(57)【要約】【課題】携帯性に優れ、かつ、多くの人員を必要としない無線ネットワーク置局設計装置を得る。【解決手段】デジタルカメラ１０１で、対象エリアを複数の方向から撮影した画像データ１０１ａを生成する。画像処理装置１０３は、画像データ１０１ａと撮影条件１０２ａから対象エリアの構造物の特徴を抽出し、構造物特徴データ１０３ａを得る。解析用数値モデル作成装置１０４は、構造物特徴データ１０３ａから数値モデルデータ１０４ａを生成する。受信電力解析装置１０５は、無線機条件１０２ｂに基づき、数値モデルデータ１０４ａに対して電磁界解析を行って無線機の受信電力を計算結果１０５ａとして出力し、ディスプレイ１０６はこれを表示する。【選択図】図２
2015080061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象エリアの解析用数値モデルを作成し、当該解析用数値モデルを用いて前記対象エリアの電波伝搬特性を予測する無線ネットワーク置局設計装置であって、
前記対象エリアを複数の方向から撮影した画像データと、当該画像データの撮影条件とから、前記対象エリアの構造物の特徴を抽出する画像処理装置と、
前記構造物の特徴に基づいて、前記解析用数値モデルのデータを作成する解析用数値モデル作成装置と、
前記解析用数値モデルのデータと、前記対象エリアに設置された無線機の電波放射条件と設置条件とを示す無線機条件から、電磁界解析を行って、前記対象エリアの電波伝搬特性を示す前記無線機の受信電力を計算する受信電力解析装置とを備えた無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項２】
前記画像データを生成する撮像装置と、前記撮像装置における画像の歪みを補正する歪み補正装置とを備え、
前記画像処理装置は、前記歪み補正装置で補正された画像データを用いて処理を行うことを特徴とする請求項１記載の無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項３】
前記解析用数値モデル作成装置は、前記解析用数値モデルとして、与えられた曲面近似条件に基づいて、前記対象エリアの構造物の曲面を多面体近似することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項４】
前記解析用数値モデル作成装置は、前記解析用数値モデルとして、設定された寸法以下の構造物及び面の凹凸を除去することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項５】
前記解析用数値モデル作成装置は、前記解析用数値モデルとして、隣接する２つの面の法線が設定値以内の場合は１つの面として統合することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項６】
前記受信電力解析装置は、幾何光学的手法に基づくレイトレース法を用いて前記電磁界解析を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項７】
前記受信電力解析装置は、ＦＤＴＤ法を用いて前記電磁界解析を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項８】
前記受信電力解析装置は、幾何光学的手法に基づくレイトレース法とＦＤＴＤ法を併用して前記電磁界解析を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項９】
無線ネットワーク置局設計装置をタブレット型情報端末を用いて構成したことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計装置。
【請求項１０】
携帯端末と、演算処理装置とからなり、対象エリアの解析用数値モデルを作成し、当該解析用数値モデルを用いて前記対象エリアの電波伝搬特性を予測する無線ネットワーク置局設計システムであって、
前記携帯端末は、
前記対象エリアを複数の方向から撮影した画像データを生成する撮像装置と、
前記画像データの撮影条件と、前記対象エリアに設置された無線機の電波放射条件と設置条件とを示す無線機条件とを入力する入力装置と、
前記画像データと前記撮影条件と前記無線機条件とを前記演算処理装置に送信すると共に、当該演算処理装置による計算結果を受信する送受信装置と、
前記送受信装置で受信した計算結果を表示する表示装置とを備え、
前記演算処理装置は、
前記画像データと前記撮影条件とから、前記対象エリアの構造物の特徴を抽出する画像処理装置と、
前記構造物の特徴に基づいて、前記解析用数値モデルのデータを作成する解析用数値モデル作成装置と、
前記解析用数値モデルのデータと前記無線機条件から、電磁界解析を行って、前記対象エリアの電波伝搬特性を示す前記無線機の受信電力を計算する受信電力解析装置と、
前記携帯端末から送信されたデータを受信すると共に、前記受信電力解析装置の計算結果を前記携帯端末に送信する送受信装置とを備えたことを特徴とする無線ネットワーク置局設計システム。
【請求項１１】
前記撮像装置における画像の歪みを補正する歪み補正装置とを備え、
前記画像処理装置は、前記歪み補正装置で補正された画像データを用いて処理を行うことを特徴とする請求項１０記載の無線ネットワーク置局設計システム。
【請求項１２】
前記解析用数値モデル作成装置は、前記解析用数値モデルとして、与えられた曲面近似条件に基づいて、前記対象エリアの構造物の曲面を多面体近似することを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の無線ネットワーク置局設計システム。
