(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムにおいて、
無線通信ネットワークに結合されたコマンドユニットと、
前記無線通信ネットワークに結合された処理ユニットと、
前記無線通信ネットワークと通信する第１の移動トランシーバおよび周囲温度センサを有する第１の個人追跡ユニットであって、第１の個人の第１の組のユーザ識別データを有する装置に結合され、前記無線通信ネットワークを介して前記処理ユニットに前記第１の個人の位置および該第１の個人の位置の周囲温度を表す信号を送信するよう動作する第１の個人追跡ユニットと、
第２の移動トランシーバおよび周囲温度センサを有する第２の個人追跡ユニットであって、第２の個人の第２の組のユーザ識別データを有する装置に結合され、（ｉ）当該第２の個人追跡ユニットが前記処理ユニットまで第１の距離以内にある場合には前記無線通信ネットワークを介して前記処理ユニットに、および（ｉｉ）当該第２の個人追跡ユニットが前記第１の個人追跡ユニットまで前記第１の距離以内にある場合には前記第１の個人追跡ユニットに、前記第２の個人の位置および該第２の個人の位置の周囲温度を表す信号を送信するよう動作する第２の個人追跡ユニットと
を含み、
前記処理ユニットが、各前記個人追跡ユニットから受信した周囲温度および位置信号に基づいて、前記第１の個人および前記第２の個人の位置のヒートマップを生成することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記無線通信ネットワークが、超広帯域ネットワークを利用するアドホックネットワークであり、前記第１の移動トランシーバが、該第１の移動トランシーバから前記第１の距離以内に位置し且つ前記コマンドユニットから前記第１の距離を超えて位置する複数の移動トランシーバから前記超広帯域ネットワークを介して複数の信号を受信し、該複数の信号を前記コマンドユニットに送信するよう動作する、請求項１記載の通信システム。
【請求項３】
互いまで前記第１の距離以内にある複数の移動トランシーバが、互いに複数の信号を送受信するよう動作し、前記コマンドユニットまで前記第１の距離以内にある前記複数の移動トランシーバが、前記複数の信号を前記コマンドユニットに送信する、請求項１記載の通信システム。
【請求項４】
前記第１の移動トランシーバが、前記処理ユニットと前記コマンドユニットとの間の第２の通信ネットワークに結合され、前記第１の通信ネットワークを介して位置データが送信され、前記第２の通信ネットワークを介して職能的パフォーマンスデータが送信される、請求項１記載の通信システム。
【請求項５】
各前記個人追跡ユニットが、加速度および角速度を測定するための慣性測定ユニットと、プロセッサとを更に含み、該プロセッサが、第１のナビゲーションアルゴリズムを用いて各前記個人の前記加速度および前記角速度を処理することにより、各前記個人の第１の組の相対位置、速度、および高度のデータを決定する、請求項１記載の通信システム。
【請求項６】
各前記個人追跡ユニットが、１組の位置データを生成するための位置センサを更に含み、前記１組の位置データ、並びに各前記個人の前記第１の組の相対位置、速度、および高度のデータが、統計的フィルタと組み合わされることにより、各前記個人の推定される相対位置、速度、および高度が提供される、請求項５記載の通信システム。
【請求項７】
前記第１の個人追跡ユニットおよび前記第２の個人追跡ユニットの各々がＲＦＩＤタグを更に含み、各前記ＲＦＩＤタグが、１組のユーザ識別データを前記処理ユニットに提供する、請求項６記載の通信システム。
【請求項８】
前記第１の移動トランシーバおよび前記第２の移動トランシーバから送信される前記信号が、それぞれ、前記第１の個人および前記第２の個人のバイオメトリクスのうちの１以上も表す、請求項１記載の通信システム。
【請求項９】
各前記個人追跡ユニットがプロセッサおよびディスプレイを更に含み、前記プロセッサが、周囲温度データを位置データと結合することにより、ディスプレイ上に表示される個人の位置のヒートマップを生成する、請求項１記載の通信システム。
【請求項１０】
前記個人追跡ユニットが、前記第１の個人の手首に取り付けられるディスプレイを含む、請求項９記載の通信システム。
【請求項１１】
前記処理ユニットが、構造物内にある前記個人追跡ユニットから受信した複数の位置データ点を結合することにより、前記構造物のマップを生成する、請求項１記載の通信システム。
【請求項１２】
前記構造物の前記マップの一部分が、前記処理ユニットから、前記一部分内にある前記個人追跡ユニットに送信される、請求項１１記載の通信システム。
【請求項１３】
前記処理ユニットが、前記個人追跡ユニットから受信した複数の位置データ点を既存の構造物マップと結合することにより、各前記個人追跡ユニットの位置を有するマップを生成する、請求項１記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、追跡およびアカウンタビリティ装置およびシステムに関し、特に、所定の範囲内にいる個人と所定の範囲を超えている個人との間で通信を行うため、および緊急対応者の安全性を支援するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
緊急事態の現場で情報を収集および拡散するため、並びに、緊急事態において人員およびリソースを指揮および制御するために、信頼性の高い追跡および通信システムが必須である。更に、第一対応者は、助けを必要とする人々に効率的且つ効果的な役務を提供するために、現場にいる人々の間の通信を可能にするためのシステムを整えていなければならない。現在のところ、第一対応者部門は、通信および安全性を容易にするために、通信およびアカウンタビリティ（説明責任）のガイドラインを整えている。例えば、緊急事態の現場において、第一対応者のリストを追跡するために、典型的には、アカウンタビリティ担当官が、第一対応者の各々の位置および職能を維持する。例えば、火災現場では、典型的には、アカウンタビリティ担当官が、燃えている建物に入ろうとしている各消防士から、消防士アカウンタビリティ・タグを集める。これらのタグは、アカウンタビリティ・タグ掲示板の、各消防士が割り当てられた位置に対応するセクションに配置される。また、アカウンタビリティ担当官は、アカウンタビリティ掲示板に、各消防士の名前も記録する。緊急事態が続いている間を通して、アカウンタビリティ担当官は消防士と無線通信を続け、各個人の位置を聴き取り、地上作戦中の各々の位置を記録する。これには、消防士が、少なくとも５〜１０分毎に彼らの位置を更新すること、および、アカウンタビリティ担当官が、消防士によって提供される無線更新を注意深く、中断することなく聴き取ることが必要である。消防士がアカウンタビリティ担当官のところまで戻ったら、その消防士は自分のタグをアカウンタビリティ・タグ掲示板から外し、それにより、その消防士個人がもはや建物内にはいないことが示される。
【０００３】
このシステムの問題点は、必要なデータを第一対応者が提供する必要があることであり、多くの状況においては、そのようなデータを提供することは非常に困難であり得る。更に、音声通信を聴き取ることによって各消防士の位置を取得することは困難であり得る。更に、アカウンタビリティ担当官は、音声通信を行わないと、第一対応者が危機的状況にあるか否かを検出できない。
【０００４】
緊急対応者を追跡するための従来の方法は、典型的には、ジャイロスコープおよび／または加速度計を含む慣性航法システムに依拠したものである。これらのタイプのセンサは、他の任意の補助的センサからのいかなる入力もなしに、孤立した環境におけるナビゲーションを可能にするが、経時的に誤差源が累積し得る。ジャイロスコープの測定値は、経時的にドリフトして、不正確な測定値を生じる。更に、ジャイロスコープおよび加速度計は、推定値に誤差を生じるバイアスおよび非線形誤差を有する。数学的積分中に、計算誤差等の更なる誤差が累積し得る。他のシステムは、全地球測位システム（ＧＰＳ）に依拠したものであり、ＧＰＳはドリフトしないので、典型的にはジャイロスコープおよび加速度計より正確である。しかし、ＧＰＳは更新速度が遅く、短期的には、ジャイロスコープおよび加速度計を用いた慣性航法システムよりも精度が低くなり得る。更に、個人が一旦建物に入ると、または個人が都会の高層建築物の谷間にいる場合、または他の困難な環境にいる場合には、物理的な障壁および干渉源により、ＧＰＳ信号が装置または衛星に到達することが妨げられ得る。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、コマンドユニットと、処理ユニットと、複数の個人追跡ユニットとを有する通信システムを提供する。
【０００６】
１つの構成において、通信システムが提供され、この通信システムは、無線通信ネットワークに結合されたコマンドユニットと、無線通信ネットワークに結合された処理ユニットと、無線通信ネットワークと通信する第１の移動トランシーバを有する第１の個人追跡ユニット（ＰＴＵ）であって、第１の個人の第１の組のユーザ識別データを有する装置に結合され、無線通信ネットワークを介して処理ユニットに第１の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第１のＰＴＵと、第２の移動トランシーバを有する第２のＰＴＵであって、第２の個人の第２の組のユーザ識別データに結合され、（ｉ）第２のＰＴＵが第１の距離以内にある場合には無線通信ネットワークを介して処理ユニットに、および（ｉｉ）第２のＰＴＵが第１のＰＴＵまで第１の距離以内にある場合には第１のＰＴＵに、第２の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第２のＰＴＵとを含む。１つの構成において、第１のＰＴＵは処理ユニットを含み、第２のＰＴＵは別の処理ユニットを含む。
【０００７】
また、通信システムが提供され、この通信システムは、ＷＡＮＥＴ（無線アドホックネットワーク）に結合されたコマンドユニットと、ＷＡＮＥＴに結合された処理ユニットと、ＷＡＮＥＴと通信する第１の移動トランシーバを有する第１の個人追跡ユニットであって、第１の個人の第１の組のユーザ識別データに結合され、ＷＡＮＥＴを介して処理ユニットに第１の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第１の個人追跡ユニットと、第２の移動トランシーバを有する第２の個人追跡ユニットであって、第２の個人の第２の組のユーザ識別データに結合され、（ｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の距離以内にある場合にはＷＡＮＥＴを介して処理ユニットに、および（ｉｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の個人追跡ユニットまで第１の距離以内にある場合には第１の個人追跡ユニットに、第２の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第２の個人追跡ユニットとを含み、各個人追跡ユニットが、プロセッサと、周囲温度データを生成するための周囲温度センサと、ディスプレイとを更に含み、プロセッサが、周囲温度データを位置データと結合することにより、ディスプレイ上に表示される個人の位置のヒートマップを生成する。
【０００８】
