JP6494552B2 - フロア間の遷移に基づいて位置の補正が可能な位置推定装置、プログラム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動端末の位置・移動状況を推定する技術に関する。

近年、歩行者の位置や移動状況を推定するための歩行者自律航法（ＰＤＲ，Pedestrian Dead Reckoning）の開発が盛んに行われている。このＰＤＲによれば、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用できない屋内環境においても、歩行者位置の測位が可能となる。

ＰＤＲについての従来技術として、例えば、特許文献１には、人間の歩行状態の情報と、この歩行状態が発生する位置を表す第１位置とを対応付けた対応情報を記憶し、その後の自律航法の結果に応じてこの第１位置を人間の現在位置として決定する技術が開示されている。

この技術では、具体的に、歩行に応じて測定される測定情報に基づき歩行状態が推定された場合に、この測定情報に基づき自律航法によって算出された位置である第２位置の近傍に、上記の第１位置が存在すると判定されれば、この第１位置を現在位置として決定している。また、上記の人間の歩行状態として、例えば、「跨ぎ」、「躓き」、「横歩き」、「屈み歩き」等が例として挙げられている。さらに、上記の対応情報は、フロア図等から生成されるとしている。

また、他の従来技術として、歩行者の所持する移動端末に採用可能なナビゲーション技術であって、目的地までの案内経路を算出し、歩行中は案内経路上にいると見なして端末位置を補正する技術も存在する。この技術では、端末位置を補正するために、地図情報が必要となるのに加え、目的地を設定する必要が生じる。

特開２０１５−０１４５８７号公報

このように、上述したような従来技術では、事前に地図情報を準備しなければ、歩行者位置の測位を行うことができない。

一般に、ＰＤＲでは、自律的な測位を繰り返し実施して位置を追っていくので、測位誤差が時間経過とともに蓄積してしまうことが問題となっている。特許文献１に記載されたような従来技術は、このような測位誤差の蓄積を抑制するために、地図情報を予め準備し、さらに場合によっては目的地を設定する、といった負担の過大な構成を採用せざるを得ないのである。

しかしながら、現実にＰＤＲを実施する状況では、マップマッチング（Map Matching）が困難な場合も少なくない。例えば、歩行者が歩行し得る全てのビル屋内や地下街等の地図情報を作成・整備することは、地図データの所有者やフォーマットが個別に異なることもあり、実際に採用することが難しい。これに対し、例えば、携帯装置内蔵のセンサからの出力結果に基づいて、歩行者の位置を推定し、さらに、地図情報を用いずに当該位置を補正することができれば、このような課題を解決し得る。

そこで、本発明は、地図情報に頼ることなく、測位誤差の蓄積を抑制することができる装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、複数のフロア区域の間を所定の遷移用手段で移動可能なエリアにおける携帯主体の位置を推定し、当該位置を時系列で保持する位置推定装置であって、
測定された当該移動に係る情報に基づいて、異なるフロア区域への移動であるフロア区域の遷移を検出するフロア遷移検出手段と、
過去に位置したフロア区域への他のフロア区域からの移動である回帰遷移が検出された場合の位置が、当該フロア区域における保持された過去の位置と同じ場所であるか否かを判定する同一場所判定手段と、
同じ場所であると判定された当該位置に係る情報と、当該過去の位置に係る情報とに基づいて補正量を算出し、当該補正量を用いて推定位置を補正する位置補正手段と
を有する位置推定装置が提供される。

この本発明による位置推定装置の一実施形態として、同一場所判定手段は、少なくとも、当該回帰遷移が検出された場合の位置と、当該過去の位置との距離が所定閾値以下又は未満である場合に同じ場所であると判定することも好ましい。

また、同一場所判定の他の実施形態として、同一場所判定手段は、少なくとも、検出された当該回帰遷移の遷移用手段と、当該過去の位置の直後に検出された遷移の遷移用手段とが同一であった場合に同じ場所であると判定することも好ましい。

さらに、本位置推定装置は、フロア区域での移動におけるコーナーを検出するコーナー検出手段を更に有し、同一場所判定手段は、当該回帰遷移が検出された場合の位置を、当該回帰遷移が検出された後に検出されたコーナーとすることも好ましい。

また、本発明による位置補正の一実施形態として、位置補正手段は、少なくとも、同じ場所であると判定された当該位置と、当該過去の位置との位置の差を用いて推定位置を補正することも好ましい。

さらに、位置補正の他の実施形態として、位置補正手段は、少なくとも、同じ場所であると判定された当該位置の直前の遷移での進行方向と、当該過去の位置の直後の遷移での進行方向との角度差を用いて推定位置を補正することも好ましい。

また、位置補正の更なる他の実施形態として、位置補正手段は、同じ場所であると判定された当該位置よりも過去となる保持された位置をも、補正対象とすることも好ましい。

さらに、本発明によるフロア遷移検出の一実施形態として、フロア遷移検出手段は、測定された当該移動に係る情報として、加速度、角速度、地磁気及び／又は気圧の測定結果情報に基づいて、フロア区域の遷移を検出することも好ましい。

