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POSITION ESTIMATION DEVICE, PROGRAM TO ENABLE COMPUTER TO EXECUTE POSITION ESTIMATION, AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM RECORDING THE SAME PROGRAM

Patent code P160013116
File No. S2016-0180-N0
Posted date Jul 14, 2016
Application number P2015-239884
Publication number P2017-108257A
Patent number P6467334
Date of filing Dec 9, 2015
Date of publication of application Jun 15, 2017
Date of registration Jan 18, 2019
Inventor
  • (In Japanese)滝沢 泰久
  • (In Japanese)北之馬 貴正
  • (In Japanese)毛利 友紀
  • (In Japanese)安達 直世
Applicant
  • (In Japanese)学校法人関西大学
Title POSITION ESTIMATION DEVICE, PROGRAM TO ENABLE COMPUTER TO EXECUTE POSITION ESTIMATION, AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM RECORDING THE SAME PROGRAM
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position estimation device capable of estimating the position of each radio equipment with high accuracy.
SOLUTION: The position estimation device generates the topology of a sensor node (step S2), generates a tentative self-position of each sensor node (step S4), to update the position of each sensor node to an update count (step S5). The position estimation device then determines the existence or non-existence of a topology contradiction using distance determination and region determination (steps S7, S8), and on determining that there is no topology contradiction, sets, as a distance between sensor nodes, a distance calculated based on the estimated position, to add a virtual sensor node to generate a virtual topology (step S10) and, using the virtual topology, updates the position of each sensor node to the update count (step S5). The position estimation device executes above-mentioned processing repeatedly to the upper limit of a trial count.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

無線センサーネットワークにおいて、センシングデータの取得位置は、重要な情報である。従来、センサーノードの位置を推定する方式として、自己組織化マップ(SOM)を用いたセンサーノード位置推定方式(SOL:Self-Organizing Localization)が知られている(非特許文献1)。

SOLは、極少数のアンカーノードを使用し、測距デバイスを用いずに、高精度な位置推定が可能であり、障害物による見通し内(LOS:Line-Of-Sight)と見通し外(NLOS:Non-Line-Of-Sight)が混在する環境においても従来方式と比較して位置精度の劣化が少ない。

Field of industrial application (In Japanese)

この発明は、位置推定装置、位置推定をコンピュータに実行させるためのプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
1つの無線装置から1ホップの位置に存在する1次近傍無線装置の情報である隣接無線装置情報をm(mは、4以上の整数)個の無線装置の各々から取得する取得手段と、
前記m個の無線装置についての隣接無線装置情報に基づいて前記m個の無線装置によって構成される無線ネットワークのトポロジーを生成するトポロジー生成手段と、
前記m個の無線装置の仮の自己位置を示すm個の仮の自己位置情報を生成する位置情報生成処理を行う位置情報生成手段と、
前記位置情報生成手段によって前記位置情報生成処理が実行されると、前記無線ネットワークのトポロジーおよび前記m個の仮の自己位置情報に基づいて前記m個の無線装置の各々について位置推定処理を所望回数実行してm個の無線装置の位置を更新する更新処理を行う位置更新手段と、
前記位置更新手段によって前記更新処理が実行されると、1つの無線装置の推定された位置が前記1つの無線装置の隣接無線装置よりも前記1つの無線装置から2ホップの位置に存在する2次近傍無線装置に近いことを示すトポロジー矛盾の有無を領域判定処理によって判定する判定処理を行う判定手段と、
前記判定手段によって前記トポロジー矛盾が無いと判定されると、前記m個の無線装置の更新されたm個の更新位置を用いてn(nは1以上の整数)ホップの無線装置間の距離、前記nホップの無線装置間の距離の平均値および前記nホップの無線装置間の距離の期待値を演算する演算手段と、
前記演算手段によって演算されたnホップの無線装置間の距離の平均値とnホップの無線装置間の距離の期待値とに基づいて前記m個の無線装置のうちの位置推定の対象となる対象無線装置からnホップ目までの各位置における無線通信のカバレッジを求め、追加された仮想の無線装置の隣接無線装置情報と前記m個の無線装置の更新された隣接無線装置情報とを前記カバレッジを用いて作成し、その作成した仮想の無線装置の隣接無線装置情報と前記m個の無線装置の更新された隣接無線装置情報とを用いて前記無線ネットワークの仮想トポロジーを生成する仮想トポロジー生成手段とを備え、
前記位置情報生成手段は、前記判定手段によって前記トポロジー矛盾が有ると判定される毎、または前記仮想トポロジー生成手段によって前記仮想トポロジーが生成される毎に前記位置情報生成処理を実行し、
前記位置推定処理は、位置推定の対象となる対象無線装置の仮の自己位置情報と前記対象無線装置からnホップの位置に存在するn次近傍無線装置の仮の自己位置情報とに基づいて計算された前記対象無線装置と前記n次近傍無線装置との間の距離がnホップのホップ数からなる距離に近づくように前記対象無線装置の仮の自己位置を前記対象無線装置からのホップ数nに応じてそれぞれ修正するための1次修正ベクトル、2次修正ベクトル、・・・及びn次修正ベクトルからなるn個の修正ベクトルを、1次修正ベクトルとn次修正ベクトルとからなる第1番目の修正ベクトル、1次修正ベクトルとn-1次修正ベクトルとからなる第2番目の修正ベクトル、・・・、1次修正ベクトルと2次修正ベクトルとからなる第n-1番目の修正ベクトルの順に適用して前記対象無線装置の仮の自己位置を推定する処理であり、
前記領域判定処理は、前記対象無線装置の推定された位置と前記対象無線装置の1次近傍無線装置の推定された位置との間の線分の垂直二等分線を基準として前記対象無線装置の2次近傍無線装置の推定された位置が前記対象無線装置および前記対象無線装置の1次近傍無線装置のいずれに近いかを判定し、当該判定に引き続いて、前記対象無線装置と前記対象無線装置の2次近傍無線装置との共通の1次近傍無線装置の推定された位置と前記対象無線装置の推定された位置との間の線分の垂直二等分線を基準として前記対象無線装置の2次近傍無線装置の推定された位置が前記対象無線装置および前記共通の1次近傍無線装置のいずれに近いかを前記共通の1次近傍無線装置を複数回変えて判定する処理であり、
前記位置更新手段は、前記仮想トポロジー生成手段によって前記仮想トポロジーが生成されると、前記位置推定処理において、前記対象無線装置と前記n次近傍無線装置との間の距離が前記演算手段によって演算された前記nホップの無線装置間の距離に近づくように前記第1番目の修正ベクトル、前記第2番目の修正ベクトル、・・・、前記第n-1番目の修正ベクトルを順次適用して前記対象無線装置の仮の自己位置を推定する、位置推定装置。

