(57)【要約】【課題】移動体位置検出システムにおいて、無線位置検出手段の反射波の影響を抑え、走行計較正のための移動経路の制限を無くし、高精度に位置検出を行なうシステムを提供する。【解決手段】無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段とを用いて、無線位置検出手段による過去から現在までの測定位置履歴を走行計の相対位置情報を用いて現在在るべき推定位置へ写像し、現在の無線測定位置を含めてこれらの推定位置の統計計算を行なうことにより、移動体の位置を精度良く検出する。【選択図】図1
2005274364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
無線位置検出手段による過去から現在までの無線測定位置履歴を走行計測定位置の相対位置関係から現在在るべき推定位置へ写像し、該推定位置から現在の移動体の位置を計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項２】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
無線位置検出手段による過去から現在までの無線測定位置履歴を走行計測定位置の相対位置関係から現在在るべき推定位置へ写像し、
無線測定位置履歴の無線測定誤差と走行計の相対測定誤差を係数として、前記推定位置の重み付け平均を行なうことにより現在の移動体の位置を計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項３】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
無線位置検出手段による過去から現在までの無線測定位置履歴を、無線位置検出手段の測定偏位と走行計測定位置の相対位置関係から現在在るべき推定位置へ写像し、
無線測定位置履歴の無線測定誤差と走行計の相対測定誤差を係数として、前記推定位置の重み付け平均を行なうことにより現在の移動体の位置を計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項４】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段と、走行計の測定誤差を較正する走行計較正手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
無線位置検出手段による過去から現在までの無線測定位置履歴を走行計測定位置の相対位置関係から現在在るべき推定位置へ写像し、
無線測定位置履歴の無線測定誤差と走行計の相対測定誤差と現在の走行計測定誤差とを係数として、前記推定位置と現在の走行計測定位置の重み付け平均を行なうことにより現在の移動体の位置を計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項５】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段と、走行計の測定誤差を較正する走行計較正手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
無線位置検出手段による過去から現在までの無線測定位置履歴を、無線位置検出手段の測定偏位と走行計測定位置の相対位置関係から現在在るべき推定位置へ写像し、
無線測定位置履歴の無線測定誤差と走行計の相対測定誤差と現在の走行計測定誤差とを重み付け係数として、前記推定位置と現在の走行計測定位置の重み付け平均を行なうことにより現在の移動体の位置を計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項６】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｍにおける無線測定位置ベクトルをａｎ、ａｎ＋１、…、ａｍ、その測定誤差をσｎ、σｎ＋１、…、σｍとし、時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｍにおける走行計測定位置ベクトルをｂｎ、ｂｎ＋１、…、ｂｍ、相対位置ベクトル（ｂｍ−ｂｎ）、（ｂｍ−ｂｎ＋１）、…、（ｂｍ−ｂｍ）に対応する誤差をδｎ、δｎ＋１、…、δｍとして、
