(57)【要約】【課題】従来は、屋内での位置測定には向いていないとされる電波強度を使った位置測定でありながら、人等の位置を精度よく測定できる位置測定システムおよび方法を提供する。【解決手段】位置測定の対象物である無線タグ14と、無線タグ14の位置測定のための複数のアクセスポイントAP1〜AP9と、アクセスポイントAP1〜AP9と直接または間接に接続されたサーバ16とを含み、アクセスポイントAP1〜AP9は、無線タグ14および他のアクセスポイントAP1〜AP9から受信した電波から、電波の強度に関する情報を取得して、取得した情報をサーバ16に送り、サーバ16は、無線タグ14の位置を、三角測量方式、および三角形の内部に無線タグ14があるかどうかにより測定する。【選択図】図１
2006266859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置測定の対象物である無線通信が可能な無線装置と、
無線通信が可能な、該無線装置の位置測定のための複数の測定装置と、
該複数の測定装置と接続された位置測定手段とを含み、前記無線装置の位置を測定する位置測定システムであって、
前記複数の測定装置は、前記無線装置および他の測定装置から受信した電波から、該電波の強度に関する受信情報を取得して、該取得した受信情報を前記位置測定手段に送り、
該位置測定手段は、前記受信情報から、前記無線装置の位置を測定することを特徴とする位置測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の位置測定システムにおいて、前記複数の測定装置は、前記無線装置が電波を出力したときに、該出力をトリガとして、前記受信情報を取得することを特徴とする位置測定システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置測定システムにおいて、該システムは、少なくとも３個の前記測定装置を含み、
前記位置測定手段は、該３個の測定装置から受けた前記受信情報から、該３個の測定装置が形成する三角形の内部に前記無線装置があるかどうかを決定することを特徴とする位置測定システム。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
前記測定装置は、前記受信情報を前記位置測定手段に無線通信により送り、
該無線通信時に、該測定装置から該位置測定手段に送られる電波を、前記他の測定装置は受信して、前記受信情報を取得することを特徴とする位置測定システム。
【請求項５】
位置測定の対象物である無線通信が可能な無線装置と、
無線通信が可能な、該無線装置の位置測定のための複数の測定装置と、
該複数の測定装置と接続された位置測定手段とを含み、前記無線装置の位置を測定する位置測定システムであって、
前記複数の測定装置は、前記無線装置が電波を出力したときに、該出力をトリガとして、前記無線装置から受信した電波から、該電波の強度に関する受信情報を取得して、該取得した受信情報を前記位置測定手段に送り、
該位置測定手段は、前記受信情報から、前記無線装置の位置を測定することを特徴とする位置測定システム。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれかに記載の位置測定システムにおいて、前記位置測定手段は、前記測定装置が取得した前記受信情報のうち、該情報に含まれる電波強度が所定の大きさ以上である受信情報を用いて、前記無線装置の位置を測定することを特徴とする位置測定システム。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかに記載の位置測定システムにおいて、前記無線装置は移動体に保持されていることを特徴とする位置測定システム。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれかに記載の位置測定システムにおいて、前記無線通信は、近距離無線通信であることを特徴とする位置測定システム。
【請求項９】
位置測定の対象物である無線通信が可能な無線装置と、無線通信が可能な、該無線装置の位置測定のための複数の測定装置とを用いた、前記無線装置の位置を測定する位置測定方法であって、該方法は、
前記無線装置および他の測定装置から受信した電波から、該電波の強度に関する受信情報を前記複数の測定装置が取得する工程と、
前記受信情報から、該無線装置の位置を測定する工程とを含むことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の位置測定方法において、前記複数の測定装置は、前記無線装置が電波を出力したときに、該出力をトリガとして、前記受信情報を取得することを特徴とする位置測定方法。
【請求項１１】
請求項９または10に記載の位置測定方法において、該方法は、少なくとも３個の前記測定装置を用いて、該３個の測定装置から受けた前記受信情報から、該３個の測定装置が形成する三角形の内部に前記無線装置があるかどうかを決定することを特徴とする位置測定方法。
【請求項１２】
位置測定の対象物である無線通信が可能な無線装置と、無線通信が可能な、該無線装置の位置測定のための複数の測定装置とを用いた、前記無線装置の位置を測定する位置測定方法であって、該方法は、
前記複数の測定装置は、前記無線装置が電波を出力したときに、該出力をトリガとして、前記無線装置から受信した電波から、該電波の強度に関する受信情報を取得する工程と、
該受信情報から、前記無線装置の位置を測定する工程とを含むことを特徴とする位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波強度を使った位置測定システムおよび位置測定方法に関するものであり、とくに、屋内等で移動する移動体の位置や動きを認識するための測定装置からなるネットワーク(センサネットワーク)と無線装置とを含み、センサネットワークから発した電波の電波強度を利用して位置および動きの認識を行うシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
