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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】P2024037312
(43)【公開日】2024-03-19
(54)【発明の名称】位置推定システム及び位置推定方法
(51)【国際特許分類】
G01S 5/14 20060101AFI20240312BHJP
H04W 64/00 20090101ALI20240312BHJP
【ＦＩ】
G01S5/14
H04W64/00 110
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022142060
(22)【出願日】2022-09-07
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和 ４年８月２３日 一般社団法人電子情報通信学会主催、２０２２年電子情報通信学会ソサイエティ大会のダウンロードサイト（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｉｃｅ－ｔａｉｋａｉ．ｊｐ／２０２２ｓｏｃｉｅｔｙ／ｊｐｎ／ｐｄｆｄｏｗｎｌｏａｄ．ｈｔｍｌ）にて公開
(71)【出願人】
【識別番号】303056368
【氏名又は名称】東急建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504145342
【氏名又は名称】国立大学法人九州大学
(74)【代理人】
【識別番号】240000327
【弁護士】
【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 拓人
(72)【発明者】
【氏名】池田 直広
(72)【発明者】
【氏名】牟田 修
【テーマコード（参考）】
5J062
5K067
【Ｆターム（参考）】
5J062BB01
5J062BB03
5J062BB05
5J062CC18
5J062EE01
5K067AA21
5K067DD11
5K067DD44
5K067EE02
5K067EE10
5K067EE16
5K067JJ51
(57)【要約】
【課題】電波の伝搬を遮る障害物が変化する環境においても位置推定結果の誤差が生じにくい位置推定システム及び位置推定方法を提供する。
【解決手段】位置推定システム１は、計測対象エリアＡＲの所定の位置座標に配置され、相互に電波を送受信可能な４個以上の固定局３と、固定局３に到達する電波を発信可能な移動局５と、固定局３から、基準電波強度、及び、移動局電波強度を取得する電波強度取得部７と、基準電波強度及び移動局電波強度に基づいて、移動局５のフロア内の位置座標を推定する移動局位置推定部（制御部）１７とを備えている。移動局位置推定部１７は、基準電波強度を基準にして補正した移動局電波強度に基づいて、４個以上の固定局のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出部１７Ａと、４つ以上の固定局・移動局間距離に基づいて、移動局５の領域内の位置座標を算出する位置算出部１７Ｂを有する。
【選択図】図１
【解決手段】位置推定システム１は、計測対象エリアＡＲの所定の位置座標に配置され、相互に電波を送受信可能な４個以上の固定局３と、固定局３に到達する電波を発信可能な移動局５と、固定局３から、基準電波強度、及び、移動局電波強度を取得する電波強度取得部７と、基準電波強度及び移動局電波強度に基づいて、移動局５のフロア内の位置座標を推定する移動局位置推定部（制御部）１７とを備えている。移動局位置推定部１７は、基準電波強度を基準にして補正した移動局電波強度に基づいて、４個以上の固定局のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出部１７Ａと、４つ以上の固定局・移動局間距離に基づいて、移動局５の領域内の位置座標を算出する位置算出部１７Ｂを有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
建物内のフロアの計測対象エリアの所定の位置座標に配置され、相互に電波を送受信可能な４個以上の固定局と、
前記４個以上の固定局に到達する電波を発信可能な移動局と、
前記４個以上の固定局から、前記固定局のそれぞれが他の前記固定局から受信した電波の電波強度である基準電波強度、及び、前記固定局のそれぞれが前記移動局から受信した電波の電波強度である移動局電波強度を取得する電波強度取得部と、
前記電波強度取得部から取得した前記基準電波強度及び前記移動局電波強度に基づいて、前記移動局の前記フロア内の位置座標を推定する移動局位置推定部とを備え、
前記移動局位置推定部は、
前記基準電波強度を基準にして補正した前記移動局電波強度に基づいて、前記４個以上の固定局のそれぞれと前記移動局の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出部と、
４つ以上の前記固定局・移動局間距離に基づいて、前記移動局の領域内の位置座標を算出する位置算出部と、
を有することを特徴とする位置推定システム。
前記４個以上の固定局に到達する電波を発信可能な移動局と、
前記４個以上の固定局から、前記固定局のそれぞれが他の前記固定局から受信した電波の電波強度である基準電波強度、及び、前記固定局のそれぞれが前記移動局から受信した電波の電波強度である移動局電波強度を取得する電波強度取得部と、
前記電波強度取得部から取得した前記基準電波強度及び前記移動局電波強度に基づいて、前記移動局の前記フロア内の位置座標を推定する移動局位置推定部とを備え、
前記移動局位置推定部は、
前記基準電波強度を基準にして補正した前記移動局電波強度に基づいて、前記４個以上の固定局のそれぞれと前記移動局の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出部と、
４つ以上の前記固定局・移動局間距離に基づいて、前記移動局の領域内の位置座標を算出する位置算出部と、
を有することを特徴とする位置推定システム。
【請求項2】
前記距離算出部は、
前記４個以上の固定局のうちの１つを主固定局とし、他の固定局のうちの１つを従固定局とし、前記移動局が、前記主固定局と前記従固定局を結ぶ直線上に存在すると仮定して、前記主固定局が前記従固定局から受信した電波の電波強度に基づく前記基準電波強度と、前記主固定局が前記移動局から受信した電波の電波強度に基づく前記移動局電波強度の比から、前記主固定局と前記移動局の間の距離を算出し、
前記主固定局と残りの固定局との間でも、同様にして、前記主固定局と前記移動局の間の距離を算出し、
