(57)【要約】      （修正有）【課題】多数の人間やロボット等のオブジェクトが比較的密に存在する空間においても、簡易なシステム構成で、その空間全体のオブジェクトトポロジーを推定可能とする。【解決手段】オブジェクト装置は、自己のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを周囲に発信するＩＤ発信部、周囲の他のオブジェクト装置が発信したオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを受信するＩＤ受信部、および自己のオブジェクトＩＤと受信した他のオブジェクト装置のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤとを環境装置へ送信する情報送信部を有する。環境装置は、オブジェクト装置が送信したオブジェクト情報を受信する情報受信部、受信したオブジェクト情報を蓄積するデータベース部、および蓄積したオブジェクト情報に基づいてオブジェクト毎に他のオブジェクトとの相対的位置関係を求め、得られた相対的位置関係の集合データからオブジェクトトポロジーを求める処理部を有する。【選択図】  図１
2006174185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内に存在する各オブジェクトのオブジェクト装置から無線送信されたオブジェクト情報に基づいて環境装置により当該空間内におけるオブジェクトのトポロジーを推定するトポロジー推定システムにおいて、
オブジェクト装置は、
自己のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを周囲に発信するＩＤ発信部、
周囲の他のオブジェクト装置が発信した当該他のオブジェクト装置のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを受信するＩＤ受信部、および
自己のオブジェクトＩＤと受信した他のオブジェクト装置のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤとを含むオブジェクト情報を環境装置へ送信する情報送信部
を有しており、
環境装置は、
オブジェクト装置が送信したオブジェクト情報を受信する情報受信部、
受信したオブジェクト情報を蓄積するデータベース部、および
蓄積したオブジェクト情報に基づいてオブジェクト毎に他のオブジェクトとの相対的位置関係を求め、得られた相対的位置関係の集合データからオブジェクトトポロジーを求める処理部を有している
ことを特徴とするトポロジー推定システム。
【請求項２】
オブジェクト装置のＩＤ発信部は、直進性を持って空間を進む電磁波によって発信方向ＩＤが示す方向に向けてオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを発信する
ことを特徴とする請求項１記載のトポロジー推定システム。
【請求項３】
空間内に存在する各オブジェクトのオブジェクト装置から無線送信されたオブジェクト情報に基づいて環境装置により当該空間内におけるオブジェクトのトポロジーを推定するトポロジー推定方法において、
一のオブジェクト装置から送信された、自己のオブジェクトＩＤと他のオブジェクト装置が発信して当該一のオブジェクト装置が受信した当該他のオブジェクト装置のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤとを含むオブジェクト情報を、環境装置により収集し、
収集したオブジェクト情報に基づいてオブジェクト毎に他のオブジェクトとの相対的位置関係を求め、得られた相対的位置関係の集合データからオブジェクトトポロジーを求める
ことを特徴とするトポロジー推定方法。
【請求項４】
請求項３記載のトポロジー推定方法をコンピュータに実行させるためのトポロジー推定プログラム。
【請求項５】
請求項４記載のトポロジー推定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、情報支援サービスが提供される空間内に存在しているオブジェクト同士のつながりを示すトポロジーを推定するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動中のユーザが無線通信により様々なデジタル情報にアクセスするようになっている。そのため、莫大なデジタル情報から適切な情報を選択する上で、状況依存性がますます重要になっている。
【０００３】
