JP2010204028A - Management server, facility system for estimating position, and position estimation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は管理サーバ、位置推定用設備システム及び距離推定システムに関し、例えば、電波伝搬状況に影響を与える金属物が多い環境下での位置推定に適用し得るものである。 The present invention relates to a management server, a position estimation facility system, and a distance estimation system, and can be applied, for example, to position estimation in an environment where there are many metal objects that affect radio wave propagation conditions.
現在、鉄工所や各種製造工場では、安全管理のため作業者の現在の作業場所(現在位置)を集中管理することが求められている。 Currently, ironworks and various manufacturing factories are required to centrally manage the current work location (current position) of workers for safety management.
そこで、作業者に無線タグを持たせ、受信電波強度(RSSI)を利用して、基準となる固定無線ノードから無線タグまでの距離を算出して、位置を特定するシステムが多く開発・研究されている。既存の受信電波強度を用いた位置検出方式(RSSI方式)の多くは、受信電波強度が距離に反比例して減衰する性質(距離減衰)を利用して無線タグと無線ノードの距離を推定し、複数の無線ノードからの推定距離(3点測量の原理)により無線タグの位置を検出している(特許文献1、特許文献2参照)。
Therefore, a lot of systems have been developed and studied that give workers a wireless tag and calculate the distance from the fixed wireless node as a reference to the wireless tag using the received radio wave intensity (RSSI) to identify the position. ing. Many of the existing position detection methods (RSSI methods) using received radio field strength estimate the distance between the wireless tag and the wireless node using the property (distance attenuation) that the received radio field strength attenuates in inverse proportion to the distance, The position of the wireless tag is detected based on estimated distances from a plurality of wireless nodes (the principle of three-point surveying) (see
電波の距離減衰を利用した従来の位置推定の方式では、鉄工所や工場等の金属物の多い環境では、マルチパス等により距離減衰が異常に大きくなり、無線ノード及び無線タグ間の距離が推定できず、位置推定が不可能になってしまうことが大半である。 In the conventional position estimation method using distance attenuation of radio waves, distance attenuation becomes abnormally large due to multipath etc. in environments with many metal objects such as ironworks and factories, and the distance between wireless nodes and wireless tags is estimated In most cases, the position cannot be estimated.
さらに、鉄工所や各種製造工場では、金属物の位置が作業の進行によって種々変化したり、当日の作業予定に応じてレイアウト変更がなされたりするため、電波伝搬具合(電波飛散距離や距離減衰)も刻々と変化する。 In addition, at ironworks and various manufacturing factories, the position of metal objects varies depending on the progress of work, and the layout is changed according to the work schedule of the day, so that radio wave propagation conditions (radiation distance and distance attenuation) Also changes from moment to moment.
例えば、図8に示すように、金属物がないような環境で(金属物を除去したと仮定した場合)、固定無線ノードからの距離と受信電波強度との関係曲線がC1であるような場合において、その空間内に、金属物があり、金属物のレイアウトが変更されたときには、固定無線ノードからの距離と受信電波強度との関係曲線は、C2〜C4のようになる。関係曲線C2〜C4からは、減衰がさほどでないため受信電波強度から距離を特定できるのは数m程度であり、しかも、その数mも、金属物のレイアウト変更のために、時間帯毎に、受信電波強度と距離との関係が変化しているため、距離を特定できないことが分かる。 For example, as shown in FIG. 8, in an environment where there is no metal object (assuming that the metal object is removed), the relationship curve between the distance from the fixed wireless node and the received radio wave intensity is C1. In this case, when there is a metal object in the space and the layout of the metal object is changed, the relationship curve between the distance from the fixed wireless node and the received radio wave intensity is as C2 to C4. From the relationship curves C2 to C4, since the attenuation is not so much, the distance can be specified from the received radio wave intensity is about several meters, and the number m is also changed for each time zone for changing the layout of the metal objects. It can be seen that the distance cannot be specified because the relationship between the received radio wave intensity and the distance changes.
