高精度屋内測位システムの精度を高めるには
当社の高精度な屋内測位システムであるMarvelmind屋内「GPS」は、すでに標準で±2cmの精度を備えており、実際の高精度な屋内測位・ナビゲーション用途の90%にはこれで十分です。しかし、さらに上を求める方もいらっしゃいます。「可能な限り高い精度」「サブcmレベル」「mmレベル」といったご要望です。
ここでは、既存の屋内測位システムで 可能な限り高い精度を実現するために何ができるか、また今後の開発のポイントについて詳しく説明します。
標準設定でのシステムの精度は？
計量学は、かなり複雑で、実務にはあまり役立たない学問になりがちです。「このシステムの精度はどれくらいですか？」という単純な質問をすると、条件、測定方法、確率、信頼度などに触れた非常に長い答えが返ってきます……「なるほど……で、精度はいくつなんですか？どうやって測るんですか？」
お客様にも当社にも、そうした議論は必要ありません。やや学術的で長く、基本的な質問に使える答えを出せないため、実用的ではないからです。
代わりに、次のような技術面・ビジネス面の疑問に答えを出せる、実践的なことをしましょう：
- 自分のロボットはこのように走行できるか？
- 目的の地点に必要な精度で到達できるか、そのためには何が必要か？
- 追加投資を最小限、またはゼロに抑えて、精度をサブcmレベルまで高めるには？
まず、右側の動画で、当社の高精度屋内測位システムの現在の性能をUWBと比較した例をご覧ください。
もう1本の動画では、Dashboardまたはビーコン自体に組み込まれたRealtime Playerを使い、レイテンシと引き換えにサブcmレベルの精度を得るための設定のヒントとアドバイスを紹介しています。
最後の動画では、試験方法と多くの統計データを紹介しています。結果は、公称の±2cmの精度に十分収まっていることを示しています。
また、位置測定の精度は位置更新レートには依存しないことも覚えておいてください。一方で、位置測定のレイテンシが大きくなっても許容できるシステムであれば、より高い測定精度を実現できます。
Super-Beaconの原点はどこか
送信（TX） 時の ビーコン の 中心：
- 上面からRX4/TX4の方向に見て、ビーコンの内側約1cmの位置
- TXの原点は、5つの送信器を仮想的に重ね合わせた点です。各送信器はビーコン内部でわずかにずれた位置にあるため、TXには物理的な単一点が存在しません。TXトランスデューサー間の中間点になります
受信（RX）時のビーコンの中心：
- マイクの中心（膜で覆われた直径1mmの小さな穴）
- 位置は非常に正確にわかっています
詳細と図は画像をご覧ください。
他のビーコンでも同様の考え方を採用しています。各ビーコンの形状・寸法の詳細：
- TXの原点は、5つの送信器を仮想的に重ね合わせた点です。各送信器はビーコン内部でわずかにずれた位置にあるため、TXには物理的な単一点が存在しません。TXトランスデューサー間の中間点になります
ビーコンの高さの測り方
屋内測位システムは、ビーコン間の距離を自動的に測定できます。たとえば、デュアルユースビーコンと呼ばれるSuper-BeaconやIndustrial Super-Beacon同士の距離です。これらのビーコンは超音波の送信と受信の両方が可能です。複数のビーコンまでの距離を測定して距離テーブルを作成し、三辺測量を用いることで、システムはビーコンの相対位置を求めます。
しかし、そうしたビーコンでも自身の高さはわかりません。高さは相対的な概念だからです。
詳細と図は画像をご覧ください。
トラッキングシステムの精度を高める方法
すでに高精度な屋内測位システムの精度をさらに高めるには、いくつかの要素を考慮する必要があります。
本当に必要ですか？
精度を高める必要がありますか？もちろん、高ければ高いほど良いでしょう。しかし、何事にも妥協や犠牲が伴います。取り組む前に、さらに高精度なシステムが本当に必要か、そして追加の手順や労力、トレードオフを受け入れる準備があるかを改めて確認してください。
まずは基本から
- 何よりもまず、固定ビーコンのマップを正しく構築することが不可欠です。非常に精密にではなく、単に正しく、です。マップの構築については、操作マニュアル、配置マニュアル、「サブマップの構築方法」パートIとパートIIをご覧ください
- 固定ビーコンの高さを忘れずに入力してください。具体的な方法は上の章をご覧ください
- ビーコンで正しいトランスデューサーが有効になっており、正しいマイクがオンになっていることを確認してください。信号自体は十分に送受信できていても……方向が違えば、直接の見通し（超音波が直接届く経路）の信号ではなく、反射を拾ってしまうことがあります
- 距離は正しく測定してください：正しい点から正しい点へ、正しい面から正しい面へ
- ミリメートル単位で測定する
- キャリブレーション前は、「物理的なメートル」と「超音波のメートル」が異なることを忘れないでください。そのため、「物理的なメートル」で超高精度（mmレベル）に測定しても意味がない場合があります。「超音波のメートル」との差によって、期待される精度向上が打ち消されてしまうからです
- 多くの場合、高さ以外のすべての距離はシステムに測定させるほうが良い結果になります。キャリブレーション前に「物理的なメートル」と「超音波のメートル」を混在させると、精度が低下する可能性があります
Realtime Playerを有効にする
- Realtime Playerは、精度を2〜10倍に高める手軽な方法です。有効にしてください。設定方法は操作マニュアルをご覧ください
- ただし、何の代償もなく得られるものはありません。Realtime Playerはレイテンシと引き換えに精度を高めます。通常の8Hz・レイテンシ125msではなく、8Hzのままレイテンシが1〜3秒になります（Realtime Playerの設定によって異なります）。それでも、非常に効果的でわかりやすい方法です
適切な形状のサブマップを構築する
- サブマップは長すぎたり細すぎたりしてはいけません。理想的には、縦横比を1:3以下にしてください。1:10の場合、一部の方向で精度が約10倍低下すると考えてください。それ以外の方向の精度は通常どおり±2cmです。
- 詳しい説明は動画をご覧ください。
ノイズや風
- 当社のシステムは音響式のため、空気の乱れはすべて精度に直接影響します。そのため、マイクに使われる一般的な保護と同様の追加保護を施すことができます
- 超音波信号を50周期に設定してS/N比を高める
- ただし、信号が十分に強い場合やノイズが大きくない場合は、パルスをできるだけ短くすることをお勧めします。非常に短い距離では、1周期だけで十分な場合もあります