精度が十分ではなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、ターゲットノードの位置を精度良く推定する位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る位置推定システムは、送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定システムにおいて、（１）受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、受信ノードの第１の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第１の推定位置の移動平均値と現在の第１の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第１の推定位置の時系列変化を示す第１の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、（２）受信ノードにおける送信ノードからの受信電波の強度に基づいて受信ノードの第２の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第２の推定位置の移動平均値と現在の第２の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第２の推定位置の時系列変化を示す第２の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、（３）第１の位置変化情報と第２の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置を補正する位置補正手段とを備え、位置補正手段が、第１の位置変化情報の方向と第２の位置変化情報の方向との角度により、第１の推定位置を回転させて補正することを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明に係る位置推定装置は、送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定装置において、（１）受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、受信ノードの第１の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第１の推定位置の移動平均値と現在の第１の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第１の推定位置の時系列変化を示す第１の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、（２）受信ノードにおける送信ノードからの受信電波の強度に基づいて受信ノードの第２の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第２の推定位置の移動平均値と現在の第２の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第２の推定位置の時系列変化を示す第２の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、（３）第１の位置変化情報と第２の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置を補正する位置補正手段とを備え、位置補正手段が、第１の位置変化情報の方向と第２の位置変化情報の方向との角度により、第１の推定位置を回転させて補正することを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明に係る位置推定方法は、送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定方法において、（１）受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、受信ノードの第１の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第１の推定位置の移動平均値と現在の第１の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第１の推定位置の時系列変化を示す第１の位置変化情報を求め、（２）受信ノードにおける送信ノードからの受信電波の強度に基づいて受信ノードの第２の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第２の推定位置の移動平均値と現在の第２の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第２の推定位置の時系列変化を示す第２の位置変化情報を求め、（３）第１の位置変化情報と第２の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置を補正し、第１の位置変化情報の方向と第２の位置変化情報の方向との角度により、第１の推定位置を回転させて補正することを特徴とする。
【００１１】
