(57)【要約】【課題】移動体の位置を検知する。【解決手段】送信時刻情報を含むパケットを受信する手段と、パケットを受信してから一定経過時間後に、受信したパケットと同一内容のパケットを送信する手段とからなる移動ノードと、送信時刻情報を含むパケットを送信する手段と、移動ノードが送信したパケットを受信する手段と、受信パケットに含まれる送信時刻情報と、該パケットを受信した時刻情報と、一定経過時間情報とに基づいて、移動ノードとの距離を求める手段とからなる第１の固定ノードと、第１の固定ノードが送信したパケットを傍受する手段と、移動ノードが送信したパケットを傍受する手段と、傍受した２つのパケットの受信時間差に基づいて、移動ノードとの距離を算出する手段とからなる複数の第２の固定ノードと、第１の固定ノード、複数の第２の固定ノードのそれぞれと移動ノードとの距離情報とに基づいて移動ノードの位置を算出する手段とを備えた。【選択図】図１
2010032320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）無線信号を送受信する通信手段と、
送信時刻情報を含むパケットを前記通信手段によって受信するパケット受信手段と、
前記パケットを受信してから一定経過時間後に、前記受信したパケットと同一内容のパケットを前記通信手段によって送信するパケット送信手段とからなる移動ノードと、
（ｂ）無線信号を送受信する通信手段と、
送信時刻情報を含むパケットを前記通信手段によって送信するパケット送信手段と、
前記移動ノードが送信したパケットを前記通信手段によって受信するパケット受信手段と、
前記パケット受信手段が受信した前記パケットに含まれる前記送信時刻情報と、該パケットを受信した時刻情報と、前記一定経過時間情報とに基づいて、前記移動ノードとの間の伝播時間を求め、該伝播時間に基づいて、前記移動ノードとの距離を求める距離算出手段とからなる第１の固定ノードと、
（ｃ）無線信号を受信する通信手段と、
前記第１の固定ノードが送信したパケットを前記通信手段によって傍受する固定ノードパケット受信手段と、
前記移動ノードが送信したパケットを前記通信手段によって傍受する移動ノードパケット受信手段と、
前記固定ノードパケット受信手段によって受信したパケットの受信時刻と前記移動ノードパケット受信手段によって受信したパケットの受信時刻との時間差と、前記第１の固定ノードとの距離情報とに基づいて、前記移動ノードとの距離を算出する距離算出手段とからなる複数の第２の固定ノードと、
（ｄ）前記第１の固定ノードと前記移動ノードとの距離情報と、前記複数の第２の固定ノードのそれぞれによって算出された前記移動ノードと複数の前記第２の固定ノードとの距離情報とに基づいて前記移動ノードの位置を算出する位置特定手段と
を備えたことを特徴とする位置検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建屋内に於ける各移動体の所在を検知するものとして、超音波を用いた位置検知方法が提案されている。例えば、移動体から発信された単方向の超音波を建屋内の所定領域毎に設けられた固定受信器で受信し、少なくとも３箇所で受信した超音波信号の時間差から移動体の位置を算出する方法を用いている（例えば、特許文献１参照）。また、多数の移動体の位置を識別するために、基準周期内に於いて予め時分割設定された分割時間に基づいて各移動体が超音波信号を順次発信する方法がある。
【０００３】
しかしながら、この方式で受信超音波の到達時間差を求めるには、基準周期内の時分割タイミングを移動体ならびに固定受信器の双方で一致させる必要があり、特に移動体側の時刻合わせには超音波に比べ伝播時間が無視できる程度の通信手段（例えば電波、赤外線通信、有線通信）を併用することが必要となり、回路規模が大きくなるという問題がある。
【０００４】
一方、移動体と固定受信器の距離の計測精度を向上する方法として、位相一致法がある（例えば、特許文献２参照）が、この方法も移動体ならびに固定受信器の双方で予め時刻を一致させる必要があり、回路規模が大きくなるという問題がある。
【０００５】
