(57)【要約】【課題】  従来の技術によるセンサ位置標定方法では、センサネットワークを構成する全てのセンサの自己位置を決定するには、最初に少なくとも３個の位置が既知なセンサが必要であり、これらの位置が既知なセンサの位置は、センサにＧＰＳを内蔵することで求めるか、あらかじめＧＰＳ等の位置測量器材を用いて求めた位置をセンサに入力しておくかが必要となる。しかし、前者の場合センサが大型で高価なものとなる問題があり、後者の場合は位置を測量してセンサに入力するのに手間がかかるという問題点があった。【解決手段】  センサの設置時に、２個の位置が既知なセンサをセンサ設置領域の最外周に設置し、上記２個の位置が既知なセンサと位置が未知なセンサとの測距値から位置が未知なセンサの自己位置を求めるようにした。【選択図】  図１
2009250627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサが無線通信によるネットワークを構成するセンサネットワークにおいて、位置が予め判っている第一の基準センサと第二の基準センサの２個の基準センサを用い当該２個の基準センサとの距離情報に基づき、対象となる第三のセンサのセンサ位置を標定するセンサ位置標定方法であって、
前記第一の基準センサと前記第二のセンサとを、前記センサネットワークの外周に設置するステップと、
前記第一の基準センサの位置と、前記第二の基準センサの位置と、前記第一の基準センサと前記第三のセンサとの間の距離と、前記第二の基準センサと前記第三のセンサとの間の距離とに基づき当該第三のセンサの位置を複数算出するステップと、
前記複数算出した位置の中で前記センサネットワークの前記外周の内側にある位置を抽出するステップと、
前記抽出した位置を当該第三のセンサの位置であると判断するステップと、
からなることを特徴とするセンサ位置標定方法。
【請求項２】
前記第一の基準センサの位置と、前記第二の基準センサの位置と、前記第三のセンサの位置と、前記第一の基準センサと新たに位置を標定する第四のセンサとの間の距離と、前記第二の基準センサと当該第四のセンサとの間の距離と、前記第三のセンサと当該第四のセンサとの間の距離とに基づき、当該第四のセンサの位置を標定するステップと、
を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のセンサ位置標定方法。
【請求項３】
前記第一の基準センサの位置を中心とし前記第一の基準センサと前記第四のセンサとの間の距離を半径とする第一の円と、前記第二の基準センサの位置を中心とし前記第二の基準センサと前記第四のセンサとの間の距離を半径とする第二の円と、前記第三の基準センサの位置を中心とし前記第三の基準センサと前記第四のセンサとの間の距離を半径とする第三の円と、を求めるステップと、
上記第一の円と上記第二の円の交点を結ぶ第一の直線と、上記第一の円と上記第三の円の交点を結ぶ第二の直線と、上記第二の円と上記第三の円の交点を結ぶ第三の直線とを求めるステップと、
上記第一の直線と上記第二の直線との交点の位置（Ｘａ、Ｙａ）と、上記第一の直線と上記第三の直線との交点の位置（Ｘｂ、Ｙｂ）と、上記第二の直線と第三の直線との交点の位置（Ｘｃ、Ｙｃ）とを用いて、上記第四のセンサの位置を、（（Ｘａ＋Ｘｂ＋Ｘｃ）／３、（Ｙａ＋Ｙｂ＋Ｙｃ）／３）により算出するステップと、
からなることを特徴とする請求項２記載のセンサ位置標定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のセンサが無線通信によるネットワークを構成するセンサネットワークにおいて、位置が予め判っている２個の基準センサを用い、これら２個の基準センサとの距離情報に基づき複数設置されたセンサの各センサ位置を標定するセンサ位置標定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のセンサが無線通信によるネットワークを構成するセンサネットワークは、各センサの位置がＧＰＳ等の器材によりいちいち位置測量をすることなく決定できることから、広範囲にセンサを散布する必要がある重要施設や危険地帯周辺の侵入者警備への適用が考えられている。
