JP2014075714A - 測位方法、測位システム及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳを利用不可能な場所においても高分解能の測位を行えるようにし、これにより歩行者等の低速の移動体に対するナビゲーションを実現可能にする。
【解決手段】測位サーバ２００において、先ず上記利用者端末１００から受信した基地局ＩＤリストから利用者が存在するエリアに対応する基地局ＩＤを選択し、この選択した基地局ＩＤをもとに基地局データベース３００から基地局の位置情報を取得する。続いて、上記選択された基地局ＩＤと上記利用者端末１００から受信したマーカＩＤとをもとにマーカデータベース４００から基地局に対するマーカの相対位置情報を取得し、このマーカの相対位置情報を上記基地局の位置情報に加算してマーカの絶対位置情報を算出する。最後に、この算出されたマーカの絶対位置情報と、上記利用者端末から受信した位置関係情報とをもとに、利用者端末１００の絶対位置情報を計算する。
【選択図】図５

Description

この発明は、例えば歩行ナビゲーションやマーケティングに利用するために、携帯端末を所持する利用者の位置を測定する測位方法、測位システム及びそのプログラムに関する。

屋外において携帯端末利用者の測位を行う技術として、ＧＰＳ(Global Positioning System)が普及し、カーナビゲーションシステムや歩行者ナビゲーションシステムなどに応用されている。このシステムは、上空にある数個のＧＰＳ衛星が送信しているＧＰＳ信号をＧＰＳ受信機でそれぞれ受信し、この受信されたＧＰＳ信号をもとに演算を行うことで受信者の位置を測定するものである。しかしこのシステムは、屋内や、屋外であっても建物の影の影響等によりＧＰＳ衛星からの信号を受信できない場所では利用することができない。このため、例えばショッピングモールの中で購買ナビゲーションサービスを実現することができない。

一方、ＧＰＳ衛星に頼らずに利用者の位置を測定する技術も種々提案されている。例えば、ＬＥＤ照明からの可視光により位置情報を送信する可視光通信を用いた測位技術（例えば非特許文献１を参照）や、赤外線通信装置から位置情報を送信する赤外線通信を用いた測位技術、ＲＦＩＤタグに位置情報を記憶させこの位置情報を利用者端末で受信するＲＦＩＤを用いた測位技術（例えば非特許文献２を参照）がある。

また、無線ＬＡＮ（Wireless Local Area Network）を利用する測位技術や、ＩＭＥＳ（Indoor MEssaging System）を用いた測位技術も提案されている。無線ＬＡＮを用いた測位技術は、無線ＬＡＮの基地局のＩＤを用いて測位する（例えば特許文献１を参照）。ＩＭＥＳを用いた測位技術は、専用装置からＧＰＳ信号と互換性のある信号を送信して測位する技術である。

特開２００７−１２４４０６号公報

新井雅裕他、「高速/低速イメージセンサを用いた可視光測位システム」、電子情報通信学会技術研究報告、ＰＮフォトニックネットワーク 109(455), 91-96, 2010-03-01 椎尾一郎、「ＲＦＩＤを利用したユーザ位置検出システム」、情報処理学会研究会報告00-HI-88, 2000.5.12, pp.45-50.

ところが、以上述べた従来の測位技術には以下のような改善すべき課題があった。すなわち、可視光通信を用いた測位技術、赤外線通信を用いた測位技術、ＲＦＩＤを用いた測位技術は、それぞれ専用の受信装置が必要である。測位を希望する利用者が新たに受信装置を準備することは負担が大きく普及が阻害される。

また、無線ＬＡＮを用いた測位技術やＩＭＥＳを用いた測位技術は、それぞれ測位の分解能が５〜２０ｍ、３〜５ｍと低く、歩行ナビゲーションを実現するためには分解能が不足する。例えば、携帯端末において無線ＬＡＮのある基地局からの電波を捕捉できた場合、無線ＬＡＮの基地局がカバーする無線エリアは最大半径２０ｍと広いため、利用者がこの無線エリア内のどこかに存在するということしか分からない。このため、歩行ナビゲーションへの応用は困難である。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ＧＰＳを利用不可能な場所においても高分解能の測位を行えるようにし、これにより歩行者等の低速移動体に対するナビゲーションを実現可能にした測位方法、測位システム及びそのプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点は、サービスエリアを複数のエリアに分割しこれらのエリアをそれぞれカバーエリアとするように設置位置と無線信号の送信レベルが予め設定された複数の無線基地局と、上記複数のエリアの各々を複数の小エリアに分割しこれらの小エリアにそれぞれ配置された異なる画像マーカを利用して、上記サービスエリア内に存在する利用者端末の位置を測定する際に、上記利用者端末により、当該利用者端末の存在位置に対応する画像マーカを含む範囲を撮像してその撮像画像から当該画像マーカの識別情報を検出すると共に、上記無線基地局から送信される無線信号を受信してその受信信号から送信元の無線基地局の識別情報を検出する。そして、上記検出された画像マーカの識別情報及び無線基地局の識別情報をもとに、上記画像マーカごとにその識別情報及び前記無線基地局の識別情報に関連付けて当該マーカの絶対位置情報を記憶したマーカデータベースから該当する画像マーカの絶対位置情報を読み出すようにしたものである。

また、この発明の第２の観点は、サービスエリアを複数のエリアに分割しこれらのエリアをそれぞれカバーエリアとするように設置位置と無線信号の送信レベルが予め設定された複数の無線基地局と、上記複数のエリアの各々を複数の小エリアに分割しこれらの小エリアにそれぞれ配置された異なる画像マーカを利用して、上記サービスエリア内に存在する利用者端末の位置を測定する際に、上記利用者端末により当該利用者端末の存在位置に対応する画像マーカを含む範囲を撮像してその撮像画像から当該画像マーカの識別情報を検出すると共に、上記利用者端末により上記無線基地局から送信される無線信号を受信してその受信信号から送信元の無線基地局の識別情報を検出する。そして、上記検出された無線基地局の識別情報をもとに、上記複数の基地局の設置位置情報を記憶した基地局データベースから、該当する無線基地局の設置位置情報を読み出すと共に、上記検出された無線基地局の識別情報及び画像マーカの識別情報をもとに、上記複数の無線基地局の各々について当該無線基地局とそのカバーエリアに配置された複数の画像マーカとの相対位置情報を記憶したマーカデータベースから、該当する無線基地局と画像マーカとの相対位置情報を読み出し、この読み出された無線基地局の設置位置情報と、当該無線基地局に対する画像マーカの相対位置情報とをもとに、当該画像マーカの絶対位置情報を算出するようにしたものである。