位置および動きの認識を行うシステムにおいて、従来から電波強度を用いるものがある。電波強度は距離の２乗に反比例して減衰する。たとえば、特許文献１にこのことが記載されている。この法則を利用して対象物までの距離を推定する技術がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１３６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電波強度だけを使って位置を決定する場合、電波の反射による多重伝播すなわちマルチパスフェージングや、人の存在による電波の減衰等があるため、位置を特定することは難しい。とくに屋内では位置を特定することが難しい。たとえば屋内の金属設置物周辺や壁に近いところでは、位置の測定誤差が大きくなることや、電波通信を行っている端末同士の間に人が立つと、電波強度が弱まることが、実験によるデータから知られている。
【０００５】
電波通信を行っている端末同士の間の距離が大きくなるほど、こうした問題は大きくなるため、100メートルごとに設置されるような場合は、障害物の影響を受けやすく、電波強度を使った位置測定には向いていない。そのため、これらの規格の製品は、屋内での位置測定には向いていない。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、従来は、屋内での位置測定には向いていないとされる電波強度を使った位置測定でありながら、屋内で動き回る人等の位置を精度よく測定できる位置測定システムおよび方法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】
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するために、位置測定の対象物である無線通信が可能な無線装置と、無線装置の位置測定のための、無線通信が可能な複数の測定装置と、複数の測定装置と接続された位置測定手段とを含み、無線装置の位置を測定する位置測定システムにおいて、複数の測定装置は、無線装置および他の測定装置から受信した電波から、電波の強度に関する受信情報を取得して、取得した受信情報を位置測定手段に送り、位置測定手段は、受信情報から、無線装置の位置を測定することとしたものである。
【０００８】
このときに、複数の測定装置は、無線装置が電波を出力したときに、この出力をトリガとして、受信情報を取得することが好ましい。この場合、複数の測定装置からなるセンサネットワークを使い、移動可能なノードである無線装置からの電波をトリガとして起動する測定装置（たとえばアクセスポイント）から受信した電波を使い、各受信点(各アクセスポイント)での受信強度によって、無線装置の測位を行う。
【０００９】
本発明を無線ネットワーク環境に適用して、無線装置（たとえば電波タグ）が送信した電波をトリガに、無線タグの回りに設置したアクセスポイントからの電波の電波強度を使い、位置測定手段（たとえばサーバ）において、少ない誤差で電波タグの位置を計算することができる。
【００１０】
なお、本システムにおいて、少なくとも３個の測定装置を含み、位置測定手段は、３個の測定装置から受けた受信情報から、３個の測定装置が形成する三角形の内部に無線装置があるかどうかを決定することが可能である。
【００１１】
また本位置測定システムにおいて、位置測定手段は、測定装置が取得した受信情報のうち、情報に含まれる電波強度が所定の大きさ以上である受信情報を用いて、無線装置の位置を測定することが好ましい。電波強度を測定している環境内において、移動体が動き回っていたとしても、多数のアクセスポイントを使い、電波強度が閾値以上であると判断されたアクセスポイントのみを多数使うことで、誤差の少ない位置測定を行うことができる。
【００１２】
本発明に用いられる無線通信は、近距離無線通信であることが好ましい。近距離無線を使うと、無線装置および測定装置において、たとえば、バッテリ駆動が可能になる。このため無線装置および測定装置の設置が容易であり、測定装置の位置変更のために、測定装置を再設置することも容易である。バッテリ駆動が困難である遠距離無線通信の場合は、測定装置に電源線を接続することになるが、そのためのコンセントが必要になり、また、電源線の引き回しが大変である。このように設置および再設置が、より困難になる。
【００１３】
本発明においては、上述の課題を解決するために、位置測定の対象物である無線通信が可能な無線装置と、無線装置の位置測定のための、無線通信が可能な複数の測定装置と、複数の測定装置と接続された位置測定手段とを含み、無線装置の位置を測定する位置測定システムにおいて、複数の測定装置は、無線装置が電波を出力したときに、出力をトリガとして、無線装置から受信した電波から、電波の強度に関する受信情報を取得して、取得した受信情報を位置測定手段に送り、位置測定手段は、受信情報から、無線装置の位置を測定することとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に添付図面を参照して、本発明による位置測定システムの実施例を詳細に説明する。図１は、本発明による位置測定システム10の実施例の構成を示す。図１を参照すると、位置測定システム10は、人12が身に付けている無線タグ14、無線タグ14と無線により通信可能なアクセスポイントAP1〜AP9、アクセスポイントAP1〜AP9により構成される無線ネットワークとサーバとを接続するサーバ側ゲートウェイGW、アクセスポイントAP1〜AP9が収集した無線タグ14の情報や無線タグ14が集めたアクセスポイントAP1〜AP9の情報を記録し管理して、位置決定を行うサーバ16を有する。
【００１５】
無線タグ14は、たとえば、IEEE802.15.4通信規格に準拠したものであり、図示しない2.4GHzアナログ無線回路と、電波強度測定回路と、信号処理回路と、記憶回路を有する。アクセスポイントAP1〜AP9も、無線タグ14と同様な構成とすることができる。
【００１６】
