１．はじめに

スマートフォンと衛星測位システムの普及により、誰もが自分の位置情報を手軽に獲得できる時代が到来している。しかし、衛星測位システムが精度よく利用できるのは天空に障害物の無い屋外であり、屋内では高い精度が得られない場合や、利用できない場合が多い。人々は、その生活時間の多くを屋内で過ごしているにも関わらず、屋内の位置情報は十分に利用できる環境にあるとは言えない。現時点では、衛星測位と同様に単一の技術で様々な屋内環境をカバーする屋内測位技術が存在していないのが大きな理由である。
一方、実用的な屋内測位技術も多数登場しており、屋内環境に応じて適切な測位技術を用いれば、目的に応じた位置情報の利用が可能になる。
本稿では、まず、様々な屋内測位技術を紹介した後に、その様々な応用可能性について説明する。また、屋内位置情報の活用について現在研究開発が進んでいる分野についても述べる。

２．様々な屋内測位技術

現在、実用が進んでいる屋内測位技術は、外部環境に機器が必要な技術と、測位端末が自律的に測位を行う技術と大きく２つに分類できる。また、利用するセンシング技術として、電波を用いるもの、音波を用いるもの、可視光を用いるもの、レーザーを用いるもの、磁気を用いるもの、気圧を用いるもの、加速度・角速度センサを用いるもの、などがある。電波を用いる技術の特徴について表１に、その他のメディアを用いる技術について表2に示す。

２.１　無線を利用する屋内測位技術

無線を利用する技術においては、環境側で既存の設備が利用できるものと、新たに専用の設備を必要とするものがある。また、測位端末においても、スマートフォンのような汎用端末が利用できるものと、専用の端末を必要とするものがある。以下では、個別の技術について説明する。

・無線LAN/WiFi
無線LANによる測位やスマートフォンの普及により、特に専用の機器を用いる必要が無いため、広く利用されている。主な測位手法としては2種類存在する。端末側において受信した無線LAN基地局の情報とデータベースを用いて位置を推定する手法と、環境側において端末から発せられたプローブパケットを複数の基地局で受信し位置を推定する手法である。
前者の手法では、無線LAN基地局が持つ固有の48ビットのID(BSSID)を利用している。このIDに基地局の位置を紐づければ、無線LAN基地局からの電波を受信しただけで、端末の位置が推定できる。電波強度(RSSI)を用いて複数の基地局からの距離を計算して位置を推定する手法や、電波強度の空間的な分布(電波マップ)を事前に測定し、電波環境のモデルを構築して位置を推定する手法などが存在する。既設の通信用の基地局を流用することが可能であるため、環境側の設備を設置する費用は考慮しなくて良く、都心部など衛星測位による位置情報取得が困難な環境において、衛星測位の補完としても用いられており、AndroidやiPhoneなどのスマートフォンOSでは、測位支援技術として広く使われている。
一方、後者の端末側のプローブパケットを利用する手法は、無線LANの電波を検知するためのスキャナの設置が環境側で必要である。複数のスキャナを設置し、無線LAN端末が発信する電波を受信し、その電波強度から測位が可能になる。さらに、端末固有のIDが利用できれば、複数場所の移動経路も獲得可能である。しかし、近年、無線LANプローブパケットのランダム化が進んでいるため、トラッキングの精度は下がりつつある。
無線LANにおいても、TDOA(Time Difference of Arrival)を用いた手法で屋内測位を行う技術や製品も一時存在していたが、基地局に専用機材を必要とするため現在は普及していない。

・ＵＷＢ（Ultra Wide Band）
UWBとは、超広帯域の無線(6~9.5GHzで500MHz以上の帯域)を用いて，近接で高速通信を行う技術であるが、同時に測位も実現できる。環境側に複数の計測用のアンテナを設置し、端末とアンテナ間の距離や方向を推定する手法が主流であり、多数の実績がある製品も存在している。アンテナの設置により数cmの精度を出すことも可能であり、小型のタグを用いて工場や倉庫などでの商用利用が進められている。またAppleは2019年のiPhone11以降にU1チップを搭載しUWBを用いた端末間の相対位置を取得する機能を実現している。現時点では Apple Watch などのApple製品のみであるが、将来的には、任意のデバイス間の相対位置が取得できる可能性がある。固定のU1デバイスを用いれば屋内測位も可能になるであろう。