図9は減衰計測グラフであって、受信電波強度に係る縦軸も、距離に係る横軸も、指数表記のものである。図9における回帰線yは、図8におけるような複数の関係曲線(C2〜C4)から得られたものであり、各距離における複数のプロットは、その距離で受信電波強度がばらついていることを表している(図9におけるR2はバラツキを表す指標である)。回帰線yの傾斜は減衰率に応じているが、回帰線yの傾斜が大きいほど、受信電波強度から距離を特定し易いことを表している。図9に示すように、傾斜が小さいと、受信電波強度から距離を特定し難く、しかも、プロットが多いことで、同一の距離でも多くの受信電波強度の値を取っていることが分かる。 FIG. 9 is an attenuation measurement graph, in which the vertical axis related to the received radio wave intensity and the horizontal axis related to the distance are in exponential notation. The regression line y in FIG. 9 is obtained from a plurality of relationship curves (C2 to C4) as in FIG. 8, and the plurality of plots at each distance show that the received radio wave intensity varies at that distance. (R 2 in FIG. 9 is an index representing variation). Although the slope of the regression line y depends on the attenuation rate, the greater the slope of the regression line y, the easier it is to specify the distance from the received radio wave intensity. As shown in FIG. 9, when the inclination is small, it is difficult to specify the distance from the received radio wave intensity, and since there are many plots, it can be seen that many values of the received radio wave intensity are obtained even at the same distance.
以上のように、鉄工所や工場等の金属物の多い環境では、小さな距離で電波強度の減衰が大きく、しかも、その減衰量のバラツキが大きく、距離の推定精度が悪いものとなる。その結果、推定された距離から求められる無線タグの位置の推定値も精度が低いものとなる。 As described above, in an environment where there are many metal objects such as ironworks and factories, the attenuation of the radio wave intensity is large at a small distance, and the variation of the attenuation amount is large, resulting in poor distance estimation accuracy. As a result, the estimated value of the position of the wireless tag obtained from the estimated distance is also low in accuracy.
そのため、金属物の多い環境でも、無線移動ノードの位置が精度良く推定することができる管理サーバ、位置推定用設備システム及び位置推定システムが望まれている。 Therefore, a management server, a position estimation equipment system, and a position estimation system that can accurately estimate the position of a wireless mobile node even in an environment with many metal objects are desired.
第1の本発明は、位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定システムにおいて、上記管理サーバが、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第1の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数/距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, the position of the wireless mobile node is determined according to a distance between the wireless mobile node to be estimated, a plurality of wireless fixed nodes that provide a position reference, and each of the wireless fixed nodes and the wireless mobile node. In the position estimation system having a management server for estimation, the management server stores, for each wireless fixed node, monitoring area state storage means for storing relational information between the number of signal receptions and distance, and the wireless fixed node or A first reception number acquisition means for transmitting a plurality of distance measurement signals having different output intensities from the wireless mobile node, and acquiring a signal reception number in the other wireless mobile node or the wireless fixed node; and the acquired signal Based on the number of receptions, referring to the monitoring area state storage means, a signal for obtaining distance information between each wireless fixed node and the wireless mobile node. And Received / distance conversion means, the distance information between each radio fixed node and the wireless mobile nodes plurality applied, and having a position estimation means for estimating a position of the wireless mobile nodes.
第2の本発明は、位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと位置推定対象の無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定用設備システムにおいて、上記管理サーバが、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第1の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数/距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a plurality of wireless fixed nodes that provide position references, and a management server that estimates a position of the wireless mobile node according to a distance between each wireless fixed node and a wireless mobile node that is a position estimation target; In the location estimation equipment system, the management server stores, for each wireless fixed node, monitoring area state storage means for storing relationship information between the number of received signals and the distance, and the wireless fixed node or the wireless movement A first reception number acquisition means for transmitting a plurality of distance measurement signals having different output intensities from the node and acquiring the signal reception number in the other wireless mobile node or the wireless fixed node; Based on the monitoring area state storage means, the number of received signals / distance to obtain distance information between each wireless fixed node and the wireless mobile node And converting means, the distance information between each radio fixed node and the wireless mobile nodes plurality applied, and having a position estimation means for estimating a position of the wireless mobile nodes.
第3の本発明は、位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバにおいて、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第1の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数/距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the management server that estimates the position of the wireless mobile node according to the distance between the wireless mobile node that is a position estimation target and a plurality of wireless fixed nodes that provide position references, The monitoring area state storage means for storing the relationship information between the number of received signals and the distance, and a plurality of distance measurement signals having different output intensities are transmitted from the wireless fixed node or the wireless mobile node. A first reception number acquisition means for acquiring a signal reception number in the wireless mobile node or the wireless fixed node; and the monitoring area state storage means based on the acquired signal reception number, and each wireless fixed node A signal reception number / distance conversion means for obtaining distance information between the wireless mobile node and the wireless mobile node, and a plurality of distance information between each wireless fixed node and the wireless mobile node. And use, and having a position estimation means for estimating a position of the wireless mobile nodes.