無線ネットワークは、本実施例では、いわゆるメッシュ型ネットワークである。メッシュ型ネットワークでは、各アクセスポイントAP1〜AP9同士が通信を行い、かつ各アクセスポイントAP1〜AP9がデータを次々と中継し、最終的にサーバ16へとデータを中継する機能を有する。本実施例ではアクセスポイントAP5，AP9が、ゲートウェイGWを介してサーバ16に接続される。メッシュ型ネットワークの一例は、インターネットである。
【００１７】
なお、無線ネットワークはスター型無線ネットワークでも良い。スター型無線ネットワークでは、ゲートウェイGWを中心とし、ゲートウェイGWを介して各アクセスポイントを相互に接続する。
【００１８】
無線タグ14およびアクセスポイントAP1〜AP9は任意の個数を設けてよい。アクセスポイントAP1〜AP9同士の間、アクセスポイントAP1〜AP9と無線タグ14との間は無線通信とする。無線タグ14およびアクセスポイントAP1〜AP9は無指向性アンテナを有する。アクセスポイントAP1〜AP9と無線タグ14はどちらも無線出力の大きさを変更することができ、無線出力の大きさを変えることによって、電波が届く範囲を広くしたり、狭くしたりすることができる。これらの機器の電波の届く範囲は重なっていても、一方の範囲が他方の範囲を包含していても良い。アクセスポイントAP1〜AP9とサーバ16との間の接続は、本実施例では無線による接続であるが、有線による接続でもよい。
【００１９】
本システムで使う無線タグ14は送受信の機能を有し、無線タグ14から電波を定期的に送信する機能と、アクセスポイントAP1〜AP9が出力した電波を受信し、その電波強度を測定する機能を有する。またアクセスポイントAP1〜AP9についても無線タグ14と同様に、無線タグ14や他のアクセスポイントAP1〜AP9が出力した電波を受信し、その電波強度を測定する機能と、得られた強度をサーバ16に転送(送信)する機能を持つ。サーバ側ゲートウェイGWは、そのデータをサーバ16へと中継する。サーバ16の制御部20は、入力されたデータを記憶部22に保存する。制御部20は、保存されたデータを用いて、後述する方法で無線タグ14の位置を決定する。
【００２０】
本実施例のメッシュ型ネットワークにおいては、アクセスポイントAP1〜AP9の位置を変更すると、いずれかのアクセスポイントAP1〜AP9と通信ができるように、自動的にネットワークを構築し直し、孤立する(他のアクセスポイントと一切通信できない状況になる)アクセスポイントがなくなる機能を持つものとする。
【００２１】
本システムは、図２のように人12が無線タグ14を保持し、無線タグ14が、ある時間間隔(たとえば３秒)で電波を送信する。メッシュ型ネットワークがカバーする無線通信可能な範囲の中を、人12が経路18で示すように歩き回る時の位置を、３秒ごとに測定できるものである。図２では、アクセスポイントAPは、ほぼ格子点状に配置している。
【００２２】
図１に戻って、本システムでは、無線タグ14の位置の測定を行う領域をカバーするように、アクセスポイントAP1〜AP9を設置する。無線タグ14の位置の測定を開始する前に、以下のようにアクセスポイントAP1〜AP9に関して事前登録を行う。設置したアクセスポイントAP1〜AP9を識別するための識別情報(以後、アクセスポイントIDと呼ぶ)と、アクセスポイントAP1〜AP9の位置の座標をサーパ16に登録する。
【００２３】
一例として、次のように登録する。各アクセスポイントAP1〜AP9が設置された位置を登録するために、所定の間隔で区切られたX-Y座標軸を用いて、各アクセスポイントが存在する場所の座標を登録する。または、各アクセスポイントAP1〜AP9間の相対距離を測定し、所定のアクセスポイントAP1〜AP9の位置を基準として、各アクセスポイントAP1〜AP9の相対座標を設定してもよい。設置したアクセスポイントAP1〜AP9の位置を変更した場合、アクセスポイントAP1〜AP9の位置の座標を調べて、サーバに再登録する。
【００２４】
ここで、各アクセスポイントAP1〜AP9間の距離は、実測してもよいし、各アクセスポイントAP1〜AP9間同士で通信し、そのとき得られた電波強度より推定される各アクセスポイントAP1〜AP9間の距離でも良い。電波強度は電波強度測定回路により測定されるが、電波強度測定回路としては、たとえば、いわゆる受信信号強度表示（RSSI(Received Signal Strength Indicator)回路を用いる。受信信号強度表示回路は、たとえば、受信した電波の２乗検波出力の振幅を測定して、測定値を受信信号強度とする。
【００２５】
次に、無線タグの位置測定の方法について説明する。本システムは無線タグ、アクセスポイント、サーバ側ゲートウェイが連携して動作する。それぞれの個別の動作を最初に説明する。
【００２６】
無線タグ14の動作について述べる。無線タグ14は、所定の時間間隔(たとえば３秒)で、無線タグ情報をマルチキャストで送信する。無線タグ14が所定の時間間隔で送信する本システムの動作のトリガとなるこの電波を電波１と呼ぶ。無線タグ情報は、無線タグ14の識別情報であるタグIDと、送信した時間を示す時間IDとを含む。詳細な例は後述する。
【００２７】
上記電波１を受信したアクセスポイントは、受信した電波の強度を測定した後、その情報をゲートウェイに送信する。その送信電波を受信した他のアクセスポイントは、受信した電波の強度を測定し、その電波を送信したアクセスポイントの識別情報であるAPIDと、その受信電波強度をAP受信情報とする。このAP受信情報を復路AP受信情報と呼ぶ。復路AP受信情報とは、アクセスポイントが出力した電波を、アクセスポイントが受信して生成する情報である。ただし、初回、および前回の送信から現在までアクセスポイントから情報を得ることがなかったときは、AP受信情報を生成できないため、復路AP受信情報として空文字列を生成し、空文字列を送る。
【００２８】
電波１を送信した後、次の送信までは、無線タグ14はアクセスポイントからの電波の受信待ち状態で待機する。
【００２９】