時刻ｔｍにおける移動体の位置ｐｍをΣ［｛ａｉ＋（ｂｍ−ｂｉ）｝／（σｉ２＋δｉ２）］／Σ｛１／（σｉ２＋δｉ２）｝により計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項７】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｍにおける無線測定位置ベクトルをａｎ、ａｎ＋１、…、ａｍ、その測定偏位ベクトルをｄｎ、ｄｎ＋１、…、ｄｍ、その測定誤差をσｎ、σｎ＋１、…、σｍとし、時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｍにおける走行計測定位置ベクトルをｂｎ、ｂｎ＋１、…、ｂｍ、相対位置ベクトル（ｂｍ−ｂｎ）、（ｂｍ−ｂｎ＋１）、…、（ｂｍ−ｂｍ）に対応する誤差をδｎ、δｎ＋１、…、δｍとして、
時刻ｔｍにおける移動体の位置ｐｍをΣ［｛（ａｉ−ｄｉ）＋（ｂｍ−ｂｉ）｝／（σｉ２＋δｉ２）］／Σ｛１／（σｉ２＋δｉ２）｝により計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項８】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段と、走行計の測定誤差を較正する走行計較正手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｍにおける無線測定位置ベクトルをａｎ、ａｎ＋１、…、ａｍ、その測定誤差をσｎ、σｎ＋１、…、σｍとし、時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｍにおける走行計測定位置ベクトルをｂｎ、ｂｎ＋１、…、ｂｍ、その測定誤差をλｎ、λｎ＋１、…、λｍ、相対位置ベクトル（ｂｍ−ｂｎ）、（ｂｍ−ｂｎ＋１）、…、（ｂｍ−ｂｍ）に対応する誤差をδｎ、δｎ＋１、…、δｍとして、
時刻ｔｍにおける移動体の位置ｐｍを〔ｂｍ／λｍ２＋Σ［｛ａｉ＋（ｂｍ−ｂｉ）｝／（σｉ２＋δｉ２）］〕／［１／λｍ２＋Σ｛１／（σｉ２＋δｉ２）｝］により計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項９】
無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段と、走行計の測定誤差を較正する走行計較正手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、
時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｍにおける無線測定位置ベクトルをａｎ、ａｎ＋１、…、ａｍ、その測定偏位ベクトルをｄｎ、ｄｎ＋１、…、ｄｍ、その測定誤差をσｎ、σｎ＋１、…、σｍとし、時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｍにおける走行計測定位置ベクトルをｂｎ、ｂｎ＋１、…、ｂｍ、その測定誤差をλｎ、λｎ＋１、…、λｍ、相対位置ベクトル（ｂｍ−ｂｎ）、（ｂｍ−ｂｎ＋１）、…、（ｂｍ−ｂｍ）に対応する誤差をδｎ、δｎ＋１、…、δｍとして、
時刻ｔｍにおける移動体の位置ｐｍを〔ｂｍ／λｍ２＋Σ［｛（ａｉ−ｄｉ）−＋（ｂｍ−ｂｉ）｝／（σｉ２＋δｉ２）］〕／［１／λｍ２＋Σ｛１／（σｉ２＋δｉ２）｝］により計算することを特徴とする移動体位置検出システム。
【請求項１０】
請求項１から９記載の移動体位置検出システムの無線位置検出手段において、移動体から複数の無線基地局へ達する無線信号の到達時間または到達時間差を用いて三辺測量を行なうことにより移動体の位置を検出することを特徴とする。
【請求項１１】
請求項１から９記載の移動体位置検出システムの無線位置検出手段において、移動体から複数の無線基地局へ達する無線信号の到来角度を用いて三角測量を行なうことにより移動体の位置を検出することを特徴とする。
【請求項１２】
請求項１から９記載の移動体位置検出方法の無線位置検出手段において、複数の無線基地局から移動体へ達する無線信号の信号強度を用いて移動体の位置を検出することを特徴とする。
【請求項１３】
請求項１から９記載の移動体位置検出システムにおいて、移動体の走行計が車輪エンコーダ、ジャイロスコープ、加速度センサ、磁気センサ、超音波センサ、または慣性航法器から成ることを特徴とする。
【請求項１４】
請求項４、５、８または９記載の移動体位置検出システムの走行計較正手段において、画像認識、磁気検知、光検知、ソナー検知、またはレーザ測距により較正することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置を高精度に検出するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物流、倉庫、工場、プラント、輸送、流通、オフィス、公共施設、娯楽施設、防災、警備など多様な分野において、移動体（物品、人、車など）の位置に基づく情報管理やブロードバンド情報配信サービスの需要が高まっており、近年急速に普及した無線ＬＡＮを利用した位置検出システムが実用化されている。
