(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末と、
前記無線端末と無線信号により互いに通信する複数の基地局と、
前記無線端末及び前記複数の基地局が構築するネットワークの管理を行う管理装置とを備え、
前記無線端末と前記基地局との間の電波強度の測定によって、前記無線端末の位置を推定する位置検出システムであって、
前記管理装置には前記基地局の設置状態を制御するための手段と、
前記基地局の設置状態を制御しながら前記電波強度を収集し、前記無線端末の位置を推定する手段と、
前記無線端末の絶対位置と推定した位置との誤差を集計する手段と、
前記誤差を最小にする前記無線端末の設置状態を求める手段とを備え、
前記基地局には、前記管理装置からの制御情報に従って、自身の設置状態を設定する手段を備え、
前記管理装置は、前記基地局の設置状態を複数設定して測定された前記電波強度を収集するとともに、前記無線端末を複数の位置に配置して測定された前記電波強度を収集し、当該電波強度から推定した前記無線端末の位置と当該無線端末の絶対位置との誤差を集計し、前記誤差が最小となる前記基地局の設置状態を、前記無線端末に通知することによって、少ない誤差で前記無線端末の位置を推定することを特徴とする位置検出システム。
【請求項２】
無線端末と、
前記無線端末と無線信号により互いに通信する複数の基地局が構築するネットワークを管理し、
前記無線端末と前記基地局との間の電波強度を収集することによって、前記無線端末の位置を推定する管理装置であって、
前記基地局の設置状態を制御するための手段と、
前記基地局の設置状態を制御しながら前記電波強度を収集し、前記無線端末の位置を推定する手段と、
前記無線端末の絶対位置と推定した位置との誤差を集計する手段と、
前記誤差を最小にする前記無線端末の設置状態を求める手段とを備え、
前記基地局の設置状態を複数設定して測定された前記電波強度を収集するとともに、前記無線端末を複数の位置に配置して測定された前記電波強度を収集し、当該電波強度から推定した前記無線端末の位置と当該無線端末の絶対位置との誤差を集計し、前記誤差が最小となる前記基地局の設置状態を前記無線端末に通知することによって、最小の誤差で前記無線端末の位置を推定することを特徴とする管理装置。
【請求項３】
無線端末と、
前記無線端末と無線信号により互いに通信する複数の基地局との間の電波強度を測定し、
前記無線端末と前記基地局との間の距離を算出し、
基準となる前記無線端末の絶対位置を用いて、前記無線端末の位置を推定する位置推定方法であって、
前記基地局は自身の設置状態を変化させながら通信し、
前記無線端末の絶対位置を通知し、
前記基地局の設置状態を複数変化させて前記電波強度を測定するとともに、前記無線端末を複数の位置に配置して前記電波強度を測定し、
当該電波強度から推定した前記無線端末の位置と当該無線端末の絶対位置との誤差を集計し、
前記誤差を最小にする前記基地局の設置状態を求めることを特徴とする位置推定方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記管理装置は、前記無線端末を複数の位置に配置して測定した電波強度から推定された前記無線端末の位置と当該無線端末の絶対位置との誤差の平均値を求め、前記誤差の平均値が最小となる前記基地局の設置状態を、前記無線端末に通知するものであり、
前記誤差の平均値を求める際に、前記無線端末が配置された位置ごとに重み付けをして当該平均値を求めることを特徴とする位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や無線ＰＡＮ（Personal Area Network）などに代表される無線通信技術を使用して、特定の無線端末の位置を検出するための方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話をはじめとして無線ＬＡＮ，ＲＦＩＤ，センサネットワークなどが発展，普及し多くの利便性がもたらされている。これらの無線通信技術は、情報インフラとして活用されるだけでなく、電波の性質を利用した位置検出システムとしても注目されている。無線技術を利用した位置検出方法としては、主に無線端末間の電波受信強度を利用する方法と、電波の到達時間を利用する方法とがあげられる。前者の電波受信強度を利用する方法は、無線端末側に特別な機能を持たせる必要が無く、容易に位置検出を実現できる方法として知られている。例えば、位置検出対象の無線端末と、３つ以上の基地局３との電波強度を測定し、三角測量の原理を利用して位置検出を行う方法などがある。しかし、この方法では電波のフェージングの影響を受けやすく高精度に位置を推定することが困難である。そこで、〔特許文献１〕や〔特許文献２〕などに示されるように様々な工夫が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１２４８２号公報
【特許文献２】特開２００６−３１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電波受信強度と三角測量などの単純な原理だけでは、高精度に位置を特定することができない。したがって、高精度化のためには、無線基地局の数を増やして、より多くの情報からフェージングによる測定のバラつきを低減させて、位置推定を行う必要がある。しかし、その場合には、複数の無線基地局から得られた電波受信強度をどのように活用するかが、課題となり、複雑な推定アルゴリズムの考案や実装が必要となる。また、無線基地局の設置に際しては、多大な手間や時間をかけて、各場所での電波強度の実測や、設置場所の調整が必要となる。