第４の本発明に係る位置推定プログラムは、送信ノードから送信された電波を受信する受信ノードの位置を推定する位置推定プログラムにおいて、コンピュータを、（１）受信ノードに設けられた慣性センサにより検知された、状態変化情報と絶対方位情報とに基づいて、受信ノードの第１の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第１の推定位置の移動平均値と現在の第１の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第１の推定位置の時系列変化を示す第１の位置変化情報を求める慣性位置推定手段と、（２）受信ノードにおける送信ノードからの受信電波の強度に基づいて受信ノードの第２の推定位置を推定すると共に、過去の所定数前の第２の推定位置の移動平均値と現在の第２の推定位置における移動平均値との差異に基づくベクトル情報である、第２の推定位置の時系列変化を示す第２の位置変化情報を求める電波位置推定手段と、（３）第１の位置変化情報と第２の位置変化情報とを比較し、その比較結果に応じて、現在の上記第１の推定位置及び過去の上記第１の推定位置を補正する位置補正手段として機能させ、位置補正手段が、第１の位置変化情報の方向と第２の位置変化情報の方向との角度により、第１の推定位置を回転させて補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ターゲットノードの位置を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係るターゲットノードの内部構成を示す内部構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る通信システムの全体構成を示す全体構成図である。
【図３】第１の実施形態に係るアンカーノードの内部構成を示す内部構成図である。
【図４】ターゲットノードが受信するビーコン信号の受信を説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態に係る通信システムにおける位置推定処理の概要を説明する説明図である。
【図６】第１の実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである。
【図７】移動平均値とベクトルＲの計算を説明する説明図である。
【図８】第１の実施形態に係る統合位置推定部による推定位置の角度の修正方法を説明する説明図である。
【図９】第２の実施形態に係る通信システムにおける位置推定処理の概要を説明する説明図である。
【図１０】第２の実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態に係る統合位置推定部による推定位置の尺度の修正方法を説明する説明図である。
【図１２】変形実施形態に係る位置推定処理の概要を説明する説明図である。
【図１３】変形実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである（その１）。
【図１４】変形実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態に係る通信システムの全体構成を示す全体構成図である。第１の実施形態に係る通信システム１０は、複数（図２では４台）のアンカーノード２−１〜２−４、複数（図２では３台）のターゲットノード１−１〜１−３を有する。
【００１６】
なお、以下では、全てのアンカーノードに共通する構成及び処理を説明するときにはアンカーノード２と表記する。また、全てのターゲットノードに共通する構成及び処理を説明するときにはターゲットノード１と表記する。
【００１７】
通信システム１０は、例えば、屋内に構築されたシステムを例示する。通信システム１０は、屋外に構築されるものであっても良いが、ＧＰＳ衛星との通信が困難な環境や、ＧＰＳ機能による歩行者の位置を推定できない環境等において適用できる。
【００１８】
アンカーノード２は、例えば建物の屋内に設置されたノードであり、例えば、公衆又は専用に設けられた無線ＬＡＮのアクセスポイント等を適用できる。アンカーノード２は、アンカーノード２の位置が既知であれば、屋内に固定されたものであっても良いし、移動可能なものであっても良い。
【００１９】
ターゲットノード１は、位置推定の対象とするノードであり、例えば、歩行者が所持する移動可能なノードを適用できる。ターゲットノード１は、無線通信機能を備える装置を備えるものであれば広く適用できる。より具体的に、ターゲットノード１は、スマートフォン、携帯電話機、携帯端末、ウェアラブル端末、乗り物（例えば、自動車、自転車、車いす、小型自動車等を含む概念）等に搭載されるノードがある。
【００２０】
第１の実施形態では、説明便宜上、ターゲットノード１が自ら情報を収集して、自らの位置を測位する方法を説明する。しかし、アンカーノード２が、ターゲットノード１の位置を測位する機能を有して、対象とするターゲットノード１の位置を推定し、推定した位置情報を含むパケットを対象のターゲットノード１に通信するようにしても良い。つまり、第１の実施形態では、位置推定システムがターゲットノード１に搭載される場合を例示するが、アンカーノード２が位置推定システムを搭載するようにしても良いし、位置推定システムの処理機能を、ターゲットノード１とアンカーノードとに分散的に配置するようにしても良い。