人間やロボット、展示物などのオブジェクトが多数存在する空間においては、オブジェクト間のインタラクション情報が状況推定に重要であり、このインタラクション情報を得るためには、空間内の各オブジェクト単独の絶対位置を示す絶対位置座標よりも、オブジェクト同士の相対的な位置や向きの関係から得られる空間内のオブジェクト全体のつながりを示すトポロジーを用いることが有用であると考えられる。特にオブジェクト同士の位置関係だけでなく向きの関係も推定できれば、人間やロボット等のユーザが展示物や環境物体の中を移動している際に、時々刻々と変化するユーザの状況に一層適した様々な情報支援を実現できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来ではオブジェクトの絶対位置を高精度で求めるようとしていたため、従来の複数カメラによる位置検出方法や超音波、磁場、赤外光、電波を用いた位置検出システムを用いて、学会会場や展示会場、懇親会場等の各種イベント会場のように混雑した空間において高精度位置検出を行おうとすると、装置の配置に手間がかかったり、検出精度が不安定になったりする場合が生じていた。
【０００５】
そこで、以上のとおりの事情に鑑み、本願発明は、多数の人間やロボット等のオブジェクトが比較的密に存在する空間においても、簡易なシステム構成で、その空間全体におけるオブジェクトトポロジーを推定することのできる、トポロジー推定システムならびにトポロジー推定方法、そのプログラムおよび記録媒体を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、たとえば図１にその機能ブロック図を例示したような、空間内に存在する各オブジェクトのオブジェクト装置１から無線送信されたオブジェクト情報に基づいて環境装置２により当該空間内におけるオブジェクトのトポロジーを推定するトポロジー推定システムにおいて、オブジェクト装置１は、自己のオブジェクトＩＤおよび当該オブジェクトＩＤの発信方向ＩＤを周囲に発信するＩＤ発信部１１、周囲の他のオブジェクト装置１が発信した当該他のオブジェクト装置１のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを受信するＩＤ受信部１２、および自己のオブジェクトＩＤと受信した他のオブジェクト装置１のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤとを含むオブジェクト情報を環境装置２へ送信する情報送信部１３を有しており、環境装置２は、オブジェクト装置１が送信したオブジェクト情報を受信する情報受信部２１、受信したオブジェクト情報を蓄積するデータベース部２２、および蓄積したオブジェクト情報に基づいてオブジェクト毎に他のオブジェクトとの相対的位置関係を求め、得られた相対的位置関係の集合データからオブジェクトトポロジーを求める処理部２３を有していることを特徴とするトポロジー推定システムを提供する。
【０００７】
第２には、オブジェクト装置のＩＤ発信部１１は、直進性を持って空間を進む電磁波によって発信方向ＩＤが示す方向に向けてオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを発信することを特徴とする前記トポロジー推定システム。
【０００８】
第３には、空間内に存在する各オブジェクトのオブジェクト装置から無線送信されたオブジェクト情報に基づいて環境装置により当該空間内におけるオブジェクトのトポロジーを推定するトポロジー推定方法において、一のオブジェクト装置から送信された、自己のオブジェクトＩＤと他のオブジェクト装置が発信して当該一のオブジェクト装置が受信した当該他のオブジェクト装置のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤとを含むオブジェクト情報を、環境装置により収集し、収集したオブジェクト情報に基づいてオブジェクト毎に他のオブジェクトとの相対的位置関係を求め、得られた相対的位置関係の集合データからオブジェクトトポロジーを求めることを特徴とするトポロジー推定方法を提供する。
【０００９】
第４および第５には、前記トポロジー推定方法をコンピュータに実行させるためのトポロジー推定プログラムおよび当該プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上記第１のトポロジー推定システムよれば、対象空間内に存在する人間やロボット、展示物等の各オブジェクトにオブジェクト装置を装着させて、オブジェクト装置同士で自己のオブジェクトＩＤおよびその発信方向ＩＤつまりどの方向にオブジェクトＩＤを発信したかを示す情報（以下、オブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを「ＩＤ」と総称することとする）をやりとりさせるとともに、そのやりとりの結果であるオブジェクト情報を各オブジェクト装置から環境装置へ逐次送信させ、収集したオブジェクト情報に基づいてオブジェクト毎に他のオブジェクトとの相対的位置関係、つまり各オブジェクトを中心とした局所的且つ相対的位置関係を求め、この相対的位置関係の集合データから空間全体のオブジェクトトポロジー、つまり空間内の全オブジェクト同士の全体的且つ相対的位置関係を推定することができる。
