IMES(Indoor MEssaging System)
技術概要ご説明資料
測位衛星技術株式会社
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IMES Indoor MEssaging System
測位衛星技術株式会社 Copyright (C) 2010 GNSS Technologies Inc.All Rights Reserved.
船舶
天体測位
電波測位
衛星測位
シームレス測位
六分儀
ロラン(米国)
デッカ(欧州) NSS
GPS
グロナス コンパス
ガリレオ
外洋航海
漁船
軍艦
商船
カーナビ
人
GPS携帯電話
フェデレート端末
プレジャーボート
E911
GNSS 準天頂衛星
GPS測位の変遷
1940 1985 2000 2013
車
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IMES Indoor MEssaging System
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IMES開発の背景
■準天頂衛星プロジェクト
・米国のE911(日本では緊急通報位置通知義務化)により、GPS機能を搭載した
GPS携帯電話の急増。カーナビユーザーに加えて、人がGPS機能を持つようになった。
GPS信号の届かない屋内測位対策が必要
■IMES技術開発
・GPSによる屋内測位技術での技術課題
反射波、コスト、高さ精度・・・ ・測距でないメッセージによる位置決定法
IMES技術立案
・JAXAからIMES方式を米国に提案
地上補完装置としてPRN(衛星番号) が10衛星分割り当て
・IMESユーザーインターフェイス仕様公開
IS-QZSSにてメッセージ仕様公開中
(これまでのGPSによる屋内測位技術)
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IMES Indoor MEssaging System
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IMESとは
■ IMESとは
・GPS衛星と同じ信号を屋内送信機から送信し、位置情報をメッセージとして情報送信する技術
GPS衛星からの信号には、各衛星の軌道情報などを格納されている航法メッセージが重畳されているが、
IMESでは、この航法メッセージフィールドを用いて、その場所の位置情報を送信する。
「Indoor Messaging System」
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IMES送信信号
・・00110100101010・・ ・・00110100101010・・ ・・00110100101010・・ ・・00110100101010・・
・・00011101001010・・ ・・00011101001010・・ ・・00011101001010・・ ・・00011101001010・・
航法メッセージ(衛星の軌道情報)
IMES メッセージ(位置情情報+α)
送信周波数 1574.42Mhz〔中心周波数)
衛星識別〔擬似ランダムコード) PRNコード: 1-32(GPS)、 193-197(QZSS)
PRN拡散周波数 1.023MHz(1023チップの繰り返し)
航法メッセージ
(IS-GPS200)
50bps 、1500ビットで構成(1フレーム)、
1フレームはサブフレーム×5で構成(1サブフレーム300ビット)
メッセージ内容 衛星軌道情報(エフェメリス、アルマナック、衛星時計誤差など)
送信出力 GPS: dBW QZSS: dBW
送信周波数 1574.42Mhz〔中心周波数)±0.2ppm
衛星識別 PRNコード(173-182) 擬似ランダムノイズ
PRN拡散周波数 1.023MHz(1023チップの繰り返し)
航法メッセージ
(IS-QZSS)
50bps 、1ワードを30ビットで構成
4種類のメッセージ(現時点):4ワード、3ワード、2ワード、1ワード
メッセージ内容 位置情報 フロアID 2種類ID
送信出力 -95dBW以下
1023チップ
1023チップ
1ms
1ms
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地上補完衛星としてPRNを取得
●日本からの提案であるIMESに対して
屋内測位の重要性を認識して、
米国GPSがIMESに対してPRNを割り当てた。
*PRNとは
擬似雑音コード番号。GPS信号は、CDMA方式で
各衛星毎にPRN番号が割り当てられ、識別されている。
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GPSによるシームレス測位の最も重要なポイント
PR
N173
IS-GPS-200より抜粋
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信号標準仕様
準天頂衛星システム
ユーザーインターフェイス仕様書で公開
GPS 準天頂衛星 IMES(地上補完衛星)
PRN番号
1~31
PRN番号
193~197
PRN番号
173-182
IS-GPS IS-QZSS
信号互換
カーナビゲーション GPS携帯電話
シームレス測位
屋外 屋内
http://qzss.jaxa.jp/is-qzss/index.html
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名称 ワード数
最低頻度
内容 (LSB)
000 位置情報1 3 12 緯度・経度 (2.4m)、階数(1階)
