(57)【要約】【課題】タグからリーダへの応答信号を電波方式で送信する無線タグシステムにおいて、高速移動するリーダとタグとの間で確実に応答信号の送受信を可能にする。【解決手段】リーダは、起動信号を電磁誘導方式で送信する電磁誘導用アンテナを車両の底面に水平に設置し、応答信号を電波方式で受信する受信アンテナを車両に備えた構成であり、タグは、起動信号を電磁誘導方式で受信する電磁誘導用アンテナを保守監視対象物の上部に水平に設置し、起動信号の受信に応じて応答信号を電波方式で送信する送信アンテナを保守監視対象物内に備え、応答信号を受信する受信アンテナは、車両の屋根上の進行方向後方の隅の位置に設置された構成である。【選択図】  図１
2014035580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保守監視対象物に設置されるタグと、前記保守監視対象物の近傍を通過する車両に設置されるリーダとにより構成され、前記リーダから所定の周期で起動信号を送信し、当該起動信号を受信した前記タグから応答信号を送信し、当該応答信号を前記リーダが受信する無線タグシステムにおいて、
前記リーダは、前記起動信号を電磁誘導方式で送信する電磁誘導用アンテナを前記車両の底面に水平に設置し、前記応答信号を電波方式で受信する受信アンテナを前記車両に備えた構成であり、
前記タグは、前記起動信号を電磁誘導方式で受信する電磁誘導用アンテナを前記保守監視対象物の上部に水平に設置し、前記起動信号の受信に応じて前記応答信号を電波方式で送信する送信アンテナを前記保守監視対象物内に備え、
前記応答信号を受信する受信アンテナは、前記車両の屋根上の進行方向後方の隅の位置に設置された構成である
ことを特徴とする無線タグシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線タグシステムにおいて、
前記応答信号を受信する受信アンテナは、前記車両の屋根上の進行方向後方の左右両隅の位置にそれぞれ設置され、ダイバーシティ受信を行う構成である
ことを特徴とする無線タグシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一方が移動するリーダとタグとの間で情報交換を行う無線タグシステムに関する。
【０００２】
例えば、マンホール内の保守監視情報を収集蓄積するタグと、マンホールのある道路上を通過する車両に搭載したリーダとにより構成され、マンホールの上または近傍を通過する車両のリーダに対して、タグが収集蓄積したマンホールの保守監視情報を送信する無線タグシステムに関する（特許文献１）。
【背景技術】
【０００３】
図５および図６は、従来の無線タグシステムの通信シーケンスおよびタグの消費電流の時間変化を示す。縦軸は時間である。
図５において、タグは周期的かつ自律的に信号を間欠送信するアクティブタグであり、その信号を受信できる位置に移動したリーダがその信号を受信する。タグは、信号送信時の電流（送信時電流）が大きく、待機時電流はタグ内部のクロック駆動や回路自体のリーク電流であり、送信時電流に比べてかなり小さい。このようにアクティブタグは、信号の間欠送信に応じて発生する送信時電流がタグ全体の消費電流の大部分を占めている。したがって、高速に移動するリーダが受信できるように送信間隔を短くすると消費電流がさらに増え、電池駆動の場合には長時間の稼働ができなかった。
【０００４】
これに対して、図６に示すように、リーダが起動信号を送信し、その起動信号を受信したタグが応答信号を送信することにより、消費電流を抑えて長時間の稼働を可能する方法がある。
【０００５】
図６において、タグはリーダが送信する起動信号を受信するために、受信動作を周期的に繰り返す。この受信動作時の電流（受信時電流）は、待機時電流より大きいが、送信時電流よりも小さい。また、リーダは、タグの間欠受信間隔より短い周期で起動信号を送信しており、タグはいずれかの受信動作時にリーダが送信する起動信号を受信できるものとする。タグは、起動信号の受信に応じて規定回数（ここでは３回）だけ応答信号を所定の周期で送信する。このときは送信時電流が消費される。応答信号の送信後は、起動信号を受信するための間欠受信動作に入る。