前記算出した前記主固定局と前記移動局の間の３つ以上の距離の平均値を、前記主固定局と前記移動局の間の固定局・移動局間距離とする
ことを特徴とする請求項１に記載の位置推定システム。
前記４個以上の固定局のうちの１つを主固定局とし、他の固定局のうちの１つを従固定局とし、前記移動局が、前記主固定局と前記従固定局を結ぶ直線上に存在すると仮定して、前記主固定局が前記従固定局から受信した電波の電波強度に基づく前記基準電波強度と、前記主固定局が前記移動局から受信した電波の電波強度に基づく前記移動局電波強度の比から、前記主固定局と前記移動局の間の距離を算出し、
前記主固定局と残りの固定局との間でも、同様にして、前記主固定局と前記移動局の間の距離を算出し、
前記算出した前記主固定局と前記移動局の間の３つ以上の距離の平均値を、前記主固定局と前記移動局の間の固定局・移動局間距離とする
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】
前記距離算出部は、前記４個以上の固定局のそれぞれについて、前記固定局・移動局間距離を算出し、
前記位置算出部は、４つ以上の前記固定局・移動局間距離の中から最小の距離と、２番目及び３番目に小さい距離の３つの距離を選択し、
前記固定局・移動局間距離が最小である第１の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第１の円を描き、前記固定局・移動局間距離が２番目に小さい第２の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第２の円を描き、前記第１の円と前記第２の円の交点である２点の位置座標を求め、
前記２点の位置座標のうち、前記固定局・移動局間距離が３番目に小さい第３の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第３の円に近い方の点の位置座標を前記移動局の位置座標として算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の位置推定システム。
前記位置算出部は、４つ以上の前記固定局・移動局間距離の中から最小の距離と、２番目及び３番目に小さい距離の３つの距離を選択し、
前記固定局・移動局間距離が最小である第１の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第１の円を描き、前記固定局・移動局間距離が２番目に小さい第２の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第２の円を描き、前記第１の円と前記第２の円の交点である２点の位置座標を求め、
前記２点の位置座標のうち、前記固定局・移動局間距離が３番目に小さい第３の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第３の円に近い方の点の位置座標を前記移動局の位置座標として算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の位置推定システム。
【請求項4】
前記位置算出部は、前記第１の円と前記第２の円の交点が無いまたは１点の場合には、
前記第１の固定局と前記第２の固定局を結ぶ線分を、最小の前記固定局・移動局間距離と２番目に小さい前記固定局・移動局間距離の比で内分する第１の内分点の位置座標を求め、
前記第１の固定局と前記第３の固定局を結ぶ線分を、最小の前記固定局・移動局間距離と３番目に小さい前記固定局・移動局間距離の比で内分する第２の内分点の位置座標を求め、
前記第１の内分点及び前記第２の内分点を結ぶ線分の中点の位置座標を前記移動局の位置座標として算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の位置推定システム。
前記第１の固定局と前記第２の固定局を結ぶ線分を、最小の前記固定局・移動局間距離と２番目に小さい前記固定局・移動局間距離の比で内分する第１の内分点の位置座標を求め、
前記第１の固定局と前記第３の固定局を結ぶ線分を、最小の前記固定局・移動局間距離と３番目に小さい前記固定局・移動局間距離の比で内分する第２の内分点の位置座標を求め、
前記第１の内分点及び前記第２の内分点を結ぶ線分の中点の位置座標を前記移動局の位置座標として算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の位置推定システム。
【請求項5】
前記フロアを中層フロアとして、
前記中層フロアの上の階の上層フロアの所定の位置座標に配置された４個以上の上層固定局と、
前記中層フロアの下の階の下層フロアの所定の位置座標に配置された４個以上の下層固定局と、をさらに備え、
前記電波強度取得部は、前記４個以上の上層固定局及び前記４個以上の下層固定局からも前記基準電波強度及び前記移動局電波強度を取得可能であり、
前記移動局位置推定部は、
前記上層固定局の前記移動局電波強度と前記下層固定局の前記移動局電波強度の差に基づいて、前記移動局が存在している階層を判定する階層判定部をさらに備えている
ことを特徴とする請求項３または４に記載の位置推定システム。
前記中層フロアの上の階の上層フロアの所定の位置座標に配置された４個以上の上層固定局と、
前記中層フロアの下の階の下層フロアの所定の位置座標に配置された４個以上の下層固定局と、をさらに備え、
前記電波強度取得部は、前記４個以上の上層固定局及び前記４個以上の下層固定局からも前記基準電波強度及び前記移動局電波強度を取得可能であり、
前記移動局位置推定部は、
前記上層固定局の前記移動局電波強度と前記下層固定局の前記移動局電波強度の差に基づいて、前記移動局が存在している階層を判定する階層判定部をさらに備えている
ことを特徴とする請求項３または４に記載の位置推定システム。
【請求項6】
前記階層判定部は、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の平均値、及び、前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の平均値を算出し、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の平均値と前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の平均値の差が、所定の数値範囲内であった場合には、前記移動局は前記中層フロアに存在していると判定し、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の平均値と前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の平均値の差が前記所定の数値範囲より大きい場合、前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の平均値の方が大きい場合には、前記移動局は前記上層フロアに存在していると判定し、前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の平均値の方が大きい場合には、前記移動局は前記下層フロアに存在していると判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の位置推定システム。
