(57)【要約】人（２５）又は物を追跡するシステム。一以上の追跡ユニット（１００）が追跡対象者又は物に関連付けられる。各追跡ユニットは、距離及び方角又は方向情報を与えるための一以上の加速度計と一以上のジャイロスコープを含む。主制御局（ＭＣＳ，２００）は距離及び方角情報又はそれに基づく位置情報を受信する。また、ＭＣＳ（２００）は、追跡ユニットの少なくとも一の位置を表示するディスプレイを含む。ＭＣＳは、前記少なくとも一の追跡ユニットに対する基準点と方角の決定、距離と方向情報を与える前記加速度計とジャイロスコープからのデータ、前記距離及び方向情報の集合に基づいて前記位置を決定するようにプログラムされている。
2004518201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人又は物を追跡するシステムであって、
それぞれ人又は物に関連付けられ、一以上の加速度計とジャイロスコープとを有する一以上の追跡ユニットと、
少なくとも一の前記追跡ユニットの位置を表示するディスプレイを含む主制御局（ＭＣＳ）とを有し、当該ＭＣＳは、
前記少なくとも一の追跡ユニットに対する基準点と方角の決定、
距離と方向情報を与える、前記加速度計とジャイロスコープからのデータ、
前記距離及び方向情報の集合、
に基づいて前記位置を決定するようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記ＭＣＳは、前記少なくとも一の追跡ユニットの前記位置と経路を一定期間表示することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記ＭＣＳは、複数の追跡ユニットの前記位置を同時に表示し、前記表示された位置の各々は前記関連追跡ユニットに関連付けられた前記人又は物の表示を含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記ＭＣＳは、既知の方角と既知の位置で前記追跡ユニットを手動で位置決めすることによって、前記基準点と方角を決定するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記ＭＣＳは、ＧＰＳとコンパスを使用することによって前記基準点と方角を決定するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記ＭＣＳは主方角を含み、前記追跡ユニットの複数の位置を三角測量し、前記複数の位置に基づき、かつ、前記主方角に向けられたベクトルを前記複数の位置に更新することによって、前記基準点と方角を決定するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記追跡ユニットは、センサデータを収集し、収集されたセンサデータに基づいて警報条件を生成する一以上のセンサを含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ＭＣＳは、位置と共にセンサデータを表示することを特徴とする請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記ＭＣＳは、救急運搬手段に結合され、前記追跡ユニットは救急隊員が身につけていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
密閉空間内で人又は物を追跡するシステムであって、
追跡される人又は物に複数の追跡ユニットの各々を関連付け、
主基準位置と主基準方角に基づいて前記追跡ユニットに対して基準位置と基準方角を設定し、
各追跡ユニットが移動する距離を表すデータを繰り返し取得し、
各追跡ユニットが移動する方角を表すデータを繰り返し取得し、
距離を表す前記データと方角を表す前記データに基づいて前記追跡ユニットの位置を決定し、
各追跡ユニットの位置の表示を与えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記ＭＣＳは主方角を有し、基準位置と方角の設定は、
第１の位置測定を決定し、
第２の位置測定を決定し、
前記第１及び第２の位置測定によって定義された距離を有する経路を前記主方角に沿って前記位置測定に更新することを含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記位置測定の決定は三角測量に基づくことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