更なる構成では、通信システムが提供され、この通信システムは、ＷＡＮＥＴに結合されたコマンドユニットと、ＷＡＮＥＴに結合された処理ユニットと、ＷＡＮＥＴと通信する第１の移動トランシーバを有する第１の個人追跡ユニットであって、第１の個人の第１の組のユーザ識別データに結合され、ＷＡＮＥＴを介して処理ユニットに第１の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第１の個人追跡ユニットと、第２の移動トランシーバを有する第２の個人追跡ユニットであって、第２の個人の第２の組のユーザ識別データに結合され、（ｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の距離以内にある場合にはＷＡＮＥＴを介して処理ユニットに、および（ｉｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の個人追跡ユニットまで第１の距離以内にある場合には第１の個人追跡ユニットに、第２の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第２の個人追跡ユニットとを含み、処理ユニットが、個人追跡ユニットから受信した複数の位置データ点を既存の構造物マップと結合することにより、各個人追跡ユニットの位置を有するマップを生成する。
【０００９】
別の構成では、通信システムが提供され、この通信システムは、ＷＡＮＥＴに結合されたコマンドユニットと、ＷＡＮＥＴに結合された処理ユニットと、ＷＡＮＥＴと通信する第１の移動トランシーバを有する第１の個人追跡ユニットであって、第１の個人の第１の組のユーザ識別データに結合され、ＷＡＮＥＴを介して処理ユニットに第１の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第１の個人追跡ユニットと、第２の移動トランシーバを有する第２の個人追跡ユニットであって、第２の個人の第２の組のユーザ識別データに結合され、（ｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の距離以内にある場合にはＷＡＮＥＴを介して処理ユニットに、および（ｉｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の個人追跡ユニットまで第１の距離以内にある場合には第１の個人追跡ユニットに、第２の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第２の個人追跡ユニットとを含み、個人追跡ユニットは処理ユニットから、個人の位置の逆データプッシュによる脱出マップを受信する。
【００１０】
更なる構成では、閉鎖空間内の環境条件を決定するための装置が提供され、この装置は、データ点の少なくとも１つの組が周囲温度および閉鎖空間内のガス濃度のうちの１つである複数のデータ点を収集するためのセンサモジュールを有するハウジングと、ＷＡＮＥＴを介して処理ユニットに複数のデータ点を送信するためにＷＡＮＥＴに結合された送信機とを含む。
【００１１】
更に別の構成では、構造物のヒートマップを生成する方法が提供され、この方法は、複数の個人追跡ユニットから、構造物の周囲温度データおよび位置データを含むタイムスタンプ付きデータパケットを受信する工程と、周囲温度および位置データを構造物のマップと組み合わせることによりヒートマップを提供する工程と、ヒートマップをコマンドユニットに送信する工程と、携帯型コンピュータのディスプレイ上にヒートマップを表示する工程とを含む。
【００１２】
本方法は、構造物の温度が構造物の耐熱許容範囲より高いか否かを決定する工程と、温度が構造物の耐熱許容範囲より高い場合に、コマンドユニットおよび個人追跡ユニットのうちの少なくとも１つに警報を送信する工程とを更に含み得る。
【００１３】
更に別の構成では、建物内における個人の位置を決定する方法が提供される。この方法は、固有の識別番号を有する第１の個人追跡ユニット（ＰＴＵ）を、別の装置に格納されている第１の個人の第１の組のユーザ識別データと結合する工程と、第１のＰＴＵの固有の識別番号および第１の個人の第１の組のユーザ識別データを処理ユニットに送信する工程と、第１のＰＴＵ内に配置されたＩＭＵおよび無線位置センサのうちの少なくとも１つによって位置測定を行う工程と、位置測定を処理ユニットに送信する工程と、処理ユニットによって受信された位置測定に基づいて、第１の個人の位置推定値を決定する工程と、地球磁場（ＥＭＦ）マップにアクセスする工程と、位置推定値に基づいて、地球磁場（ＥＭＦ）マップの一部分を選択する工程と、第１のＰＴＵ内に配置された測位装置によってＥＭＦ測定を行う工程と、ＥＭＦ測定値をＥＭＦマップの選択された一部分と比較する工程と、個人の位置を決定する工程とを含む。
本方法は、個人の決定された位置を、携帯型コンピュータおよび第１のＰＴＵのディスプレイのうちの少なくとも1つに表示する工程を更に含み得る。
【００１４】
別の構成では、通信システムが提供され、この通信システムは、無線通信ネットワークに結合されたコマンドユニットと、無線通信ネットワークに結合された処理ユニットと、無線通信ネットワークと通信する第１の移動トランシーバおよび周囲温度センサを有する第１の個人追跡ユニットであって、第１の個人の第１の組のユーザ識別データに結合され、無線通信ネットワークを介して処理ユニットに第１の個人の位置および第１の個人の位置の周囲温度を表す信号を送信するよう動作する第１の個人追跡ユニットと、第２の移動トランシーバおよび周囲温度センサを有する第２の個人追跡ユニットであって、第２の個人の第２の組のユーザ識別データに結合され、（ｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の距離以内にある場合には無線通信ネットワークを介して処理ユニットに、および（ｉｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の個人追跡ユニットまで第１の距離以内にある場合には第１の個人追跡ユニットに、第２の個人の位置および第２の個人の位置の周囲温度を表す信号を送信する第２の個人追跡ユニットとを含み、処理ユニットは、各個人追跡ユニットから受信した周囲温度および位置信号に基づいて、第１の個人および第２の個人の位置のヒートマップを生成する。
【００１５】
１つの構成において、通信システムの無線通信ネットワークは、超広帯域ネットワークを利用するアドホックネットワークであり、第１の移動トランシーバは、第１の移動トランシーバから第１の距離以内に位置し且つコマンドユニットから第１の距離を超えて位置する複数の移動トランシーバから、超広帯域ネットワークを介して複数の信号を受信し、それらの複数の信号をコマンドユニットに送信するよう動作する。
【００１６】
通信システムの別の構成では、互いまで第１の距離以内にある複数の移動トランシーバが、互いに複数の信号を送受信するよう動作し、コマンドユニットまで第１の距離以内にある複数の移動トランシーバが、それらの複数の信号をコマンドユニットに送信する。第１の距離は約３００フィート（約９１メートル）であり得る。
【００１７】
通信システムの更に別の構成では、第１の移動トランシーバは、処理ユニットとコマンドユニットとの間の第２の通信ネットワークを含み、第１の通信ネットワークを介して位置データが送信され、第２の通信ネットワークを介して職能的パフォーマンスデータが送信される。
【００１８】
１つの構成において、各個人追跡ユニットは、加速度および角速度を測定するための慣性測定ユニットと、プロセッサとを含み、プロセッサは、第１のナビゲーションアルゴリズムを用いて各個人の加速度および角速度を処理することにより、各個人の第１の組の相対位置、速度、および高度のデータを決定する。各個人追跡ユニットは、１組の位置データを生成するための位置センサを更に含み得るものであり、１組の位置データ、並びに各個人の第１の組の相対位置、速度、および高度のデータが、統計的フィルタと組み合わされることにより、各個人の推定される相対位置、速度、および高度が提供される。
【００１９】
１つの構成において、第１の個人追跡ユニットおよび第２の個人追跡ユニットの各々はＲＦＩＤタグを更に含み、各ＲＦＩＤタグは、１組のユーザ識別データを処理ユニットに提供する。
【００２０】
通信システムの１つの構成において、位置センサは無線位置センサである。
【００２１】
１つの構成において、第１の移動トランシーバおよび第２の移動トランシーバから送信される信号は、それぞれ、第１の個人および第２の個人のバイオメトリクスのうちの１以上を表す。
【００２２】
１つの構成において、通信システムのコマンドユニットは、ディスプレイを有する携帯型コンピュータを含む。或る構成では、ヒートマップは、処理ユニットによってコマンドユニットに送信され、ディスプレイ上に表示される。
【００２３】
１つの構成において、通信システムの各個人追跡ユニットは、プロセッサおよびディスプレイを更に含み、プロセッサは、周囲温度データを位置データと結合することにより、ディスプレイ上に表示される個人の位置のヒートマップを生成する。ディスプレイは、第１の個人の手首に取り付けられ得る。
【００２４】
或る構成では、第１の個人および第２の個人の位置は、デカルト座標の全方向（ｘ、ｙ、およびｚ）において追跡される。
【００２５】
更に、１つの構成において、処理ユニットは、構造物内にある個人追跡ユニットから受信した複数の位置データ点を結合することにより、構造物のマップを生成する。１つの構成において、構造物のマップの一部分が、処理ユニットから、その一部分内にある個人追跡ユニットに送信される。
【００２６】
１つの構成において、処理ユニットは、個人追跡ユニットから受信した複数の位置データ点を既存の構造物マップと結合することにより、各個人追跡ユニットの位置を有するマップを生成する。１つの構成において、個人追跡ユニットは処理ユニットから、個人の位置の逆データプッシュによる脱出マップを受信する。
【００２７】
更に別の構成では、閉鎖空間内の環境条件を決定するための装置が提供される。この装置は、少なくとも１つの組のデータ点が周囲温度および閉鎖空間内のガス濃度のうちの１つである複数のデータ点を収集するためのセンサモジュールを有するハウジングと、無線通信ネットワークを介して処理ユニットに複数のデータ点を送信するために無線通信ネットワークに結合された送信機とを含む。
【００２８】
１つの構成において、装置は、無線通信ネットワークに結合された処理ユニットを含み、処理ユニットは、（ｉ）複数のデータ点を、１組の許容可能データ点限界と比較し、（ｉｉ）複数のデータ点が、許容可能データ点限界内にあるか否かを決定するためのプロセッサを有する。
【００２９】
装置の１つの構成において、処理ユニットは、複数のデータ点が許容可能データ点限界内にない場合には、コマンドユニットおよび個人追跡ユニットのうちの１つに警報を通信する。１つの構成において、装置によって測定される、収集される閉鎖空間内のガス濃度のデータ点は、二酸化炭素レベル、一酸化炭素レベル、シアン化水素レベル、ホスゲンレベル、および酸素レベルからなる群から選択される。
【００３０】
更に別の構成では、構造物のヒートマップを生成する方法が提供される。この方法は、周囲温度データおよび構造物の位置データを含むタイムスタンプ付きデータパケットを複数の個人追跡ユニットから受信する工程と、周囲温度および位置データを構造物のマップと組み合わせることによりヒートマップを提供する工程と、ヒートマップを携帯型コンピュータに送信する工程と、携帯型コンピュータのディスプレイ上にヒートマップを表示する工程とを含む。１つの構成において、結合する工程は、周囲温度および位置データを構造物の既存のマップと結合することを含む。１つの構成において、構造物のマップは、個人追跡ユニットから受信された位置データから決定される。
【００３１】
構造物のヒートマップを生成する方法の別の構成では、方法は、構造物の温度が構造物の耐熱許容範囲より高いか否かを決定する工程と、温度が構造物の耐熱許容範囲より高い場合に、コマンドユニットおよび個人追跡ユニットのうちの少なくとも１つに警報を送信する工程とを更に含む。