【請求項１３】
前記解析用数値モデル作成装置は、前記解析用数値モデルとして、設定された寸法以下の構造物及び面の凹凸を除去することを特徴とする請求項１０から請求項１２のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計システム。
【請求項１４】
前記解析用数値モデル作成装置は、前記解析用数値モデルとして、隣接する２つの面の法線が設定値以内の場合は１つの面として統合することを特徴とする請求項１０から請求項１３のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計システム。
【請求項１５】
前記受信電力解析装置は、幾何光学的手法に基づくレイトレース法を用いて前記電磁界解析を行うことを特徴とする請求項１０から請求項１４のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計システム。
【請求項１６】
前記受信電力解析装置は、ＦＤＴＤ法を用いて前記電磁界解析を行うことを特徴とする請求項１０から請求項１４のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計システム。
【請求項１７】
前記受信電力解析装置は、幾何光学的手法に基づくレイトレース法とＦＤＴＤ法を併用して前記電磁界解析を行うことを特徴とする請求項１０から請求項１４のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計システム。
【請求項１８】
前記携帯端末をタブレット型情報端末を用いて構成したことを特徴とする請求項１０から請求項１７のうちのいずれか１項記載の無線ネットワーク置局設計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波伝搬特性を知りたい対象エリアの物理構造モデルを作成し、その物理構造モデルを用いて対象エリアの電波伝搬特性を予測する無線ネットワーク置局設計装置及び無線ネットワーク置局設計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な用途への無線通信システムの導入が飛躍的に増加している。その目的の一つは、省線化によるシステム導入コストの低減である。例えば、工場内の製造ラインに配置されている組立てロボットを制御することを考える。ロボットへの動作制御信号を有線で伝送する場合には、制御室に設置された制御コンピュータから、工場内に分散配置されたロボットへの制御信号線を多数かつ長距離、敷設しなければならない。これは簡単にできる作業ではなく、制御信号線の敷設工事に多くの費用がかかる。これに対し、ロボットに無線機（子機）を取り付けると共に、工場内の適当な位置に数箇所、無線機（親機）を設置し、親機と制御コンピュータを信号線で接続し、子機−親機間で制御信号を無線伝送するようにすれば、信号線の敷設工事費用を大幅に低減できる。更に、親機間と、１つの親機−制御コンピュータ間でも無線で必要信号を送受できるようにすれば、信号線の敷設工事は不要となり、システム導入時のコストを大幅に削減することが可能となる。
【０００３】
無線ネットワークシステムを設計する場合、無線機の設置位置と数が重要な設計事項になる（以下、置局設計と呼ぶ）。市販の無線機の仕様書には、通常、標準通信距離が記載されており、この距離に基づいて無線機の設置位置を決める方法が、一つの置局設計の考え方である。しかしながら、仕様書に記載されている値は、例えば周囲に電波を反射／散乱／回折させる構造物が何もない理想的な環境下での値であったり、ある特定の環境における評価値であったりする。電波の伝搬特性は各エリアに固有の特性を有しているため、仕様書に基づく置局設計では、無線機間の通信不良が多々発生するなどの課題がある。
【０００４】
一方、導入エリアに実際に無線機を設置し、それらの配置をパラメータとして通信性能の測定を行いながら、実験的に置局設計を行う方法も考えられるが、設計の見通しが悪いと共に、多くの試行錯誤が必要になるため、設計費用と設置費用の増大を招く課題がある。
【０００５】
置局設計の精度向上と費用低減を図るためには、無線ネットワークシステムを導入するエリアに固有の伝搬特性を少ない労力で速く正確に知る必要がある。これを実現する一つの方法は、導入エリアに存在する構造物の物理形状と電気特性、および無線機の位置と電波送受信特性を考慮した解析用数値モデルを作成し、このモデルと、マクスウェルの方程式に基づく電磁界解析理論とを用いて、無線機受信電力分布（マップ）や電波強度分布を計算する方法である。
【０００６】
無線機受信電力分布を少ない労力で速く計算するためには、解析用数値モデルの高速化と解析アルゴリズムの高速化の双方が必要であるが、以下、主に解析用数値モデルの高速化に関して説明を行う。
【０００７】
従来の解析用数値モデルの作成方法としては、例えば、以下の手順による方法があった。
まず、導入エリアに存在する構造物（壁面、天井、机やロッカーなどの什器、窓、など）の物理形状、寸法、位置、距離などを、物差し、巻尺、あるいはレーザ測距装置などを用いて測定する。また、各構造物の材質も同時に調査する（第一工程）。
次に、ＣＡＤソフトなどを用いて、導入エリアに存在する構造物を一つ一つ作成する。
すべての構造物の作成を完了したら、電磁界解析ツールが読み込めるデータ形式で、数値モデルを保存する（第二工程）。もし、電磁界解析ツールが読み込めるデータ形式で保存できない場合には、一旦、保存可能な形式で保存し、更に、電磁界解析ツールが読み込めるデータ形式に変換する作業が必要になる。
【０００８】