無線タグ14はアクセスポイントからの電波(以下に述べてある電波２)を受信すると、その電波強度を測定する。この測定動作は、次の送信時間、すなわち３秒後までの間に複数のアクセスポイントからその送信した電波を受信するたびに行う。本実施例では、この電波強度は、無線タグ14の位置測定には用いないが、位置測定に用いて、測定精度を高めることとしてもよい。次の送信時間になると、無線タグ14はその無線タグ情報を送信する。
【００３０】
無線タグ14の動作のシーケンスについて図３により説明する。無線タグ14は、起動されると、最初に内蔵するメモリ(図示せず)内の蓄積データをクリアするとともに、内蔵するタイマ(図示せず)をリセットする。タイマをリセットした後に、タイマにより時間計測を開始する(ステップS1)。次に、タイマにより、送信時間である３秒間が経過したどうかを調べる(ステップS2)。３秒間が経過している場合は、無線タグ情報を送信する(ステップS3)。送信後、内蔵するメモリ内の蓄積データをクリアするとともに、内蔵するタイマをリセットする。内蔵するメモリ内の蓄積データをクリアする理由は、無線タグの内蔵するメモリの容量が少ないためである。タイマをリセットした後に、タイマにより時間計測を開始する(ステップS4)。
【００３１】
一方、３秒間が経過していないときは、アクセスポイントからの電波を受信していないかどうかを調べる(ステップS5)。受信しているときは、受信している電波の電界強度を測定する(ステップS6)。測定後、メモリに蓄積する(ステップS7)。一方、アクセスポイントからの電波を受信していないときは、ステップS2に戻る。無線タグの動作説明は以上である。次に、アクセスポイントの動作を説明する。
【００３２】
アクセスポイントは、受信待ち状態で待機しており、無線タグ14がマルチキャストで送信する電波や、自分以外のアクセスポイントがサーバ側ゲートウェイに送信する電波を受信すると、処理を開始する。
【００３３】
アクセスポイントは、無線タグ14が送信した電波(上記の電波１)を受信すると、その受信強度を測定した後に、その無線タグの電波に乗っている無線タグ情報と、測定した受信強度とを、往路受信情報として生成する。アクセスポイントは、生成された往路受信情報を乗せた電波を、サーバ側ゲートウェイに送信する。この電波を電波２とする。電波２とは、電波１が送信された後、最初にアクセスポイントが出力する電波である。電波２が出力された後に他のアクセスポイントが出力する電波は、電波３とする。往路受信情報とは、無線タグが出力した電波を、アクセスポイントが受信して生成する情報である。
【００３４】
アクセスポイントは、他のアクセスポイントからサーバ側ゲートウェイへの電波を受信した場合は、その受信強度を測定した後に、復路AP受信情報として、内蔵するメモリ(図示せず)に記録していく。この記録は次の無線タグからの電波を受信するまで続け、他のアクセスポイントから受けた電波とその強度をすべて記録していく。
【００３５】
１つのアクセスポイントに注目して、そのアクセスポイントの動作のシーケンスについて図４により説明する。アクセスポイントは、いずれも同様の動作を行う。アクセスポイントは、無線タグ14からの受信があるかどうかを調べる(ステップS8)。受信しているときは、受信している電波の電界強度を測定する(ステップS9)。測定して得られた往路受信情報を送信する(ステップS10)。送信後、ステップS8に戻る。
【００３６】
一方、受信していないときは、アクセスポイントからの電波を受信していないかどうかを調べる(ステップS12)。受信しているときは、受信している電波の電界強度を測定する(ステップS13)。測定後、復路AP受信情報としてメモリに蓄積する(ステップS14)。一方、アクセスポイントからの電波を受信していないときは、ステップS8に戻る。アクセスポイントの動作説明は以上である。次に、サーバ側ゲートウェイの動作を説明する。
【００３７】
サーバ側ゲートウェイに相当するアクセスポイントは、常に電波を受信待ちしている。他のアクセスポイントから往路受信情報や復路AP受信情報の電波が届くたびに、それに付加されている情報をすべてサーバ16に送り、サーバ16は情報を格納する。シーケンスについて図５に示す。ゲートウェイは、他のアクセスポイントからの電波を受信していないかどうかを調べる(ステップS15)。受信しているときは、受信している電波に含まれる情報をサーバ16に転送する(ステップS16)。一方、アクセスポイントからの電波を受信していないときは、ステップS15に戻る。
【００３８】
これらの無線タグ14、アクセスポイント間の電波の送受信関係を図６から図８に示す。図６は、無線タグ14と２個のアクセスポイントAP1, AP2からなる本システムにおける送受信関係を示す。人物12が保持する無線タグ14から送信された電波１ 24は最寄りのアクセスポイントAP1, AP2で受信される(図6(a))。電波１ 24には、無線タグ情報が含まれている。
【００３９】
電波１ 24を受信すると、アクセスポイントAP1, AP2は電波強度を測定する。アクセスポイントAP1, AP2は無線タグ14からの電波を受信すると、すぐに往路受信情報と、自らのアクセスポイントAP1, AP2に記録していた復路AP受信情報を送信する(図6(b))。
【００４０】
本図の場合、アクセスポイントAP1がアクセスポイントAP2よりも先に電波をゲートウェイに向けて出力したとする。この電波が電波２ 26となる。アクセスポイントAP1に遅れて、アクセスポイントAP2が電波をゲートウェイに向けて出力したとする。この電波が電波３ 28となる。電波３とは、電波２の次に、他のアクセスポイントが出力する電波である。本システムが起動した直後の電波２ 26には、復路AP受信情報は含まれていない。アクセスポイントAP1は、まだ電波３を受信していないため、復路AP受信情報を生成できないからである。
【００４１】
電波２ 26および電波３ 28を無線タグ14が受けた場合は、無線タグ14は電波２ 26および電波３ 28の強度を測ったあと、無線タグ14内に電波（アクセスポイントAP1, AP2）ごとに記録し、次の送信の時まで受信待ち状能を続ける。
