(57)【要約】【課題】  高精度な位置検知が要求される様々なシステムの基盤技術となり得る位置検知システムを提供する。【解決手段】  少なくとも一つのＧＰＳ受信機と、位置検知の対象としてのＩＣタグと、を備える位置検知システムが提供される。少なくとも一つのＧＰＳ受信機は、さらに、ＩＣタグとの間で信号の送受信を行うことにより、信号の到達時間による距離測定を行う測定手段を有する。少なくとも１つのＧＰＳ受信機においてＧＰＳ測位により算出される絶対位置情報と、少なくとも一つのＧＰＳ受信機において測定手段により測定される、少なくとも一つのＧＰＳ受信機とＩＣタグとの間の距離情報とに基づいて、ＩＣタグの位置を決定する。【選択図】  図１
2005164361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのＧＰＳ受信機と、
位置検知の対象としてのＩＣタグと、を備える位置検知システムであって、
前記少なくとも一つのＧＰＳ受信機は、さらに、前記ＩＣタグとの間で信号の送受信を行うことにより前記信号の到達時間による距離測定を行う測定手段を有し、
前記少なくとも１つのＧＰＳ受信機においてＧＰＳ測位により算出される絶対位置情報と、前記少なくとも一つのＧＰＳ受信機において前記測定手段により測定される、前記少なくとも一つのＧＰＳ受信機と前記ＩＣタグとの間の距離情報と、に基づいて前記ＩＣタグの位置を決定すること、を特徴とする位置検知システム。
【請求項２】
前記少なくとも一つのＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ受信機からなり、
前記複数のＧＰＳ受信機のそれぞれは、互いに情報を相互通信するための通信手段をさらに有し、
前記複数のＧＰＳ受信機でそれぞれ得られた、絶対位置情報と、前記ＩＣタグとの間の距離情報とは、前記通信手段を介して前記複数のＧＰＳ受信機のうちの一つに集められ、当該一つのＧＰＳ受信機において前記ＩＣタグの位置が決定されること、を特徴とする請求項１に記載の位置検知システム。
【請求項３】
前記少なくとも一つのＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ受信機からなり、
前記複数のＧＰＳ受信機のそれぞれは、互いに情報を相互通信するための第１の通信手段をさらに有し、
前記複数のＧＰＳ受信機のうちの少なくとも一つはセンタシステムと通信する為の第２の通信手段を有し、
前記複数のＧＰＳ受信機でそれぞれ得られた、絶対位置情報と、前記ＩＣタグとの間の距離情報とは、前記第１の通信手段を介して前記複数のＧＰＳ受信機のうちの前記センタシステムと通信可能なＧＰＳ受信機に集められた後、前記センタシステムに送信され、前記センタシステムにおいて前記ＩＣタグの位置が決定されること、を特徴とする請求項１に記載の位置検知システム。
【請求項４】
前記少なくとも一つのＧＰＳ受信機は、３以上のＧＰＳ受信機からなり、前記ＩＣタグの位置は３次元位置として算出されること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の位置検知システム。
【請求項５】
前記位置検知の対象としてのＩＣタグは複数存在し、
前記複数のＩＣタグそれぞれについて前記少なくとも一つのＧＰＳ受信機と間の距離が求められ、前記複数のＩＣタグそれぞれについて位置の決定が行われること、を特徴とする請求項１からの請求項４のいずれかに記載の位置検知方法。
【請求項６】
ＩＣタグとの間で信号の送受信を行う機能を有する少なくとも一つのＧＰＳ受信機においてＧＰＳ測位により絶対位置情報を求め、
前記少なくとも一つのＧＰＳ受信機と前記ＩＣタグとの間の距離情報を前記信号の到達時間により測定し、
前記絶対位置情報と、前記距離情報とに基づいて前記ＩＣタグの位置を決定すること、
を特徴とする位置検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＧＰＳとＩＣタグとを利用した位置検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ受信機は、観測点における絶対位置の測定を可能とするものとして、カーナビゲーション装置をはじめとする移動体の位置検出の為に広く利用されている。また、近年、ＧＰＳ受信機は、防災という観点から、斜面の変位を監視する為の手段としての利用も行われ始めている。下記、特許文献１は、斜面の変位検知のためのＧＰＳ測位の利用について記載している。特許文献１によれば、斜面に設置されたＧＰＳ計測手段が、時系列計測データを出力し、この時系列計測データに基づいて斜面に変状が起きたか否かが決定される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４８４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