各追跡ユニットの前記位置に基づいて前記密閉空間の表示を構成することを更に有することを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記密閉空間は建築物であり、前記建築物の表示の構成は前記建築物の階を識別することを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記密閉空間は建築物であり、前記建築物の表示の構成は前記建築物の階段吹き抜きを識別することを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
各追跡ユニットの位置の表示は前記建築物の前記表示に対する前記表示を与えることを含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連米国特許出願
本出願は、２０００年１１月２２日に提出された米国仮特許出願通し番号第６０／２５２，５９９の利益を請求し、ここでその全体を参照して結合する。
【０００２】
発明の背景
１．  発明の分野
本発明は、一般には、建築物の内部や地下などの密閉空間において使用可能な人の慣性追跡システムに関する。
【０００３】
２．  関連技術の説明
人と物の位置を突き止め、かつ、追跡するための様々なシステムが存在する。かかるシステムは、無線信号を各々送信する２４個の衛星からなる、今や偏在する汎地球測位システム（ＧＰＳ）に典型的に依存する。一般には、ＧＰＳ受信機の位置は、三辺測量、より一般には、三角測量を通じて決定される。ＧＰＳ受信機は、衛星からＧＰＳ受信機への無線信号の伝達時間に基づいて、それと３つ（以上）の衛星の各々との距離を測定する。各衛星と対応する距離は、可能な位置の球、２点における３つの衛星によって定義される３つの球の交差を定義する。２点の一つは、ＧＰＳ受信機の不可能な位置として通常は拒絶可能であり、２番目の位置がＧＰＳ受信機の位置として残る。
【０００４】
しかし、かかるＧＰＳシステムは欠点を有する。注目すべきは、ＧＰＳシステムは、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ無線信号を衛星から受信することを必要とする。従って、ＧＰＳシステムはＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号を受信できない場合には機能しない。この欠点は、ＧＰＳシステムが建築物、トンネル、高層大都市環境その他の密閉空間内で使用されることを妨げる。そこで、改良された位置測定及び追跡システム、特に、密閉空間内で人や物の位置を突き止め追跡可能なものの需要が存在する。
【０００５】
３．  発明の要約
本発明のある実施形態による方法及びシステムは上述及びその他の需要を満足する。一以上の追跡ユニットは、追跡対象者又は物に関連付けられる。各追跡ユニットは、距離及び方角又は方向情報を与えるために、一以上の加速度計と一以上のジャイロスコープを含む。主制御局（ＭＣＳ）は距離と方角情報又はそれに基づく位置情報を受信する。また、ＭＣＳは、追跡ユニットの少なくとも一の位置を表示するための表示装置を含んでもよい。ＭＣＳは、前記少なくとも一の追跡ユニットに対する基準点と方角の決定、距離と方向情報を与える、前記加速度計とジャイロスコープからのデータ、前記距離及び方向情報の集合に基づいて前記位置を決定するようにプログラムされている。
【０００６】
好ましい実施形態の詳細な説明
はじめに
密閉空間内で正確で信頼性のある三次元の人の位置と追跡情報を取得する際にＧＰＳと三角測量技術の制限を実現しながら、推測航法としても知られる慣性追跡の方法とシステムを提供する。本発明の実施形態は、高層建築物の間、建築物内、地下領域内などの閉鎖領域に特に適用可能である。理解されるように、システムは、時折短い無線周波数（ＲＦ）のドロップアウト又は干渉エピソードに対して機能を継続するのに十分ロバストである。困難な送信領域においては、強力な携帯中継局を途中で省略可能で、ＲＦ信号を増幅してＰＴＵとＭＣＳとの間の二方向通信を維持するために、追跡対象物が装身又は運搬する個人追跡ユニット（ＰＴＵ）とＰＴＵからデータを記録及び／又は表示する主制御局（ＭＣＳ）を介在する。
【０００７】
一般に、実施形態は、同じ場所に配置したジャイロスコープと加速度計を、プロセッサが経路を本質的にリアルタイムで蓄積及び計算するのに使用するデータを与えるのに利用する。本発明の実施形態は、「チェックイン」、即ち、ＭＣＳ又はその付近における位置と方向などの既知の基準に対する開始点と初期方角の設定を提供する、信頼性のある方法を提供する。３つの異なる別個の例示的なチェックインの方法をここで開示する。
【０００８】