【０００３】
従来、各センサの自己位置を決定する際、各センサと３個以上の位置が既知なセンサとの距離により各センサの位置を算出していた。センサネットワーク内に最初に３個以上の位置が既知なセンサが存在すれば、これらとの距離から自己位置が決定でき、自己位置を決定したセンサは新たな位置が既知なセンサとなる。これを繰り返すことで最終的にセンサネットワーク内の全てのセンサは、位置が既知なセンサとなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３４４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術によるセンサ位置標定方法では、センサネットワークを構成する全てのセンサの自己位置を決定するには、最初に少なくとも３個の位置が既知であるセンサが必要である。これらの位置が既知なセンサの位置は、センサにＧＰＳを内蔵することで求めるか、あるいはあらかじめＧＰＳ等の位置測量器材を用いて求めた位置をセンサに入力しておくかが必要となる。
しかしながら、前者の場合センサが大型で高価なものとなる問題があり、後者の場合は位置を測量してセンサに入力するのに手間がかかるという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、最初に必要となる位置が既知であるセンサの数を削減しながら、センサの位置を標定する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるセンサ位置標定方法は、複数のセンサが無線通信によるネットワークを構成するセンサネットワークにおいて、位置が予め判っている第一の基準センサと第二の基準センサの２個の基準センサを用い当該２個の基準センサとの距離情報に基づき、対象となる第三のセンサのセンサ位置を標定するセンサ位置標定方法であって、前記第一の基準センサと前記第二のセンサとを、前記センサネットワークの外周に設置するステップと、前記第一の基準センサの位置と、前記第二の基準センサの位置と、前記第一の基準センサと前記第三のセンサとの間の距離と、前記第二の基準センサと前記第三のセンサとの間の距離とに基づき当該第三のセンサの位置を複数算出するステップと、前記複数算出した位置の中で前記センサネットワークの前記外周の内側にある位置を抽出するステップと、前記抽出した位置を当該第三のセンサの位置であると判断するステップと、から構成される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、センサの位置標定において最初に必要となる位置が既知であるセンサの数を削減した状態で、センサの位置標定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１、図２は本実施の形態のセンサ位置標定方法を説明する図であり、１は位置が既知な第一のセンサ、２は位置が既知な第二のセンサ、３ａ〜３ｊは自己位置を算出すべき複数のセンサ、１０はネットワークを管理制御する管理装置である。１００は位置が予め判っている第一のセンサ１と第二のセンサを結んだ外周ラインであり、センサ３ａ〜３ｊはこの外周ライン１００を境界にして、どちらか一方のエリアに設置される。第一のセンサ１や第二のセンサ２及びセンサ３ａ〜３ｊには予めＩＤが与えられており、ＩＤにより識別可能となっている。
図１に示した例ではセンサ３ａ〜３ｊは外周ライン１００を境界にして、管理装置１０が位置するエリアとは逆のエリアに設置されている。外周ライン１００を境界にして管理装置１０が位置する方のエリアを外側とすると、センサ３ａ〜３ｊは外周ライン１００の外側にはその設置がない。このように、第一のセンサ１と第二のセンサ２は、第一のセンサ１と第二のセンサ２及びセンサ３ａ〜３ｊからなるセンサネットワークの最外周となる位置に設置する。