【００４２】
電波２ 26および電波３ 28を無線タグではなく、他のアクセスポイントAP1, AP2が受けた場合、すなわち、電波２ 26をアクセスポイントAP2が受けた場合、または電波３ 28をアクセスポイントAP1が受けた場合、他のアクセスポイントAP1, AP2は、その電波強度を測定した後に、アクセスポイントAP1, AP2内に復路AP受信情報として蓄積し、次に無線タグ14が電波を出力するときまで待つ。
【００４３】
サーバ側ゲートウェイが電波２ 26および電波３ 28を受信した時は、受信した情報を全てサーバに転送し、サーバは情報を、図１に示すDB 22に蓄える。その後、３秒が経過すると、無線タグ14が電波１ 24を出力する(図6(c))。電波１ 24には、無線タグ情報が含まれている。この電波１ 24を図6(a)に示すように、アクセスポイントAP1, AP2が受信する。
【００４４】
このようにして、図6(a)〜図6(c)の処理が繰り返される。本システムは上記で説明した動作を繰り返す。すなわち、無線タグ14から送信された電波１ 24の強度を各アクセスポイントで測るとともに、その無線タグ14から送信された電波１ 24の到着をトリガとして、各アクセスポイントからの電波を他のアクセスポイント、および無線タグで受信する。他のアクセスポイント、および無線タグは、その電波強度を測定する。各アクセスポイントは、それらの受信情報を上記電波２ 26および電波３ 28の中に含めて、サーバ側ゲートウェイにおくり、サーバ側ゲートウェイは情報を集める。
【００４５】
次に蓄積される情報の詳細に関して、無線タグ14を１つ、アクセスポイントAP1を１つ含むシステムの場合について、図７により説明する。図７は、無線タグ14とアクセスポイントAP1との間で、順次送受信される電波１ 30aと、電波２ 30bと、電波１ 30cと、電波２ 30dを示す。さらに、図７は表形式で、これらの電波１ 30a、電波２ 30b、電波１ 30c、電波２ 30dに無線タグ情報が含まれる場合のその無線タグ情報32aと、これらの電波の送信相手32bと、受信した相手およびその電波強度32cと、アクセスポイントが送信する場合のアクセスポイント32dと、送信情報32eを示す。送信相手32b欄に記載されたMCはマルチキャスト、GWはサーバ側ゲートウェイをそれぞれ意味する。
【００４６】
本システムが起動されると、無線タグ14は電波１ 30aをマルチキャストで出力する。電波１ 30aには、無線タグ情報として、無線タグを識別するための無線タグID 34aと、時間を識別するための時間ID 34bが含まれる。電波１ 30aの場合、無線タグID 34aは、Tag1、時間ID 34bは11140000である。そのときアクセスポイントAP1では電波１ 30aを受信強度-45で受信したとする。
【００４７】
次にアクセスポイントAP1は、サーバ側ゲートウェイGWに対して電波２ 30bを送信する。電波２ 30bには、往路受信情報40aとしてTag1(11140000,-45)が含まれる。この往路受信情報40aは、上記のように電波１ 30aを、時間が11140000であるときに、受信強度-45で受信したことを意味する。無線タグ14は、電波２ 30bのサーバ側ゲートウェイへの送信を受信し、-38の電波強度であることを測定する。
【００４８】
無線タグ14は次の発信時間になると、電波１ 30cを送信する。電波１ 30cには往路または復路AP受信情報は含まれない。無線タグ14が受信した電波の受信強度は、本実施例では、位置測定に用いないからである。そのときアクセスポイントAP1では電波１ 30cを受信強度-42で受信する。
【００４９】
次にアクセスポイントAP1は、サーバ側ゲートウェイGWに対して電波２ 30dを送信する。電波２ 30dには、往路受信情報40bとしてTag1(11140300,-42)が含まれる。この往路受信情報40bは、上記のように電波１ 30cを、時間が11140300であるときに、受信強度-42で受信したことを意味する。無線タグ14は、電波２ 30dのサーバ側ゲートウェイへの送信を受信し、-35の電波強度であることを測定する。以後これを繰り返す。
【００５０】
次に、蓄積される情報の詳細に関して、無線タグ14を１つ、アクセスポイントAP1, AP2を２つ含むシステムの場合について、図８により説明する。図８において図７と同一のものには、同一の参照符号を付して、その説明は省略する。図８は、無線タグ14とアクセスポイントAP1, AP2との間で、順次送受信される電波１ 36aと、電波２ 36bと、電波３ 36cと、電波１ 36dと、電波２ 36eとを示す。さらに、図８は表形式で、これらの電波１ 36a、電波２ 36b、電波３ 36c、電波１ 36d、電波２ 36eに関して、無線タグ情報32aと、受信した相手およびその電波強度32cと、アクセスポイントが送信する場合のアクセスポイント32dと、送信情報32eを示す。
【００５１】
アクセスポイントAP1, AP2が複数になると、無線タグ14から受けた電波１ 36a、電波１ 36dに対して、非同期にアクセスポイントAP1, AP2から電波２ 36b、電波３ 36c、電波２ 36eを送信する。アクセスポイントから送信する電波に関して、送信の順序は規定されていないが、基本的に図７と同様な動作を行い、順序が規定されていない送信でも、送信同士が衝突を起こさないで確実に情報を伝達できるように、後述の方法を用いている。
【００５２】
本システムが起動されると、無線タグ14は電波１ 36aをマルチキャストで出力する。電波１ 36aには、無線タグ情報として、無線タグID 34aと、時間ID 34bが含まれる。電波１ 36aの場合、無線タグID 34aは、Tag1、時間ID 34bは11140000である。そのときアクセスポイントAP1では電波１ 36aを受信強度-45で、アクセスポイントAP2では電波１ 36aを受信強度-28で受信したとする。これらは、往路受信情報42a, 42bとしてアクセスポイントAP1およびアクセスポイントAP2に、それぞれ蓄積される。