例えば、無線ネットワークシステムの導入エリアが大きな駅の数百ｍ規模の地下通路である場合、第一工程だけでも数日間の時間を要する場合が多い。これに加え、第二工程にも数日間を要し、もし構造が複雑である場合には数週間の時間を要する場合もある。従って、この方法では解析用数値モデルの作成に少なくとも一週間程度の膨大な時間を要する。
【０００９】
なお、建設時の設計図面があるのだから、それを利用すれば第一工程は不要だという考えもあるが、実物は必ずしも設計図通りにできているわけではなく、様々な事情により、現場判断で構造物の位置や形状が変更されている場合が多い。従って、より精度の高い解析用数値モデルを作成するためには、第一工程は省略できない。
【００１０】
解析用数値モデルの作成時間を低減する方法としては、従来、例えば特許文献１に示された方法があった。この方法によれば、レーザ測距装置を機械駆動により走査させて、導入エリアの構造物の３次元点群データを取得し、この３次元点群データからポリゴンモデル、即ち、解析用数値モデルを作成する。また、レーザ測距装置による計測と同時に、カメラを用いて構造物の写真を撮影しておき、３次元点群データからポリゴンモデルを作成する際に、点群結線の修正や、テクスチャマッピングなど、撮影写真を補助的に使用する。
このような方法により、少なくとも前記第一工程に要する時間を低減することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−７０８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示されているような従来の方法では、レーザ測距装置を用いていると共に、その装置を機械的に駆動させる必要があるため、装置が大型化し、携帯性に欠け、また、解析用数値モデルを作成するに多くの人員も必要であるといった課題があった。
【００１３】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、携帯性に優れ、かつ、多くの人員を必要としない無線ネットワーク置局設計装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る無線ネットワーク置局設計装置は、対象エリアの解析用数値モデルを作成し、解析用数値モデルを用いて対象エリアの電波伝搬特性を予測する無線ネットワーク置局設計装置であって、対象エリアを複数の方向から撮影した画像データと、画像データの撮影条件とから、対象エリアの構造物の特徴を抽出する画像処理装置と、構造物の特徴に基づいて、解析用数値モデルのデータを作成する解析用数値モデル作成装置と、解析用数値モデルのデータと、対象エリアに設置された無線機の電波放射条件と設置条件とを示す無線機条件から、電磁界解析を行って、対象エリアの電波伝搬特性を示す無線機の受信電力を計算する受信電力解析装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の無線ネットワーク置局設計装置は、対象エリアを複数の方向から撮影した画像データから解析用数値モデルを作成し、この解析用数値モデルに対して電磁界解析を行って無線機の受信電力を計算するようにしたので、携帯性に優れ、容易に対象エリアの電波伝搬特性を解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１による無線ネットワーク置局設計装置の適用例を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１による無線ネットワーク置局設計装置を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２による無線ネットワーク置局設計装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による無線ネットワーク置局設計装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による無線ネットワーク置局設計装置の解析用数値モデル作成装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５による無線ネットワーク置局設計システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による無線ネットワーク置局設計装置の適用例を示す説明図である。
図１において、携帯端末１００は実施の形態１における無線ネットワーク置局設計装置を実現する装置であり、その詳細は図２を用いて後述する。構造物２００は、無線ネットワークシステムを導入する対象エリアに存在する建物、壁、天井、窓、あるいは什器（机／椅子／パーティションなど）などの構造物群である。ユーザ３００は、無線ネットワークシステム導入エリアの物理構造モデルを作成し、この物理構造モデルを用いて導入エリアにおける無線機の置局設計を行う携帯端末１００の利用者である。
【００１８】
図２は、図１における携帯端末１００を示す構成図である。