また、位置検知のための時刻合わせが不要な方式として、アクセス端末から応答信号の送信を要求する要求信号を送受信端末に送信し、要求信号が送信されてから送受信端末からの応答信号が受信されるまでの時間を測定して、その測定された時間に基づき送受信端末までの距離を算出する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。これは、同様の動作を複数のアクセス端末から順次行ない、得られた距離データから、送受信端末の位置を算出する方法である。
【０００６】
しかしながらこの方法で送受信端末の二次元の位置を特定するためには、最低３つのアクセス端末から同様の動作を順次行なう必要があり、位置特定に時間が掛かるという問題がある。
【特許文献１】特開平０８−２２６８１０号公報
【特許文献２】特開２００６−２４２６４０号公報
【特許文献３】特開２００６−１４５２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は双方向通信を行なうと同時に、複数の送受信器が互いの通信を傍受することで、予め複数の送受信器間の時刻同期を取ることなく、所定エリア内における各移動体の正確な所在情報を簡易に検知することができる移動体の位置検知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、（ａ）無線信号を送受信する通信手段と、送信時刻情報を含むパケットを前記通信手段によって受信するパケット受信手段と、前記パケットを受信してから一定経過時間後に、前記受信したパケットと同一内容のパケットを前記通信手段によって送信するパケット送信手段とからなる移動ノードと、（ｂ）無線信号を送受信する通信手段と、送信時刻情報を含むパケットを前記通信手段によって送信するパケット送信手段と、前記移動ノードが送信したパケットを前記通信手段によって受信するパケット受信手段と、前記パケット受信手段が受信した前記パケットに含まれる前記送信時刻情報と、該パケットを受信した時刻情報と、前記一定経過時間情報とに基づいて、前記移動ノードとの間の伝播時間を求め、該伝播時間に基づいて、前記移動ノードとの距離を求める距離算出手段とからなる第１の固定ノードと、（ｃ）無線信号を受信する通信手段と、前記第１の固定ノードが送信したパケットを前記通信手段によって傍受する固定ノードパケット受信手段と、前記移動ノードが送信したパケットを前記通信手段によって傍受する移動ノードパケット受信手段と、前記固定ノードパケット受信手段によって受信したパケットの受信時刻と前記移動ノードパケット受信手段によって受信したパケットの受信時刻との時間差と、前記第１の固定ノードとの距離情報とに基づいて、前記移動ノードとの距離を算出する距離算出手段とからなる複数の第２の固定ノードと、（ｄ）前記第１の固定ノードと前記移動ノードとの距離情報と、前記複数の第２の固定ノードのそれぞれによって算出された前記移動ノードと複数の前記第２の固定ノードとの距離情報とに基づいて前記移動ノードの位置を算出する位置特定手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による位置検知システムによれば、簡単な装置の構成によって室内等の所定エリアにおける移動体の位置を正確に検知することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態による位置検知システムを図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、移動体（ここでは、人間）の位置を検知するべきエリアＡ内において、移動体の位置を検知して、エリアＡ内の空調の温度制御や照明の点灯制御を行うマネージャであり、コンピュータ等で構成する。符号２、３、４、５は、超音波を用いた無線通信を行うための固定ノードであり、エリアＡの所定位置（例えば、４隅の位置）に設置される。符号６、７は、エリアＡを利用する利用者が携帯する移動ノードであり、固定ノード２〜５との間で超音波による無線通信を確立して情報通信を行う移動ノードである。符号８は、４つの固定ノード２〜５とマネージャ１間の情報通信を行うＬＡＮ（local area network）である。
【００１１】