【０００６】
これにより、タグが信号を間欠送信する図５の形態に比べて消費電流を抑えることができるが、起動信号の受信を行うための間欠受信動作が必要であり、そのための消費電流が必要になることは避けられない。
【０００７】
図６に示す例では、リーダからタグへ送信する起動信号を電波方式で伝送することを想定しているため、タグ側で間欠受信動作を行う必要があり、そのための消費電流が必要になる。そこで、タグ側の間欠受信動作を不要にして消費電流を低減するために、リーダからタグへ送信する起動信号を電磁誘導方式で伝送する方法が検討されている。
【０００８】
図７は、電磁誘導方式を用いる無線タグシステムの通信シーケンスおよびタグの消費電流の時間変化を示す。縦軸は時間である。
図７において、起動信号は、例えば走行車両に搭載したリーダに接続される電磁誘導用アンテナから送信される。走行車両から短周期で連続的に送信された起動信号は、マンホールの蓋面に平行に設置された電磁誘導用アンテナを介してマンホール内のタグに受信される。タグは、起動信号の受信に応じて規定回数（ここでは３回）だけ応答信号を所定の周期で送信する。この応答信号は電波方式で送信され、所定の送信時電流が消費される。応答信号の送信後は待機状態に戻る。
【０００９】
応答信号を送信する際の送信時電流は図６に示す例と変わらないが、応答信号の送信時以外は待機時電流のみで、電磁誘導方式による起動信号の受信動作は殆ど消費電流を必要としない。したがって、図５および図６に示す従来方法よりもタグの消費電流は大幅に小さくなることが予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２５２５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電磁誘導方式を用いる無線タグシステムでは、車両の送信用の電磁誘導用アンテナから起動信号を送信し、当該車両がマンホールに上または近傍を通過したときに、マンホール内に設置された受信用の電磁誘導用アンテナで起動信号を受信し、当該起動信号に応じた応答信号（例えばＵＨＦ帯の無線信号）を送信アンテナから無線送信するシーケンスで動作する。このときの応答信号は、車両がマンホールを通過して遠ざかりながら車両に搭載の受信アンテナで受信されることになる。
【００１２】
しかし、車体による電波の遮蔽などがあって、車体における受信アンテナの位置や、マンホール側の送信アンテナとの距離に応じて応答信号の受信レベルが大きく変動し、マンホール内のタグから車両のリーダに対して応答信号の伝送ができないことがある。したがって、車体における受信アンテナの位置を調整する必要がある。
【００１３】
本発明は、リーダからタグへの起動信号を電磁誘導方式で送信し、タグからリーダへの応答信号を電波方式で送信する無線タグシステムにおいて、高速移動するリーダとタグとの間で確実に応答信号の送受信を可能にする無線タグシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、保守監視対象物に設置されるタグと、保守監視対象物の近傍を通過する車両に設置されるリーダとにより構成され、リーダから所定の周期で起動信号を送信し、当該起動信号を受信したタグから応答信号を送信し、当該応答信号をリーダが受信する無線タグシステムにおいて、リーダは、起動信号を電磁誘導方式で送信する電磁誘導用アンテナを車両の底面に水平に設置し、応答信号を電波方式で受信する受信アンテナを車両に備えた構成であり、タグは、起動信号を電磁誘導方式で受信する電磁誘導用アンテナを保守監視対象物の上部に水平に設置し、起動信号の受信に応じて応答信号を電波方式で送信する送信アンテナを保守監視対象物内に備え、応答信号を受信する受信アンテナは、車両の屋根上の進行方向後方の隅の位置に設置された構成である。
【００１５】
本発明の無線タグシステムにおいて、応答信号を受信する受信アンテナは、車両の屋根上の進行方向後方の左右両隅の位置にそれぞれ設置され、ダイバーシティ受信を行う構成である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、タグから送信された応答信号を受信する受信アンテナを車両の屋根上の進行方向後方の隅の位置に設置することにより、応答信号を確実に受信できる距離を延ばすことができる。