本発明によれば、また、複数のフロア区域の間を所定の遷移用手段で移動可能なエリアにおける携帯主体の位置を推定し、当該位置を時系列で保持する装置に搭載されたコンピュータを機能させる位置推定プログラムであって、
測定された当該移動に係る情報に基づいて、異なるフロア区域への移動であるフロア区域の遷移を検出するフロア遷移検出手段と、
過去に位置したフロア区域への他のフロア区域からの移動である回帰遷移が検出された場合の位置が、当該フロア区域における保持された過去の位置と同じ場所であるか否かを判定する同一場所判定手段と、
同じ場所であると判定された当該位置に係る情報と、当該過去の位置に係る情報とに基づいて補正量を算出し、当該補正量を用いて推定位置を補正する位置補正手段と
してコンピュータを機能させる位置推定プログラムが提供される。

本発明によれば、さらに、複数のフロア区域の間を所定の遷移用手段で移動可能なエリアにおける携帯主体の位置を推定し、当該位置を時系列で保持する装置に搭載されたコンピュータにおける位置推定方法であって、
測定された当該移動に係る情報に基づいて、異なるフロア区域への移動であるフロア区域の遷移を検出するステップと、
過去に位置したフロア区域への他のフロア区域からの移動である回帰遷移が検出された場合の位置が、当該フロア区域における保持された過去の位置と同じ場所であるか否かを判定するステップと、
同じ場所であると判定された当該位置に係る情報と、当該過去の位置に係る情報とに基づいて補正量を算出し、当該補正量を用いて推定位置を補正するステップと
を有する位置推定方法が提供される。

本発明の位置推定装置、プログラム及び方法によれば、地図情報に頼ることなく、測位誤差の蓄積を抑制することができる。

ユーザが本発明による位置推定装置を所持して歩行する状況を説明するための概略図である。 本発明による位置推定装置の一実施形態における機能構成を示す機能ブロック図である。 位置・フロア遷移情報記憶部に記録された位置推定結果の一実施例を示すテーブルである。 同一場所判定部で行われる同一場所判定処理における種々の実施形態を説明するための模式図である。 位置補正部における推定位置の補正処理についての他の実施形態を説明するための模式図である。 方位補正部における方位補正及び位置補正の一実施形態を説明するためのグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、ユーザが本発明による位置推定装置を所持して歩行する状況を説明するための概略図である。

図１（Ａ）によれば、ユーザは、本発明による位置推定装置としての携帯端末１を所持しながら、携帯主体として建物内を歩行している。この建物は、フロア区域として高さの異なる３つのフロアＦ_a、Ｆ_b及びＦ_cを有するビルとなっている。また、これらのフロアの間は、所定の遷移種別（図１では階段及びエレベータ）をもって遷移（移動）可能となっている。なお、測位可能な端末を携帯しており位置推定の目標主体であるという意味での携帯主体は、本実施形態のように人に限定されるものではない。例えばペット等の動物や、歩行ロボット等の移動体も携帯主体となり得る。

携帯端末１は、加速度をベクトル量として測定可能な加速度センサ１０１を備えている。携帯端末１は、この加速度センサ１０１から出力される加速度情報に基づき、位置推定部１１３において例えば公知のＰＤＲ（Pedestrian Dead Reckoning）技術を用いて自身の位置を推定し、さらに、推定した位置情報を時系列で保持する。

携帯端末１は、さらに、ジャイロセンサ１０２、地磁気センサ１０３及び／又は気圧センサ１０４を備えていてもよい。このようなセンサからの測定情報を用いることによって、より確度の高い位置の推定を行うことも可能となる。例えば、加速度センサ１０１からの出力を用いて、歩行における歩数及び進行距離（道のり）を決定し、加速度センサ１０１及び地磁気センサ１０３からの出力を用いてユーザの進行する方位を決定し、また、ジャイロセンサ１０２からの出力を用いてユーザの進行方向の転換量を決定することができる。さらに、取得された進行距離情報と進行方向の変化情報とを勘案することによって、確度の高い現在位置を推定することが可能となるのである。

しかしながら、携帯端末１は、本実施形態において、この建物についての地図情報を保持していない。従って、公知の例えばマップマッチング（Map Matching）技術を用いて推定位置を修正し位置推定精度を向上させることは、本実施形態において想定されていない。

携帯端末１は、このような地図情報に頼ることなく位置の推定精度を向上させるため、具体的に、
（Ａ）測定された「移動に係る情報」に基づいてフロアの遷移、すなわち携帯端末１の１つのフロアから別のフロアへの移動、を検出するフロア遷移検出部１１１と、
（Ｂ）過去に位置したフロアへの回帰遷移が検出された場合の位置が、このフロア区域における保持された過去の位置と同じ場所であるか否かを判定する同一場所判定部１１２と、
（Ｃ）同じ場所であると判定された位置に係る情報と、上記の過去の位置に係る情報とに基づいて補正量を算出し、この補正量を用いて推定位置を補正する位置補正部１１３ｃと
を有している。

ここで、上記（Ａ）の「移動に係る情報」は、後に詳細に説明するが、携帯端末１に備えられたセンサ１０１等からの出力情報、すなわち加速度、角速度、地磁気及び／又は気圧の測定結果情報とすることができる。

このように、携帯端末１は、その都度測定された情報に基づいてフロアの遷移を検出し、この検出されたフロア遷移に係る位置情報に基づいて推定位置についての補正量を算出する。また、この補正量を用いてより精度の高い推定位置を決定することができる。その結果、地図情報に頼ることなく、ＰＤＲで問題となっている測位誤差の蓄積を抑制することが可能となるのである。