本発明によれば、異なる出力強度で送信された信号の受信数に基づいて、無線移動ノードの位置を推定するようにしたので、RSSI値の変動が大きい金属物の多い環境などでも、無線移動ノードの位置が精度良く推定することができるようになる。 According to the present invention, since the position of the wireless mobile node is estimated based on the number of received signals transmitted with different output strengths, the wireless mobile node can be used even in an environment where there are many metal objects where the RSSI value varies greatly. The position of the node can be estimated with high accuracy.
(A)主たる実施形態
以下、本発明による管理サーバ、位置推定用設備システム及び位置推定システムの一実施形態を、図面を参照しながら説明する。この実施形態の位置推定システムは、電波伝搬状況に影響を与える金属物が多い環境下で使用されるシステムを意図している。
(A) Main Embodiment Hereinafter, an embodiment of a management server, a position estimation facility system, and a position estimation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. The position estimation system of this embodiment is intended for a system that is used in an environment where there are many metal objects that affect radio wave propagation conditions.
(A−1)実施形態の構成
図1は、実施形態に係る位置推定システムの構成を示すブロック図である。実施形態に係る位置推定システムが適用している無線での通信プロトコルがZigBeeであるとして、以下、説明する。
(A-1) Configuration of Embodiment FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a position estimation system according to an embodiment. The following description will be made assuming that the wireless communication protocol applied by the position estimation system according to the embodiment is ZigBee.
図1において、位置推定システム1は、位置状態管理サーバ2、表示端末3、中央警告灯4、コーディネータ5、複数の無線固定ノード6(6−a〜6−d、6−1〜6−10)及び無線移動ノード7を有する。ここで、位置状態管理サーバ2、表示端末3、中央警告灯4及びコーディネータ5は有線ネットワーク(内部LAN)8を介して接続されている。また、コーディネータ5、無線固定ノード6及び無線移動ノード7は、作業者状態管理エリアAR内に配置され、ZigBeeに従って無線通信を実行する。また、位置状態管理サーバ2、コーディネータ5及び複数の無線固定ノード6(6−a〜6−d、6−1〜6−10)が、位置推定用設備システムを構成している。
In FIG. 1, a
コーディネータ5は、ZigBee無線ネットワーク(PAN)全体を管理する機能を持ち、PANに一つ存在するノードである。なお、作業者状態管理エリアARを一部重複するように複数のエリアに分割し、各分割エリア毎にPANを構成させた場合には、複数のコーディネータ5が設けられることになる。
The
各無線固定ノード6は、無線移動ノード7の位置推定の基準となるものである。位置状態管理サーバ2は、各無線固定ノード6の位置情報を有し、各無線固定ノード6と無線移動ノード7の距離から無線移動ノード7の位置を推定する。各無線固定ノード6は、監視エリアAR内の位置に固定的に取り付けられている。各無線固定ノード6は、例えば、図2に示すように、直交座標系(xy座標系)のx方向及びy方向に沿って等間隔に配置される。なお、図1では無線固定ノード6を4個(6−a〜6−d)示し、図2では無線固定ノード6を10個(6−1〜6−10)示しているが、これは描画の都合上であり、個数が変化することはない。
Each wireless
各無線固定ノード6はそれぞれ、複数(図2では4個)の通信端末(ZigBee端末)10−1〜10−nを備えている。複数の通信端末10−1〜10−nは、例えば、上述した直交座標系(xy座標系)の法線方向に積層されたものであり、通信端末10−1〜10−nはそれぞれ、位置状態管理サーバ2及びコーディネータ5の制御下で、無線移動ノード7に向けた電界強度送信要求を意味するビーコン(以下、第1の電界強度送信要求ビーコンと呼ぶ)を定期的に同時に送信したり、他の無線固定ノード6に向けた電界強度送信要求を意味するビーコン(以下、第2の電界強度送信要求ビーコンと呼ぶ)を定期的に同時に送信したりするものである。ここで、同一の無線固定ノード(例えば6−1)における複数のZigBee端末10−1〜10−nは、第1又は第2の電界強度送信要求ビーコンを送信する際の送信電力(電波出力強度)が異なるように選定されており(なお、送信周波数も異なっている)、ビーコンの伝搬可能な距離が異なっている。
Each wireless
図3は、通信端末10からのビーコンの送信電力(電波出力強度)と、ビーコンの伝搬可能な距離との関係の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the relationship between the beacon transmission power (radio wave output intensity) from the