【０００５】
以上の従来技術の問題点に鑑み、本発明は、少数の無線基地局を利用して、高精度な位置検出を容易に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末と、前記無線端末が構築するネットワークの管理を行う管理装置とを備え、電波強度の測定によって、前記無線端末の位置を推定する位置検出システムにおいて、前記管理装置には、前記無線端末の設置状態を制御するための手段を備え、前記無線端末には、前記管理装置からの制御情報に従って、自身の設置状態を設定する手段を備え、前記管理装置は前記無線端末の設置状態を制御しながら前記電波強度を測定し、前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末と、前記無線端末が構築するネットワークの管理を行う管理装置とを備え、電波到達時間の測定によって、前記無線端末の位置を推定する位置検出システムにおいて、前記管理装置には、前記無線端末の設置状態を制御するための手段を備え、前記無線端末には、前記管理装置からの制御情報に従って、自身の設置状態を設定する手段を備え、前記管理装置は前記無線端末の設置状態を制御しながら前記電波到達時間を測定し、前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末が構築するネットワークを管理し、前記無縁端末同士の電波強度を収集することによって、前記無線端末の位置を推定する管理装置において、前記無線端末の設置状態を制御するための手段を備え、前記無線端末の設置状態を制御しながら、前記電波強度を収集し、前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末が構築するネットワークを管理し、前記無縁端末同士の電波到達時間を収集することによって、前記無線端末の位置を推定する管理装置であって、前記無線端末の設置状態を制御するための手段を備え、前記無線端末の設置状態を制御しながら、前記電波到達時間を収集し、前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信し、電波強度を測定する無線端末において、前記無線端末の設置状態を変更するための制御手段を備え、設置状態を変化させながら他の前記無線端末と通信し、電波強度を測定することを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信し、電波到達時間を測定する無線端末において、前記無線端末の設置状態を変更するための制御手段を備え、設置状態を変化させながら他の前記無線端末と通信し、電波到達時間を測定することを特徴とするものである。
【００１２】
更に、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末間の電波強度を測定して、前記無線端末間の距離を算出し、基準となる前記無線端末の絶対位置を利用して、前記無線端末の位置を推定する位置推定方法において、前記無線端末は自身の設置状態を変化させながら通信し、様々な設置状態における電波強度を集計して、前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末間の電波到達時間を測定して、前記無線端末間の距離を算出し、基準となる前記無線端末の絶対位置を利用して、前記無線端末の位置を推定する位置推定方法において、前記無線端末は自身の設置状態を変化させながら通信し、様々な設置状態における電波到達時間を集計して、前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【００１４】
更に、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末と、前記無線端末が構築するネットワークの管理を行う管理装置とを備え、電波強度の測定によって、前記無線端末の位置を推定する位置検出システムにおいて、前記管理装置には前記無線端末の設置状態を制御するための手段と、前記無線端末の設置状態を制御しながら前記電波強度を収集し、前記無線端末の位置を推定する手段と、前記無線端末の絶対位置と推定した位置との誤差を集計する手段と、前記誤差を最小にする前記無線端末の設置状態を求める手段とを備え、前記無線端末には、前記管理装置からの制御情報に従って、自身の設置状態を設定する手段を備え、前記管理装置は前記誤差が最小となる前記無線端末の設置状態を、前記無線端末に通知することによって、少ない誤差で前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末と、前記無線端末が構築するネットワークの管理を行う管理装置とを備え、電波到達時間の測定によって、前記無線端末の位置を推定する位置検出システムにおいて、前記管理装置には前記無線端末の設置状態を制御するための手段と、前記無線端末の設置状態を制御しながら前記電波到達時間を収集し、前記無線端末の位置を推定する手段と、前記無線端末の絶対位置と推定した位置との誤差を集計する手段と、前記誤差を最小にする前記無線端末の設置状態を求める手段とを備え、前記無線端末には、前記管理装置からの制御情報に従って、自身の設置状態を設定する手段を備え、前記管理装置は前記誤差が最小となる前記無線端末の設置状態を、前記無線端末に通知することによって、少ない誤差で前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末が構築するネットワークを管理し、前記無縁端末同士の電波強度を収集することによって、前記無線端末の位置を推定する管理装置において、前記無線端末の設置状態を制御するための手段と、前記無線端末の設置状態を制御しながら前記電波強度を収集し、前記無線端末の位置を推定する手段と、前記無線端末の絶対位置と推定した位置との誤差を集計する手段と、前記誤差を最小にする前記無線端末の設置状態を求める手段とを備え、前記誤差が最小となる前記無線端末の設置状態を前記無線端末に通知することによって、最小の誤差で前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末が構築するネットワークを管理し、前記無縁端末同士の電波到達時間を収集することによって、前記無線端末の位置を推定する管理装置において、前記無線端末の設置状態を制御するための手段と、前記無線端末の設置状態を制御しながら前記電波到達時間を収集し、前記無線端末の位置を推定する手段と、前記無線端末の絶対位置と推定した位置との誤差を集計する手段と、前記誤差を最小にする前記無線端末の設置状態を求める手段とを備え、前記誤差が最小となる前記無線端末の設置状態を前記無線端末に通知することによって、最小の誤差で前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。
【００１８】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末間の電波強度を測定し、前記無線端末間の距離を算出し、基準となる前記無線端末の絶対位置を用いて、前記無線端末の位置を推定する位置推定方法において、前記無線端末は自身の設置状態を変化させながら通信し、前記無線端末の絶対位置を通知し、前記無線端末の様々な設置状態における電波強度を集計して推定した位置と絶対位置との誤差を集計し、前記誤差を最小にする前記無線端末の設置状態を求めることを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記目的を達成するために、本発明は無線信号により互いに通信する複数の無線端末間の電波到達時間を測定し、前記無線端末間の距離を算出し、基準となる前記無線端末の絶対位置を用いて、前記無線端末の位置を推定する位置推定方法において、前記無線端末は自身の設置状態を変化させながら通信し、前記無線端末の絶対位置を通知し、前記無線端末の様々な設置状態における電波到達時間を集計して推定した位置と絶対位置との誤差を集計し、前記誤差を最小にする前記無線端末の設置状態を求めることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、少数の基地局と位置推定アルゴリズムの実装で高精度な位置検出システムを提供できる。また、位置検出のための無線ネットワークシステムを構築する際に基地局の設置や調整作業を容易にすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る位置検出システム１の構成例を示した図である。この図１に示すように、位置検出システム１は、管理装置２と複数の無線端末基地局（以後、基地局と略す）３、及び無線端末４とから構成される。無線端末４は複数存在しても良いが、説明を簡単とするため以降の説明では１つのみを対象とする。また、基地局３は後述するように、例えば柱５などに沿って移動することが可能である。図１において基地局３−Ａ′，３−Ｂ′，３−Ｃ′はそれぞれ、基地局３−Ａ，３−Ｂ，３−Ｃが柱５に沿って移動した場合の状態を示している。
【００２３】
管理装置２は図２に示すように、処理部６と通信部７と記憶部８とから構成され、通信部７により基地局３とデータ通信を行う。また、処理部６の機能として、通信部７から取得した情報をもとに無線端末４の位置推定や、基地局３や無線端末４へ制御情報１６を送信する。処理部６はＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備え、記憶部８に保存されたプログラムを実行することにより、通信部７の機能や、後述する端末位置推定部９や制御情報発行部１０の機能を実現する。また、通信部７は、管理装置２が基地局３と有線または無線で接続するためのインタフェースを有しており、基地局３とデータ通信を行う。ここでは、図１の基地局３−Ｃと接続しているものとして説明を行うが、どの基地局３と接続しても良い。記憶部８は、処理部６が実行するプログラムの保持や、処理部６のワークエリアとして機能する。
【００２４】
基地局３及び無線端末４は無線により互いにデータ通信を行う機能を有しており、直接接続できない基地局３や無線端末４同士はマルチホップ通信によってデータを送受信する。マルチホップ通信の通信経路としてはスター型やツリー型の構成であっても良いし、動的に経路が変更可能なメッシュ型であっても良い。基地局３は図３（ａ）のように、処理部６と通信部７と記憶部８と無線通信部１１と可動部１２とから構成される。処理部６はＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備え、記憶部８に保存されたプログラムを実行することにより、通信部７や無線通信部１１におけるデータ処理や、後述する制御部１３の機能を実現する。記憶部８は、処理部６が実行するプログラムの保持や、処理部６のワークエリアとして機能する。