次に、図２を参照して、図１に示す固定ノード２及び移動ノード６の構成を説明する。固定ノード２は、移動ノード６に対して超音波通信パケットを送信するスピーカＳと、移動ノード６から超音波通信パケットを受信するマイクＭを備えている。移動ノード６は、固定ノード２に対して超音波通信パケットを送信するスピーカＳと、固定ノード２から超音波通信パケットを受信するマイクＭを備えている。図１に示す固定ノード３〜５は、固定ノード２と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。また、図１に示す移動ノード７は、移動ノード６と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。
【００１２】
次に、図３〜図６を参照して、図１に示す位置検知システムの動作を説明する。初めに、図３を参照して、図１に示すマネージャ１の動作を説明する。まず、マネージャ１は、移動体の位置検知結果を格納する結果テーブルを初期化（クリア）する（ステップＳ１）。続いて、マネージャ１は、移動ノードＩＤを選択し（ステップＳ２）、移動ノード全ての処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ３）。この判定の結果、移動ノード全てについて処理が完了した場合は、移動ノードＩＤを初期化して（ステップＳ４）、ステップＳ１へ戻る。
【００１３】
一方、移動ノード全ての処理が完了していなければ、マネージャ１は、固定ノードＩＤを選択する（ステップＳ５）。そして、マネージャ１は、ＬＡＮ８を介して、選択した固定ノードＩＤを持つ送信固定ノードに対して位置検知コマンドを送信するとともに、傍受固定ノード（ここでは、固定ノード３〜５）に対して傍受コマンドを送信する（ステップＳ６）。
【００１４】
次に、マネージャ１は、固定ノードから位置検知結果（距離情報）を受信し（ステップＳ７）、この位置検知結果情報を結果テーブルに記憶する（ステップＳ８）。そして、マネージャ１は、全ての固定ノードから応答があったか否かを判定する（ステップＳ９）。この判定の結果、全ての固定ノードから応答が無ければ、ステップＳ７に戻り処理を繰り返す。
【００１５】
次に、全ての固定ノードから応答があれば、マネージャ１は、結果テーブルに記憶した位置検知結果（距離情報）の情報の中に、有効な結果の情報が３個以上あるか否かを判定する（ステップＳ１０）。この判定の結果、有効な結果の情報が３個以上無ければ、マネージャ１は、移動ノード位置不定処理を実行する（ステップＳ１１）。一方、有効な結果の情報が３個以上あれば、マネージャ１は、３個の距離情報から幾何学円の交点を求め、この交点の座標値にもとづいて移動ノード位置を算出する（ステップＳ１２）。そして、マネージャ１は、ステップＳ１へ戻り処理を繰り返す。
【００１６】
次に、図４を参照して、図１に示す固定ノード２の送信動作を説明する。まず、固定ノード２は、ＬＡＮ８を介して、マネージャ１から位置検知コマンドを受信する（ステップＳ２１）と、固定ノード２内に備えられているタイマから時刻（送信時刻）を取得し、この送信時刻を含む位置検知パケットを生成する（ステップＳ２２）。そして、固定ノード２は、所定時間経過を計時するタイマを起動し（ステップＳ２３）、生成した位置検知パケットをエリアＡ内に送信する（ステップＳ２４）。そして、固定ノード２は、エリアＡ内の移動ノードからの応答を受信できたか否かを判定する（ステップＳ２５）。この判定の結果、応答が受信できなければ、固定ノード２は、タイマが終了した（タイムアウト）か否かを判定する（ステップＳ２６）。この判定の結果、タイマが終了していなければステップＳ２５へ戻り、タイマ終了まで繰り返す。タイマが終了した場合、固定ノード２は、ＬＡＮ８を介して無効結果をマネージャ１へ送信する（ステップＳ２７）。
【００１７】
一方、移動ノードからの応答があった場合、固定ノード２は、固定ノード２内に備えられているタイマから時刻（現在時刻）を取得する（ステップＳ２８）。そして、固定ノード２は、現在時刻から送信時刻を減算し、さらにパケット通信時間（ＴＮ）を減算することにより伝播時間を算出する（ステップＳ２９）。
【００１８】