無線ＬＡＮ位置検出システムは複数の無線ＬＡＮ基地局から構成されている。無線ＬＡＮ端末から複数の基地局に達する無線信号の到達時間または到達時間差を用いて三辺測量を行なうことにより端末の位置を検出する方法が知られている（非特許文献１）。この検出原理に基づき、端末から基地局への見通しが良く無線信号の直接波が達する場合には、実用上十分な位置精度を得ている。
【０００３】
他の無線ＬＡＮ位置検出手段としては、複数の基地局から端末に届く受信信号強度を予め学習してマップを作成しておき、測定時に端末が受けた受信信号強度をマップと対照することにより位置を同定する方法が知られている。この方法では詳細なマップを作成することにより十分な位置精度を得ている（特許文献１）。
無線に拠らない移動体の位置検出手段としては、自律走行ロボットや無人搬送車などの分野においてモーターエンコーダやジャイロスコープ等の走行計が良く知られている（特許文献２）。走行計による位置検出システムでは、車輪の滑りやサイズ変化、ジャイロスコープの時間ドリフトにより位置誤差が累積するため、対象エリアに配置した光学テープ、磁気テープ等のマーカを画像認識やセンサにより検知することにより誤差を較正している。
【０００４】
【非特許文献１】荻野他、「マルチメディア、分散、協調とモバイル」、ＤＩＣＯＭＯ２００３シンポジウム論文集、５６９頁−５７２頁、平成１５年６月４日
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４４９６８号公報
【特許文献２】特開平８−２１１９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
三辺測量による無線ＬＡＮ位置検出システムでは、反射体や障害物が多く直接波に多重反射波が重畳する場合や、端末から基地局への見通しが取れない（反射波しか届かない）場合には、反射波に基づいて三辺測量を行なうことになるため位置精度が劣化する問題があった。
受信信号強度による無線ＬＡＮ位置検出手段では、対象エリアの電波環境が変化する場合、例えばレイアウトが変化する場合や移動体の増減が激しい場合には事前に学習した状況に対して直接波や反射波の状況が変動するため、位置精度が劣化する問題があった。
【０００７】
走行計では、累積する位置誤差を較正するために移動体をマーカに誘導する必要があり、移動体の経路が制限され自由な移動に支障をきたす問題があった。
本発明の課題は、無線位置検出手段における反射波や電波環境の変化による位置精度の劣化を補うと共に、走行計におけるマーカによる移動経路の制限を排除することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、無線通信機能と走行計を有する移動体と、複数の無線基地局により移動体の位置を検出する無線位置検出手段とを用いて、移動体の位置を無線及び走行計の双方により測定し、両者の測定結果を補完的に用いる。
すなわち、無線位置検出手段による過去から現在までの測定履歴を走行計の相対的な位置情報を参照することにより現在在るべき推定位置へ写像し、現在の無線測定位置を含めて無線測定履歴を写像した推定位置を統計的に計算することにより、最も確からしい移動体の位置を得る。統計的な計算方法の一手法としては、無線位置検出手段の測定誤差（分散）と走行計の相対的な測定誤差（分散）を係数とする重み付け平均（加重平均）を行なう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、無線三辺測量において多重反射波が有る場合や見通しが取れない場合でも過去の無線測定履歴と走行計相対位置から現在位置を確度高く推定できるので、位置精度が向上する効果がある。同じく、信号強度による無線位置検出手段において電波状況が変動しても測定履歴参照による平均効果が働くので、位置精度の劣化を抑制できる効果がある。
走行計の測定位置は無線測定履歴を写像するための相対位置情報として利用するので、累積誤差を較正するために移動体をマーカに必ずしも誘導する必要は無く、移動体が制限無く移動できる効果がある。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１の移動体位置検出システムの構成図である。図１において移動体位置検出システムは、無線通信手段である無線ＬＡＮ端末１１と走行計１２を有する移動体１０と、無線通信基地局である複数の無線ＬＡＮ基地局２０、２１、２２から構成されている。無線ＬＡＮ基地局２０、２１、２２はネットワーク３０によりサーバ４０に接続されている。移動体１０の位置は、無線ＬＡＮ端末１１と無線ＬＡＮ基地局２０、２１、２２から成る無線位置検出手段により検出されると共に、移動体１０に搭載された走行計１２により検出される。
