(57)【要約】  地形が変化する地域において無線ネットワークの構築および維持を行う。  電波伝搬測定システムは、特定地域の表面の三次元形状を測定する形状測定部と、三次元形状の中の複数の位置の夫々を対象位置として指定する位置指定部と、特定周波数帯の無線信号である送信波を対象位置へ送信し反射波を受信し、送信波および反射波を比較することにより、比較の結果である反射強度を算出する送受信部と、対象位置および反射強度に基づいて、対象位置における電波の反射特性を算出する反射特性算出部と、複数の位置と複数の位置の反射特性とに基づいて、特定地域内の第１位置と特定地域内の第２位置との間の無線通信の品質を算出する品質算出部と、を備える。
2015029179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定地域の表面の三次元形状を測定する形状測定部と、
前記三次元形状の中の複数の位置の夫々を対象位置として指定する位置指定部と、
特定周波数帯の無線信号である送信波を前記対象位置へ送信し反射波を受信し、前記送信波および前記反射波を比較することにより、前記比較の結果である反射強度を算出する送受信部と、
前記対象位置および前記反射強度に基づいて、前記対象位置における電波の反射特性を算出する反射特性算出部と、
前記複数の位置と前記複数の位置の反射特性とに基づいて、前記特定地域内の第１位置と前記特定地域内の第２位置との間の無線通信の品質を算出する品質算出部と、
を備える電波伝搬測定システム。
【請求項２】
前記位置指定部は、前記対象位置の方向を算出し、
前記送受信部は、前記対象位置の方向に基づいて前記送信波の送信の方向を制御する、
請求項１に記載の電波伝搬測定システム。
【請求項３】
前記反射特性算出部は、前記対象位置および前記反射強度に基づいて、前記対象位置における電波の反射率を前記反射特性として算出する、
請求項２に記載の電波伝搬測定システム。
【請求項４】
前記品質算出部は、前記複数の位置および前記反射率に基づいて、前記第１位置と前記第２位置との間の電波伝搬による電波の減衰量を算出し、前記減衰量に基づいて前記品質を算出する、
請求項３に記載の電波伝搬測定システム。
【請求項５】
前記位置指定部は、前記三次元形状を複数の平面部分に分割し、前記複数の平面部分を前記複数の位置として指定する、
請求項４に記載の電波伝搬測定システム。
【請求項６】
前記形状測定部および前記送受信部による測定の位置を検出する位置検出部を更に備え、
前記反射特性算出部は、前記測定の位置の座標系に前記複数の位置を対応付ける、
請求項５に記載の電波伝搬測定システム。
【請求項７】
前記特定地域の三次元地図を示す地図データを記憶する記憶部を更に備え、
前記反射特性算出部は、前記複数の位置に基づいて前記地図データを更新する、
請求項６に記載の電波伝搬測定システム。
【請求項８】
前記品質算出部は、前記特定地域内の無線通信装置との無線通信のための無線通信アンテナの位置の複数の候補を記憶し、前記複数の候補の夫々を前記第１位置として選択し、前記複数の位置と前記複数の位置の反射特性とに基づいて、前記第１位置と前記第２位置との間の無線通信の品質を算出する、
請求項７に記載の電波伝搬測定システム。
【請求項９】
前記品質算出部は、前記複数の候補に対して算出された品質に基づいて、前記複数の候補の中から品質が所定の品質条件を満たす候補を選択する、
請求項８に記載の電波伝搬測定システム。
【請求項１０】
特定地域内の作業機械の運転の指示を出力する指示部と、
前記指示を無線送信する無線通信部と、
前記作業機械に搭載されており、前記指示を受信し前記指示に応じて前記作業機械を運転する運転部と、
前記作業機械に搭載されており、前記特定地域の表面の三次元形状を測定する形状測定部と、
前記作業機械に搭載されており、前記三次元形状の中の複数の位置の夫々を対象位置として指定する位置指定部と、
前記作業機械に搭載されており、前記対象位置へ特定周波数帯の無線信号である送信波を送信し反射波を受信し、前記送信波および前記反射波を比較することにより、前記比較の結果である反射強度を算出する送受信部と、
前記対象位置および前記反射強度に基づいて、前記対象位置における電波の反射特性を算出する反射特性算出部と、
前記複数の位置と前記複数の位置の反射特性とに基づいて、前記特定地域内の第１位置と前記特定地域内の第２位置との間の無線通信の品質を算出する品質算出部と、
を備える遠隔運転システム。
【請求項１１】
特定地域の表面の三次元形状を測定し、
前記三次元形状の中の複数の位置の夫々を対象位置として指定し、
前記対象位置へ特定周波数帯の無線信号である送信波を送信し反射波を受信し、
前記送信波および前記反射波を比較することにより、前記比較の結果である反射強度を算出し、
前記対象位置および前記反射強度に基づいて、前記対象位置における電波の反射特性を算出し、
前記複数の位置と前記複数の位置の反射特性とに基づいて、前記特定地域内の第１位置と前記特定地域内の第２位置との間の無線通信の品質を算出する、
ことを備える電波伝搬測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波伝搬を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