例えば、図3(A)の無線固定ノード6−1が4個の通信端末10−1〜10−4を有し、図3(B)に示すように、通信端末10−1が電波出力強度P1でビーコンを送信し、通信端末10−2が電波出力強度P2でビーコンを送信し、通信端末10−3が電波出力強度P3でビーコンを送信し、通信端末10−4が電波出力強度P4でビーコンを送信したとする。電波出力強度P1〜P4が異なるため、送信されたビーコンの到達可能距離も異なる。 For example, the wireless fixed node 6-1 in FIG. 3A has four communication terminals 10-1 to 10-4, and the communication terminal 10-1 has a radio wave output intensity as shown in FIG. The beacon is transmitted at P1, the communication terminal 10-2 transmits the beacon at the radio wave output intensity P2, the communication terminal 10-3 transmits the beacon at the radio wave output intensity P3, and the communication terminal 10-4 is at the radio wave output intensity P4. Suppose you send a beacon. Since the radio wave output intensities P1 to P4 are different, the reachable distances of the transmitted beacons are also different.
例えば、図3(C)に示すように、電波出力強度P1で送信されたビーコンの到達可能距離が20mであり、電波出力強度P2で送信されたビーコンの到達可能距離が15mであり、電波出力強度P3で送信されたビーコンの到達可能距離が10mであり、電波出力強度P4で送信されたビーコンの到達可能距離が5mであれば、0〜5mの範囲にビーコンの受信機(無線移動ノードや他の無線固定ノード)がある場合には4個の通信端末10−1〜10−4からのビーコンを受信でき、5〜10mの範囲にビーコンの受信機がある場合には3個の通信端末10−1〜10−3からのビーコンを受信でき、10〜15mの範囲にビーコンの受信機がある場合には2個の通信端末10−1及び10−2からのビーコンを受信でき、15〜20mの範囲にビーコンの受信機がある場合には1個の通信端末10−1からのビーコンを受信できる。逆に言えば、仮に、ある受信機が、無線固定ノード6−1の4個の通信端末10−1〜10−4からのビーコンを2個だけ受信できた場合には、その受信機と無線固定ノード6−1との距離が15〜20mの範囲内にあることを意味する。 For example, as shown in FIG. 3C, the reachable distance of the beacon transmitted at the radio wave output intensity P1 is 20 m, the reachable distance of the beacon transmitted at the radio wave output intensity P2 is 15 m, and the radio wave output If the reachable distance of the beacon transmitted at the intensity P3 is 10 m and the reachable distance of the beacon transmitted at the radio wave output intensity P4 is 5 m, the beacon receiver (wireless mobile node or If there are other wireless fixed nodes), beacons from four communication terminals 10-1 to 10-4 can be received, and if there is a beacon receiver in the range of 5 to 10m, three communication terminals 10-1 to 10-3 can receive beacons, and when there is a beacon receiver in the range of 10 to 15m, it can receive beacons from two communication terminals 10-1 and 10-2, 20m If there is a receiver of the beacon in a range capable of receiving a beacon from one of the communication terminals 10-1. In other words, if a receiver can receive only two beacons from the four communication terminals 10-1 to 10-4 of the wireless fixed node 6-1, the receiver and the wireless This means that the distance to the fixed node 6-1 is in the range of 15 to 20 m.
図3(A)に示すように、無線固定ノード6−1の2つの通信端末10−1及び10−2からのビーコンを、無線固定ノード6−3及び6−7が受信していた状況において、金属物の配置変化などによって、無線固定ノード6−3及び6−7が受信できるビーコン数が1つになった場合には、ビーコン数が1つの距離の範囲が、それまでの範囲15〜20mから短い方に移動し、又は、短い方に幅を拡げたことを意味する。 As shown in FIG. 3A, in a situation where the wireless fixed nodes 6-3 and 6-7 have received beacons from the two communication terminals 10-1 and 10-2 of the wireless fixed node 6-1. When the number of beacons that can be received by the wireless fixed nodes 6-3 and 6-7 becomes 1 due to changes in the arrangement of metal objects, the range of the distance of one beacon is the range 15 to that It means that it has moved from 20m to the shorter side, or has expanded its width to the shorter side.