【００２１】
図１は、第１の実施形態に係るターゲットノード１の内部構成を示す内部構成図である。なお、ターゲットノード１のハードウェア構成は図示しないが、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース、通信装置等を有する回路等を適用できる。
【００２２】
図１において、ターゲットノード１は、位置推定部１１、加速度センサ１２、ジャイロセンサ１３、地磁気センサ１４、無線部１５、バッテリ１６を有する。また、ターゲットノード１は、推定した位置情報を表示する位置表示部１７を有するようにしても良い。例えば、ターゲットノード１がスマートフォンとする場合には、スマートフォンの表示部を位置表示部１７としても良い。
【００２３】
位置推定部１１は、ターゲットノード１自身の位置を推定する機能部又は装置である。位置推定部１１は、無線部１５を通じてアンカーノード２から取得した位置情報と、ターゲットノード１自身が搭載する各種センサ（加速度センサ１２、ジャイロセンサ１３、地磁気センサ１４）のセンサ情報とを用いて、自身の位置を推定するものである。位置推定部１１は、ターゲットノード１のＯＳ（オペレーティングシステム）上で起動するソフトウェア（例えば、アプリケーションプログラム）であっても良いし、ハードウェア構成により実現するものであっても良い。
【００２４】
位置推定部１１は、センサ位置推定部１１１、電波位置推定部１１２、位置補正手段としての統合位置推定部１１３を有する。
【００２５】
センサ位置推定部１１１は、加速度センサ１２、ジャイロセンサ１３、地磁気センサ１４のそれぞれからセンサ情報を取得し、これらセンサ情報に基づいて位置を推定するものである。センサ位置推定部１１１は、推定結果を統合位置推定部１１３に与える。また、センサ位置推定部１１１は、センサ情報を用いた位置推定処理の際に誤差の蓄積を回避するために、統合位置推定部１１３から推定位置の修正量を取得し、次回の位置推定処理の際に、その修正量を用いて位置推定を行う。
【００２６】
電波位置推定部１１２は、無線部１５から取得したビーコン信号の受信電力値の情報に基づいて、ターゲットノード１自身の位置を推定するものである。電波位置推定部１１２は、推定結果を統合位置推定部１１３に与える。電波位置推定部１１２による位置情報の推定処理は、様々な方法を広く適用することができる。
【００２７】
例えば、電波位置推定部１１２が、受信電力値と距離（アンカーノード２とターゲットノード１との間の距離）との関係を示す変換テーブルを有しており、無線部１５がアンカーノード２から受信したビーコン信号の受信電力値（ＲＳＳＩ）に基づいて、アンカーノード２とターゲットノード１との距離を推定する。また、複数のアンカーノード２からビーコン信号を受信したときには、各アンカーノード２とターゲットノード１との間のそれぞれの距離を用いて、最尤度推定法等により、確率的にターゲットノード１の位置情報を推定する方法を適用することができる。
【００２８】
統合位置推定部１１３は、センサ位置推定部１１１からセンサ情報に基づく位置情報と、電波位置推定部１１２から電波の受信電力値に基づく位置情報とを統合して位置情報を修正するものである。統合位置推定部１１３が、センサ情報に基づく位置情報と、受信電力値に基づく位置情報とを統合して、位置情報を修正する処理については動作の項で詳細に説明する。
【００２９】
また、統合位置推定部１１３は、センサ情報に基づく位置情報に、計算した位置情報の修正量を加え、修正後の位置情報を位置表示部１７に表示する。
【００３０】
さらに、統合位置推定部１１３は、計算した位置情報の修正量を、センサ位置推定部１１１にフィードバックする。
【００３１】
無線部１５は、既存の無線機の機能を備えるものである。無線部１５は、電力測定部１５１を有しており、受信電波（ビーコン信号）の受信電力値を測定し、その測定結果を電波位置推定部１１２に与える。なお、無線部１５は、送信部１５２を備えるようにしても良い。これは、ターゲットノード１が推定した位置情報をアンカーノード２に伝達する場合に、送信部１５２が推定した位置情報を含む情報を送信する。
【００３２】
加速度センサ１２は、加速度を取得する機能を備える慣性センサである。加速度センサ１２は、ターゲットノード１の加速度を計測し、その加速度の情報をセンサ位置推定部１１１に与える。なお、加速度センサ１２の種類や方式は、特に限定されるものではなく、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を応用したものなどを適用できる。
【００３３】
ジャイロセンサ１３は、角速度を取得する機能を備える慣性センサである。ジャイロセンサ１３は、ターゲットノード１の角速度を計測し、その角速度の情報をセンサ位置推定部１１１に与える。なお、ジャイロセンサ１３の種類や方式は、特に限定されるものではなく、例えば、ＭＥＭＳ技術を応用したものなどを適用できる。
【００３４】
ここで、特許請求の範囲に記載の「状態変化情報」は、加速度センサ１２により得られた加速度、ジャイロセンサ１３により得られた角速度を含むものである。つまり、状態変化情報は、移動速度の変位や回転角度の変位等のように、慣性により得られたターゲットノード１の状態の変化に関する情報を意図している。