001 位置情報2 4 12 緯度・経度 (1.2m)、標高(1m)、階数(0.5階)
011 ショートID 1 6 12ビットのID
100 ミディアムID 2 12 33ビットのID
GPS受信機で位置情報+αの情報が受信できる。
IMES メッセージ内容
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位置情報フォーマット(4ワードタイプ)
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位置情報フォーマット(3ワードタイプ)
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ショートIDフォーマット
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ミディアムIDフォーマット
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IMESの特徴
① GPS受信機で直接、屋内位置情報が入手できる。
IMESが正式にPRN番号を取得していることで、グローバルにGPSによるシームレス測位が展開可能。
加えて、フロア階、ID情報が入手できるので、3次元空間情報環境で利用しやすくなっている。
○IMESメッセージ受信は、GPSの航法メッセージ受信と基本的に同じ。
○屋内環境では、反射波や距離測位のための時刻同期など測距方式は難しく、IMESは、メッセージ受信なので確実に位置特定ができる。(3次元位置)
○GPS受信機で位置情報以外の情報(フロア階、ID)が入手できるので、GPS利用範囲が広がる。
② GPSメーカー、GPS利用ユーザーでのIMES対応が容易 ○GPSは、E911(日本では緊急情報位置通知義務)等の制度により、携帯電話の位置特定手段として、携帯電話に標準搭載されている。
○既存の位置情報サービスは、ほとんどがGPSベースとなっている。サービス側も現在の仕組みから大きく変更することなくIMESサービスも導入できる。
○米国GPSから地上衛星として、PRN番号(173-182)を正式に割り当てらおり、JAXAからIS-QZSS仕様書も公開されており、GPSメーカーが対応可能 になっている。
○ハードは、現存のGPS受信機で、ファーム改修(PRN番号のアサイン、メッセージ処理)だけなので比較的 改修負担が少ない。ハード追加はないくソフト改 修のみ。
*GPSの世界では、DGPS対応(RTCMフォーマット)やWAAS(RTCA DO229C)対応など標準仕様対応は、頻繁に行われている。標準仕様が重要。
③ 国際インフラとしての管理体制 ○ 米国GPSより割り当てられたPRNによる信号送信技術であることから、その信号や送信機の確実な管理体制が必要。
○ ユーザーから見るとIMES位置情報は、担保された位置情報として利用できる。
④ 小型化 低コスト ○ 繰り返しの実証試験を経て、IMES送信機のLSI開発に着手。小型化、低コスト化が可能になった。
■普及しているGPS携帯電話・GPS受信機を用いてのシームレス測位技術
■通常GPSの測距計算でなく、メッセージ読み取りによる位置決め(GPSタグ)
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GPS技術向上の変遷
● 意図的精度劣化の時代
FM
海上ビーコン
基地局
GPS
準拠フォーマット RTCM-104 準拠フォーマット RTCA-DO229C
● 最近のDGPS傾向
SBAS
DGPS補正情報
DGPS補正情報
● GPS携帯電話(アシストGPS) 準拠フォーマット 3GPP
基地局
GPS
測位サーバー
衛星軌道情報
● シームレス測位(屋内測位)時代 準拠フォーマット IS-QZSS
INDOOR
GPS受信機の機能向上の変遷 GPSメーカーは、環境変化に敏感に対応していく。
位置情報
フロア情報
ID
受信機必要
ハード追加なし
ハード追加なし
通信回線利用
高精度測位
高感度測位
高精度測位
屋内測位
シームレス測位
向上された機能 環境の変化
ディファレンシャル補正技術 SAによる精度劣化
SBAS対応DGPS技術
(広域衛星補強情報システム)
WAAS/EGNOS/MSASによる
SBAS衛星の整備
アシストGPS技術 携帯電話によるGPSの普及
GNSS受信技術 グロナス、ガリレオ、QZSS衛星登場
シームレス測位技術 携帯電話によるGPSの普及
3次元空間情報の整備
WAAS
MSAS
EGNOS
CH数増加
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GPS市場の状況
■日本の携帯電話契約者数 (1億人、定額制は5000万人突破)
2008
2007
インプレスコミュニケーションズ「ケータイ白書2009」より抜粋
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IMES 送信機
IMES信号受信
絶対位置(緯度経度、階数/高さ)
情報コンテンツ
通信事業者(キャリア)
緊急通報時の位置情報通知
ASP
位置情報検索、経路案内など
警察・消防
絶対位置
絶対位置
安心安全情報(絶対位置)は基本情報として送信。
緯度・経度・高さは、絶対位置の送信
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IMES 送信機
IMES信号受信
Mid ID
アプリサーバー
IMES IDからの情報提供 Short ID
情報コンテンツ
IMESサーバー
IMESは、位置情報+属性情報を送信!