各無線固定ノード6は、無線移動ノード7からの情報や、他の無線固定ノード(6)からの情報を、コーディネータ5(位置状態管理サーバ2)へ到達させるためのルーティングを行うと共、コーディネータ5から無線移動ノード7への情報のルーティングを行うものである。
Each wireless fixed
無線移動ノード7は位置推定対象であり、状態が監視される作業者が携帯し、若しくは、作業者に装着されているものである。無線移動ノード7は、例えば、1つの通信端末(ZigBee端末)からなっており、タグ状(無線タグ)に構成されている。無線移動ノード7は、いずれかの無線固定ノード6から送信された第1の電界強度送信要求ビーコンの受信時に、受け取れたビーコンの数を送信するものである。受信したビーコンの強度(以下、適宜、RSSI値と称する)が所定閾値以上であると、「受け取れた」と判断するものとする。受け取れたビーコンの数の送信先は、ビーコンの送信元の無線固定ノードであるとして、以下、説明する。なお、他の無線プロトコルを採用している場合など、無線移動ノード7が、受け取れたビーコンの数をコーディネータ5に直接送信するようにしても良い。
The wireless
位置状態管理サーバ2は、ハードェア的には一般的なサーバと同様な構成を有し、サーバにインストールされたソフトウェアによって、大きく見て、ZigBeeゲートウェイ(ZGW)としての機能と、位置/状態管理機能とを実行するものである。
The position
ZigBeeゲートウェイ機能面から言えば、位置状態管理サーバ2は、監視エリアAR内に設置されたコーディネータ5と接続し、監視エリアARの設備としての無線ネットワークと内部LAN8とのゲートウェイとして相互通信を行うものである。
In terms of the ZigBee gateway function, the position
また、無線ネットワークより送信される作業者の無線タグの電界強度情報よりRSSI値を評価し、位置推論による位置推定を行う位置検出サーバ機能を実装する。 In addition, a position detection server function for evaluating the RSSI value from the electric field strength information of the wireless tag of the worker transmitted from the wireless network and performing position estimation by position inference is implemented.
図4は、位置状態管理サーバ2の位置/状態管理機能面から見た機能的構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration viewed from the position / state management function side of the position
位置状態管理サーバ2は、位置/状態管理機能に関し、エリア状態把握部20、移動ノード位置推定部21、移動ノード位置表示部22、警告部23及びデータベース24を有する。
The position
エリア状態把握部20は、監視エリアARの伝搬状態を定期的に把握(検出)し、データベース24の伝搬状態情報データベース部24Aの格納内容(伝搬状態情報)を適宜更新させるものである。エリア状態把握部20は、無線固定ノード6毎に、その無線固定ノード6が有する全ての通信端末10からビーコンを送信させ、他の無線固定ノードで受信できたビーコン数を取り込み、他の無線固定ノードで受信できたビーコン数のセットが前回と同じか否かを判別し、前回と同じであれば、伝搬状態情報データベース部24Aを更新させず、前回と異なる場合には、例えば、受信ビーコン数が1の帯状領域、受信ビーコン数が2の帯状領域、…を、他の無線固定ノードの位置を参酌して定め(図3参照)、さらに、帯状領域の幅の中心を通る中心線を決定し、ビーコンを送信させた無線固定ノード6から中心線までの距離の平均を、その受信ビーコン数での距離と定め、そのような距離情報を伝搬状態情報として伝搬状態情報データベース部24Aに登録させる。
The area
図5は、上述した伝搬状態情報の更新方法の説明図である。図5における「×」は、ビーコンを送信させる無線固定ノードを表しており、その周囲の数字「4」、「3」、「2」、「1」が付与された位置は他の無線固定ノードの位置を表し、数字はその無線固定ノードにおける受信ビーコン数を表している。等高線図の作成技術などを適用することにより、受信ビーコン数が「4」、「3」、「2」、「1」の帯状領域を定めることができ、各帯状領域の、送信固定ノードから見た径方向の幅の中心を結んでいくことにより中心線が得られ、その径方向の中心までの距離の平均を、その受信ビーコン数での距離と定める。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the propagation state information update method described above. “X” in FIG. 5 represents a wireless fixed node that transmits a beacon, and the positions to which the surrounding numbers “4”, “3”, “2”, and “1” are assigned are other wireless fixed nodes. The number represents the number of received beacons at the wireless fixed node. By applying a contour map creation technique, etc., it is possible to define banded areas with the number of received beacons “4”, “3”, “2”, and “1”. A center line is obtained by connecting the centers of the radial widths, and the average of the distances to the radial centers is determined as the distance in the number of received beacons.