三軸加速度計は、一実施形態の慣性追跡システムのＰＴＵの一部であるが、本発明は、ここで参照して結合されるレプコフカーに発行された米国特許第５，６５２，５７０号にあるようなニューラルネットワークに振動性符号を与えることによって個別的な動作条件分析を引き出すのに同一（又は異なる）三軸加速度計を使用することを想定している。歩行、エレベータに乗ること、階段昇降、及び、走行などの動作事象は、詳細な経路分析なしに区別可能である。同一（又は異なる）加速度計も、落下（高い初期加速度）、衝撃（鋭いパルス）、停止期間中の不動（マンダウン）などを検出するのにある実施形態で使用され、密閉空間における装身者の位置を直ちに突き止めることを補助するため、あるいは、特定条件の装身者に警報を出すために、ＭＣＳに警報を出し、ストロボライト、大可聴「音声」、振動性呼び出し装置、電子ビーコン信号その他の検出可能なビーコン信号などの取り付けられたＰＴＵビーコン装置をオンにするために、バイオセンサからの他の警報キューと結合される。
【０００９】
建築物内のＭＣＳにおける被追跡者の表示は、入手可能であれば、建築物の特徴と同様に三次元経路を表示する目的で、ディジタル化された建築設計によって容易化され得る。建築設計が入手できなければ、位置データは、例えば、建築構造を「推測」すること、人が構造上を移動する際の人の経路情報と共にそれを表示するなど、多くの方法でＭＣＳで表示可能となる。例えば、水平移動は床の存在を推測し、階段昇降は特定位置に階段を配置するだろう。これは、ＭＣＳにある表示ソフトウェアによって処理される。代替的な実施形態においては、ＰＴＵは、構造的特徴を伝えるために、その人用のそのプロセッサに結合されたプッシュボタンなどのインターフェース装置を含んでもよい。
【００１０】
本実施形態は消防士などの人の位置測定及び追跡に関するが、本発明は、電車、トラック、地下鉄、出荷コンテナなど動物や物の位置測定及び追跡にも適用可能であることを理解すべきである。
【００１１】
外観
本発明のある実施形態を、図面を参照して以下に詳細に説明する。同様の参照符号は同様の構成要素を示す。図１の概略図は本発明の一実施形態の外観と構成要素の相互関係を与えている。一般に本実施形態のシステムは、ＧＰＳ無線信号が入手できない建築物や地下などのいかなる密閉空間においても消防士などの人２５の位置を計算するのにジャイロスコープと加速度計データを使用する。図１に示す本実施形態は例示的な目的のためのものであり、制限的な趣旨ではないことを理解すべきである。
【００１２】
以下により詳細に説明するように、人２５は、人２５の位置を計算するのに使用されるデータを収集する個人追跡装置（ＰＴＵ）１００を身につけている。本実施形態においては、ＰＴＵ１００は、個人及び環境センサデータの両方を収集する。ＰＴＵ１００は、当業界で既知の任意の無線通信システムを介して、以下に詳細に説明された、主制御局（ＭＣＳ）２００にデータを送信する。システムは、幾つかの異なるサービスプロバイダから入手可能な、多くの商業的に入手可能な無線データ通信方法を潜在的に利用することができる。使用可能な無線データ通信インターフェースの種類の幾つかの例は、セルラー・ディジタル・パケット・データ（ＣＤＰＤ）、グローバル・システム・フォー・モービル・コミュニケーションズ（ＧＳＭ）ディジタル、コード・ディビジョン・マルチプル・アクセス（ＣＤＭＡ）、及び、任意の「Ｇ」携帯電話標準に関連付けられたディジタルデータ送信プロトコル（例えば、２．５Ｇ又は３Ｇ）を含む。本実施形態においては、システムは、送信制御プロトコル（ＴＣＰ）など他のプロトコルが使用可能であるが、ＣＤＰＤを通信技術として、インターネットプロトコル（ＩＰ）と共にユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）を送信プロトコルとして使用する。代替的な実施形態においては、ＲＦは２方向ページャー又は無線ローカルエリアネットワーク通信が使用される。
【００１３】
本システムは、選択的に、ＰＴＵ１００とＭＣＳ２００との間で送信を受信、増幅、再送信するためのリレー又はリピータとして機能する一以上の信号中継局４０を含んでもよい。かかる中継局４０は、例えば、消防士による使用時にプリインストール又は配置されてもよい。
【００１４】
以下、経路計算方法の２つの異なる実施形態を説明する。両者は、日本のシリコン・センシング・システムズ社から得られるシリコン振動構造ジャイロスコープモデルＣＲＳ−０３などの三軸速度ジャイロスコープの使用を含む。また、両者は、アリゾナ州フェニックスのモトローラ・セミコンダクターズから得られるモデルＭＭＡ１２２０Ｄなどの同じ場所に配置される三軸加速度計の使用も含む。これらの装置は、好ましくは、監視対象者又は物が運搬するＰＴＵ１００に一体化される。代替的に、例えば、ナノトロン社が提供するようなリキッドフィルド型小型傾斜センサの加速度計と速度ジャイロスコープの両方として使用可能である。別の実施形態においては、三軸加速度計の代わりに３つの単軸直交加速度計が使用可能である。ＭＣＳから建築物ファサードへのオフセットは、レーザ又は超音波距離計の使用によって決定される。