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の平均値、及び、前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の平均値を算出し、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の平均値と前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の平均値の差が、所定の数値範囲内であった場合には、前記移動局は前記中層フロアに存在していると判定し、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の平均値と前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の平均値の差が前記所定の数値範囲より大きい場合、前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の平均値の方が大きい場合には、前記移動局は前記上層フロアに存在していると判定し、前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の平均値の方が大きい場合には、前記移動局は前記下層フロアに存在していると判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の位置推定システム。
【請求項7】
前記階層判定部は、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の最大値、及び、前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の最大値を選択し、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の最大値と前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の最大値の差が、所定の数値範囲内であった場合には、前記移動局は前記中層フロアに存在していると判定し、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の最大値と前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の最大値の差が前記所定の数値範囲より大きい場合、前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の最大値の方が大きい場合には、前記移動局は前記上層フロアに存在していると判定し、前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の最大値の方が大きい場合には、前記移動局は前記下層フロアに存在していると判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の位置推定システム。
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の最大値、及び、前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の最大値を選択し、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の最大値と前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の最大値の差が、所定の数値範囲内であった場合には、前記移動局は前記中層フロアに存在していると判定し、
前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の最大値と前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の最大値の差が前記所定の数値範囲より大きい場合、前記４個以上の上層固定局の前記移動局電波強度の最大値の方が大きい場合には、前記移動局は前記上層フロアに存在していると判定し、前記４個以上の下層固定局の前記移動局電波強度の最大値の方が大きい場合には、前記移動局は前記下層フロアに存在していると判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の位置推定システム。
【請求項8】
建物内のフロアの計測対象エリアの所定の位置座標に配置され、相互に電波を送受信可能な４個以上の固定局から前記固定局のそれぞれが他の前記固定局から受信した電波の電波強度である基準電波強度、及び、前記固定局のそれぞれが移動局から受信した電波の電波強度である移動局電波強度を取得する電波強度取得ステップと、
前記基準電波強度を基準にして補正した前記移動局電波強度に基づいて、前記４個以上の固定局のそれぞれと前記移動局の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出ステップと、
４つ以上の前記固定局・移動局間距離に基づいて、前記移動局の領域内の位置座標を算出する位置算出ステップと、
を含むことを特徴とする位置推定方法。
前記基準電波強度を基準にして補正した前記移動局電波強度に基づいて、前記４個以上の固定局のそれぞれと前記移動局の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出ステップと、
４つ以上の前記固定局・移動局間距離に基づいて、前記移動局の領域内の位置座標を算出する位置算出ステップと、
を含むことを特徴とする位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、位置推定システム及び位置推定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
領域内に複数の固定局を配置し、移動体に電波を発信する移動局を保持させ、領域内に存在する移動体の位置を推定する位置推定システムが知られている。
【0003】