防災・危機管理の面からは、道路、トンネル、建物等をはじめとする様々な構造物の変状検知のためのシステムを設置することが要求されると考えられる。これらの土木構造物等に変状検知の為のシステムを設置することで、橋脚の一部の落下、トンネル内のコンクリート壁の一部の落下等を迅速に検知できる可能性があり、事故・災害の防止につながることが期待できるからである。
【０００５】
しかしながら、従来技術によれば、上記のような土木構造物等の変状検知システムを実現する為には、構造物の被測定面に、要求される検知精度に応じた多数のＧＰＳ受信機を配置しなければならない。このことは、ＧＰＳ受信機のコスト、サイズを考慮すると、このような土木構造物等の変状検知システムを実現することは実質的に不可能であることを意味している。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされてものである。すなわち、本発明の目的は、精度、コスト面で有利であり、且つ、土木構造物の変状検知システムを始め、高精度な位置検知が要求される様々なシステムの基盤技術となり得る位置検知システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する為に、本発明の一つの側面によれば、少なくとも一つのＧＰＳ受信機と、位置検知の対象としてのＩＣタグと、を備える位置検知システムが提供される。少なくとも一つのＧＰＳ受信機は、さらに、ＩＣタグとの間で信号の送受信を行うことにより、信号の到達時間による距離測定を行う測定手段を有する。少なくとも１つのＧＰＳ受信機においてＧＰＳ測位により算出される絶対位置情報と、少なくとも一つのＧＰＳ受信機において測定手段により測定される、少なくとも一つのＧＰＳ受信機とＩＣタグとの間の距離情報とに基づいて、ＩＣタグの位置を決定する（請求項１）。
【０００８】
上記構成において、少なくとも一つのＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ受信機からなり、複数のＧＰＳ受信機のそれぞれは、互いに情報を相互通信するための通信手段をさらに有する構成であっても良い。この場合、複数のＧＰＳ受信機でそれぞれ得られた、絶対位置情報と、ＩＣタグとの間の距離情報とを、通信手段を介して複数のＧＰＳ受信機のうちの一つに集め、そして、当該一つのＧＰＳ受信機において、ＩＣタグの位置を決定する構成とすることができる（請求項２）。
【０００９】
或いは、少なくとも一つのＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ受信機からなり、複数のＧＰＳ受信機のそれぞれは、互いに情報を相互通信するための第１の通信手段を有すると共に、
複数のＧＰＳ受信機のうちの少なくとも一つはセンタシステムと通信する為の第２の通信手段を有する構成であって良い。この場合、複数のＧＰＳ受信機でそれぞれ得られた、絶対位置情報と、ＩＣタグとの間の距離情報とは、第１の通信手段を介して複数のＧＰＳ受信機のうちのセンタシステムと通信可能なＧＰＳ受信機に集められた後、センタシステムに送信され、センタシステムにおいてＩＣタグの位置が決定する構成とすることができる（請求項３）。
【００１０】
なお、少なくとも一つのＧＰＳ受信機が、３以上のＧＰＳ受信機からなる場合には、ＩＣタグの位置は３次元位置として算出することができる（請求項４）。
【００１１】
位置検知の対象としてのＩＣタグは複数存在する場合には、複数のＩＣタグそれぞれについて、少なくとも一つのＧＰＳ受信機と間の距離が求められ、複数のＩＣタグそれぞれについて位置の決定が行われる構成とすることができる（請求項５）。
【００１２】
また、上記課題を解決する為に、本発明の別の側面によれば、
ＩＣタグとの間で信号の送受信を行う機能を有する少なくとも一つのＧＰＳ受信機においてＧＰＳ測位により絶対位置情報を求め、