【００５３】
次にアクセスポイントAP1は、サーバ側ゲートウェイGWに対して電波２ 36bを送信する。電波２ 36bには、往路受信情報42aとしてTag1(11140000,-45)が含まれる。この往路受信情報42aは、上記のように電波１ 36aをアクセスポイントAP1が、時間が11140000であるときに、受信強度-45で受信したことを意味する。無線タグ14は、電波２ 36bのサーバ側ゲートウェイへの送信を受信し、-28の電波強度であることを測定する。アクセスポイントAP2は、電波２ 36bのサーバ側ゲートウェイへの送信を受信し、-38の電波強度であることを測定し、アクセスポイントAP2内に復路AP受信情報42cとして蓄積する。
【００５４】
次に、アクセスポイントAP2は、サーバ側ゲートウェイGWに対して電波３ 36cを送信する。電波３ 36cには、往路受信情報42bとしてTag1(11140000,-28)が含まれる。この往路受信情報42bは、上記のように電波１ 36aをアクセスポイントAP2が、時間が11140000であるときに、受信強度-28で受信したことを意味する。また、電波３ 36cには復路AP受信情報42cとして、(Tag1(11140000), AP2(AP1, -38))が含まれる。無線タグ14は、電波３ 36cのサーバ側ゲートウェイへの送信を受信し、-25の電波強度であることを測定する。アクセスポイントAP1は、電波３ 36cのサーバ側ゲートウェイへの送信を受信し、-32の電波強度であることを測定し、アクセスポイントAP1内に復路AP受信情報42dとして蓄積する。
【００５５】
無線タグ14は次の発信時間になると、電波１ 36dを送信する。電波１ 36dには無線タグ情報として、Tag1(11140300)が含まれる。無線タグ情報として電波１ 36dの場合、無線タグID 34aは、Tag1、時間ID 34bは11140300である。そのときアクセスポイントAP1では電波１ 36dを受信強度-41で、アクセスポイントAP2では電波１ 36dを受信強度-39で受信する。アクセスポイントAP1は、往路受信情報42eとして蓄積する。アクセスポイントAP2も、往路受信情報(図示せず)として蓄積する。
【００５６】
次にアクセスポイントAP1は、サーバ側ゲートウェイGWに対して電波２ 36eを送信する。電波２ 36eには、往路受信情報42eとしてTag1(11140300,-41)が含まれる。この往路受信情報42eは、上記のように電波１ 36dをアクセスポイントAP1が、時間が11140300であるときに、受信強度-41で受信したことを意味する。また、電波２ 36eには復路AP受信情報42fとして、(Tag1(11140000), AP1(AP2, -32))が含まれる。無線タグ14は、電波２ 36eのサーバ側ゲートウェイへの送信を受信し、-31の電波強度であることを測定する。アクセスポイントAP2は、電波２ 36eのサーバ側ゲートウェイへの送信を受信し、-32の電波強度であることを測定し、アクセスポイントAP2内に復路AP受信情報(図示せず)として蓄積する。以後これを繰り返す。
【００５７】
このようにしてサーバ16は情報を集め、サーバ16は電波タグ14の位置計算を行う。サーバ16は、アクセスポイントからの電波を他のアクセスポイントが受信したときの電波強度、および無線タグからの電波をアクセスポイントが受信したときの電波強度から、電波タグ14の位置計算を行う。
【００５８】
本実施例では、無線タグ14から各アクセスポイントへの電波は、いわゆる三角測量方式による無線タグ14の位置測定に使用する。三角測量方式は、２個のアクセスポイントがあれば、可能であるが、本実施例の三角測量方式では、３個以上のアクセスポイントでの電波強度を用いて、より精度よく位置を決定する。たとえば、あるアクセスポイントでの電波強度を用いた位置の測定結果が、他の２個のアクセスポイントによる位置の測定結果と著しく異なる場合は、そのアクセスポイントによる測定結果は採用しない。
【００５９】
三角測量方式において、無線タグ14から各アクセスポイントへの電波を用いる理由は、この電波によれば、同一の時刻に各アクセスポイントが取得した無線タグ14の位置情報が得られるからである。以下の三角形測位方法では、無線タグ14から各アクセスポイントへの電波のみでは、位置の測定ができないため、アクセスポイントから他のアクセスポイントヘの電波も用いている。三角測量方式自体については、これ以上は説明しない。
【００６０】
一方、アクセスポイントから、無線タグおよび他アクセスポイントヘの電波は、三角形測位方法により無線タグ14の位置決定に使用する。これは、３個のアクセスポイントが、当該３個のアクセスポイントから相互に受信した電波強度から、３個のアクセスポイントが形成する三角形の内部に無線タグがあるかどうかを決定するものである。三角測量方式と三角形測位方法の２つの測位の結果から、最終的な位置を決定する。
【００６１】
２つの方法による測位の結果は、たとえば、次のように組み合わせる。三角形測位方法により、無線タグ14が、どの三角形の内部にあるかを、決定する。そして、三角測量方式によって求められた無線タグの位置のうち、その三角形の内部にあるもののみを採用する。
【００６２】
なお、本発明では、三角測量方式と三角形測位方法のいずれか一方のみを用いて、無線タグ14の位置の決定を行ってもよい。
【００６３】