本実施の形態では、位置が既知である第一のセンサ１と第二のセンサ２をセンサネットワークの最外周に設置することを前提とし、その内側（すなわち、外周ライン１００を境界にして、管理装置１０とは逆となるエリア）にあるセンサ３ａ〜３ｊの各センサの位置標定を行う場合について説明する。
また、第一のセンサは、第一の基準センサの一例であり、第二のセンサは第二の基準センサの一例である。
【００１０】
図２は、第一のセンサ１の構成の一例を示した図である。第一のセンサ１は、無線通信手段３１と目標検出手段３２と自己位置標定手段３３と通信相手探索手段３４とからなる。
目標検出手段３２は、ＩＲセンサや振動センサなどで構成し、温度変化や地面の振動により例えば侵入者の接近を検出して検出信号を発生する。
自己位置標定手段３３は、ＧＰＳで構成することで第一のセンサ１の位置情報を得ることができるが、別途ＧＰＳやその他の測量手段を用いて測定した位置情報を入力してもよく、この場合は第一のセンサ１にＧＰＳを用いる場合に比べて低コスト化及び低消費電力化できる効果がある。
通信相手探索手段３４は、周囲のセンサ３と無線通信手段９により電波を送受して通信可能な周囲のセンサ３を特定し、通信可能なセンサ３との間の距離情報を取得するものである。なお、各センサには予め個々のセンサを特定するＩＤが与えられており、通信相手探索手段７はこのＩＤにより通信可能な周囲のセンサ１を特定することができる。
無線通信手段３１は、センサ同士で相互に通信することでアドホックネットワークを構成するとともに、通信可能なセンサ３とそのセンサ３との距離情報を管理装置１０に伝達する。
なお、第一のセンサ１は取得した情報や処理状況の時刻を記録するためにセンサ内に時計機能を内蔵している。
図３では第一のセンサ１の構成例を示したが、第二のセンサ２についても図３と同一の構成であり、その説明を省略する。
また、センサ３ａ〜３ｊについても、第一のセンサ１の構成と比較して自己位置標定手段１３が無いという程度の相違であるため、ここではその説明を省略する。
【００１１】
ここで、第１のセンサ１が周囲に位置するセンサ３ａと相互に通信することで距離を算出する方法の一例について説明する。その原理は、通信相手に向けて送信した送信時刻とその通信相手から返信された返信信号の受信時刻との時間差から所定の処理時間を差し引き、その差し引いた後の時間を電波の速度で除算することにより相互の距離を求めるものであるが、無線を使った通信方式では、通信の混雑程度や空間ノイズレベル、また温度状況や演算部の負荷状況によって変動する場合がある。このため、特許文献１では、同期信号の伝搬にかかる時間を考慮に入れた時刻同期を行うようにしている。すなわち、複数の装置がお互いに無線通信で交信する無線ネットワークシステムにおいて、各装置が内臓する時計により刻む時刻を基準時刻に同期させるために、以下の手順を行っている。
手順１：時刻の基準となる装置（管理装置）が定期的に時刻同期用信号を発信する。
手順２：時刻同期対象の各装置において、手順１の信号を受信した際の無線信号の到着時刻を装置の内蔵時計から読み出し、共通サーバへ送信する。
手順３：共通サーバにおいて、時刻同期対象の各装置から手順２にて受信した時刻情報と、手順１の発信者と受信者の距離を無線伝播速度で割った無線伝播時間に手順１の発信時刻を加えた時刻の差から、時刻同期対象の各装置の基準時刻からのずれを計算する。
【００１２】
このようにセンサ間を伝搬する電波の伝搬時間により距離を算出することにより、第一のセンサ１が周囲に位置するセンサ３ａと相互に通信することで、第一のセンサ１とセンサ３ａとの間の正確な距離を算出することが可能となる。
【００１３】
第一のセンサ１の無線通信手段３１は、通信可能なセンサ３ａのＩＤと、そのセンサ３ａと第一のセンサ１との間の距離情報を、管理装置１０に伝達する。なお第一のセンサ１の無線通信手段３１は、センサ３ａ以外にも通信可能なセンサ（例えば、センサ３ｄやセンサ３ｃなど）があれば、そのセンサのＩＤと、そのセンサと第一のセンサ１との間の距離情報も、管理装置１０に伝達する。