さらに、この発明の第３の観点は、サービスエリアを複数のエリアに分割しこれらのエリアをそれぞれカバーエリアとするように設置位置と無線信号の送信レベルが予め設定された複数の無線基地局と、上記複数のエリアの各々を複数の小エリアに分割しこれらの小エリアにそれぞれ配置された異なる画像マーカと、上記無線基地局から送信される無線信号の最大到達範囲内に存在する複数のエリアに、当該複数のエリアを識別するために上記画像マーカと共に配置された複数の画像パターンとを利用して、上記サービスエリア内に存在する利用者端末の位置を測定する際に、上記利用者端末により当該利用者端末の存在位置に対応する画像マーカ及び画像パターンを含む範囲を撮像してその撮像画像から当該画像マーカ及び画像パターンの識別情報をそれぞれ検出すると共に、上記利用者端末により上記複数の無線基地局から送信される無線信号をそれぞれ受信して、その各受信信号からそれぞれ送信元の無線基地局の識別情報と当該受信信号の受信電界強度をそれぞれ検出して基地局検出リストを作成する。そして、この作成された基地局検出リストの中から、上記検出された画像パターンの識別情報に対応しかつ上記受信電界強度が最も高い無線基地局の識別情報を抽出し、この抽出された無線基地局の識別情報をもとに、上記複数の基地局の設置位置情報を記憶した基地局データベースから、該当する無線基地局の設置位置情報を読み出す。また、上記検出された無線基地局の識別情報及び画像マーカの識別情報をもとに、上記複数の無線基地局の各々について当該無線基地局とそのカバーエリアに配置された複数の画像マーカとの相対位置情報を記憶したマーカデータベースから、該当する無線基地局と画像マーカとの相対位置情報を読み出す。そして、上記基地局データベースから読み出された無線基地局の設置位置情報と、上記マーカデータベースから読み出された当該無線基地局に対する画像マーカの相対位置情報とをもとに、当該画像マーカの絶対位置情報を算出するようにしたものである。

さらに、この発明の第４の観点は、上記したこの発明の第１、第２または第３の観点において、さらに上記撮像画像をもとに上記利用者端末と撮像対象となった画像マーカとの位置関係を表す情報を算出し、この算出された画像マーカの絶対位置情報と、上記算出された利用者端末と画像マーカとの位置関係を表す情報とをもとに、上記利用者端末の絶対位置情報を算出するようにしたものである。

この発明の第１及び第２の観点によれば、利用者端末において受信し検出された無線基地局の識別情報と、上記利用者端末による撮像画像から検出された画像マーカの識別情報とから当該画像マーカの絶対位置が特定される。このため、利用者がどの無線基地局のカバーエリア内に存在するかが当該無線基地局の識別情報をもとに特定され、さらに当該カバーエリア内のどの位置に存在するかが当該カバーエリア内に配置された画像マーカの識別情報をもとに特定される。したがって、無線基地局のカバーアリア単位でしか利用者の位置を特定できなかった従来の方法に比べ、利用者の存在位置をより精細に特定することが可能となる。

この発明の第３の観点によれば、利用者端末において基地局検出リストが作成され、この基地局検出リストの中から、撮像画像から検出された画像パターンの識別情報に対応しかつ受信電界強度が最も高い無線基地局が選択される。このため、利用者端末において複数の無線基地局からの無線信号が受信された場合でも、利用者端末が存在するエリアの無線基地局を正確に特定することが可能となる。

この発明の第４の観点によれば、撮像画像をもとに、当該撮像画像に含まれる画像マーカに対する撮影元の利用者端末の位置関係を表す情報、例えば水平方向及び垂直方向の各距離と撮像角度が算出され、この算出された位置関係を表す情報と上記画像マーカの絶対位置とから利用者端末の絶対位置が算出される。このため、利用者が自身の存在位置より離れた場所にある画像マーカを撮像したとしても、利用者の位置をより正確に算出することができる。

すなわちこの発明の各観点によれば、ＧＰＳを利用不可能な場所においても高分解能の測位を行えるようにし、これにより歩行者等の低速の移動体に対するナビゲーションを実現可能にした測位方法、測位システム及びそのプログラムを提供することができる。

この発明の一実施形態に係る測位方法を実現するためのサービスエリアの構成を示す図。 図１に示したサービスエリアにおける、同一パターンが割り当てられたエリアの配置関係を示す図。 図２に示したエリアの配置関係とエリア内の構成を拡大して示した図。 図３に示したエリア内に配置されるタイルの構成を示す図。 この発明の一実施形態に係る測位システムの機能構成を示すブロック図。 図５に示した測位システムの基地局データベースの一例を示す図。 図５に示した測位システムの画像マーカデータベースの一例を示す図。 図５に示したユーザ端末においてタイルの撮像画像データから得られるタイルと利用者との位置関係を表す情報を示す図。 基地局から送信される電波の到達範囲の一例を示す図。 図５に示したユーザ端末により得られる基地局リストの一例を示す図。 図５に示した測位サーバの基地局位置計算部による基地局位置取得処理の手順と内容を示す図。 図５に示した測位サーバの相対位置計算部による、基地局に対する画像マーカの相対位置取得処理の手順と内容を示す図。 図５に示した測位サーバの絶対位置計算部による、画像マーカ及びユーザの絶対位置の取得処理手順とその内容を示す図。 パターンが９種類ある場合の画像マーカに含めるビット数の決定方法を説明するための図。 パターンが１６種類ある場合の画像マーカに含めるビット数の決定方法を説明するための図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［一実施形態］
（構成）
この発明の一実施形態は、例えばショッピングモールの屋内に測位サービスを提供するサービスエリアを設定し、このサービスエリアに存在する利用者の位置を、無線ＬＡＮの基地局ＩＤと、床面、壁面又は天井に貼られたタイルに描かれた特有の画像パターンと画像マーカを用いて測定するものである。