例えば、特許文献１に記載の発明では、領域内に、所定の間隔をあけて複数の固定局を設置して、移動局を保持する対象物の位置を特定している。
【0004】
特許文献２に記載の発明では、電波の到達距離が長いサブギガヘルツ帯の電波を利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－２８５０号公報
【特許文献2】特開２０１９－１３８７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載の発明が利用している固定局及び移動局は、電波の到達距離が短いものが想定されている。そのため、領域が広くなると、設置しなければならない固定局の数が多くなり、設置コストの増加が課題となる。
【0007】
特許文献２に記載の発明のように、サブギガヘルツ帯の電波を利用すれば、設置しなければならない固定局の数を少なくすることができる。しかしながら、利用する電波を単にサブギガヘルツ帯の電波に置き換えただけでは、様々な障害物の状態が日々変化する環境では、移動体の位置推定誤差が大きくなりやすいという課題がある。
【0008】
特に、建物の建設現場では、足場や資材の置き場の変化、大型車両の移動・停車、工程の進展による建物の変化等、電波の伝搬を遮る障害物の変化が大きい。また、大型車両等の大きな障害物等によって電波が遮られ、受信する電波の電波強度が極端に低くなり、位置の誤差が大きくなる、という課題もある。
【0009】
本発明の目的は、建物の建設現場のように、電波の伝搬を遮る障害物存在し、その位置や状態が時間的に変化する環境においても位置推定誤差を低減可能な位置推定システム及び位置推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記目的を達成するために、本発明の位置推定システムは、建物内のフロアの計測対象エリアの所定の位置座標に配置され、相互に電波を送受信可能な４個以上の固定局と、前記４個以上の固定局に到達する電波を発信可能な移動局と、前記４個以上の固定局から、前記固定局のそれぞれが他の前記固定局から受信した電波の電波強度である基準電波強度、及び、前記固定局のそれぞれが前記移動局から受信した電波の電波強度である移動局電波強度を取得する電波強度取得部と、前記電波強度取得部から取得した前記基準電波強度及び前記移動局電波強度に基づいて、前記移動局の前記フロア内の位置座標を推定する移動局位置推定部とを備えている。
【0011】
そして、前記移動局位置推定部は、前記基準電波強度を基準にして補正した前記移動局電波強度に基づいて、前記４個以上の固定局のそれぞれと前記移動局の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出部と、４つ以上の前記固定局・移動局間距離に基づいて、前記移動局の領域内の位置座標を算出する位置算出部と、を有する。
【発明の効果】
【0012】
本発明の位置推定システムは、前記基準電波強度を基準にして補正した前記移動局電波強度に基づいて、前記４個以上の固定局のそれぞれと前記移動局の間の固定局・移動局間距離を算出するため、電波の伝搬を遮る障害物の影響を補正した固定局・移動局間距離を利用して移動局の位置座標を算出することができる。そのため、電波の伝搬を遮る障害物が変化する環境においても位置推定誤差が低減でき、移動局の位置座標の推定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】位置推定システムの実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】位置推定システムの処理を示すフローチャートである。
【図3】基準電波強度を説明する概念図である。
【図4】移動局電波強度を説明する概念図である。
【図5】固定局・移動局間距離の算出を説明する概念図である。
【図6】位置算出ステップの詳細を示すフローチャートである。
【図7A】第１の円及び第２の円の交点が２点存在する場合の位置座標の算出手法を示す概要図である。
【図7B】第１の円及び第２の円の交点が無いまたは１点の場合の位置座標の算出手法を示す概要図である。
【図8】ビルの４階を中層フロアとして、上の階である５階を上層フロア、下の階である３階を下層フロアとし、複数の階に固定局を設置した状態を示す概略図である。
【図9】階層推定のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る位置推定システム及び位置推定方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【0015】
【0016】
固定局３は、領域（建物内のフロアの計測対象エリア）ＡＲ内の所定の位置座標に配置されている。固定局３は、４個以上配置する必要があり、本実施の形態では、固定局３は、識別符号ＩＤ１乃至ＩＤ４を有する計４個を配置している（以下及び図では、固定局３の符号の後に括弧書きで識別符号を付して、固定局３を区別することがある）。固定局３は、サブギガヘルツ帯の電波を用い、長距離通信に適した、ＬＰＷＡ（Ｌｏｗ－Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ）モジュールである。本実施の形態では、より具体的には、９２０ＭＨｚ帯の電波を用いている。９２０ＭＨｚ帯において距離が２５ｋｍ離れると１２０ｄＢ程度の自由空間伝搬損失が発生する。例えば、ＬＰＷＡの中でもＬｏＲａ変調方式を採用したモジュールでは、拡散率を増加することで所要ＳＮＲを低減することができ、その受信感度は－１２０ｄＢｍ程度である。したがって、理論的には２５ｋｍ以上の通信距離（見通し内での実際の通信範囲は５００ｍ～３ｋｍ程度）が得られる。このようにして、ＬＰＷＡモジュールは、サブギガヘルツ帯の電波を用いて、通信範囲が広いため、少ない固定局の数で、広範囲の領域ＡＲをカバーすることが可能である。固定局３のそれぞれは、広い通信範囲により、相互に電波を送受信可能である。固定局３のそれぞれは、所定の位置座標に配置されているため、固定局３同士の距離［ｍ］は既知である。
【0017】
移動局５は、移動体に保持させたり移動体に取り付けたりするビーコン端末であり、固定局３と同じサブギガヘルツ帯の電波を用いて固定局３に到達する電波を発信可能なものである。移動体は、人や動物等の生き物、車両やドローンのような移動可能な機器等でもよく、資材や機材のような移動しない動産であってもよい。移動局５の位置を推定することにより、移動局５とともに存在する移動体の位置を推定することになる。
【0018】
電波強度取得部７は、固定局３及び移動局５と情報端末９をつなぐゲートウェイであり、固定局３から、基準電波強度及び移動局電波強度を取得して、記憶する。基準電波強度は、固定局３のそれぞれが他の固定局３から受信した電波の電波強度である。移動局電波強度は、固定局３のそれぞれが移動局５から受信した電波の電波強度である。