【請求項2】
 
前記判定手段は、距離矛盾判定処理および前記領域判定処理を順次適用して前記トポロジー矛盾の有無を判定し、
前記距離矛盾判定処理は、前記対象無線装置の複数の1次近傍無線装置と複数の2次近傍無線装置とを用いて、前記対象無線装置の推定された位置が前記対象無線装置の1次近傍無線装置よりも前記対象無線装置の2次近傍無線装置に近いと判定されたとき、トポロジー矛盾があると判定する処理である、請求項1に記載の位置推定装置。

【請求項3】
 
前記m個の無線装置のうち、k(kは3以上の整数または4以上の整数)個の無線装置のk個の絶対位置情報に基づいて相対位置を絶対位置に変換するための変換行列を求め、その求めた変換行列を用いて前記m個の無線装置の推定された位置を絶対位置に変換する変換手段を更に備える、請求項1または請求項2に記載の位置推定装置。

【請求項4】
 
前記m個の仮の自己位置情報の各々は、2次元の位置情報からなる、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の位置推定装置。

【請求項5】
 
前記m個の仮の自己位置情報の各々は、3次元の位置情報からなる、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の位置推定装置。

【請求項6】
 
m(mは、4以上の整数)個の無線装置の位置推定をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
取得手段が、1つの無線装置から1ホップの位置に存在する1次近傍無線装置の情報である隣接無線装置情報をm(mは、4以上の整数)個の無線装置の各々から取得する第1のステップと、
トポロジー生成手段が、前記m個の無線装置についての隣接無線装置情報に基づいて前記m個の無線装置によって構成される無線ネットワークのトポロジーを生成する第2のステップと、
位置情報生成手段が、前記m個の無線装置の仮の自己位置を示すm個の仮の自己位置情報を生成する位置情報生成処理を行う第3のステップと、
位置更新手段が、前記第3のステップにおいて前記位置情報生成処理が実行されると、前記無線ネットワークのトポロジーおよび前記m個の仮の自己位置情報に基づいて前記m個の無線装置の各々について位置推定処理を所望回数実行してm個の無線装置の位置を更新する更新処理を行う第4のステップと、
判定手段が、前記第4のステップにおいて前記更新処理が実行されると、1つの無線装置の推定された位置が前記1つの無線装置の隣接無線装置よりも前記1つの無線装置から2ホップの位置に存在する2次近傍無線装置に近いことを示すトポロジー矛盾の有無を領域判定処理によって判定する判定処理を行う第5のステップと、
演算手段が、前記第5のステップにおいて前記トポロジー矛盾が無いと判定されると、前記m個の無線装置の更新されたm個の更新位置を用いてn(nは1以上の整数)ホップの無線装置間の距離、前記nホップの無線装置間の距離の平均値および前記nホップの無線装置間の距離の期待値を演算する第6のステップと、
仮想トポロジー生成手段が、前記第6のステップにおいて演算されたnホップの無線装置間の距離の平均値とnホップの無線装置間の距離の期待値とに基づいて前記m個の無線装置のうちの位置推定の対象となる対象無線装置からnホップ目までの各位置における無線通信のカバレッジを求め、追加された仮想の無線装置の隣接無線装置情報と前記m個の無線装置の更新された隣接無線装置情報とを前記カバレッジを用いて作成し、その作成した仮想の無線装置の隣接無線装置情報と前記m個の無線装置の更新された隣接無線装置情報とを用いて前記無線ネットワークの仮想トポロジーを生成する第7のステップとを備え、
前記位置情報生成手段は、前記第5のステップにおいて前記トポロジー矛盾が有ると判定される毎、または前記第7のステップにおいて前記仮想トポロジーが生成される毎に前記位置情報生成処理を実行し、
