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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023080986
(43)【公開日】2023-06-09
(54)【発明の名称】移動体、および移動体の位置を推定する方法
(51)【国際特許分類】
G01S 5/14 20060101AFI20230602BHJP
【ＦＩ】
G01S5/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021194599
(22)【出願日】2021-11-30
(71)【出願人】
【識別番号】504255685
【氏名又は名称】国立大学法人京都工芸繊維大学
(71)【出願人】
【識別番号】515207352
【氏名又は名称】株式会社シュルード設計
(74)【代理人】
【識別番号】110000796
【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】東 善之
(72)【発明者】
【氏名】安達 基朗
【テーマコード（参考）】
5J062
【Ｆターム（参考）】
5J062AA08
5J062AA09
5J062BB05
5J062DD24
5J062EE01
(57)【要約】
【課題】簡易な構成で、移動体の位置を高精度かつ高更新レートに推定する。
【解決手段】複数のアンカＡ１～Ａｎが設置された領域を移動する移動体Ｔであって、電波によって複数のアンカＡ１～Ａｎと断続的に通信する通信部２と、通信部２が通信を行った各アンカと移動体Ｔとの距離を推定する距離推定部３と、前記推定された距離に基づき、移動体Ｔの位置を推定する位置推定部４と、前記推定された位置に応じて、複数のアンカＡ１～Ａｎから通信部２が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択部６と、を備え、アンカ選択部６は、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報Ｄ１を参照して、前記３以上のアンカを選択する。
【選択図】図１
【解決手段】複数のアンカＡ１～Ａｎが設置された領域を移動する移動体Ｔであって、電波によって複数のアンカＡ１～Ａｎと断続的に通信する通信部２と、通信部２が通信を行った各アンカと移動体Ｔとの距離を推定する距離推定部３と、前記推定された距離に基づき、移動体Ｔの位置を推定する位置推定部４と、前記推定された位置に応じて、複数のアンカＡ１～Ａｎから通信部２が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択部６と、を備え、アンカ選択部６は、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報Ｄ１を参照して、前記３以上のアンカを選択する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のアンカが設置された領域を移動する移動体であって、
電波によって前記複数のアンカと断続的に通信する通信部と、
前記通信部が通信を行った各アンカと前記移動体との距離を推定する距離推定部と、
前記推定された距離に基づき、前記移動体の位置を推定する位置推定部と、
前記推定された位置に応じて、前記複数のアンカから前記通信部が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択部と、
を備え、
前記アンカ選択部は、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報を参照して、前記３以上のアンカを選択する、移動体。
電波によって前記複数のアンカと断続的に通信する通信部と、
前記通信部が通信を行った各アンカと前記移動体との距離を推定する距離推定部と、
前記推定された距離に基づき、前記移動体の位置を推定する位置推定部と、
前記推定された位置に応じて、前記複数のアンカから前記通信部が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択部と、
を備え、
前記アンカ選択部は、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報を参照して、前記３以上のアンカを選択する、移動体。
【請求項2】
前記アンカ選択用情報において、前記領域内の各位置が、
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
の少なくともいずれかに基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けられている、請求項１に記載の移動体。
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
の少なくともいずれかに基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けられている、請求項１に記載の移動体。
【請求項3】