【００１１】
無線位置検出手段では、無線ＬＡＮ端末１１から各基地局２０、２１、２２に達する無線信号の到達時間差に基づいて三辺測量を行なうことにより、サーバ４０において無線ＬＡＮ端末１１の位置を計算している。走行計１２は車輪エンコーダとジャイロスコープから成り、車輪の回転数による走行距離及び回転運動の検知とジャイロスコープの回転角度検知により移動体１０の位置を測定している。実施例１の移動体位置検出システムでは、無線三辺測量による過去から現在までの測定位置履歴を走行計測定位置の相対位置関係から現在在るべき推定位置へ写像し、これらの推定位置に基づいて統計計算を行なうことにより確度良く現在の移動体の位置を得ている。
【００１２】
図２は、実施例１の移動体位置検出システムの位置計算方法の説明図である。図２において、点１００ｎ、１００ｎ＋１、…、１００ｉ、…、１００ｍは時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｉ、…、ｔｍにおける移動体１０の真の位置であり、これらを結ぶ線は移動体１０の真の移動経路を示している。点１１０ｎ、１１０ｎ＋１、…、１１０ｉ、…、１１０ｍは時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｉ、…、ｔｍにおける無線ＬＡＮ端末１１の測定位置履歴であり、各点の位置は原点Ｏからの位置ベクトルａｎ、ａｎ＋１、…、ａｉ、…、ａｍにより表わされている。点１２０ｎ、１２０ｎ＋１、…、１２０ｉ、…、１２０ｍは時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｉ、…、ｔｍにおける走行計１２の測定位置であり、これらを結ぶ線は走行計１２が示す移動経路を示し、各点の位置は原点Ｏ’からの位置ベクトルｂｎ、ｂｎ＋１、…、ｂｉ、…、ｂｍにより表わされている。
【００１３】
点１１０ｎ’、１１０ｎ＋１’、…、１１０ｉ’、…、１１０ｍ’は、時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｉ、…、ｔｍにおける無線測定位置履歴１１０ｎ、１１０ｎ＋１、…、１１０ｉ、…、１１０ｍ（ａｎ、ａｎ＋１、…、ａｉ、…、ａｍ）を、走行計１２の相対位置ベクトル（ｂｍ−ｂｎ）、（ｂｍ−ｂｎ＋１）  …、（ｂｍ−ｂｉ）、…、（ｂｍ−ｂｍ）により、時刻ｔｍにおいて在るべき推定位置へ写像した点である。なお（ｂｍ−ｂｍ）＝０であるから、点１１０ｍ’は点１１０ｍに等しい。実施例１では数式１に示すように、これらの推定位置１１０ｎ’、１１０ｎ＋１’、…、１１０ｉ’、…、１１０ｍ’を係数ｗｎ、ｗｎ＋１、…、ｗｉ、…、ｗｍで重み付け平均することにより、移動体１０の時刻ｔｍにおける原点Ｏに対する位置ベクトルｐｍを計算している。
【００１４】
【数１】
2005274364.tif 000003
【００１５】
実施例１では無線位置検出手段と走行計の測定誤差分布が概ね等方的な二次元正規分布に従っているため、無線測定位置履歴１１０ｎ、１１０ｎ＋１、…、１１０ｉ、…、１１０ｍに対応する測定誤差（誤差分布の標準偏差）をσｎ、σｎ＋１、…、σｉ、…、σｍとし、走行計１２の相対位置ベクトル（ｂｍ−ｂｎ）、（ｂｍ−ｂｎ＋１）  …、（ｂｍ−ｂｉ）、…、（ｂｍ−ｂｍ）に対応する測定誤差をδｎ、δｎ＋１、…、δｉ、…、δｍとして、両者の分散の和σｎ２＋δｎ２、σｎ＋１２＋δｎ＋１２、…、σｉ２＋δｉ２、…、σｍ２＋δｍ２の逆数を重み付け係数ｗｎ、ｗｎ＋１、…、ｗｉ、…、ｗｍに採り、数式２により移動体１０の位置ベクトルｐｍを計算することができる。位置ベクトルｐｍの位置精度εｍ（誤差）は、分散の和σｎ２＋δｎ２、σｎ＋１２＋δｎ＋１２、…、σｉ２＋δｉ２、…、σｍ２＋δｍ２に基づいて数式３により評価することができる。
【００１６】
【数２】
2005274364.tif 000004
【００１７】
【数３】
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【００１８】
実施例１では時刻ｔｎからｔｍまでの無線測定履歴を参照して移動体１０の時刻ｔｍにおける位置ベクトルｐｍを計算しているが、数式３から分かるように履歴参照数が多い方が位置精度εｍが良くなる（誤差が小さくなる）。ただし、走行計相対誤差δｎ、δｎ＋１、…、δｉ、…、δｍは時刻ｔｍから過去に遡るほど即ち移動経路が長くなるほど大きくなる傾向があり、位置精度εｍを改善する効果は小さくなる。履歴参照数が多くなると位置計算処理の負荷が大きくなるので、この負荷と精度改善効果とを考慮して履歴参照数すなわち参照開始時刻ｔｎを適切に設定している。