【００３５】
地磁気センサ１４は、いわゆる電子コンパスと呼ばれるものであり、地磁気から北の方向を基準とする絶対座標系の方位の情報を取得する機能を備え、ターゲットノード１の方位の情報をセンサ位置推定部１１１に与える。
【００３６】
バッテリ１６は、ターゲットノード１に搭載される機器に電源を供給する電源部であり、例えば、汎用的な２次電池等を適用できる。
【００３７】
位置表示部１７は、位置情報を表示するものである。位置表示部１７は、ターゲットノード１本体が備えるものであっても良いし、インタフェースを介して接続された外部の表示部であっても良い。なお、位置表示部１７は、ターゲットノード１が備えるものでなくても良い。例えば、位置表示部２２（図３参照）はアンカーノード２が有するものであっても良く、ターゲットノード１が、パケット通信によって通信した位置情報を、アンカーノード２の位置表示部２２に表示されるようにしても良い。
【００３８】
図３は、第１の実施形態に係るアンカーノード２の内部構成を示す内部構成図である。
【００３９】
図３において、第１の実施形態のアンカーノード２は、無線部２１を有する。
【００４０】
無線部２１は、ビーコン信号を送信するビーコン送信部２１１を有する。
【００４１】
ビーコン送信部２１１は、定期的、あるいは不定期であっても、ビーコン信号を送信するものである。ビーコン信号は、パケットで送信されるものであっても良いし、連続波（キャリア）で送信するものであっても良い。
【００４２】
また、無線部２１は、ターゲットノード１から、位置情報を含むパケットを受信するような場合には、パケットを受信する受信部２１２を備えるようにしても良い。受信部２１２は、受信パケットに含まれる位置情報を位置表示部２２に与えて位置情報を表示する。その場合、アンカーノード２は、外部接続の位置表示部２２、あるいは、アンカーノード２の内部に搭載された位置表示部２２を備える。
【００４３】
図４は、ターゲットノード１が受信するビーコン信号の受信を説明する説明図である。
【００４４】
図４に示すように、各歩行者はターゲットノード１を所持している。アンカーノード２−１〜２−４は定期的あるいは不定期にビーコン信号を送信し、ターゲットノード１がビーコン信号を受信する。
【００４５】
ここで、ビーコン信号には、アンカーノード２の識別情報、アンカーノード２の位置情報が少なくとも含まれている。なお、ターゲットノード１に位置推定システム（位置推定プログラムに係るファイルデータ）をインストールするときに、アンカーノード２の位置情報が既知である場合には、アンカーノード２の位置情報はビーコン信号に含める必要はない。この場合、ビーコン信号は、パケットではなく、連続波であっても良い。ターゲットノード１はアンカーノード２−１〜２−４から位置情報を取得でき、さらに、ターゲットノード１が受信電力値を測定できるため、位置推定部１１は、アンカーノード２の位置情報及び受信電力値を利用して位置を推定することができる。
【００４６】
図４の例では、４台のアンカーノード２−１〜２−４の位置情報及び受信電力値を利用して、ターゲットノード１が自身の位置を推定する。ビーコン信号は、不定期である場合があり、さらに、ターゲットノード１は移動する。そのため、遅延が大きい場合に、アンカーノード２の位置情報及び受信電力値を利用して位置推定すると、推定位置の精度が下がる。よって、予め定めた単位時間内に取得した受信電力値に基づいて、ターゲットノード１の位置推定部１１が位置を推定する。単位時間に同じアンカーノード２から受信したビーコン信号が複数ある場合には、それらを全て位置推定の計算に利用してもよい。
【００４７】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る通信システム１０における位置推定処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４８】
電波の受信電力値に基づく位置推定処理は、各場所での測位の精度は悪いが、移動平均をとることで大局的な進行方向としては一定の精度が信頼できる。一方、センサ情報に基づく位置推定の精度は、推定の開始時は高い。しかし、誤差が生じたときに、時間経過と共に誤差が蓄積するため、位置推定の精度が悪くなってしまう。これらの性能的な特性を考慮して、第１の実施形態は、電波による推定位置とセンサ情報による推定位置とをハイブリッドさせた位置推定を行う。
【００４９】
図５は、第１の実施形態に係る通信システム１０における位置推定処理の概要を説明する説明図である。
【００５０】
第１の実施形態に係る位置推定部１１は、アンカーノード２からの電波に基づく推定位置に対して例えば移動平均値をとり大局的な進行方向を推定する（ステップＳ１）。なお、この実施形態では、移動平均をとることで大局的な進行方向を推定する場合を例示するが、例えば、電波受信時の情報等に応じて重みを変化させた移動平均を行うようにしても良い。
【００５１】
位置推定部１１は、センサ情報に基づく推定位置に対して、例えば移動平均値をとり大局的な進行方向を推定する（ステップＳ２）。
【００５２】