前記アンカ選択用情報において、前記領域内の各位置は、前記指標（ａ）～（ｄ）に基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けられている、請求項２に記載の移動体。
【請求項4】
前記アンカ選択部は、３～５のアンカを選択する、請求項１～３のいずれかに記載の移動体。
【請求項5】
前記電波はＵＷＢ信号である、請求項１～４のいずれかに記載の移動体。
【請求項6】
複数のアンカが設置された領域を移動する移動体の位置を推定する方法であって、
電波によって前記複数のアンカと断続的に通信する通信ステップと、
前記通信を行った各アンカと前記移動体との距離を推定する距離推定ステップと、
前記推定された距離に基づき、前記移動体の位置を推定する位置推定ステップと、
前記推定された位置に応じて、前記複数のアンカから前記通信部が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択ステップと、
を備え、
前記アンカ選択ステップでは、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報を参照して、前記３以上のアンカを選択する、方法。
電波によって前記複数のアンカと断続的に通信する通信ステップと、
前記通信を行った各アンカと前記移動体との距離を推定する距離推定ステップと、
前記推定された距離に基づき、前記移動体の位置を推定する位置推定ステップと、
前記推定された位置に応じて、前記複数のアンカから前記通信部が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択ステップと、
を備え、
前記アンカ選択ステップでは、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報を参照して、前記３以上のアンカを選択する、方法。
【請求項7】
前記通信ステップに先立って、
前記領域内の各位置を、
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標、および
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
の少なくともいずれかに基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けることにより、前記アンカ選択用情報を作成する作成ステップと、
前記アンカ選択用情報を前記移動体に登録する登録ステップと、
をさらに備える、請求項６に記載の方法。
前記領域内の各位置を、
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標、および
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
の少なくともいずれかに基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けることにより、前記アンカ選択用情報を作成する作成ステップと、
前記アンカ選択用情報を前記移動体に登録する登録ステップと、
をさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記作成ステップに先立って、
前記領域内に前記複数のアンカを設置する設置ステップと、
前記複数のアンカの座標を決定する座標決定ステップと。
をさらに備える、請求項７に記載の方法。
前記領域内に前記複数のアンカを設置する設置ステップと、
前記複数のアンカの座標を決定する座標決定ステップと。
をさらに備える、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記座標決定ステップでは、
３Ｄレーザスキャナと、各アンカの近傍に設けられた３Ｄ計測用マーカとを用いて前記アンカの座標を決定する、請求項８に記載の方法。
３Ｄレーザスキャナと、各アンカの近傍に設けられた３Ｄ計測用マーカとを用いて前記アンカの座標を決定する、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動体の位置を推定する技術に関し、特に、ＧＰＳ信号以外の電波を用いて移動体の位置を推定する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
ＧＰＳ信号の届かない領域（例えば橋梁下部など）を移動する移動体の位置を推定するために、領域内に複数のアンカ（地上局）を設置し、移動体（タグ）とアンカとの間で無線通信を行い、各アンカと移動体との間の距離を計測することにより、移動体の位置（座標）を推定するシステムが提案されている。無線通信のための電波としては、３～８ＧＨｚのＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ－Ｂａｎｄ）信号が広く用いられている。
【0003】
移動体の位置推定精度を低下させる要因として、
（１）ＬＯＳ（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ） ｏｒ ＮＬＯＳ（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ）、すなわち、見通しの有無