以下では三角形測位方法を説明する。三角形測位方法は、次のような考えに基づくものである。電波強度は距離の２乗に反比例して減衰するという法則がある。これは電波暗室等、何の影響もないところでの法則であって一般的な場所では成り立たない。しかし、この法則では、あるアクセスポイント（アクセスポイントAP1とする）から送信された電波を、２つの場所(場所Ａ，場所Ｂとする)で測定した時に、その２つの測定場所での電波強度が、電波強度(場所Ａ)＞電波強度(場所Ｂ)の関係を満たすならば、場所Ａの方がアクセスポイントAP1に近いと考えることができる。この測定を多数のアクセスポイントに関して行い、この考えをあてはめる。一般的に電波強度が強い範囲(電波の送信点と、電波の受信点の距離が近い範囲)では、かなりの確率で、この考えは妥当であると考えることができる。本システムでは、複数のアクセスポイントでこの測定を実施する。任意の３つのアクセスポイントを頂点とする３角形の中に移動ノード(無線タグ)が高い確率で存在することができる。そしてこの任意の３つのアクセスポイントに、さらにアクセスポイントの数を１つずつ増やして、後述する方法を採用することにより、移動ノードがその内部に存在する可能性のある三角形をいくつも求めることができる。それらの三角形の共通部分を求めることで、移動ノードの存在する位置の範囲を狭めることができる。
【００６４】
図９を使って三角形測位方法を説明する。まず、アクセスポイントNl, N2, N3と移動ノードM1で考える。移動ノードM1はアクセスポイントN1,N2,N3で囲われた三角形の中にいるものとする。三角形測位方法は以下の手順で行われる。
(1)アクセスポイントN1が出力した電波の電波強度を移動ノードM1とアクセスポイントN2,N3で測定する。
(2)アクセスポイントN2が出力した電波の電波強度を移動ノードM1とアクセスポイントN1,N3で測定する。
(3)アクセスポイントN3が出力した電波の電波強度を移動ノードM1とアクセスポイントN1,N2で測定する。
(4)アクセスポイントN1から送信された電波に関して、移動ノードMlで測定した電波強度が、アクセスポイントN2,N3で測定した電波強度より強い場合、移動ノードM1は、アクセスポイントN2,N3よりアクセスポイントN1に近いところにあると判断しても良い。
(5)同様にアクセスポイントN2から送信された電波に関して、移動ノードM1で測定した電波強度が、アクセスポイントN1,N3で測定した電波強度より強い場合、移動ノードM1は、アクセスポイントN1,N3よりアクセスポイントN2に近いところにあると判断しても良い。
(6)同様にアクセスポイントN3から送信された電波に関して、移動ノードM1で測定した電波強度が、アクセスポイントN1,N2で測定した電波強度より強い場合、移動ノードM1は、アクセスポイントN1,N2よりアクセスポイントN3に近いところにあると判断しても良い。
こうして、上記(4), (5), (6)の条件が満たされたとき、(4), (5), (6)からアクセスポイントN1,N2,N3を結んだ三角形の中に移動ノードM1がいると判断できる。
(7)さらに図10に示すように、アクセスポイントN4を追加し、アクセスポイントN1,N2,N4の中に移動ノードM1-aがいることもわかれば、アクセスポイントN1,N2,N3が形成する三角形とアクセスポイントN1,N2,N4が形成する三角形の共通の領域に範囲を絞り込むことができる。
【００６５】
電波にはフェージングの影響があるので、かならずしも上記のように４個のノードによる計測でも、２つの三角形による測量結果が一致しない(「特異点発生」と呼ぶ)場合がある。そこで、図11に示すように、さらにアクセスポイントを増やして、特異点であるかどうかを判断することができる。
【００６６】
図11において、移動ノードM1は、アクセスポイントN1から見たときは、位置M1(N1)にあるように測定され、以下同様に、アクセスポイントN2, N3, N4, N5, N6から見たときに、それぞれ位置M1(N2), M1(N3), M1(N4), M1(N5), M1(N6)にあるように測定されたとする。この場合、アクセスポイントN1, N2, N3の三角形で考えると、移動ノードM1は、三角形の外にあることになる。一方、アクセスポイントN2, N3, N4の三角形で考えると、移動ノードM1は、三角形の内部にあることになる。
【００６７】
特異点である移動ノードM1(N1)の先にあるアクセスポイント(図11ではアクセスポイントN5やN6)を使えば、その特異点がフェージングの影響によるものであるかどうかを判断することができる。図11の場合、アクセスポイントN1から見たときに、移動ノードM1はアクセスポイントN2,N3より遠いと計算されたが、アクセスポイントN5, N6から見たときに、アクセスポイントN2, N3より近いという結論が得られたため、特異点として削除する。このようにフェージング（シャドウイングなど）による影響と判断された場合は、特異点を除き、除いた測量点から最終測位を行う。
【００６８】
なお、無線タグからの電波をトリガにして、すべてのアクセスポイントから測位のための電波を出すこのシステムでは、電波が衝突しやすい。そこで、無線タグからの電波が弱いと判断したアクセスポイントからは、測位のための電波を送信しないこととする。またCSMA/CD方式(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)により、電波の衝突を防ぐようにしてもよい。
【００６９】
本実施例によると次の効果が得られる。低速であるが双方向の通信が可能な近距離無線(たとえば、センサとしてZigBee通信規格に従った機器を用いた近距離無線)を使ったネットワーク(センサネットワーク)を使えば、狭い領域に、また移動ノードからの見通しが効くところに多くのアクセスポイントを設置することができる。このような多数のアクセスポイントを使うことによって、移動ノードで測定した電波強度が特異点によるものか、そうでないのかを判断できるため、電波強度を使った測位でも有効な測位が可能になる。
【００７０】
また電波強度を使った測位は無線タグを薄く、小さく、安く、作ることに貢献する。なぜならば、電波強度を測定する回路は、機器に通常備えられている。しかし、電波強度以外を用いる方法では、電波の到達時間差や電波の到来方向を用いることになるが、これらの方法を実現するためには、専用のハードウェアを追加することが必要になり、その分だけ、無線タグが厚く、大きく、高価になる。
【００７１】
さらにアクセスポイントと無線タグの間に人が存在し、動的に電波を乱す状況があったり、無線タグからの電波が弱いと判断したアクセスポイントが多くあったとしても、電波強度が閾値以上であると判断されたアクセスポイントが３つ以上あれば、測位できる。