さらに、携帯端末１によれば、フロア遷移を伴う歩行時に補正量を算出することができるので、推定位置の補正を歩行中に適宜実施することもできる。その結果、より精度の高い推定位置を刻々に決定することが可能となる。

なお、本発明の位置推定装置は、本実施形態では携帯端末の形をとっているが、当然それに限定されるものではない。例えば、通信端末ではなく、ＰＤＲ専用の携帯装置であってもよい。または、ユーザが携帯するセンサ内蔵のスマートフォン等の端末との間で通信することができる情報処理装置とすることもできる。この場合、この情報処理装置は、複数のユーザの所持する端末から必要情報を取得して、各ユーザの位置を精度良く推定するサーバであってもよい。

いずれにしても、本発明によれば、フロア（区域）内での移動に伴う推定位置の誤差の蓄積を、フロア遷移に係る情報によって抑制又は解消することが可能となるのである。

図２は、本発明による位置推定装置の一実施形態における機能構成を示す機能ブロック図である。

図２によれば、本発明による位置推定装置としての携帯端末１は、加速度センサ１０１と、位置・フロア遷移情報記憶部１０５と、表示部１０６と、プロセッサ・メモリとを有する。また、ジャイロセンサ１０２、地磁気センサ１０３及び／又は気圧センサ１０４を有していてもよい。さらに、通信部１０７を有することも好ましい。ここで、プロセッサ・メモリは、携帯端末１のコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって、位置推定機能を実現させる。

また、プロセッサ・メモリは、機能構成部として、フロア遷移検出部１１１と、同一場所判定部１１２と、位置補正部１１３ａを含む位置推定部１１３とを有する。ここで、位置推定部１１３は、コーナー検出部１１３ｂを更に含むことも好ましい。また、位置補正部１１３ａは、方位補正部１１３ｃを含むことも好ましい。なお、図２における携帯端末１の機能構成部間を矢印で接続して示した処理の流れは、本発明による位置推定方法の一実施形態としても理解される。

同じく図２において、加速度センサ１０１は、加速度をベクトル量として測定する加速度測定計とすることができる。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成された静電容量方式又はピエゾ抵抗方式による３軸タイプの計測計であってもよい。また、この加速度センサ１０１として、重力加速度を計測し、携帯端末１を所持したユーザの歩数をカウントすることを可能とする加速度計を用いることも可能である。

ジャイロセンサ１０２は、角速度を検出するジャイロスコープであって、向きの転換を検知・測定する向き転換測定計とすることができる。例えば、振動したアームに作用するコリオリ力による構造体の変形から角速度を検出する３軸タイプの振動ジャイロセンサであってもよい。また、このジャイロセンサ１０２として、流体式ジャイロセンサや、光学式ジャイロセンサ等を採用することも可能である。

地磁気センサ１０３は、例えば、磁気抵抗（AMR、GMR又はTMR）効果、磁気インピーダンス（MI）効果、フラックスゲート（FG）方式又はホール効果を利用して地磁気を測定する３軸タイプの地磁気計測計とすることができる。なお、この地磁気センサ１０３と加速度センサ１０１とを組み合わせて、携帯端末１の方位を測定する方位測定部とすることも可能である。

気圧センサ１０４は、標高差数ｃｍ〜数十ｃｍに相当する微小な気圧変化を検出可能な高感度気圧計とすることができる。例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されたダイヤフラム型又はカンチレバー型の圧力計であってもよい。このような気圧センサ１０４を用いることによって、エレベータや階段等による上下方向（鉛直方向）の移動量を計測することが可能となる。

同じく図２において、位置・フロア遷移情報記憶部１０５は、
（ａ）後に詳細に説明する位置推定部１１３で推定（測位）された端末１の位置に係る情報と、
（ｂ）同じく後に詳細に説明するフロア遷移検出部１１１で決定されたフロア遷移に係る情報、例えば遷移の検出された事実及びその遷移の遷移種別と
を該当時刻に紐づけて記憶する。なお、後述するコーナー検出部１１３ｂが設定されている場合、上記（ａ）の位置に係る情報は、推定された位置のうち、コーナーと判定された地点の位置のみとすることもできる。

図３は、位置・フロア遷移情報記憶部１０５に記録された位置推定結果の一実施例を示すテーブルである。

図３によれば、位置・フロア遷移情報記憶部１０５は、位置推定部１１３において推定（測位）された端末１の位置に係る情報である位置推定結果（測位結果）を記憶している。記憶された位置推定結果は、位置推定の時刻毎に、
（ａ）当該時刻での携帯端末１の向き（例えば方位角）
（ｂ）１つ前の時刻から当該時刻までの間に端末１が移動した距離（移動距離）、及び
（ｃ）当該時刻での携帯端末１の所在位置の水平面直交座標系でのｘ座標値（位置座標x）及びy座標値（位置座標y）
を対応付けて記録した情報となっている。

ここで、上記（ａ）の向きは、例えば加速度センサ１０１及び地磁気センサ１０３、又はジャイロセンサ１０２から出力される測定結果情報に基づき、位置推定部１１３において公知の方法によって算出されてもよい。また、上記（ｂ）の移動距離は、例えば加速度センサ１０１から出力される加速度情報を用いて歩数を決定した上で、予め設定された歩幅から算出することができる。さらに、上記（ｃ）の位置座標は、例えば、上記（ａ）及び（ｂ）の算出結果を総合して公知の方法によって算出してもよい。