（２）反射波によるマルチパス
（３）反射波の経路長と直線距離との差
（４）ＤＯＰ（Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）、すなわち、移動体とアンカとの位置関係の幾何学的な要因
がある。
（１）ＬＯＳ（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ） ｏｒ ＮＬＯＳ（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ）、すなわち、見通しの有無
（２）反射波によるマルチパス
（３）反射波の経路長と直線距離との差
（４）ＤＯＰ（Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）、すなわち、移動体とアンカとの位置関係の幾何学的な要因
がある。
【0004】
（１）の要因について、図１０を参照して説明する。図１０に示すように、アンカＡ１が設置された室内を移動体Ｔが移動している場合において、アンカＡ１と移動体Ｔとの間に柱Ｃ等の電波遮蔽体が存在する瞬間は、アンカＡ１から移動体Ｔには直接波は届かない（ＮＬＯＳ）。このとき、金属板Ｍなどの高反射率素材を反射する電波Ｒ１はあまり減衰しないが、反射率の低い壁を反射する電波Ｒ２は、減衰して移動体Ｔに到達する。このように反射回数や反射する素材の吸収率によって、通信自体が不安定になり、位置推定精度の低下を招く。
【0005】
（２）および（３）の要因について、図１１を参照して説明する。図１１に示すように、２台のアンカＡ１，Ａ２が設置された室内を移動体Ｔが移動している場合において、アンカＡ１，Ａ２と移動体Ｔとの間に壁Ｗ等の電波遮蔽体が存在する瞬間は、アンカＡ１，Ａ２から移動体Ｔには直接波は届かない。このとき、アンカＡ１，Ａ２からの電波Ｒ１，Ｒ２は、金属板Ｍを反射して移動体Ｔに到達するが、移動体ＴとアンカＡ１との直線距離Ｌ１よりも移動体ＴとアンカＡ２との直線距離Ｌ２のほうが短いにもかかわらず、経路長は、電波Ｒ１よりも電波Ｒ２のほうが長くなる。このように、反射波によるマルチパスにより、複数のアンカの位置関係が移動体から見て逆転する可能性があり、位置推定精度を低下させる。また、反射波の経路長と直線距離との差、すなわち、電波Ｒ１の経路長と直線距離Ｌ１との差、および、電波Ｒ２の経路長と直線距離Ｌ２との差も、位置を算出するための距離の誤差となるため、位置推定精度を低下させる。
【0006】
（３）の要因について、図１２および図１３を参照して説明する。電波による距離測定の結果には誤差があるため、１つのアンカから推定可能な移動体の位置は、幅△Ｄ１の帯状の範囲になる。図１２に示すように、移動体から一方のアンカＡ１への方向と、移動体から他方のアンカＡ２への方向との角度が小さい場合は、前記帯状の範囲が重なり合う領域、すなわち、移動体の推定位置は、細長の略菱形状になる（△Ｄ２＞△Ｄ３）。これに対し、図１３に示すように、移動体から一方のアンカＡ１への方向と、移動体から他方のアンカＡ２への方向との角度がほぼ直角の場合は、前記帯状の範囲が重なり合う領域、すなわち、移動体の推定位置は、略正方形状になる（△Ｄ２≒△Ｄ３）。図１２に示す略菱形状の領域のほうが、図１３に示す略正方形状の領域よりも大きいため、図１２に示すアンカＡ１，Ａ２は、移動体との位置関係からＤＯＰが高くなり、位置推定精度が低くなる。
【0007】
これに対し、特許文献１には、複数の基地局（アンカ）が設置された領域を移動する移動局（移動体）の位置を、ＤＯＰを考慮して高精度に推定する発明が開示されている。具体的には、領域内の各位置におけるＤＯＰによる精度劣化が最小となる基地局の組合わせを基地局組合わせ情報として測位サーバに登録しておき、測位サーバが、当該基地局組合わせ情報を参照して、測位に用いる基地局を選択し、移動局の位置を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２００８－２４９６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１に記載の発明では、アンカおよび移動体以外に、アンカを制御する測位サーバを必要とするため、システム構成が複雑である。また、特許文献１に記載の発明では、ＤＯＰ以外の精度劣化を考慮していないため、壁や柱があるような領域においては、高精度かつ高更新レートの位置推定はできない。
【0010】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で、移動体の位置を高精度かつ高更新レートに推定することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を含む。
項１．
複数のアンカが設置された領域を移動する移動体であって、
電波によって前記複数のアンカと断続的に通信する通信部と、
前記通信部が通信を行った各アンカと前記移動体との距離を推定する距離推定部と、
前記推定された距離に基づき、前記移動体の位置を推定する位置推定部と、