【００１９】
時刻ｔｉにおける無線測定誤差σｉは、数式８に示すように測定位置ａｉと時刻ｔｉの関数ｆにより表わされるが、位置検出環境が比較的均質で時間変化しない場合には、計算処理負荷の軽減のため数式９に示すように無線測定誤差σｉを定数σで代用することができる。
【００２０】
【数８】
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【００２１】
【数９】
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【００２２】
走行計相対誤差δｉは、走行計１２自体の測定精度に依存すると共に、移動距離、移動速度や加速度、回転角や角加速度、方向転換回数、車輪サイズの変動、床面の状態や凹凸、車輪の滑りなどに影響されるが、簡単には数式１０に示すように時刻ｔｉからｔｍまでの移動経路長？ｍ−？ｉと回転角度θｍ−θｉ、及び時刻ｔｉの関数ｇにより表わせる。移動経路が比較的単純で時間変化が少ない場合には、計算負荷軽減のため数式１１に示すように走行計相対誤差δｉを、ｋ１を係数とする相対位置ベクトルの絶対値｜ｂｍ−ｂｉ｜とｋ２を係数とする回転角度の絶対値｜θｍ−θｉ｜との和により代用することができる。
【００２３】
【数１０】
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【００２４】
【数１１】
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【００２５】
図３は実施例１の移動体位置検出システムの位置精度向上効果の説明図である。点２００ｉ、２００ｊ等は時刻ｔｉ、ｔｊにおける移動体１０の真の位置、同様に点２１０ｉ、２１０ｊ等は無線位置検出手段による測定位置、点２２０ｉ、２２０ｊ等は走行計１２の測定位置であり、点２１０ｉ’、２１０ｊ’等は本発明による移動体１０の計算位置である。比較のために、従来知られている一般的な移動平均による計算位置を点２１０ｉ”、２１０ｊ”等に示している。
【００２６】
実施例１ではマーカ等による走行計１２の較正が行なわれていないため、点２２０ｉ、２２０ｊ等が示す走行計１２の測定経路は、点２００ｉ、２００ｊ等が示す真の移動経路に対して絶対位置として外れているが、各時刻間の相対的な位置関係は比較的保たれていることが分かる。この走行計の相対位置ベクトルを有効に利用し、点２１０ｉ、２１０ｊ等の無線測定位置と併用して重み付け平均を行なうことにより、移動体１０の位置２１０ｉ’、２１０ｊ’等を求めることができる。図３から分かるように、点２１０ｉ’、２１０ｊ’等が示す本発明の計算経路は、点２００ｉ、２００ｊ等が示す真の移動経路に対して良く一致している。
【００２７】
時刻ｔｍにおける移動平均ｐｍ’を数式２に対比させて書き下すと、数式１４に示すように時刻ｔｍから時刻ｔｍ−αまでの位置ベクトルａｈを係数ｗｈで重み付け平均することにより計算することができる。ｗｈ≡１の場合は単純移動平均である。移動平均は、本発明のように現在位置を推定するのではなく、過去の位置ベクトルａｈを使って直接計算するため現在位置に対してタイムラグが生じてしまう。図３から分かるように、本発明に比べて劣るものの移動平均による計算経路は真の移動経路に追従しているが、時刻ｔｉ、ｔｊにおける移動平均の計算位置２１０ｉ”、２１０ｊ”は真の位置２００ｉ、２００ｊから外れている。移動平均ｐｍ’の位置精度εｍ’（誤差）は数式１５に示すように位置ベクトルａｈの測定誤差σｈと重み付け係数ｗｈにより表わすことができる。時刻ｔｍから過去に遡るほど位置精度εｍ’が改善されることが分かるが、上記タイムラグの問題があるため限界がある。
【００２８】
【数１４】
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【００２９】
【数１５】
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【００３０】
以上説明したように、実施例１によれば、無線測定履歴２１０ｉ、２１０ｊ等を走行計測定位置２２０ｉ、２２０ｊ等の相対位置関係から各時刻において在るべき推定位置へ写像し、これらの推定位置を無線測定誤差の分散と走行計相対誤差の分散の逆数を重み付け係数として統計平均を行なうことにより、無線測定位置、走行計測定位置、移動平均位置に比べて精度良く且つリアルタイムで移動体１０の位置を計算することができる。また、走行計１２は相対的な位置情報源として利用するので、移動体１０を絶対位置の較正用マーカ等に必ずしも誘導する必要は無く、移動体１０の自由度や稼動効率が向上する。
【００３１】