図１は、この発明の一実施形態に係る測位方法を実現するためのサービスエリアの構成を示す図である。サービスエリアは、それぞれがほぼ正方形なす複数のエリアＥ１−０〜Ｅ４−４に分割されている。これらのエリアＥ１−０〜Ｅ４−４は、図１中の破線に示すように隣接する９個のエリアずつブロック化され、各ブロックごとにその９個のエリアには当該エリアを識別するためのパターンＰ１〜Ｐ９が所定の順番に割り当てられている。すなわち、パターンＰ１〜Ｐ９は異なるブロックに対し繰り返し使用される。

上記各エリアＥ１−０〜Ｅ４−４にはそれぞれ無線ＬＡＮの基地局が設置されている。各基地局の送信電力は、図１に示すように当該基地局が設置されたエリアＥ１−０〜Ｅ４−４をそれぞれ通信可能範囲Ｚ内に含み、かつ図２及び図３に示すように電波の最大到達範囲Ｚmax の直径Ｒmax が、隣接する２つのブロックの同一位置に配置されたエリア、つまり同一のパターンＰ１が割り当てられたエリア間の距離より短くなるように設定される。

また、上記各エリアＥ１−０〜Ｅ４−４はそれぞれ図３に示すように複数の小エリアに分割され、これらの小エリアにはそれぞれタイルＴが設置されている。各タイルＴには、例えば図４（ｂ）に示すようにパターンＩＤエリアＡ１とマーカＩＤエリアＡ２が設けられている。パターンＩＤエリアＡ１には、当該タイルが設置されたエリアに割り当てられたパターンＰ１〜Ｐ９が描かれる。一方、マーカＩＤエリアＡ２には、エリア内におけるタイルの位置を識別するためのマーカが描かれる。すなわち、マーカには、１つのエリアを構成する小エリアの数、つまりタイルＴの数に相当する種類が用意される。

具体的には、図４に示すようにパターン及びマーカのいずれも例えば「葉」の模様で表される。パターンＰ１〜Ｐ９は「４」個の模様の位置とその有無で表現される。すなわち、４個の模様により４bit の二進数表記がなされ、これにより上記９通りのパターンの識別が可能となる。これに対しマーカは、１２個の模様の位置とその有無で表現される。すなわち、１２個の模様により１２bit の二進数表記がなされ、これにより最大４０９６種類のマーカの識別が可能となる。なお、パターン及びマーカの配列方向は模様の向きにより識別する。

上記マーカのビット数の決定方法の一例を以下に説明する。
図１に示したようにパターンを９種類作成する場合、図１４に示す通り同一パターンのエリア間に２つの別のパターンのエリアが存在する。この場合、隣接する同一パターンの基地局からの電波が到達しないようにするためには、

を満たす必要がある。このとき、マーカの一辺の長さをＸt とすると、パターン内でマーカを一意に特定するためのマーカのビット数は下式を満たす。なお、Ceilは実数ｘに対してｘ以上の最小の整数を表す。

一般的に、電波の最大到達距離Ｒmax は２０ｍ程度、Ｘt は０．５ｍ程度であるため、これを代入するとｘ≧８と求まる。つまり、マーカＩＤを表記するために８bit あれば十分であり、パターンＩＤを表記するために用いる４bit と併せて、１２bit あれば十分である。このとき、ＲはＲ＝４√２≒５．６６ｍ、エリアの一辺は８ｍとなる。

また、パターンを１６種類作成する場合には、図１５に示す通り同一パターンのエリア間に３つの別パターンのエリアが存在する。この場合、隣接する同一パターンの基地局からの電波が到達しないようにするためには、

を満たす必要がある。このとき、マーカの一辺の長さをＸt とすると、パターン内で、マーカを一意に特定するためのマーカのビット数は下式を満たす。なお、Ceilは実数ｘに対してｘ以上の最小の整数を表す。

先に述べたように、電波の最大到達距離Ｒmax は２０ｍ程度、Ｘt は０．５ｍ程度であるため、これを代入するとｘ≧７．１７と求まる。つまり、マーカＩＤを表記するために８bit あれば十分であり、パターンＩＤを表記するために用いる４bit と併せて、１２bit あれば十分である。このとき、ＲはＲ＝（２０√２）／７≒４．０４、エリアの一辺は６．０ｍとなる。

さらに、成人がカメラ付き携帯端末を手に持ち、床を撮影した場合、一般的に撮像可能な範囲は１．５ｍ四方程度である。つまり、全てのタイルをマーカとして用いる必要は無く、３枚あたり１枚にマーカとしての情報が埋め込まれていれば十分である。
マーカを３枚のタイルに１枚の割合で設置する場合、マーカのビット数は下式を満たす。なお、Ceilは実数ｘに対してｘ以上の最小の整数を表す。

このとき、先に述べたように電波の最大到達距離Ｒmax を２０ｍ程度、Ｘt を０．５ｍ程度とすると、ｘ≧４と算出され、パターンＩＤエリアの４bit と併せ、８bit あれば十分である。

すなわち、図１４及び図１５に例示した通り、デザインに制約を与えない程度の少ない情報量しか持たないマーカを用いた場合であっても、どの店舗の何階のどこにいるかということを３０cm程度の分解能で特定することが可能になる。

ところで、この発明の一実施形態に係る測位システムは以下のように構成される。図５はその構成を示すブロック図である。
この測位システムは、測位クライアントとして利用者が携帯する利用者端末１００と、測位サーバ２００と、基地局データベース３００と、マーカデータベース４００を備えている。そして、上記利用者端末１００と測位サーバ２００との間で通信ネットワークＮＷを介して通信を可能とすると共に、測位サーバ２００から上記基地局データベース３００及びマーカデータベース４００に対し通信ネットワークＮＷを介してデータ検索を可能にしたものである。