【００３２】
更に別の構成では、通信システムが提供され、この通信システムは、無線通信ネットワークに結合されたコマンドユニットと、無線通信ネットワークに結合された処理ユニットと、無線通信ネットワークと通信する第１の移動トランシーバ、プロセッサ、周囲温度データを生成するための周囲温度センサ、およびディスプレイを有する第１の個人追跡ユニットであって、第１の個人の第１の組のユーザ識別データに結合され、無線通信ネットワークを介して処理ユニットに第１の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第１の個人追跡ユニットであって、プロセッサが、周囲温度データを第１の個人の位置と結合することにより、ディスプレイ上に表示される第１の個人の位置のヒートマップを生成する、第１の個人追跡ユニットと、第２の移動トランシーバ、プロセッサ、周囲温度データを生成するための周囲温度センサ、およびディスプレイを有する第２の個人追跡ユニットであって、第２の個人の第２の組のユーザ識別データに結合され、（ｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の距離以内にある場合には無線通信ネットワークを介して処理ユニットに、および（ｉｉ）第２の個人追跡ユニットが第１の個人追跡ユニットまで第１の距離以内にある場合には第１の個人追跡ユニットに、第２の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第２の個人追跡ユニットであって、プロセッサが、周囲温度データを第２の個人の位置と結合することにより、ディスプレイ上に表示される第２の個人の位置のヒートマップを生成する、第２の個人追跡ユニットとを含む。
【００３３】
通信システムの１つの構成において、ディスプレイは、第1の個人の手首に取り付けられる。
【００３４】
本発明の上述の特徴、並びに、本発明は、以下の図面の説明からより完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本システムの模式図
【図２】Ｗｉ−Ｆｉ通信ネットワークおよびアドホック通信ネットワークの模式図
【図３Ａ】コマンドユニット、処理ユニット、および個人追跡ユニット（ＰＴＵ）の模式図
【図３Ｂ】コマンドユニット、処理ユニット、および個人追跡ユニット（ＰＴＵ）の別の構成の模式図
【図４】ＩＭＵおよび更なるセンサからのデータに基づいて、推定される加速度、速度、および高度を提供する処理のブロック図
【図５】ヒートマップ表示および警報システムの１つの構成の方法の工程を開示するフローチャート
【図６】ヒートマップ生成システムの１つの構成の方法の工程を開示するフローチャート
【図７】ゾーン識別エリアの１つの構成の方法の工程を開示するフローチャート
【図８】個人ＩＤユーザデータとＰＴＵとの結合の１つの構成の方法の工程を示すフローチャート
【図９】脱出マップシステムの１つの構成の方法の工程を開示するフローチャート
【図１０】閉鎖空間内の環境条件を決定する装置の模式図
【図１１】ステップ検出およびモーション特性処理の１つの構成の方法の工程を開示するフローチャート
【図１２】双曲線ナビゲーション処理の１つの構成の方法の工程を開示するフローチャート
【図１３】本システムの別の構成の模式図
【図１４】個人の位置決定の１つの構成の方法の工程を開示するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３６】
最初に、異なる図面上の類似の図面番号は、本発明の同一の構造的要素を識別するものであることを認識されたい。本発明を、現在のところ好ましい実施形態であると考えられるものに関して記載するが、本発明は、開示されている実施形態に限定されないものと理解される。
【００３７】
更に、本発明は、記載されている特定の方法、材料、および変形に限定されず、従って、様々であり得るものと理解される。また、本明細書において用いられる用語は、単に特定の要素を説明することを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものと理解される。
【００３８】
追跡およびアカウンタビリティ装置およびシステムが開示される。この装置およびシステムは、緊急事態の現場における第一対応者を含むがそれに限定されない個人の位置をリアルタイムで追跡する。また、このシステムは、３次元で表示され得る温度の視覚的なオーバーレイ、即ちヒートマップを含むがそれらに限定されないマルチメディア状況データパスを提供する。更に、このシステムは、危険な環境から出ることを試みる個人のための脱出マップを提供する。
【００３９】
図１〜３を参照すると、本システム１０は、コマンドユニット５０と、処理ユニット１００と、個人追跡ユニット（ＰＴＵ）１５０と、個人識別装置３００とを含む。
【００４０】
コマンドユニット５０は、無線ネットワークを介して処理ユニット１００およびＰＴＵ１５０と通信する携帯型コンピュータ５２（例えば、タブレット、ラップトップ、または類似の携帯型コンピューティング装置）を含む。処理ユニット１００とコマンドユニット５０との間の標準的なＷｉ−Ｆｉ無線通信ネットワーク５８、および、ＰＴＵ１５０と処理ユニット１００とコマンドユニット５０との間のアドホックネットワーク１４０のような、２つの無線通信ネットワークが存在することが考えられる。１つの構成において、コマンドユニット５０は、２つの別個の通信方法を介して処理ユニット１００と通信するよう構成される。第１に、コマンドユニット５０は、標準的なＷｉ−Ｆｉ無線通信ネットワーク５８を介して処理ユニット１００と通信し得る。このＷｉ−Ｆｉ無線通信ネットワーク５８を介して、処理ユニット１００と携帯型コンピュータ５２との間で職能的パフォーマンスデータが送信され得る。無線通信ネットワーク５８はセキュアなネットワークであることが好ましい。第２に、コマンドユニット５０および処理ユニット１００の各々は、より詳細に後述するように、無線通信ネットワーク１４０としてアドホックネットワーク（ＷＡＮＥＴ）を形成する超広帯域無線技術を利用する無線位置センサ５６、１１２をそれぞれ含み得る。無線通信ネットワーク１４０を介して、ＰＴＵと処理ユニット１００とコマンドユニット５０との間で位置データが送信され得る。
【００４１】
携帯型コンピュータ５２は、ＰＴＵ１５０によって処理ユニット１００に送信されて処理ユニット１００によって処理された職能的パフォーマンスデータおよび位置データを、携帯型コンピュータ５２を用いている個人にグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を介して提供するよう構成されたコンピュータプログラムを含む。また、コマンドユニット５０は、携帯型コンピュータ５２の位置を決定するために、全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星受信機６０を含み得る。１つの構成において、携帯型コンピュータ５２は、無線位置センサ５６およびＧＰＳ衛星受信機６０を含む。更に別の構成では、携帯型コンピュータ５２を用いている個人は、無線位置センサ５６およびＧＰＳ衛星受信機６０を有するＰＴＵを装着している。
【００４２】
選択された構成では、コマンドユニット５０は、互いから離れた距離に配置されている個人間の通信を可能にする、音声を用いることを可能にする様々な任意の市販されている技術によって音声で通信するための音声ユニット５４を含む。音声を用いることを十分に可能にする技術としては、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）およびボイスオーバーインターネットプロトコル（ＶＯＩＰ）が挙げられるが、これらに限定されない。その代わりに、またはそれに加えて、個人間で通信するために無線機が用いられ得る。十分な無線機としては、Vertex Standard LMR社によって販売されているVertex Standard VX−450シリーズ携帯型無線機が挙げられる。
【００４３】
処理ユニット１００は、メモリ、チップセット、プロセッサ、標準ハードドライブコントローラ、拡張スロット、Ｉ／Ｏポート、およびネットワークアダプタといった標準的な構成要素のうちの少なくとも幾つかに結合されたマザーボードを有するサーバである。処理ユニット１００は、後述するように、電源を更に含む。処理ユニット１００は、ＰＴＵ１５０および携帯型コンピュータ５２から受信したデータをメモリ１３６に格納し得る。或る構成では、このデータは、更に、または代わりに、リモートサーバ４００を介してクラウドに格納され、トレーニング５００のために用いられ得る。典型的には、処理ユニット１００は、処理ユニット１００が保管施設に戻ったとき（例えば、消防車が消防署に戻ったとき）に行われるインターネット接続を介してリモートサーバ４００に接続する。処理ユニット１００は、有線接続、無線接続、または有線−無線ハイブリッド接続を介してサーバ４００に接続し得る。格納されたデータは、規制官庁（全米防火協会（ＮＦＰＡ）、労働安全衛生局（ＯＳＨＡ）、アメリカ合衆国国土安全保障省（ＤＨＳ）、および／またはアメリカ合衆国連邦緊急事態管理庁（ＦＥＭＡ）等）が用いるために許容される形式に変換され得る。処理ユニット１００は、より詳細に後述するように、ＷＡＮＥＴ１４０を介した携帯型コンピュータ５２とＰＴＵ１５０との間の通信のための無線位置センサ１１２（例えば、ＤｅｃａＷａｖｅ ＳｃｅｎＳｏｒ ＤＷ１０００チップ等）を含む。
【００４４】
処理ユニット１００はプロセッサ１０４を更に含む。システム１０は、潜在的に、任意の数の市販のプロセッサを用い得るが、オンボードプロセッサは、本明細書に記載されているアルゴリズムをリアルタイムで計算するために十分に高速でなければならない。好ましくは、マルチコアプロセッサが用いられる。用いられ得るマルチコアプロセッサの一例としては、米国カリフォルニア州サンタクララに所在するインテル社によって販売されているＱｕａｄＣｏｒｅ（商標）インテル（登録商標）Ａｔｏｍ（商標）プラットフォームが挙げられる。１つの構成において、プロセッサ１０４は、プロセッサ１０４と残りのＰＴＵとの間のシングルポイントのＰＴＵを通過可能な数のＰＴＵデータストリームと通信するよう構成される。現在の技術では、プロセッサ１０４は約７５個のＰＴＵ１５０と通信する。処理ユニット１００と複数のＰＴＵ１５０との間に更なる接続が存在する場合には、限界が高くなる。例えば、処理ユニット１００と複数のＰＴＵ１５０との間に３つの別個の接続が存在する場合には、現在の技術における限界は２２５個のＰＴＵである。ＳＬＡＭアルゴリズムの複雑さは、システムが有するＰＴＵの数が多くなるにつれ、指数関数的に高まることが当業者には認識されよう。従って、より強力なプロセッサを用いることにより、更なるＰＴＵをシステム１０と共に用いることが可能になる。例えば、インテルＸｅｏｎ（商標）プロセッサは、５００個までのＰＴＵをシステム１０に追加することを可能にし得る。更に、処理ユニット１００のアルゴリズムがの要求がより高くなる場合には、処理ユニット１００の計算能力を高めるために、ＧＰＵがシステムに追加され得る。
【００４５】