【００１７】
また、受信アンテナの車両の屋根上の進行方向後方の左右両隅の位置にそれぞれ設置してダイバーシティ受信を行うことにより、応答信号を確実に受信できる距離をさらに延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の無線タグシステムの実施例を示す図である。
【図２】車両の進行方向後方で屋根上、床下、車内の設置位置に対する受信電力の実測結果を示す図である。
【図３】車両の屋根上の進行方向後方、進行方向前方、進行方向中央の設置位置に対する受信電力の実測結果を示す図である。
【図４】車両の屋根上の進行方向後方左隅、進行方向後方右隅、進行方向後方中央の設置位置に対する受信電力の実測結果を示す図である。
【図５】従来の無線タグシステムの通信シーケンスおよびタグの消費電流の時間変化を示す図である。
【図６】従来の無線タグシステムの通信シーケンスおよびタグの消費電流の時間変化を示す図である。
【図７】電磁誘導方式を用いる無線タグシステムの通信シーケンスおよびタグの消費電流の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（無線タグシステムの実施例）
図１は、本発明の無線タグシステムの実施例を示す。図１(1) は全体的な実施例構成を示し、図１(2) はリーダおよびタグの実施例構成を示す。
【００２０】
図１(1) において、車両１に搭載されるリーダ１０には、起動信号の送信に用いる電磁誘導用アンテナ１１および応答信号の受信に用いる受信アンテナ１２が接続される。車両１が走行する道路の下（地中）にマンホール５があり、マンホール５内に設置されるタグ２０には、起動信号の受信に用いる電磁誘導用アンテナ２１および応答信号の送信に用いる送信アンテナ２２が接続される。
【００２１】
電磁誘導方式による起動信号および電波方式による応答信号の通信シーケンスは図７に示す通りである。すなわち、リーダ１０は、電磁誘導用アンテナ１１から所定の周期で起動信号を送信しており、リーダ１０に接続される電磁誘導用アンテナ１１と、タグ２０に接続される電磁誘導用アンテナ２１が正対したときに、電磁誘導方式により起動信号がリーダ１０からタグ２０に伝達される。タグ２０は起動信号の受信を契機として、タグ２０の送信アンテナ２２から応答信号を送信し、当該応答信号がリーダ１０の受信アンテナ１２に受信される。ここで、車両１の受信アンテナ１２は、車両１の進行方向後方に設置されるが、その位置の詳細については後述する。
【００２２】
図１(2) おいて、リーダ１０は、起動信号を生成して電磁誘導用アンテナ１１から送信する送信部１３と、受信アンテナ１２に受信した応答信号の受信・復号処理を行い、受信データの表示、蓄積、読み出しを行う受信部１４を備える。
【００２３】
タグ２０は、電磁誘導用アンテナ２１を介して受信する信号の復号処理を行い、それがリーダ１０から送信された起動信号であれば、タグ２０を構成する他の部分の動作を開始させる受信部２３、受信部２３から起動信号を入力して起動信号に情報に応じた応答信号を生成する制御部２４、制御部２４から応答信号を入力して送信アンテナ２２から無線信号として送信する送信部２５を備える。なお、タグ２０が送信する応答信号には、タグ２０に接続されたセンサ等の情報生成機器から取得した情報が含まれる。
【００２４】
ここで、マンホール５に設置されるタグ２０は、図７に示す通信シーケンスのように、リーダ１０が送信する特定の起動信号を受信した場合にのみ動作し、通常はタグ内部の構成の大部分は動作を停止しており、消費電力をほとんど必要としない。
【００２５】
タグ２０は起動信号を受信するとリーダ１０に応答信号を送信（返信）するが、タグ２０が起動信号受信から応答信号送信までには多少の時間を要することから、その間に車両１は既にマンホール５を通過していることになる。したがって、リーダ１０はタグ２０からの応答信号を車両１の後方から受信することになるので、電波方式の応答信号を受信する受信アンテナ１２を車両１の進行方向後方に設置することによって高速移動をしながらの通信を実現する。
