屋内測位システムの構築方法
自律型ロボット、ドローン、フォークリフト、クレーン、VR/AR、人員、その他の産業用途向け
GPSは屋内ではうまく機能せず、5〜10メートルという一般的なGPSの精度では産業用途には不十分です。そのため、高精度な屋内測位システム（IPS）が必要です。
屋内測位システムは、しばしばリアルタイム位置情報システム（RTLS）やローカル測位システム（LPS）とも呼ばれます。細部にこだわらなければ、実質的に同じものです。
代表的な用途として、屋内測位システムは自律型ロボット、自律型ドローン、フォークリフトのトラッキング、その他の車両のトラッキング、クレーンやフックのトラッキング、VRとAR、安全性と生産性のための人員のモニタリング、さらに多種多様な産業・科学分野で使われています。
概要：
本記事では、屋内測位システムを効率的に構築する方法を解説するとともに、マネージャーとエンジニアが抱く、屋内測位システムに関する最も基本的な疑問にお答えします：
本記事は、産業用途向けのRTLSとIPSに焦点を当てた、深く幅広い内容の記事です。重要な点が抜けていたり、誤りがあったりした場合は、info@marvelmind.com までご連絡ください。対応いたします。
なぜ屋内測位システムが必要なのか？
では、衛星からの無線信号をもっと強くすればよいのでは？…実際には難しいものの、不可能ではありません。それでも、物理的な制約により、そのような測位システムで大幅に良い結果を得ることはできません。なぜなら、見通しこそが、あらゆる高精度測位システムにとって最も基本的な要件だからです。
GNSS（GPS、GLONASS、Galileo、Beidou）の民生用途における一般的な精度は5〜10メートルです。屋内ではトラッキング精度が極めて重要であるため、この精度では屋内用途には不十分です。
したがって、屋内測位システム（IPS）が必要になります。トラッキング精度を不可欠な要件の一つとするこのシステムは、しばしばリアルタイム位置情報システム（RTLS）やローカル測位システム（LPS）とも呼ばれます。
屋内測位システムとは？
屋内測位システムとは、GNSS（GPS、GLONASS、Galileo、Beidouなど）が機能しない屋内で、移動体をリアルタイムにトラッキングするために設計された要素のネットワークです。
一般的な屋内測位システムは、次の要素で構成されています：
オプションの要素：
– システムのリモート制御やアップグレードが容易になる
– 機密性の高い位置データの漏洩源となるおそれがある
Marvelmind屋内測位システム
屋内測位システムの仕組み
屋内測位システムは、移動体（ロボット、ドローン、フォークリフト、人員）に取り付けたモバイルビーコン（タグ）の位置を、建物内やGNSSが使えないその他のエリアに配置した固定ビーコン（アンカー）を基準に算出します。ほとんどのIPSは、三辺測量または三角測量を用いてモバイルビーコンや物体の位置を算出しています。
覚えておきたいのは、ほとんどの屋内測位システムが、人やロボット、フォークリフトそのものをトラッキングしているわけではないということです。トラッキングしているのは、それらに取り付けられたモバイルビーコン（タグ）なのです。
高精度な屋内測位システムでは、飛行時間（ToF）と三辺測量が用いられています。たとえば、Marvelmind 屋内「GPS」または超広帯域無線（UWB）です。これらは、産業用途の高精度屋内測位に適した技術です。
非常に普及しているものの、精度ははるかに劣る BLE システムは、RSSIやその派生方式（たとえばRSSIとAoAの組み合わせ）を利用しています。
光学式システムは、対象物にモバイルビーコンを取り付けることなく、対象物を直接トラッキングできます。ただし、この方式には注意点もあります。システムのユーザーには、移動体の正確なトラッキングに加えて、対象物の識別も必要だからです。移動体（ロボット、ドローン、フォークリフト、人員）にモバイルビーコンを取り付ければ、各モバイルビーコンには固有のIDがあるため、識別は簡単です。一方、光学的手法による識別は複雑なタスクであり、実際の産業環境では満たすのが難しい特別な条件下でしかうまく機能しません。
リアルタイム位置情報システム（RTLS）とは？
リアルタイム位置情報システム（RTLS）とは、主に屋内で、物体の位置をリアルタイムに特定・トラッキングするシステムです。
リアルタイム位置情報システム（RTLS）は、必ずしも屋内測位システムとは限りません。厳密に言えば、GNSSも位置データをリアルタイムに提供するため、RTLSの一種です。