・BLE (Bluetooth Low Energy)
Bluetoothは、2.4GHz帯で主にワイヤレスイヤホンや、マウス、キーボードなどを接続するための無線通信プロトコルであるが、その省電力版であるBLEは、Bluetooth4.0から導入された技術で、ボタン電池で数カ月の利用を可能としている。特にAppleが2013年にiOS7以降で導入したiBeacon規格はアドバタイズに特化した小型のBLEデバイスで、低価格で導入が可能であり、広く普及した。iOS端末がiBeaconの電波を受信すると、対応するソフトウェアの起動や様々なイベント通知を行うことが可能であるため、オンラインでの活動と実店舗を結びつけるO2O(Online to Offline)を実現するデバイスとして注目された。Eddystoneは、Googleが2015年に発表したオープンなBLEビーコンの仕様であり、端末識別のためのUIDやURLに加えて、センサ情報を送信可能なTLMというフォーマットを有している。BLEにおいては、IDで位置を推定するだけでなく、複数のビーコンからの電波を用いて位置を推定する手法も提案されている。また、ビーコンを配置するだけでなく、ビーコンを位置推定したい人やモノに持たせ、複数のBluetoothのスキャナを用いて位置推定をする手法も提案されている。

・ZigBee, LoRa
ZigBee(IEEE802.15.4)やLPWAの一つであるLoRAなど、様々な電波を持ちいたプロトコルでは、WiFiやBLEと同様に、IDや電波強度によって位置推定を行う手法が提案されている。

・携帯電話基地局(LTE)
携帯電話の基地局にはCell IDという固有のIDが付与されている。Cell IDと位置情報を結び付けたデータベースを用いれば位置推定が可能となる。

・TBS(Terrestrial Beacon System)
スペクトル拡散などを用いた測位システムで、都市部などにおいてGNSSの補完として用いるために提案され、実用化が進んでいる。MBS(Metropolitan Beacon System)は米国のスタートアップ企業であるNextNav社が展開するサービスで、ISMバンド（902 – 928 MHz）を利用する方式、Locataは豪州で、2.4GHz帯のISMバンドを利用するシステムである。

・RFID, NFC(Near Field Communication)
RFIDは、商品管理などに用いるための無線タグであるが、マラソン等におけるゴールや中継地点の通過時刻記録などにもアクティブタイプやパッシブタイプのRF-IDが広く使われている。NFCは交通系のプリペイドカードやおサイフ・ケータイなどに代表される非接触の近接通信方式であり、流分野等で用いられる無線タグなど、カードや端末をかざすことで環境側に設置された端末、タグから位置情報を取得し、来店情報などの記録に使われている。

・GNSS(Pseudolite)
衛星測位(GNSS: Global Navigation Satellite System)は、屋内では利用できない事が多い。そこで、疑似衛星(pseudo-satellite)と呼ばれる測位衛星と同じ内容を持つ電波を発信する機器を用い、屋内でもGNSS用の端末を用いた測位を実現することが可能になる。しかし、GPS電波との干渉の問題などもあり広く実用はされていない。

・IMES(Indoor Messaging System)/iPNT(indoor Position Navigation Timing)
GNSSで用いているメッセージフォーマットで、電波による測位ではなく、位置情報そのものを発信し、屋内測位を行うシステムはIMESと呼ばれ、2005年にJAXAから提案され、2007年からは米国防省より日本国内限定で独自のPRNコードを割り当てられ、10年間の実験運用を開始した。しかし、2017年に10年間の実験期間が終了して利用ができなくなっている。iPNTは、その後継技術として高精度な時刻同期まで含めた技術として提案されている。

次回に続く－

【著者紹介】
河口　信夫（かわぐち　のぶお）
名古屋大学　未来社会創造機構　教授・博士（工学）

■略歴
岐阜県生まれ。名古屋大学工学研究科博士課程後期課程情報工学専攻満了。名古屋大学工学研究科助手、講師、助教授等を経て、2009年より名古屋大学大学院工学研究科 教授。2014年より現職。
専門は、ユビキタスコンピューティング、位置情報システム、スマートシティ基盤、移動イノベーションなど。
著書に、「情報処理大辞典」（分担、オーム社）、「つながるクルマ(モビリティイノベーションシリーズ)」(コロナ社)など。
NPO法人位置情報サービス研究機構(Lisra)に加え、自動運転ベンチャー株式会社ティアフォーを設立。