少なくとも一つのＧＰＳ受信機とＩＣタグとの間の距離情報を信号の到達時間により測定し、
絶対位置情報と、距離情報とに基づいてＩＣタグの位置を決定すること、を特徴とする位置検知方法が提供される（請求項６）。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明の構成によれば、ＧＰＳ測位により得られるＧＰＳ受信機の絶対位置情報と、ＧＰＳ受信機とＩＣタグ間の信号の到達時間により求められる距離情報とに基づいて、ＩＣタグの位置を高精度に決定することができる。決定された時系列の位置情報を利用することで、ＩＣタグの微小変位を監視することが可能である。例えば、ＩＣタグを、土木構造物等の位置検知の対象物に設置することで、土木構造物の微小変状の検知を実現することも可能である。ＩＣタグ自体はＧＰＳ信号を受信する必要はないので、ＩＣタグをＧＰＳ信号が遮蔽されるトンネル内部等に配置することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の位置検知システム１の基本概念を示す図である。図１に示すように位置検知システム１は、複数のＧＰＳユニット１１〜１４と、ＩＣタグ２１とからなる。後に詳述するように、ＧＰＳユニット１１〜１４は、ＧＰＳ測位を行う機能に加え、タグ２１との間で距離計測のための電波を送受信する機能、ＧＰＳ受信ユニット同士で互いに通信する為の機能を有している。
【００１５】
図１の位置検知システム１によりＩＣタグ２１の位置が検出される原理を説明する。各ＧＰＳユニット１１〜１４は、それぞれ、ＩＣタグ２１との間で電波を送受信することにより、ＩＣタグ２１からの電波の到達時間を測定する。各ＧＰＳ１１〜１４は、例えばＧＰＳ１１、ＧＰＳ１２、ＧＰＳ１３、ＧＰＳ１４の順にシーケンシャルにＩＣタグ２１との距離の測定が行われるように、距離測定の終了の通知を相互に交し合う構成とすることができる。或いは、各ＧＰＳ１１〜１４は、所定のタイミングでＩＣタグ２１からの電波を一斉に受信することにより、ＩＣタグ２１からの距離の測定を一度に行う構成とすることも可能である。
【００１６】
各ＧＰＳユニット１１〜１４それぞれにより測定された、ＩＣタグ２１からの電波の到達時間がｔ１〜ｔ４であるとする。この電波の到達時間から、各ＧＰＳユニット１１〜１４は、ＩＣタグ２１からの距離を求める。なお、各ＧＰＳユニット１１〜１４は、ＧＰＳ測位により自身の絶対位置を取得している。
【００１７】
次に、４つのＧＰＳユニットのうちの３つのＧＰＳユニット１２〜１４は、ＩＣタグ２１からの距離およびＧＰＳ測位により求めた自身の絶対位置をＧＰＳユニット１１に送信する。以上により、絶対位置が既知の４つの基準点からＩＣタグ２１までの距離が得られ、ＧＰＳユニット１１にそれらの情報が集められたので、ＧＰＳユニット１１はＩＣタグ２１の３次元位置を算出することができる。なお、ＩＣタグ２１の３次元位置は、３つの基準点からの距離が求められれば算出することは可能なので、図１の位置検知システム１においてＧＰＳユニットは３つあれば良い。また、ＧＰＳユニットとＩＣタグとが同一平面状に配置されるならば、ＧＰＳユニットは２つであっても、ＩＣタグの位置を求めることは可能である。
【００１８】
図２は、ＧＰＳユニット１１〜１４の構成を現すブロック図である。各ＧＰＳユニット１１〜１４のブロック構成は同一なので、図２ではＧＰＳユニット１１の構成を代表として示している。図２に示すように、ＧＰＳユニット１１は、ＧＰＳ測位を行うＧＰＳモジュール３１、パーソナルコンピュータと同等の機能を持つシステムコントローラ３２、ＧＰＳユニット同士で通信を行うための通信インタフェース３３、および、ＩＣタグ２１０との間で信号を送受信するためのタグレシーバ３４を備えている。
【００１９】
ＧＰＳユニット３１は、例えばＲＴＫ−ＤＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ディファレンシャルＧＰＳ）により、センチメートルオーダの測位精度を達成するように構成されていても良い。この場合、ＲＴＫ−ＤＧＰＳを行うために必要な補正情報は、システムコントローラ３２が不図示の通信イアンタフェースデバイスを介して外部から提供を受ける構成であっても良い。なお、ＧＰＳモジュール３１は、単独測位を行うＧＰＳ受信機として一般的に知られた構成のものであっても良い。
【００２０】