ただしマーカへの誘導が支障を来たさない場合には、走行計１２の較正を行なっても良い。図２における原点Ｏと原点Ｏ’を較正により一致させ、数式４に示すように、時刻ｔｍにおける走行計１２の絶対位置ｂｍと測定誤差λｍを導入して移動体１０の位置ベクトルｐｍを計算することができる。このときの位置精度εｍは数式５により評価することができ、数式３に比べて精度が向上する。したがって、走行計較正手段の要否は、移動体位置検出システムの用途や環境、要求精度に応じて選択することができる。
【００３２】
【数４】
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【００３３】
【数５】
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【００３４】
走行計１２の絶対位置の測定誤差λｍは、簡単には数式１２に示すように較正してからの移動経路長？ｍと回転角度θｍ、及び時刻ｔｍの関数ｈにより表わされるが、移動経路が比較的単純で時間変化が少ない場合には、計算負荷軽減のため数式１３に示すように走行計測定誤差λｍを、ｋ１’を係数とする位置ベクトルの絶対値｜ｂｍ｜とｋ２’を係数とする回転角度の絶対値｜θｍ｜との和により代用することができる。
【００３５】
【数１２】
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【００３６】
【数１３】
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【００３７】
なお、実施例１では無線位置検出手段と走行計の測定誤差分布が概ね等方的な二次元正規分布に従う場合に関して移動体１０の位置計算を行なってるが、等方的でない場合にも同様に計算を行なうことができる。例えば原点Ｏに対する座標軸をｘ、ｙ、原点Ｏ’に対する座標軸をｘ’、ｙ’として、数式２及び数式３において測定誤差分散σｉ２と（ｂｍ−ｂｉ）の相対誤差分散δｉ２をそれぞれσｘｉ２＋σｙｉ２とδｘｉ２＋δｙｉ２に置換することにより計算することができる。また、図１は移動体１０が二次元平面上を移動する状況を示しているが、本発明の原理は三次元空間にも拡張できることは言うまでも無い。
【実施例２】
【００３８】
図４は、本発明の実施例２の移動体位置検出システムの位置計算方法の説明図である。移動体位置検出システムの構成は図１と同様とし、図４において時刻ｔｉを代表して説明すると、図２の記号と同様に点１００ｉは時刻ｔｉにおける移動体１０の真の位置である。点１１０ｉは時刻ｔｉにおける無線ＬＡＮ端末１１の測定位置履歴であり、原点Ｏからの位置ベクトルａｉにより表わされている。点１２０ｉは時刻ｔｉにおける走行計１２の測定位置であり（原点Ｏ’からの位置ベクトルｂｉは図面の簡略化のため省略）、（ｂｍ−ｂｉ）は時刻ｔｍに対する時刻ｔｉの相対位置ベクトルである。
図２と異なる点として、図４には真の位置１００ｉに対する無線測定誤差分布の平均位置（測定偏位ベクトル）ｄｉと、その平均位置に対する標準偏差σｉを示している。点１１０ｉ’は、時刻ｔｉにおける無線測定位置１１０ｉ（ａｉ）を測定偏位ベクトルｄｉにより補正し、この位置を走行計相対位置ベクトル（ｂｍ−ｂｉ）により時刻ｔｍにおいて在るべき推定位置へ写像した点である。
【００３９】
実施例２では数式６に示すように、点１１０ｉに対応する測定誤差をσｉ、走行計相対位置ベクトル（ｂｍ−ｂｉ）に対応する測定誤差をδｉとして、両者の分散の和σｉ２＋δｉ２、…、σｍ２＋δｍ２の逆数を重み付け係数ｗｉに採って推定位置１１０ｉ’（（ａｉ−ｄｉ）＋（ｂｍ−ｂｉ））の重み付け平均を行なうことにより、移動体１０の位置ベクトルｐｍを計算している。位置ベクトルｐｍの位置精度εｍは、分散の和σｉ２＋δｉ２に基づいて、実施例１と同様に数式３により評価することができる。
【００４０】
【数６】
2005274364.tif 000016
【００４１】
無線位置検出手段において三辺測量を行なう際、反射波の影響が大きい環境や見通しが取れず直接波が届きにくい環境では、無線測定誤差分布の中心（平均位置）が真の位置１００ｉから比較的大きく偏って外れることがある。予め位置検出対象エリアにおける誤差分布の偏位ｄｉが調査されている場合や予測されている場合には、実施例２に示す方法で無線測定位置ａｉから測定偏位ｄｉを差し引いて補正することにより、同じ環境下の実施例１（数式２）に比べてさらに精度良く移動体１０の位置を計算することができる。このときの位置精度εｍは数式５と同様に表記されるが、偏位ｄｉで補正することは実質的に無線測定誤差σｉを低減したことと等価であり、上記環境下においては実施例２の数式５による評価結果εｍは実施例１よりも改善される。
【００４２】