携帯端末１００は、スマートフォンやタブレットなどの携帯可能な情報端末であり、デジタルカメラ１０１、入力装置１０２、画像処理装置１０３、解析用数値モデル作成装置１０４、受信電力解析装置１０５、ディスプレイ１０６を備えている。デジタルカメラ１０１は、導入エリアに存在する構造物２００といった物体の写真を撮影する撮像装置であり、画像データ１０１ａは、デジタルカメラ１０１を用いて取得された導入エリアの画像データである。入力装置１０２は、タッチパネルといったユーザ３００が様々な入力を行うための装置であり、実施の形態１では、撮影条件１０２ａと無線機条件１０２ｂとが入力される。画像処理装置１０３は、画像データ１０１ａと撮影条件１０２ａとを入力し、撮影条件１０２ａに基づいて画像データ１０１ａを画像処理し、導入エリアに対する複数の方向からの画像データから、構造物２００の特徴を抽出して、構造物特徴データ１０３ａを出力する装置である。解析用数値モデル作成装置１０４は、構造物特徴データ１０３ａに基づいて、導入エリアに存在する無線機の受信電力を解析するための解析用数値モデルを作成する装置であり、数値モデルデータ１０４ａを出力する。受信電力解析装置１０５は、数値モデルデータ１０４ａに基づいて、入力装置１０２からされた無線機条件１０２ｂにより、マクスウェルの方程式に基づく電磁界解析理論とを用いて、無線機の受信電力や電波強度分布を計算する装置である。ディスプレイ１０６は、受信電力解析装置１０５で解析され、出力された計算結果１０５ａを表示するための表示部である。
【００１９】
次に、実施の形態１の無線ネットワーク置局設計装置の動作について説明する。
ユーザ３００は、携帯端末１００に具備されているデジタルカメラ１０１を用いて、構造物２００を含む導入エリアの写真を撮影する。この場合、少なくとも異なる２か所以上の位置、あるいは異なる２つ以上の方向から導入エリアの写真を撮影する。
また、ユーザ３００は、撮影条件１０２ａ、即ち、写真撮影時のデジタルカメラ１０１の位置や撮影方向を、入力装置１０２を用いて携帯端末１００に入力する。
【００２０】
写真撮影によって得られた画像データ１０１ａと、撮影条件１０２ａは、携帯端末１００の内部にある信号伝送線路を通じて画像処理装置１０３に伝送される。
画像処理装置１０３は、伝送されてきた画像データ１０１ａと撮影条件１０２ａから、画像処理を行う。そして、導入エリア内に存在する構造物群を形成する各構造物の物理形状を特徴づける量、例えば、構造物の頂点の座標、構造物の輪郭線の方程式、構造物を形成する面の曲率、などの構造物特徴データ１０３ａを解析用数値モデル作成装置１０４に伝送する。
【００２１】
解析用数値モデル作成装置１０４は、伝送されてきた構造物群の構造物特徴データ１０３ａから、無線機の受信電力を計算するための２次元あるいは３次元の物理構造数値モデルを作成し、数値モデルデータ１０４ａとして、受信電力解析装置１０５に伝送する。
ユーザ３００は、無線機の受信電力の計算に必要な無線機条件１０２ｂ、例えば、無線機の設置位置と設置向き、無線機から放射される電波の送信電力、無線機から放射される電波の放射指向特性などを、入力装置１０２を用いて携帯端末１００に入力する。
なお、無線機条件１０２ｂは、予めわかっている場合もしばしばある。このような場合には、無線機条件１０２ｂの全てをユーザ３００がその都度入力するようにするのではなく、例えば放射指向性などの既知の条件については、予めデータファイルを携帯端末１００に具備させておき、解析時にデータファイル名を選択・読込みさせるようにすればよい。
ユーザ３００によって入力された無線機条件１０２ｂは、受信電力解析装置１０５に伝送される。
【００２２】
受信電力解析装置１０５は、伝送されてきた数値モデルデータ１０４ａと無線機条件１０２ｂから、電磁界解析理論に基づいて、導入エリアの電波強度分布や、導入エリアに分散配置された無線機による受信電力などを計算する。
解析に用いるアルゴリズムの代表例は、例えば、細矢良雄監修、電波伝搬ハンドブック、第１５章、第２４章、リアライズ理工センター、２００４年．（文献１）に示されている幾何光学的な解析理論に基づくレイトレース法と、宇野亨、ＦＤＴＤ法による電磁界およびアンテナ解析、コロナ社、１９９８年．（文献２）に示されているＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法がある。
【００２３】
レイトレース法は、電波を反射、透過、回折する物体が電波の波長に比べて十分大きいことを前提とした解析手法であり、無線機から放射された電波を光線（レイ）として扱う。
電波の伝搬経路、即ち、レイの伝搬経路は、「点Ａから点Ｂを通る光線はＡＢ間の光路長が最小となる経路を進む」というフェルマーの原理に従って決定される。また、電波の反射、透過、回折については、局所的な現象ととらえ、規範問題に対する反射係数、透過係数、回折係数を用いる。曲率を有する境界面での反射、透過の場合には、平面に対する反射係数、透過係数の乗算に加え、曲率に応じた補正係数を乗じる。このように、レイトレース法では、フェルマーの原理によって送信機から発射されたレイの伝搬経路を決定しながら、局所的な伝搬プロセスファクタ（反射係数、透過係数、回折係数）を順次乗算し、受信機で受信されるレイの強度と位相を計算する。
【００２４】
伝搬経路の決定方法には、送信点と受信点の位置から逆算的に伝搬経路を決定するイメージング法と、送信点から任意の方向に多数発射されたレイの経路をフェルマーの原理に従って順次決定するレイローンチング法の２つがある。一般に、イメージング法を用いた場合には、送信点から受信点に到達する伝搬経路を厳密に計算することができるが、解析用数値モデルの面数が多くなると、計算時間が概ね指数関数的に増大する。一方、レイローンチング法を用いた場合、計算時間は概ね面数に比例するため、解析用数値モデルの面数が多い場合、イメージング法よりも圧倒的に計算時間を短縮できる利点を有する。しかしながら、送信点から適当な方向に発射されたレイがちょうど受信点に到達する確率はほとんど零であり、受信点近傍を通過したレイで代用する。このため、伝搬距離、即ち、伝搬位相に比較的大きな誤差が生じる課題がある。以上、概して言えば、イメージング法とレイローンチング法の選択は、計算精度と計算時間のトレードオフであり、問題に応じて両者を使い分けることが望ましい。