【0019】
情報端末９は、ユーザが使用するコンピュータ端末である。具体的には、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ（ノートＰＣ，デスクトップＰＣ）等が想定されるが、これらに限られるものではない。本実施の形態では、情報端末９に、位置推定システム１を利用するためのコンピュータプログラムをインストールしてある。コンピュータプログラムを起動することで、情報端末９で位置推定システム１が利用可能になっている。情報端末９は、通信部１１、入力部１３、データ記憶部１５、制御部１７、表示部１９を有している。
【0020】
通信部２５は、電波強度取得部７と通信するためのものである。入力部１３は、データを入力したり、操作するためのものであり、ユーザ端末に応じて、キーボード、マウス、表示部１９を利用したタッチパネル等、種々のものを利用可能である。
【0021】
データ記憶部１５は、電波強度取得部７から取得した基準電波強度及び移動局電波強度等を記憶する。
【0022】
制御部１７は、インストールされたコンピュータプログラムにより、移動局位置推定部として機能し、基準電波強度及び移動局電波強度に基づいて、移動局５の領域ＡＲ内の位置座標を推定する。制御部１７は、距離算出部１７Ａ、位置算出部１７Ｂ及び階層判定部１７Ｃを有している。
【0023】
距離算出部１７Ａは、基準電波強度を基準にして補正した移動局電波強度に基づいて、固定局３のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離を算出する。
【0024】
位置算出部１７Ｂは、距離算出部１７Ａが算出した３つ以上の固定局・移動局間距離に基づいて、移動局５の領域ＡＲ内の位置座標を算出する。
【0025】
階層判定部１７Ｃは、本実施の形態の位置推定システム１が、階層構造を有する建造物に適用されている場合で、固定局３が複数のフロアに配置されている場合に使用されるものである。階層判定部１７Ｃは、基準電波強度及び移動局電波強度に基づいて、移動局５が存在している階層を判定する。
【0026】
＜位置推定のフローチャート＞
図２は、位置推定システムの処理を示すフローチャートである。
図２は、位置推定システムの処理を示すフローチャートである。
【0027】
［電波強度取得ステップ］
ユーザは、情報端末９の入力部１３を操作して、電波強度取得部７に、基準電波強度及び移動局電波強度を取得するように指令を出す（電波強度取得ステップＳＴ１）。
ユーザは、情報端末９の入力部１３を操作して、電波強度取得部７に、基準電波強度及び移動局電波強度を取得するように指令を出す（電波強度取得ステップＳＴ１）。
【0028】
基準電波強度は、図３に示すように、固定局３のそれぞれが、他の固定局３から受信した電波の電波強度である。本実施の形態では、例えば、固定局３（ＩＤ１）が固定局３（ＩＤ２）から受信した電波の電波強度は、
ｒｅｆ＿ＲＳＳＩ（１－２）
と表現する。固定局３（ＩＤ２）が固定局３（ＩＤ１）から受信した電波の電波強度は、固定局３（ＩＤ１）が固定局３（ＩＤ２）から受信した電波の電波強度と同一になるため、本実施の形態では、省略する。同様にして、図３に示すように、固定局３のそれぞれが、他の固定局３から受信した電波の電波強度を６通り取得する。
ｒｅｆ＿ＲＳＳＩ（１－２）
と表現する。固定局３（ＩＤ２）が固定局３（ＩＤ１）から受信した電波の電波強度は、固定局３（ＩＤ１）が固定局３（ＩＤ２）から受信した電波の電波強度と同一になるため、本実施の形態では、省略する。同様にして、図３に示すように、固定局３のそれぞれが、他の固定局３から受信した電波の電波強度を６通り取得する。
【0029】
移動局電波強度は、図４に示すように、固定局３のそれぞれが移動局５から受信した電波の電波強度である。本実施の形態では、例えば、固定局３（ＩＤ１）が移動局５から受信した電波の電波強度は、
ｍｅａｓ＿ＲＳＳＩ（１）
と表現する。同様にして、図４に示すように、固定局３のそれぞれが、移動局５から受信した電波の電波強度を４通り取得する。情報端末９は、取得した基準電波強度及び移動局電波強度をデータ記憶部１５に記憶する。
ｍｅａｓ＿ＲＳＳＩ（１）
と表現する。同様にして、図４に示すように、固定局３のそれぞれが、移動局５から受信した電波の電波強度を４通り取得する。情報端末９は、取得した基準電波強度及び移動局電波強度をデータ記憶部１５に記憶する。
【0030】
［距離算出ステップ］
次に、距離算出部１７Ａは、４個の固定局３のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離［ｍ］を算出する（距離算出ステップＳＴ２）。固定局３（ＩＤ１）～固定局３（ＩＤ４）と移動局５の間の固定局・移動局間距離をそれぞれ、Ｌ１～Ｌ４とする。
次に、距離算出部１７Ａは、４個の固定局３のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離［ｍ］を算出する（距離算出ステップＳＴ２）。固定局３（ＩＤ１）～固定局３（ＩＤ４）と移動局５の間の固定局・移動局間距離をそれぞれ、Ｌ１～Ｌ４とする。
【0031】
本実施の形態では、例えば、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の固定局・移動局間距離Ｌ１は、次の（ａ）～（ｄ）により算出する。
【0032】
（ａ）図５に示すように、固定局３（ＩＤ１）を主固定局とし、他の固定局のうちの１つである固定局３（ＩＤ２）を従固定局とし、移動局５が、主固定局と従固定局を結ぶ直線上に存在すると仮定して、主固定局が従固定局から受信した電波の電波強度に基づく基準電波強度（ｒｅｆ＿ＲＳＳＩ（１－２））と、主固定局が移動局から受信した電波の電波強度に基づく移動局電波強度（ｍｅａｓ＿ＲＳＳＩ（１））の比から、主固定局と移動局の間の距離を算出する。
【0033】
距離をｒ［ｍ］としたとき、電波強度ＲＳＳＩ［Ｗ］は、［数１］から求まる。
ただし、
Ｐｔ＝送信アンテナの送信電力［Ｗ］
Ｇｔ＝送信アンテナの利得［ｄＢｉ］
Ｇｒ＝受信アンテナの利得［ｄＢｉ］
λ［ｍ］＝ｃ（光の速度＝３・１０８［ｍ／ｓｅｃ］）／ｆ［Ｈｚ］（周波数＝９２０・１０６）
【数1】
ただし、
Ｐｔ＝送信アンテナの送信電力［Ｗ］
Ｇｔ＝送信アンテナの利得［ｄＢｉ］
Ｇｒ＝受信アンテナの利得［ｄＢｉ］
λ［ｍ］＝ｃ（光の速度＝３・１０８［ｍ／ｓｅｃ］）／ｆ［Ｈｚ］（周波数＝９２０・１０６）
【0034】
［数１］を変形すると、［数２］が得られる。
【数2】
【0035】