【００１１】
さらに説明すると、たとえば、情報支援サービスが提供される空間内に存在している各オブジェクトが持つオブジェクト装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄがそれぞれ自己のＩＤを周囲に向けて無線発信している状況において、まず、オブジェクト装置Ａがオブジェクト装置Ｂ，Ｃ，ＤからのＩＤを受信し、自己のオブジェクトＩＤと受信した他のＩＤを環境装置に無線送信した場合、自己のオブジェクトＩＤと他のオブジェクトＩＤに基づいて、オブジェクト装置Ａが、オブジェクト装置Ｂ，Ｃ，Ｄの周囲空間、つまりオブジェクト装置Ｂ，Ｃ，Ｄから発信されているＩＤを受信できる範囲内に存在していることなどがわかり、よってオブジェクト装置Ｂ，Ｃ，Ｄとの位置関係を判定でき、且つ、発信方向ＩＤに基づいて、オブジェクト装置Ａが、他のオブジェクト装置Ｂ，Ｃ，Ｄからどの方向に向けて発信されたＩＤを受信したかがわかり、よってオブジェクト装置Ｂ，Ｃ，Ｄとの方向関係を判定できる。これにより、オブジェクト装置Ａを中心としたオブジェクト装置Ｂ，Ｃ，Ｄとの間における位置および方向で表わされる相対的位置関係が求まることになる。
【００１２】
同様にして、他のオブジェクト装置Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれを中心とした相対的位置関係を求める。
【００１３】
そして、これらオブジェクト装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の相対的位置関係を集約して、空間全体における全オブジェクト装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ間の相対的位置関係を求める。この処理は、集合データに対して、各相対的位置関係に矛盾がなくなるまたは極力少なくなる最適解を求める手法、たとえば再帰演算法、ＥＭアルゴリズム、バネモデル、ベイジアンネットワーク、遺伝的アルゴリズムなどを実行することで、行うことができる。
【００１４】
ここで、たとえば、オブジェクト装置Ａがオブジェクト装置ＤからのＩＤを受信していない場合では、オブジェクト装置Ａを中心としたオブジェクト装置Ｄに対する相対的位置関係の情報は得られないことになるが、逆にこのことは空間全体で見るとオブジェクト装置Ａとオブジェクト装置Ｄとは互いに近くに居ないという関係がわかることになる。
【００１５】
また、たとえば、オブジェクト装置Ａが前方にあるオブジェクト装置ＢからのＩＤは受信しているがそのさらに前方にあるオブジェクト装置ＤからのＩＤは受信しておらず、オブジェクト装置Ｂはその後方にあるオブジェクト装置ＡからのＩＤと前方にあるオブジェクト装置ＤからのＩＤの両方を受信している場合では、オブジェクト装置Ａを中心としたオブジェクト装置Ｄに対する相対的位置関係はわからないものの、オブジェクト装置Ｂを中心としたオブジェクト装置Ａおよびオブジェクト装置Ｄに対する相対的位置関係がわかるため、これらから、オブジェクト装置Ａとオブジェクト装置Ｂとオブジェクト装置Ｄとの相対的位置関係を推測できることになる。
【００１６】
もちろんこれらの他にも無数のケースが考えられるが、以上の説明からもわかるように、各オブジェクト装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の相対的位置関係は、それぞれを中心とした局所的な相対的位置関係と呼ぶことができ、さらにこれを集めて上記のとおりに解析して得られる相対的位置関係は、空間内のオブジェクト同士の全体的な相対的位置関係と呼ぶことができ、これが空間全体から見た全オブジェクトのつながりを示すオブジェクトトポロジーとなるのである。
【００１７】
なお、オブジェクト装置が周囲に無線発信するＩＤに含まれる発信方向ＩＤは、オブジェクト装置からどの方向にＩＤを発信するかについて予め設定され装置内に記憶されている情報であるため、実際に発信されるＩＤも周囲空間をその方向で進む必要がある。そこで、上記第２のトポロジー推定システムのように、ＩＤ発信には、直進性を持って空間を進む電磁波を用いることが好ましく、これにより、発信方向ＩＤが示す方向に向けてＩＤを的確に発信でき、そのＩＤが周囲空間を当該方向に沿って伝播することとなる。この電磁波としては、赤外光等の光や超音波などといった指向性を持つものを考慮できる。直進性・指向性については、たとえば、発信方向がオブジェクト装置を中心に周囲８方向（前後左右、右前・左前、右後・左後）と設定されている場合において、それぞれの方向に、他の方向と干渉しないで、または干渉するとしてもトポロジー推定処理上許容できる範囲で、進むことができる程度が要求される。