移動ノード位置推定部21は、無線移動ノード7の位置を定期的に推定し、データベース24の移動ノード位置データベース部24Bの格納内容(移動ノード位置)を適宜更新させるものである。移動ノード位置推定部21は、無線固定ノード6毎に、その無線固定ノード6が有する全ての通信端末10からビーコンを送信させ、無線移動ノード7で受信できたビーコン数を取り込み、全ての無線固定ノード6からの送信で得られたビーコン数のセットが、前回と同じか否かを判別し、前回と同じであれば、移動ノード位置データベース部24Bの移動ノード位置を同じ位置とし、前回と異なる場合には、伝搬状態情報データベース部24Aを参照して、各無線固定ノード6と無線移動ノード7との距離を得、その後、既存の位置推定アルゴリズムを適用して、無線移動ノード7の位置を推定して、移動ノード位置データベース部24Bの無線移動ノード7の位置を更新させるものである。
The mobile node
移動ノード位置表示部22は、データベース24から監視エリアレイアウトデータ24Cを取り出し、また、移動ノード位置データベース部24Bの移動ノード位置を取り出し、それらから、移動ノード位置を含めた監視エリアの表示用レイアウトデータを形成して、表示端末3に与えて表示させるものである。
The mobile node
警告部23は、データベース24から警告エリアデータ24Dを取り出し、また、移動ノード位置データベース部24Bの移動ノード位置を取り出し、移動ノード位置が警告エリア内に位置しているときに、中央警告灯4による報知動作を起動するものである。
The
データベース24は、上述した伝搬状態情報データベース部24Aのデータ、移動ノード位置データベース部24Bのデータ、監視エリアレイアウトデータ24C、警告エリアデータ24D等を格納しているものである。
The
表示端末3は、位置状態管理サーバ2の制御下で、監視エリアARのレイアウト上に無移動ノード7の位置を表示するものである。表示端末3は、位置状態管理サーバ2と一体的に構成されているものであっても良い。なお、オペレータの操作に応じ、無線ネットワークのトポロジー表示(PAN構成されているZigBee端末のネットワーク構成表示)をできるように、位置状態管理サーバ2及び表示端末3を構成するようにしても良い。
The
中央警告灯4は、位置状態管理サーバ2の制御下で、無線移動ノード7(を携帯する作業者)警告エリア内に位置していることの警告報知動作を行うものである。
The
(A−2)実施形態の動作
次に、実施形態に係る位置推定システムの動作を、監視エリアにおける無線伝搬状態の把握動作、無線移動ノードの位置推定動作の順に説明する。
(A-2) Operation of Embodiment Next, the operation of the position estimation system according to the embodiment will be described in the order of the grasping operation of the radio propagation state in the monitoring area and the position estimation operation of the wireless mobile node.
図6は、監視エリアにおける無線伝搬状態を把握する際の、位置状態管理サーバ2の動作を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the position
位置状態管理サーバ2は、定期的に図6に示す処理を起動し、いずれか1つの無線固定ノード6を処理対象ノードに設定する(ステップ100)。そして、その無線固定ノード6が有する全ての通信端末10から、第2の電界強度送信要求ビーコンを放出(ブロードキャスト)させ(ステップ101)、全ての他の無線固定ノードが受信したビーコン数を取り込む(ステップ102)。なお、監視エリアAR内の全ての他の無線固定ノードの受信ビーコン数を取り込む代わりに、処理対象ノードに応じて定まる範囲内に位置する全ての他の無線固定ノードの受信ビーコン数を取り込むようにしても良い。
The position
その後、取り込んだ受信ビーコン数とそれを出力した無線固定ノードの識別情報との対情報を、全ての他の無線固定ノードにまとめたセット情報が、前回のセット情報と同じか否かを判別する(ステップ103)。 After that, it is determined whether or not the set information obtained by collecting the paired information of the number of received beacons and the identification information of the wireless fixed node that outputs the received beacon is the same as the previous set information. (Step 103).