【００２５】
通信部７は管理装置２と有線もしくは無線によりデータ通信を行う機能を有している。但し、通信部７は、位置検出システムを構成する基地局３の全てが有している必要は無い。無線通信部１１は他の基地局３や無線端末４と無線によりデータ通信を行う機能と、他の基地局３や無線端末４との間の電波強度を測定するための電波強度測定部１４と、電波を送受信するためのアンテナ１５とを有している。アンテナ１５は複数あっても良く、その場合、制御部６は使用するアンテナを選択する機能を有する。制御部１３は管理装置から送られてきた制御情報１６に従って、基地局３の各種の制御値を設定する機能を有する。制御値とは例えば、基地局３の高さや、電波の指向性，送信電力，アンテナ選択情報である。可動部１２は制御部１３からの指令に従って、基地局３の高さの調節や、アンテナの向きを変えて電波の志向性を調節するための機能を有する。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように無線端末４は処理部６と記憶部８と無線通信部１１とから構成される。記憶部８と無線通信部１１の機能は基地局３と同様である。処理部６はＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備え、記憶部８に保存されたプログラムを実行することにより、無線通信部１１におけるデータ処理を行う。従って、基地局３は無線端末４として動作することも可能である。
【００２７】
位置検出システムが無線端末４の位置を推定するための処理について、図４のフローチャートを用いて詳しく説明する。まず、無線端末４は、複数の基地局３とデータ通信を行い、電波強度測定部１４の機能により、無線端末４と基地局３との間の電波強度を測定する（処理４０１）。次に、基地局３もしくは無線端末４は測定した電波強度から電波強度情報１７を作成し、管理装置２に送信する。電波強度情報１７とは、無線端末４および基地局３の固体識別情報と、電波受信強度を有するものとし、詳細は後述する。電波強度の測定は、無線端末４側で行っても良いし、基地局３側で行っても良い。また、電波強度情報１７はマルチホップ通信によって、間接的に管理装置２まで送信されても良い。
【００２８】
管理装置２は無線端末４もしくは基地局３からの電波強度情報１７を正常に受信できたかを判定する（処理４０２）。ここで、所定回数分の受信を繰り返して、複数の電波強度情報を蓄積しても良い（処理４０３）。次に、管理装置２の端末位置推定部９は、受信した電波強度情報と、各基地局３の位置関係から、三角測量などの手法により、無線端末４の位置を推定する（処理４０４）。ここで、三角測量の原理以外に、多点測量や、三辺測量など公知の手法を用いても良い。また、各基地局３の絶対位置の情報は予め管理端末側に記録されている。あるいは、電波強度情報１７と同様に各基地局３とのデータ通信によって取得しているものとする。
【００２９】
例えば、一般に自由空間における電波強度の伝播損失は理論的に計算可能であるため、無線端末４と基地局３との間の受信強度がわかれば、距離も算出できる。そこで、基地局３と無線端末４との距離と、各基地局の絶対位置とから、図５のように無線端末４の凡その位置を推定できる。例として、図４のように基地局３−Ａ，基地局３−Ｂ，基地局３−Ｃと無線端末４との距離がそれぞれ、ＲＡ１，ＲＢ１，ＲＣ１と求められた場合に、無線端末の位置は、各基地局を中心にそれぞれ半径ＲＡ１，ＲＢ１，ＲＣ１の円の交点付近であると推定できる。ＲＡ１，ＲＢ１，ＲＣ１の値はあくまで理論的なものであり、三つの円の交点が完全に一致する可能性は低いが、公知の数学的処理により尤もらしい位置は推定可能である。なお、本例では三つの基地局を使用しているが、二つ以上であればいくつでも良い。
【００３０】
処理４０４を完了した後、基地局３の制御情報発行部１０は、無線端末４と直接データ通信を行っている基地局３に対して、制御情報１６を発行する（処理４０５）。制御情報１６には、例えば、基地局３の高さや、基地局３の電波の志向性や、基地局３の送信電力や、アンテナ１５の選択に関する情報などのうち、少なくとも１つ以上が含まれており、これら複数の情報が組み合わさっている。
【００３１】
基地局３は制御情報１６に基づき、制御値を変更する（処理４０７）。即ち、高さ，電波の指向性，送信電力，使用アンテナ１５などを変更する。基地局３の高さは、可動部１２によって基地局３を上下方向に決められた高さに調節する。例えば、柱５に滑車やクレーン，ベルトコンベア，レールなどを設置して上下方向に移動させる方法などがある。ここで、基地局３の高さだけでなく、水平方向の位置を変化させても良い。また、実際に移動させるのは基地局３全体ではなくアンテナ１５だけでも良い。電波の指向性は使用するアンテナ１５の向きや種類を変更することによって設定する。また、基地局が複数のアンテナ１５を有している場合には、どのアンテナ１５を使用するかを選択する。
【００３２】