利用者端末１００は、例えば携帯電話機、スマートホン、タブレット型端末等の携帯端末からなり、この実施形態を実現するために必要な機能として、画像撮影部１０１と、無線受信部１０２と、マーカ解析部１０３と、位置情報依頼部１０４と、位置情報受信部１０５と、位置依存情報受信部１０６を備えている。これらの機能は、利用者端末１００内のプログラム・メモリに格納されたアプリケーション・プログラムを利用者端末１００が備えるＣＰＵに実行させることにより実現される。

画像撮影部１０１は、例えば固体撮像素子を使用したカメラからなり、この実施形態では利用者の存在位置又はその近辺にあるタイルＴを撮像するために用いられる。

マーカ解析部１０３は、上記画像撮影部１０１から出力された画像データから、例えばパターン認識処理によりマーカの画像及びパターンの画像をそれぞれ抽出し、この抽出画像をもとにマーカＩＤ及びパターンＩＤを検出する機能を有する。またそれと共にマーカ解析部１０３は、上記画像データと、タイルＴの一辺の長さＬと、カメラの倍率等の撮像条件とから、撮像画像に含まれるタイルと利用者端末１００との位置関係を表す情報を算出する機能も有する。この位置関係を表す情報は、例えば図８（ｂ），（ｃ）に示すように、利用者端末１００とタイルとの間の水平距離ｌ、垂直距離ｈ、及びタイルに対する利用者端末１００の撮像角θとからなる。より具体的には、撮影角θはタイルから特定の方位（例えば北）に向かう線とタイルとカメラとを結ぶ線がなす角度である。

無線受信部１０２は、無線ＬＡＮの基地局（アクセスポイント）から送信される無線信号を受信し、その受信信号から基地局ＩＤを抽出すると共に受信電界強度を検出する。そして、複数の基地局ＩＤが検出された場合には、この検出された基地局ＩＤとその受信電界強度を含むリスト（基地局ＩＤリスト）を作成する。

位置情報依頼部１０４は、上記マーカ解析部１０３により得られたマーカＩＤ、パターンＩＤ及び位置関係情報と、上記無線受信部１０２により検出された基地局ＩＤ及び受信電界強度のリスト（基地局ＩＤリスト）を、通信ネットワークＮＷを介して測位サーバ２００へ送信する。

位置情報受信部１０５は、後述する測位サーバ２００から送信された利用者端末１００の絶対位置情報を、通信ネットワークＮＷを介して受信する。そして、この受信した絶対位置情報に基づいて自端末の位置を表す表示データを生成して図示しない表示部に表示させる機能を有する。位置依存情報受信部１０６は、測位サーバ２００から送信される自端末の現在位置に関係する情報、例えば最寄りの店舗の特売情報等を受信し、上記表示部に表示させる機能を有する。

基地局データベース３００は、システムが使用する複数の基地局の各々について、その基地局ＩＤに関連付けて当該基地局の位置情報を記憶したものである。位置情報は、緯度、経度及び標高（フロアの階数）を表す情報からなる。図６はこの基地局データベース３００に記憶された基地局の位置情報の一例を示すものである。

マーカデータベース４００は、システムが使用する複数の基地局の各ＩＤに関連付けて、当該基地局がカバーするエリアに配設された各タイルに描かれているマーカのＩＤと、当該マーカの基地局に対する相対位置情報を記憶したものである。この相対位置情報は、基地局の緯度、経度及び標高に対する差として表される。図７はこのマーカデータベース４００に記憶されたマーカの相対位置情報の一例を示すものである。

測位サーバ２００は、例えばＷｅｂサーバからなり、本実施形態を実現するために必要な機能として、位置情報依頼受付部２０１と、基地局位置計算部２０２と、相対位置計算部２０３と、絶対位置計算部２０４と、位置依存情報作成部２０６を備えている。なお、これらの機能はいずれも、図示しないプログラムメモリに格納されたアプリケーション・プログラムを図示しないＣＰＵに実行させることにより実現される。

位置情報依頼受付部２０１は、上記利用者端末１００から送信されたマーカＩＤ、パターンＩＤ、位置関係情報及び基地局ＩＤリストを、通信ネットワークＮＷを介して受信する。

基地局位置計算部２０２は、上記位置情報依頼受付部２０１により受信された基地局ＩＤリストの中から、受信されたパターンＩＤに該当しかつ受信電界強度が最も高い基地局ＩＤを選択する機能と、上記選択された基地局ＩＤをキーにして基地局データベース３００に対し問い合わせを行い、基地局データベース３００から該当する基地局の位置情報を取得する機能を有する。

相対位置計算部２０３は、上記基地局位置計算部２０２により選択された基地局ＩＤと、上記位置情報依頼受付部２０１により受信されたマーカＩＤをキーとしてマーカデータベース４００に対し問い合わせを行い、マーカデータベース４００から該当する基地局に対するマーカの相対位置情報を取得する機能を有する。

絶対位置計算部２０４は、マーカの絶対位置を計算する機能と、利用者の絶対位置を計算する機能を有する。マーカの絶対位置を計算する機能は、上記基地局位置計算部２０２により基地局データベース３００から取得された基地局の位置情報と、上記相対位置計算部２０３によりマーカデータベース４００から取得された相対位置情報とをもとに、マーカの絶対位置情報を計算する。利用者の絶対位置を計算する機能は、上記計算されたマーカの絶対位置情報と、上記位置情報依頼受付部２０１により受信された位置関係情報とをもとに、利用者端末１００（つまり利用者）の絶対位置情報を計算する。

位置情報送信部２０５は、上記絶対位置計算部２０４により計算された利用者の絶対位置情報を、検出情報の送信元である利用者端末１００に向け送信する機能を有する。
位置依存情報作成部２０６は、上記絶対位置計算部２０４により計算された利用者の絶対位置情報をもとに、当該利用者の現在位置に関連する依存情報、例えば最寄りの店舗の特売情報等を生成し、この依存情報を利用者端末１００に向け送信する機能を有する。