位置推定部１１は、これらの推定位置（電波に基づく推定位置の大局的な進行方向と、センサ情報に基づく推定位置の大局的な進行方向）を比較し、そのずれが一定値を超えた場合には、電波に基づく推定位置が正しいと判断し、それぞれの進行方向ベクトルの角度から回転の修正量を計算する。その計算した回転量に基づいて、センサ情報に基づく推定位置を修正する（ステップＳ３）。
【００５３】
図６は、第１の実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである。図６では、電波位置推定部１１２による処理と、センサ位置推定部１１１による処理と、統合位置推定部１１３による処理とを分けて示している。
【００５４】
電波位置推定部１１２は、無線部１５により測定された電波の受信電力値に基づいて、ターゲットノード１の推定位置を計算する（ステップＳ１０１）。例えば、電波による位置の推定は、最尤推定法を利用するようにしても良い。推定された位置は、（Ｘ座標、Ｙ座標）のような形式で表現される。なお、推定位置は２次元で表現しても良いし、３次元で表現しても良い。
【００５５】
電波位置推定部１１２が、統計的手法を用いて、推定位置を計算する例を説明する。ここでは、統計的手法として例えば最尤推定を用いた例を示す。
【００５６】
推定位置（ｘ＾，ｙ＾，ｚ＾）は、式（１）に示すように、ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）を最大にするときのｘ，ｙ，ｚを計算することによって求めることができる。
【数１】
0006701642.tif 000002
【００５７】
さらに、ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）は、式（２）（３）に示すことができる。
【数２】
0006701642.tif 000003
【００５８】
式（２）、式（３）において、α、βは、電波伝搬の環境により経験的に決まる値である。Ｎは、単位時間内に取得した受信電力値の情報数である。
【００５９】
情報は、受信したパケットに格納されたアンカーノード２の位置座標と、このときに受信した電波の受信電力値Ｐｎから、（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ，Ｐｎ）として表すことができる。
【００６０】
電波位置推定部１１２は、上記のようにして計算した時系列の推定位置（ｘ，ｙ）について（説明便宜上、２次元で表現しており、Ｚ座標は省略する。）、過去Ａポイントの移動平均値を求める（ステップＳ１０２）。
【００６１】
次に、電波位置推定部１１２は、Ｂ−１ポイント前の各移動平均値と、現時点の移動平均値とを用いてベクトルＲを求める（ステップＳ１０３）。すなわち、電波位置推定部１１２は、現時点も含め過去Ｂポイントの移動平均値を用いて、ベクトルＲを求める。移動平均値及びベクトルＲを計算するための、Ａの値及びＢの値は、任意に設定することができる。
【００６２】
図７は、移動平均値とベクトルＲの計算を説明する説明図である。図７の例では、過去３ポイント（Ａ＝３の場合）のデータを利用して移動平均値を求め、Ｂ−１ポイント（Ｂ＝５の場合）前と各移動平均値と、現時点の移動平均値とを用いてベクトルＲを計算する場合を例示する。
【００６３】
電波位置推定部１１２は、電波による推定位置のＸ軸のデータは過去３ポイントで平均をとり、Ｙ軸のデータについても過去３ポイントのデータで平均をとる。つまり、電波位置推定部１１２は、現時刻ｔの推定位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））、（ｘ（ｔ−１），ｙ（ｔ−１））、（ｘ（ｔ−２），ｙ（ｔ−２））からＸ軸データの平均値と、Ｙ軸データの平均値を求める。
【００６４】
電波位置推定部１１２は、現時点の移動平均値と、４（＝Ｂ−１）ポイント前までの各移動平均値とを用いてベクトルＲを求める。
【００６５】
次に、センサ位置推定部１１１は、加速度センサ１２からのセンサ情報を用いて推定位置を計算する（ステップＳ１０４）。
【００６６】
現時刻ｔにおける推定位置［ｘ＾（ｔ）ｙ＾（ｔ）］Tは、前回のターゲットノード１の位置と、ターゲットノード１の進行方向と、ターゲットノード１の進行距離とにより式（４）のように表すことができる。
【数３】
0006701642.tif 000004
【００６７】
式（４）において、Ｄ（ｔ）は１ステップでターゲットノード１が進む距離である。Ψ（ｔ）は、ターゲットノード１の進行方向であり、北極（北の方向）を基準とした角度となる。
【００６８】
Ｄ（ｔ）は、加速度センサ１２からの出力を利用して（５）式より計算する。
【数４】
0006701642.tif 000005
【００６９】
式（５）において、αは比例定数である。この実施形態では、比例定数αをスピードファクタと呼ぶ。式（５）は、比例定数αに比例して、加速度センサ１２の振動が激しいほど距離が進むことを意味する。つまり、加速度センサ１２から現時刻ｔにおける出力（ａｘ，ａｙ，ａｚ）（ここでは、３軸出力としている。）から、加速度ａの振動が大きいほど、ターゲットノード１の進行距離Ｄ（ｔ）が大きいことを意味している。
【００７０】
次に、Ψ（ｔ）を計算する。ターゲットノード１は歩行者の身体に対して任意の姿勢で取り付けられることが想定される。そのため、ターゲットノード１の姿勢をオイラー角に従って回転させ、世界座標系での姿勢を変換する必要がある。
【００７１】