【００１５】
例示的なＰＴＵとＭＣＳ
図２Ａは本発明の実施形態のＰＴＵ１０００とＭＳＣ１００１の概略図であり、ＰＴＵ１０００が生の加速度計及びジャイロスコープデータを収集し、ＭＣＳ１００１にそのデータを送信する。次いで、ＭＣＳ１００１は、人２５の位置を計算するのにそのデータを使用する。特に、三軸加速度計１００５と三軸ジャイロスコープ１００６からの読み取りは、マイクロプロセッサと関連メモリ１００９に送られ、それは読み取りをタイムスタンプし、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのメモリのギャップデータファイル１００７にそれらを同時に格納する。ＰＴＵ１０００は、好ましくは、水晶発信器その他の図示しないクロックなどのローカルクロックを有する。ＰＴＵは、上述したように、検出可能な警報及び／又はビーコン信号を生成するためのビーコン信号生成器を好ましくは含む。ビーコン１０１３は、ＭＣＳ１００１のユーザによって、ＰＴＵ１００によって自動的に、又は、ＰＴＵ１０００を身につける人２５によって手動で、起動可能となる。マイクロプロセッサ１００９は、送信機１００８を介して、アンテナ１０１０から送信１０１１を介して、ＭＣＳ１００１の受信アンテナ１０２０にデータを送信する。
【００１６】
ＭＣＳ１００１のマイクロプロセッサ１０２２は、ＭＣＳ１００１に関連付けられた全ＰＴＵ１０００の経路アルゴリズム（ＰＡ）ソフトウェアルーチンを実行する。より特定的には、ＭＣＳ１００１は、方角（又は方向）（受信機１０２１からの）速度ジャイロスコープ１００６データの単一統合と距離と究極的にはＰＴＵの位置及び／又は経路を決定するための（受信機１０２１からの）三軸加速度計１００５データの二重統合を実行するソフトウェアルーチンを起動する。
【００１７】
ＭＣＳ１００１は、ビデオディスプレイ端末（ＶＤＴ）１０２３上に表示を作成するようにプログラムされている。ＰＴＵ１０００は、ファイル１００７が一秒以上など所定の間隔で収集されたデータのコピーを含むように、最新のデータで最古のデータを好ましくは継続的に上塗りする。かかるデータは短い通信障害から回復する際に価値がある。帯域幅１０１１は、短い停電からの回復中に「ギャップデータ」の送信と同様に、現在のデータを確保するのに十分でなければならない。格納されたデータの深さを超える、より長い停電は、ＰＴＵの更なる経路追跡を与える際に回復できない過失をもたらす。
【００１８】
ＭＣＳ１００１は、システムのユーザがデータと命令を入力することを可能にするキーボード、キーワード等のインターフェース装置も含む。
【００１９】
ＰＴＵ１０００は、生物学的又は環境状態を監視するマイクロプロセッサ１００９に結合された、好ましくは一以上のセンサ１０１２を含む。センサは、心拍、体温、脳活性、血圧、血流速度、筋肉活性、呼吸速度、血液酸素などの人２５の生理学的パラメータを監視するためのもの、及び／又は、温度、湿度、動作、速度、一酸化炭素濃度、特定の化学物質の存在などの環境パラメータを監視するセンサを含む。アナログ・デバイスによってＡＤＸＬ２０２の商品名で提供される慣性装置ベースの落下検出器（例えば、一以上の加速度計を利用するもの）など特別のセンサも使用可能である。別の例示的なセンサは、センサ・ネット社からのモデルＡＬＳ−２３０としての脈拍数センサを含み、センサ・サイエンティフィック社からのモデルＷＭ３０３又はＳＰ４３Ａとしての温度センサ（型ＮＴＣ）を含む。脈拍数センサは、センサ・ネット社からモデルＡＬＳ−２３０としての入手可能である。赤外線光センサもプローブ社から入手可能である。
【００２０】
センサデータは、センサデータがローカルメモリに格納された予め設定された閾値を越えているかどうかを判断するために、マイクロプロセッサ１００９によって好ましくは解析される。閾値を超えていれば、ユーザにその状態を警報するために、メッセージが生成されて送信される。好ましくは、センサデータは、制御部／ユーザに警報を出すために、ＭＣＳ１００１にも送信される。ある実施形態においては、過度の環境熱又は一酸化炭素などの警報条件はビーコン１０１３を起動させる。
【００２１】