次に、無線端末４は再び基地局３とデータ通信を行い、電波強度情報１７を管理装置２に送信する（処理４０１，処理４０２を繰り返す）。無線端末４が再度基地局３と通信を行うタイミングについては、無線端末４側にタイマ機能を実装することによって所定の周期で実行しても良いし、基地局３や管理装置２側からの通信開始命令をトリガとして実行しても良い。
【００３３】
管理装置２は、新たに電波強度情報１７を受信した場合には、先述と同様に無線端末４の位置を推定する（処理４０４）。ただし、所定の時間を過ぎても電波強度情報１７を正しく受信できなかった場合には、その回の無線端末４の位置推定処理は省略しても良い。管理装置２は、制御情報１６を変えて無線端末４の位置推定を所定回数以上実行したかを判定する（処理４０５）。最後に、複数回にわたって推定した無線端末４の位置から、最終的な無線端末の位置を決定する（処理４０８）。ここで、処理４０４の一部または全てを省略し、代わりに複数の電波強度情報１７を蓄積しておき、その情報をもとに最後の処理４０７においてより最終的な無線端末の位置を推定しも良い。
【００３４】
最終的な無線端末の位置決定方法としては、処理４０４において複数回推定された位置の重心を採用する方法や、極端に偏った位置を予め間引いてから重心を求める方法などがあげられる。例えば、基地局３−Ａが制御情報１６を２回変更し、合計３回の電波強度情報１７を取得して、無線端末４との距離を１回目は距離ＲＡ１，２回目は距離ＲＡ２，３回目は距離ＲＡ３と算出したとする。同様に、基地局３−Ｂと基地局３−Ｃもそれぞれ、距離Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３、および、距離Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と算出したとする。
【００３５】
また、一回目の位置を距離Ａ１，Ｂ１，Ｃ１から座標（Ｘ１，Ｙ１）と推定し、同様に２回目と３回目の位置をそれぞれ座標（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３）と推定したとする。この場合、最終的な無線端末４の位置はこれら３つの座標の重心である座標（Ｘｆ，Ｙｆ）として決定する。ここでは、３つの座標から重心を算出したが、新たに座標（Ｘ４，Ｙ４）と座標（Ｘ５，Ｙ５）などの複数の座標が与えられたとする。この場合には、同様に全ての座標の重心として、最終的な位置を決定しても良いし、座標（Ｘ４，Ｙ４）や座標（Ｘ５，Ｙ５）のように、極端に離れた位置にある座標は予め間引いて、近傍に集まっている座標のみから重心を算出しても良い。なお、本例以外の公知の統計学的手法を用いて、複数の推定位置座標から最終的な位置を決定して良い。
【００３６】
ここで、処理４０４の位置推定を毎回行わずに、電波強度情報１７のみを蓄積して、最後に複数の電波強度情報１７から、最終的な無線端末４の位置を決定しても良い。例えば、基地局３−Ａが制御情報１６を２回変更し、合計３回の電波強度情報１７を取得した場合に、基地局３Ａの３つの電波強度情報１７から総合的に無線端末４までの距離を１つだけ算出する。基地局３−Ｂと基地局３−Ｃも同様に、それぞれ無線端末４までの距離を１つだけ算出する。この場合、算出された３つの距離を元に、無線端末４の位置を推定し、その座標を最終的な無線端末の位置とすれば良い。
【００３７】
なお、ここでは簡単のために２次元の座標系で説明したが、３次元の座標系であっても同様である。特に、基地局３と無線端末４の高さが同じでない場合には、３次元の座標系で計算する必要があるが、全ての基地局３と無線端末４が所定の高さにあるものとみなして距離を計算すれば良い。すなわち、投影法によって３次元座標系を２次元座標系に変換するだけであるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００３８】
基地局３は管理装置２から送信される制御情報１６によらず、自律的に制御値を設定しても良い。ただし、この場合は電波強度情報１７の他に、基地局３が自律的に設定した制御値に関する情報を、管理装置２に送信する必要がある。また、複数の基地局３は一斉に制御値を設定しても良いし、個別に変更しても良い。一斉に制御値を変更する場合には、一回のデータ通信、例えばブロードキャスト通信などで同時に制御値を変更できるというメリットがある。
【００３９】
次に、本発明の位置検出システム１における、無線端末の位置決定に関わるデータの流れを図６に従って詳細に説明する。ここではまず、例として無線端末４と三つの基地局３と管理装置２は図６のように枝分かれの無い経路で通信を行うものとする。すなわち、無線端末４は全ての基地局と直接通信可能であるが、管理装置２とのデータ通信は基地局３−Ａを必ず介して行うものとする。また、基地局３−Ａは基地局３−Ｂを介して、基地局３−Ｂは基地局３−Ｃを介して管理装置２とデータ通信を行う。また、各個体を識別するために無線端末４のアドレスを００、基地局３−Ａ，基地局３−Ｂ，基地局３−Ｃのアドレスをそれぞれ０１，０２，０３とし、管理装置２のアドレスを１０と仮定する。
【００４０】
まず、無線端末４は基地局３−Ａとデータ通信を行い、基地局３−Ａとの電波強度を測定する（処理６０１）。図６では簡単のために、全て一回の通信で無線端末４側から基地局３側への一方向の通信のみが示してあるが、再送処理などの複数回の通信や、ＡＣＫ／ＮＡＣＫなどを含めた双方向通信を行って電波強度を測定しても良い。複数回の通信を行う場合には各回の電波強度の平均値を使用しても良いし、最後に通信を行った際の電波強度を使用しても良い。