採鉱現場、鉱山などの広域の作業現場では、土砂運搬作業を行うための車両（作業機械）が用いられている。土砂運搬作業に際し、車両運転者の疲労などによる事故の回避や、省人化や、車両の稼働時間の長時間化などによる、生産性向上が検討されている。このような生産性向上のために、無人のダンプトラックやホイルローダや油圧ショベル等の重機を稼働させるための遠隔運転システムが開発されている。【０００３】
作業現場には、積込場、放土場、給油や整備を行う駐機場などの拠点がある。積込場においては、ダンプトラックへ土砂を積み込む作業が実施され、ホイルローダや油圧ショベル等の重機による掘削作業および積込作業が行われる。ダンプトラックは、積込場で搭載した土砂を、放土場で排出する。分別機械は、排出された土砂を鉱石や表土に分別する。【０００４】
遠隔運転システムは、これらの無人車両の遠隔操作および運行管理を行う。すなわち、遠隔運転システムは、採掘計画に従い、ホイルローダや油圧ショベルを指定された積込場へ移動させ、採掘制御による掘削作業を行わせる。また、遠隔運転システムは、ダンプトラックに対して、作業現場内の運行制御や、排土等の遠隔操作を行う。作業現場内の車両の全てが、無人車両とは限らない。システム側で認識できていれば、有人車両が混在してもよい。このような遠隔制御を行うためには、作業現場内における無線ネットワークの構築が必要となる。【０００５】
ここで必要な無線ネットワークは、例えば、数キロ四方の範囲で深さ数百メートルに及ぶ作業現場の中で、各車両と常時通信可能である。また、作業は、何もない状態から開始し、鉱石の埋蔵場所の事前調査結果に基づき、掘削計画を立て、徐々に掘削場所を変えて掘削を進めていく。そのため、作業中、時期により地形が大きく変化していく。このような作業場所に無線中継局（以下アクセスポイント：ＡＰと称す）を配置することにより、無線ネットワークが構築される。【０００６】
特許文献１では、車両に搭載されたカメラを用いて地形の計測を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、路面に対して電波を放射し、反射波の強度を測定することで非測定物の誘電率を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２１１４７３号公報
【特許文献２】特開２００７−５７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
広い地域に無線ネットワークを構築するために、その地域の電波伝搬の特性を把握することは困難である。特許文献１の技術は、周囲の形状を測定することは可能であるが、電気的特性を計測することはできない。特許文献２の技術は、非測定物の形状によって、測定誤差が大きくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様である電波伝搬測定システムは、特定地域の表面の三次元形状を測定する形状測定部と、三次元形状の中の複数の位置の夫々を対象位置として指定する位置指定部と、特定周波数帯の無線信号である送信波を対象位置へ送信し反射波を受信し、送信波および反射波を比較することにより、比較の結果である反射強度を算出する送受信部と、対象位置および反射強度に基づいて、対象位置における電波の反射特性を算出する反射特性算出部と、複数の位置と複数の位置の反射特性とに基づいて、特定地域内の第１位置と特定地域内の第２位置との間の無線通信の品質を算出する品質算出部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、地形が変化する地域において無線ネットワークの構築および維持を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の電波伝搬測定システムの構成を示す。
【図２】電波照射受信部１０１の構成を示す。
【図３】制御部１０３の構成を示す。
【図４】測定処理を示す。
【図５】分割物体と送信アンテナ２０５と受信アンテナ２０６の位置関係を示す。
【図６】照射方向と入射方向と反射方向と受信方向とを示す。
【図７】解析処理を示す。
【図８】実施例１の遠隔運転システムの構成を示す。
【図９】実施例２の対象分割物体群を示す。
【図１０】実施例３の電波伝搬測定システムの構成を示す。
【図１１】地図データの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００１３】
本実施例の電波伝搬測定システムは、特定地域内の無線ネットワークのＡＰの位置を決定する。特定地域内の対象物体に向けて配置され、対象物体の電波伝搬特性を測定する。なお、電波伝搬測定システムは、車両に搭載され、特定地域内を移動し、対象物体を変更しても良い。特定地域は、例えば鉱山である。対象物体は、特定地域内の地形を形成する。【００１４】
図１は、実施例１の電波伝搬測定システムの構成を示す。【００１５】
電波伝搬測定システム１００は、電波照射受信部１０１と、形状検出部１０２と、制御部１０３と、反射物体データ記憶部１０４と、アンテナ配置決定部１０５と、アンテナ配置データ記憶部１０６と、位置検出部１０７とを有する。【００１６】