以下、本発明の代替的実施形態を、図２Ｂを参照して説明する。本実施形態は、ＰＴＵ１０５０とＭＣＳ１０５１を含み、ＰＴＵ１０５０はマイクロプロセッサ１０５５を使用して経路アルゴリズム（ＰＡ）ソフトウェアルーチンを実行し、経路計算を局所的に実行する。ある実施形態においては、マイクロプロセッサ１０５５は、図２のマイクロプロセッサ１００９以上の電力を使用し得るが、位置と、適用可能であれば、ディスプレイ１０２３更新をサポートするために分析された位置情報のみが所定間隔で送信されるから、送信アンテナ１０５７からアンテナ１０６２への送信１０６３は図２Ａのそれと比較するとより狭い帯域リンクであるので送信機１０５６において幾つかの潜在的な省電力が実現可能である。逆に、ＭＣＳ１０５１の受信機１０６１とプロセッサ１０６０は、図２Ａの実施形態のマイクロプロセッサ１０２２と受信機１０２１よりも好ましくは単純である。本実施形態は、いかなる長さの通信中断後にも全経路に関して回復可能であることを留意する必要がある。ＰＴＵ１０５０の小さなローカルファイルは、（他の状況ではディスプレイにギャップとして現れるであろう）中断後にディスプレイを可視的に「充填」するために追加可能である。
【００２２】
動作において、ＰＴＵは、（例えば、ＰＴＵマイクロプロセッサの速度が与えられたとすればできるだけ速く）加速度計及びジャイロスコープに基づいて移動した距離と方向を反復的に決定する。一般に、位置情報はＧＤＦ１００７に書き出され、ＭＣＳに送信され、処理が繰り返される。位置情報の集合は本質的にＰＴＵを身につけた人の経路である。かかる位置情報の集合は、好ましくはＭＣＳで起こる。ある実施形態においては、ＰＴＵは位置データを集め、所定の間隔で又はＭＣＳからの要求を受信すると又は装身者からの手動信号があると、例えば、装身者が特に危険な領域いると信じる場合は、それをＭＣＳに送信する。
【００２３】
ＰＴＵとＭＣＳはプログラムされた汎用コンピュータを含んでもよい。
【００２４】
チェックイン手順
上述の実施形態の典型的な動作はチェックイン手順を含んでいる。チェックイン処理の目的は、ＭＣＳに対して既知の開始又は基準点及び方角を提供することである。ＰＴＵを身につけている人２５の経路は、リアルタイム追跡を与えるために、この基準点に対して「蓄積」されている。追跡対象者又は物のリアルタイム位置は、その後、開始点からの経路情報を蓄積することによって計算される。開始位置が既知でなければならないだけでなく、ジャイロスコープと加速度計要素を含むユニットの方角も既知でなければならない。開始位置と向かう方向を追跡対象物にこのように関連付けることは、チェックインとして知られている。例えば、消防士の用途であれば、完全自動化技術が望ましい。
【００２５】
以下、３つの例示的なチェックイン手順を図３Ａ、３Ｂ及び４Ａ−Ｃを参照して説明する。図３Ａは、ＭＣＳ１１００の構造体に剛性的に好ましくは物理的に取り付けられたチェックイン局１１００まで歩く追跡対象者に関連する手動の実施形態を示す。ＭＣＳ１１００は、複数の者２５に対してそれに取り付けられた一以上のチェックイン局１１０１を有する。チェックイン局１１０１は、ケーブル１１０３が取り付けられる杖部１１０４を受ける受け台又は窪み１１０２を有する。取り付けられたＰＴＵ１１０５を有する人１１０６は、受け台１１０２から杖部１１０４を単に拾い上げ、ＰＴＵ１１０５の筐体を窪み１１０７にしばらく挿入する。窪み１１０７と筐体１１０５との関係は、それが一方向に適合し、適当に設置された場合には二方向転送に電圧が加えられる。チェックイン局１１０１はＭＣＳ１１００に対して既知の位置と姿勢にあるので、杖部１１０４が（ＰＴＵ内のそれと同様に）埋め込まれた慣性追跡サブシステムを有すれば、その位置は常にＭＣＳ１１００に既知である。データはＰＴＵ１１０５に取り付けられると転送され、それは、必要があれば、ＭＣＳ１１００及び／又はＰＴＵ１１０５に中継される同一の位置及び姿勢を占める。人の識別もこの時にＭＣＳ１１００に転送される。各チェックイン手順後に杖部１１０４を受け台１１０２に戻すことによって、そのホーム位置はリセットされ、開始位置で蓄積した誤差を回避する。多数のチェックイン局１１０１は、人の同時チェックインを容易にするために、ＭＣＳ１１００に取り付け可能である。本システムは、警察スワットチームや救助使命などの明瞭な使命を有する少人数の班に対してより適合する。消防士は、火事場での通常活動に抵触するいかなる手順に対しても許容性がすくない。
【００２６】
代替的なチェックイン実施形態を図３Ｂに示す。本実施形態は、（追跡サブシステム１１５３を含む）ＰＴＵ１１５０と一体化されている電子コンパス１１５２とＧＰＳ受信機１１５１とを利用する。性能は、人２５が建築物に入る前の、（例えば、屋外での）ＭＣＳにおける適当なＧＰＳ信号の利用可能性に依存する。ＧＰＳは方角情報を与えないので、コンパス１１５２その他の装置が使用される。後者は、磁気センサを使用するプレシジョン・ナビゲーションのパーム・ナビゲーション１．０に類似の技術であってもよい。これは自動チェックインを達成して人２５は何ら公然と動作を行う必要はないが、コンパス１１５２が提供するように、それは局所的な磁場変動のために限定された方角精度を有する。