システムコントローラ３２には、パーソナルコンピュータと同等の機能が集約されている。すなわち、システムコントローラ３２は、低消費電力型のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびフラッシュメモリ等からなる記憶デバイスを有する。ＲＯＭ内にはオペレーティングシステムを始め、ＩＣタグ２１との間の距離測定を行う機能、各ＧＰＳユニットと通信を行う機能、各ＧＰＳユニットから提供される情報に基づいてＩＣタグの位置を算出する機能等を実現するための各プログラムが格納されている。
【００２１】
通信インタフェース３３は、他のＧＰＳユニットと無線接続を行うためのインタフェースである。通信インタフェース３０３は、無線ＬＡＮ用のインタフェースデバイスであっても良い。この場合、各ＧＰＳユニット間をＴＣＰ／ＩＰプロトコルに基づく接続とすることができる。ＧＰＳユニット１１は、低消費電力の素子を用いること、および各部分３１、３３、３４が必要な場合のみ通電されるように構成されることで、バッテリによる運用が可能になっている。
【００２２】
図３は、ＩＣタグ２１の構成を表すブロック図である。ＩＣタグ２１は、バッテリレスで情報の読み書きが可能なＩＣタグであり、アンテナ４１、制御部４２、電源部４３、および例えばフラッシュメモリのような不揮発性のメモリ４４から構成されている。電源部４３は、アンテナ４１を介してＧＰＳユニット内のタグレシーバ３４から受信した高周波信号を整流回路により直流電圧にすることで、ＩＣタグ２１が動作するための電源を作り出す。
【００２３】
制御部４２は、信号の変調及び復調機能、およびタグレシーバ３４からの信号を解析し要求された動作を行う機能を持つ。例えば、タグレシーバ３４からの信号がメモリ４４への書き込みを指示している場合には、メモリ４４に情報が書き込まれる。一方、タグレシーバ３４からの信号が情報の読み出しを指示している場合には、メモリ４４からの情報が読み出されアンテナ４１からタグレシーバ３４に送信される。
【００２４】
なお、タグレシーバ３４とＩＣタグ２１間の通信では、様々な帯域の信号を用いることができるが、ＩＣタグ２１がコンクリート内部に埋め込まれることもあることを考慮すると、コンクリート等もある程度貫通することのできるＵＷＢ（Ultra Wide Band）の信号が用いられるのが好ましい。或いはＵＷＢを用いることに代えて、例えば2.45GHz帯の信号を用いた通信が行われても良い。
【００２５】
以上が位置検知システム１の基本概念、およびＧＰＳユニット、ＩCタグの内部ブロックに関する説明である。ＩＣタグ２１は、微小なＩＣチップに実現することも可能なので、ＩＣタグ２１を、例えば土木構造物内のコンクリート内部に埋め込むことで、ＩＣタグ２１を含むコンクリート部分の微小な変位をも検知することが可能である。
【００２６】
次に、位置検知システム１による位置検知の基本概念の応用について２つの例を示す。
【００２７】
図４は、位置検知システム１を応用した変状検知システム７０を示している。変状検知システム７０は、土木構造物としての法面の変状を検知し、維持・危機管理を可能とするシステムである。図４において、法面内には、複数のＩＣタグ３３０（図１におけるICタグ２１に相当）が埋め込まれている。また、法面には、３つのＧＰＳユニット３０１〜３０３（図１におけるＧＰＳユニット１１〜１３に相当）が設置されている。変状検知システム７０は、土壌に埋め込まれたＩＣタグの位置を検出することにより法面の変状を検知する。
【００２８】
なお、変状検知システム７０では、ＩＣタグが複数存在している。したがって、各ＧＰＳユニット３０１〜３０３は、どのＩＣタグと通信しているのかを知る必要がある。本例では、ＩＣタグは内部のメモリ（４４）に、識別ＩＤを格納しているものとし、各ＧＰＳユニットは、この識別ＩＤにより各ＩＣタグを識別するものとする。
【００２９】
図５は、各ＧＰＳユニット３０１〜３０３により行われる変状検知処理を表すフローチャートである。各ＧＰＳユニット３０１〜３０３は、図５にフローチャートとして示すように、電源ＯＮ時等の所定のタイミングで、自分自身の周辺に存在するＩＣタグをスキャンし、各ＩＣタグに対して位置情報を初期設定する。すなわち、初めに各ＧＰＳユニットは、相手先を特定しない問合せ信号を送信し、ＩＣタグからの応答信号を受信するというスキャン動作を行う（Ｓ１１）。このときＧＰＳユニットからの問合せ信号を受けたＩＣタグは、自身の識別情報を含めた応答信号を送り返す。なお、各ＩＣタグからの応答信号が衝突しないように、各ＩＣタグは、例えば信号の衝突検出を行う等、衝突を避けるための所定の送信手順にしたがって応答を返す。