前記推定された位置に応じて、前記複数のアンカから前記通信部が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択部と、
を備え、
前記アンカ選択部は、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報を参照して、前記３以上のアンカを選択する、移動体。
項２．
前記アンカ選択用情報において、前記領域内の各位置が、
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
の少なくともいずれかに基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けられている、項１に記載の移動体。
項３．
前記アンカ選択用情報において、前記領域内の各位置は、前記指標（ａ）～（ｄ）に基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けられている、項２に記載の移動体。
項４．
前記アンカ選択部は、３～５のアンカを選択する、項１～３のいずれかに記載の移動体。
項５．
前記電波はＵＷＢ信号である、項１～４のいずれかに記載の移動体。
項６．
複数のアンカが設置された領域を移動する移動体の位置を推定する方法であって、
電波によって前記複数のアンカと断続的に通信する通信ステップと、
前記通信を行った各アンカと前記移動体との距離を推定する距離推定ステップと、
前記推定された距離に基づき、前記移動体の位置を推定する位置推定ステップと、
前記推定された位置に応じて、前記複数のアンカから前記通信部が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択ステップと、
を備え、
前記アンカ選択ステップでは、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報を参照して、前記３以上のアンカを選択する、方法。
項７．
前記通信ステップに先立って、
前記領域内の各位置を、
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
の少なくともいずれかに基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けることにより、前記アンカ選択用情報を作成する作成ステップと、
前記アンカ選択用情報を前記移動体に登録する登録ステップと、
をさらに備える、項６に記載の方法。
項８．
前記作成ステップに先立って、
前記領域内に前記複数のアンカを設置する設置ステップと、
前記複数のアンカの座標を決定する座標決定ステップと。
をさらに備える、項７に記載の方法。
項９．
前記座標決定ステップでは、
３Ｄレーザスキャナと、各アンカの近傍に設けられた３Ｄ計測用マーカとを用いて前記アンカの座標を決定する、項８に記載の方法。
項１．
複数のアンカが設置された領域を移動する移動体であって、
電波によって前記複数のアンカと断続的に通信する通信部と、
前記通信部が通信を行った各アンカと前記移動体との距離を推定する距離推定部と、
前記推定された距離に基づき、前記移動体の位置を推定する位置推定部と、
前記推定された位置に応じて、前記複数のアンカから前記通信部が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択部と、
を備え、
前記アンカ選択部は、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報を参照して、前記３以上のアンカを選択する、移動体。
項２．
前記アンカ選択用情報において、前記領域内の各位置が、
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
の少なくともいずれかに基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けられている、項１に記載の移動体。
項３．
前記アンカ選択用情報において、前記領域内の各位置は、前記指標（ａ）～（ｄ）に基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けられている、項２に記載の移動体。
項４．
前記アンカ選択部は、３～５のアンカを選択する、項１～３のいずれかに記載の移動体。
項５．
前記電波はＵＷＢ信号である、項１～４のいずれかに記載の移動体。
項６．
複数のアンカが設置された領域を移動する移動体の位置を推定する方法であって、
電波によって前記複数のアンカと断続的に通信する通信ステップと、
前記通信を行った各アンカと前記移動体との距離を推定する距離推定ステップと、
前記推定された距離に基づき、前記移動体の位置を推定する位置推定ステップと、
前記推定された位置に応じて、前記複数のアンカから前記通信部が通信を行う３以上のアンカを選択するアンカ選択ステップと、
を備え、
前記アンカ選択ステップでは、前記領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報を参照して、前記３以上のアンカを選択する、方法。