前記位置推定処理は、前記対象無線装置の仮の自己位置情報と前記対象無線装置からnホップの位置に存在するn次近傍無線装置の仮の自己位置情報とに基づいて計算された前記対象無線装置と前記n次近傍無線装置との間の距離がnホップのホップ数からなる距離に近づくように前記対象無線装置の仮の自己位置を前記対象無線装置からのホップ数nに応じてそれぞれ修正するための1次修正ベクトル、2次修正ベクトル、・・・及びn次修正ベクトルからなるn個の修正ベクトルを、1次修正ベクトルとn次修正ベクトルとからなる第1番目の修正ベクトル、1次修正ベクトルとn-1次修正ベクトルとからなる第2番目の修正ベクトル、・・・、1次修正ベクトルと2次修正ベクトルとからなる第n-1番目の修正ベクトルの順に適用して前記対象無線装置の仮の自己位置を推定する処理であり、
前記領域判定処理は、前記対象無線装置の推定された位置と前記対象無線装置の1次近傍無線装置の推定された位置との間の線分の垂直二等分線を基準として前記対象無線装置の2次近傍無線装置の推定された位置が前記対象無線装置および前記対象無線装置の1次近傍無線装置のいずれに近いかを判定し、当該判定に引き続いて、前記対象無線装置と前記対象無線装置の2次近傍無線装置との共通の1次近傍無線装置の推定された位置と前記対象無線装置の推定された位置との間の線分の垂直二等分線を基準として前記対象無線装置の2次近傍無線装置の推定された位置が前記対象無線装置および前記共通の1次近傍無線装置のいずれに近いかを前記共通の1次近傍無線装置を複数回変えて判定する処理であり、
前記位置更新手段は、前記第7のステップにおいて前記仮想トポロジーが生成されると、前記第4のステップの前記位置推定処理において、前記対象無線装置と前記n次近傍無線装置との間の距離が前記第6のステップにおいて演算された前記nホップの無線装置間の距離に近づくように前記第1番目の修正ベクトル、前記第2番目の修正ベクトル、・・・、前記第n-1番目の修正ベクトルを順次適用して前記対象無線装置の仮の自己位置を推定する、コンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項7】
 
前記判定手段は、前記第5のステップにおいて、距離矛盾判定処理および前記領域判定処理を順次適用して前記トポロジー矛盾の有無を判定し、
前記距離矛盾判定処理は、前記対象無線装置の複数の1次近傍無線装置と複数の2次近傍無線装置とを用いて、前記対象無線装置の推定された位置が前記対象無線装置の1次近傍無線装置よりも前記対象無線装置の2次近傍無線装置に近いと判定されたとき、トポロジー矛盾があると判定する処理である、請求項6に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項8】
 
変換手段が、前記m個の無線装置のうち、k(kは3以上の整数または4以上の整数)個の無線装置のk個の絶対位置情報に基づいて相対位置を絶対位置に変換するための変換行列を求め、その求めた変換行列を用いて前記m個の無線装置の推定された位置を絶対位置に変換する第8のステップを更にコンピュータに実行させる、請求項6または請求項7に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項9】
 
前記m個の仮の自己位置情報の各々は、2次元の位置情報からなる、請求項6から請求項8のいずれか1項に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項10】
 
前記m個の仮の自己位置情報の各々は、3次元の位置情報からなる、請求項6から請求項8のいずれか1項に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項11】
 
請求項6から請求項10のいずれか一項に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015239884thum.jpg
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