上記にかかわらず、ＰＴＵ１５０の３次元位置特定に必要な最小数は、３つのＰＴＵおよび１つの処理ユニット１００であるが、但し、４つのＰＴＵのうちの任意の２つが１つの仮想平面内にないことを条件とする。位置の推定は、ＰＴＵ１５０の数が増えるにつれて、より正確になり得る。緊急事態の現場で必要なＰＴＵ１５０の数がプロセッサ側のＰＴＵ数の限界を超える場合には、システム１０は追加のプロセッサを必要とし得る。追加の処理ユニットは、第１の処理ユニット１００と同じ方法でコマンドユニット５０と通信する。１つの構成において、処理ユニット１００は、第一対応車両１０２（例えば、消防車）に搭載され、１組のＰＴＵと関連付けられる。処理ユニット１００は更に、ＧＰＳ衛星受信機１０６を含む。別の構成では、ＧＰＳ衛星受信機は、携帯型コンピュータ５２を用いている個人によって装着される。そのような構成では、緊急車両１０２に搭載された処理ユニット１００は、そのような車両１０２から電力供給を受ける。その代わりに、またはそれに加えて、処理ユニット１００は、ＬＥＤ標示灯１１０に結合されたバッテリー１０８を含み得るものであり、バッテリー１０８は、第一対応車両１０２が署に駐車されているときに、陸上電力によって充電可能である。また、処理ユニット１００は、第一対応車両のバッテリーを介して充電されてもよい。後述するように、ＬＥＤ標示灯等のインジケータ１１６は、処理ユニット１００が無線通信ネットワーク５８および／または無線通信ネットワーク１４０を介してＰＴＵ装置１５０および／またはコマンドユニット５０と通信しているか否かを標示する。
【００４６】
次に、個人追跡ユニット（ＰＴＵ）１５０を参照すると、各ＰＴＵ１５０は、バッテリー１５４の残りの充電量を測定する電力管理システム１５２を含む。ＰＴＵ１５０が電力を利用可能であるとき、電力が低いとき、および／または、特定のレベルのバッテリー充電量を標示するために、ＬＥＤ標示灯等のインジケータ１５６がバッテリー１５４に結合され得る。ＬＥＤ標示灯１５６は、バッテリーが完全に充電されているときは第１の色（例えば、緑色）であり得、バッテリーが低くなると第２の色（例えば、オレンジ色）に変化し得る。ＰＴＵ１５０のバッテリー１５４は、第一対応車両１０２上にある、当技術分野において知られているバンクチャージャー（図示せず）を用いて同時に充電され得る。１つの構成において、バンクチャージャーは、少なくとも６つのＰＴＵ１５０を充電できる１２０Ｖ充電器であり、第一対応車両１０２の運転室内に直接配置されて配線され、陸上電力によってサポートされる。従って、ＰＴＵ１５０は、温度制御された環境において、第一対応車両１０２上の他の要素と同時に充電され得る。また、バンクチャージャーは、第一対応車両識別情報１３０と、無線通信ネットワーク５８の一次電源とを含み得る。
【００４７】
１つの構成において、無線通信ネットワーク１４０は、ＰＴＵに結合された無線位置センサ１５８と、処理ユニット１００に結合された無線位置センサ１１２と、携帯型コンピュータ５２に結合された無線位置センサ５６とを含む。１つの構成において、この無線通信ネットワーク１４０は無線アドホックネットワーク（ＷＡＮＥＴ）である。各無線位置センサは、他の無線位置センサからのデータを転送することによってルーティングに参加する。従って、ネットワーク接続性に基づいて、どの無線位置センサが次の無線位置センサにデータを転送するかが動的に決定される。無線通信ネットワーク１４０は、ＰＴＵ１５０と通信するため、および携帯型コンピュータ５２と通信するために、別々の周波数で動作し得る。１つの構成において、通常の動作条件下で、ＷＡＮＥＴ１４０は、５Ｈｚ〜１０ＧＨｚの範囲内のあらゆる周波数での同報を同時に利用する。ＷＡＮＥＴは、通信および処理のために、ＰＴＵのモビリティ、並びに、ＰＴＵのチャネル帯域幅およびバッテリー電力の両方の低いオーバヘッドを好ましく提供する。ＷＡＮＥＴ１４０のための反応型のルーティングを提供するために、周知のアドホックオンデマンドマルチパス距離ベクトル（ＡＯＭＤＶ）が用いられ得る。
【００４８】
１つの構成において、無線位置センサ５６、１１２、１５８は、通信のためにＩＥＥ８０２．１５．４−２０１１ＵＷＢに準拠した無線トランシーバモジュールを用いるＳｃｅｎＳｏｒ ＤＷ１０００チップであり、アイルランド国ダブリン８、ピーターストリート、アデレードチャンバに所在するｄｅｃａＷａｖｅ社から市販されている。ＤＷ１０００チップは、マルチパス伝搬の影響を低減する一助となる超広帯域無線技術を利用する。ＤＷ１０００チップは無線ラジオ通信にも用いられ得る。１つの構成において、このＤＷ１０００チップを用いる無線通信ネットワーク１４０は、高々３００メートルまでの範囲で通信可能であり、約６．８Ｍｂｐｓのデータ速度でデータを転送可能である。
【００４９】
ネットワーク１４０は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２０１１標準に基づく超広帯域無線通信技術を用い、システム１０にマルチパスフェーディングに対する耐性を与える。ＤＷ１０００チップの寸法は小さく（６ｍｍ×６ｍｍ）、必要な電力量が非常に低い（送信時は僅か３１ｍＡであり、受信時は６４ｍＡである）。ＤＷ１０００チップはネットワーク内で動作し、その結果、ＰＴＵ１５０が圏外にあるためにＰＴＵ１５０と処理ユニット１００との間の通信が失敗した場合には、その通信は、処理ユニット１００およびＰＴＵ１５０を有する第一対応車両１０２の近傍にある別のＰＴＵに中継され、そのＰＴＵが処理ユニット１００と通信する。携帯型コンピュータ５２は、携帯型コンピュータのユーザ（例えば、アカウンタビリティ担当官）に対して、各ＰＴＵ１５０間の距離を約１フィート（約３０センチメートル）以内の精度で表示することが考えられる。更に、携帯型コンピュータ５２は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を考慮して、床を通り抜けることなく適切な入口、出口、および階段を用いるものとして、ＰＴＵを装着している別の個人に最も近い個人を表示および識別する。
【００５０】
ＰＴＵ１５０は更に、ＧＰＳ衛星受信機１６０を含む。ＧＰＳ衛星受信機１６０は、地球上または地球近くのほとんどの気象条件およびほとんどの場所において、ＧＰＳを用いて位置および速度を受信するために用いることができる。処理ユニット１００と共にＧＰＳ衛星受信機１０６として用いられ得ると共に、コマンドユニットと共にＧＰＳ衛星受信機６０として用いられ得るＧＰＳ衛星受信機は、英国ロンドンＷＣ１Ｖ６ＸＸ、９０ハイ・ホルボーンに所在するＴｅｌｉｔ社から市販されているＧＰＳシステムである。個人が構造物の外にいるときには、その位置（個人の初期位置を含む）は、ＧＰＳ衛星受信機６０、１０６、１６０によって決定され得る。グローバルナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）は、常に利用可能または信頼性が高いとは限らない。これらの状況では、たとえＧＰＳが利用できない場合であっても、より詳細に後述するように、ＰＴＵ１５０の他のセンサからのデータを融合することにより、洗練された測位情報を提供できる。
【００５１】
１つの構成において、ＰＴＵ１５０はデジタルシグナルプロセッサ１８０を含む。用いられ得るデジタルシグナルプロセッサ１８０の一例は、米国テキサス州７５２４３ダラスの１２５００ＴＩブルバードに所在するテキサス・インスツルメンツ社から市販されているＯＭＡＰ Ｌ−１３８ ＤＳＰプロセッサである。各ＰＴＵのデジタルシグナルプロセッサ１８０は、そのようなＰＴＵによって収集されたデータを処理する役割を担う。例えば、デジタルシグナルプロセッサ１８０は、ＰＴＵによって収集されたデータを、より詳細に後述するように、とりわけ、周知の慣性航法アルゴリズム、姿勢検出アルゴリズム、およびステップ検出アルゴリズムを用いて処理し得る。
【００５２】
ＰＴＵ１５０は、ＰＴＵ１５０を装着している個人の相対位置、速度、および／または高度を決定するための慣性航法システムを提供する慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１６２を更に含む。ＩＭＵ１６２は、加速度計（直線運動センサ）１６４、ジャイロスコープ（角速度センサ）１６６、圧力センサ（高さ推定器）１６８、および磁力計１６９を含み得る。別の構成では、ＩＭＵ１６２は、加速度計、ジャイロスコープ、および圧力センサである微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサ１７０である。１つの構成において、ＰＴＵ１５０は、３つの直交方向のレートジャイロスコープおよび３つの直交方向の加速度計を有するＩＭＵ１６２を含む。加速度計１６４またはＭＥＭＳセンサ１７０の加速度計は、慣性基準フレーム（仮想またはバーチャル基準フレーム）内における、但し、移動しているＰＴＵ１５０に対して相対的に測定可能な方向のみにおける、ＰＴＵ１５０の直線加速度を測定する。ジャイロスコープ１６６またはＭＥＭＳセンサ１７０のジャイロスコープは複数の角速度を提供し、これらを積分することにより、ＰＴＵ１５０の向きを決定できる。ＰＴＵ１５０を装着している個人の向きは、ジャイロスコープ１６６またはＭＥＭＳセンサ１７０のジャイロスコープによって検出される個人の速度の突然の変化によって決定でき、これは、個人が落下したこと、または非常に強く地面に衝突したことを示し得る。
【００５３】
加速度計１６４およびジャイロスコープ１６６またはＭＥＭＳセンサ１７０からの測定値は、システム１０がＰＴＵ１５０の位置および向き、並びに、それに従って、ＧＰＳ１６０から得られた初期位置に対して相対的な個人の位置を決定することを可能にする。ＩＭＵ１６２からのデータは、デジタルシグナルプロセッサ１８０によって処理され、その処理において、ＩＭＵ１６２によって収集されたデータに特定のアルゴリズム１８２が適用される。例えば、ＰＴＵ１５０の加速度計１６４およびジャイロスコープ１６６、またはＭＥＭＳセンサ１７０からのデータは、デジタルシグナルプロセッサ１８０によって慣性航法アルゴリズムに適用されて、デッドレコニングにより個人の床上の位置が連続的に計算される。従って、外部基準を必要とせずに、移動している個人の相対位置、向き、および速度が決定される。ＰＴＵ１５０による位置推定は、ＰＴＵ１５０のＧＰＳ１６０、処理ユニット１００のＧＰＳ１０６、またはコマンドユニット５０のＧＰＳ６０からの初期位置推定値に対して相対的なものである。
【００５４】
１つの構成において、ジャイロスコープ１６６は±１度の精度を有し、４５度未満の角度は水平であると見なされ、４５度を超える角度は垂直であると見なされる。デフォルトの階の高さは典型的には１０フィート（約３メートル）であるが、これはＯＩＣによって携帯型コンピュータ５２上のコンピュータプログラムを用いて調節可能である。ジャイロスコープ１６６またはＭＥＭＳセンサ１７０のジャイロスコープによって測定された角速度は、慣性航法システムのドリフトを補正するために用いられ得るステップ検出アルゴリズムの基礎にもなり得る。圧力センサ１６８は大気圧を測定し、これは、地表面から消防士の高度を予測するために用いられ得ると共に、慣性航法システムがナビゲーションアルゴリズムのドリフトを補正するのを補助し得る。
【００５５】
しかし、センサ信号１６４、１６６、または１７０は様々なノイズおよびドリフトの影響を受けるので、外部からの更新（例えばＧＰＳ信号）無しに、加速度計１６４およびジャイロスコープ１６６、またはＭＥＭＳセンサ１７０のデータから正確な自律的な位置特定を行うことはできない。個人の位置および速度は、別のセンサ（例えば、ＧＰＳ衛星受信機１６０等）によって初期化されるかまたは人間のオペレータによって入力される初期位置および向きを用いた計算に基づいて更新され、その後の全ての位置の推定値は初期位置に対して相対的に計算されるので、開始位置は極めて重要である。後述するように、生じ得る誤差を補償するために、慣性航法システムに、センサ融合による外部からの補助が統合される。
【００５６】