形状検出部１０２は、３Ｄ画像カメラやレーザーレンジスキャナ等の三次元距離センサであり、対象物体の表面の三次元形状を計測し、計測された三次元形状を示す三次元座標点列データを制御部１０３へ出力する。このときの座標系は、形状検出部１０２と制御部１０３の座標系が同一になるように予めキャリブレーションによって合わせておけばよい。電波照射受信部１０１と制御部１０３の座標系についても同様である。【００１７】
位置検出部１０７は、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）受信機などであり、電波伝搬測定システム１００の位置を検出し位置データとして出力する。なお、位置検出部１０７は、ＡＰとの無線通信に基づいて電波伝搬測定システム１００の位置を検出しても良い。【００１８】
反射物体データ記憶部１０４およびアンテナ配置データ記憶部１０６は、物理的に別の記憶装置でもよいし、物理的に一つの記憶装置でもよい。【００１９】
制御部１０３およびアンテナ配置決定部１０５は、例えばコンピュータである。コンピュータは、プログラム及びデータを格納するメモリと、メモリに接続されたマイクロプロセッサとを有する。このプログラムは、マイクロプロセッサを制御部１０３として機能させるプログラムや、アンテナ配置決定部１０５として機能させるプログラムである。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に格納されても良く、その媒体からコンピュータにより読み出されても良い。制御部１０３およびアンテナ配置決定部１０５は、一つのコンピュータであっても良いし、互いに異なるコンピュータであっても良い。【００２０】
図２は、電波照射受信部１０１の構成を示す。【００２１】
電波照射受信部１０１は、周波数チューニング部２０１と、アンプ２０２と、距離方向調節部２０４と、送信アンテナ２０５と、受信アンテナ２０６と、距離方向調節部２０７と、アンプ２０８と、信号比較部２０９と、反射強度検出部２１０とを有する。【００２２】
周波数チューニング部２０１は、指定された周波数の送信信号を生成する。送信信号は、アンプ２０２と信号比較部２０９へ分岐する。アンプ２０２は、送信信号を増幅する。距離方向調節部２０４は、送信アンテナ２０５の指向性を、制御部１０３により指定された方向に調節する。送信アンテナ２０５は、増幅された送信信号を無線信号として送信する。これにより、送信アンテナ２０５は、指定された方向へ送信波のビームを照射することができる。また、電波伝搬測定システム１００の位置から複数の位置へ送信波のビームを照射することができる。【００２３】
受信アンテナ２０６は、対象物体によって反射された無線信号を受信する。距離方向調節部２０７は、距離方向調節部２０４と同期して受信アンテナ２０６の指向性を制御部１０３により指定された方向に調節する。これにより、受信アンテナ２０６は、対象物体からの反射波を効率よく受信することができる。アンプ２０８は、受信アンテナ２０６により受信された信号を増幅し受信信号として出力する。【００２４】
送信アンテナ２０５および受信アンテナ２０６は、一つのアンテナであっても良い。送信アンテナ２０５および受信アンテナ２０６は、指向性の方向を制御可能なアンテナである。例えば、送信アンテナ２０５および受信アンテナ２０６が複数のアンテナ素子を有するアダプティブアレイアンテナであり、距離方向調節部２０４、２０７が複数のアンテナ素子の位相を調整する位相振幅調整回路であってもよい。また、送信アンテナ２０５および受信アンテナ２０６がホーンアンテナであり、距離方向調節部２０４、２０７がホーンアンテナを支持する台座を回転させるステッピングモータであってもよい。【００２５】
信号比較部２０９は、送信信号および受信信号を入力され、送信信号に対する受信信号の相対振幅および位相を出力する。例えば、信号比較部２０９は、送信信号をダウンコンバートして２分岐して第１送信信号及び第２送信信号とし、受信信号をダウンコンバートして２分岐して、一方を第１受信信号とし、他方を９０度移送して第２受信信号とする。更に信号比較部２０９は、第１送信信号と第１受信信号をミキシングし、ローパスフィルタを通すことにより、同相成分であるＩ成分を出力し、第２送信信号と第２受信信号をミキシングし、ローパスフィルタを通すことにより、直交成分であるＱ成分を出力する。【００２６】
反射強度検出部２１０は、Ａ／Ｄ（Analog  to  Digital）変換回路を含み、信号比較部２０９の出力をデジタル信号に変換し、複素反射強度とする。複素反射強度はＩ成分及びＱ成分を含む。更に反射強度検出部２１０は、複素反射強度から反射強度および反射位相を算出して制御部１０３へ出力する。反射強度は、距離による減衰量と、反射による減衰量とを含む。【００２７】
このような構成により、電波照射受信部１０１は、制御部１０３により指定された方向の対象物体へ電波を照射し、対象物体からの反射波を受信し、反射強度および反射位相の検出が可能である。【００２８】
図３は、制御部１０３の構成を示す。【００２９】