【００３０】
次に各ＧＰＳユニットは、応答のあった各ＩＣタグ３３０に対して、相手先を特定した送受信を行うことにより、各ＩＣタグ３３０について各ＧＰＳユニットを基準とする距離の測定が行われる（Ｓ１２）。このようにして得られた、各ＧＰＳユニットと各ＩＣタグ間の距離は、ＧＰＳ測位により得られた各ＧＰＳユニットの絶対位置情報とともに１つのＧＰＳユニット３０１に集約される。これにより、ＧＰＳユニット３０１では、各ＩＣタグ３３０の３次元位置を算出することができる（Ｓ１４）。次に、ステップＳ１４にて得られた各ＩＣタグの位置を、過去の測定により得られた位置と比較することで、変状検知が行われる（Ｓ１５）。なお、図５に示した処理は定期的に、例えば１０分１回行われるものとする。
【００３１】
以上の説明から、変状検知システム７０により法面の変状検知を高精度で実現できることが理解される。
【００３２】
次に、図１の位置検知システム１の他の応用例について説明する。図６は、図１の位置見地システム１の応用としての歩行者位置検知システム２００を表している。図６に示すように、歩行者位置検知システム２００においては、路側の電柱にＧＰＳユニット２１１〜２１３（図１のＧＰＳユニット１１〜１３に相当）が設置され、歩行者はＩＣタグ２２１を携帯している。
【００３３】
図１に関し説明した基本概念と同様に、各ＧＰＳユニット２１１〜２１３は、歩行者が携帯するＩＣタグ２２１と信号を送受信することにより歩行者との距離をそれぞれ求める。求められた各距離、および各ＧＰＳユニットでＧＰＳ測位により得られたＧＰＳユニット自身の絶対位置が、ＧＰＳユニット２１１に集約される。そして、ＧＰＳユニット２１１において、歩行者の絶対位置が算出される。算出された歩行者位置は、不図示の通信装置を介して、歩行者自身に提供されても良いし、或いは、不図示の管理センターに送信されても良い。
【００３４】
以上説明した本発明の実施形態は、本発明の範囲を逸脱しない範囲で様々な変形を行うことが可能である。例えば、図１で示した位置検知システム１において、ＩＣタグ２１は、メモリ４４を有するものとして説明したが、ＩＣタグ２１が、ＧＰＳユニットとの距離の測定のみの目的で用いられる場合には、ＩＣタグ２１は信号の送受信のみを行えば良いので、メモリ４４を備える必要は必ずしもない。
【００３５】
図１に示したＧＰＳユニットとＩＣタグ間の通信による位置検知システムの基本概念は、構造物の維持・危機管理のみならず、高精度の位置検知を必要とする様々な場面に応用できることが理解できる。位置検知の対象物はＧＰＳ測位を行う必要はないので、位置検知の対象物が、トンネルの内壁のようなＧＰＳ電波の届かないような環境にある場合に、本発明の位置検知システムを利用できる点が注目される。
【００３６】
図４に示したような変状検知システム７０によって得られた変状検知情報（位置情報）をＧＩＳ（地理情報システム）によって処理することも可能である。すなわち、変状検知システム７０とＧＩＳとからなるシステムを構成すれば、変状検知情報をＧＩＳ側で受信して処理することで、変状の起きた地点や変状の様子を、地図情報と共に表示画面上に表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の位置検知システム１の基本概念を示す図である。
【図２】図２は、ＧＰＳユニット１１〜１４の構成を現すブロック図である。
【図３】図３は、ＩＣタグ２１の構成を表すブロック図である。
【図４】図４は、位置検知システム１を応用した変状検知システム７０を示している。
【図５】図５は、各ＧＰＳユニット３０１〜３０３により行われる変状検知処理を表すフローチャートである。
【図６】図６は、図１の位置見地システム１の応用としての歩行者位置検知システム２００を表している。
【符号の説明】
【００３８】
１  位置検知システム
１１−１４  ＧＰＳユニット
２１  ＩＣタグ
【図１】
2005164361.tif 000003
【図２】
2005164361.tif 000004
【図３】
2005164361.tif 000005
【図４】
2005164361.tif 000006
【図５】
2005164361.tif 000007
【図６】
2005164361.tif 000008