［フロア遷移検出処理］
図２に戻って、フロア遷移検出部１１１は、センサ測定結果情報に基づいてフロアの遷移、すなわち携帯端末１の１つのフロアから別のフロアへの移動、を検出する。ここで、センサ測定結果情報は「移動に係る情報」であり、センサ１０１〜１０４の少なくとも１つからの出力情報、すなわち加速度、角速度、地磁気及び／又は気圧の測定値に係る情報である。

例えば、気圧センサ１０４から出力される気圧情報の時間変化から、鉛直高さ方向（上下方向）の位置（位置座標z）の変化分を決定し、当該変化分が、フロア間遷移（移動）相当の変化分についての所定閾値を越えれば、フロア遷移を検出したとすることができる。また、気圧の時間変化の速度やプロファイルから、フロア遷移の遷移種別、すなわち階段、らせん階段、エレベータ、エスカレータや、スロープといったフロア間移動手段の種別を特定することも可能となる。

さらに、加速度センサ１０１から出力される加速度ベクトルの時間変化のプロファイルや、加速度情報における重力加速度方向（鉛直方向）での加速度変化に基づいて、フロア遷移を検出し、さらに、フロア遷移の遷移種別、すなわち上述したようなフロア間移動手段の種別を特定することもできる。また、ジャイロセンサ１０２や地磁気センサ１０３から出力される測定結果情報にも基づいて、例えば、遷移種別としてらせん階段が使用されたことを特定することも可能となる。

このように、本実施形態において、フロア遷移検出部１１１は、フロア遷移の検出だけでなく、検出された遷移の遷移種別も決定する。また、検出されたフロア遷移及び決定された遷移種別の情報を、例えば当該遷移の発生時刻と紐づけて、位置・フロア遷移情報記憶部１０５に記録しておく。

［同一場所判定処理］
同じく図２において、同一場所判定部１１２は、過去に位置したフロアへの回帰遷移（以前に所在していたフロアへ別のフロアから戻る移動）が検出された場合の位置が、この過去に位置したフロアにおける保持された過去の位置と「同じ場所」であるか否かを判定する。

ここで、「同じ場所」との条件は、予め設定される判定基準として種々の形態をとることができる。以下、図を用いて当該条件を説明する。

図４は、同一場所判定部１１２で行われる同一場所判定処理における種々の実施形態を説明するための模式図である。

図４（Ａ）〜（Ｃ）には、携帯端末１（を所持したユーザ）が、フロアＦ_aの位置pから階段という遷移種別を用いてフロアＦ_bへフロア遷移し、その後、同じ階段（図４（Ａ））、別の階段（図４（Ｂ））、又はエレベータ（図４（Ｃ））を用いてフロアＦ_aへ回帰遷移して位置qに至る様子が示されている。

ここで、同一場所判定部１１２は、１つの判定形態として、
（ア）過去に位置したフロアと、回帰遷移後に位置するフロアとが同じであることが確認できれば、「同じ場所」であると判定してもよい。

この場合、同一場所判定部１１２は、具体的に、位置・フロア遷移情報記憶部１０５から、フロアＦ_bからフロアＦ_aへのフロア遷移検出情報を取得した際に、その以前の遷移となるフロアＦ_aからフロアＦ_bへのフロア遷移検出情報を検索し取得することによって、上記（ア）の判定を行うことができる。過去のＦ_aからＦ_bへのフロア遷移検出情報が検索されたことを条件として「同じ場所」であると判定してもよい。このような判定（ア）は、図４（Ａ）の場合のように、フロアＦ_a及びＦ_bの間の遷移手段が１つだけである場合や、フロアＦ_aでは異なる遷移手段における出入り口が互いの近傍にある場合に有効となる。

また、別の判定形態として、同一場所判定部１１２は、
（イ）少なくとも、回帰遷移が検出された場合の位置qと過去の位置pとの距離が、所定閾値以下又は未満である場合に「同じ場所」であると判定してもよい。

この場合、同一場所判定部１１２は、具体的に、位置・フロア遷移情報記憶部１０５から、フロアＦ_bからフロアＦ_aへのフロア遷移検出情報と、フロア遷移完了後（現在）の位置qの情報とを取得した際に、その以前の遷移となるフロアＦ_aからフロアＦ_bへのフロア遷移検出情報と、このＦ_aからＦ_bへのフロア遷移の直前に記憶された位置pの情報とを検索し取得することによって、上記（イ）の判定を行うことができる。

ここで、例えば、位置pと位置qとの距離を計算し、この距離が所定閾値以下又は未満である場合に「同じ場所」であると判定してもよい。この際、所定閾値として、
（ａ）固定値（例えば10ｍ）を用いてもよく、
（ｂ）現在までの総移動距離（所定期間における過去の時刻での移動距離の総和）の所定割合分（例えば20％）としてもよく、
（ｃ）上記（ａ）及び（ｂ）で求めた値のうち大きい方を採用してもよい。