【００２５】
レイトレース法の計算時間は、上述したように主に解析用数値モデルの面数に依存し、解析対象エリアの大きさそのものには依存しない特徴がある。従って、非常に広範囲なエリアの電波伝搬特性を現実的な時間で計算することができる。
一方、ＦＤＴＤ法は、解析対象空間を微小格子（セル）に分割し、各セルに電磁界成分を配置すると共に、各セルに比誘電率や導電率などの媒質定数を設定し、電磁界の支配方程式であるマクスウェル方程式を時間的・空間的に差分化して直接計算する解析手法である。構造物は、セルの集合体として表現される。各セルにおいてマクスウェル方程式を解いているため、反射、透過、回折などの現象はすべて自動的に考慮される。従って、任意形状媒質や任意の不均質媒質を含む問題に対して非常に汎用性があり、解析用数値モデルの精度が高ければ、かなり高精度な計算結果が得られる。しかしながら、差分法なので、ある程度の計算精度を確保するためには、セルの大きさを波長の十分の一から二十分の一程度以下にしなければならない。従って、計算に必要なメモリと時間を勘案すると、広範囲にわたる解析は事実上、困難となる。例えば、いま現在の汎用的なコンピュータの性能を想定した場合、航空機内の電波伝搬特性は現実的な時間で計算できるが、空港全域にわたる伝搬特性の計算は困難である。
【００２６】
以上に述べたように、レイトレース法とＦＤＴＤ法は概ね相反する特徴を有している。
そこで、それぞれの長所を組み合わせた解析手法も考えられる。例えば、上述した航空機内の伝搬を含む空港全域の電波伝搬特性を計算したい場合には、複雑な構造物が密集している航空機内部はＦＤＴＤ法で、航空機外部はレイトレース法で伝搬特性を解析する。こうすることによって、レイトレース法だけで全領域を計算するよりも、航空機内部の伝搬特性の計算精度を高めることが可能となる。
【００２７】
受信電力解析装置１０５が出力した計算結果１０５ａはディスプレイ１０６に伝送される。ディスプレイ１０６は、数値が羅列された計算結果データを、ユーザ３００が理解できる形式で表示する。表示形式は、ユーザ３００が理解できればどのような形式でも構わないが、例えばＭＡＴＬＡＢ（登録商標）のグラフィックス機能を使えば見栄えが良く、ユーザ３００による計算結果の理解がより容易になると考えられる。
【００２８】
このように、実施の形態１によれば、作業者一人が携帯端末一台を無線ネットワークシステム導入エリアに携行し、導入エリアの写真を撮影して、無線機受信電力を解析するための物理構造物の数値モデルを作成し、当該モデルと、携帯端末１００に具備されている受信電力解析装置１０５とを用いて、無線機の配置と受信電力の関係をその場で予測することができる。その結果、導入エリアにおける置局設計を短時間で効率的に行うことが可能となる。
【００２９】
以上説明したように実施の形態１の無線ネットワーク置局設計装置によれば、対象エリアの解析用数値モデルを作成し、解析用数値モデルを用いて対象エリアの電波伝搬特性を予測する無線ネットワーク置局設計装置であって、対象エリアを複数の方向から撮影した画像データと、画像データの撮影条件とから、対象エリアの構造物の特徴を抽出する画像処理装置と、構造物の特徴に基づいて、解析用数値モデルのデータを作成する解析用数値モデル作成装置と、解析用数値モデルのデータと、対象エリアに設置された無線機の電波放射条件と設置条件とを示す無線機条件から、電磁界解析を行って、対象エリアの電波伝搬特性を示す無線機の受信電力を計算する受信電力解析装置とを備えたので、携帯性に優れ、容易に対象エリアの電波伝搬特性を解析することができる。
【００３０】
また、実施の形態１の無線ネットワーク置局設計装置によれば、受信電力解析装置は、幾何光学的手法に基づくレイトレース法を用いて電磁界解析を行うようにしたので、広範囲なエリアの電波伝搬特性を現実的な時間で計算することができる。
【００３１】
また、実施の形態１の無線ネットワーク置局設計装置によれば、受信電力解析装置は、ＦＤＴＤ法を用いて電磁界解析を行うようにしたので、高精度な計算結果を得ることができる。
【００３２】
また、実施の形態１の無線ネットワーク置局設計装置によれば、受信電力解析装置は、幾何光学的手法に基づくレイトレース法とＦＤＴＤ法を併用して電磁界解析を行うようにしたので、計算時間と精度を考慮した電磁界解析を行うことができる。
【００３３】
また、実施の形態１の無線ネットワーク置局設計装置によれば、無線ネットワーク置局設計装置をタブレット型情報端末を用いて構成したので、携帯性に優れ、多くの人員を必要とせずに対象エリアの電波伝搬特性を解析することができる。
【００３４】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２の無線ネットワーク置局設計装置を示す構成図である。
図３において、携帯端末１００ａは、入力装置１０２〜ディスプレイ１０６を備え、これらの構成については、実施の形態１の携帯端末１００と同様である。即ち、実施の形態２における携帯端末１００ａは、実施の形態１の携帯端末１００においてデジタルカメラ１０１を省いた構成である。また、デジタルカメラ４００は、携帯端末１００ａとは独立した撮像装置であり、実施の形態１のデジタルカメラ１０１と同様に、導入エリアに存在する構造物２００（図１参照）といった物体の写真を撮影し、画像データ４００ａを出力する。
【００３５】