同様にして、第二のセンサ２の無線通信手段３１は、通信可能なセンサ３ａと、そのセンサ３ａと第二のセンサ２との間の距離情報を、管理装置１０に伝達する。また、第二のセンサ２の無線通信手段３１は、センサ３ａ以外にも通信可能なセンサ（例えば、センサ３ａやセンサ３ｂなど）があれば、そのセンサのＩＤと、そのセンサと第一のセンサ１との間の距離情報も、管理装置１０に伝達する。
【００１４】
次に、管理装置１０は、第一のセンサ１から伝達された、通信可能なセンサのＩＤと、そのセンサと第一のセンサ１との間の距離情報を記憶部に格納する。
同様に管理装置１０は、第二のセンサ２から伝達された、通信可能なセンサのＩＤと、そのセンサと第二のセンサ２との間の距離情報を記憶部に格納する。
管理装置１０の演算部は、第一のセンサ１と第二のセンサ２とで共通して通信可能なセンサを１つ抽出し、このセンサ（ここではセンサ３ａとする）の位置を標定する。
【００１５】
ここで、Ｒ１を第一のセンサ１とセンサ３ａ間の距離、Ｒ２を第二のセンサ２とセンサ３ａ間の距離とする。
第一のセンサ１の位置（Ｘ１、Ｙ１）と第二のセンサ２の位置（Ｘ２、Ｙ２）は既知であるから、管理装置１０の演算部は、この第一のセンサ１の位置（Ｘ１、Ｙ１）と第二のセンサ２の位置（Ｘ２、Ｙ２）と、Ｒ１と、Ｒ２に基づき、センサ３ａの位置を算出できる。
しかしながら、位置が既知のセンサが２個であるため、図３に示すダミーセンサ４がセンサ３ａと反対側に求まってしまう。
ここで、第一のセンサ１及び第二のセンサ２をセンサネットワークの最外周に設置していることで、最外周の外側にあるダミーセンサ４は偽と判断し除去することができる。これにより第一のセンサ１及び第二のセンサ２の２個の位置が既知のセンサで、センサ３ａの位置を正しく決定することができる。
なお先に説明したように、本実施の形態では外周ライン１００の内側にセンサ３ａ〜３ｊが設置されている前提であり、管理装置１０はその前提のもと各センサ位置を標定するよう計算処理が設定されているものとする。
【００１６】
センサ３ａの位置が決定すれば、第一のセンサ１及び第二のセンサ２と合せて位置が既知なセンサが３個できるため、以降、３個以上の位置が既知なセンサとの距離から従来技術と同様にして最終的に全てのセンサ３の位置が決定される。
【００１７】
図４に、いままで説明してきた本実施の形態に係るセンサ位置標定方法のフロー図をまとめる。
まず、第一センサ１、第２センサ２をセンサネットワークの最外周に設置する（ステップ０１）。管理装置１０がセンサ３の情報（通信可能なセンサＩＤ、通信可能なセンサＩＤとの距離）を取得する（ステップ０２）。次に、管理装置１０は位置が既知の第一センサ１及び第二センサ２との距離情報に基づき、センサ３の位置を算出する（ステップ０３）。管理装置１０は、得られた複数のセンサ３の位置のうち、外周ライン１００を境界にして所定のエリアにある位置を抽出する（ステップ０４）。管理装置１０はステップ０４で抽出した位置をセンサ３の位置と決定する（ステップ０５）。ステップ０５により、位置が既知のセンサが３個となったため、以降、第１のセンサ、第２のセンサ、ステップ０５で得られたセンサを用いて、他のセンサ３の位置を算出する（ステップ０６）。
【００１８】
上記のように従来の技術では最初に３個以上必要とされた位置が既知なセンサの数を２個に削減することができるので、ＧＰＳ内蔵による大型で高価なセンサ数を２個に削減できる効果がある。また、ＧＰＳ等の位置測量器材を用いて求めた位置をセンサに入力する場合でも手間を１個分省ける効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
図５は本実施の形態のセンサ位置標定方法の説明図であり、位置が既知のセンサの位置や測距値に誤差があり、位置が既知なセンサから測距値を半径とする円が１点で交わらない様子を示している。
【００２０】