このような判定（イ）によれば、図４（Ａ）の場合、例えば、位置qは、位置pから見て所定距離範囲内にあるとして位置pと「同じ場所」であると判定されるが、図４（Ｂ）の場合、例えば、位置qは、位置pから見て所定距離範囲外にあるとして位置pと「同じ場所」ではないと判定されることになる。すなわち、判定（イ）によれば、特に、図４（Ｂ）に示されたようにフロアＦ_a及びＦ_bの間の遷移手段が複数ある場合でも、有効な判定を行うことができるのである。

さらに、同一場所判定処理の他の形態として、同一場所判定部１１２は、
（ウ）少なくとも、検出された（フロアＦ_aへの）回帰遷移の遷移種別と、過去の位置pの直後に検出された遷移の遷移種別とが同一であった場合に「同じ場所」であると判定してもよい。

この場合、同一場所判定部１１２は、具体的に、位置・フロア遷移情報記憶部１０５から、フロアＦ_bからフロアＦ_aへのフロア遷移検出情報と、同フロア遷移の遷移種別情報とを取得した際に、その以前の遷移となるフロアＦ_aからフロアＦ_bへのフロア遷移検出情報と、同フロア遷移の遷移種別情報とを検索し取得することによって、上記（ウ）の判定を行うことができる。

すなわち、取得したフロアＦ_bからフロアＦ_aへのフロア遷移の遷移種別が、検索された過去のフロアＦ_aからフロアＦ_bへのフロア遷移の遷移種別と同一種であった場合（例えばともに階段であった場合）、「同じ場所」であると判定し、一方、遷移種別が同一種ではない場合（例えば図４（Ｃ）に示されたように一方が階段であって他方がエレベータである場合）、「同じ場所」ではないと判定することができる。

さらに、同一場所判定部１１２は、更なる他の実施形態として、
（エ）上記（イ）の距離条件と、上記（ウ）の遷移種別条件との両方が満たされた場合に「同じ場所」であると判定してもよい。

以上に説明した同一場所判定処理のいずれを採用するかは、実際に位置推定の場となる建物等に応じて決定することができる。または、位置推定の試行を繰り返して、実際に推定位置精度の高い同一場所判定処理を選択してもよい。

なお、後述するコーナー検出部１１３ｂが設定されている場合、同一場所判定部１１２は、上記（イ）や（エ）における回帰遷移の検出位置q及び／又は過去の位置pとして、コーナーと判定された地点の位置のみを採用することもできる。また、そもそも、位置・フロア遷移情報記憶部１０５に記録される位置をコーナーと判定された地点の位置のみとしてもよい。さらに、同一場所判定部１１２は、回帰遷移の検出位置qを、当該回帰遷移が検出された直後に検出されたコーナー地点の位置とすることもできる。また、過去のフロア遷移の直前の位置pを、当該フロア遷移が検出された直前に検出されたコーナー地点の位置としてもよい。

［位置推定・補正処理］
図２に戻って、位置推定部１１３は、加速度センサ１０１、ジャイロセンサ１０２、地磁気センサ１０３及び／又は気圧センサ１０４から出力される測定結果情報に基づき、例えば公知のＰＤＲ技術を用いて携帯端末１の位置を推定し、さらに、推定した位置情報を、時系列の端末１の位置データとして、位置・フロア遷移情報記憶部１０５に記録する。

例えば、位置推定部１１３は、加速度センサ１０１から出力される測定結果情報に基づいて歩行の候補となる加速度変動を検出し、この検出結果に基づいて歩数を算出してもよい。歩数がわかれば移動距離が決定される。ここで、歩行の候補となる加速度変動か否かは、例えば、検出された加速度変動の時間間隔や、その標準偏差に基づいて判定することができる。

また、位置推定部１１３のコーナー検出部１１３ｂは、フロア内での移動におけるコーナーを検出する。ここで、コーナーは、フロア内での移動経路における進行方向の（曲がり角をなす）転換位置である。このコーナー（の位置）は、具体的に、例えばジャイロセンサ１０２から出力される角速度測定結果情報に基づき、曲がり角に相当するような角速度の変化が検出されるか否かによって決定されたり、加速度センサ１０１及び地磁気センサ１０３からの出力を用いて算出される進行方向の方位の転換点を検出して決定したりすることができる。また、水平方向（フロア面内方向）における測位結果（推定位置）の時系列データに基づき，移動経路が曲がったかどうかを検出して決定してもよい。

このようなコーナー検出部１１３ｂを設けた実施形態において、位置・フロア遷移情報記憶部１０５に記録する推定位置を、コーナーであると決定された位置に限定することもできる。一般に、コーナーの位置は、そのフロア内で通過する際、当該位置で曲がらざるを得ない場合も多く、その近傍を移動する場合には概ね通過する位置として、補正量を算出する際の基準にし易い位置といえるのである。

さらに、位置推定部１１３の位置補正部１１３ａは、同一場所判定部１１２が回帰遷移の検出位置qと過去の位置pとを同じ場所であると判定した際に、これらの位置q（又は位置qに係る情報）及び位置p（又は位置pに係る情報）に基づいて補正量を算出し、この補正量を用いて推定位置を補正する（位置を補正するための変数を更新する）。

具体的に、位置補正部１１３ａは、本実施形態において、位置qと位置pとの位置の差を用いて、補正量としての位置のオフセットO_Pを、次式
（１） O_P＝q−p
により算出・更新する。ここで、上式（１）のq及びpはそれぞれ、位置q及び位置pを表す位置ベクトルであり、それ故、オフセットO_Pはベクトルの補正量となる。