【００２６】
電波方式は、電磁誘導方式より通信距離が長く、また指向性も電磁誘導方式ほど鋭くないため、タグ２０から離れた位置でも通信可能である。例えば、電波方式での通信可能距離をＸ(m) 、移動速度をＶ(m/s) とすると通信可能な時間Ｔ2 (s) は
Ｔ2 ＝Ｘ／Ｖ
となる。応答信号の送信回数をＮ2 、応答信号の送信間隔をＩ2 (s) とすると、
Ｉ2 ＝Ｔ2 ／Ｎ2 
となるので、車両１がタグ２０の通信エリアを通過する間にリーダ１０で応答信号を受信したい回数Ｎ2 を決めると、応答信号の送信間隔Ｉ2 が決定する。例えば、電波方式での通信可能距離が10ｍであり、60km/h≒16.7m/s で走行中に応答信号を２回受信したい場合は、通信可能時間Ｔ2 は約0.60秒であり、応答信号の送信間隔Ｉ2 は約 0.3秒（＝300msec)となる。
【００２７】
また、上記の数値条件のうち、車両１の移動速度を40km/h≒11.1m/s とすると、通信可能時間Ｔ2 (s) は約0.90秒となり、応答信号の送信間隔Ｉ2 は約0.45秒（＝450msec)となる。このように、応答信号の通信可能距離Ｘ、車両１の移動速度Ｖにより、リーダ１０とタグ２０との通信可能時間Ｔ2 が決まり、その通信可能時間Ｔ2 とリーダ１０側で要求する受信回数Ｎ2 に応じて、応答信号の送信間隔Ｉ2 が決定する。よって、リーダ１０は、起動信号の生成時に車両１の速度を検出し、当該車両の速度に応じて応答信号の送信間隔を算出し、当該応答信号の送信間隔を起動信号を用いてタグ２０に通知すれば、タグ２０における消費電力を抑えつつ、受信に必要な間隔で応答信号を送信させることが可能となる。
【００２８】
ここで、車両１における受信アンテナ１２の設置位置に応じた受信特性について、以下に示す搭載位置およびマンホールからの距離に対する受信電力の実測結果を示す。なお、受信アンテナ１２は、ＵＨＦ帯の１／４波長ダイポールアンテナを用いた。
【００２９】
図２は、車両の進行方向後方で屋根上、床下、車内の設置位置に対する受信電力の実測結果を示す。
【００３０】
図３は、車両の屋根上の進行方向後方、進行方向前方、進行方向中央の設置位置に対する受信電力の実測結果を示す。
【００３１】
図４は、車両の屋根上の進行方向後方左隅、進行方向後方右隅、進行方向後方中央の設置位置に対する受信電力の実測結果を示す。
【００３２】
図２、図３、図４において、縦軸は受信電力（dBm)であり、高い値では通信が確実になり、低い値（例えば−110dBm以下）では通信ができなくなる。横軸はマンホール５の送信アンテナ２２と車両１の受信アンテナ１２との距離（ｍ）である。正の距離は車両通過後の距離を示し、起動信号の受信に対して送信された応答信号の受信アンテナ１２における受信電力を示す。負の距離（図中ハッチングした部分）は車両接近前の距離であり、本来であれば電磁誘導方式による起動信号が受信されず、送信アンテナ２２から応答信号が送信される前であるが、実験系により起動信号の受信に拘らず送信された応答信号の受信アンテナ１２における受信電力を参考値として示している。
【００３３】
図２において、実線は、車両１の進行方向後方の屋根上（地上からの高さ 2.1ｍ）に設置したときの受信電力を示す。破線は、車両１の進行方向後方の床下（地上からの高さ0.12ｍ）に設置したときの受信電力を示す。点線は、車両１の進行方向後方の車内（地上からの高さ１ｍ）に設置したときの受信電力を示す。なお、それぞれ車両の進行方向後方の左隅とするが、右隅であっても同様の結果が得られた。
【００３４】
受信アンテナ１２を車両１の進行方向後方の屋根上に設置したときの受信電力（実線）は、マンホール通過後のピーク値が高く、かつ距離に応じて受信電力が低下するものの40ｍ強でも十分な受信電力が得られている。受信アンテナ１２を車両１の進行方向後方の床下に設置したときの受信電力（破線）は、マンホール通過直後のピーク値が屋根上に設置した場合より高いが、距離に応じて受信電力が急激に低下し、30ｍ弱で通信限界に近づいている。受信アンテナ１２を車両１の進行方向後方の車内に設置したときの受信電力（点線）は、マンホール通過後のピーク値は３者の中で最も低いが、距離に応じた受信電力の低下は床下と屋根に設置した場合のほぼ中間の特性を示す。したがって、受信アンテナ１２は、車体による電波遮蔽の影響が小さい車両１の進行方向後方の屋根上が最も良好な設置場所と言える。