また、実施例２において走行計１２の較正を行なっても構わない場合には、時刻ｔｍにおける走行計１２の絶対位置ｂｍと測定誤差λｍを導入して、数式７により移動体１０の位置ベクトルｐｍを計算することができ、走行計１２の較正を行なわない場合に比べてさらに位置精度が向上する。
【００４３】
【数７】
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【実施例３】
【００４４】
図５は、本発明の実施例３の移動体位置検出システムの構成図である。図５において、移動体であるフォークリフト３１０は無線通信手段である無線ＬＡＮ携帯端末３１１を有しており、フォークリフト３１０の走行位置を検出する走行計３１２を内蔵している。無線位置検出手段は複数の無線ＬＡＮ基地局３２０、３２１、３２３、３２４から構成されている。フォークリフト３１０は荷物３３１が積載されたパレット３３０を運搬する。
【００４５】
実施例２では、無線ＬＡＮ携帯端末３１１から発信された信号を無線ＬＡＮ基地局３２０、３２１、３２３、３２４で受信し、その信号をネットワークを介してサーバへ送り、サーバにおいて三辺測量計算を行なっている。走行計３１２の測定結果も無線ＬＡＮ携帯端末３１１から無線ＬＡＮ基地局３２０、３２１、３２３、３２４の何れかを介してサーバに送られている。サーバでは、三辺測量による過去から現在までの測定位置履歴を走行計測定位置の相対位置から現在在るべき推定位置へ写像し、無線測定誤差分散と走行計相対誤差分散の逆数を係数としてこれらの推定位置の重み付け平均を行なうことにより精度良くフォークリフト３１０の位置を計算している。これにより、パレット３３０の配置や荷置き状況が変化しても、走行計３１２を併用しているため反射波や見通し状況の影響を抑えることができ、移動体３１０の位置を適確に把握することができる。
【００４６】
フォークリフト３１０がパレット３３０の荷置き動作を行なう際の位置を検出することにより、パレット３３０すなわち荷物３３１の位置を把握し管理することができ、荷物３３１を取りに行く際には無線ＬＡＮ携帯端末３１１を介してフォークリフト３１０に指示を出すことができる。また、フォークリフト３１０の動線を解析することにより、適切なパレット配置や移動経路などの管理計画の立案に寄与することができる。したがって、実施例２のフォークリフト位置検出システムによれば、物流、倉庫、工場、プラント、鉄道輸送、空港、港湾などの様々な分野において物品の管理が行き届き作業効率が向上する。また、このシステムはフォークリフトだけでなく、搬送車、電動カート、輸送機、建機などにも応用することができる。
【実施例４】
【００４７】
図６は、本発明の実施例４の移動体位置検出システムの構成図である。図６において位置検出の対象は歩行者４１３が手押しするカート４１０と、歩行者４１５である。カート４１０には無線ＬＡＮ端末４１１と走行計４１２が取り付けられている。歩行者４１５は慣性航法器と無線ＬＡＮ子機が一体となった携帯電話４１６を持っている。無線ＬＡＮ基地局４２０、４２１、４２２、４２４は無線位置検出手段を構成すると共に、無線ＬＡＮ端末４１１や携帯タグ４１６と通信を行なっている。
【００４８】
実施例３では、無線位置検出手段として、複数の基地局４２０、４２１、４２２、４２４の信号強度マップを予め作成しておき、測定時に無線ＬＡＮ端末４１１や携帯電話４１６が受信した基地局信号強度をマップと対照することにより位置を同定している。無線ＬＡＮ端末４１１はこの同定計算を自身で行ない、走行計４１０の測定位置と合わせて本発明による位置計算を行なっている。携帯電話４１６は信号強度情報と走行計情報を基地局４２０、４２１、４２２、４２４の何れかを介してサーバに送り、サーバが先述の同定計算を行ない更に本発明に基づく位置計算を行なっている。これにより、カート４１０や歩行者４１５の周囲の電波状況が変化しても、走行計４１２や携帯電話４１６内部の慣性航法器が補完的に働くので、位置精度の劣化を抑制することができる。また、或る程度の範囲内の状況変化であれば、信号強度マップを更新せずとも位置精度が保たれるので、作業コストを削減することができる。
【００４９】
実施例３のカート／歩行者位置検出システムによれば、流通、ショッピングセンタなどにおいてカートの位置に応じた商品情報を配信し購買意欲を促進することができ、顧客の動線を解析することによりマーケティングを行ない適切な商品レイアウトを供することができる。また、スタッフの位置を把握して適切に配置し、顧客応対を迅速に行なうことができる。また、実施例３はオフィス、ホテル、公共施設、医療施設、娯楽施設、展示会場などにおける在席管理、資産管理、作業管理、安全管理、要人警備、情報案内など多様な分野に応用することができる。