【００２７】
別の代替的なチェックイン実施形態は三角測量法であり、それを図４Ａ−Ｃを参照して説明する。かかる実施形態は複数の（例えば、２、３の）トランシーバと、（緊急運搬手段などの）可動プラットフォーム１０７０に搭載されたＭＣＳ１０７１における「飛行時間」計算を使用する。図４Ａに示すように、ＭＣＳ１０７１の主「原点」１０７５と主「方角」１０７６にＭＣＳが関連又は調整する、２つの別個の屋外位置測定Ａ及びＢが２つの異なる瞬間（例えば、１秒離れて）で各ＰＴＵから取り出される。本実施形態においては、ＭＣＳ１０７１は、救急トラックと一体になっている。トラックは、図示の通り、２点固定Ａ及びＢを三角測量するために３つ以上のトランシーバ１０７２、１０７３、１０７４を含む。代替的に、トランシーバ１０７２、１０７３、１０７４はＡ及びＢを識別可能なレーザ距離計その他の装置で置換可能であろう。位置測定Ａ及びＢが一旦取得されると、ＭＣＳ１０７１は人２５とＰＴＵの距離と方向の調整を続行する。
【００２８】
図４Ｂは、ＭＣＳ１０７１で好ましくは実行されるソフトウェアルーチンによる当初の方角を取得するための「更新」手順の上面図を示している。第１及び第２の位置測定の時間の蓄積経路１０８１は、あたかも主方角１０７６から得られたかのように記録される。換言すれば、ベクトル１０８２は、主方角の方向に、点Ａから点Ｃにおけるその終点まで理論的には描かれる。このベクトル１０８２は、点ＡとＢとの間の現実のベクトルであるベクトル１０８０と同一長でなければならないが、三次元空間においては誤った方向を示し、現実に移動された方向である代わりに参照主方角１０７６の初期方角にあるように位置決めされる。ベクトル１０８２と１０８０との間の変化角１０８３は単一の角度として示されているが、変化は三次元の各々に存在してもよい。従って、アルゴリズムは、以前は未知であった、結合されると初期方角を与える３つのそれらの角度を計算する。注目すべきは、このチェックインはＧＰＳの使用又はコンパスなしに実行され、処理はユーザに完全に透明である。
【００２９】
以下、三角測量チェックイン処理を図４Ｃのフローチャートを参照して要約する。ここに示すように、処理はＭＣＳへのＰＴＵ（電子）ＩＤの入力と共に開始する。代替的な実施形態においては、識別情報はＰＴＵに格納され、ＰＴＵが起動するとデータはＭＣＳに自動的に送信される。かかるデータが入力されると、ユーザに対する個人識別情報は各ＰＴＵに関連付けられる。ステップ１１０２。例えば、緊急電話を受信すると、消防署は火事場に到着する。ステップ１１０４。
【００３０】
ＭＣＳは、第１の位置測定Ａを取得することによって第１のＰＴＵに対してチェックイン処理を介するように命令される。ステップ１１０６。ＰＴＵ ＩＤは、ＭＣＳに関連付けられたｎ番目のＰＴＵを表示するために一般にＰＴＵ−ｎと呼ばれる。チェックイン処理が開始する毎に、ｎカウンタがリセットされる。処理は同一のＰＴＵ−ｎに対して第２の位置測定Ｂを取得して継続する。上述したように、ＰＴＵ−ｎを身につけている者の経路更新を実行することによってＭＣＳにあるソフトウェアが継続し、それによってＰＴＵ−ｎの方角を決定する。ステップ１１１０。
【００３１】
選択的に、チェックイン処理は、ＰＴＵ−ｎに対して調整された方角を確認して継続する。より特定的には、ＭＣＳは第３の位置測定Ｃを三角測量によって取得する。ステップ１１１２。ＭＣＳは、三角測量を使用して決定された第３の位置測定Ｃを、推測航法を利用して決定されるＰＴＵ−ｎの位置と比較する。ステップ１１１４。ＭＣＳソフトウェアは、その後、位置Ｃに対する２つの位置読み取りにおける相違が許容交差内であるかどうかを判断する。ステップ１１１６。
【００３２】
読取の差が受け入れられなければ、ＭＣＳは失敗を、例えば、ＭＣＳ及び／又はＰＴＵ−ｎのＬＥＤを表示し（ステップ１１１８）、チェックイン処理はＰＴＵ−ｎだけ繰り返される（ステップ１１０６以下参照）。２つの読取の差が許容交差内であれば、ＭＣＳは成功チェックイン表示装置、例えば、ＭＣＳ及び／又はＰＴＵ−ｎのＬＥＤを起動することによって継続し（ステップ１１２０）、ＭＣＳは全ＰＴＵがチェックインされたかどうかを決定する（ステップ１１２２）。そうでなければ、ＭＣＳはカウンタ−ｎをインクレメントし（ステップ１１２４）、次のＰＴＵのためのチェックイン処理を繰り返す（ステップ１１０６以下参照）。
【００３３】