携帯端末の機種によっては、デジタルカメラが具備されていない場合や、解析用数値モデルデータを作成するにはデジタルカメラの性能が不十分である場合が考えられる。このような場合には、携帯端末１００ａと高性能なデジタルカメラ４００を各１台、導入エリアに携行し、デジタルカメラ４００で撮影した画像をＵＳＢケーブルなどによって携帯端末１００ａに伝送すればよい。尚、携帯端末１００ａにおける画像処理装置１０３〜ディスプレイ１０６の動作については実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００３６】
以上のように実施の形態２の無線ネットワーク置局設計装置では、携帯端末１００ａとは別にデジタルカメラ４００を備えたので、簡便性を損ねることなく、解析用数値モデル作成精度を向上させることが可能となる。
【００３７】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３の無線ネットワーク置局設計装置を実現する携帯端末１００ｂを示す構成図である。図中、デジタルカメラ１０１〜ディスプレイ１０６については、図２に示した実施の形態１の携帯端末１００と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。レンズ歪み補正装置１０７は、デジタルカメラ１０１における画像の歪みを補正する機能を有する装置であり、歪み補正を行った画像データ１０７ａを出力する。
【００３８】
レンズを介して撮影されたデジタルカメラ１０１の画像には、使用レンズに固有の歪みが生じている。解析用数値モデルの精度を向上させるためには、レンズによる撮像の歪みを補正する必要がある。本実施の形態では、デジタルカメラ１０１で撮影された画像データ１０１ａをレンズ歪み補正装置１０７に伝送し、デジタルカメラ１０１のレンズに固有の歪みを補正した画像データ１０７ａを画像処理装置１０３に伝送する。こうすることにより、解析用数値モデル作成精度を向上させることが可能となる。これ以外は実施の形態１の動作と同様である。
なお、実施の形態２のように外部のデジタルカメラを用いる場合、レンズ歪み補正機能を具備しているデジタルカメラを用いるならば、レンズ歪み補正装置１０７は不要である。
【００３９】
以上説明したように、実施の形態３の無線ネットワーク置局設計装置によれば、画像データを生成する撮像装置と、撮像装置における画像の歪みを補正する歪み補正装置とを備え、画像処理装置は、歪み補正装置で補正された画像データを用いて処理を行うようにしたので、解析用数値モデルの作成精度を向上させることができる。
【００４０】
実施の形態４．
図５は、実施の形態４の無線ネットワーク置局設計装置における解析用数値モデル作成装置１０４を示す構成図である。解析用数値モデル作成装置１０４に関する構成以外は実施の形態１〜３のいずれかと同様である。
図５に示すように、実施の形態４の解析用数値モデル作成装置１０４は、実施の形態１〜３の機能に加えて、不要エッジ除去装置１０４１、多面体近似装置１０４２、不要構造除去装置１０４３を備えている。また、入力装置１０２からは、曲面近似条件１０２ｃ、寸法閾値１０２ｄが解析用数値モデル作成装置１０４に入力されるよう構成されている。
【００４１】
カメラ撮影画像データから作成する解析用数値モデルには、色彩や濃淡などの画像認識度によって、実物は１つの平面であるのに、その平面内に不要な線が入り、多数の面としてモデル化される場合がある。これは、計算精度の向上には寄与せず、単に計算時間の増大を招く要因となる。従って、このような不要エッジは、解析用数値モデル作成工程において極力排除しておくのが望ましい。そこで、本実施の形態では、不要エッジ除去装置１０４１によって、隣接する２つの面の法線の成す角度が０に近い場合、両面と一つの面に統合するようにする。こうすることにより、解析用数値モデルの面数を削減でき、計算速度の高速化を図ることができる。
【００４２】
一方、例えば円柱状の柱の側面などは曲面であり、この曲面の曲率を考慮して電磁界解析を行った方が高精度な計算結果を得られることは自明である。しかしながら、解析アルゴリズムが複雑になり、計算時間が長くなる課題がある。計算時間を優先したい場合には、入力装置１０２から入力された曲面近似条件１０２ｃに基づき、多面体近似装置１０４２が曲面をいくつかの平面の集合として近似する。曲面近似条件１０２ｃとしては、例えば、曲面の曲率あるいは曲率半径と平面分割数との関係などをデータとして与えればよい。
【００４３】
近年のカメラ技術および写真計測技術の進歩により、カメラ画像からかなり高精度な３次元リアルモデルが生成できる。しかし、高精度であるが故に、不必要に構造物を形成する面の数が増大し、計算時間を著しく増大させる要因となる。例えば、構造物２００の大きさや構造物２００の表面に存在する凹凸の大きさが、伝搬特性を解析する周波数の波長に比べて十分小さい場合には、それらの存在が伝搬特性に与える影響は非常に小さく、無視しても実用上は差し支えない場合が多い。そこで、入力装置１０２から入力された寸法閾値以下の構造物２００と凹凸を、不要構造除去装置１０４３で除去する。こうすることにより、解析用数値モデルの面数を削減でき、計算速度の高速化を図ることができる。
【００４４】
以上説明したように、実施の形態４の無線ネットワーク置局設計装置によれば、解析用数値モデル作成装置は、解析用数値モデルとして、与えられた曲面近似条件に基づいて、対象エリアの構造物の曲面を多面体近似するようにしたので、計算速度の高速化を図ることができる。
【００４５】
また、実施の形態４の無線ネットワーク置局設計装置によれば、解析用数値モデル作成装置は、解析用数値モデルとして、設定された寸法以下の構造物及び面の凹凸を除去するようにしたので、計算速度の高速化を図ることができる。
【００４６】