【００５０】
以上、実施例１、２、３、４により本発明の実施形態について説明したように、移動体に無線通信機能と走行計を持たせ、複数の無線基地局から成る無線位置検出手段による過去から現在に至る測定位置履歴を走行計の相対位置を用いて現在在るべき推定位置へ写像し、現在の無線測定位置を含めたこれらの推定位置の統計計算処理を行なうことにより、単独の無線位置検出手段や走行計に比べて移動体の位置を精度良く求めることができる。統計計算の一手法として、無線測定誤差と走行計相対誤差に基づく係数を使って、先述の推定位置の重み付け平均を行なうことにより、比較的簡便に確度高く位置を得ることができる。
【００５１】
本発明のこのような効果は、無線位置検出手段と走行計を補完的に併用することにより生まれるものであり、特定の移動体、無線通信機能、無線位置検出手段、走行計の構成に依拠するものではない。
移動体としては、実施例１に示した四輪車、実施例３に示したフォークリフト、実施例４に示したカートと歩行者の他、二輪車、三輪車、キャタピラ車、自動車、電動車、手押し車、自転車、車椅子、カート、ロボット、無線操縦機、動物など、多岐に亘る。
【００５２】
無線通信機能として、実施例１、２、３、４では無線ＬＡＮをベースに説明してきたが、移動体通信、超広帯域無線（ＵＷＢ）、小電力無線、微弱無線、準ミリ波、ミリ波、光ＬＡＮなども位置検出用途に応じて本発明の対象と成り得る。また、無線位置検出手段として三辺測量と信号強度マップによる方法を採っていたが、無線信号の到来角度による三角測量、無線信号間の干渉を利用する測位を行なう場合、これらを組み合わせる場合も有り得る。また、位置検出を行なう空間は、実施例に示した二次元平面だけでなく、一次元の直線または曲線、曲面、三次元空間、これらの組合せが対象になる場合がある。
【００５３】
走行計として、実施例１、２、３と実施例４のカートでは比較的安価なエンコーダとジャイロスコープ、実施例４の歩行者では携帯慣性航法器を用いているが、走行計に要求される精度とコストに応じて速度センサ、加速度センサ、角度センサ、角加速度センサ、磁気センサ、歩測センサなどを組み合わせることができる。また、実施例１の後半に説明したように、本発明の必須要件ではないが走行計を較正する場合には、光学マーカ、磁気マーカ、レーザ測距、超音波測距、画像認識などを適宜採用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明による移動体位置検出システムは、物流、倉庫、工場、輸送などの分野においてフォークリフト、搬送車、輸送機の位置検出に適用することができ、パレット、コンテナ、物品の管理システムを構築することができる。
また、流通、オフィス、公共施設、娯楽施設、防災、警備などの分野におけるスタッフ、作業員、機器などの管理システム、来客者の動線解析や位置情報サービスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態の移動体位置検出システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態の移動体位置検出計算方法の説明図である。
【図３】本発明の実施形態の移動体位置検出システムの効果の説明図である。
【図４】本発明の実施形態の別の計算方法の説明図である。
【図５】本発明の実施形態のフォークリフト位置検出システムの構成図である。
【図６】本発明の実施形態のカート／歩行者位置検出システムの構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  移動体、  １１  無線端末、  １２  走行計、  ２０、２１、２２  無線基地局、  ３０  ネットワーク、  ４０  サーバ、
１００ｎ、１００ｎ＋１、…、１００ｉ、…、１００ｍ      時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｉ、…、ｔｍにおける真の位置、
１１０ｎ、１１０ｎ＋１、…、１１０ｉ、…、１１０ｍ      時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｉ、…、ｔｍにおける無線測定位置、
１２０ｎ、１２０ｎ＋１、…、１２０ｉ、…、１２０ｍ      時刻ｔｎ、ｔｎ＋１、…、ｔｉ、…、ｔｍにおける走行計測定位置、
１１０ｎ’、１１０ｎ＋１’、…、１１０ｉ’、…、１１０ｍ’        時刻ｔｍにおける推定位置。
【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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