全ＰＴＵがチェックインされた場合、チェックインプロセスは完了とみなされ（ステップ１１２６）、システムは各ＴＰＵの位置の監視を続行する。しかし、各ＰＴＵがチェックインされた後でシステムは直ちにＰＴＵの位置を追跡し、ＰＴＵがチェックインされることを待たないことを留意すべきである。
【００３４】
メッセージプロトコル
代替的な実施形態においては、各ＰＴＵを識別するのに電子ＩＤは使用されない。代わりに、各ＰＴＵは位置とセンサデータを離散的な周波数で送信する。次いで、ＭＣＳは、受信データの当該周波数及び関連ＰＴＵを識別するのに使用される様々なフィルタを有する広帯域受信機又は多チャンネル受信機を含む。
【００３５】
本発明は、単一人２５をチェックインして追跡することを参照して説明されてきたが、本発明と実施形態は複数の者をチェックインして追跡することに好適となり得ることを理解すべきである。かかる実施形態においては、各ＰＴＵは、電子識別子（ＩＤ）で符号化される。ＭＣＳは、各電子ＩＤを人２５及び好ましくは当該者の個人識別情報、例えば、氏名、緊急連絡情報、既存の健康状態、ＰＴＵから受信したセンサデータなどに関連付けるデータベース又はテーブルを含むＲＡＭなどのメモリを好ましくは含んでいる。また、データベースは各ＰＴＵを位置履歴にも関連付けるであろう。
【００３６】
より特定的には、各ＰＴＵは位置及び、適用可能な場合には、センサデータを既定のフォーマットで送信する。かかるフォーマットはＰＴＵの電子ＩＤに対するフィールドを含んでいる。そこで、ＭＣＳがデータのパケットを受信すると、ＭＣＳ（及びより特定的にはそれに存するソフトウェア）は電子ＩＤを抽出してデータベースを更新し、適用可能な場合には、ＶＤＴを適当に更新する。
【００３７】
以下、ある例示的なメッセージパケットプロトコルを、図５を参照してより詳細に説明する。図示の通り、ＰＴＵとＭＣＳとの間で送信される各メッセージパケットは、それぞれ所定値とメッセージパケットの開始と終わりを表示するヘッダフィールドとエンドフィールドを含む幾つかのフィールドを含む。メッセージパケットは、事情に応じてＰＴＵ又はＭＣＳのいずれかによって送信されるメッセージの種類を表示する制御１フィールドも含んでいる。例えば、制御１フィールドの値は、メッセージがＰＴＵからのデータを含むことを示してもよい。ＰＴＵは内部エラーを検出したか、データが不良である。ＰＴＵは特定のセンサに対する警報条件又は条件（例えば、電池少）などを検出した。ＭＣＳによって送信されるメッセージの場合、メッセージがコマンド又はデータの要求である。また、制御１フィールドは、メッセージを他から受信したＰＴＵ又はＭＣＳの単なる受領書であることを表示してもよい。
【００３８】
データ長１フィールドはデータ１フィールドの長さを表示する。ＣＲＣはメッセージにおけるエラーの検出に使用され、チェックサムなど既知のいかなる技術をも適用する。
【００３９】
ＰＴＵ ＩＤは、パケットを送信するＰＴＵのＩＤ、又はパケットがＭＣＳによって送信される場合にはパケットが送信されるＰＴＵのＩＤを表示する。各ＰＴＵは、それ独自のＩＤでプログラムされているので、ＭＣＳからメッセージを受信すると、ＰＴＵが所期の受領者であるかどうかを判断するためのＰＴＵ ＩＤフィールドを復号することができる。上述したように、ある実施形態はＰＴＵ ＩＤを使用しないが、変わりに異なる周波数又は異なる他の信号若しくは変調特性メッセージで送信する。かかる実施形態においては、ＰＴＵ ＩＤフィールドは必要である。ＰＴＵがＲＦ送信を介して通信する場合には各ＰＴＵは好ましくは異なる周波数で送信し、これにより送信間の干渉を最小にし、これにより異なるＰＴＵ送信間で区別されることを理解すべきである。
【００４０】
図示の通り、データ１フィールドは、ＰＴＵによって提供されるデータの特定の種類（例えば、温度、位置／距離、一酸化炭素、エラーなど）、ＭＣＳによって提供されるデータの種類（例えば、特定のコマンド又は要求など）を表示するための制御２フィールドを含むサブレベルのフィールドを含むことができる。データ長２フィールドは、制御１及び制御２フィールドに関する現実のデータ、例えば、現実のセンサデータ、警報表示とセンサデータ、現実のコマンド（例えば、ビーコンのオンオフ）などを含むデータ２フィールドの長さを表示する。第２のレベルのプロトコルは、多数の制御及びデータフィールド、例えば、距離／位置に対して一つ、及び、センサデータに対する一以上を含むことができる。
【００４１】
ＭＣＳディスプレイ