【００１８】
上記第３のトポロジー推定方法によれば、上記第１のシステムと同様な効果が得られる方法が実現され、上記第４および第５のプログラムおよび記録媒体によれば、上記方法と同様な効果が得られるコンピュータプログラムおよびそれを記録したフレキシブルディスクやＣＤ、ＤＶＤなどの記録媒体が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本願発明の一実施形態として、まず、オブジェクト装置１については、たとえば、赤外光で複数方向に自己のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを周囲に発信する光ＩＤ発信機（前記ＩＤ発信部１１に相当）と、周囲の他のオブジェクト装置１が発信した当該他のオブジェクト装置１のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤを受信する光ＩＤセンサ（前記ＩＤ受信部１２に相当）と、自己のオブジェクトＩＤと受信した他のオブジェクト装置１のオブジェクトＩＤおよび発信方向ＩＤとを含むオブジェクト情報を環境装置２へ送信する無線ＬＡＮ送信機（前記情報送信部１３に相当）とを備えたものとすることができる。
【００２０】
より具体的な一例としては、たとえば図２（ａ）（ｂ）および図３（ａ）（ｂ）に例示したように、人間がオブジェクト装置１を首からかけて携帯装着する場合用に、ユーザの前半分方向のＩＤ発信及びＩＤ受信を担当するフロント用デバイス（図２参照）と後半分方向のＩＤ発信及びＩＤ受信を担当するバック用デバイス（図３参照）とを、デバイスを首からかけた状態においてそれぞれＩＤ発信及び受信が可能となる方向を向くように組み込んだ形態とする。これにより、それらフロント用デバイス及びバック用デバイスが許容する発信及び受信範囲に位置する他の人間が装着したオブジェクト装置１との間でＩＤ発信及びＩＤ受信が可能になる。
【００２１】
もちろん、周囲とのＩＤ発受および環境装置への情報送信が可能である限り、この形態に限定されないことは言うまでもなく、上記光ＩＤ発信機、フロント用デバイス・バック用デバイス、光ＩＤセンサ、無線ＬＡＮ送信機の他にも適宜の形態を採用できる。また、ロボット等の各種オブジェクトが装着する場合にもそれぞれに適した形態とすればよい。
【００２２】
一方、環境装置２については、たとえば、オブジェクト装置１が送信したオブジェクト情報を受信する無線ＬＡＮ基地局（前記情報受信部２１に相当）と、受信したオブジェクト情報を蓄積するデータベース（前記データベース部２２に相当）と、蓄積したオブジェクト情報に基づいてオブジェクト毎に他のオブジェクトとの相対的位置関係を求め、得られた相対的位置関係の集合データからオブジェクトトポロジーを求めるコンピュータ（前記処理部２３に相当）とを備えたものとすることができる。
【００２３】
この場合、たとえば、無線ＬＡＮ基地局は、無線ＬＡＮアクセスポイントとなるように、空間内の適宜位置にたとえば１０〜２０ｍ毎に複数設置させておくことができる。また、これら基地局から送られてくるデータを扱うデータベースとコンピュータとは、互いに別体のものとしても一体のものとしてもよく、前者の場合では、それぞれデータ通信可能に構築し、後者の場合では、環境サーバとして、サーバ内のデータファイル装置および中央処理装置（ＣＰＵ）によりメインメモリに記憶されたプログラムの指令に従って蓄積および推定処理を実行するように構築できる。なお、無線ＬＡＮエリア内に数百のオブジェクトが存在し、それぞれたとえば１秒ごとにオブジェクト情報データを無線ＬＡＮ基地局を介して環境サーバへ送信するといった場合には、サーバ側で安定した受信ができる必要がある。
【００２４】
以上のとおりの一実施形態であるオブジェクト装置１および環境装置２を備えたシステムがトポロジー推定対象とするオブジェクトとしては、たとえば、
・一定速度以下で動き回りオドメター情報を発することができるロボット、
・通常歩行速度以下で嗜好、スケジュール、他のオブジェクトとの関係などに基づいて動き回る人々、
・通常は位置が固定されている展示物や施設の物体（静止オブジェクトとも呼べる）、などが考えられる。
【００２５】
また、環境サーバが予め記憶した環境情報としては、
・施設等の空間の地図情報、
・各オブジェクトの移動可能領域、
・静止オブジェクトの位置と向き、
