| 研究課題/領域番号 |
15K00114
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
藤井 雅弘 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20366446)
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| 研究期間 (年度) |
2015-10-21 – 2018-03-31
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| キーワード | 位置推定 / スマートフォン / センサー |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では，スマートフォン向けの高精度な位置推定について検討を進めている．位置推定技術は移動体の絶対位置を推定する技術と相対移動を推定する技術に大別することができる．絶対位置推定は，インフラに依存して移動体位置を推定する技術であり，GPS (Global Positioning Systems) 衛星を用いたものや，無線LAN (Local Area Network) のアクセスポイントなどのインフラ設備からの無線信号を用いて位置を推定する技術である．一方で，相対移動推定は，インフラに依存しないで，移動体に搭載されているセンサーを用いて移動体の相対移動を推定する技術であり，代表的なものとして，加速度センサーとジャイロセンサーを用いたIMU (Inertial Measurement Unit) があり，様々な制御システムで利用されている．
本研究課題では，スマートフォンのように人が歩行時に保持する端末における高精度な位置推定を検討している．まず，絶対位置推定に関しては，屋外ではGPSが利用できるが，GPSは様々な要因により誤差が発生する．そこで，本研究課題において，その誤差を観測可能なGPS衛星の仰角等の付加情報にもとづき予測し，それを補正する技術を検証した．その結果，精度改善が可能であることを示した．一方で，屋内においては，GPS衛星が観測できない場合があり，測位精度の著しい劣化や不能を引き起こす．そこで，屋内に設置された無線LANの信号を元に位置を推定する技術が様々検討されている．しかしながら従来の手法では，信号の変動が考慮されていなかった．そこで，本研究課題でのそれを考慮することで，その精度改善が可能であること示した．
これまで，絶対位置推定に関しては多くの成果を上げることができたので，次年度では相対移動推定技術に注力して研究を進める予定である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成２８年度は絶対位置推定の高度化に注力して研究を行ってきた．屋外での絶対位置推定の主要技術であるGPSを利用した測位の精度向上のための研究を行った．GPS衛星からの信号が地上に届くまでに電離層や対流圏を通過するがそこで遅延が発生する．この大気層遅延はある程度補正可能であるが，より高精度な測位のために衛星仰角に着目し，その層遅延の仰角と時刻依存性を明らかにし，測位アルゴリズムに改良を加えることで，測位性能の改善が可能である事を示した．
一方で，屋内においてはGPS衛星の信号が建物に遮蔽され，その測位精度の劣化や不能が問題となる．そのような場合，屋内環境に設置されている無線LANシステムからの信号を用いて測位をすることが可能である．これまでの研究においては，RSSI (Received Signal Strength Indicator) と呼ばれる電波受信強度に基づき無線LANのアクセスポイントと移動局の距離を推定し，複数のアクセスポイントまでの距離を計測し，三辺測量の原理に基づき位置を推定する手法が検討されてきた．この時，これまでは，RSSIの瞬時値を平均距離プロファイルに整合させて測距を行ってきた．しかしながらRSSIは通常，変動する事が知られており，この変動を考慮しない測距は平均的なバイアスを引き起こし誤差の原因となる．そこで，測距にこの変動モデルを導入し，平均バイアスを打ち消す作用のある係数を乗算する簡易な手法で測距性能を改善する事に成功した．この知見は測距値を集約した測位にも利用可能である．
また，更に，屋内で窓等から漏れ込む断片的なGPS信号を利用したフィンガープリンティングと呼ばれる手法の応用によりスマートフォンで利用可能な屋内位置推定の基礎的検討にも着手し，今後その実用性についても検討して行く予定である．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２９年度では，相対移動推定に関する研究に注力して検討を行う予定である．加速度，ジャイロ，地磁気などの慣性計測に利用可能なセンサーは，航空機，自動車やロボットなどのDead Reckoning (DR) の研究は広く行われている．これらの移動体は比較的姿勢が安定しており，DRが導入しやすい．しかしながら本研究課題で着目しているスマートフォンは人が手に持ったり，衣服やカバンに収納して持ちあることが通常である．このような場合，端末姿勢は歩行者の挙動とともに大きく変化してしまう．相対移動推定の主要素はその移動距離と方向の推定である．まず，移動方向に注力して検討を進める予定である．移動に伴って，スマートフォンの姿勢は変化するが，端末座標系と地球座標系の相対関係に相当する回転は加速度とジャイロセンサーによって計測可能である．この座標系変換を施したあとに，歩行者の座標系への変換，言い換えると移動方向の推定が必要になる．移動方向は平坦な通路などの歩行だけなく，階段などの上下方向の移動の伴う３次元空間上での方向推定が必要である．そこで，センサー情報の主成分を分析する手法で移動方向を推定する手法を検討する．更に，移動に伴う相対的な距離を計測するために測域センサーの導入を検討する．測域センサーを歩行者が保持してのレーザー信号による周辺環境の情報の計測情報とスマートフォンのセンサー情報を融合することで，新しいPedestrian DRの可能性を探求する．
また，平成２８年度に基礎的検証を行った屋内におけるGPSの漏れ信号を利用した絶対位置推定についても検討を行う．この手法ではGPS衛星の位置情報と信号強度の情報を利用するためのデータベースの作成とその運用方法について検討を進める．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成２８年度において予定していた学会への参加が不可能になり，他の学会への参加を検討したが日程等の調整が困難であったため，使用額の残額の平成２９年度への繰越が発生した．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成２８年度に発生した次年度使用額に対しては，現在，関連する学会での発表を準備中であり，平成２９年度においては遅滞なく研究計画を実施可能である．
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