項７．
前記通信ステップに先立って、
前記領域内の各位置を、
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
の少なくともいずれかに基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けることにより、前記アンカ選択用情報を作成する作成ステップと、
前記アンカ選択用情報を前記移動体に登録する登録ステップと、
をさらに備える、項６に記載の方法。
項８．
前記作成ステップに先立って、
前記領域内に前記複数のアンカを設置する設置ステップと、
前記複数のアンカの座標を決定する座標決定ステップと。
をさらに備える、項７に記載の方法。
項９．
前記座標決定ステップでは、
３Ｄレーザスキャナと、各アンカの近傍に設けられた３Ｄ計測用マーカとを用いて前記アンカの座標を決定する、項８に記載の方法。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、簡易な構成で、移動体の位置を高精度かつ高更新レートに推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係る位置推定システムの概略構成を示すブロック図である。
【図2】移動体の位置推定を説明するための図である。
【図3】アンカ選択用情報の一例である。
【図4】移動体の位置を推定する方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図5】アンカの座標を決定する手法の説明図である。
【図6】移動体が移動する領域の平面図である。
【図7】移動体が移動する領域の平面図である。
【図8】（ａ）～（ｄ）はそれぞれ、各計測点でのＭＰ、ＤＬ、ＤＯＰおよびＳＳである。
【図9】全てのアンカを通信対象としたときの、評価関数計算結果を可視化した図である。
【図10】見通しの有無による位置推定精度の低下を説明するための図である。
【図11】マルチパスによる位置推定精度の低下を説明するための図である。
【図12】ＤＯＰによる位置推定精度の低下を説明するための図である。
【図13】ＤＯＰによる位置推定精度の低下を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。
【0015】
（システム構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る位置推定システム１の概略構成を示すブロック図である。位置推定システム１は、所定の領域を移動する移動体Ｔの位置を推定するシステムであり、当該に設置された複数のアンカＡ１～Ａｎを備えている。例えば、所定の領域は建築作業現場であり、移動体Ｔは作業員である。
図１は、本発明の一実施形態に係る位置推定システム１の概略構成を示すブロック図である。位置推定システム１は、所定の領域を移動する移動体Ｔの位置を推定するシステムであり、当該に設置された複数のアンカＡ１～Ａｎを備えている。例えば、所定の領域は建築作業現場であり、移動体Ｔは作業員である。
【0016】
アンカＡ１～Ａｎの台数は少なくとも３以上であれば特に限定されないが、本実施形態ではｎ（ｎ≧３）である。各アンカＡ１～Ａｎは、周期的にＵＷＢ信号を発しており、ＵＷＢ信号には、発信時刻およびアンカ識別情報が含まれている。
【0017】
移動体Ｔには、ＵＷＢ通信モジュール（タグ）が取り付けられている。ＵＷＢ通信モジュールは、例えば、１３ｍｍ×２３ｍｍ程度のチップ形状であり、最大３００ｍの範囲で各アンカＡ１～Ａｎと通信可能である。
【0018】
移動体（タグ）Ｔは、機能ブロックとして、記憶部Ｓと、通信部２と、距離推定部３と、位置推定部４と、アラーム部５と、アンカ選択部６とを備えている。記憶部Ｓには、タグを動作させる各種プログラムの他、アンカ選択用情報Ｄ１および立入禁止区域情報Ｄ２が記憶されている。通信部２、距離推定部３、位置推定部４、アラーム部５およびアンカ選択部６は、記憶部Ｓに記憶された所定のプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現することができる。
【0019】
通信部２は、電波によって複数のアンカＡ１～Ａｎと断続的に通信する機能を有している。本実施形態では、前記電波はＵＷＢ信号であるが、これに限らず、例えばＷｉ－Ｆｉ信号などであってもよい。
【0020】
距離推定部３は、通信部２が通信を行った各アンカと移動体Ｔとの距離を推定する機能を有している。例えば、通信部２がアンカＡｋ（３≦ｋ≦ｎ）と通信を行った場合、距離推定部３は、アンカＡｋから受信したＵＷＢ信号に含まれる発信時刻と、通信部２がＵＷＢ信号を受信した時刻との差から、アンカＡｋと移動体Ｔとの距離を推定する。
【0021】