図４は、ＩＭＵ１６２（例えば、加速度計１６４、ジャイロスコープ１６６、またはＭＥＭＳセンサ１７０）からのデータが、デジタルシグナルプロセッサ１８０によって数値積分２０８、２１０を用いて処理されることを示すブロック図である。その結果の位置、速度、および高度の決定は、統計的フィルタ２０４（例えば、拡張カルマンフィルタまたはパーティクルフィルタ等）に供給され得る。一部の構成では、周知の慣性航法アルゴリズムおよび他の周知のアルゴリズム（例えば、第一対応者の機首磁方位推定等）が適用される。図４に示されているように、更なるセンサ２０２からのデータは、相対位置、速度および機首方位、隣接するＰＴＵ間の距離、高度、並びに温度のうちの少なくとも幾つかを提供するためにプロセッサ１８０によって処理され、それらは統計的フィルタ２０４に供給される。また、ＩＭＵ１６２および更なるセンサ２０２からの入力は、少なくとも抽出されたモーションの特性およびステップ検出を提供するためにプロセッサ１８０によって周知の歩行者ナビゲーションアルゴリズム２１６を用いて処理されてもよく、それらは統計的フィルタ２０４に供給される。更なるセンサ２０２は、例えば、無線位置センサ（ＤＷ１０００）１５８、圧力センサ１６８、磁力計１６９、および温度センサ１７２のうちの任意のものを含み得る。しかし、更に、またはその代わりに、他のセンサが用いられてもよいことを認識されたい。これらの複雑なナビゲーションアルゴリズム計算は、たとえ１以上のセンサがノイズが多い場合であっても、更新レートが遅い場合であっても、またはセンサからのデータの入力が完全に停止している場合であっても、有用で正確な情報を提供する。このようにして、フィルタリングされた位置、速度、および高度は、個人（およびＰＴＵ１５０）が構造物内にいるときに、ＧＰＳを必要とせずに、ＰＴＵ１５０を装着している個人の、概ねドリフトのない加速度、角速度、および機首磁方位の推定値２０６を提供する。
【００５７】
ＤＷ１０００チップは、４つ以上のチップが相互の距離を計算することを可能にすることによって、ＰＴＵ１５０の相対的な測位を提供する。従って、３Ｄ位置特定を提供するために、現場において、少なくとも３つのＰＴＵおよび１つの処理ユニット１００が用いられる必要がある。ネットワーク内の或るＰＴＵの各ＤＷ１０００チップには、それらが関連付けられたＰＴＵの各ＤＷ１０００チップに対して相対的なそのチップの位置がわかる。ＤＷ１０００チップ間に障害物が存在しない場合には、屋内環境における精度は約１０ｃｍである。見通し外（ＮＬＯＳ）である場合には精度は低下し得るが、これは、信号を遮断している壁の材質および厚さに応じて異なる。無線位置センサ１１２、１５８は、慣性航法システムを補助するものである。従って、デジタルシグナルプロセッサ１８０は、ＤＷ１０００センサからの距離推定において、正しい距離推定を阻む障害物が突然存在していることを示す突然の変化がある場合には、ＤＷ１０００のデータを用いることを回避する。無線位置センサ１１２からの距離測定値を用いて第一対応者の位置特定を行うために、周知の双曲線ナビゲーションアルゴリズムを用いた双曲線ナビゲーションが用いられ得る。双曲線ナビゲーションは、２つのＰＴＵからの２つの信号の到着時間差（ＴＤＯＡ）を測定することによって提供される。図１２に示されているように、複数のＰＴＵに埋め込まれた各無線位置センサ１５８は、工程１００２に従って、その無線位置センサ１５８から圏内にある周囲のＰＴＵまでの距離を決定する。次に、工程１００４に従って、各対の測定値は双曲線を形成する。工程１００６に示されているように、双曲線を形成する複数の測定値を用いて、そのＰＴＵについてのポジションフィックスが計算される。工程１００８に従って、この処理はメッシュネットワーク内の全ての無線位置センサに適用され、各無線位置センサについての相対的なポジションフィックスが計算される。
【００５８】
また、ＩＭＵ１６２からのデータは、個人の姿勢を検出するためにも用いられ得る。姿勢とは、個人が垂直もしくは水平位置にあるか、または落下しているかが決定され得ることを意味する。姿勢検出は、ＰＴＵ１５０のデジタルシグナルプロセッサ１８０によって、加速度計１６４およびジャイロスコープ１６６、またはＭＥＭＳセンサ１７０からデータを受信し、周知のステップ検出アルゴリズムおよび／または姿勢検出アルゴリズムを適用することによって決定され得る。また、これらの計算は、慣性航法システムのドリフトを補正するためにも用いられ得る。
【００５９】
また、ＰＴＵ１５０を装着している個人の姿勢は、モーション検出を用いて決定されてもよい。ＩＭＵ１６２からの信号は様々なノイズおよびドリフトの影響を受けるので、外部からの更新（例えばＧＰＳ信号）無しに、ＩＭＵ１６２からの処理されたデータから正確な自律的な位置特定を行うことはできない。従って、利用可能な場合には頻繁なＧＮＳＳ更新が用いられ得る。ＧＮＳＳの補助が利用可能でない場合には、他の手法が用いられ得る。例えば、埋め込まれた慣性センサを用いた周知の歩行者デッドレコニング（ＰＤＲ）が用いられ得る。加速度計１６４またはＭＥＭＳセンサ１７０は、歩数を検出し、歩幅を決定し、そのようなデータをデジタルシグナルプロセッサ１８０に送信し、そこでＰＤＲアルゴリズムが適用されて、移動距離が計算される。既知の初期位置を所与として、ＰＤＲアルゴリズムは、機首方位および個人の移動距離または個人の速度を推定することによって、個人の位置を決定する。また、デジタルシグナルプロセッサ１８０は、周知のパターン認識アルゴリズム（例えば、ニューラルネットワーク等）を適用して、ＰＴＵ１５０を装着している個人の姿勢および個人の足跡も検出し得る。図１１に示されているように、パターン認識アルゴリズムが適用され得る。まず、工程９０２に従って、加速度計１６４およびジャイロスコープ１６６、またはＭＥＭＳセンサ１７０からデータが受信される。１つの構成では、磁力計１６９および圧力センサ１６８からのデータも、工程９０２に従って用いられ得る。工程番号９０４に従って、そのようなデータにパターン認識アルゴリズムが適用される。工程９０６に示されているように、パターン認識アルゴリズムの出力解析が、工程９０８に従って、予想される人間の動きのデータ９１０と比較され、工程９１２に従って、ステップ検出およびモーション特性の結果が得られる。
【００６０】
更に別の構成では、処理ユニット１００は、個人の位置および向きを決定するためのＳＬＡＭ（自己位置推定・地図同時作成）ユニット１１８を含み得る。ＳＬＡＭは、未知の環境のマップを構築または更新すると同時に、その内部にいる個人の位置を追跡する、周知の計算処理である。例えば、個人が構造物内へと進むと、ＰＴＵ１５０は、加速度計およびジャイロスコープ、またはＭＥＭＳセンサ１７０、並びに他の利用可能なセンサからデータを収集し、第一対応者の位置および向き、第一対応者が立っているかまたはまっすぐに落下しているか、周囲温度、体温、二酸化炭素レベル、一酸化炭素レベル、湿度、圧力、およびフラッシュオーバー検出を含むがこれらのいずれかに限定されないメタデータを、処理ユニット１００のＳＬＡＭユニット１１８に送信する。ＳＬＡＭユニット１１８は周囲環境のマップを構築する。このマップは、とりわけ、身動きが取れない消防士を救助すること、瓦礫を通って外に出る安全な経路を計画すること等の、多くのケースで用いられ得る。マップは、無線通信ネットワーク５８を介して携帯型コンピュータ５２に通信される。
【００６１】
図３に示されているように、ＰＴＵ１５０は更に、個人からのバイオメトリックデータ、および周囲のデータを測定する更なるセンサ１７２を含み得る。例えば、センサは、個人の血圧、脈拍、心拍数、酸素レベル、二酸化炭素レベル、および体温を測定し得る。更に、センサは、周囲温度、湿度、二酸化炭素レベル、問題となる濃度（例えば、一酸化炭素レベル、シアン化水素レベル、ホスゲンレベル、および酸素レベル等）、並びに周囲圧力を含むがこれらに限定されない周囲条件を測定し得る。このセンサ１７２によって収集されたデータは、データパケットの形態で（ＰＴＵ１５０が処理ユニット１００から所定の距離以内にある場合には直接、または処理ユニット１００から所定の距離以内にある別のＰＴＵを介して）処理ユニット１００に送信される。データパケットにはタイムスタンプが付され、処理ユニット１００のプロセッサ１０４によって処理される。１つの構成において、消防士が存在する各エリア内の構造物内の温度を表す周囲温度データは、携帯型コンピュータ５２上で利用可能なコンピュータプログラムによってヒートマップオーバーレイとして表される。ヒートマップは、時間との関係において、各ＰＴＵ１５０から受信した温度データに基づいて、建物内にわたる様々な地点における温度を示す。ヒートマップは、建物の内部構造のマップ表示上に色の変化およびシェーディングとして表示され得る。ヒートマップは、建物の特定のエリアの安定性も示し得る。色は、画像内または凡例内に華氏または摂氏の温度測定値がピン留めされた状態で表示され得る。ヒートマップは、ガスレベル、圧力、および湿度を含むがこれらに限定されない他の周囲情報も表示し得る。
【００６２】
図５に示されているように、ヒートマップ５１０は、以下の工程に従って生成され得る。まず、各ＰＴＵ１５０は、タイムスタンプ５０４が付されたデータパケット５０２を処理ユニット１００に送信する。図５に示されているように、処理ユニット１００が、データパケット５０２にタイムスタンプ５０４を付してもよい。しかし、タイムスタンプはＰＴＵ１５０によって付されてもよいことが、当業者には理解されよう。処理ユニット１００は、ＰＴＵからの周囲温度および位置データを構造物のマップと結合することにより、ヒートマップを提供する。本発明の或る構成では、ヒートマップ５１０はＳＬＡＭアルゴリズムの出力として生成される。次に、処理ユニット１００は、無線通信ネットワーク５８を介して携帯型コンピュータ５２にヒートマップ５１０を送信し、マップがＧＵＩ上に表示される。或る構成では、処理ユニット１００は、ヒートマップ５１０をＰＴＵ１５０にも送信する。或る構成では、ヒートマップは、システム１０に予めロードされた既存のマップ５０６を含む。別の構成では、予めロードされたマップは用いられず、ヒートマップは、ＰＴＵ１５０から受信された位置データに基づいて生成される。
【００６３】
処理ユニット１００は、周囲温度データを１組の構造物耐熱許容範囲データ５０８と比較する。周囲温度が構造物耐熱許容範囲より高い場合には、処理ユニット１００は、携帯型コンピュータ５２および／またはＰＴＵに警報５１２を送信する。処理ユニット１００は、警報５１２にタイムスタンプ５１４を付し、或る構成では、その警報をＰＴＵ１５０および／または携帯型コンピュータ５２に送信する。また、処理ユニット１００は、温度の急激な変化が生じているか否かを決定し得る。火災の場合には、処理ユニットは、火災が成長段階にあるか、完全に発達した段階にあるか、または鎮火状態にあるかを報告する。また、処理ユニット１００は、フラッシュオーバーまたはバックドラフトの発生を示し得る。処理ユニット１００が、温度および時間データに基づいて、構造物の崩壊の可能性を決定した場合には、処理ユニット１００は、携帯型コンピュータおよび／または崩壊の危険がある構造物の所定の範囲内にある任意のＰＴＵに、崩壊警報を送信する。建築材料が既知である場合には、安定性は、そのような材料の耐熱許容範囲に基づいて計算され得る。例えば、２０１４年には、米国において１３０万件の火災が発生しており、７４％が住宅火災であった。これらの大部分は、木製トラス構造物であると仮定でき、従って、米国における火災の半分以上は、木製トラス住宅におけるものである。トラスに直に火が回ると（屋根裏火災）、約１０分で崩壊する。木製トラスの家の１階で出火した場合には、家が全焼するまでに約１〜２時間かかる。建築構造に基づく他の燃焼時間の例は、ワールドワイドウェブ上の
https://dps.mn.gov/divisions/sfm/programs-services/Documents/Sprinkler%20Applications/ConstructionTypeDefinitions．pdf、および