（動作）
（１）事前準備
システムの運用開始に先立ち、システムオペレータはサービスエリアの各エリアＥ１−０〜Ｅ４−４に設置された各基地局の緯度、経度及び標高（フロアの階数）を算出し、この算出値を基地局ＩＤに関連付けて基地局データベース３００に記憶させる。またそれと共に、エリアＥ１−０〜Ｅ４−４ごとに、当該エリアに配設されたタイルＴに描かれた各マーカの基地局の位置に対する緯度、経度及び標高（フロアの階数）の差を算出し、この算出値をそれぞれ基地局ＩＤ及びマーカＩＤと関連付けてマーカデータベース４００に記憶させる。さらに、エリアＥ１−０〜Ｅ４−４に割り当てられたパターンＰ１〜Ｐ９についても、当該エリアに設置された基地局の基地局ＩＤと関連付けて記憶させる。或いは、方位とタイルと基地局間の距離を測定することは、既存技術を用いれば比較的容易であるため、この既存技術を用いて測定した位置情報を緯度、経度に変換し準備することもできる。

なお、各基地局の位置情報、及び基地局と各マーカの相対位置情報は、ＧＰＳを利用可能な場所であればＧＰＳ測位装置を用いて測定するが、ＧＰＳを利用できない場所については建物の設計図に記載された各部の寸法と位置情報に基づいて計算により求めることが可能である。

（２）利用者端末１００の動作
利用者は、利用者端末１００の画像撮影部１０１を動作させて、自身の存在位置に対応するタイルを撮像する。これにより、画像撮影部１０１により上記タイルを含む範囲が撮像され、その撮像画像データがマーカ解析部１０３に入力される。図４（ａ）にこの撮像画像データの一例を示す。

マーカ解析部１０３では、上記画像撮影部１０１から出力された画像データから、例えばパターン認識処理によりマーカの画像及びパターンの画像がそれぞれ抽出され、この抽出された画像をもとにパターンＩＤ及びマーカＩＤが検出される。例えば、いま図４（ｂ）に示すようなタイルＴの画像データが得られたとすると、そのパターンＩＤエリアＡ１における「葉」模様の位置と数から、パターンＩＤ：０１０１（二進数）＝５（十進数）のように検出される。また、マーカＩＤエリアＡ２における「葉」模様の位置と数から、マーカＩＤ：００１００１１００００１（二進数）＝６０９（十進数）のように検出される。

またそれと共にマーカ解析部１０３では、上記撮像画像データと、タイルＴの一辺の長さＬと、カメラの倍率等の撮像条件とから、撮像画像データに含まれるタイルＴと利用者端末１００（カメラ）との位置関係を表す情報が算出される。例えば、いま図８（ａ）に示すように斜め上方からタイルＴが撮影されたものとすると、その撮像画像データＩと、予め記憶しておいたタイルの一辺の長さＬと、カメラの倍率とから、図８（ｂ），（ｃ）に示すように、利用者端末１００とタイルとの間の水平距離ｌ、垂直距離ｈ、及びタイルに対する利用者端末１００の撮像角θが算出される。なお、利用者端末１００の撮像角θは、利用者端末１００がジャイロ及び加速度センサを備えている場合には、これらのセンサを用いて検出することも可能である。

また利用者端末１００では、周辺に存在する基地局から送信された無線信号が無線受信部１０２により受信され、その受信信号から基地局ＩＤが抽出されると共に、受信電界強度が検出される。このとき、各基地局の送信電波は、例えば図９に示すように当該基地局が設置されたエリア内に止まらず、強度が距離の二乗に比例して減衰しながら周辺のエリアにも到達する。このため、各エリアでは当該エリアに設置されている基地局の電波に限らず、周辺の複数の基地局の電波も受信される。したがって無線受信部１０２では、受信された全ての基地局ＩＤと受信電界強度とからなる基地局ＩＤリストが作成される。

上記マーカ解析部１０３により得られたマーカＩＤ、パターンＩＤ及び位置関係情報と、上記無線受信部１０２により検出された基地局ＩＤ及び受信電界強度からなる基地局ＩＤリストは、位置情報依頼部１０４により通信ネットワークＮＷを介して測位サーバ２００へ送信される。

（３）測位サーバ２００の動作
（３−１）利用者端末の検出情報の取得
上記利用者端末１００から送信されたマーカＩＤ、パターンＩＤ、位置関係情報及び基地局ＩＤリストは、測位サーバ２００の位置情報依頼受付部２０１で受信される。そして、この受信された各検出情報は、送信元の利用者端末１００の識別情報と関連付けられて位置情報依頼受付部２０１内のメモリに一時保存される。なお、このとき基地局ＩＤリストは、各基地局ＩＤに対応するパターンＩＤが付加された状態で保存される。図１０にその一例を示す。

（３−２）基地局の位置情報の取得
利用者端末１００から送信された検出情報が受信されると、測位サーバ２００では基地局位置計算部２０２により基地局の位置情報を取得する処理が以下のように行われる。図１１はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。

すなわち、基地局位置計算部２０２では、先ずステップＳ１１により、上記受信し保存された基地局ＩＤリストの中から、受信されたパターンＩＤに該当しかつ受信電界強度が最も高い基地局ＩＤが選択される。例えば、いま図１０に示す基地局ＩＤリストが取得され、かつパターンＩＤ“５”が取得されたとすると、このパターンＩＤ“５”に対応付けられた基地局ＩＤのうち、受信電界強度が最も高い基地局ＩＤ、つまりこの場合は“００２”が選択される。

続いて、ステップＳ１２において、上記選択された基地局ＩＤ＝００２をキーにして基地局データベース３００に対し問い合わせが行われる。これにより、基地局データベース３００からは当該基地局ＩＤ＝００２に該当する基地局位置情報が読み出され、測位サーバ２００に送られる。例えば、いま基地局データベース３００に図９に示す基地局位置情報が記憶されているとすると、基地局ＩＤ＝００２に対応する基地局位置情報として、緯度“３５．２２５１８７”、経度“１３９．６６２９３２”、標高（フロア階数）“１００ｍ（１Ｆ）”が読み出されて測位サーバ２００に送られる。