次に、固定ノード２は、移動ノードから受信した応答パケット内に含まれている温度情報（移動ノード内において検知した温度であり、移動ノード周辺の雰囲気温度）から、温度に応じた音速を算出し（ステップＳ３０）、伝播時間に対して求めた音速を乗算し、その結果を２で除算することにより、固定ノード２と応答パケットを送信した移動ノードとの距離を算出する（ステップＳ３１）。そして、固定ノード２は、算出した固定ノード２と移動ノードとの距離情報をＬＡＮ８を介してマネージャ１へ送信する（ステップＳ３２）。
【００１９】
次に、図５を参照して、図１に示す固定ノード３〜５の傍受動作を説明する。ここでは、例として固定ノード３の動作を説明する。まず、固定ノード３は、ＬＡＮ８を介して、マネージャ１から傍受コマンドを受信する（ステップＳ４１）と、所定時間を計時するタイマを起動する（ステップＳ４２）。続いて、固定ノード３は、通信傍受ができたか否かを判定する（ステップＳ４３）。この判定の結果、通信傍受ができなければ、固定ノード３は、タイマが終了したか否かを判定する（ステップＳ４４）。この判定の結果、タイマが終了していれば、固定ノード３は、ＬＡＮ８を介して無効結果をマネージャ１へ送信する（ステップＳ４５）。
【００２０】
一方、通信傍受ができた場合、固定ノード３は、他の固定ノードからのパケットであるか否かを判定する（ステップＳ４６）。この判定の結果、他の固定ノードからのパケットである場合、固定ノード３は、時刻（ｔ１）を記憶する（ステップＳ４７）。他の固定ノードからのパケットでない場合、固定ノード３は、移動ノードからのパケットであるか否かを判定する（ステップＳ４８）。この判定の結果、移動ノードからのパケットでなければステップＳ４４へ移行し、移動ノードからのパケットであれば、固定ノード３は、時刻（ｔ２）を記憶する（ステップＳ４９）。
【００２１】
次に、固定ノード３は、他の固定ノードと移動ノードの両方からパケットを傍受できたか否かを判定する（ステップＳ５０）。この判定の結果、両方からパケットを傍受できていなければステップＳ４３へ移行する。一方、他の固定ノードと移動ノードの両方からパケットを傍受できた場合、固定ノード３は、記憶しておいた時刻ｔ２から時刻ｔ１を減算し、さらにパケット通信時間（ＴＮ）を減算することにより時間ｔｄを算出する（ステップＳ５１）。
【００２２】
次に、固定ノード３は、移動ノードから傍受した応答パケット内に含まれている温度情報から、温度に応じた音速を算出し（ステップＳ５２）、時間ｔｄに求めた音速を乗算することにより、固定ノード２から応答パケットを送信した移動ノードを経由した固定ノード３までの距離と固定ノード２から固定ノード３への直線距離の差分距離（図１に示すＬ２＋Ｌ３−Ｌ１）を算出する（ステップＳ５３）。そして、固定ノード３は、算出した差分距離情報をＬＡＮ８を介してマネージャ１へ送信する（ステップＳ５４）。
【００２３】
次に、図６を参照して、図１に示す移動ノード６の動作を説明する。まず、移動ノード６は、固定ノード２から位置検知パケット受信する（ステップＳ６１）。そして、移動ノード６は、受信したパケットに含まれる移動ノードＩＤを検査し（ステップＳ６２）、自身の移動ノードＩＤと一致するか否かを判定する（ステップＳ６３）。この判定の結果、自身の移動ノードＩＤと一致しなければ、移動ノード６は処理を終了する（ステップＳ６４）。
【００２４】
一方、受信したパケットに含まれる移動ノードＩＤと、自身の移動ノードＩＤとが一致する場合、移動ノード６は、所定時間を計時するタイマを起動し（ステップＳ６５）、内部に備えている温度センサから温度情報を取得し、この温度情報を含む応答パケットを生成する（ステップＳ６６）。そして、移動ノード６は、タイマ（ＴＮ）が終了するまで待機し（ステップＳ６７）、タイマが終了した時点で、固定ノード２に対して生成したパケットを送信する（ステップＳ６８）。
【００２５】
このように、超音波による無線信号を送受信可能な固定ノード２〜５と、この超音波による無線信号を送受信可能な移動ノード６によって位置検知システムを構成し、移動ノードのＩＤ（識別情報）および固定ノードＩＤ、送信時刻を含むパケットを、固定ノード２からデジタル変調を掛けた超音波で送信し、指定ＩＤに一致した移動ノード（例えば移動ノード７）が、受信から一定時間後に、固定ノード２からの送信パケットと同一内容のパケットを、固定ノード２に返信する。自己ＩＤを含むパケット返信を受信した固定ノード２は、返信されたパケットに含まれる送信時刻と、返信の受信時刻および移動ノード側での一定時間の返信遅れの３点から、ノード間の往復信号伝播時間を算出し、伝播速度から距離を算出する。この方法では、パケットに含まれる送信時刻と返信を受けた時刻は、固定ノード２自身の内部時計を基にした時刻であるため、各ノードの内部時計を予め同期しておく必要はない。