また、実施の形態４の無線ネットワーク置局設計装置によれば、解析用数値モデル作成装置は、解析用数値モデルとして、隣接する２つの面の法線が設定値以内の場合は１つの面として統合するようにしたので、計算速度の高速化を図ることができる。
【００４７】
実施の形態５．
実施の形態１〜４では、デジタルカメラ１０１，４００で撮影した画像の画像処理、解析用数値モデルの生成、および数値モデルと電磁界解析理論を用いた受信電力の計算すべてを携帯端末１００，１００ａ，１００ｂで行っていた。しかしながら、これらの演算量が膨大になる場合には、携帯端末１００，１００ａ，１００ｂの演算処理能力では多くの計算時間がかかり、作業時間の増大を招く場合がある。本実施の形態では、この課題に対する対策を示す。
【００４８】
図６は、実施の形態５による無線ネットワーク置局設計システムを示す構成図である。
図示の無線ネットワーク置局設計システムは、携帯端末１００ｃ、コンピュータ５００、ネットワーク６００からなる。
【００４９】
携帯端末１００ｃは、実施の形態１〜４と同様のデジタルカメラ１０１、入力装置１０２、ディスプレイ１０６を有すると共に、変調装置１０８、送信装置１０９、アンテナ１１０、受信装置１１１、復調装置１１２を備えている。変調装置１０８は、デジタルカメラ１０１が撮影された画像データ１０１ａと入力装置１０２で入力された撮影条件１０２ａ及び無線機条件１０２ｂといった携帯端末１００ｃにおけるデジタルデータを変調する装置であり、送信装置１０９はこれをアンテナ１１０を介して無線送信する装置である。
受信装置１１１は、アンテナ１１０を介してデータ受信を行う装置であり、復調装置１１２は、受信装置１１１で受信されたデータの復調を行う装置である。なお、変調装置１０８〜復調装置１１２で、画像データ１０１ａと撮影条件１０２ａと無線機条件１０２ｂとをコンピュータ５００に送信すると共に、コンピュータ５００による計算結果を受信する送受信装置が構成されている。
【００５０】
コンピュータ５００は、ネットワーク６００を介して携帯端末１００ｃと相互に無線通信が可能な演算処理装置であり、画像処理装置１０３、解析用数値モデル作成装置１０４、受信電力解析装置１０５と共に、アンテナ５０１、受信装置５０２、復調装置５０３、変調装置５０４、送信装置５０５を備えている。画像処理装置１０３〜受信電力解析装置１０５については、実施の形態１〜４の画像処理装置１０３〜受信電力解析装置１０５と同様の機能を有しているため、ここでの説明は省略する。アンテナ５０１は、コンピュータ５００における送受信用のアンテナであり、ネットワーク６００との間で無線送受信を行う。受信装置５０２は、アンテナ５０１を介して携帯端末１００ｃからの送信データを受信する装置であり、復調装置５０３は、受信装置５０２で受信したデータを復調する装置である。変調装置５０４は受信電力解析装置１０５で解析された計算結果１０５ａを変調する装置であり、送信装置５０５は変調された計算結果１０５ａのデータをアンテナ５０１を介して携帯端末１００ｃに送信する装置である。なお、アンテナ５０１〜送信装置５０５で、携帯端末１００ｃから送信されたデータを受信すると共に、受信電力解析装置１０５の計算結果を携帯端末１００ｃに送信する送受信装置が構成されている。
ネットワーク６００は、インターネットといった、携帯端末１００ｃとコンピュータ５００間の通信を行うためのネットワークである。
【００５１】
次に、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムの動作について説明する。
先ず、携帯端末１００ｃでは、デジタルカメラ１０１にて撮影された画像データ１０１ａと、入力装置１０２で入力された撮影条件１０２ａおよび無線機条件１０２ｂのデジタルデータは、変調装置１０８に伝送され、所定の変調方式で変調される。変調された信号は、送信装置１０９に伝送された後、所定の周波数にアップコンバートされる。以下、この信号を変調信号と呼ぶ。変調信号は、携帯端末１００ｃに設置されたアンテナ１１０を介して空間に放射される。空間に放射された変調信号は、ネットワーク６００を介して、コンピュータ５００に設置されたアンテナ５０１で受信され、受信装置５０２に到達する。受信装置５０２は、受信した変調信号をダウンコンバートし、その信号を復調装置５０３に伝送する。復調装置５０３は、授受した信号から、画像データ１０１ａ、撮影条件１０２ａ及び無線機条件１０２ｂを復元し、画像データ１０１ａと撮影条件１０２ａについては画像処理装置１０３に伝送し、無線機条件１０２ｂについては受信電力解析装置１０５に伝送する。
【００５２】
画像処理装置１０３、解析用数値モデル作成装置１０４及び受信電力解析装置１０５は、実施の形態１〜４と同様の処理を行い、受信電力解析装置１０５は、計算結果１０５ａを変調装置５０４に伝送する。変調装置５０４は、受け取ったデータを所定の変調方式で変調する。変調装置５０４で変調された信号は、送信装置５０５に伝送された後、所定の周波数にアップコンバートされる。こうして生成された変調信号は、コンピュータ５００に設置されたアンテナ５０１を介して空間に放射される。空間に放射された変調信号は、ネットワーク６００を介して、携帯端末１００ｃに設置されたアンテナ１１０で受信され、受信装置１１１に到達する。受信装置１１１は、受信した変調信号をダウンコンバートし、その信号を復調装置１１２に伝送する。復調装置１１２は、授受した信号から、計算結果１０５ａのデータを復元し、ディスプレイ１０６はこれを表示する。
【００５３】
以上の形態とすることにより、一般に、携帯性が要求されないコンピュータ５００の演算処理能力は、携帯端末１００ｃの演算処理能力に比べて大幅に高めることが可能であるから、演算量が膨大となった場合でも、作業時間の増加量を最小限に抑えることが可能となる。