http://www.fireengineering.com/articles/print/volume-161/issue-5/departments/training-notebook/structural-collapse-under-fire-conditions.html
において見出すことができる。
【００６４】
図６に示されているように、ヒートマップ５１０は、以下の工程に従って生成され得る。まず、複数のＰＴＵ１５０が、周囲温度および位置データを取得する（５１６）。ＰＴＵ１５０は、周囲温度および位置データを含むデータパケットを形成し、タイムスタンプを付す（５１８）。工程５２０に従って、データパケットは処理ユニット１００に送信され、次に、工程５２２に従って、処理ユニット１００は周囲温度データを位置データと組み合わせる。工程５２４に従って、処理ユニット１００はＳＬＡＭアルゴリズムを適用する。工程５２６に従って、処理ユニット１００はヒートマップを生成し、次に、工程５２８に従って、ヒートマップは携帯型コンピュータ５２に送信される。工程５３０に従って、ヒートマップは携帯型コンピュータ５２上に表示される。
【００６５】
なお、その代わりに、またはそれに加えて、ヒートマップを生成するための周囲温度および位置データの処理は、各ＰＴＵプロセッサ１８０によって扱われもよく、この変形例も本明細書に含まれることが意図される。
【００６６】
１つの構成において、各ＰＴＵ１５０の周囲温度センサ１７２は、１／２０秒毎に周囲温度を測定し、高々華氏１２００度（約摂氏６４９度）までの範囲を±５度以内の精度で測定する。急速な温度変化も識別され、警報として携帯型コンピュータ５２のユーザに報告され得る。ＰＴＵを装着している個人に、個人の周囲のエリアの温度および／または個人の周囲の構造物の安定性を通信するために、処理ユニット１００からＰＴＵに、ヒートマップ、またはヒートマップを構築するために用いられる温度データが送信され得る。その代わりに、またはそれに加えて、周囲温度データはＰＴＵ間で通信されてもよく、それにより、第１の個人からのＰＴＵデータに基づいて、第２の個人に高温または構造的崩壊の可能性が警報される。火災の場合には、消防士は、典型的には、所定の温度等級の防火装備を着用している。例えば、完全装備では、防火装備は、華氏５００度（摂氏２６０度）の最高温度で５分間に亘って個人を保護し得る。従って、１つの構成において、個人が、より長い期間に亘って最高温度に晒されている場合、および／または、より高い温度に晒されている場合には、携帯型コンピュータ５２のユーザに警報され得る。
【００６７】
なお、ＰＴＵ１５０は多くの形状および形態をとり得ることが、当業者には認識されよう。例えば、ＰＴＵ１５０は、より詳細に後述するように、温度データ、構造的安定性、個人のバイオメトリクス、および／または脱出マップ等の関連情報を示す手首装着型装置を含み得る。処理ユニット１００によって携帯型コンピュータ５２のユーザに送信される警報は、タイムスタンプが付され、とられた是正措置と共にメモリ１３６に記録されることが考えられる。このデータは、トレーニング５００のために後で解析され得る。
【００６８】
システムが火災に対応するために用いられている場合には、以下の工程を辿り得る。まず、第一対応車両１０２（例えば、消防車）のプラグが陸上電力接続から抜かれ、これにより、第一対応車両上に配置された処理ユニット１００上の位置特定装置が作動される。処理ユニット１００は、無線通信ネットワーク５８によって自動的に認識される。第一対応車両の運転者は、事件の場所および第一対応車両の機能に基づいて、緊急事態の現場の周りに第一対応車両を配置する。各第一対応車両は、車両の位置をコマンドユニット５０に報告する処理ユニット１０２を有してもよく、これは、携帯型コンピュータ５２のユーザ（例えば、担当官（ＯＩＣ）または他の職員）によってアクセスされ得る。１つの構成では、処理ユニット１００はバンクチャージャーに含まれる。
【００６９】
第一対応車両１０２が適所に配置されたら、ＯＩＣまたはアカウンタビリティ担当官は、携帯型コンピュータ５２を起動し、無線通信ネットワーク５８を介してシステム１０に結合されたコンピュータプログラムにログインする。各第一対応者（例えば、消防士）はＰＴＵ１５０を取得し、ＰＴＵ１５０に音声システム５４が含まれていない場合には、アカウンタビリティ担当官および他の消防士と音声で通信するための無線を取得する。ＰＴＵ１５０は、消防車１０２の位置にあるときにはニュートラル（初期）位置にある。コンピュータプログラムは、上述の追跡および測位方法を用いて各ＰＴＵ１５０によって送信された追跡情報に基づいて、１人以上の消防士の位置を携帯型コンピュータ５２のディスプレイ画面上に表示する。
【００７０】
１つの構成において、アカウンタビリティ担当官または携帯型コンピュータ５２の他のユーザは、コンピュータプログラムのジオフェンスおよびＧＵＩを用いて、様々な作業ゾーンを識別し得る。携帯型コンピュータ５２のユーザは、例えば、危険ゾーンおよび／またはリハビリテーションエリアと見なされるエリアを選択し得る。１つの構成において、危険ゾーンは、ＧＵＩ上に表示される、燃えている建物と、その建物の周囲の半径４０フィート（約１２メートル）とを表すものであり得、リハビリテーションエリアは、緊急事態の現場においてリハビリテーション車（例えば、救急車）が位置する場所を表し得る。従って、ＰＴＵ１５０を有する個人が危険ゾーンの外にいる場合には、姿勢検出アルゴリズムおよびモーション検出アルゴリズムを含むがこれに限定されない特定のアルゴリズムは、プロセッサ１０４、１８０によって処理されなくてもよい。ＧＵＩ上には、ＰＴＵを装着している個人のゾーン位置を示すインジケータが設けられ得る。例えば、ＰＴＵを装着している特定の個人を表すアイコンは、異なるゾーンのうちの各々にあるときに、それぞれ異なる色に変化し得る。図７に示されているように、方法の工程は、携帯型コンピュータ５２のユーザが、まず、工程７００および７０２に従って、ディスプレイ上において、危険ゾーンおよびリハビリテーションゾーンを表すエリアを選択することを含み得るが、これらに限定されない。次に、システム１０は、ＰＴＵ１５０のユーザが危険ゾーン７０４内にいるか否かを決定する。答えがＹｅｓである場合には、工程７０６に従って、プロセッサ１０４、１８０はそれらのアルゴリズムの処理を継続する。更に、工程７０８に従って、ＧＵＩは、その特定のＰＴＵ１５０のユーザについて、個人が危険ゾーン内にいることを示す位置インジケータを設け得る。例えば、携帯型コンピュータ５２のディスプレイ上におけるユーザの表現が赤色になり得る。答えがＮｏである場合には、工程７１０に従って、特定のアルゴリズムはプロセッサ１０４、１８０によって処理されない。工程７１２に示されているように、システム１０は、工程７１２に従って、個人がリハビリテーションゾーン内にいるか否かを決定する。答えがＹｅｓである場合には、工程７１４に従って、ＧＵＩのディスプレイ上に、ＰＴＵ１５０のユーザがリハビリテーションゾーン内にいることを示す位置インジケータが設けられ得る。例えば、リハビリテーションゾーン内にいるＰＴＵ１５０ユーザの、携帯型コンピュータ５２のディスプレイ上におけるそのＰＴＵ１５０のユーザの表現は、黄色を含み得る。
【００７１】
１つの構成において、ＰＴＵ１５０は、個人によって装着され得るホルダ内に滑り込む。例えば、消防士は、消防士のジャケットに予めピン留めされたクリップを有してもよく、ＰＴＵ１５０が作動位置になるように適切にクリップに留められていない場合には、ＯＩＣが携帯型コンピュータ５２上において通知を受信する。各クリップには、個人が取得したＰＴＵ１５０に無線周波数信号を介してリンクされた、格納されている１組の個人ＩＤ（ＰＩＤ）ユーザデータ３００を含む。ＰＴＵに固有のＩＤ値を埋め込むことは、同じ個人が同じＰＴＵを用いなければならない点、または、ＯＩＣが、各ＰＴＵとどの個人が関連付けられているかを追跡しなければならないという点で、問題となり得る。この問題を解決するために、各個人には、その個人に固有の１組のＰＩＤユーザデータ３００が割り当てられ、ＰＩＤユーザデータ３００は、ＰＴＵ保持装置、またはＰＴＵとは別個の、ＰＩＤユーザデータ３００を保持可能な他のタイプの装置によって格納され得る。この場合、ＰＩＤユーザデータ３００は、ＰＴＵがＰＴＵ保持装置に近接しているとき、結合されているとき、または接続されているときにのみ、ＰＴＵ１５０によって検出される。図８に示されているように、特定の個人に固有の１組のＰＩＤユーザデータ３００は、他の値を有するデータパケット３０８にバンドルされて、ＰＴＵ１５０によって処理ユニット１００に送信され得る。例えば、各ＰＴＵ１５０は、ＰＴＵ１５０の固有の識別値３０４を提供するチップセット２００または類似の構成要素を含み、この情報は、ＰＩＤユーザデータ３００を有する同じデータパケット３０８にバンドルされ得る。データパケット３０８は、センサからのバイオメトリックデータ、音声、その位置におけるガス測定値、および自給式呼吸装置（ＳＣＢＡ装置）からの空気供給値のうちの１以上を含み得るが、これらに限定されない、他のデータ３０６も含み得る。１つの構成において、データパケット３０８は、ＰＴＵ１５０によってタイムスタンプが付されて（３１０）、処理ユニット１００に送信される。処理ユニット１００は、データパケット３０８をアンバンドルしてデータを分離し、データをデータベース３１２に割り当てる。従って、携帯型コンピュータ５２のディスプレイおよび／またはＰＴＵ１５０のディスプレイは、ＰＴＵと関連付けられた個人を識別し得る。
【００７２】
ＰＴＵ１５０は、接続性およびログインの成功を確認する確認信号をＰＴＵ１５０が受信するまで、信号をサーバに連続的に送信する。ＰＴＵ１５０がシステム１０に接続されたら、ＰＴＵ１５０は、処理ユニット１００を介してコマンドユニットにＰＩＤユーザデータ３００を送信して、ＯＩＣが個人を識別することを可能にし、一部の構成では、携帯型コンピュータ５２のディスプレイ上において、リンクされたＰＴＵ１５０を識別することを可能にする。別の構成では、ＰＩＤユーザデータ３００は、ＰＴＵ１５０内の構成要素であり、この場合、ＰＩＤユーザデータ３００は、ＰＴＵ１５０に埋め込まれた個人のＩＤを有する近接場ＲＦＩＤタグである。ＲＦＩＤタグは、処理ユニット１００のＲＦＩＤトランシーバ１３２にユーザデータ３００を送信する。
【００７３】
消防士が緊急事態の現場の周りを移動するにつれ、ＰＴＵ１５０は、ＩＭＵ１６２の様々なセンサ１６４、１６６、１６８、または１７０から、および任意の更なるセンサ１７２から、生データを収集する。ＰＴＵ１５０は、デカルト座標の全方向（ｘ、ｙ、およびｚ）において動きを追跡する。各消防士の動きは１／２０秒毎に追跡されるのが好ましいが、より小さいまたはより大きい間隔で動きが追跡されてもよいことが当業者には認識されよう。各ＰＴＵ１５０は、約３００メートルの距離以内、より好ましくは４００メートルの距離以内にあるときに、互いに通信し得る。処理ユニット１００の圏内にある任意のＰＴＵ１５０が、無線通信ネットワーク１４０を介して処理ユニット１００と信号を送受信できる。この方法を用いて、ＰＴＵ１５０は、個人およびＰＴＵがコンクリート、金属、木材、プラスチック、または他のタイプの建築材料でできた構造物内にいるかにかかわらず、他のＰＴＵと、および、直にまたは別のＰＴＵを介して処理ユニット１００と、信号を送受信し得る。全てのＰＴＵが互いに圏内にある場合には、図２に示されているように、複数の接続回線が生成され得る。
【００７４】