端末（ターゲットノード１）の姿勢［Ψｔ  θｔ  φｔ］Ｔは、ジャイロセンサ１３の出力［ωｔ  ωｔ  ωｔ］Ｔを利用して、下記式（６）、式（７）により計算することができる（オイラー角ＺＹＸ系の回転行列）。
【数５】
0006701642.tif 000006
【００７２】
（７）式の初期値である［Ψ０  θ０  φ０］Ｔは、地磁気センサ１４の出力と加速度センサ１２の出力とを利用して計算する。以下に、初期値である［Ψ０  θ０  φ０］Ｔの計算方法を説明する。
【００７３】
ターゲットノード１が完全に静止しているとき、加速度センサ１２は重力加速度ｇのみを加速度として検出する。このとき、加速度はロール角、ピッチ角、ヨー角を用いて（８）で示すことができる。
【数６】
0006701642.tif 000007
【００７４】
式（８）を解くことでロール角、ピッチ角は、式（９）、式（１０）として表すことができる。
【数７】
0006701642.tif 000008
【００７５】
次に、ヨー角を求める。地磁気センサ１４の出力（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）を変換すると式（１１）となる。
【数８】
0006701642.tif 000009
【００７６】
（１１）式からヨー角を計算することができる。
【数９】
0006701642.tif 000010
【００７７】
センサ位置推定部１１１により推定された位置は、電波による位置推定と同様に、例えば、（Ｘ座標，Ｙ座標）のような２次元、あるいは、（Ｘ座標，Ｙ座標，Ｚ座標）３次元の形式で表現される。
【００７８】
センサ位置推定部１１１は、図７の説明と同様にして、過去Ｚポイントの移動平均値を計算する（ステップＳ１０５）。さらに、センサ位置推定部１１１は、Ｗポイント前の各移動平均値（すなわち、現時点の移動平均値と、Ｗ−１ポイント前までの各移動平均値）を用いてベクトルＰを求める（ステップＳ１０６）。
【００７９】
次に、統合位置推定部１１３は、電波による推定位置と、センサ情報による推定位置との情報を利用して修正した推定位置を出力する。より具体的には、統合位置推定部１１３は、ベクトルＲとベクトルＰとからベクトルの内角θを計算する（ステップＳ１０７）。
【００８０】
統合位置推定部１１３は角度θと閾値λとを比較し（ステップＳ１０８）、角度θが閾値λを超える場合には、統合位置推定部１１３は、角度θを用いて過去のセンサ情報による推定位置を修正する（ステップＳ１０９）。そして、統合位置推定部１１３は、修正したセンサ情報による推定位置を出力する。
【００８１】
一方、角度θが閾値λを超えていない場合は（ステップＳ１０８）、統合位置推定部１１３は、修正なしのセンサの推定位置を出力する。
【００８２】
図８は、第１の実施形態に係る統合位置推定部１１３による推定位置の角度の修正方法を説明する説明図である。
【００８３】
図８において、現時点を含み過去Ｃポイントのデータについて、Ｃ−１ポイント前のデータを回転の起点として角度θを回転させる。例えば、Ｃ＝５の場合、時刻ｔ−４のデータを回転の起点とし、ベクトルＰとベクトルＲ（図８にはベクトルＲを図示していない。）との内角θを求める。そして、角度θが閾値λを超える場合、時刻ｔ−４を起点として角度θだけ回転させる。これにより得たベクトルＰ´が、修正後の推定位置となる。
【００８４】
さらに、ステップＳ１０９において、統合位置推定部１１３が推定位置の修正を行うと、修正量である角度θを、センサ位置推定部１１１にフィードバックさせる。
【００８５】
センサ位置推定部１１１は、統合位置推定部１１３からの修正量（角度θ）を用いて、式（１３）によりセンサ情報による推定位置の値を修正する。次回のセンサ情報による推定位置を計算する際、センサ位置推定部１１１は、修正後の推定位置を用いて位置推定処理を行う。
【数１０】
0006701642.tif 000011
【００８６】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、時間の経過と共に累積されるセンサ情報による推定位置（角度）の誤差を、電波による推定位置の移動平均値を用いることで修正することができる。そのため、最終的な出力結果（推定位置）は、位置推定精度の向上が期待できる。
【００８７】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明に係る位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００８８】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成及び動作
上述した第１の実施形態では、位置推定部１１が、センサ情報による推定位置の累積する角度の誤差を修正する方法を説明した。
【００８９】
これに対して、第２の実施形態は、センサ情報による推定位置の尺度の誤差を修正する方法を説明する。
【００９０】
第２の実施形態に係るターゲットノード１及びアンカーノード２の構成は、第１の実施形態に係る図１〜図３に示す構成と同一又は対応するものを適用できる。従って、第２の実施形態は、図１〜図３を参照しながら、センサ情報による推定位置の尺度を修正する方法を詳細に説明する。
【００９１】