制御部１０３は、方向決定部７０１と、反射特性算出部７０２と、反射物体データ生成部７０３とを有する。【００３０】
方向決定部７０１は、形状検出部１０２から三次元座標点列データを取得し、三次元座標点列データにより表されている形状を分割し、分割された形状を示す分割物体を決定し、分割物体データとして出力する。更に方向決定部７０１は、夫々の分割物体の距離および方向を算出し、方向距離データとして出力する。更に方向決定部７０１は、算出された方向へ電波を照射する照射指示を電波照射受信部１０１へ出力する。【００３１】
反射特性算出部７０２は、方向決定部７０１から方向距離データを取得し、電波照射受信部１０１から受信結果に基づく反射強度を取得し、方向距離データおよび反射強度に基づいて対象物体の反射特性を算出し材質データとして出力する。【００３２】
反射物体データ生成部７０３は、位置検出部１０７からの位置データにおける特定地域の全体の座標系に、対象物体表面の位置の三次元座標をマッピングし、地形を示す三次元座標と材質データとを対応付けて反射物体データを生成し、反射物体データ記憶部１０４へ保存する。【００３３】
図４は、測定処理を示す。【００３４】
制御部１０３は、通信による指示、またはユーザから制御部１０３への入力に応じて、測定処理を実行する。また、制御部１０３は、電波伝搬測定システム１００の位置の変化に応じて測定処理を繰り返す。【００３５】
ステップＳ３０２において方向決定部７０１は、形状検出部１０２により生成された三次元座標点列データを取得する。制御部１０３と形状検出部１０２の間は、データバスや、シリアル信号等、データ転送可能な有線の通信路により接続されている。なお、制御部１０３と形状検出部１０２の間は、無線通信により接続されてもよい。【００３６】
ステップＳ３０３において方向決定部７０１は、得られた三次元座標点列データから、三次元のポリゴンデータである形状データを生成する。三次元座標点列データから三次元のポリゴンデータに変換する手法として、ＲＡＮＳＡＣ（ＲＡＮｄｏｍ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ）法や、ＬＭｅｄＳ（最小メディアン）法など、ロバストに平面領域を抽出する手法が利用可能である。【００３７】
ステップＳ３０４において方向決定部７０１は、形状データを、所定の分割サイズＤの大きさの平面の部分（メッシュ）である分割物体に分割し、分割物体の位置を示す分割物体データを生成する。【００３８】
図５は、分割物体と送信アンテナ２０５と受信アンテナ２０６の位置関係を示す。この図における分割物体データ４０１は、分割物体をｘ、ｙ、ｚ座標で表す。送信アンテナ２０５から分割物体へ照射された電波は、送信アンテナ２０５の指向特性と分割物体までの距離とに応じて、対象物体の表面における広がり４０２を有する。分割サイズＤは、この広がり４０２より大きい。送信アンテナ２０５の指向特性による電波の広がり角度がθであり、送信アンテナ２０５から対象分割物体までの距離がＬであるとき、分割サイズＤは、次式により決定される。【００３９】
Ｄ＝２Ｌ・ｃｏｔθ  …  （１）【００４０】
ステップＳ３０５において方向決定部７０１は、複数の分割物体の中から各要素を対象分割物体５０１として順次選択し、選択された対象分割物体５０１に対して、ステップＳ３０６からＳ３１１までの処理を実行する。【００４１】
ステップＳ３０６において方向決定部７０１は、対象分割物体５０１の法線方向に基づいて、送信アンテナ２０５から対象分割物体５０１への電波の照射方向と、対象分割物体５０１への電波の入射方向と、対象分割物体５０１からの電波の反射方向と、対象分割物体５０１から受信アンテナ２０６への電波の受信方向とを算出する。【００４２】
図６は、照射方向と入射方向と反射方向と受信方向とを示す。【００４３】
照射方向（θｔ，φｔ）と入射方向（θｉ，φｉ）と反射方向（θｓ，φｓ）と受信方向（θｒ，φｒ）との夫々は、送信アンテナ２０５と対象分割物体５０１と受信アンテナ２０６との局所的な座標系で定義される角度により表される。【００４４】
ステップＳ３０７において方向決定部７０１は、算出された照射方向および受信方向に基づき、送信アンテナ２０５と受信アンテナ２０６の方向を含む方向指示を電波照射受信部１０１へ出力する。電波照射受信部１０１は、方向指示に従って、照射方向および受信方向を変更する。【００４５】
ステップＳ３０８において反射特性算出部７０２は、送信アンテナ２０５から対象分割物体５０１を経て受信アンテナ２０６へ到達するまでの距離による減衰を示す基準減衰量を算出する。言い換えれば、基準減衰量は、対象分割物体５０１が完全導体である場合の、送信波の強度に対する反射波の強度の減衰を示す。【００４６】
ステップＳ３０９において方向決定部７０１は、電波照射受信部１０１に対し電波の照射を指示する。この指示は、電波の周波数や出力などを含んでも良い。電波照射受信部１０１は、この指示に応じて対象分割物体５０１へ無線信号の送信波を照射し、対象分割物体５０１からの反射波を受信し、送信波の強度に対する反射波の強度を示す反射強度を算出する。これにより、反射特性算出部７０２は、電波照射受信部１０１から反射強度を取得する。【００４７】