次いで、位置補正部１１３ａは、オフセットO_Pを算出した際、位置qを補正した位置q'を、例えば、次式
（２） q'＝q−O_P
によって算出・更新する。この場合、位置・フロア遷移情報記憶部１０５には、この補正された位置q'の情報が記録される。

また、変更態様として、位置補正部１１３ａは、同じ場所であると判定された回帰遷移後の位置qだけでなく、この位置qよりも過去となる（記憶部１０５に保持された）位置をも補正対象とすることも好ましい。以下、過去の位置に遡って補正を行う実施形態を、図を用いて説明する。

図５は、位置補正部１１３ａにおける推定位置の補正処理についての他の実施形態を説明するための模式図である。

図５には、携帯端末１（を所持したユーザ）が、フロアＦ_aの位置p1から階段１によって（階段という遷移種別を用いて）フロアＦ_bへフロア遷移して位置p1_pを通過し、次いで、フロアＦ_bの位置p2から階段２によって（階段という遷移種別を用いて）フロアＦ_cへフロア遷移し、その後、このフロアＦ_cから階段３によって（階段という遷移種別を用いて）フロアＦ_bへフロア遷移して位置q1を通過し、さらにその後、フロアＦ_bの位置q1_pから階段１によって（階段という遷移種別を用いて）フロアＦ_aへフロア遷移して位置q2に至る様子が示されている。なお、これらの遷移情報及び位置の情報は、その該当時刻と紐づけられて位置・フロア遷移情報記憶部１０５に記録されている。

ここで、同一場所判定部１１２は、フロアＦ_aにおける位置p1と位置q2との距離が所定閾値以下であって両位置p1及びq2は同じ場所である、と判定したとする。この場合、位置補正部１１３ａによって、例えば上式（１）によりオフセットO_P＝q2−p1が算出され、このオフセットO_Pを用いて、推定位置q2がq2'＝q2−O_Pのように補正される。ＰＤＲにおいて、この位置q2'以後の推定位置qは、q2’からの変位（向きと移動距離）の累積によって計算される。従って、q2で位置補正を実施すれば、その補正効果は、次にO_Pが更新されるまでの将来の推定位置全てに波及するのである。このように、オフセットO_P及び推定位置は、同一場所であるとの判定が行われる度に更新されることになる。これにより、ＰＤＲにおいて重要な問題となる誤差の蓄積が適宜抑制される。

また、本実施形態では、オフセットO_Pは、位置q2以後の将来にわたっての補正量として使用されるだけではなく、位置q2以前の過去の位置、例えば図５における位置q1_pや位置q1に対しても適用可能である。例えば、フロアＦ_bにおける位置q1は、フロアＦ_bへの回帰遷移が検出された際に、過去の位置p2との間で同じ場所ではないとの判定を受けるので、この判定によって補正されることはない。しかしながら、本実施形態によれば、その直後のフロアＦ_aへの回帰遷移に基づき、遡って補正の機会を得ることができるのである。これにより、誤差蓄積の抑制を遡及して進めることが可能となる。

ここで、位置q1の補正は、例えば、次式
（３ａ） q1'＝q1−O(O_P, Δt）
によって行われることも好ましい。ここで、O(O_P, Δt）は、位置q1に適用されるオフセットである。また、Δtは、位置q2の時刻と位置q1の時刻との時間差である。このオフセットO(O_P, Δt）は、ＰＤＲにおいて誤差は時間とともに増大するとの前提の下、位置q2において算出されたオフセットO_Pよりも、過去へ遡った分だけ（Δtに依存して）小さい値をとる補正量となっている。オフセットについてのこのような配慮により、ＰＤＲの実情に適合した適切な補正を行うことが可能となる。また、変更態様として、時間ではなく距離に基づく次式
（３ｂ） q1'＝q1−O(O_P, Δd）
によって補正が行われることも好ましい。ここで、Δdは、位置q1から位置q2までの総移動距離である。上式（３ｂ）のオフセットO(O_P, Δd）は、時間が経過しても移動しない限り誤差は蓄積しないという前提の下、位置q2において算出されたオフセットO_Pよりも、以前の位置へ遡った分だけ（Δdに依存して）小さい値をとる補正量となっている。

以上説明したように、位置の補正を現在以降（将来）に対して適用する代わりに、過去に遡って推定した位置を補正（再計算）することも可能となる。どちらの形態をとるのか又は両方の形態をとるのか否かは、位置推定処理に求められるリアルタイム性の程度や、過去の位置の重要性に応じ、適宜選択されてもよい。

図２に戻って、位置補正部１１３ａの方位補正部１１３ｃは、同じ場所であると判定された位置qの直前のフロア遷移での進行方向と、過去の位置pの直後のフロア遷移での進行方向との角度差を用いて推定位置を補正する。