位置推定部４は、距離推定部３によって推定された距離に基づき、移動体Ｔの位置を推定する機能を有している。例えば、図２に示すように、アンカＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の座標がそれぞれ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、（ｘ４、ｙ４、ｚ４）であり、アンカＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と移動体Ｔとの距離がそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４と推定された場合、移動体Ｔの座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、以下の式を解くことにより推定される。
【数1】
【0022】
なお、移動体Ｔの位置推定のためには、少なくとも３台のアンカが必要となる。通信対象となるアンカの数が増えるほど、位置推定精度は向上するが、位置推定の更新レートが低下するという問題が生じる。
【0023】
アラーム部５は、位置推定部４によって推定された位置が所定の領域内である場合に、移動体Ｔである作業員に警報を発する機能を有している。記憶部Ｓに記憶されている立入禁止区域情報Ｄ２には、作業現場における立入禁止区域の座標が含まれている。アラーム部５は、立入禁止区域情報Ｄ２を参照して、移動体Ｔの推定位置が立入禁止区域内であるか否かを判定し、推定位置が立入禁止区域内である場合に、音声等で警報を発する。
【0024】
アンカ選択部６は、位置推定部４によって推定された位置に応じて、複数のアンカＡ１～Ａｎから通信部２が通信を行う３以上のアンカを選択する機能を有している。より具体的には、アンカ選択部６は、領域内の位置と、当該位置の推定に適したアンカとを対応付けたアンカ選択用情報Ｄ１を参照して、前記３以上のアンカを選択する。
【0025】
図３は、アンカ選択用情報Ｄ１の一例である。アンカ選択用情報Ｄ１において、座標の列は、前記領域内の各位置であり、（ｘ、ｙ）＝（１、１）～（１１、１１）の１２１か所の位置が登録されている。なお、本実施形態では、領域内のｚ座標（高さ）は同じであるため、省略されている。
【0026】
そして、アンカ選択用情報Ｄ１では、各位置が、
（ａ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）アンカＡ１～Ａｎの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
に基づいて、移動体Ｔの位置推定に適した３～５のアンカに対応付けられている。対応付けの具体例については、後述する。
（ａ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）アンカＡ１～Ａｎの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
に基づいて、移動体Ｔの位置推定に適した３～５のアンカに対応付けられている。対応付けの具体例については、後述する。
【0027】
例えば、位置推定部によって推定された位置（ｘ、ｙ）が（１、２）であった場合、アンカ選択部６は、４つのアンカＡ１、Ａ２，Ａ５、Ａ６を選択する。この場合、通信部２は、アンカ選択部６が選択した４つのアンカＡ１、Ａ２，Ａ５、Ａ６のみと通信することにより、距離推定部３および位置推定部４による移動体Ｔの位置推定を正確かつ迅速に行うことができる。
【0028】
これに対し、従来の位置推定方法では、通信部２は、領域内の位置に関わらず、常に、全てのアンカＡ１～Ａｎと通信を行っているため、迅速に位置推定を行うことができず、更新レートが低かった。これに対し、本実施形態では、アンカ選択用情報Ｄ１において、位置推定に適したアンカが各位置についてあらかじめ登録されているので、通信を行うアンカを限定することができる。よって、位置推定精度を維持しながら、更新レートを向上させることができる。
【0029】
また、本実施形態では、アンカ選択用情報Ｄ１を移動体Ｔに登録し、移動体Ｔにおいて、アンカ選択用情報Ｄ１を参照して位置推定に適したアンカを選択しているので、特許文献１に記載の測位サーバを必要としない。よって、簡易な構成で、移動体の位置を高精度かつ高更新レートに推定することができる。
【0030】
さらに、本実施形態では、アンカの選択にあたって、ＤＯＰに関する指標だけでなく、上記（ａ）～（ｃ）のように、通信の安定性に関する指標（ＬＯＳ ｏｒ ＮＬＯＳ）および電波の経路の数に関する指標（マルチパス）を考慮している。よって、壁や柱があるような領域においても、高精度かつ高更新レートの位置推定が可能である。
【0031】
（処理手順）
図４は、本実施形態における移動体の位置を推定する方法の処理手順を示すフローチャートである。
図４は、本実施形態における移動体の位置を推定する方法の処理手順を示すフローチャートである。
【0032】
ステップＳ１（設置ステップ）では、移動体が移動する領域内に複数のアンカを設置する。
【0033】