ステップＳ３１０において反射特性算出部７０２は、反射強度から距離補正量を減ずることにより、対象分割物体５０１の反射率を算出して材質データとする。対象分割物体５０１の反射率は、対象分割物体５０１へ入射した電波の強度に対する反射した電波の強度の比であり、対象分割物体５０１の材質に依存する。反射特性算出部７０２は、反射による位相の変化量や、複素反射率などの反射特性を算出しても良い。【００４８】
ステップＳ３１１において反射物体データ生成部７０３は、分割物体データを位置データにマッピングし、マッピングされた分割物体データと材質データとを対応付けた反射物体データを生成し反射物体データ記憶部１０４に保存する。反射物体データは、分割物体の座標点のｘ座標およびｙ座標と、当該分割物体の高さと、当該分割物体の反射率とを有する。【００４９】
以上が測定処理である。測定処理は、形状検出部１０２および電波照射受信部１０１の両方の検出可能範囲の対象物体に対して行われる。検出可能範囲は、形状検出部１０２における三次元距離センサの距離検出性能や、電波照射受信部１０１により使用される周波数における電波の出力等によって異なる。特定地域内で電波伝搬測定システム１００を移動させ、対象物体を変更して測定処理を行うことにより、電波伝搬測定システム１００が特定地域の全体における反射物体データを生成し、蓄積しても良い。測定処理によれば、特定地域の地形や電波反射特性を測定することができる。対象物体の三次元形状を複数の平面部分である分割物体に分割することにより、分割物体毎の反射率を測定することができる。分割物体毎の反射率を算出することにより、特定地域内の電波伝搬による減衰量を算出することができる。分割物体データを位置データにマッピングすることにより、特定地域全体の地形を生成することができ、特定地域全体の反射特性の分布を生成することができる。【００５０】
アンテナ配置決定部１０５は、反射物体データ記憶部１０４に蓄積された特定地域の全体の反射物体データを取得し、特定地域内の無線ネットワークを構築するためのＡＰアンテナの位置を決定し、アンテナ配置データとしてアンテナ配置データ記憶部１０６へ保存する。ここでアンテナ配置決定部１０５は、所定の通信エリアにおける無線ネットワークの通信品質が所定の条件を満たすようにＡＰアンテナの位置を決定する。ここで、通信エリアは、例えば、特定地域の内で無線通信が必要なエリアである。通信エリア内の無線通信端末は、ＡＰとの無線通信を行うことにより、無線ネットワークにより接続する。通信品質は、例えば、通信エリア内の無線通信端末とＡＰの間に必要な所要受信電力、ノイズ対雑音比、通信ビットレート、通信チャンネル容量等の指標により表される。【００５１】
アンテナ配置決定部１０５は、所定の通信エリア要求条件を満たすアンテナ配置を選択する。例えばアンテナ配置決定部１０５は、指標が所定の指標閾値以上となる通信可能面積を算出する。例えば通信エリア要求条件は、通信エリアの面積に対する通信可能面積の比率が所定の比率以上となることである。アンテナ配置決定部１０５は、ＡＰアンテナ数や、アンテナ設置可能な箇所の条件を考慮することで、コストや実現性を満たすアンテナ配置を選択する。アンテナ配置決定部１０５は、複数のＡＰアンテナ位置候補を記憶し、複数のＡＰアンテナ位置候補の中から幾つかの対象ＡＰアンテナ位置候補を選択し、反射物体データに基づいて、対象ＡＰアンテナ位置候補と通信エリアの間の電波伝搬解析を行い、通信エリア要求条件を満たしているか否かを判断する。【００５２】
アンテナ配置決定部１０５は、現場の地形および電波の反射波を計測して得られた反射物体データを用いて電波伝搬解析を行うことにより、ＡＰアンテナ位置候補と通信エリア内の任意の位置との間の電波伝搬状態を精度よく解析することが可能となる。【００５３】
また、ＡＰアンテナ位置候補の数が多い場合、膨大な組合せテストが必要となるため、アンテナ配置決定部１０５は、遺伝的アルゴリズムや、線形計画法、シンプレックス法等の最適解の探索手法を用いてＡＰアンテナ位置を決定しても良い。【００５４】
図７は、解析処理を示す。【００５５】
アンテナ配置決定部１０５は、測定処理の後に解析処理を実行する。【００５６】
ステップＳ６０２において、アンテナ配置決定部１０５は、通信エリア要求条件を取得する。通信エリア要求条件は、例えば特定地域内で通信が必要な領域である一つ以上の通信エリアの範囲の指定と、各通信エリアにおいて必要な通信品質の指標閾値の組み合わせである。【００５７】
アンテナ配置決定部１０５は、ユーザからの入力により通信エリア要求条件を受け付けても良い。通信エリア要求条件は、反射物体データ記憶部１０４に保存されていても良い。【００５８】
ステップＳ６０３において、アンテナ配置決定部１０５は、反射物体データ記憶部１０４から反射物体データを取得する。【００５９】
ステップＳ６０４において、アンテナ配置決定部１０５は、予め記憶されたＡＰアンテナ位置候補集合を取得する。ＡＰアンテナ位置候補集合とは、ＡＰアンテナを配置できる座標点の集合である。アンテナ配置決定部１０５は、ユーザからの入力に基づいてＡＰアンテナ位置候補集合を取得しても良い。ＡＰアンテナ位置候補集合は、反射物体データ記憶部１０４に保存されていても良い。【００６０】