その場所ならではの情報受信が容易。
場所特定、ビル特定、売り場特定
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IMES送信機
~2006 2007 2008 2009
測位衛星技術(株)のIMES開発の経緯
スードライト開発 2CH IMES
試作機開発
小型 IMES
試作機開発 LSI化
2011
普及型
プロトタイプ
測位衛星技術(株)IMES送信機
開発中
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H20年度自律移動支援プロジェクト実証実験(1)
IMES(地上補完信号送信機)
設置数 68基
設置場所 さんちか周辺
平成19年 豊田市でのデモ (参考)
(プロジェクトの目的) 身体的状況、年齢、言語等を問わず、「いつでも、どこでも、だれでも」
移動等に関する情報を入手することを可能にする。
IMES実験実施エリア
平成20年度神戸自立移動支援プロジェクト
配布資料より抜粋
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屋外 屋外 屋内
参考 H20年度自律移動支援プロジェクト実証実験紹介
「IT media プロフェッショナル モバイル」ホームページ内 神尾寿のMobile + View より抜粋
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IMES・シームレス測位開発経緯
●2005、2006 第4、5回 GPS-QZSS 専門家会合(米国GPSとの技術調整会議)
・準天頂衛星用受信機の普及促進、E110/119、LBSマーケット拡大のためのシームレス測位のニーズから、
日本から米国に対して、新たなGPS信号であるL1Cの信号を用いた室内補完システムとしてIMESを提案、
地上補完用PRNコードの割当を要請。
・日米双方より、IMES信号と衛星測位信号との間で有害な干渉を生じることなく共存可能であるとの
一次解析結果が示され、IMESの技術的な実現性が確認された。
●2006 4月 IMESサブワーキンググループ会合
・米国GPSとの共通仕様化を議論。商用展開の可能性から日本側(QZSS)の仕様として公開、国際標準が
必要となった時点で再度、米国と共通の仕様書について検討する。
●2007 2月 試作機開発・基礎実証実験
・IMES L1C/A送信機( 測位衛星技術㈱)の試作開発。
携帯電話受信機(NTTドコモ社)の試作機開発。
・NTTドコモ赤坂の地下駐車場にて基礎検証実験を実施。
●2007 11月 米国よりPRNコード10個取得
・米国より、日本で設置されるIMES送信機のL1C/A信号の衛星番号として、
衛星番号:PRN(Pseudo Randam Noise)コードを米国より10個取得。
●2007 11月 QZSSユーザーインターフェイス仕様書で公開。
・QZSSユーザーインターフェースの、APPENDIXで出力レベルやメッセージフォーマット等を公開。
参考
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現在の携帯電話位置情報通知義務システム
音声通話
チャンネル
位置情報
通知チャンネル
場所わかりません。
携帯電話通信事業者ネットワーク 指令室
何階なのか?
測位サーバー 通報サーバー
音声回線
ネットワーク
パケット交換
ネットワーク
補助
位置情報受信システム
NTT
公衆電話網
広域イーサーネット
伝達情報 ・緯度・経度
・高度情報(任意)
・位置精度
・電話番号
119番通報平均時間 導入前 導入後
固定電話 2分20秒 2分21秒
携帯電話 3分21秒 2分35秒
大幅な短縮
位置情報通知義務システム導入効果
出所:(財)衛星測位利用推進センター資料
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消防設備への測位機能組み込みの相乗効果
【防災設備】 不特定多数の人が行きかう 大規模消防施設、駅などへ導入
【導入シナリオ】
携帯電話搭載GPSのIMES対応推進
3次元空間情報の流通 (現在、整備に向け進行中)
【地理空間情報サービス普及】
【民間商業設備】 位置情報利用サービス向けとして設備
シームレス測位環境整備
一般GPSのIMES対応推進
+
対応ユーザー端末普及
+
安心安全の為のシームレスインフラ整備
歩行者ナビゲーション
3次元空間情報の整備 携帯電話GPSシームレス対応
施設管理など業務での利用
民間による位置情報サービスの為のインフラ整備
構内案内
見守りサービス
プラットフォーム
ビジネス
新しい広告サービス
案内ロボット
シームレス測位インフラが、G空間社会の基盤の土台となる。
エリアワンセグ装置
IMES単体
駅案内板
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本日のデモンストレーションのご紹介
IMES信号受信
IMES 送信機 IMES 送信機
緯度・経度出力
IMES信号受信
緯度・経度出力
例:「東京ドーム」
の座標を出力 例:「東京駅」
の座標を出力
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IMES信号発生器の設定の仕方
IMES設定用ソフトウェア
(メイン画面)
①
②
④
⑥
⑤
③
①PRN IDを設定します。 設定範囲は173~182です。
②緯度、経度、高度、ショートID、ミデ ィアムID、フロアIDを設定します。
③PC-装置間でデータの送受を行って いる時に緑色で表示されます。送受信 が正常でない時は、エラーメッセージ が表示されます。
⑤RFアッテネータの設定を行います。Readを押すと装置に設定されているパラメータを読み出し、Setを 押す と入力されているパラメータを装置に設定します。
④設定及び適用のアイコンボタンです。
⑥メッセージシーケンスを設定します。最大16*8の設定が可能です。シーケンス1~8に、各メッセージ IDを 最大16列配置可能です。