ここで、固定局３（ＩＤ１）と固定局３（ＩＤ２）の間の距離をａ［ｍ］、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離をａ´［ｍ］とすると、［数２］から、［数３］及び［数４］が得られる。
【数3】
【数4】
【0036】
［数３］及び［数４］より、［数５］が得られる。
【数5】
【0037】
［数５］をｄＢｍ表示に変換すると、［数６］が得られる。
【数6】
【0038】
したがって、固定局３（ＩＤ１）と固定局３（ＩＤ２）の間の距離ａ［ｍ］は既知であることから、［数６］から、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離ａ´［ｍ］を算出することができる。
【0039】
（ｂ）上記（ａ）と同様にして、固定局３（ＩＤ１）と固定局３（ＩＤ３）の間の距離をｂ［ｍ］、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離をｂ´［ｍ］とすると、［数７］が得られる。
固定局３（ＩＤ１）と固定局３（ＩＤ３）の間の距離ｂ［ｍ］は既知であることから、［数７］から、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離ｂ´［ｍ］を算出することができる。
【数7】
固定局３（ＩＤ１）と固定局３（ＩＤ３）の間の距離ｂ［ｍ］は既知であることから、［数７］から、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離ｂ´［ｍ］を算出することができる。
【0040】
（ｃ）また、上記（ａ）と同様にして、固定局３（ＩＤ１）と固定局３（ＩＤ４）の間の距離をｃ［ｍ］、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離をｃ´［ｍ］とすると、［数８］が得られる。
固定局３（ＩＤ１）と固定局３（ＩＤ４）の間の距離ｃ［ｍ］は既知であることから、［数８］から、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離ｃ´［ｍ］を算出することができる。
【数8】
固定局３（ＩＤ１）と固定局３（ＩＤ４）の間の距離ｃ［ｍ］は既知であることから、［数８］から、固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離ｃ´［ｍ］を算出することができる。
【0041】
（ｄ）上記で得られた固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の距離ａ´［ｍ］、ｂ´［ｍ］、ｃ´［ｍ］は、理論上は同値であるが、多少の誤差を含むことから、本実施の形態では、これらの平均値（＝（ａ´＋ｂ´＋ｃ´）／３）を固定局３（ＩＤ１）と移動局５の間の固定局・移動局間距離Ｌ１とする。
【0042】
固定局３（ＩＤ２）、固定局３（ＩＤ３）、及び固定局３（ＩＤ４）についても上記（ａ）～（ｄ）と同様にして、固定局・移動局間距離Ｌ２～Ｌ４を得る。
【0043】
［位置算出ステップ］
次に、位置算出部１７Ｂは、算出された固定局・移動局間距離Ｌ１～Ｌ４から、移動局５の領域内の位置座標を算出する（位置算出ステップＳＴ３）。
次に、位置算出部１７Ｂは、算出された固定局・移動局間距離Ｌ１～Ｌ４から、移動局５の領域内の位置座標を算出する（位置算出ステップＳＴ３）。
【0044】
図６は、位置算出ステップＳＴ３の詳細を示すフローチャートである。図７Ａは、第１の円及び第２の円の交点が２点存在する場合の位置座標の算出手法を示す概要図であり、図７Ｂは、第１の円及び第２の円の交点が無いまたは１点の場合の位置座標の算出手法を示す概要図である。
【0045】
【0046】
位置算出部１７Ｂは、固定局・移動局間距離Ｌ１～Ｌ４から、最小の距離と、２番目及び３番目に小さい距離の３つの距離を選択し（ステップＳＴ３１）、固定局・移動局間距離が最小である第１の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第１の円を描き、固定局・移動局間距離が２番目に小さい第２の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第２の円を描く（ステップＳＴ３２）。なお、本明細書において、円等の図を「描く」とは、情報端末９の表示部１９等に図を表示させることだけでなく、位置算出部１７Ｂの演算において内部処理として仮想的に図を取り扱うことも含むものである。
【0047】
図７Ａに示した例は、第１の円と第２の円の交点が２点の場合である。この例では、固定局・移動局間距離Ｌ１～Ｌ４から、固定局・移動局間距離Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を選択し、固定局３（ＩＤ１）（第１の固定局）を中心に第１の円を描き、固定局３（ＩＤ２）（第２の固定局）を中心に第２の円を描き、交点ＩＰの有無を判断している（ステップＳＴ３３）。図７Ａに示した例では、交点は、交点ＩＰ１及び交点ＩＰ２の２点存在する。この場合には、交点ＩＰ１及び交点ＩＰ２のうち、固定局３（ＩＤ３）（第３の固定局）を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第３の円に近い方の点の位置座標を移動局５の位置座標として算出する（ステップＳＴ３４）。すなわち、本例では、交点ＩＰ１が移動局５の位置座標として算出される。
【0048】
図７Ｂに示した例は、第１の円と第２の円の交点が無い場合（交点が１点の場合も含む）である。この例では、固定局・移動局間距離Ｌ１～Ｌ４から、固定局・移動局間距離Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を選択し、固定局３（ＩＤ１）（第１の固定局）を中心に第１の円を描き、固定局３（ＩＤ２）（第２の固定局）を中心に第２の円を描き、交点ＩＰの有無を判断している（ステップＳＴ３３）。図７Ｂに示した例では、交点は存在しない。この場合には、位置算出部１７Ｂは、固定局３（ＩＤ１）（第１の固定局）と固定局３（ＩＤ２）（第２の固定局）を結ぶ線分を、固定局・移動局間距離Ｌ１及びＬ２の比で内分する第１の内分点ＤＰ１の位置座標を求め（ステップＳＴ３５）、固定局３（ＩＤ１）（第１の固定局）と固定局３（ＩＤ３）（第３の固定局）を結ぶ線分を、固定局・移動局間距離Ｌ１及びＬ３の比で内分する第２の内分点ＤＰ２の位置座標を求め（ステップＳＴ３６）、第１の内分点ＤＰ１及び第２の内分点ＤＰ２を結ぶ線分の中点ＭＰの位置座標を移動局５の位置座標として算出する（ステップＳＴ３７）。
【0049】
本実施の形態の手法により電波の伝搬を遮る障害物の状態が変化する環境においても位置推定誤差を低減でき、移動局５の位置座標の推定精度が向上する。