図９は、第２の実施形態に係る通信システム１０における位置推定処理の概要を説明する説明図である。
【００９２】
第２の実施形態に係る位置推定部１１は、アンカーノード２からの電波に基づく推定位置に対して例えば移動平均値をとり大局的な移動距離を推定する（ステップＳ５）。
【００９３】
位置推定部１１は、センサ情報に基づく推定位置に対して移動平均値をとり大局的な移動距離を推定する（ステップＳ６）。
【００９４】
位置推定部１１は、電波に基づく推定位置の大局的な移動距離と、センサ情報に基づく推定位置の大局的な移動距離とを比較し、そのずれが一定値を超えた場合には、電波に基づく推定位置が正しいと判断し、それぞれの進行方向ベクトルの長さから縮尺の修正量を計算する。その計算した縮尺に基づいて、センサ情報に基づく推定位置を修正する（ステップＳ７）。
【００９５】
図１０は、第２の実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである。図１０では、電波位置推定部１１２による処理と、センサ位置推定部１１１による処理と、統合位置推定部１１３による処理とを分けて示している。
【００９６】
図１０において、電波位置推定部１１２による処理は、図６に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の処理と同様の処理である。つまり、電波位置推定部１１２は、電波による推定位置を計算する。電波位置推定部１１２は、計算された時系列の推定位置（Ｘ，Ｙ）について、過去Ａポイントの移動平均値を求める。さらに、電波位置推定部１１２は、現時点を含めＢポイント前の各移動平均値を用いてベクトルＲを求める。
【００９７】
また、センサ位置推定部１１１による処理は、図６に示すステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理と同様の処理である。つまり、センサ位置推定部１１１は、センサ情報による推定位置を計算する。センサ位置推定部１１１は、計算された時系列の推定位置（Ｘ，Ｙ）について、過去Ｚポイントの移動平均値を求める。さらに、センサ位置推定部１１１は、現時点も含めＷポイント前の各移動平均値を用いてベクトルＰを求める。
【００９８】
次に、統合位置推定部１１３は、電波による推定位置とセンサ情報による推定位置の情報を利用して修正した推定位置を出力する。つまり、統合位置推定部１１３は、ベクトルＲとベクトルＰとのベクトルの長さの比を計算し、これを尺度（縮尺）Ｚとする（ステップＳ２０１）。
【００９９】
統合位置推定部１１３は、尺度Ｚと閾値ωとを比較し、尺度Ｚが閾値ωを超えた場合には（ステップＳ２０２）、尺度Ｚを用いて過去のセンサ情報による推定位置を修正する（ステップＳ２０３）。そして、統合位置推定部１１３は、修正したセンサ情報による推定位置を出力する。
【０１００】
一方、尺度Ｚが閾値ωを超えていない場合には（ステップＳ２０２）、統合位置推定部１１３は、修正なしのセンサの推定位置を出力する。
【０１０１】
図１１は、第２の実施形態に係る統合位置推定部１１３による推定位置の尺度の修正方法を説明する説明図である。
【０１０２】
図１１において、現時点を含み過去Ｃポイントのデータについて、Ｃ−１ポイント前のデータを回転の起点として尺度（ベクトルの長さ）を拡大したり、縮小したりする。例えば、Ｃ＝５の場合、時刻ｔ−４のデータを回転の起点とし、ベクトルＰとベクトルＲ（図８にはベクトルＲを図示していない。）との長さの比（ベクトルＲ／ベクトルＰ）を求め、その結果を尺度Ｚとする。そして、尺度Ｚが閾値ωを超える場合、時刻ｔ−４を起点として、尺度Ｚに基づいてベクトルＰの長さを拡大したり、縮小したりする。つまり、ベクトルＰの長さに尺度Ｚを乗じる。これにより得たベクトルＰ´が、修正後の推定位置となる。
【０１０３】
さらに、ステップＳ２０３において、統合位置推定部１１３が推定位置の修正を行うと、修正量である尺度Ｚを、センサ位置推定部１１１にフィードバックさせる。
【０１０４】
センサ位置推定部１１１は、統合位置推定部１１３からの修正量（尺度Ｚ）を用いて、式（１４）によりスピードファクタαの値を修正する。次回のセンサ情報による推定位置を計算する際、センサ位置推定部１１１は、修正後のスピードファクタαを用いて位置推定処理を行う。
【数１１】
0006701642.tif 000012
【０１０５】
（Ｂ−２）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、時間の経過とともに累積されるセンサ情報による推定位置の尺度の誤差を、電波による推定位置の移動平均の情報を用いることで修正することができる。そのため、最終的な出力結果は位置推定精度の向上が期待できる。
【０１０６】
（Ｃ）他の実施形態
（Ｃ−１）上述した第１及び第２の実施形態では、電波位置推定部が電波による位置推定処理を常時行い、統合位置推定部が、電波による推定位置とセンサ情報による推定位置の移動平均値を用いて、センサ情報による推定位置を補正する場合を例示した。
【０１０７】
しかし、電波による位置推定処理は、受信電力値が高い場所ほど、推定位置の精度が高くなる特性がある。そのため、アンカーノードの近傍を歩行者が通過しときのみ、センサ情報により推定した位置を補正するという方法も有効である。この方法により、電波による位置推定処理が、単純化するというメリットもある。