ほとんどの電子システムと同様に、処理ユニット１０およびＰＴＵ１５０の信頼性および精度に影響し得る温度、湿度、および他の物理的要因を制御する必要がある。例えば、電波に基づく測位は、送信機から受信機までの電磁信号の到着時間遅延（ＴＤＯＡ）に依存するので、無線位置センサ５６、１１２、１５８は温度依存性を有し得る。トランシーバ１０５、１５１が高温に晒される場合には、タイミングユニット１２０、１７６（水晶）のパルスカウントが変化し、その結果、時間の推定が不正確になり、不正確な測位となる。また、ＩＭＵセンサ１６４、１６６、１６８、１６９、またはＭＥＭＳセンサ１７０等の他のセンサ、およびＧＰＳ衛星受信機６０、１０６、１６０も温度依存性を有する。所望の動作温度範囲は、約華氏−４０〜１５８度（摂氏−４０〜７０度）、より好ましくは華氏−２０〜１２５度（約摂氏−２９〜約５２度）である。それらの測定値は、温度、衝撃、および湿度に起因する誤差を有する。主要なノイズ源および非線形性を除去すると共に、これらの物理的条件に起因する誤差を防止するために、これらのセンサは、複数の異なる物理的条件において較正される。
【００７５】
温度、湿度、および他の物理的要因は、システム１０の信頼性および精度に影響するので、１つの構成は、温度および湿度を所望の動作範囲内に保つと共に、極端な周囲温度から電子機器を保護するために、温度制御システム１７８をＰＴＵ１５０の一部として含む。コマンドユニット５０および処理ユニット１００も、それぞれ温度制御システム６２、１３４を含み得る。温度センサ１７２によって決定された周囲温度測定値は、ヒートマップを作成するために用いられ得ると共に、ＰＴＵ１５０の回路基板の周囲の温度を決定するためにも用いられ得る。
【００７６】
個人が助けを必要とする場合、または危険に晒されている場合、個人は、システム１０内にある遭難連絡ボタンを作動させることにより遭難連絡を作動させることによって、そのことを標示し得る。１つの構成において、個人は、ＰＴＵ１５０上のボタン１８６を作動させることにより、遭難連絡を作動させる。携帯型コンピュータ５２のユーザは、そのような連絡または自動警報を受信したら、携帯型コンピュータ５２上のコンピュータプログラムを用いて、構造物内にいる他の個人に警報する。警報は、コンピュータプログラムによって、視覚的、聴覚的、および／または振動構成要素を用いて、携帯型コンピュータ５２のユーザに提供され得る。また、システム１０は、個人の動きがないこと、または個人が落下したこともしくは爆発に遭遇したことを示し得る異常な動きを検出して、携帯型コンピュータ５２のユーザに警報を送信し得る。動きがないことを検出するために、ＰＴＵ１５０からのデータは、ＰＴＵ１５０によって、周知の「動き無し（No Movement）アルゴリズム」および「人間の限界超え（Beyond Human Limitation）アルゴリズム」を介して解析され得る。「動き無しアルゴリズム」は、ＰＴＵ１５０が移動していない時間を定量化するものである。１つの構成において、移動を定義する閾値は１フィート（約３０センチメートル）であり、移動速度は秒速１．５フィート（約４６センチメートル）未満である。例えば、個人が所定の時間内に２フィート（約６１センチメートル）を超えて移動していない場合には、処理ユニット１００は、携帯型コンピュータ５２に警報を送信する。ＰＴＵ１５０がその位置を送信できない場合には、処理ユニット１００は、そのような個人の最後の既知の位置を連続的に記録する。特定のＰＴＵ１５０と処理ユニット１００との間の通信は、そのようなＰＴＵが他のＰＴＵもしくは処理ユニット１００の圏内にないか、または、どのＰＴＵも処理ユニット１００の圏内にない場合には、失敗し得る。ＰＴＵと処理ユニット１００との間における信号喪失期間中、ＰＴＵ１５０はデータの収集を継続し、それを内部基盤メモリ１８８に保存する。処理ユニット１００との通信が直接または他のＰＴＵ１５０を介して再確立されたら、メモリ１８８に保存されたデータが処理ユニット１００に送信される。メモリ１８８にローカルに格納されたデータは、ＰＴＵ１５０内においてタイムスタンプが付される。或る構成では、タイムスタンプは万国標準時ではなく、むしろ、信号が喪失していた時間に対して増分的な計時である。信号喪失の期間が１０秒未満である場合には、携帯型コンピュータ５２のディスプレイ上には標示されない。しかし、信号喪失が１０秒以上である場合には、携帯型コンピュータ５２のユーザは携帯型コンピュータ上において警報され、ＰＴＵ１５０／個人の最後の既知の位置が赤色の警報として表示される。ＰＴＵ１５０がＷＡＮＥＴ１４０に再接続したら、ＰＴＵ１５０は、現在のデータおよび信号喪失中に生成された更なるデータ（あれば）を処理ユニット１００に送信する。ディスプレイは、携帯型コンピュータ５２のユーザが、複数の個人をグループ化して、彼らの職務分担によってそのグループをラベル付けすることを可能にする。
【００７７】
また、システム１０は、ＰＴＵ１５０によって送信された追跡データに、人間の限界超えアルゴリズムを適用することによって、個人が人間の動きおよび速度の限界を超えたか否かをモニタリングする。１つの構成において、ｘ軸およびｙ軸における限度を定める閾値は１０ｍｐｈ（約１６ｋｐｈ）であり、ｚ軸における限度を定める閾値は３．５ｍｐｈ（約４．９ｋｐｈ）である。ＰＴＵ１５０はこれらの速度を測定し、そのデータを処理ユニット１００に送信する。これらの速度を超えた場合には、処理ユニット１００は、携帯型コンピュータ５２に通知するために、携帯型コンピュータ５２に警報を送信する。
【００７８】
警報のタイプには、危険の重大度およびタイプを示すそれぞれ異なる色が割り当てられ得る。例えば、ＰＴＵ１５０を用いている個人の動きがないときのインジケータは、１５秒間に亘って動きが検出されない場合には黄色になり得、２０秒間で赤色に進み得る。インジケータの値はコンピュータプログラム内において調整され得る。
【００７９】
システム１０は、ＰＴＵ１５０を装着している個人に、その個人の測定された経路を逆順で示す脱出マップを提供し得る。１つの構成において、図９に示されているように、ＰＴＵ１５０は、タイムスタンプ５５２が付されたＩＭＵデータパケット５５０を処理ユニット１００に送信する。別の構成では、処理ユニット１００がデータパケット５５０にタイムスタンプを付す。処理ユニット１００は、そのデータをメモリ１３６に格納する。処理ユニット１００は、逆データプッシュ５５４によって、個人の逆順追跡情報をＰＴＵ１５０に送信する。逆データプッシュは自動的であってもよく、または、ＰＴＵ１５０を装着している個人の要求に応じて行われてもよいことが考えられる。従って、建物内または他の緊急の環境においてＰＴＵ１５０を装着している個人は、それ以前の足取りに基づいて出口まで案内される。一部の構成では、緊急事態が生じている建物のマップは、その事象より前に既知である。従って、最も近い入口、出口、および／または窓を識別でき、ＰＴＵ１５０を装着している個人を、ＰＴＵ１５０によって、処理ユニット１００からＰＴＵに通信される脱出マップを用いて、最も近い脱出口に案内できる。１つの構成において、脱出データは、ＰＴＵ１５０のユーザが要求５５６した際に、ＰＴＵ１５０に提供される。そのような建物マップは、新しい建物の実地検証中に、建物の検査中に、ＳＬＡＭユニット１１９によって、または別様で作成され得る。脱出マップは、手首のディスプレイ、第一対応者のバイザー、または第一対応者が装着している他の装置に表示され得る。本発明の或る構成では、方向誘導（Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗ）を提供する大きい矢印が表示される。この表示は、個人に対して標高の変化を示すために、色を変えてもよく、または二次的な矢印を含んでもよい。
【００８０】
更に別の構成では、図１０に示されているように、ＰＴＵは、閉鎖空間内における環境条件を決定するための装置６００である。装置６００は、複数のデータ点を収集するためのセンサモジュール６０４を有するハウジング６０２を含む。１つの構成において、センサモジュール６０４は、二酸化炭素レベル、一酸化炭素レベル、シアン化水素レベル、ホスゲンレベル、酸素レベル、および／または他の化学物質のガス濃度を測定する。また、センサモジュール６０４は、周囲温度、圧力、振動、放射、湿度、および／または、他の環境的要素も測定し得る。装置６００は、複数のデータ点を処理ユニット１００に送信するための、無線通信ネットワーク１４０に結合されたトランシーバ６０６を更に含む。処理ユニットは、複数のデータ点を１組の許容可能データ点限界と比較して、複数のデータ点が許容可能データ点限界内にあるか否かを決定するためのプロセッサを含む。データ点が許容可能な範囲外にあると決定された場合には、処理ユニット１００は、コマンドユニット５０および装置６００のうちの１つに警報を通信する。例えば、二酸化炭素レベルが１０００ｐｐｍを超えている場合、一酸化炭素レベルが７０ｐｐｍを超えている場合、シアン化水素レベルが８ｐｐｍを超えている場合、および／または、ホスゲンレベルが２ｐｐｍを超えている場合には、警報が鳴らされ得る。
【００８１】
次に図１３を参照すると、本システム８００の別の構成において、システムは、地球磁場（ＥＭＦ）を用いて、個人の測位を可能にする。ＥＭＦは、独立して、またはＧＰＳ１６０、無線位置センサ１５８、および／またはＩＭＵ１６２と組み合わせて用いられ得る。１つの構成において、ＰＴＵ１５０は上述した通りであり、測位装置８００を含む。測位装置８００は、磁力計、またはＥＭＦ場を測定できる別のセンサを含み得る。磁力計は、例えば、ホールセンサまたはデジタルコンパスであり得る。１つの構成において、測位装置は、磁力計群、または磁力計アレイである。別の構成では、測位装置は磁力計１６９である。測位装置はＥＭＦベクトルを測定する。１つの構成において、磁力計は、３次元磁場ベクトルを測定する。測位装置によって測定されたＥＭＦベクトルは、１つまたは幾つかの建物内の幾つかの位置におけるＥＭＦベクトルの大きさおよび方向等の既存の情報を含む屋内地球磁場マップと比較され得る。ＥＭＦマップは、１以上の建物内の複数の位置で複数のＥＭＦ測定値を取得することによって生成され得る。ＥＭＦ測定値は地図作成装置を用いて生成され得る。ＥＭＦ測定値は、地球磁場の大きさおよび方向を含み得る。１つの構成において、地図作成装置は、磁力計および／または無線干渉コンポーネントを有するモバイル装置である。測位装置８００または１６９は、測位装置内、ＰＴＵ１５０のメモリ１８８内、または測位装置によってアクセス可能なネットワーク上の他の場所に格納されたＥＭＦマップを有し得る。或いは、ＰＴＵ１５０は、ＥＭＦベクトルデータを、ＥＭＦマップをメモリ１３６に格納した処理ユニット１００に、または、データベースもしくはサーバ（例えば、クラウドストレージ４００）に格納されたＥＭＦマップにネットワークを介してアクセス可能な処理ユニット１００に転送し得る。測位装置によって測定されたＥＭＦベクトルが屋内地球磁場マップと比較されることにより、建物内におけるユーザの位置が決定される。なお、ＥＭＦマップは大量のデータを含み得ることが当業者には認識されよう。従って、１つの構成では、ＰＴＵ１５０によって測定された位置推定値に基づいて、ＥＭＦマップの一部分のみが用いられる。即ち、ＩＭＵ１６２、無線位置センサ１５８、および／またはＧＰＳ１６０が個人の位置を測定し、ＰＴＵ１５０および／または処理ユニット１００が個人の位置推定値を決定し得る。この位置推定値に基づいて、ＥＭＦマップの一部分が選択される。次に、ＥＭＦベクトル測定値がＥＭＦマップの一部分と比較されることにより、個人の位置が決定される。
【００８２】
