GEO　用語紹介

　GEOとはGeotechnology(地理空間情報)を意味します。

地理空間情報を利用し、人や物の測位を行う研究を行っています。


　ユーザの位置を推定する技術として衛星測位(GPSなど)がありますが、ビル構内や地下街などの屋内環境では精度が著しく悪くなってしまいます。そこで代わりとなる様々な手法が研究されています。平均的な人は人生の90%を屋内で過ごしているという報告もあり、屋内測位についての研究は私達の生活をより良くしてくれる可能性を秘めています。 

　Wi-Fi測位では、無線LAN基地局からの電波の強度を用いて現在位置の推定を行います。例えば、事前に無線LAN基地局からの電波の減衰率を計測し、その減衰率を基に計測端末と無線LAN基地局までの距離を算出することで、現在位置を推定します。Wi-Fi測位には、様々な測位方法があります。

　特定の位置において、基地局の電波がどのような組合せで、それぞれどのような電波強度で観測されるかを事前に調べておいたもののことをフィンガープリントと呼びます。測位を可能にしたいエリアについて、その全域でフィンガープリントを採集しておく必要があります。観測された基地局の電波情報がそのエリアのどのフィンガープリントと近いかを判断する距離関数を導入し、距離による重みを用いた重心を計算することによって測位が可能になります。

　空間内にパーティクルと呼ばれる可能事象(粒子)をランダムに散布して、それぞれの地点の尤度を計算し、現在位置の評価を確率・統計的に実施します。Wi-Fi測位におけるパーティクルが表現する可能事象は、特定の位置に存在するという事象がどの程度可能かを仮説するために導入します。最初の散布はできるだけ広範囲で均等に行います。次に、散布した場所が現在位置であるということが起こりうる尤度を距離関数などを適用し計算します。それを基に、尤度に応じた重みをつけて再度パーティクルを散布（リサンプリング）します。リサンプリングにより現在位置として存在する尤度の高い地点の周辺により多くのパーティクルが散布され、測位計算の分解能が向上することになります。ここで再度、それぞれのパーティクルについて尤度計算を実施し、その尤度の重みで重心を計算することによって推定位置を提示します。  

　UWBは日本語で「超広帯域無線通信」という意味です。数百MHzから数GHzという非常に広い周波数帯域を使用し、その帯域を利用した短い時間長のパルスを用いることで高速な通信を行うことができます。また、電波干渉が生じにくく、測位に利用した際は誤差がとても少ないために高精度な測位が可能になります。近年ではApple社のAirTagにもUWBが利用されており、ますます注目を集めています。 

　UWB測位では、電波を用いて電波の送信機と受信機の

距離や角度を測定することで位置の計算を行います。

距離を測る技術としては電波信号が送信機から

受信機に届く時間を利用するToF(Time of Flight)方式があります。

また、角度を用いた位置測定の技術としては受信機と送信機

の間の角度を利用するAoA(Angle of Arrival)方式があります。

AoAで得た角度と受信機間の距離を利用して測位を行います。


　加速度センサとジャイロセンサを用いて、測位開始位置からの相対的な進行方向と移動距離を一歩毎に求める測位技術です。スマートフォンに搭載されているセンサを使用するため、インフラの整備が不要です。しかし、測位開始時に測位開始位置と進行方向の入力が必要であったり、長距離歩行により誤差が蓄積し、測位結果に大きなズレが生じてしまうなどの問題があります。

　軌跡の修正方法の一つにマップマッチングというものがあります。事前に歩行可能な通路を線で表現した歩行空間ネットワークを用意することで測位結果を線上に補正します。マップマッチングを利用することで歩けない場所への位置推定を防止できます。