ここで、「位置qの直前のフロア遷移での進行方向」は、記憶部１０５から同様に読み出されたこのフロア遷移直前の位置と、位置qとを結ぶベクトルの方向とすることができる。また、「位置pの直後のフロア遷移での進行方向」も、位置pと、記憶部１０５から同様に読み出されたこのフロア遷移直後の位置とを結ぶベクトルの方向とすることができる。または、変更態様としてそれぞれを、位置q及び位置pでの端末１の向き（例えば方位角）とすることも可能である。さらに、位置qの1つ前の時刻での位置と位置qとを結ぶベクトルの方向、及び、位置pと位置pの１つ後の時刻での位置とを結ぶベクトルの方向をそれぞれ、位置q及び位置pのフロア遷移での進行方向としてもよい。

図６は、方位補正部１１３ｃにおける方位補正及び位置補正の一実施形態を説明するためのグラフである。

図６には、フロアＦ_aにおける過去の位置pに対し、階段を使ってフロアＦ_aへ回帰遷移した直後の位置qが、同じ場所であるとの判定を受けた状況が示されている。ここで、方位補正部１１３ｃは、本実施形態において、「位置qの直前のフロア遷移での進行方向」が、「位置pの直後のフロア遷移での進行方向」とは真逆、すなわち向き（方位角）の差分が１８０度となるように、方位角オフセットO_ωを、次式
（４） O_ω＝θ_q−（θ_p＋π）
によって算出・更新する。ここで、上式（４）のθ_q及びθ_pはそれぞれ、図６に示されたように、「位置qの直前のフロア遷移での進行方向」の方位角、及び「位置pの直後のフロア遷移での進行方向」の方位角である。

次いで、（位置補正部１１３ａ内の）方位補正部１１３ｃは、方位角オフセットO_ωを算出した際、方位角θ_qを補正した方位角θ_q'を、例えば、次式
（５） θ_q'＝θ_q−O_ω
によって算出・更新する。次いで、さらに、この補正した方位角θ_q'を用いて、位置qの次の位置q^（２次元ベクトル）を、例えば、次式
（６） q^＝q＋[l・sin(θ_q'), l・cos(θ_q')]
によって算出・更新する。ここで、上式（６）のlは、位置qでの時刻における移動距離である。この式は、ＰＤＲで方位角及び移動距離から次の位置を計算する式において、方位角θqをθ_q'に置き換えただけのものと捉えることもできる。すなわち、位置qそのものはこの式によって修正されることはない。なお、位置のオフセットO_Pとは異なり、方位角オフセットO_ωは累積的に求められるものではないので、上式（５）による方位角の補正は、方位角オフセットO_ωの算出以後の全ての位置に適用される必要がある。

さらに、本実施形態では、方位角オフセットO_ωは、将来にわたっての補正量として使用されるだけではなく、位置のオフセットO_Pと同様、過去に遡って適用されてもよい。例えば、図５に示された位置q2で算出された方位角オフセットO_ωを用い、過去に遡った位置q1において方位角の補正を行う場合、この方位角の補正は、例えば、次式
（７ａ） θ_q1'＝θ_q1−O(O_ω, Δt）
を用いて実施することができる。ここで、Δtは、位置q2の時刻と遡った位置q1の時刻との時間差である。上式（７ａ）の方位角オフセットO(O_ω, Δt）も、方位角オフセットO_ωを算出した位置q2の時刻から過去へ遡った分だけ（Δtに依存して）O_ωよりも小さい値をとる補正量となっている。また、変更態様として、方位角の補正を、次式
（７ｂ） θ_q1'＝θ_q1−O(O_ω, Δd）
を用いて実施してもよい。ここで、Δdは、遡った位置q1から位置q2までの総移動距離である。上式（７ｂ）の方位角オフセットO(O_ω, Δd）も、位置q2から以前の位置へ遡った分だけ（Δdに依存して）O_ωよりも小さい値をとる補正量となっている。

一般に、ＰＤＲにおいて測位誤差が蓄積される大きな要因として、測位対象の向きの推定値に誤差が存在し、この測位対象の進行とともにその向きの誤差の大きさに応じて推定位置の誤差が増大する、という現象が挙げられる。これに対し、上述したように、端末１の方位角を補正し、補正された方位角を用いて端末１の推定位置を補正することによって、そのような進行に伴う位置誤差の増大を防止又は抑制することができるのである。

なお、位置補正部１１３ａは、
（ａ）位置のオフセットO_Pを用い、例えば上式（２）によって位置qを補正してもよく、
（ｂ）方位角オフセットO_ωを用い、例えば上式（５）及び（６）によって位置qを補正してもよく、または、
（ｃ）位置のオフセットO_Pと方位角オフセットO_ωとの両方を用いて位置qを補正することも可能である。

以上説明したように、位置補正部１１３ａによれば、携帯端末１（を所持した歩行者）の移動中、フロア遷移が検出され且つ同一場所であるとの判定がなされた際に、フロア遷移に係る位置又は当該位置に係る情報（遷移時の進行方向）から、位置のオフセットO_P及び／又は方位角オフセットO_ωを生成して推定位置の補正を実施することができる。これにより、地図情報に頼ることなく、ＰＤＲで問題となる測位誤差の蓄積を抑制することが可能となるのである。