ステップＳ６０５においてアンテナ配置決定部１０５は、ＡＰアンテナ位置候補集合の中から各要素をＡＰアンテナ位置候補ｐとして順次選択し、選択されたＡＰアンテナ位置候補ｐに対して、ステップＳ６０６およびＳ６０７を実行する。【００６１】
ステップＳ６０６においてアンテナ配置決定部１０５は、反射物体データとＡＰアンテナ位置候補ｐに基づいて電波伝搬解析を行うことにより、点ｐにＡＰアンテナを配置した場合にどのように電波が伝搬するかを解析する。アンテナ配置決定部１０５は、電波伝搬解析において、レイトレーシング法や、ＦＤＴＤ（Finite-difference  time-domain  method）法等の電磁界解析手法を用いることができる。解析結果は、例えば、特定地域内に所定間隔に配置された点群において、ＡＰアンテナからの電波を受信した場合にどれだけの受信電力を得られるかを示す通信品質を出力する。例えば、電波伝搬解析において、反射位置を特定し、反射物体データにおいて反射位置に対応する反射率を用いることにより、ＡＰアンテナからの電波の減衰量を算出することができる。なお、アンテナ配置決定部１０５は、ＡＰアンテナと通信エリア内の特定の位置との間の電波伝搬特性を解析しても良い。なお、電波伝搬解析は、変復調や誤り訂正など、ＡＰの無線通信方式を用いて解析することにより、通信エリア内の各位置の誤り率などの通信品質を算出しても良い。【００６２】
ステップＳ６０７においてアンテナ配置決定部１０５は、解析結果をｐに対応付けてアンテナ配置データ記憶部１０６に保持する。全てのＡＰアンテナ位置候補に対してステップＳ６０６およびＳ６０７を繰り返すことにより、アンテナ配置決定部１０５は、全てのＡＰアンテナ位置候補に対する解析結果をアンテナ配置データ記憶部１０６に保存する。【００６３】
ステップＳ６０８においてアンテナ配置決定部１０５は、ＡＰアンテナ位置候補集合からＡＰアンテナ位置候補を選択し、ＡＰアンテナ位置候補の解析結果が通信エリア要求条件を満たすまで、ステップＳ６０９からＳ６１１までの処理を繰り返し実行する。【００６４】
ステップＳ６０９においてアンテナ配置決定部１０５は、ＡＰアンテナ位置候補集合から、一つ以上のＡＰアンテナ位置候補を選択する。選択されたＡＰアンテナ位置候補の部分集合は、ＡＰアンテナの配置を表す。アンテナ配置決定部１０５は、部分集合の選択において、種々の最適解探索アルゴリズムを適用することで、探索の繰り返し数を削減することが可能となる。【００６５】
ステップＳ６１０においてアンテナ配置決定部１０５は、選択されたＡＰアンテナ位置候補に対応する解析結果を反射物体データ記憶部１０４から取得する。【００６６】
ステップＳ６１１においてアンテナ配置決定部１０５は、解析結果が通信エリア要求条件を満たすか否かを評価する。ここで、解析結果が通信エリア要求条件を満たす場合、アンテナ配置決定部１０５は、ステップＳ６０８による繰り返しを終了し、処理をステップＳ６１２へ移行させる。【００６７】
ステップＳ６１２においてアンテナ配置決定部１０５は、通信エリア要求条件を満たすと判定されたＡＰアンテナ位置候補をアンテナ配置決定部１０５へ保存する。【００６８】
以上が解析処理である。【００６９】
この処理によれば、通信エリア内の実際の地形や材質に基づいて最適なアンテナ配置を決定することが可能となる。また、ＡＰアンテナの位置の複数の候補について、電波伝搬を解析することにより、複数の候補を比較することができる。また、複数の候補の中から通信エリア要求を満たす候補を選択することにより、容易に無線ネットワークの構築および維持を行うことができる。【００７０】
以下、本実施例の電波伝搬測定システムを適用した遠隔運転システムについて説明する。【００７１】
図８は、実施例１の遠隔運転システムの構成を示す。【００７２】
遠隔運転システムは、指示装置８０１と、複数のＡＰ８０２と、複数の車両８０３とを有する。指示装置８０１は、有線または無線のネットワーク８０４を介して複数のＡＰ８０２に接続されている。車両８０３は、例えば、鉱山における作業機械である。【００７３】
車両８０３は、運転装置８１１と、電波伝搬測定システム１００とを有する。運転装置８１１は、無線通信によりＡＰ８０２に接続する。指示装置８０１は、ＡＰ８０２を介して運転装置８１１と通信することにより、運転装置８１１へ指示を送信する。運転装置８１１は、ＡＰ８０２を介して、指示装置８０１と通信を行い、指示装置８０１からの指示に従って、車両８０３を運転する。【００７４】
ＡＰ８０２が無線通信できる車両８０３の位置の範囲（サービスエリア）を通信エリアと呼ぶ。通信エリアは例えば、鉱山において車両８０３が移動する領域である。ＡＰ８０２のアンテナを配置するためのＡＰアンテナ位置候補は、例えば、遠隔運転システムの作業機械が移動する場所でなく、且つ掘削予定の場所でもなく、且つＡＰアンテナを配置するためのスペースが存在する場所である。電波伝搬測定システム１００は、車両８０３以外の作業機械に搭載されていても良い。【００７５】