などが考えられる。
【００２６】
オブジェクトのトポロジー推定は、前述したとおりの各オブジェクト装置からのオブジェクト情報とともに、これらの環境情報をも用いて行われるが、推定前に、全てまたは一部の環境情報が事前に入手できる場合もあれば、全ての環境情報を全オブジェクトからの情報受信履歴に基づいて推定する場合も考えられる。
【００２７】
以下に、トポロジー推定の概要に関し、図４に示した一例を用いて説明する。
【００２８】
この図４の例では、オブジェクトとして展示物およびその周りに５人の人間が存在しており、それぞれにＩＤ１〜６が与えられたオブジェクト装置が装着され、各オブジェクト装置は左前、前方、右前、後方の４方向のＩＤ発信及びＩＤ受信を行うものとする。
【００２９】
まず、ＩＤ６のオブジェクトは、左前にＩＤ２が後ろを向いて立っている情報をある確率で受信する。この位置関係ではＩＤ６から見てＩＤ１の展示パネルがＩＤ２に遮られる可能性があるが、ＩＤ１の前面にＩＤ６が存在する情報が得られることもある。ＩＤ６の前方には、ＩＤ３が後ろを向いて存在し、ＩＤ５は前方を向いて存在していると検出される。これらの情報はＩＤ発受機の方向誤差や検出漏れのために確率的に得られるものの、前述したとおりに局所的な相対的位置関係データに過ぎず、最終的にはこれらを集約したデータに基づいて、全オブジェクトのオブジェクト情報の矛盾が小さくなる全体的な相対的位置関係つまりオブジェクトトポロジーを推定することになる。
【００３０】
また、ＩＤ４のロボットの存在エリアは、ＩＤ６から相対的に見た場合、後方のかなり広い領域となり定まらないように見える。しかし、ＩＤ４がＩＤ２やＩＤ５からの情報を受信していなければ、ＩＤ６の陰になっている領域に存在する可能性が高くなる。一方、ＩＤ３とＩＤ５は、ＩＤ６の前方に存在し、かつＩＤ５とＩＤ３の位置関係も相互に判別できるため、トポロジーだけでなく位置精度も高くなる。
【００３１】
トポロジー推定精度は、上記のような位置推定を用いて、ＥＭアルゴリズムなどのような手法で再帰的に推定する。このとき、デバイスのＩＤ発信方向の分解能（全方向に方向ＩＤをつけずにオブジェクトＩＤのみ発信する場合もあれば、たとえば８方向に方向ＩＤをつけて発信という高分解能もある）やＩＤ受信分解能によって変化する。また、全方向をカバーできるかによっても変化するが、たとえば真横へ首から送信する場合は肩が障害となって下の方法へＩＤが届かないなどすべての方向へのＩＤ発信は確率的になる。また、到達距離に応じた受信確率、障害物による遮蔽率、同時ＩＤ発信時の干渉率などの影響がある。さらに電波送信時の遅れや到達確率も考えられる。
【００３２】
以上により、対象空間内のオブジェクト全体のトポロジー、つまりオブジェクトの全体的且つ相対的位置関係を推定することができる。これは、その空間全体における時々刻々と変化するオブジェクトトポロジーモデルを、逐次取得収集するオブジェクト情報に基づいてリアルタイムで生成することにほかならない。
【００３３】
このオブジェクトトポロジーモデルは、対象空間内におけるオブジェクトの全体的且つ相対的位置関係で構成されるコンピュータ上の仮想的なトポロジー地図として表現でき、これを用いて対象空間内の各ユーザにより一層適した様々な情報支援を実現できるようになる。
【００３４】
上記図４の例でいうと、たとえば、展示物ＩＤ１とユーザＩＤ６との間にユーザＩＤ２やユーザＩＤ３等の他のユーザが多数存在して展示物ＩＤ１が見え難いという状況がトポロジー地図から把握できる場合には、ユーザＩＤ６に対して、別の展示物への移動を促す案内情報を何等かのメディアを介して提示するといった個別情報支援が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本願発明について説明するための機能ブロック図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、各々、本願発明におけるオブジェクト装置の一実施形態の全体像および拡大像を示した図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は、各々、本願発明におけるオブジェクト装置の一実施形態の全体像および拡大像を示した図である。
【図４】オブジェクトの位置関係の一例を示した概念図。
【符号の説明】
【００３６】
１  オブジェクト装置
１１  ＩＤ発信部
１２  ＩＤ受信部
１３  情報送信部
２  環境装置
２１  情報受信部
２２  データベース部
２３  処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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