上述したように、ＭＣＳは、各人（例えば、消防士）２５の位置及び／又は経路を表示するＶＤＴを好ましくは含む。かかるディスプレイは、特定企業の全消防士など特定のグループの全ての人２５を同時に表示してもよいし、一度に一人２５を表示してもよい。更に、ディスプレイは、各人２５の現在の位置のみを示してもよいし、所与の時に各人２５の経路を表示してもよい。多数の人２５が同時にディスプレイに表示されると、各グラフィック表示は、ＰＴＵ ＩＤ番号などの可視キュー、人の名前又は他の識別情報（例えば、ＭＣＳで格納されるように）によって他人から区別される。
【００４２】
好ましくは、ＭＣＳは消防士が入る建物の三次元ディジタル床配置図をメモリに格納し、個々の消防士の情報生成画像を図示的に重ね合わせるために床配置図は利用可能である。グラフィック画像は、タッチスクリーンが提供するようにインタラクティブに画質を高めることができる。
【００４３】
既存の三次元床配置図がなければ、ＭＣＳは、火事場で光学的に建物のファサード画像を取得し、それからソフトウェアによって屋内構造特徴の三次元ビューを推測し、機能的価値のある助言的レベルの細部／精度で、火事場で（及び／又はインターネットを介して）他の消防が必要とするリアルタイムの消防士の位置マッピングの道具としてグラフィック表示してもよい。推測された構造特徴は、床又は廊下の位置、屋内階段位置（例えば、窓の配置）、更には屋上貯水塔による潜在的な配管を含んでもよい。他の必要な情報、例えば、建物の奥行き（即ち、第３の寸法）は、グラフィック表示用のキーパッドによって入力可能である。代替的に、全ての三次元、高さ（例えば、階数）、幅（例えば、長さの単位、窓数等）、及び、奥行き（例えば、長さの単位、窓数等）である。渓谷、トンネルなどの他の密閉空間の表示は、ユーザ入力、位置データ及び／又は経路データに基づいて同様に構成され得る。
【００４４】
更に、消防士が運搬するセンサからのデータは、位置データに結合され、同一方法で建物内でリアルタイム状態をマップするのに使用されることができる。かかる状態に基づいて、ＭＣＳのユーザは（例えば、消防署長）は、かかる状態を表示したり、消防士にＭＣＳに帰還を要求したり、他の措置を取ったりするために、ビーコンに消防士への合図その他の通信をもたらすコマンドを出すことができるだろう。
【００４５】
ある実施形態においては、ディスプレイはタッチスクリーンであり、制御ユーザが特定のＰＴＵ／人２５の表示に単に触れてデータベースから情報を取得し、人２５にコマンドを送信し、ＰＴＵ／人２５などへのデータ送信要求をもたらすことを可能にする。ある実施形態では、ＰＴＵの経路又は位置に触れることは、そのＰＴＵの経路を強調してそれを参照することを容易にする。二度目に触れると強調を除去する。
【００４６】
ＭＣＳで包含及び／又は表示される情報は分析及び／又は表示用に他の遠隔地に更に送信可能であることを理解すべきである。かかる実施形態においては、情報は、ＭＣＳによって中継可能であるか、いかなる利用可能な通信ネットワーク、例えば、携帯電話網、インターネット、無線ローカルエリアネットワーク、有線ネットワークなどネットワークを介してもＰＴＵから直接に送信可能である。データのかかる遠隔利用可能性は、管理の見落とし、訓練、監督、若しくは、それにより可能となるいかなる目的にも使用可能であろう。
【００４７】
本発明の方法とシステムは多くの用途を有し、多くの方法で実現可能であり、同様に、上述の例示的な実施形態と実施例によって制限されないことを当業者は認識するであろう。更に、本発明の範囲は、当業者によって理解されるであろうように、ここで記載されたシステム構成要素に対する従来知られ、将来開発される変形と変更をカバーする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるシステムの一般的な概略外観図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による主制御局と個人追跡ユニットの概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による主制御局と個人追跡ユニットの概略図である。
【図３Ａ】本発明の代替的実施形態のチェックイン構成要素の概略図である。
【図３Ｂ】本発明の代替的実施形態のチェックイン構成要素の概略図である。
【図４Ａ】自動チェックイン処理を使用する本発明の実施形態の上面図である。
【図４Ｂ】本発明による一実施形態の更新論理処理を示す概略図である。
【図４Ｃ】チェックイン処理のフローチャートである。
【図５】本発明による一実施形態のメッセージプロトコルの概略図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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