博 士 （ 情 報 科 学）
池 田
剛
学 位 論 文 題 名
Design and Implementation of Indoor Location Based Service PlatfOrm
（屋内位置サービスプラットフオームの設計と実装）
学位論文内容の要旨
人や物の位置 情報は，多くの状況 依存システムやサ ービスにおける基底的を情報のーつであり，ま た、この位置 情報が取得できるこ とによる実現が期 待できる利便性の高いシステムは数多く考えら れる，本研究 はこれらの根幹とを る位置情報の取得 に必要を技術およびシステム構成論について着 目する．
屋外 に おけ る位 置 情報 の取 得 につ いては，GPSを代表とす るGNSSの民間への 普及により，多くの 関連システム やサービスが実現ざれてきた．そして，位置情報を円滑に取得し目的のアプリケーショ ンシステムヘ 受け渡すプラットフオームである位置情報サ｀ーピスプラットフオームについても，屋 外におけるそ れはGPSを どの自律型測位シ ステムと，移動体通 信システムによっ て多くの実用的シ ステムが確立 しようとしている．
一方，屋内環 境，特に，施設の規模が大きい大規模屋内商業施設においても，屋内測位システムを用 い位置情報サ ーピスの実現の期待が高い．また，多くの先行事例によってこの屋内測位システムおよ び位置情報サ ービスの実現について考究されている，しかしをがら，これに関する事例の多さにもか かわらず，屋 内測位として決定的 に優れている手法 およびシステムは存在しをい．その理由のーつ に，屋内位置 情報プラットフオー ムを構成する主要 素のーつである位置推定手法を含む屋内測位シ ステムが、屋 内環境特有の現象に対して完全に対応できてい社いことが挙げられる．その屋内環境特 有の現象のー っが，多数の来訪者 極どによって発生 する位置推定に必要を無線をどの観測情報の揺 らぎである． この観測情報の揺らぎを既存手法の延長線上で対応するためには，多くの処理コストや 複 雑 を 追 加 機 構 が 必 要 と を り ， 実 環 境 に お け る 現 実 的 を 対 応 が 難 し い の が 現 状 で あ る ． そこで本研究 では，屋内位置情報サービスプラットフオーム，特に屋内測位について，実験室レベル ではをく大規 模商業施設等の生活 空間においても実 用的を精度を実現するために必要を技術ならび に 実 証 シ ス テ ム の 実 現 を 目 指 す ． 具 体 的 に は 次 の ニ っ を 目 標 と し て 掲 げ る ． 1）実 空間においても動 作可能かつ実装可 能である頑健性の高い屋内測位技術の開発；高価をデバイ スや特殊をデ バイスでは誼く，生 活空間に投入可能 を無線通信デバイスを用いた屋内測位システム の設計と実装 を行う．特に生活空 間において起こる 各種の環境や状況の変化に対しても頑健性の高 い，かつ，精 度の高い位置推定が 可能を技術の実現 を目指す．
2）屋 内測位および非常 信号配信が実現可 能な無線センサネットワークの設計：屋内測位に必要誼観 測信号（以下 ，ピーコン信号）を配信するインフラとして無線センサネットワークに着目した．位置 情報単体のみ ではなく，環境のセ ンシング情報を統 合することにより，より的確を状況依存情報を ユーザに提供 可能であることが期待できるシステムを実現する．また，環境内にて発生した非常事態 をユーザの端 末に通知することは 避難誘導のへの適 用も含め施設の安全性を高める上でも有益であ る．とのよう を屋内測位および非常信号配信が動作可能を無線センサネットワークについて，通信プ ロトコルを中 心に考究を進める，
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これら1）および2）の実環境上での 動作を確認するため に，提案システム を実際に大規模屋内商業 施 設 ヘ 実 装 す る こ と に よ り ， 実 環 境 へ の 実 用 的 を 実 装 に 必 要 を 知 見 の 収 集 を 行 う ． 前述のニ点の目的 を実現するために 本研究では，次のようを手法および方策を適用して，一定の成果 を得た．