図２に戻って、位置推定部１１３で推定され補正された携帯端末１のより精度の高い位置の情報、さらには過去の移動経路の情報（推定位置の時系列履歴情報）は、例えば、ディスプレイ等の表示部１０６に所定の形式で表示されてもよい。または、外部の情報処理装置でこれらの情報を処理すべく、通信部１０７を介して当該情報処理装置宛てに送信されることも好ましい。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、その都度測定された情報に基づいてフロアの遷移を検出し、この検出されたフロア遷移に係る位置情報に基づいて推定位置についての補正量を算出する。また、この補正量を用いてより精度の高い推定位置を刻々に決定することができる。その結果、地図情報に頼ることなく、ＰＤＲで問題となっている測位誤差の蓄積を抑制することが可能となるのである。また、フロア遷移を伴う移動中、例えば歩行中に適宜補正量を算出することができるので、移動時における動的な推定位置の補正を実施することも可能となる。

さらに、本発明は、例えばその一実施形態として、装置に内蔵されたセンサのみを用い、装置の推定位置を適宜補正することを可能にしている。従って、本発明による位置推定装置として、例えば、加速度センサや地磁気センサ等を常備しているスマートフォン、ウェアラブル型端末、タブレット型コンピュータ、電子書籍、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)といった汎用のユーザインタフェース装置を採用することも可能となっている。

以上に述べた本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。以上に述べた説明はあくまで例であって、何ら本発明を制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

１ 携帯端末（位置推定装置）
１０１ 加速度センサ
１０２ ジャイロセンサ
１０３ 地磁気センサ
１０４ 気圧センサ
１０５ 位置・フロア遷移情報記憶部
１０６ 表示部
１０７ 通信部
１１１ フロア遷移検出部
１１２ 同一場所判定部
１１３ 位置推定部
１１３ａ 位置補正部
１１３ｂ コーナー検出部
１１３ｃ 方位補正部

Claims (10)

1. 複数のフロア区域の間を所定の遷移用手段で移動可能なエリアにおける携帯主体の位置を推定し、当該位置を時系列で保持する位置推定装置であって、
   測定された当該移動に係る情報に基づいて、異なるフロア区域への移動であるフロア区域の遷移を検出するフロア遷移検出手段と、
   過去に位置したフロア区域への他のフロア区域からの移動である回帰遷移が検出された場合の位置が、当該フロア区域における保持された過去の位置と同じ場所であるか否かを判定する同一場所判定手段と、
   同じ場所であると判定された当該位置に係る情報と、当該過去の位置に係る情報とに基づいて補正量を算出し、当該補正量を用いて推定位置を補正する位置補正手段と
   を有することを特徴とする位置推定装置。
2. 前記同一場所判定手段は、少なくとも、当該回帰遷移が検出された場合の位置と、当該過去の位置との距離が所定閾値以下又は未満である場合に同じ場所であると判定することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
3. 前記同一場所判定手段は、少なくとも、検出された当該回帰遷移の遷移用手段と、当該過去の位置の直後に検出された遷移の遷移用手段とが同一であった場合に同じ場所であると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置推定装置。
4. 当該フロア区域での移動におけるコーナーを検出するコーナー検出手段を更に有し、
   前記同一場所判定手段は、当該回帰遷移が検出された場合の位置を、当該回帰遷移が検出された後に検出されたコーナーとする
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置推定装置。
5. 前記位置補正手段は、少なくとも、同じ場所であると判定された当該位置と、当該過去の位置との位置の差を用いて推定位置を補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の位置推定装置。
6. 前記位置補正手段は、少なくとも、同じ場所であると判定された当該位置の直前の遷移での進行方向と、当該過去の位置の直後の遷移での進行方向との角度差を用いて推定位置を補正することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の位置推定装置。
7. 前記位置補正手段は、同じ場所であると判定された当該位置よりも過去となる保持された位置をも、補正対象とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の位置推定装置。
8. 前記フロア遷移検出手段は、測定された当該移動に係る情報として、加速度、角速度、地磁気及び／又は気圧の測定結果情報に基づいて、フロア区域の遷移を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の位置推定装置。
9. 複数のフロア区域の間を所定の遷移用手段で移動可能なエリアにおける携帯主体の位置を推定し、当該位置を時系列で保持する装置に搭載されたコンピュータを機能させる位置推定プログラムであって、
   測定された当該移動に係る情報に基づいて、異なるフロア区域への移動であるフロア区域の遷移を検出するフロア遷移検出手段と、
   過去に位置したフロア区域への他のフロア区域からの移動である回帰遷移が検出された場合の位置が、当該フロア区域における保持された過去の位置と同じ場所であるか否かを判定する同一場所判定手段と、
   同じ場所であると判定された当該位置に係る情報と、当該過去の位置に係る情報とに基づいて補正量を算出し、当該補正量を用いて推定位置を補正する位置補正手段と
   してコンピュータを機能させることを特徴とする位置推定プログラム。
10. 複数のフロア区域の間を所定の遷移用手段で移動可能なエリアにおける携帯主体の位置を推定し、当該位置を時系列で保持する装置に搭載されたコンピュータにおける位置推定方法であって、
    測定された当該移動に係る情報に基づいて、異なるフロア区域への移動であるフロア区域の遷移を検出するステップと、
    過去に位置したフロア区域への他のフロア区域からの移動である回帰遷移が検出された場合の位置が、当該フロア区域における保持された過去の位置と同じ場所であるか否かを判定するステップと、
    同じ場所であると判定された当該位置に係る情報と、当該過去の位置に係る情報とに基づいて補正量を算出し、当該補正量を用いて推定位置を補正するステップと
    を有することを特徴とする位置推定方法。

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