ステップＳ２（座標決定ステップ）では、前記複数のアンカの座標を決定する。図５は、アンカの座標を決定する手法の説明図である。図５（ａ）に示す〇印の位置は、アンカの設置位置を示しており、図５（ｂ）に示すように、アンカの近傍には３Ｄ計測用マーカが設けられている。そして、図５（ｃ）に示す３Ｄレーザスキャナを用いて、建物等の物体を高精度（誤差１ｍｍ以下）に点群化するとともに、３Ｄ計測用マーカに基づき、アンカの座標を計測する。これにより、アンカの周囲環境とアンカの座標を効率的に取得でき、取得した３Ｄデータに基づいて、電波が伝搬可能な範囲をクリッピング操作で指定することができる。３Ｄ計測用マーカの態様は、３Ｄレーザスキャナによって認識可能なものであれば特に限定されない。
【0034】
図４に示すステップＳ３（作成ステップ）では、アンカ選択用情報Ｄ１を作成する。具体的には、領域内の各位置を、
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
に基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けることにより、アンカ選択用情報Ｄ１を作成する。アンカ選択用情報Ｄ１を作成する具体例を、図６～図９を参照して説明する。
（ａ）当該位置と前記複数の各アンカとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と前記複数の各アンカとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）前記アンカの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標
に基づいて、前記推定に適したアンカに対応付けることにより、アンカ選択用情報Ｄ１を作成する。アンカ選択用情報Ｄ１を作成する具体例を、図６～図９を参照して説明する。
【0035】
図６は、移動体が移動する領域の平面図である。領域は、全体が正方形状の部屋であり、その中心部には、四辺に隙間を有する正方形状の壁が存在する。×印は、アンカ選択用情報Ｄ１に登録する計測点であり、縦１１×横１１の計１２１か所である。●印は、アンカの位置である。各計測点における位置推定に適したアンカは下記（１）～（６）の手順で決定される。
【0036】
（１）レイトレース法により、各アンカから計測点までの伝搬の伝搬経路の最小反射回数を算出する。当該回数は、ＬＯＳならば０であり、ＮＬＯＳならば１以上である。
【0037】
（２）全てのアンカからｋ個のアンカを選び（アンカ群と称する）、それらのアンカから計測点までの反射回数の合計値ＭＰを求める。例えば、図７に示すように、計測点Ｐに対して下側の４つのアンカを選んだ場合、ＭＰ＝０＋０＋０＋１＝１となる。これを全ての測定点について行い、各測定点におけるＭＰを求める。そして、各測定点において、ＭＰが小さい上位のアンカ群を残す。これにより、マルチパスの影響が小さいアンカ群が複数残される。図８（ａ）は、各測定点における残されたアンカ群のＭＰを示している。
【0038】
（３）レイトレース法により、各アンカと計測点との間の、電波の経路長Ｒｉと直線距離Ｌｉとの差ｄＬｉの総和を評価値ＤＬとして算出する。
【数2】
【0039】
たとえば、図１１に示す各アンカＡ１，Ａ２および移動体Ｔが位置する計測点に関しては、ｄＬ１＝Ｒ１－Ｌ１、ｄＬ２＝Ｒ２－Ｌ２となるので、ＤＬ＝ｄＬ１＋ｄＬ２＝（Ｒ１－Ｌ１）＋（Ｒ２－Ｌ２）となる。これを、全ての測定点について行い、各測定点におけるＤＬを求める。図８（ｂ）は、各測定点でのＤＬを示している。
【0040】
（４）残されたアンカ群に対して、各計測点でのＤＯＰおよび電波強度（ＳＳ）を計算する。図８（ｃ）および（ｄ）は、各計測点でのＤＯＰおよびＳＳを示している。
【0041】
例えば、３つのアンカと通信する場合のＤＯＰは以下のように算出される。計測点の座標ｐを（ｘ、ｙ、ｚ）、各アンカの座標ｐｉ（ｉ＝１～３の整数）を（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、ｐとｐｉ間の距離をｌｉとすると、
となり、これらを用いて行列Ｄを、
のように定義する。
【数3】
【数4】
【0042】
ＤＴＤの逆行列から３×３の行列を得るが、この行列の対角成分がＸ、Ｙ、Ｚ方向のＤＯＰの二乗である。これらの値を、それぞれＸＤＯＰ、ＹＤＯＰ、ＺＤＯＰとする。以下にＤＴＤの逆行列Ｑを対角でない成分を省略して示す。
【数5】
【0043】
３次元空間における推定位置誤差に関するＤＯＰをＰＤＯＰ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ＤＯＰ）とし、同様に水平方向および垂直方向における推定位置誤差に関するＤＯＰをそれぞれ、ＨＤＯＰ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ＤＯＰ）、ＶＤＯＰ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ＤＯＰ）とする。これらは、以下のように、行列Ｑの対角成分を足し合わせ、平方根をとることで求められる。
【数6】
【0044】
なお、本実施形態では、基本的に３次元空間における推定位置誤差に関して評価するため、ＤＯＰとしてＰＤＯＰを用いることを基本とするが、これに限定されない。
【0045】