【００４１】
同様に無線端末４は基地局３−Ｂや基地局３−Ｃともデータ通信を行いそれぞれの電波強度を測定する（処理６０２，処理６０３）。ここで、電波強度の測定は無線端末４側で実施しても良いし、基地局３側で実施しても良い。ただし、無線端末４側で電波強度を測定する場合には、基地局３から無線端末４へのデータ送信があるものとする。
【００４２】
無線端末４側で実施した場合には、複数の基地局３との電波強度を１つの電波強度情報１７にまとめて、基地局３−Ａ，基地局３−Ｂ，基地局３−Ｃを介して、管理装置２に送信する（処理６０４，処理６０７）。
【００４３】
図７に無線端末４が複数の基地局３の電波強度情報１７を、まとめて管理装置２へ送信する場合のデータフレーム７００の例を示す。データフレーム７００はフレームヘッダ、直近の送信先アドレス，直近の送信元アドレス，送信先アドレス，送信元アドレス，送信データ，フレームフッタから構成される。フレームヘッダとフレームフッタ以外の順番は図７に示す通りでなくても良い。
【００４４】
ここで、フレームヘッダとは例えば、フレーム開始コード，フレーム種別，フレーム長，フレームシーケンス番号などである。また、フレームフッタとは例えば、ＣＲＣなどの冗長化符号，フレーム終了コードなどである。直近の送信先アドレスは、二つの機器が直接通信を行う場合に、送信先となる機器のアドレスである。同様に直近の送信元アドレスは、二つの機器が直接通信を行う場合に、送信元となる機器のアドレスである。送信先アドレスはデータの最終送信先となる機器のアドレスである。同様に、送信元アドレスはデータの最初の送信元でとなる機器のアドレスである。
【００４５】
例えば、処理６０４において無線端末４が最終送信先を管理装置２として電波強度情報１７を送信した場合には、まずデータフレーム７０４のように、直近の送信先アドレスは０１、直近の送信元アドレスは００、送信先アドレスは１０、送信元アドレスは００と設定される。処理６０５〜処理６０７に関しても同様に、それぞれデータフレーム７０４からデータフレーム７０７に示すように設定される。送信データには電波強度情報１７が含まれており、例えば、図７に示すように、各基地局３のアドレスや電波強度などが含まれている。また、その他に各基地局３の制御値、例えば、高さなどの情報が複数含まれていても良い。
【００４６】
一方、基地局３側で電波強度を測定する場合、もしくは、無線端末４側で測定して基地局３ごとに個別の電波強度情報１７を送信する場合には、処理６０４〜処理６０７の代わりに、処理６０８〜処理６１６に示す通りにデータ通信が行われる。なお、基地局３側で電波強度を測定して管理装置２へ電波強度情報１７を送信する場合には、処理６０８，処理６１２，処理６１５は不要である。
【００４７】
図８に基地局３が電波強度情報１７を、個別に管理装置２へ送信する場合のデータフレーム８００の例を示す。データフレーム８００の構造は先の図７の場合と同様であるが、送信データには無線端末４のアドレスと無線端末４との電波強度が含まれている。ここでも同様に、電波強度の他に、基地局３の設定値などが含まれていても良い。例えば、処理６０９において、基地局３−Ａが最終送信先を管理装置２として電波強度情報１７を送信した場合には、データフレーム８０９のように、直近の送信先アドレスは０２，直近の送信元アドレスは０１，送信先アドレスは１０，送信元アドレスは０１と設定される。処理６１３と処理６１６に関しても同様に、それぞれデータフレーム８１３とデータフレーム８１６に示すように設定される。
【００４８】
次に、電波強度情報１７を受信した管理装置２は、電波強度情報１７もしくは、電波強度情報１７から推定した無線端末４の位置を記憶部８に保存する。管理装置２は各基地局３に対して、新たな制御情報１６を送信する。制御情報１６は、図６の処理６１７から処理６１９に示す流れでまとめて送信しても良いし、基地局３ごとに複数回に分けて送信しても良い。まとめて送信する場合には、各基地局３は必要な部分を抽出した後、次の基地局へ制御情報を送信する。
【００４９】
図９に管理装置２が基地局３へ送信する制御情報１６のデータフレーム９００の例を示す。基地局３ごとに制御情報１６を分けて送信する場合には、データフレーム９００は図９（ａ）に示す構成となる。すなわち、処理６１７において、管理装置２が基地局３−Ａに制御情報１６を送信する場合には、データフレーム９０１を送信し、同様に、基地局３−Ｂ，３−Ｃに制御情報１６を送信する場合には、それぞれデータフレーム９０２，データフレーム９０３を送信する。ここで、送信データには各基地局に対する制御情報１６が設定されている。また、全ての基地局３の制御情報１６をまとめて送信する場合には、データフレーム９００は図９（ｂ）に示す構成となる。すなわち、処理６１７において、管理装置２は基地局３に対して、データフレーム９０４を送信する。送信データに各基地局のアドレスと対応する制御情報１６が含まれている。
【００５０】
全ての基地局３と無線端末４が必要な制御情報１６を受信して、制御値の変更を終了した場合には、処理６０１からの処理が再び繰り返される。ここで、無線端末４が２回目以降の電波強度測定を開始するタイミングを、基地局３−Ａ，３−Ｂ，３−Ｃからの指示によって決定しても良い（処理６２０〜処理６２２）。この場合、処理６２１から処理６２２のデータ送信を、無線端末４と基地局３との間の電波強度測定に利用しても良い。すなわち、２回目以降の処理では、処理６０１から処理６０３は省略可能である。