【００２６】
さらに、固定ノード２が移動ノード７に対して送信した超音波信号は他の固定ノード３でも傍受でき、また、固定ノード３は移動ノード６が固定ノード２へ返信した超音波信号も傍受できるので、二つの傍受信号の受信時間差から求まる差分距離と、既知である固定ノード２と固定ノード３の間の物理距離（Ｌ１）、及び固定ノード２と移動ノード７の距離（Ｌ２）から、マネージャ１は、固定ノード３と移動ノード７との間の距離を求めることができる。このように固定ノード２からの超音波送信とそれに対する移動ノード７の返信を傍受することで、マネージャ１は、他の固定ノード３〜５と移動ノード７との間の距離（Ｌ３）を求めることが可能であり、これにより各固定ノードが順次移動ノードと通信する必要が無くなり、移動ノードの位置特定に要する時間は１／３以下に短縮できる。なお、傍受による距離計算は、実際にはマネージャ１ではなく各固定ノードのそれぞれが行うようにしてもよい。環境条件によっては傍受ができず、１個又は２個の固定ノードしか移動ノード７との距離を求められない場合があるが、その場合にはパケットを送信する固定ノードを変更して同様の方法で距離を求め、３箇所以上の固定ノードから求まる距離に基づいて移動ノードの位置を特定すればよい。
【００２７】
以上説明したように、本発明による位置検知システムは、従来技術のように超音波をバースト波として利用するのでなく、超音波の波に情報を変調して乗せて発信し、受信した後に検波して情報を取り出すようにしたものである。このようにすることにより、固定ノードで発信した時刻とノードＩＤを記憶しておけば、移動ノードからの応答時刻と音速から固定ノードと移動ノードとの距離を算出することができる。これを３点以上の固定ノードにおいて行えば、移動ノードが検知エリア（例えば室内）のどこにいるかを検知することが可能となる。位置検知方法によって検知した利用者の位置情報に基づいて、利用者個人に対する空調制御や照明の点灯制御を行うことが可能となるため、確実に省エネルギーを達成することができる。
【００２８】
なお、前述した説明においては、無線通信を実現する方式として、超音波による無線通信を用いた例を説明したが、無線通信を実現する方式は、超音波に限るものではなく、電波や光を用いてもよい。
【００２９】
また、図１に示すマネージャ１、固定ノード２〜５及び移動ノード６、７の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより位置検知処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００３０】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す固定ノード２及び移動ノード６の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すマネージャ１の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す固定ノード２の動作を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す固定ノード２の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す移動ノード６の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・マネージャ、２、３、４、５・・・固定ノード、６、７・・・移動ノード
【図１】
2010032320.tif 000003
【図２】
2010032320.tif 000004
【図３】
2010032320.tif 000005
【図４】
2010032320.tif 000006
【図５】
2010032320.tif 000007
【図６】
2010032320.tif 000008