（３−３）マーカの相対位置情報の取得
測位サーバ２００は、次に相対位置計算部２０３により、基地局に対するマーカの相対位置情報を取得する処理が以下のように行われる。図１２はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。

すなわち、相対位置計算部２０３では、ステップＳ２１において、上記基地局位置計算部２０２により選択された基地局ＩＤと、上記位置情報依頼受付部２０１により受信されたマーカＩＤをキーとして、マーカデータベース４００に対し問い合わせが行われる。これにより、マーカデータベース４００からは該当する基地局に対するマーカの相対位置情報が読み出され、測位サーバ２００に送られる。例えば、いまマーカデータベース４００に図７に示すような相対位置情報が記憶されていたとすると、上記基地局ＩＤ＝００２、マーカＩＤ＝６０９に対応する相対位置情報として、緯度“＋００．０００００２”、経度“−０００．００００２０”、標高（フロア階数）“−２．２５ｍ”が読み出されて、測位サーバ２００に送られる。

（３−４）利用者の絶対位置の計算
上記基地局の位置情報及びマーカの相対位置情報が取得されると、測位サーバ２００では絶対位置計算部２０４により利用者端末１００の絶対位置が以下のように計算される。図１３はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。

すなわち、絶対位置計算部２０４では、先ずステップＳ３１において、基地局データベース３００から取得された上記基地局の位置情報に、マーカデータベース４００から取得された上記相対位置情報を加算することにより、マーカの絶対位置情報が算出される。例えば、上記基地局ＩＤ＝００２に対応する基地局位置情報として、緯度“３５．２２５１８７”、経度“１３９．６６２９３２”、標高（フロア階数）“１００ｍ（１Ｆ）”が取得され、かつマーカＩＤ＝６０９に対応する相対位置情報として、緯度“＋００．０００００２”、経度“−０００．００００２０”、標高（フロア階数）“−２．２５ｍ”が取得された場合には、これらが加算されて緯度“３５．２２５１８９”、経度“１３９．６６２９１２”、標高（フロア階数）“９７．７５ｍ（１Ｆ）”がマーカの絶対位置情報として算出される。

絶対位置計算部２０４では、続いてステップＳ３２において、上記計算されたマーカの絶対位置情報と上記位置情報依頼受付部２０１により受信された位置関係情報とをもとに、利用者端末１００（つまり利用者）の絶対位置情報が計算される。例えば、いま利用者端末１００とタイルＴとの間の位置関係を表す情報として、水平距離ｌ＝１．５ｍ、垂直距離ｈ＝１．０ｍ、視野角θ＝３０°が得られたとすると、利用者端末１００の絶対位置は、
緯度： ３５．２２５１８９＋ｋ1 ×１．５×sin ３０°、
経度： １３９．６６２９１２＋ｋ2 ×１．５×cos ３０°、
標高（フロア階数）： ９８．８５ｍ
のように計算される。なお、ｋ1 ，ｋ2 はそれぞれ距離を緯度、経度の変化分に変換する係数である。

（３−５）利用者端末１００への位置情報及び位置依存情報の送信
以上のように利用者端末１００の絶対位置が算出されると、位置情報送信部２０５により、上記算出された利用者端末１００の絶対位置情報が測位サーバ２００から検出情報の送信元となる利用者端末１００へ送信される。これに対し利用者端末１００では、上記測位サーバ２００から送信された利用者端末１００の絶対位置情報が位置情報受信部１０５により受信され、この受信された絶対位置情報をもとに自端末の位置を表すマーク画像を地図データ上に重畳した表示データが生成されて、図示しない表示部に表示される。したがって、利用者はこの表示データを見ることにより、自身が建物内のどこに位置しているかをタイル単位で認識することができる。

さらに測位サーバ２００では、位置依存情報作成部２０６において、上記絶対位置計算部２０４により計算された利用者の絶対位置情報をキーとして、例えば図示しない店舗データベースから利用者の存在位置に対し最寄りの店舗の特売情報等が取得される。そして、この取得された特売情報が利用者端末１００へ送信される。これに対し利用者端末１００では、位置依存情報受信部１０６により、上記測位サーバ２００から送られた最寄りの店舗の特売情報が受信され表示部に表示される。

（効果）
以上詳述したように一実施形態では、利用者端末１００において、利用者の存在位置に対応するタイルの撮像画像データからパターンＩＤ及びマーカＩＤを抽出すると共に、撮像されたタイルと利用者端末１００との位置関係を計算し、さらに周辺の基地局から送信される無線信号から基地局ＩＤと受信電界強度を検出して基地局ＩＤリストを作成し、これらを測位サーバ２００へ送信する。そして測位サーバ２００において、先ず上記利用者端末１００から受信した基地局ＩＤリストから利用者が存在するエリアに対応する基地局ＩＤを選択し、この選択した基地局ＩＤをもとに基地局データベース３００から基地局の位置情報を取得する。続いて、上記選択された基地局ＩＤと上記利用者端末１００から受信したマーカＩＤとをもとにマーカデータベース４００から基地局に対するマーカの相対位置情報を取得し、このマーカの相対位置情報を上記基地局の位置情報に加算してマーカの絶対位置情報を算出する。最後に、この算出されたマーカの絶対位置情報と、上記利用者端末から受信した位置関係情報とをもとに、利用者端末１００の絶対位置情報を計算し、この利用者端末の絶対位置情報を利用者端末１００に送信して表示するようにしている。

したがって、利用者がどの基地局のカバーエリア内に存在するかが当該基地局のＩＤをもとに特定され、さらに当該カバーエリア内のどの位置に存在するかが当該カバーエリア内に配置されているタイルに描かれたマーカのＩＤをもとに特定される。このため、基地局のカバーアリア単位でしか利用者の位置を特定できなかった従来の方法に比べ、利用者の存在位置をタイル単位でより精細に特定することができる。