【０１０８】
図１２は、変形実施形態に係る位置推定処理の概要を説明する説明図である。
【０１０９】
図１３及び図１４は、変形実施形態に係る位置推定処理の動作を示すフローチャートである。図１３は、センサ情報による推定位置の角度を修正する場合の処理動作を示すフローチャートである。図１４は、センサ情報による推定位置の尺度を修正する場合の処理動作を示すフローチャートである。
【０１１０】
図１２において、歩行者はアンカーノード２−１の近傍を通過し、さらに、アンカーノード２−３の近傍を通過したとする。
【０１１１】
このとき、ターゲットノード１の位置推定部１１において、電波位置推定部１１２は、アンカーノード２から受信した電波の受信電力値が高い場合、すなわち受信した電波の受信電力値が閾値を超える場合、電波による推定位置をリセットするリセットポイントとする。つまり、電波位置推定部１１２は、受信電力値が閾値を超える場合、電波による推定位置をリセットするリセット機能と、所定の単位時間内でビーコン信号の受信の有無を確認するためのタイマーをリセットするタイマーリセット機能とを備えるようにしても良い。
【０１１２】
例えば、歩行者がアンカーノード２−１の近傍を通過し、受信電力値が閾値を超える場合、電波位置推定部１１２は、推定位置をリセットすると共に、単位時間を計時するタイマーをリセットする。ここで、ターゲットノード１がアンカーノード２−１を通過した時点（すなわち、推定位置をリセットした時点）を前回のリセットポイントとする。
【０１１３】
次に、歩行者がアンカーノード２−３の近傍を通過し、受信電力値が閾値を超えた場合、電波位置推定部１１２は、推定位置をリセットすると共にタイマーをリセットする（ステップＳ３０１）。今回のターゲットノード１がアンカーノード２−１を通過した時点（すなわち、推定位置をリセットした時点）を今回のリセットポイントとする。
【０１１４】
ここで、アンカーノード２−１及びアンカーノード２−３の位置は既知である。そのため、前回のリセットポイントの座標（位置情報）と、今回のリセットポイント（現在の位置）の座標（位置情報）とに基づいて、電波位置推定部１１２はベクトルＲを計算する（ステップＳ３０２）。つまり、電波位置推定部１１２が、前回のリセットポイントの座標と今回のリセットポイントの座標との相対位置から位置変化情報を計算する相対位置変化情報計算部を有する。
【０１１５】
このように、受信電力値が十分に高い場合に、電波位置推定部が推定位置をリセットし、前回のリセットポイントの位置情報と今回のリセットポイントの位置情報との相対座標に基づいてベクトルＲを計算することで、電波による位置推定処理の負荷を軽減することができる。
【０１１６】
（Ｃ−２）上述した第１の実施形態では、センサ情報による推定位置の角度の誤差を修正する場合、第２の実施形態では、センサ情報による推定位置の尺度の誤差を修正する場合をそれぞれ説明した。第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせるようにしても良い。つまり、センサ情報による推定位置の角度と尺度の誤差の双方を同時に修正するようにしても良い。
【０１１７】
（Ｃ−３）上述した第１の実施形態では、地磁気センサを用いるものとして説明しているが、地磁気センサを省略することもできる。その場合は、地磁気センサの出力から得られる値として任意の位置情報を与えておき、上述のリセットリセットのタイミング等で電波による推定位置により更新すれば、それ以降は同様に動作することができる。特許請求の範囲に記載の「絶対方位情報」は、地磁気センサにより得られる絶対方位情報に限定されるものではなく、受信ノードの絶対方位を示す情報として設定されたものでもよい。
【０１１８】
（Ｃ−４）特許請求の範囲に記載の「第１の位置変化情報」は、第１及び第２の実施形態で説明したベクトルＰを含むものであり、「第２の位置変化情報」は、第１及び第２の実施形態で説明したベクトルＲを含むものである。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…通信システム、１…ターゲットノード、１１…位置推定部、１１１…センサ位置推定部、１１２…電波位置推定部、１１３…統合位置推定部、１２…加速度センサ、１３…ジャイロセンサ、１４…地磁気センサ、１５…無線部、１５１…電力測定部、２…アンカーノード、２１…無線部、２１１…ビーコン送信部、１７及び２２…位置表示部。
【図１】
0006701642.tif 000013
【図２】
0006701642.tif 000014
【図３】
0006701642.tif 000015
【図４】
0006701642.tif 000016
【図５】
0006701642.tif 000017
【図６】
0006701642.tif 000018
【図７】
0006701642.tif 000019
【図８】
0006701642.tif 000020
【図９】
0006701642.tif 000021
【図１０】
0006701642.tif 000022
【図１１】
0006701642.tif 000023
【図１２】
0006701642.tif 000024
【図１３】
0006701642.tif 000025
【図１４】
0006701642.tif 000026