【００５１】
他の例として、無線端末４と複数の基地局３および管理装置２とが、ツリー型の経路で通信を行う場合のデータの流れを図１０に示す。本例では、無線端末４は全ての基地局と直接通信可能であるが、管理装置とのデータ通信は基地局３−Ａおよび基地局３−Ｃを介して行うものとする。また、基地局３−Ａは基地局３−Ｃを介して、基地局３−Ｂは基地局３−Ｃを介して管理装置２とデータ通信を行うものとする。
【００５２】
まず、無線端末４が基地局３−Ａ，３−Ｂ，３−Ｃとデータ通信を行い各基地局３からの電波強度を測定する。本処理は先述した処理６０１から処理６０３と同様であるので、図１０では省略している。無線端末４は複数の基地局３の電波強度情報１７を、まとめて管理装置２に送信する場合には、処理１０１から処理１０３のように、基地局３−Ａと基地局３−Ｃを介してデータ通信を行う。また、電波強度情報１７を基地局３ごとに個別に送信する場合に関しても、図６の例と一部の通信経路が異なるのみで、同様であるためここでは説明を省略する。
【００５３】
次に、管理装置２は各基地局３に対して、制御情報１６を送信する。ここで、各基地局３の制御情報１６を、処理１０４に示すようにまとめて送信しても良い。この場合、途中で経路が分岐する箇所、すなわち基地局３−Ｃがそれぞれ、基地局３−Ａと基地局３−Ｂに対して個別に制御情報１６を送信すれば良い（処理１０５，処理１０６）。また、処理１０７から処理１１０に示すように、分岐する経路ごと、もしくは基地局ごとに、はじめから制御情報１６を分けて送信しても良い。以降の処理は、図６において説明したものと同様であるためここでは省略する。このように、本発明は通信経路の構成に関わらず適用可能である。
【００５４】
以上、本実施形態によれば、基地局３の数が少なくても、各基地局３の制御情報１６を様々に変化させながら、繰り返し電波強度を測定することによって、多数の基地局３からの情報を得た場合と同様に、高精度な位置推定が可能である。
【実施例２】
【００５５】
以下、本発明の実施例２について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る位置検出システム１の構成例は図１と同様であるため、ここでは省略する。
【００５６】
図１１に示すように本実施例における管理装置２は、処理部６と通信部７と記憶部８とから構成され、実施例１の場合と同様に、通信部７により基地局３とデータ通信を行う。通信部７と記憶部８の機能は実施例１と同様である。処理部６は端末位置推定部９と制御情報発行部１０と絶対位置取得部１８と位置情報比較部１９と制御値最適化部２０とから構成される。処理部６はＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備え、記憶部８に保存されたプログラムを実行することにより、後述する各機能を実現する。
【００５７】
端末位置推定部９および制御情報発行部１０は実施例１と同様の機能を有する。絶対位置取得部１８は、無線端末の正確な絶対位置（以降、絶対位置情報１８とする）を取得するための機能を有する。絶対位置情報は予め記憶部に保存されていても良いし、外部の機器との通信によって取得しても良い。位置情報比較部１９は、端末位置推定部９によって推定した無線端末４の位置と、絶対位置取得部によって得られた無線端末４の絶対位置とを比較し、無線端末４の位置推定誤差を求める機能を有する。制御値最適化部２０は、位置情報比較部１９において得られた位置推定誤差をもとに、最も高精度に位置を推定可能な、各基地局３の制御値を求める機能を有する。最適な制御値が得られた場合には、制御情報発行部１０において制御情報１６を生成し、通信部７を介して、各基地局３へ送信する。
【００５８】
基地局３と無線端末４は実施例１と同様の機能を有するので、ここでは詳細な説明を省略する。ただし、無線端末４は自身の正確な絶対位置情報２１を管理装置２に通知する機能を有していても良い。本実施例の位置検出システム１が無線端末４の位置を推定と、最適な制御値の算出を行うための処理について、図１２を用いて詳しく説明する。
【００５９】
まず、管理装置２は所定の制御情報１６を設定して各基地局３に送信し、各基地局３は制御値を設定する（処理１２０１）。本処理は実施例１の図４における処理４０６および処理４０７と同様なので詳細な説明は省略する。次に、無線端末４と各基地局３との電波強度を測定し、管理装置２は受信した電波強度情報１７から無線端末４の位置を推定する（処理１２０２）。本処理は、実施例１の図４における処理４０１から処理４０４までの処理と同様であるため詳しい説明は省略する。
【００６０】
次に、管理装置２は絶対位置取得部１８の機能により、無線端末４の絶対位置情報２１を取得する（処理１２０３）。ここで、無線端末４が自身の絶対位置情報１８を管理装置２に送信することによって実現しても良い。絶対位置情報１８は電波強度情報１７と同一のデータフレームとして送信しても良いし、別のデータフレームとして送信しても良い。次に、管理装置２は推定した位置と、絶対位置情報２１から得られた位置とを比較して、その誤差を記憶部８に保存する（処理１２０４）。
【００６１】