しかも、利用者端末１００において基地局ＩＤリストが作成され、この基地局ＩＤリストの中から、撮像画像データより検出されたパターンＩＤに対応しかつ受信電界強度が最も高い基地局が選択される。このため、利用者端末１００において複数の基地局からの無線信号が受信された場合でも、利用者端末１００が存在するエリアの基地局を正確に特定することが可能となる。

さらに、タイルＴと利用者端末１００との位置関係を表す情報と、マーカの絶対位置情報とをもとに、利用者端末１００の絶対位置が算出される。このため、利用者が自身の存在位置より離れた場所にあるタイルを撮像したとしても、利用者の位置をより正確に算出することができる。

［他の実施形態］
上記した一実施形態では、利用者端末１００においてマーカ解析処理と位置関係の算出処理を行ったが、撮像画像データを符号化圧縮して測位サーバ２００へ送信し、測位サーバ２００においてマーカ解析処理と位置関係の算出処理を行うようにしてもよい。また、基地局データベース３００及びマーカデータベース４００は測位サーバ２００内に設けるようにしてもよい。

また、前記一実施形態では測定した利用者の位置情報を当該利用者の端末へ送信して表示させるようにした。しかし、それに限らず、測定した利用者の位置情報をサービス事業者が運用するサーバへ送信し、サービス事業者が受け取った複数の利用者の位置情報をもとに消費者の行動履歴等を解析してこれをマーケティング等に利用するようにしてもよい。

さらに、前記一実施形態ではマーカデータベース４００に基地局に対するマーカの相対位置情報を記憶しておくようにしたが、マーカごとにそのマーカＩＤ及び基地局ＩＤに関連付けてマーカの絶対位置情報を記憶しておくようにしてもよい。このようにすると、基地局の絶対位置情報とマーカの相対位置情報とをもとにマーカの絶対位置情報を計算する必要がなくなる。

さらに、マーカやパターンを電子透かしを用いて作成するようにしてもよい。電子透かしを用いて作成したマーカは、一般にマーカに少ない情報しか持たせることができないが、本発明のシステムを用いることにより、電子透かしを用いてマーカを作成することも可能である。

無線ＬＡＮ以外の無線通信システムを利用してもよく、その他マーカＩＤ及びパターンＩＤを表す模様の種類や数、マーカＩＤ及びパターンＩＤの設置場所、利用者端末及び測位サーバの構成とその処理内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

Ｂ…基地局、Ｅ…エリア、Ｚ…電波の到達範囲、Ｐ…パターン、Ｔ…タイル、Ａ１…パターンＩＤエリア、Ａ２…画像マーカＩＤエリア、１００…利用者端末、１０１…画像撮影部、１０２…無線受信部、１０３…画像マーカ解析部、１０４…位置情報依頼部、１０５…位置情報受信部、１０６…位置依存情報受信部、２００…測位サーバ、２０１…位置情報依頼受付部、２０２…基地局位置計算部、２０３…相対位置計算部、２０４…絶対位置計算部、２０６…位置依存情報作成部、３００…基地局データベース、４００…画像マーカデータベース。

Claims (8)