なお、電波伝搬測定システム１００は、反射物体データ記憶部１０４と、アンテナ配置決定部１０５と、アンテナ配置データ記憶部１０６とを有していなくても良い。この場合、指示装置８０１など、電波伝搬測定システム１００と通信可能な装置が、反射物体データ記憶部１０４と、アンテナ配置決定部１０５と、アンテナ配置データ記憶部１０６を有する。電波伝搬測定システム１００は、指示装置８０１からの指示に従って測定処理を実行し、反射物体データを算出し、指示装置８０１へ送信する。指示装置８０１内のアンテナ配置決定部１０５は、電波伝搬測定システム１００から受信した反射物体データを反射物体データ記憶部１０４へ保存し、解析処理を実行する。【００７６】
この遠隔運転システムによれば、車両８０３による掘削作業などで特定地域内の地形が変化した場合、その車両８０３が、反射物体データを測定することができる。これにより、アンテナ配置決定部１０５が地形の変化に応じてＡＰ８０２のアンテナの配置を決定し、通信エリア要求条件を満たす無線ネットワークを構築し維持することができる。
【実施例２】
【００７７】
本実施例の電波伝搬測定システムは、複数の分割物体からの散乱電磁波を考慮して反射率を算出する。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。【００７８】
図９は、実施例２の対象分割物体群の構成を示す。【００７９】
本実施例の測定処理のステップＳ３０８において反射特性算出部７０２は、送信アンテナ２０５から、対象分割物体５０１を含む対象分割物体群５０２を経て受信アンテナ２０６へ到達するまでの減衰を示す基準減衰量を算出する。対象分割物体群５０２は、対象分割物体５０１を中心とする所定の大きさＡの範囲内に位置する分割物体である。大きさＡは例えば、無線信号の波長に予め設定された整数を乗じた値である。本実施例における反射波は、対象分割物体群５０２からの散乱波を含む。基準減衰量は、対象分割物体５０１を完全導体と仮定した場合の、送信波の強度に対し、反射波の強度の減衰を示す。反射特性算出部７０２は、散乱電磁波の計算方法として、ＵＴＤ（Uniform  Theory  of  Diffraction）や、ＦＤＴＤ（Finite  Difference  Time  Domain）法、有限要素法、モーメント法等を用いる。反射特性算出部７０２は、反射強度から基準減衰量を減ずることにより、反射率を算出する。【００８０】
本実施例の測定処理によれば、対象分割物体群５０２の形状に基づいて反射率を算出することにより、反射率の算出の精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００８１】
本実施例の電波伝搬測定システムは、反射物体データに基づいて地図データを更新する。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。【００８２】
図１０は、実施例３の電波伝搬測定システムの構成を示す。【００８３】
本実施例の電波伝搬測定システム１００は、新たに地図データ記憶部８２１を有する。【００８４】
地図データ記憶部８２１は、地図データを格納する。地図データは、特定地域内の地形をあらわすデータであり、例えば、緯度および経度の座標系により表される平面上の１０ｍ間隔のメッシュにおける座標点の位置と、その座標点における標高とを含む。地図データの座標系と反射物体データの座標系とを一致していない場合、一致するように何れかの座標系が変換される。【００８５】
図１１は、地図データの一例を示す。【００８６】
地図データの各行は一つの座標点のエントリを表す。各エントリは、座標点を識別するために割り振られるＩＤである座標点番号９０１と、当該座標点のｘ座標９０２と、当該座標点のｙ座標９０３と、当該座標点のｚ座標である標高９０４とを有する。【００８７】
反射物体データ生成部７０３は、反射物体データの座標点を地図データの座標点にマッピングする。ここで反射物体データ生成部７０３は、地図データの座標点が、反射物体データの複数の座標点の間にある場合、反射物体データを補間する。これにより、反射物体データ生成部７０３は、反射物体データに表された地形に基づいて地図データ内の標高を更新する。本実施例によれば、測定処理により測定された地形を地図データに反映することができる。【００８８】
以上の複数の実施例が組み合わせられても良い。【００８９】
以上の実施例で説明された技術は、次のように表現することもできる。
（表現１）
特定地域の表面の三次元形状を測定する形状測定部と、
前記三次元形状の中の複数の位置の夫々を対象位置として指定する位置指定部と、
特定周波数帯の無線信号である送信波を前記対象位置へ送信し反射波を受信し、前記送信波および前記反射波を比較することにより、前記比較の結果である反射強度を算出する送受信部と、
前記対象位置および前記反射強度に基づいて、前記対象位置における電波の反射特性を算出する反射特性算出部と、
前記複数の位置と前記複数の位置の反射特性とに基づいて、前記特定地域内の第１位置と前記特定地域内の第２位置との間の無線通信の品質を算出する品質算出部と、
を備える電波伝搬測定システム。
（表現２）
前記位置指定部は、前記対象位置の方向を算出し、
前記送受信部は、前記対象位置の方向に基づいて前記送信波の送信の方向を制御する、
表現１に記載の電波伝搬測定システム。
（表現３）
前記反射特性算出部は、前記対象位置および前記反射強度に基づいて、前記対象位置における電波の反射率を前記反射特性として算出する、