処理１２０１から処理１２０４までの処理を、制御情報１６を変更しながら所定回数繰り返し実行する（処理１２０５）。さらに、無線端末４の位置を所定の回数だけ変更し（処理１２０６）、処理１２０１から処理１２０５までの処理を繰り返し実行する（処理１２０７）。このように、制御情報１６と無線端末４の位置を変更しながら、位置推定の誤差を記憶部８に保存していく。制御値最適化部２０は、記憶部に保存された情報の中から、位置推定の誤差が最も少なかった時の制御値を、最適な制御値として決定する（処理１２０８）。ここで、最も誤差の少ない制御値の決定は、対象とする全ての位置について、誤差の平均を計算することによって実現できる。
【００６２】
例えば、図１３のように位置（１，１）から位置（２，２）までの４箇所に無線端末４を設置し、各位置において、３通りの制御値Ａ，制御値Ｂ，制御値Ｃに設定して位置推定を行い、誤差の算出を行ったとする。その結果、位置（１，１）においては、制御値Ａとした場合に、誤差が５ｍとなり、同様に制御値Ｂ、及び制御値Ｃでは、それぞれ誤差が４ｍ，３ｍであったとする。他の位置でも図１２に示すように制御値ごとに誤差を得られたとする。制御値Ａに設定した場合の４箇所の平均誤差は、（５＋３＋４＋２）／４＝３.５、同様に制御値Ｂの平均誤差は、（４＋４＋４＋２）／４＝３.７５、制御値Ｃの平均誤差は、（３＋５＋４＋４）／４＝４となる。従って、最も誤差の少ない制御値Ａが最適な制御値となる。
【００６３】
ここで、４つの位置を全て同等に扱って計算を行ったが、位置ごとに重み付けを行って計算しても良い。例えば、特に位置（１，１）において高精度に位置推定を行いたい場合には、位置（１，１）の重み付けを１.５として設定し、その他は１.０とする。すると、各制御情値における総合的な誤差は次のように求められる。
制御値Ａは、（５×１.５＋３×１.０＋４×１.０＋２×１.０）／４＝４.１２５、
制御値Ｂは、（４×１.５＋４×１.０＋４×１.０＋２×１.０）／４＝４
制御値Ｃは、（３×１.５＋５×１.０＋４×１.０＋４×１.０）／４＝４.３７５
となる。したがって、この場合には制御値Ｂが最適となる。
【００６４】
以上のようにして決定した最適な制御値をもとに、制御情報１６を発行し、管理装置２から基地局３へ送信する（処理１２０９）。基地局３は受信した制御情報１６に従って自身の制御値を設定し、以降は高い検出精度を維持したまま位置検出システム１を運用できる。
【００６５】
なお、本発明の実施例では無線端末４と基地局３との距離を算出するために、無線電波の受信強度を使用しているが、これ以外に電波の到達時間を使用しても良い。
【００６６】
以上、本実施形態によれば、前述の実施形態と同様に高精度な位置推定を行うことを実現出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、無線ＬＡＮや無線ＰＡＮなどに代表される無線通信技術を使用して、特定の無線端末の位置を検出する分野に適用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る位置検出システム１の構成例を示した図である。
【図２】実施例１の管理装置２の構成例を示した図である。
【図３】無線端末基地局３の構成例を示した図である。
【図４】位置検出システム１における無線端末の位置決定処理の例を示したフローチャートである。
【図５】位置検出システム１における無線端末の位置推定例を示した図である。
【図６】位置検出システム１におけるデータフローの例を示したシーケンス図である。
【図７】電波強度情報１７のデータフレームの例を示した図である。
【図８】電波強度情報１７のデータフレームの例を示した図である。
【図９】制御情報１６のデータフレームの例を示した図である。
【図１０】位置検出システム１におけるデータフローの例を示したシーケンス図である。
【図１１】実施例２の管理装置２の構成例を示した図である。
【図１２】実施例２において最適な制御値を決定する処理の例を示したフローチャートである。
【図１３】実施例２において各位置における制御値と位置推定誤差の例を示した図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  位置検出システム
２  管理装置
３  無線端末基地局
４  無線端末
５  柱
６  処理部
７  通信部
８  記憶部
９  端末位置推定部
１０  制御情報発行部
１１  無線通信部
１２  可動部
１３  制御部
１４  電波強度測定部
１５  アンテナ
１６  制御情報
１７  電波強度情報
１８  絶対位置取得部
１９  位置情報比較部
２０  制御値最適化部
２１  絶対位置情報
【図１】
0004945480.tif 000002
【図２】
0004945480.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004945480.tif 000008
【図８】
0004945480.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004945480.tif 000011
【図１１】
0004945480.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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