【0050】
＜階層推定＞
本実施の形態の位置推定システム１は、階層構造を有する建物に適用した場合に、移動局５が存在している階層を判定する階層判定部１７Ｃを備えている。例えば、機材に移動局５を取り付けておき、建設中のビル内のどの階層に該機材が存在するかを判定するような使い方が想定される。
本実施の形態の位置推定システム１は、階層構造を有する建物に適用した場合に、移動局５が存在している階層を判定する階層判定部１７Ｃを備えている。例えば、機材に移動局５を取り付けておき、建設中のビル内のどの階層に該機材が存在するかを判定するような使い方が想定される。
【0051】
図８は、ビルの４階を中層フロアＭＦとして、上の階である５階を上層フロアＵＦ、下の階である３階を下層フロアＬＦとし、複数の階に固定局３を設置した状態を示す概略図である。この実施の形態では、上層フロアＵＦには、固定局３（ＩＤ１）～固定局３（ＩＤ４）（以下、「上層固定局」とも言う）が設置されており、下層フロアＬＦには、固定局３（ＩＤ５）～固定局３（ＩＤ８）（以下、「下層固定局」とも言う）が設置されている。階層判定部１７Ｃは、上層固定局の移動局電波強度と下層固定局の移動局電波強度の差に基づいて、移動局５が存在している階層を判定する。
【0052】
なお、階層推定には中層フロアＭＦの固定局は用いる必要がないため、中層フロアＭＦの固定局は省略している。
【0053】
図９は、階層推定のフローチャートである。階層判定部１７Ｃは、データ記憶部１５から上層固定局の移動局電波強度と下層固定局の移動局電波強度を取得し（ステップＳＴ４１）、上層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ１、及び、下層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ２を算出して（ステップＳＴ４２）、Ｒ１とＲ２の差が、所定の数値範囲（例えば、－２０ｄＢ＜（Ｒ１－Ｒ２）＜＋２０ｄＢ）内であるか判定を行う（ステップＳＴ４３）。本実施の形態では、より具体的には、Ｒ１とＲ２の差の絶対値と所定値Δ（例えば、Δ＝２０ｄＢ）を比較する。階層判定部１７Ｃは、Ｒ１とＲ２の差が、所定の数値範囲内（すなわち、Ｒ１とＲ２の差の絶対値が所定値Δ以下の場合）、移動局５は中層フロアＭＦ（４階）に存在すると判定する（ステップＳＴ４４）。なお、上記所定の数値範囲（所定値Δ）は一例であり、上記例に限られず、建物や障害物の状況等を踏まえて、適宜調整が可能である。
【0054】
階層判定部１７Ｃは、Ｒ１とＲ２の差が、所定の数値範囲より大きい場合（すなわち、Ｒ１とＲ２の差の絶対値が所定値Δより大きい場合）、上層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ１の方が大きい場合には、移動局５は上層フロアＵＦ（５階）に存在していると判定する（ステップＳＴ４５→ステップＳＴ４６）。階層判定部１７Ｃは、下層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ２の方が大きい場合には、移動局５は下層フロアＬＦ（３階）に存在していると判定する（ステップＳＴ４５→ステップＳＴ４７）。
【0055】
なお、上記例では、上層固定局の移動局電波強度の平均値及び下層固定局の移動局電波強度の平均値を用いたが、その代わりに、上層固定局の移動局電波強度の最大値及び下層固定局の移動局電波強度の最大値を用いることも可能である。また、Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ上層フロアＵＦ（５階）または下層フロアＬＦ（３階）以外から到来する場合、信頼性の低い外れ値として除去することで階高推定の精度を高めることが可能である。
【0056】
＜位置推定システム及び位置推定方法の作用＞
以下、本実施の形態の位置推定システム及び位置推定方法の作用を説明する。
本実施の形態の位置推定システム１は、建物内のフロアの計測対象エリアの所定の位置座標に配置され、相互に電波を送受信可能な４個以上の固定局３と、４個以上の固定局３に到達する電波を発信可能な移動局５と、４個以上の固定局３から、固定局３のそれぞれが他の固定局３から受信した電波の電波強度である基準電波強度、及び、固定局３のそれぞれが移動局５から受信した電波の電波強度である移動局電波強度を取得する電波強度取得部７と、電波強度取得部７から取得した基準電波強度及び移動局電波強度に基づいて、移動局５のフロア内の位置座標を推定する移動局位置推定部（制御部）１７とを備え、移動局位置推定部１７は、基準電波強度を基準にして補正した移動局電波強度に基づいて、４個以上の固定局３のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出部１７Ａと、４つ以上の固定局・移動局間距離に基づいて、移動局５の領域内の位置座標を算出する位置算出部１７Ｂと、を有する。
以下、本実施の形態の位置推定システム及び位置推定方法の作用を説明する。
本実施の形態の位置推定システム１は、建物内のフロアの計測対象エリアの所定の位置座標に配置され、相互に電波を送受信可能な４個以上の固定局３と、４個以上の固定局３に到達する電波を発信可能な移動局５と、４個以上の固定局３から、固定局３のそれぞれが他の固定局３から受信した電波の電波強度である基準電波強度、及び、固定局３のそれぞれが移動局５から受信した電波の電波強度である移動局電波強度を取得する電波強度取得部７と、電波強度取得部７から取得した基準電波強度及び移動局電波強度に基づいて、移動局５のフロア内の位置座標を推定する移動局位置推定部（制御部）１７とを備え、移動局位置推定部１７は、基準電波強度を基準にして補正した移動局電波強度に基づいて、４個以上の固定局３のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出部１７Ａと、４つ以上の固定局・移動局間距離に基づいて、移動局５の領域内の位置座標を算出する位置算出部１７Ｂと、を有する。
【0057】
位置推定システム１は、基準電波強度を基準にして補正した移動局電波強度に基づいて、４個以上の固定局３のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離を算出するため、電波の伝搬を遮る障害物の影響を補正した固定局・移動局間距離を利用して移動局５の位置座標を算出することができる。そのため、電波の伝搬を遮る障害物が変化する環境においても位置推定誤差を低減でき、移動局５の位置座標の推定精度が向上する。
【0058】