1）つい ては，位置推定のよ りどころとをる観 測情報としてピーコン信号の受信時の電界強度を用い た．この電界強度 は容易に取得可能 である反面，環境の変化に敏感であることから，これを受容でき る頑健を位置推定 手法として確率推 論の一種である逐次 モンテカルロ法の 一形態であるパーティク ルフィルタを適用 した．システムを 実装し，実際にISM無線ノードを用いた自律型損IJ位基盤を構築 した 環境 に て収 集し た 実環 境計測デ ータを用いたシミュ レーション検証で は，システムは2m程度 の測位誤差にて安 定的に位置推定を 行うことを確認した ．
2） に ついては，独 自の無線センサネ ットワークシステムComPass Systemを 設計した．同時に ，屋 内測位の無線ピー コン信号の配信， 各種センサ情報の配 信，および非常信 号の無線ビーコン信号へ の重 畳に よ る配 信を 実 現す るComPass‑B ESD通信 プロト コルを設計した， さらに，この通信 プロ トコルを，低消費 電流である微弱無 線通信による無線ノ ードと，より出カ が大きいが汎用性の高い IEEE802.15.4(ZigBee）によ る無線ノードの二 種類に対して実装 した．
これら1）および2）の実環境への実 装については，本研 究によって設計開 発された測位システムお よび無線センサネ ットワークを横浜 ランドマークプラザ（神奈川県横浜市）ヘ実装し，長期間にわた り実証実験を行っ た．同施設および 周辺環境は特色的春構造を有しており．屋内測位の検証を行う場 としては最適であ る．応用例として 実装するサービスとして，本研究にて開発した屋内測位システム を使用した屋内ナ ピゲーションサー ピスを実装した．検証の結果，作業内容や事前計測に制約がある のにも関わらず，システムは正常に稼働したことを確認した．特に屋内測位については参照´晴報の計 測が簡易的である のにもかかわらず ，実用に十分を測位精度を実現した．システムは現在もをお安定 的に稼働している ．
今後の展望として ，より汎用的を無 線ネットワ―クであ るWi‐Fiの環境に おいても，本研究で開発 した測位システム が現実的かつ実用 的に適用可能にすることが挙げられる．具体的には，本研究の成 果と同等の測位性 能が実現できるよ うにすることはもち ろん，使用するハ ードウェアにおける無線 部の差異を考慮し た柔軟を観測情報 および参照情報の処理手法の確立，そして，本来の測位用インフ ラとWi−Fi通信も 含む他の通信イン フラとの効果的を共 存を考慮したシス テムへの発展をどが考え られる．
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学位論文 審査の要旨 主査 副査
副査 副査 副査
教授 鈴 教授 栗 特任教授 古 教授 小 准 教 授
川
木 恵 二 原 正 仁 川 正 志 野 哲 雄 村 秀 憲
学 位 論 文 題 名
Design and Implementation of Indoor Location Based Service Platform
（屋内位置サービスプラットフオームの設計と実装）
本 論文は大規模商業 施設等に向けた頑 健を無線ベースの屋 内位置測位システ ムの構築手法に関 して 論 じた も ので る， 屋 外におけ る位置情報の取得 については，GPSを代表とす るくJNSSの民間へ の普 及によ り，多くの関連システムやサービスが実現されてきた．その一方で，屋内環境，特に，施設の規 模 が大きい大規模屋 内商業施設におぃ ても，屋内測位シス テムを用い位置情 報サーピスの実現 の期 待も高 い．実際，多くの 先行事例によって この屋内測位システムおよび位置情報サービスの実現につ いて考 究されている，し かしをがら，屋内 位置測位に関しては測定環境の測位へ及ばす影響が大きく 教り， その克服が課題と をっている．すを わち，屋内環境特有の現象のーっが，多数の来訪者をどに よ って発生する位置 推定に必要な無線 をどの観測情報の揺 らぎであり．この 観測情報の揺らぎ を既 存手法 の延長線上で対応 するためには，多 くの処理コストや複雑を追加機構が必要とをり，実環境に おける 現実的を対応が難 しいのが現状であ る．