なお、上記例では、携帯端末１００ｃとして実施の形態１の構成としたが、これに限定されるものではなく、実施の形態２〜４のいずれかの構成を適用してもよい。但し、実施の形態３を適用する場合、レンズ歪み補正装置１０７については、携帯端末１００ｃとコンピュータ５００のどちらに設置してもよい。
【００５４】
以上説明したように、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、携帯端末と、演算処理装置とからなり、対象エリアの解析用数値モデルを作成し、解析用数値モデルを用いて対象エリアの電波伝搬特性を予測する無線ネットワーク置局設計システムであって、携帯端末は、対象エリアを複数の方向から撮影した画像データを生成する撮像装置と、画像データの撮影条件と、対象エリアに設置された無線機の電波放射条件と設置条件とを示す無線機条件とを入力する入力装置と、画像データと撮影条件と無線機条件とを演算処理装置に送信すると共に、演算処理装置による計算結果を受信する送受信装置と、送受信装置で受信した計算結果を表示する表示装置とを備え、演算処理装置は、画像データと撮影条件とから、対象エリアの構造物の特徴を抽出する画像処理装置と、構造物の特徴に基づいて、解析用数値モデルのデータを作成する解析用数値モデル作成装置と、解析用数値モデルのデータと無線機条件から、電磁界解析を行って、対象エリアの電波伝搬特性を示す無線機の受信電力を計算する受信電力解析装置と、携帯端末から送信されたデータを受信すると共に、受信電力解析装置の計算結果を携帯端末に送信する送受信装置とを備えたので、容易に対象エリアの電波伝搬特性を解析することができると共に、演算量が多い場合でも作業時間の増大を避けることができる。
【００５５】
また、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、撮像装置における画像の歪みを補正する歪み補正装置とを備え、画像処理装置は、歪み補正装置で補正された画像データを用いて処理を行うようにしたので、解析用数値モデルの作成精度を向上させることができる。
【００５６】
また、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、解析用数値モデル作成装置は、解析用数値モデルとして、与えられた曲面近似条件に基づいて、対象エリアの構造物の曲面を多面体近似するようにしたので、計算速度の高速化を図ることができる。
【００５７】
また、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、解析用数値モデル作成装置は、解析用数値モデルとして、設定された寸法以下の構造物及び面の凹凸を除去するようにしたので、計算速度の高速化を図ることができる。
【００５８】
また、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、解析用数値モデル作成装置は、解析用数値モデルとして、隣接する２つの面の法線が設定値以内の場合は１つの面として統合するようにしたので、計算速度の高速化を図ることができる。
【００５９】
また、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、受信電力解析装置は、幾何光学的手法に基づくレイトレース法を用いて電磁界解析を行うようにしたので、広範囲なエリアの電波伝搬特性を現実的な時間で計算することができる。
【００６０】
また、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、受信電力解析装置は、ＦＤＴＤ法を用いて電磁界解析を行うようにしたので、高精度な計算結果を得ることができる。
【００６１】
また、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、受信電力解析装置は、幾何光学的手法に基づくレイトレース法とＦＤＴＤ法を併用して電磁界解析を行うようにしたので、計算時間と精度を考慮した電磁界解析を行うことができる。
【００６２】
また、実施の形態５の無線ネットワーク置局設計システムによれば、携帯端末をタブレット型情報端末を用いて構成したので、携帯性に優れ、多くの人員を必要とせずに対象エリアの電波伝搬特性を解析することができる。
【００６３】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ  携帯端末、１０１，４００  デジタルカメラ、１０１ａ，１０７ａ，４００ａ  画像データ、１０２  入力装置、１０２ａ  撮影条件、１０２ｂ  無線機条件、１０２ｃ  曲面近似条件、１０２ｄ  寸法閾値、１０３  画像処理装置、１０３ａ  構造物特徴データ、１０４  解析用数値モデル作成装置、１０４ａ  数値モデルデータ、１０５  受信電力解析装置、１０５ａ  計算結果、１０６  ディスプレイ、１０７  レンズ歪み補正装置、１０８，５０４  変調装置、１０９，５０５  送信装置、１１０，５０１  アンテナ、１１１，５０２  受信装置、１１２，５０３  復調装置、２００  構造物、３００  ユーザ、５００  コンピュータ、６００  ネットワーク、１０４１  不要エッジ除去装置、１０４２  多面体近似装置、１０４３  不要構造除去装置。
【図１】
2015080061.tif 000003
【図２】
2015080061.tif 000004
【図３】
2015080061.tif 000005
【図４】
2015080061.tif 000006
【図５】
2015080061.tif 000007
【図６】
2015080061.tif 000008