ただし歴史的に、RTLSという用語は、GNSSのような明らかに屋外向け、あるいは上空が開けた環境向けのシステムと対比して、IPSとほぼ同じ意味で使われてきました。
つまり、簡単に言えば：リアルタイム位置情報システム（RTLS）≈ 屋内測位システム（IPS）
ローカル測位システム（LPS）とは？
さらにややこしいことに、ローカル測位システム（LPS）という用語もあります。
これも実用的な観点から言えば：RTLS ≈ IPS ≈ LPS。
ただし、厳密に言うと：
- LPSは必ずしも屋内とは限りません。むしろ、主に屋外のシステムを指します
- 通常、LPSはGNSSの代替として使われます。つまり屋外ですが、グローバルではなくローカルに使われます
屋内「GPS」とは？
当社は屋内用途に注力しているため、「屋内測位システム」という用語を使っています。同時に、防水・防塵性能を備え、屋外でも使えるビーコンもご用意しています。一般に、屋内用途と屋外用途の間にアーキテクチャ上の違いはありません。違いは環境条件だけです：屋外が屋内に近い条件になることもあれば、屋内用途で次のものが必要になることもあります：Super-Beacon-Outdoor、さらには Industrial Super-Beacon。
当社のシステムをRTLSと呼ぶことも多いのは、高い位置更新レートと低レイテンシによるリアルタイム測位が、トラッキング精度と並んで、あらゆる屋内測位システムにとって極めて重要なパラメーターだからです。
当社のシステムは屋内「GPS」とも呼ばれています。もちろん、GPSは屋内では機能しないため、このシステムはGPS衛星に依存していません。つまり、GPSではなく「GPS」なのです。しかし、エンドユーザーから見れば、このシステムは本物のGPSのように動作します。「GPS衛星」にあたるのが固定ビーコン、「GPS端末」にあたるのがモバイルビーコン、「地上局」にあたるのがモデムです。
さらに、Marvelmind屋内「GPS」は位置データをストリーミング出力できます。フォーマットはGPS本来の形式である NMEA0183です。そのため、特別な統合作業は不要で、GPS対応のシステムはMarvelmind屋内「GPS」のデータ文字列を本物のGPSデータストリームとして受け付けます。したがって、エンドユーザーにとってMarvelmind屋内「GPS」は、屋内で機能し、GPSの一般的な5〜10mではなくcmレベルの精度を提供する本物のGPSのように見えます。
最も精度の高い屋内測位システムは？
Marvelmind屋内「GPS」は、産業用途向けに市販されている屋内測位システムとして、±2 cmの高精度を実現しています。
しかし、それは本当に、例外なく正しいと言えるのでしょうか？いつものことながら、肝心なのは細部です。
はい、Marvelmindの屋内測位システムは、自律型ドローン、自律型ロボット、人員のトラッキング、フォークリフトのトラッキングなど、産業用途向けに市販されているIPSとして、非常に高い精度（±2 cm）を備えています。
ただし、たとえば、AGVに搭載された高品質で高価な LIDAR は、建物内に設置した専用の反射板と組み合わせることで、mmレベルの精度で距離を測定できます。距離の測定は測位にとって重要ですが、それがすべてではありません。必要なのは距離だけでなく座標です。多くのLIDARは測位に三角測量を使用しています。三辺測量ではなく三角測量を使うため、測位精度は距離に依存し、mmレベルよりはるかに悪化することがあります。
光学式トラッキングシステムも、一種の三角測量を測位に用いています。そのため、精度は距離に依存します。非常に短い距離（10〜100cm）であれば、光学式システムでもmmレベルの測位精度が得られますが、10〜100mの距離では、精度は簡単に10〜100cmまで悪化します。
このほかにも、産業以外の用途や特殊な用途は数多くあります。多くの場合、それらにもMarvelmind屋内「GPS」を使用できますが、特定のタスク向けにより最適化されたニッチなシステムが存在する場合もあります。
GPSは屋内で使えるか？
いいえ、GPSは屋内では機能しません。衛星からの無線信号は壁や天井を通過しないため、GLONASS、Galileo、BeiDouなどの他のGNSSも屋内では機能しません。
ここまでで、屋内測位システムとは何かについて、基本的な理解が得られたと思います。
次は、産業用途に焦点を当てた屋内測位技術の詳細なレビューと比較に踏み込んでみましょう。
好評の資料をダウンロード：屋内測位・ナビゲーションの各種手法に関する詳細なレビューと比較（PDF形式）。