前回のセット情報と異なっていれば、上述したようにして、処理対象ノードについての伝搬状態情報を更新させる(ステップ104)。 If the set information is different from the previous set information, the propagation state information for the processing target node is updated as described above (step 104).
前回のセット情報と同じ場合や、前回のセット情報と異なっていて処理対象ノードについての伝搬状態情報を更新した場合には、位置状態管理サーバ2は、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定した処理を、全ての無線固定ノードについて実行したか否かを判別し(ステップ105)、全ての無線固定ノードについて実行していなければ、上述したステップ100に戻り、全ての無線固定ノードについて実行していれば、図6に示す一連の処理を終了する。
If it is the same as the previous set information, or if it is different from the previous set information and the propagation state information for the processing target node is updated, the position
図7は、無線移動ノードの位置を推定する際の、位置状態管理サーバ2の動作を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the position
位置状態管理サーバ2は、定期的に図7に示す処理を起動し、いずれか1つの無線固定ノード6を処理対象ノードに設定する(ステップ200)。そして、その無線固定ノード6が有する全ての通信端末10から、第1の電界強度送信要求ビーコンを放出(ブロードキャスト)させ(ステップ201)、無線移動ノード7が受信したビーコン数を取り込む(ステップ202)。位置状態管理サーバ2は、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定したビーコン送信、受信ビーコン数の取込処理を、全ての無線固定ノードについて実行したか否かを判別し(ステップ203)、全ての無線固定ノードについて実行していなければ、上述したステップ200に戻る。
The position
これに対して、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定したビーコン送信、受信ビーコン数の取込処理を全ての無線固定ノードについて実行した場合には、全ての無線固定ノード6からの送信で得られたビーコン数のセットが、前回と同じか否かを判別する(ステップ204)。そして、前回と異なっていれば、各無線固定ノード6についての伝搬状態情報を参照して、各無線固定ノード6と無線移動ノード7との距離を得た後、既存の位置推定アルゴリズムを適用して、無線移動ノード7の位置を推定して位置情報を更新させる(ステップ205)。
On the other hand, if beacon transmission with a certain wireless fixed node set as a processing target node and acquisition processing of the number of received beacons are executed for all wireless fixed nodes, the transmission is obtained from all wireless fixed
ビーコン数のセットが前回と同じである場合や、ビーコン数のセットが前回と異なっていて無線移動ノード7の位置を推定し直した場合には、図7に示す一連の処理を終了する。なお、無線移動ノード7が複数存在する場合には、図7に示す処理が、それぞれの無線移動ノードについて実行される。
When the set of beacon numbers is the same as the previous time, or when the set of beacon numbers is different from the previous time and the position of the wireless
(A−3)実施形態の効果
上記実施形態によれば、無線固定ノードから出力強度が異なる複数のビーコンを送信させ、無線移動ノードの受信ビーコン数から、その無線固定ノードと無線移動ノードとの大雑把な距離情報を得て位置を推定するようにしたので、RSSI値そのものを適用するより、推定結果から、金属物などの影響を排除することができる。
(A-3) Effect of Embodiment According to the above embodiment, a plurality of beacons having different output intensities are transmitted from the wireless fixed node, and the number of received beacons of the wireless mobile node is determined between the wireless fixed node and the wireless mobile node. Since rough position information is obtained and the position is estimated, it is possible to eliminate the influence of a metal object or the like from the estimation result rather than applying the RSSI value itself.
その結果、金属物が多い鉄工所や工場を監視エリアとしていても、無線移動ノードの位置を推定することが可能になる。 As a result, it is possible to estimate the position of the wireless mobile node even if the monitoring area is an ironworks or factory with many metal objects.