（５）各計測点におけるＤＯＰ、ＳＳ、ＭＰ、ＤＬを正規化する。例えば、ＤＯＰの正規化については、図８（ｃ）に示す行列の全要素からＤＯＰ内の最小値をオフセット値として除去し、オフセット除去後の行列を当該行列内の最大値で割ることにより正規化される。ＳＳ、ＭＰおよびＤＬの正規化も同様である。
【0046】
（６）正規化されたＤＯＰ、ＭＰ、ＤＬ、ＳＳに対して、下記の評価関数により測位信頼性の低下率を計算し、評価値Ｊが最小となるアンカ群をその計測点におけるｋ個の通信対象アンカとする。
ここで、ＷＤＯＰ、ＷＭＰ、ＷｄｍｐｌおよびＷＳＳはそれぞれ、ＤＯＰ、ＭＰ、ＤＬおよびＳＳに関する重み係数である。
【数7】
【0047】
図９は、全てのアンカを通信対象としたときの、評価関数計算結果を可視化した図である。青色の領域は、評価値Ｊが低い（測位精度が高い）領域であり、黄色の領域は、評価値Ｊが高い（測位精度が低い）領域である。
【0048】
以上により、領域内の各位置について、位置推定に適した通信対象アンカが対応付けられ、アンカ選択用情報Ｄ１が作成される。
【0049】
【0050】
続いて、ステップＳ５（通信ステップ）において、移動体Ｔの通信部２が、ＵＷＢ信号によって複数のアンカＡ１～Ａｎとの通信を開始する。開始後、最初の通信では、通信部２は、通信可能な全てのアンカと通信を行う。
【0051】
ステップＳ６（距離推定ステップ）において、移動体Ｔの距離推定部３は、通信部２が通信を行った各アンカと移動体Ｔとの距離を推定する。
【0052】
ステップＳ７（位置推定ステップ）において、移動体Ｔの位置推定部４は、距離推定部３によって推定された距離に基づき、移動体Ｔの位置を推定する。
【0053】
ステップＳ８において、移動体Ｔのアンカ選択部６は、アンカ選択用情報Ｄ１を参照し、位置推定部４によって推定された位置がアンカ選択用情報Ｄ１に登録されているかを判定する。なお、推定された位置座標の数値の精度が、アンカ選択用情報Ｄ１に登録されている座標の数値の精度よりも大きい場合（例えば、前記推定された位置座標の数値が小数点以下２桁であり、前記登録されている座標の数値が小数点以下１桁である場合）、アンカ選択部６は、前記推定された位置座標の数値を四捨五入した数値を、前記登録されている座標の数値と比較してもよい。
【0054】
当該推定された位置がアンカ選択用情報Ｄ１に登録されている場合（ステップＳ９においてＹＥＳ）、ステップＳ１０（アンカ選択ステップ）に移行し、アンカ選択部６は、当該位置に対応付けられているアンカ（アンカ群）を選択する。そして、ステップＳ１１において、通信部２が、アンカ選択部６によって選択されたアンカと通信を行い、以後、ステップＳ６～Ｓ８を繰り返す。
【0055】
なお、位置推定部４によって推定された位置がアンカ選択用情報Ｄ１に登録されていない場合（ステップＳ９においてＮＯ）、ステップＳ１２に移行し、通信部２は通信を終了する。
【0056】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【0057】
例えば、上記実施形態において、図１に示すアンカ選択用情報Ｄ１では、移動体Ｔが移動する領域の各位置が、
（ａ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）アンカＡ１～Ａｎの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標に基づいて、移動体Ｔの位置推定に適した３～５のアンカに対応付けられているが、（ａ）～（ｄ）の少なくともいずれかに基づいて、対応付けられていてもよい。また、対応づけるアンカの数は、特に限定されないが、通信を行うアンカの数が増えるほど更新レートが低下するため、当該数は３～５が好ましい。
（ａ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの通信の安定性に関する指標、
（ｂ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの間の前記電波の経路の数に関する指標
（ｃ）当該位置と各アンカＡ１～Ａｎとの間の、前記電波の経路長と直線距離との差に関する指標、および
（ｄ）アンカＡ１～Ａｎの組み合わせに対する当該位置のＤＯＰに関する指標に基づいて、移動体Ｔの位置推定に適した３～５のアンカに対応付けられているが、（ａ）～（ｄ）の少なくともいずれかに基づいて、対応付けられていてもよい。また、対応づけるアンカの数は、特に限定されないが、通信を行うアンカの数が増えるほど更新レートが低下するため、当該数は３～５が好ましい。
【0058】
また、上記実施形態において、移動体Ｔは作業員であったが、例えば地上移動ロボットやドローンであってもよい。
【符号の説明】
【0059】
１ 位置推定システム
２ 通信部
３ 距離推定部
４ 位置推定部
５ アラーム部
６ アンカ選択部
Ａ１～Ａｎ アンカ
Ｄ１ アンカ選択用情報
Ｄ２ 立入禁止区域情報
Ｓ 記憶部
Ｔ 移動体
２ 通信部
３ 距離推定部
４ 位置推定部
５ アラーム部
６ アンカ選択部
Ａ１～Ａｎ アンカ
Ｄ１ アンカ選択用情報
Ｄ２ 立入禁止区域情報
Ｓ 記憶部
Ｔ 移動体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】