1. サービスエリアを複数のエリアに分割しこれらのエリアをそれぞれカバーエリアとするように設置位置と無線信号の送信レベルが予め設定された複数の無線基地局と、前記複数のエリアの各々を複数の小エリアに分割しこれらの小エリアにそれぞれ配置された異なる画像マーカを利用して、前記サービスエリア内に存在する利用者端末の位置を測定する測位方法であって、
   前記利用者端末により、当該利用者端末の存在位置に対応する画像マーカを含む範囲を撮像し、その撮像画像から当該画像マーカの識別情報を検出する過程と、
   前記利用者端末により、前記無線基地局から送信される無線信号を受信してその受信信号から送信元の無線基地局の識別情報を検出する過程と、
   前記検出された画像マーカの識別情報及び無線基地局の識別情報をもとに、前記画像マーカごとにその識別情報及び前記無線基地局の識別情報に関連付けて当該マーカの絶対位置情報を記憶したマーカデータベースから、該当する画像マーカの絶対位置情報を読み出す過程と
   を具備することを特徴とする測位方法。
2. サービスエリアを複数のエリアに分割しこれらのエリアをそれぞれカバーエリアとするように設置位置と無線信号の送信レベルが予め設定された複数の無線基地局と、前記複数のエリアの各々を複数の小エリアに分割しこれらの小エリアにそれぞれ配置された異なる画像マーカを利用して、前記サービスエリア内に存在する利用者端末の位置を測定する測位方法であって、
   前記利用者端末により、当該利用者端末の存在位置に対応する画像マーカを含む範囲を撮像し、その撮像画像から当該画像マーカの識別情報を検出する過程と、
   前記利用者端末により、前記無線基地局から送信される無線信号を受信してその受信信号から送信元の無線基地局の識別情報を検出する過程と、
   前記検出された無線基地局の識別情報をもとに、前記複数の基地局の設置位置情報を記憶した基地局データベースから、該当する無線基地局の設置位置情報を読み出す過程と、
   前記検出された無線基地局の識別情報及び画像マーカの識別情報をもとに、前記複数の無線基地局の各々について当該無線基地局とそのカバーエリアに配置された複数の画像マーカとの相対位置情報を記憶したマーカデータベースから、該当する無線基地局と画像マーカとの相対位置情報を読み出す過程と、
   前記基地局データベースから読み出された無線基地局の設置位置情報と、前記マーカデータベースから読み出された当該無線基地局に対する画像マーカの相対位置情報とをもとに、当該画像マーカの絶対位置情報を算出する過程と
   を具備することを特徴とする測位方法。
3. サービスエリアを複数のエリアに分割しこれらのエリアをそれぞれカバーエリアとするように設置位置と無線信号の送信レベルが予め設定された複数の無線基地局と、前記複数のエリアの各々を複数の小エリアに分割しこれらの小エリアにそれぞれ配置された異なる画像マーカと、前記無線基地局から送信される無線信号の最大到達範囲内に存在する複数のエリアに、当該複数のエリアを識別するために前記画像マーカと共に配置された複数の画像パターンとを利用して、前記サービスエリア内に存在する利用者端末の位置を測定する測位方法であって、
   前記利用者端末により、当該利用者端末の存在位置に対応する画像マーカ及び画像パターンを含む範囲を撮像し、その撮像画像から当該画像マーカ及び画像パターンの識別情報をそれぞれ検出する過程と、
   前記利用者端末により、前記複数の無線基地局から送信される無線信号をそれぞれ受信し、その各受信信号からそれぞれ送信元の無線基地局の識別情報と当該受信信号の受信電界強度をそれぞれ検出して基地局検出リストを作成する過程と、
   前記作成された基地局検出リストの中から、前記検出された画像パターンの識別情報に対応しかつ前記受信電界強度が最も高い無線基地局の識別情報を抽出する過程と、
   前記抽出された無線基地局の識別情報をもとに、前記複数の基地局の設置位置情報を記憶した基地局データベースから、該当する無線基地局の設置位置情報を読み出す過程と、
   前記検出された無線基地局の識別情報及び画像マーカの識別情報をもとに、前記複数の無線基地局の各々について当該無線基地局とそのカバーエリアに配置された複数の画像マーカとの相対位置情報を記憶したマーカデータベースから、該当する無線基地局と画像マーカとの相対位置情報を読み出す過程と、
   前記基地局データベースから読み出された無線基地局の設置位置情報と、前記マーカデータベースから読み出された当該無線基地局に対する画像マーカの相対位置情報とをもとに、当該画像マーカの絶対位置情報を算出する過程と
   を具備することを特徴とする測位方法。
4. 前記撮像画像をもとに、前記利用者端末と撮像対象となった画像マーカとの位置関係を表す情報を算出する過程と、
   前記算出された画像マーカの絶対位置情報と、前記算出された利用者端末と画像マーカとの位置関係を表す情報とをもとに、前記利用者端末の絶対位置情報を算出する過程と
   を、さらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の測位方法。
5. サービスエリアを複数のエリアに分割しこれらのエリアをそれぞれカバーエリアとするように設置位置と無線信号の送信レベルが予め設定された複数の無線基地局と、前記複数のエリアの各々を複数の小エリアに分割しこれらの小エリアにそれぞれ配置された異なる画像マーカを利用して、前記サービスエリア内に存在する利用者端末の位置を測定する測位システムであって、
   前記複数の基地局の設置位置情報を記憶した基地局データベースと、
   前記複数の無線基地局の各々について当該無線基地局とそのカバーエリアに配置された複数の画像マーカとの相対位置情報を記憶したマーカデータベースと、
   前記利用者端末により撮像された、当該利用者端末の存在位置に対応する画像マーカを含む範囲の画像から、当該画像マーカの識別情報を検出する手段と、
   前記利用者端末により受信された、前記無線基地局からの無線信号から送信元の無線基地局の識別情報を検出する手段と、
   前記検出された無線基地局の識別情報をもとに、前記基地局データベースから該当する無線基地局の設置位置情報を読み出す手段と、
   前記検出された無線基地局の識別情報及び画像マーカの識別情報をもとに、前記マーカデータベースから該当する無線基地局と画像マーカとの相対位置情報を読み出す手段と、
   前記基地局データベースから読み出された無線基地局の設置位置情報と、前記マーカデータベースから読み出された当該無線基地局に対する画像マーカの相対位置情報とをもとに、当該画像マーカの絶対位置情報を算出する手段と
   を具備することを特徴とする測位システム。
6. サービスエリアを複数のエリアに分割しこれらのエリアをそれぞれカバーエリアとするように設置位置と無線信号の送信レベルが予め設定された複数の無線基地局と、前記複数のエリアの各々を複数の小エリアに分割しこれらの小エリアにそれぞれ配置された異なる画像マーカと、前記無線基地局から送信される無線信号の最大到達範囲内に存在する複数のエリアに、当該複数のエリアを識別するために前記画像マーカと共に配置された複数の画像パターンとを利用して、前記サービスエリア内に存在する利用者端末の位置を測定する測位システムであって、
   前記複数の基地局の設置位置情報を記憶した基地局データベースと、
   前記複数の無線基地局の各々について当該無線基地局とそのカバーエリアに配置された複数の画像マーカとの相対位置情報を記憶したマーカデータベースと、
   前記利用者端末により撮像された、当該利用者端末の存在位置に対応する画像マーカ及び画像パターンを含む範囲の画像から、当該画像マーカ及び画像パターンの識別情報をそれぞれ検出する手段と、
   前記利用者端末により受信された、前記複数の無線基地局から送信される無線信号から、それぞれ送信元の無線基地局の識別情報と当該受信信号の受信電界強度をそれぞれ検出して基地局検出リストを作成する手段と、
   前記作成された基地局検出リストの中から、前記検出された画像パターンの識別情報に対応しかつ前記受信電界強度が最も高い無線基地局の識別情報を抽出する手段と、
   前記抽出された無線基地局の識別情報をもとに、前記基地局データベースから該当する無線基地局の設置位置情報を読み出す手段と、
   前記検出された無線基地局の識別情報及び画像マーカの識別情報をもとに、前記マーカデータベースから該当する無線基地局と画像マーカとの相対位置情報を読み出す手段と、
   前記基地局データベースから読み出された無線基地局の設置位置情報と、前記マーカデータベースから読み出された当該無線基地局に対する画像マーカの相対位置情報とをもとに、当該画像マーカの絶対位置情報を算出する手段と
   を具備することを特徴とする測位システム。
7. 前記撮像画像をもとに、前記利用者端末と撮像対象となった画像マーカとの位置関係を表す情報を算出する手段と、
   前記算出された画像マーカの絶対位置情報と、前記算出された利用者端末と画像マーカとの位置関係を表す情報とをもとに、前記利用者端末の絶対位置情報を算出する手段と
   を、さらに具備することを特徴とする請求項５又は６記載の測位システム。
8. 請求項５乃至７のいずれかに記載の測定システムが具備する手段に対応する処理を、当該測位システムが備えるコンピュータに実行させるプログラム。

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