上記のようを背景 のもと，本論文で は屋内位置プラット フオームを構成す る屋内測位システ ムお よ び関連システムに ついて，大規模商 業施設等の生活空間 においても実用的 な精度を実現する ため に必要 社技術をらぴに実 証システムの実現を目指すため，目標として，1）実空間においても動作可能 かつ実 装可能である頑健 性の高い屋内測位 技術の開発，2）屋内測位お よび非常信号配信が実現可能 を無線 センサネットワー クの設計，を掲げ ている．また同時に，これらを実空間における実証実験に よって その動作を検証し ている．本論文で は，これらの目的に対するアプローチや提案手法，実装シ ステム および検証結果を どについて次の構 成で述べている．
第1章 で は ， 本 論 文 の 序 論 と し て ， こ れ に 含 ま れ る 各 考 究 の 概 要 に つ い て 述 べ て い る ． 第2章で は， 背 景と して 位置サ―ピス プラットフオームの 概要と，既存の測 位手法やシステム の概 要を述 べている．同時に 屋内測位に関した 要件を示した上で，既存手法がそれらに対して不十分であ ること を述ベ．本論文に おける目的を定め ている．
第3章で は， 第2章 で 示さ れた 要 件の ーつ で ある頑健性を 考慮した，パーテ ィクルフィルタに よる 屋内測 位システムについ て述べられている ．提案システムの最大の特徴は，存在位置の分布を形成す ること により位置を連続 的に推定すること であり，観測情報を直接評価して位置を決定しをぃため．
観 測情報の揺れに対 して頑健性が期待 できる．実環境での 計測データを用い たシミュレーショ ン環 境 での検証結果では ，提案システムは 実環境への適用が期 待できる程度の測 位性能を示してい る．
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第4章で は， もうー つの要 件であ る， 屋内測 位に必 要を観 測信号 （以下，ビーコン信号）を配信するイ ン フラに ついて ，無線 セン サネッ トワー クに着 目し， セン シング 情報を 含む信 号を ピーコン信号とし て 使用す る事を 提案し てい る．本 章では ，この ようを 屋内 測位に 適用可 能を無 線セ ンサネットワーク ComPass Systemを 提 案 し ， それ を 構成す るプロ トコ ルおよ び実装 につい て述べ てい る．ま た，提 案 シ ステム には火 災顔ど の非 常時を 通知す る非常 信号配 信機 構も含 まれて いる． さら に，提案システム の 無 線 ノ ード へ の 実 装 につ い て は 。 微弱 無 線 丿 ー ド とZigBee無 線 ノ ー ドへ の 適用 を行っ ている ． 第5章で は ， 第3章お よ び 第4章に て 提 案 さ れた シ ス テ ム の実 証 事 例 に つ いて ， 大 規 模 商業 施 設 で あ る横浜 ランド マーク プラ ザヘの 実証に ついて 述べて いる ．この 実証の 中では ，提 案システムを使用 し た サ ー ビス の 一 例 と して 屋 内 ナビ ゲーシ ョンサ ービ スおよ び非常 時の避 難誘 導支援 システ ムを実 装 してい る．検 証の結 果， 様々を 制約が あるの にも関 わら ず，シ ステム は正常 に稼 働したことを確認 し ， 特 に 屋 内 測 位 に つ い て は 実 用 に 十 分 を 測 位 精 度 を 実 現 し て い る こ と を 報 告 し て い る ． 第6章で は。 本論文 の結論 と今後 の展 望につ いて述 べてい る．
こ れを要 するに ，著 者は， 頑健を 無線ベ ース の屋内 位置サ ービス プラッ トフ オーム を形成するに必 要 を 屋 内 測位 手 法 お よ び環 境 イ ンフ ラ構成 に関す る新 知見を 得たも のであ り， 位置情 報を使 用した 様 々を領 域およ び複雑 系工 学の進 歩に寄 与する ところ 大を るもの がある ．よっ て著 者は，北海道大学 博 士（情 報科学 ）の学 位を 授与さ れる資 格があ るもの と認 める．
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