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ZigBeeと音声を用いた
屋内位置情報測定システム
ACE 親 -
B2 mewtwo
richie
概要
• 屋内で位置座標を高精度に取得するシステ
ムの構築
x
y
背景
• ユビキタスサービスを提供する際に屋内での
位置を取得することは重要
– 図書館や美術館など屋内でのナビゲーション
– 屋内でのAR/MRアプリケーション
問題意識
• GPSやPlaceEngineでは屋内の正確な位置座
標は取得できない
目的
• 屋内で高精度な位置を取得する
– 誤差1m以内が目標
1m
アプローチ
• ZigBeeの電波強度と20kHz前後の音を用いて
屋内での位置を測定する
関連研究
• ごましお：アドホックセンサネットワークにおけるノー
ド位置決定方式
– 情報処理学会研究報告. HI, ヒューマンインタフェース研究会報告
2001(108)
• ZigBeeを利用した, 歩行者の位置特定に関する実
験
– 情報処理学会研究報告. ITS, [高度交通システム] 2005(21)
• ＵＷＢインテリジェント測位センサーネットワークの
研究開発と医療・ホーム・オフィスへの応用
– 戦略的情報通信研究開発推進制度第４回成果発表会
– 平均誤差１７cm
位置取得手順
1. ArduinoにxBeeシールドと圧電スピーカを搭
載したノードを設置
2. ZigBeeの電波強度とスピーカーからの音の
二通りで位置を算出
3. 算出された複数の位置情報から大幅に値が
異なる物を除外し、平均化して位置を決定
ノードの設置
1. 原点(0,0)となる位置にN1を設置する
2. N1N2⊥N1N3になるようN2、N3を設置する
3. N1N2、N1N3の距離ｘ、ｙを設定する
N3(0,y)
y
x
N1(0,0)
N2(x,0)
電波強度を用いた位置取得手法
• 各ノードの電波強度をユーザの端末で測定し
三角測量を行う
(x3,y3,z3)
r12=(X-x1) 2 +(Y-y1)2+(Z-z1) 2
r22=(X-x2) 2 +(Y-y2)2+(Z-z2) 2
r32=(X-x3) 2 +(Y-y3)2+(Z-z3) 2
r3
(X,Y,Z)
r1
(x1,y1,z1)
r2
(x2,y2,z2)
音を用いた位置取得手法1/2
• 各スピーカーから異なる周波数の正弦波を発
し、ユーザー側のマイクでそれを受信する
20100Hz
20200Hz
20300Hz
音を用いた位置取得手法2/2
• フーリエ変換を用い、各周波数の成分を基に
位置を特定する
2
2
1
1
=
1秒
0
-1
-2
0
2Hz+6Hz
0
-1
-2
0
1 秒
0 1 2 3 4 5 6 7 8 Hz
位置の決定
• ２ ×ノード数C3通りの位置情報が得られるので、
偏差の50±10以上値が異なるものは除外
• 残りの平均値をとって最終的な位置情報にす
る
平均値
ノード数と精度
位置座標の数
• ノードの数が増えるにつれて、三角測量で求
められる位置座標の数が増加する
200
150
100
50
0
168
112
40
70
2
8
20
3
4
5
6
7
ノードの数
8
9
ユーザー側の端末
• Arduino＋xBeeシールド＋マイクで構成
– 処理はArduino上で完結
ソフトウェア構成図
ローカルな位置座標(X,Y)
位置決定
モジュール
位置情報
偏差計算
モジュール
位置情報
三角測量
モジュール
電波強度
電波強度取得
モジュール
電波強度
各周波数の成分
フーリエ変換
モジュール
音声
音声取得
モジュール
音声
受信側端末
開発環境
• 環境側：
– Arduino Fio
• xBeeシールド
• 圧電スピーカ
• リチウムイオンバッテリ
• ユーザ側：
– Arduino
• xBeeシールド
• マイク
評価方針
• T41にて、ノードの数ごとに精度を測定する
– 定点での精度
– 移動した場合の精度、ラグ
スケジュール
• ～12月中旬
– 電波強度、音声それぞれの方法で予備実験
• 12月下旬～1月上旬
– 各モジュールの実装
• 1月中旬～下旬
– 実験・評価
まとめ
• 屋内でローカルな位置を取得するシステムの
構築