【００３５】
図３において、実線は、車両１の屋根上の進行方向後方に設置したときの受信電力を示す。破線は、車両１の屋根上の進行方向前方に設置したときの受信電力を示す。点線は、車両１の屋根上の進行方向中央に設置したときの受信電力を示す。
【００３６】
受信アンテナ１２を車両１の屋根上の進行方向後方に設置したときの受信電力（実線）は、マンホール通過後のピーク値が高く、かつ距離に応じて受信電力が低下するものの40ｍ強でも十分な受信電力が得られている。受信アンテナ１２を車両１の屋根上の進行方向前方に設置したときの受信電力（破線）、および進行方向中央に設置したときの受信電力（点線）は、マンホール通過直後のピーク値が進行方向後方に設置した場合より低いが、距離に応じた受信電力の低下は進行方向後方に設置した場合とほぼ同等である。すなわち、車体による電波遮蔽の影響はマンホール通過直後のピーク値に特に見られると言える。したがって、受信アンテナ１２は、車両１の屋根上の進行方向後方が最も良好な設置場所と言える。
【００３７】
図４において、実線は、車両１の屋根上の進行方向後方左隅に設置したときの受信電力を示す。破線は、車両１の屋根上の進行方向後方右隅に設置したときの受信電力を示す。点線は、車両１の屋根上の進行方向後方中央に設置したときの受信電力を示す。
【００３８】
受信アンテナ１２を車両１の屋根上の進行方向後方左隅に設置したときの受信電力（実線）、および進行方向後方右隅に設置したときの受信電力（破線）は、ほぼ同様にマンホール通過後のピーク値が高く、かつ距離に応じて受信電力が低下するものの40ｍ強でも十分な受信電力が得られている。受信アンテナ１２を車両１の屋根上の進行方向後方中央に設置したときの受信電力（点線）は、マンホール通過直後のピーク値はやや低く、距離に応じた受信電力も３者の中で最も低い。したがって、受信アンテナ１２は、車体による電波遮蔽の影響が小さい車両１の屋根上の進行方向後方左隅または右隅が最も良好な設置場所と言える。
【００３９】
なお、受信アンテナ１２の設置位置として、車両１の進行方向後方の屋根上であれば左隅と右隅の有意差は特にない。それは、車両１がマンホール５の真上、右横、左横のいずれを通過する場合でもほぼ同じであった。このように、車両１の屋根上の進行方向後方左隅および右隅の２ヶ所で高い受信電力が得られるので、この両方に受信アンテナ１２を設置してダイバーシティ受信する構成とすることにより、さらに通信性能を向上させることができる。
【００４０】
また、車両１がマンホール５の上または近傍を通過して応答信号を受信中に、後続の車両がマンホール５の上を通過したり、マンホール５の上で停車中の車両があれば、応答信号の遮蔽物となって受信電力が低下する。ただし、いずれの場合もマンホール５と車両１の距離が20ｍ以内ならば、車両１の屋根上の進行方向後方の左隅または右隅に受信アンテナ１２を設置することにより、応答信号の受信が可能な受信強度（例えば−105dBm程度）が得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００４１】
１    車両
５    マンホール
１０  リーダ
１１  電磁誘導用アンテナ（送信用）
１２  受信アンテナ
１３  送信部
１４  受信部
２０  タグ
２１  電磁誘導用アンテナ（受信用）
２２  送信アンテナ
２３  受信部
２４  制御部
２５  送信部
【図１】
2014035580.tif 000003
【図２】
2014035580.tif 000004
【図３】
2014035580.tif 000005
【図４】
2014035580.tif 000006
【図５】
2014035580.tif 000007
【図６】
2014035580.tif 000008
【図７】
2014035580.tif 000009