表現２に記載の電波伝搬測定システム。
（表現４）
前記品質算出部は、前記複数の位置および前記反射率に基づいて、前記第１位置と前記第２位置との間の電波伝搬による電波の減衰量を算出し、前記減衰量に基づいて前記品質を算出する、
表現３に記載の電波伝搬測定システム。
（表現５）
前記位置指定部は、前記三次元形状を複数の平面部分に分割し、前記複数の平面部分を前記複数の位置として指定する、
表現４に記載の電波伝搬測定システム。
（表現６）
前記形状測定部および前記送受信部による測定の位置を検出する位置検出部を更に備え、
前記反射特性算出部は、前記測定の位置の座標系に前記複数の位置を対応付ける、
表現５に記載の電波伝搬測定システム。
（表現７）
前記特定地域の三次元地図を示す地図データを記憶する記憶部を更に備え、
前記反射特性算出部は、前記複数の位置に基づいて前記地図データを更新する、
表現６に記載の電波伝搬測定システム。
（表現８）
前記品質算出部は、前記特定地域内の無線通信装置との無線通信のための無線通信アンテナの位置の複数の候補を記憶し、前記複数の候補の夫々を前記第１位置として選択し、前記複数の位置と前記複数の位置の反射特性とに基づいて、前記第１位置と前記第２位置との間の無線通信の品質を算出する、
表現７に記載の電波伝搬測定システム。
（表現９）
前記品質算出部は、前記複数の候補に対して算出された品質に基づいて、前記複数の候補の中から品質が所定の品質条件を満たす候補を選択する、
表現８に記載の電波伝搬測定システム。
（表現１０）
特定地域内の作業機械の運転の指示を出力する指示部と、
前記指示を無線送信する無線通信部と、
前記作業機械に搭載されており、前記指示を受信し前記指示に応じて前記作業機械を運転する運転部と、
前記作業機械に搭載されており、前記特定地域の表面の三次元形状を測定する形状測定部と、
前記作業機械に搭載されており、前記三次元形状の中の複数の位置の夫々を対象位置として指定する位置指定部と、
前記作業機械に搭載されており、前記対象位置へ特定周波数帯の無線信号である送信波を送信し反射波を受信し、前記送信波および前記反射波を比較することにより、前記比較の結果である反射強度を算出する送受信部と、
前記対象位置および前記反射強度に基づいて、前記対象位置における電波の反射特性を算出する反射特性算出部と、
前記複数の位置と前記複数の位置の反射特性とに基づいて、前記特定地域内の第１位置と前記特定地域内の第２位置との間の無線通信の品質を算出する品質算出部と、
を備える遠隔運転システム。
（表現１１）
特定地域の表面の三次元形状を測定し、
前記三次元形状の中の複数の位置の夫々を対象位置として指定し、
前記対象位置へ特定周波数帯の無線信号である送信波を送信し反射波を受信し、
前記送信波および前記反射波を比較することにより、前記比較の結果である反射強度を算出し、
前記対象位置および前記反射強度に基づいて、前記対象位置における電波の反射特性を算出し、
前記複数の位置と前記複数の位置の反射特性とに基づいて、前記特定地域内の第１位置と前記特定地域内の第２位置との間の無線通信の品質を算出する、
ことを備える電波伝搬測定方法。【００９０】
以上の表現における用語について説明する。形状測定部は、形状検出部１０２などに対応する。位置指定部は、方向決定部７０１などに対応する。送受信部は、電波照射受信部１０１などに対応する。品質算出部は、アンテナ配置決定部１０５などに対応する。記憶部は、地図データ記憶部８２１などに対応する。指示部は、指示装置８０１などに対応する。無線通信部は、ＡＰ８０２などに対応する。運転部は、運転装置８０１などに対応する。第１位置は、ＡＰアンテナ位置候補などに対応する。第２位置は、通信エリア内の位置などに対応する。【００９１】
本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、その趣旨から逸脱しない範囲で、他の様々な形に変更することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１００：電波伝搬測定システム、  １０１：電波照射受信部、  １０２：形状検出部、  １０３：制御部、  １０４：反射物体データ記憶部、  １０５：アンテナ配置決定部、  １０６：アンテナ配置データ記憶部、  １０７：位置検出部、  ２０１：周波数チューニング部、  ２０２：アンプ、  ２０４：距離方向調節部、  ２０５：送信アンテナ、  ２０６：受信アンテナ、  ２０７：距離方向調節部、  ２０８：アンプ、  ２０９：信号比較部、  ２１０：反射強度検出部、  ４０１：分割物体データ、  ５０１：対象分割物体、  ５０２：対象分割物体群、  ７０１：方向決定部、  ７０２：反射特性算出部、  ７０３、７０３ｂ：反射物体データ生成部、  ８０１：指示装置、  ８０３：車両、  ８０４：ネットワーク、  ８１１：運転装置、  ８２１：地図データ記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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