距離算出部１７Ａは、４個以上の固定局３のうちの１つを主固定局とし、他の固定局３のうちの１つを従固定局とし、移動局５が、主固定局と従固定局を結ぶ直線上に存在すると仮定して、主固定局が従固定局から受信した電波の電波強度に基づく基準電波強度と、主固定局が移動局から受信した電波の電波強度に基づく移動局電波強度の比から、主固定局と移動局５の間の距離を算出し、主固定局と残りの固定局との間でも、同様にして、主固定局と移動局５の間の距離を算出し、算出した主固定局と移動局５の間の３つ以上の距離の平均値を、主固定局と移動局の間の固定局・移動局間距離とすることができる。
【0059】
このようにすることで、障害物が電波の伝搬状態に与える影響を補正し、また、位置推定誤差も考慮した固定局・移動局間距離を得ることができる。
【0060】
距離算出部１７Ａは、４個以上の固定局３のそれぞれについて、固定局・移動局間距離を算出し、位置算出部１７Ｂは、４つ以上の固定局・移動局間距離の中から最小の距離と、２番目及び３番目に小さい距離の３つの距離を選択し、固定局・移動局間距離が最小である第１の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第１の円を描き、固定局・移動局間距離が２番目に小さい第２の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第２の円を描き、第１の円と第２の円の交点である２点（交点ＩＰ１，ＩＰ２）の位置座標を求め、２点の位置座標のうち、固定局・移動局間距離が３番目に小さい第３の固定局を中心にした該固定局・移動局間距離を半径とする第３の円に近い方の点の位置座標を移動局の位置座標として算出することができる。
【0061】
また、位置算出部１７Ｂは、第１の円と第２の円の交点が無いまたは１点の場合には、第１の固定局と第２の固定局を結ぶ線分を、最小の固定局・移動局間距離と２番目に小さい固定局・移動局間距離の比で内分する第１の内分点ＤＰ１の位置座標を求め、第１の固定局と第３の固定局を結ぶ線分を、最小の固定局・移動局間距離と３番目に小さい固定局・移動局間距離の比で内分する第２の内分点ＤＰ２の位置座標を求め、第１の内分点及び第２の内分点を結ぶ線分の中点ＭＰの位置座標を移動局５の位置座標として算出することができる。
【0062】
これにより、電波伝搬の障害となり得る障害物の状態が変化する環境においても位置推定誤差を低減でき、移動局５の位置座標の推定精度が向上する。
【0063】
上記フロアを中層フロアとして、位置推定システム１は、中層フロアの上の階の上層フロアの所定の位置座標に配置された４個以上の上層固定局と、中層フロアの下の階の下層フロアの所定の位置座標に配置された４個以上の下層固定局と、をさらに備え、電波強度取得部は、４個以上の上層固定局及び４個以上の下層固定局からも基準電波強度及び移動局電波強度を取得可能であり、移動局位置推定部は、上層固定局の移動局電波強度と下層固定局の移動局電波強度の差に基づいて、移動局が存在している階層を判定する階層判定部をさらに備えていてもよい。このようにすれば、移動局が存在している階層も判定することができる。
【0064】
階層判定部１７Ｃは、４個以上の上層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ１、及び、４個以上の下層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ２を算出し、４個以上の上層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ１と４個以上の下層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ２の差が、所定の数値範囲内であった場合には、移動局５は中層フロアに存在していると判定し、４個以上の上層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ１と４個以上の下層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ２の差が所定の数値範囲より大きい場合、４個以上の上層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ１の方が大きい場合には、移動局５は上層フロアに存在していると判定し、４個以上の下層固定局の移動局電波強度の平均値Ｒ２の方が大きい場合には、移動局５は下層フロアに存在していると判定することもできる。
【0065】
なお、平均値Ｒ１及び平均値Ｒ２の代わりに、上層固定局の移動局電波強度の最大値及び下層固定局の移動局電波強度の最大値を用いることも可能である。
【0066】
本実施の形態の位置推定方法は、建物内のフロアの計測対象エリアの所定の位置座標に配置され、相互に電波を送受信可能な４個以上の固定局３から固定局３のそれぞれが他の固定局３から受信した電波の電波強度である基準電波強度、及び、固定局３のそれぞれが移動局５から受信した電波の電波強度である移動局電波強度を取得する電波強度取得ステップＳＴ１と、基準電波強度を基準にして補正した移動局電波強度に基づいて、４個以上の固定局３のそれぞれと移動局５の間の固定局・移動局間距離を算出する距離算出ステップＳＴ２と、４つ以上の固定局・移動局間距離に基づいて、移動局５の領域内の位置座標を算出する位置算出ステップＳＴ３と、を含む。
【0067】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更が可能であるのは勿論である。
【0068】
例えば、上記例では、電波強度取得ステップＳＴ１において、基準電波強度及び移動局電波強度を取得するようにしたが、基準電波強度については、定時で取得したり、所定の時間間隔（例えば、１日１回や、１時間に１回）で取得するようにしてもよい。
【0069】
また、上記例では、移動局から送信された電波を固定局が受信し、電波強度取得部は、固定局から移動局電波強度を取得したが、これとは逆に、固定局から送信された電波を移動局が受信し、電波強度取得部は、移動局から移動局電波強度を取得するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0070】
１ 位置推定システム
３ 固定局
５ 移動局
７ 電波強度取得部
９ 情報端末
１１ 通信部
１３ 入力部
１５ データ記憶部
１７ 制御部（移動局位置推定部）
１７Ａ 距離算出部
１７Ｂ 位置算出部
１７Ｃ 階層判定部
１９ 表示部
３ 固定局
５ 移動局
７ 電波強度取得部
９ 情報端末
１１ 通信部
１３ 入力部
１５ データ記憶部
１７ 制御部（移動局位置推定部）
１７Ａ 距離算出部
１７Ｂ 位置算出部
１７Ｃ 階層判定部
１９ 表示部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