図１４に示されているように、１つの構成における位置決定８０２の方法が示されている。この方法８０２では、工程８０４に従って、ＰＴＵ１５０を用いて、ＩＭＵ１６２、無線位置センサ１５８、および／またはＧＰＳ１６０による測定が行われる。次に、工程８０６に従って、ＰＴＵ１５０を有する個人の位置推定値が決定される。１つの構成において、ＩＭＵ１６２によって行われる測定は、加速度計１６４、ジャイロスコープ１６６、またはそれらの代わりにＭＥＭＳセンサ１７０からの測定データを含み、このデータは、デジタルシグナルプロセッサ１８０によって数値積分２０８、２１０を用いて処理される。得られた位置、速度、および高度の決定は、上述のように、統計的フィルタ２０４に供給され得る。別の構成では、ＩＭＵ１６２によって行われた測定は処理ユニット１００に送信され、そこで、データがプロセッサ１０４によって処理されて、ＰＴＵ１５０を有する個人の位置推定値が決定される。また、更なるセンサ２０２からのデータがプロセッサ１８０および／または１０４によって処理されてもよく、利用可能であればＧＰＳ１６０も、ＰＴＵ１５０を有する個人の位置推定値を決定するために用いられ得る。この位置推定値は、工程８０８に従ってＥＭＦマップの一部分を選択するための基礎を提供する。ＰＴＵ１５０のプロセッサ１８０または処理ユニット１００のプロセッサ１０４は、位置推定値に基づいて、ＥＭＦマップの関連する一部分を選択する。ＥＭＦマップの関連する一部分は、ＰＴＵ１５０の位置の周囲のエリアを含む。ＥＭＦマップの関連する一部分は、建物の１つの階、部屋の一部、建物の多階層部分、または、ＰＴＵ１５０を有する個人の位置に関連するＥＭＦマップの他の任意の部分を含み得る。ＥＭＦマップは、ＰＴＵ１５０のメモリおよび／または処理ユニット１００のメモリに格納され得る。また、ＥＭＦ測定は、工程８１０に従って、測位装置によっても行われ得る。工程８１２に示されているように、ＥＭＦ測定値は、位置推定値に基づいてＥＭＦマップの選択された一部分と比較される。最後に、工程８１４に従って、ＰＴＵ１５０を有する個人の位置が決定される。
【００８３】
1つの構成において、ＰＴＵ１５０を有する個人の位置は、部分的にはIndooratlas（登録商標）位置特定技術を用いることによって決定され得るものであり、これはhttp://www.indooratlas.comにおいて見出だすことができる。Indooratlas技術に関する背景情報は、http://web.indooratlas.com/web/WhitePaper.pdfにおいて入手可能な「Ambient Magnetic Field-Based Indoor Location Technology」という名称の白書、および、https://www.indooratlas.com/wp-content/uploads/2016/03/magnetic_positioning_opus_jun2014.pdfにおいて入手可能な「Magnetic Positioning: The Arrival of ‘Indoor GPS'」という名称の白書において見出だすことができ、各記事の全体を参照して本明細書に組み込む。
【００８４】
個人の位置は、携帯型コンピュータ５２のＧＵＩおよび／またはＰＴＵ１５０のＧＵＩに表示され得る。ＰＴＵ１５０は、例えば、位置情報、温度データ、構造的安定性、個人のバイオメトリクス、および／または脱出マップ等の関連情報を示す手首装着型装置を含み得る。
【００８５】
本発明は、多くの変更および変形が行われ得ることを考えている。従って、システムの現在のところ好ましい形態を図示および説明すると共に、幾つかの変形例および代替例を述べたが、以下の特許請求の範囲によって定義および差別化される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な更なる変更および変形が行われ得ることが、当業者には容易に認識されよう。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
通信システムにおいて、
無線通信ネットワークに結合されたコマンドユニットと、
前記無線通信ネットワークに結合された処理ユニットと、
前記無線通信ネットワークと通信する第１の移動トランシーバを有する第１の個人追跡ユニットであって、第１の個人の第１の組のユーザ識別データを有する装置に結合され、前記無線通信ネットワークを介して前記処理ユニットに前記第１の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第１の個人追跡ユニットと、
第２の移動トランシーバを有する第２の個人追跡ユニットであって、第２の個人の第２の組のユーザ識別データに結合され、（ｉ）当該第２の個人追跡ユニットが第１の距離以内にある場合には前記無線通信ネットワークを介して前記処理ユニットに、および（ｉｉ）当該第２の個人追跡ユニットが前記第１の個人追跡ユニットまで前記第１の距離以内にある場合には前記第１の個人追跡ユニットに、前記第２の個人の位置を表す信号を送信するよう動作する第２の個人追跡ユニットと
を含むことを特徴とするシステム。
実施形態２
前記無線通信ネットワークが、超広帯域ネットワークを利用するアドホックネットワークであり、前記第１の移動トランシーバが、該第１の移動トランシーバから前記第１の距離以内に位置し且つ前記コマンドユニットから前記第１の距離を超えて位置する複数の移動トランシーバから、前記超広帯域ネットワークを介して複数の信号を受信し、該複数の信号を前記コマンドユニットに送信するよう動作する、実施形態１記載の通信システム。
実施形態３
互いまで前記第１の距離以内にある複数の移動トランシーバが、互いに複数の信号を送受信するよう動作し、前記コマンドユニットまで前記第１の距離以内にある前記複数の移動トランシーバが、前記複数の信号を前記コマンドユニットに送信する、実施形態１記載の通信システム。
実施形態４
前記第１の移動トランシーバが、前記処理ユニットと前記コマンドユニットとの間の第２の通信ネットワークを更に含み、前記第１の通信ネットワークを介して位置データが送信され、前記第２の通信ネットワークを介して職能的パフォーマンスデータが送信される、実施形態１記載の通信システム。
実施形態５
各前記個人追跡ユニットが、加速度および角速度を測定するための慣性測定ユニットと、プロセッサとを更に含み、該プロセッサが、第１のナビゲーションアルゴリズムを用いて各前記個人の前記加速度および前記角速度を処理することにより、各前記個人の第１の組の相対位置、速度、および高度のデータを決定する、実施形態１記載の通信システム。
実施形態６
各前記個人追跡ユニットが、１組の位置データを生成するための位置センサを更に含み、前記１組の位置データ、並びに各前記個人の前記第１の組の相対位置、速度、および高度のデータが、統計的フィルタと組み合わされることにより、各前記個人の推定される相対位置、速度、および高度が提供される、実施形態５記載の通信システム。
実施形態７
前記第１の個人追跡ユニットおよび前記第２の個人追跡ユニットの各々がＲＦＩＤタグを更に含み、各前記ＲＦＩＤタグが、１組のユーザ識別データを前記処理ユニットに提供し、前記位置センサが無線位置センサである、実施形態６記載の通信システム。
実施形態８
前記第１の移動トランシーバおよび前記第２の移動トランシーバから送信される前記信号が、それぞれ、前記第１の個人および前記第２の個人のバイオメトリクスのうちの１以上も表す、実施形態１記載の通信システム。
実施形態９
各前記個人追跡ユニットが周囲温度センサを更に含み、各前記個人追跡ユニットから前記処理ユニットに送信される前記信号が、前記個人の前記位置の周囲温度も表す、実施形態１記載の通信システム。
実施形態１０
前記第１の個人の前記第１の組のユーザ識別データが、前記第１の個人追跡ユニットを受容可能なウェアラブルデバイスに格納され、前記第１の組のユーザ識別データが、前記第１の個人追跡ユニットによって検出されて、前記処理ユニットに送信される、実施形態１記載の通信システム。
実施形態１１
前記第１の個人追跡ユニットが固有の識別番号を有し、前記第１の個人の前記第１の組のユーザ識別データおよび前記第１の個人追跡ユニットの前記固有の識別番号が前記処理ユニットに送信される、実施形態１記載の通信システム。
実施形態１２
前記第１の個人追跡ユニットが、ＧＰＳ、ＩＭＵ、磁力計、および無線位置センサのうちの少なくとも２つを更に含み、該ＧＰＳ、ＩＭＵ、磁力計、およびＧＰＳのうちの少なくとも２つから取得された情報に基づいて、前記第１の個人追跡ユニットの位置推定値が決定される、実施形態１記載の通信システム。
実施形態１３
地球磁場マップを更に含み、前記位置推定値を用いて、前記地球磁場マップの一部分が選択される、実施形態１２記載の通信システム。
実施形態１４
前記磁力計が地球磁場ベクトルを測定し、前記処理ユニットが、前記地球磁場ベクトルを前記地球磁場マップの一部分と比較することにより、前記第１の個人の位置を決定する、実施形態１３記載の通信システム。
実施形態１５
前記個人追跡ユニットが、前記第１の個人の手首に取り付けられるディスプレイを含む、実施形態１２記載の通信システム。
実施形態１６
前記処理ユニットが、構造物内にある前記個人追跡ユニットから受信した複数の位置データ点を結合することにより、前記構造物のマップを生成する、実施形態１記載の通信システム。
実施形態１７
前記構造物の前記マップの一部分が、前記処理ユニットから、前記一部分内にある前記個人追跡ユニットに送信される、実施形態１６記載の通信システム。
実施形態１８
前記処理ユニットが、前記個人追跡ユニットから受信した複数の位置データ点を既存の構造物マップと結合することにより、各前記個人追跡ユニットの位置を有するマップを生成する、実施形態１記載の通信システム。
実施形態１９
前記個人追跡ユニットが前記処理ユニットから、前記個人の前記位置の逆データプッシュによる脱出マップを受信する、実施形態１記載の通信システム。
実施形態２０
建物内における個人の位置を決定する方法であって、
固有の識別番号を有する第１の個人追跡ユニットを、別の装置に格納されている第１の個人の第１の組のユーザ識別データと結合する工程と、
前記第１の個人追跡ユニットの前記固有の識別番号および前記第１の個人の前記第１の組のユーザ識別データを処理ユニットに送信する工程と、
前記第１の個人追跡ユニット内に配置されたＩＭＵおよび無線位置センサのうちの少なくとも１つによって位置測定を行う工程と、
前記位置測定を前記処理ユニットに送信する工程と、
前記処理ユニットによって受信された前記位置測定に基づいて、前記第１の個人の位置推定値を決定する工程と、
地球磁場マップにアクセスする工程と、
前記位置推定値に基づいて、前記地球磁場マップの一部分を選択する工程と、
前記第１の個人追跡ユニット内に配置された測位装置によって地球磁場測定を行う工程と、
前記地球磁場測定を前記地球磁場マップの前記選択された一部分と比較する工程と、
前記個人の位置を決定する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【符号の説明】
【００８６】
１０  システム
５０  コマンドユニット
５２  携帯型コンピュータ
５６、１１２、１５８  無線位置センサ
５８、１４０  無線通信ネットワーク
６０、１０６  ＧＰＳ衛星受信機
１００  処理ユニット
１０２  第一対応車両
１０４、１８０  プロセッサ
１５０  個人追跡ユニット（ＰＴＵ）
１６２  慣性測定ユニット（ＩＭＵ）
１６４  加速度計
１６６  ジャイロスコープ
１６８  圧力センサ
１６９  磁力計
１７０  微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサ
１８０  デジタルシグナルプロセッサ
３００  個人識別装置
５１０  ヒートマップ
６００  装置
６０２  ハウジング
６０４  センサモジュール
８００  システム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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