【００７２】
アクセスポイントの位置を変更した場合、サーバ側で登録しているアクセスポイントの位置を変更するだけでよく、本システムの適用領域は広い。また入り組んだ場所、見通しの効かない場所については、アクセスポイントを多数設置することで、高い位置精度が得られる。コストが高くアクセスポイントを多く設置できないIEEE802.11通信規格に従ったWiFi認定を受けた機器による位置測位より有利である。
【００７３】
本発明の応用例をいくつか次に説明する。最初の応用例は、１つの大きな空間を使ったショールームにおいて、本発明を用いたものであり、図12により説明する。ショールームでは自由に商品を見学できるようにしているが、見学者がどの商品にどれくらい興味を持って見ていたかを知りたいという二一ズがある。本システムで測位することにより、どの商品の前にどれくらいの時間いたかを把握することができる。
【００７４】
まず、図12において黒丸で示すアクセスポイントAPを設置する。主に壁44に設置するが、設置する壁がない場合、天井に設置する。設置後、アクセスポイントAPの座標をサーバに登録する。それぞれのアクセスポイントAPが無線でセンサネットワークにつながっていることを確認して、設置が完了する。
【００７５】
受付46にて無線タグを見学者に渡す。見学者には、無線タグを首からぶらさげて、ショールーム内を自由に見学してもらう。見学者の見学した経路48の一例を図12に示す。見学中、たとえば、３秒間隔で見学者の無線タグから電波を発し、電波の発信をトリガとして、見学者に近いアクセスポイントAPから電波を送信する。その電波強度を測定し、測位ができる。
【００７６】
その際、無線タグからの電波が弱いと判断したアクセスポイントAPは、測位のための電波を送信しないことで、電波の衝突を防ぐことができる。この測位の結果、ある商品の前に５分間滞在していることがわかれば、その商品を注意深く見ていたと判断することができる。
【００７７】
電波を乱す機器があっても、また屋内の形状により電波を乱すものがあっても、また人がアクセスポイントAPと無線タグの間にいても、アクセスポイントAPを見通し可能なところに多数設置することで、それらの影響を回避することができる。見学終了後、見学者は受付46に無線タグを返却する。このように障害物等があっても、人の位置、移動をかなりの精度で特定できる。
【００７８】
次に別の応用例について説明する。この応用例は、セミナ等に来た来場者の位置を確認するものである。セミナに来場した人は通常、自由に席を選ぶことができる。入り口の受付でその人を特定しても、いったん会場に入れば、どこにいるかはわからない。このような状況で、誰がどこに座っているかを知るのに本システムを利用できる。
【００７９】
位置測定は次のように行う。机があれば、アクセスポイントを机ごとに１つ置く。机がなければ、椅子ごとに設置する。設置後、アクセスポイントの設置位置を登録する。椅子や机は動くことが前提なので、椅子や机には椅子番号、机番号をセットする。椅子番号、机番号は、係員が特定の人を探す際の便宜を考えて、離れたところから見て認識できるようにする。それぞれのアクセスポイントがネットワークにつながっていることを確認して、事前準備が完了する。
【００８０】
セミナの参加者は受付にて無線タグを受け取る。タグIDと人をリンクする作業をこの受取りの際に、受付に置いたパソコン等を用いて行う。参加者には無線タグを首からぶら下げて、セミナ会場に入ってもらう。セミナの場合、あまり移動しないので、30秒間隔で来場者の位置を把握する。こうすることで電波の衝突が減り、一度に多くの人を追跡することができる。アクセスポイントを机に設置しているので、アクセスポイントと無線タグの位置が非常に近いので、反射波の影響が低いため、位置精度はかなりあがることが予想される。アクセスポイントは、センサネットワークのアクセスポイント専用のものとして製造すれば、低価格で作れるため、本システムのコストはあまりかからない。本応用例の場合、障害物等があっても人の位置や、移動をかなりの精度で特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の位置測定システムの実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の位置測定システムによる移動体の位置測定の実施例を示す説明図である。
【図３】無線タグの動作を示すフローチャートである。
【図４】アクセスポイントの動作を示すフローチャートである。
【図５】ゲートウェイの動作を示すフローチャートである。
【図６】実施例における電波の送受信状態を示す説明図である。
【図７】電波に乗せられる情報を示す説明図である。
【図８】電波に乗せられる情報を示す説明図である。
【図９】三角形測位方法の説明図である。
【図１０】三角形測位方法の説明図である。
【図１１】特異点の排除方法の説明図である。
【図１２】本発明をショールームで用いた例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
10  位置測定システム
12  人
14  無線タグ
16  サーバ
20  制御部
22  記憶部
AP、AP1〜AP9  アクセスポイント
【図１】
2006266859.tif 000003
【図２】
2006266859.tif 000004
【図３】
2006266859.tif 000005
【図４】
2006266859.tif 000006
【図５】
2006266859.tif 000007
【図６】
2006266859.tif 000008
【図７】
2006266859.tif 000009
【図８】
2006266859.tif 000010
【図９】
2006266859.tif 000011
【図１０】
2006266859.tif 000012
【図１１】
2006266859.tif 000013
【図１２】
2006266859.tif 000014