１は位置が既知な第一のセンサ、２は位置が既知な第二のセンサ、５は位置が既知な第三のセンサ、６は第一のセンサ１の位置を中心とした位置標定すべきセンサと第一のセンサ１間の測距値Ｒ１を半径とする第一の円、７は第二のセンサ２の位置を中心とした位置標定すべきセンサと第二のセンサ２間の測距値Ｒ２を半径とする第二の円、８は第三のセンサ５の位置を中心とした位置標定すべきセンサと第三のセンサ５間の測距値Ｒ３を半径とする第三の円、１９は第一の円６と第二の円７の２つの交点を結ぶ第一の直線、２０は第一の円６と第三の円８の２つの交点を結ぶ第二の直線、２１は第二の円７と第三の円８の２つの交点を結ぶ第三の直線である。
【００２１】
本実施の形態のセンサ位置標定方法では、第一の直線９と第二の直線１０との交点の位置（Ｘa、Ｙa）、第一の直線９と第三の直線１１との交点の位置（Ｘb、Ｙb）及び第二の直線１０と第三の直線１１との交点の位置（Ｘc、Ｙc）を用いて、位置標定すべきセンサの位置を３つの交点の平均をとり（（Ｘa＋Ｘb＋Ｘc）／３、（Ｙa＋Ｙb＋Ｙc）／３）で求める。これにより、位置が既知のセンサの位置及び測距値に誤差がある場合でも自己位置を一義的に標定できる効果がある。
【００２２】
また、円同士が交点を持たない場合、例えば図６に示すように第二の円７と第三の円８が交差せず第三の直線１１が存在しない場合は、第一の直線９と第二の直線１０の交点（Ｘａ,Ｙａ）を位置標定すべきセンサの位置と決定する。これにより、位置が既知のセンサの位置及び測距値に誤差がある場合でも自己位置を標定できる効果がある。
【００２３】
なお、以上は３個の位置が既知のセンサを用いて自己位置を標定する場合について説明したが、３個以上であっても同様に求めることができる。この場合、円が多くなるほど円同士の交点を結ぶ直線の数が増大し、これに伴って直線同士の交点の数も増大するため、平均する交点の位置も多くなる。平均する交点の位置が多くなるほど、位置が既知のセンサの位置誤差や測距誤差のうちランダムな誤差成分が平均化され、標定する位置精度が向上する効果がある。
【００２４】
実施の形態３．
本実施の形態のセンサ位置標定方法は、各センサが受信電波強度の測定手段を備え、自己位置標定するときに用いる位置が既知なセンサを受信電波強度の大きい順に３個以上選択するようにしたものである。
【００２５】
センサネットワークを構成する各センサの送信電波強度は等しいため、受信電波強度が大きいほど位置標定すべきセンサと位置が既知なセンサとの通信状態は良好と見なすことができる。即ち、障害物等による電波の減衰の影響が小さいため、電波の送受により求められる測距値の精度が高くなり、位置標定の精度が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施形態１のセンサ位置標定方法を説明する図である。
【図２】この発明の実施形態１の第一のセンサの構成例である。
【図３】この発明の実施形態１のセンサ位置標定方法を説明する図である。
【図４】この発明の実施形態１のセンサ位置標定方法のフロー図である。
【図５】この発明の実施形態２のセンサ位置標定方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施形態２の円同士が交点を持たない場合のセンサ位置標定方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  第一のセンサ、２  第二のセンサ、３ａ〜３ｊ  センサ、４  ダミーセンサ、  ５  位置が既知の第三のセンサ、６  第一の円、７  第２の円、８  第３の円、１０  管理装置、１９、２０、２１  直線、３１  無線通信手段、３２  目標検出手段、３３  自己位置標定手段、３４  通信相手探索手段、１００  外周ライン、
【図１】
2009250627.tif 000003
【図２】
2009250627.tif 000004
【図３】
2009250627.tif 000005
【図４】
2009250627.tif 000006
【図５】
2009250627.tif 000007
【図６】
2009250627.tif 000008