ここで、ある無線固定ノードから出力強度が異なる複数のビーコンを送信させた場合に、どの距離で、どれだけのビーコン数を受信できるかを、無線固定ノードから他の無線固定ノードへのビーコンの伝搬から捉え、無線伝搬状態の情報として格納しておき、無線移動ノードの位置推定で利用するようにしているので、位置推定が無線移動ノードの受信ビーコン数を利用していても、かなり良い位置推定結果を得ることができる。 Here, when a plurality of beacons with different output intensities are transmitted from a certain wireless fixed node, how many beacons can be received at which distance, and the beacons from other wireless fixed nodes to other wireless fixed nodes. Since it is captured from propagation and stored as wireless propagation state information and used for wireless mobile node position estimation, even if the position estimation uses the number of received beacons of the wireless mobile node, a fairly good position An estimation result can be obtained.
電波伝搬状況は、金属物の配置だけでなく、天候や人の動きによっても変化するが、変化原因に拘わらず、受信ビーコン数を利用した推定結果を向上させることができる。 The radio wave propagation situation changes not only due to the arrangement of metal objects but also due to the weather and the movement of people, but the estimation result using the number of received beacons can be improved regardless of the cause of the change.
(B)他の実施形態
上記実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
(B) Other Embodiments In the description of the above-described embodiment, various modified embodiments have been referred to. However, modified embodiments as exemplified below can be cited.
上記実施形態では、無線通信プロトコルとしてZigBeeの適用を意図して説明したが、無線技術やプロトコルはこれに限定されず、Wi−FiやUWB等を適用することができる。距離に応じて受信電界強度が変化し、受信電界強度基づいて、「受け取れた」か否かを判断できる無線技術等であれば良い。 In the above-described embodiment, ZigBee is applied as a wireless communication protocol. However, the wireless technology and protocol are not limited to this, and Wi-Fi, UWB, or the like can be applied. Any radio technology or the like can be used as long as the received electric field strength changes according to the distance and it can be determined whether or not it is “received” based on the received electric field strength.
上記実施形態では、既存の位置推定アルゴリズムを適用できるように、受信ビーコン数を距離に置き換えて位置を推定するものを示したが、受信ビーコン数を距離の範囲に置き換えて位置を推定するようにしても良い。監視エリアARの伝搬状態を把握する際に、処理対象の無線固定ノードから、ビーコン数が0の帯状領域(距離範囲)、ビーコン数が1の帯状領域、…を得ておき、無線移動ノードの位置推定時に、受信ビーコン数に基づいて、ある無線固定ノードから見て存在すると捉えられる帯状領域を得、複数の無線固定ノードについて得られた帯状領域の重ね合わせによって、無線移動ノードの位置を推定するようにしても良い。このような方法の場合、隣り合う帯状領域の境界をオーバーラップさせて定めるようにしても良い。 In the above embodiment, the position is estimated by replacing the number of received beacons with the distance so that the existing position estimation algorithm can be applied. However, the position is estimated by replacing the number of received beacons with the range of distance. May be. When grasping the propagation state of the monitoring area AR, a band-shaped area (distance range) with a beacon number of 0, a band-shaped area with a beacon number of 1 are obtained from the wireless fixed node to be processed. At the time of position estimation, based on the number of received beacons, a band-like area that can be seen as seen from a certain radio fixed node is obtained, and the position of the radio mobile node is estimated by overlapping the band-like areas obtained for a plurality of radio fixed nodes You may make it do. In the case of such a method, the boundary between adjacent strip regions may be determined by overlapping.
上記実施形態においては、無線移動ノードの位置を推定する際においても、無線固定ノードがビーコンの送信側であるものを示したが、無線移動ノードに複数の通信端末(例えば、ZigBee端末)を設け、異なる出力強度でビーコンを送信させ、各無線固定ノードで受信できたビーコン数に応じて、各無線固定ノードと無線移動ノードとの距離の情報を得るようにしても良い。 In the above embodiment, the wireless fixed node is the beacon transmitting side when estimating the position of the wireless mobile node, but a plurality of communication terminals (for example, ZigBee terminals) are provided in the wireless mobile node. Alternatively, beacons may be transmitted at different output intensities, and information on the distance between each wireless fixed node and the wireless mobile node may be obtained according to the number of beacons that can be received by each wireless fixed node.
上記実施形態においては、複数の無線固定ノードが等間隔に配置されたものを示したが、状態管理サーバが把握しているならば、配置は等間隔に限定されるものではない。 In the above embodiment, a plurality of wireless fixed nodes are arranged at equal intervals. However, as long as the state management server knows, the arrangement is not limited to equal intervals.
上記実施形態では、無線固定ノードに複数の通信端末を設けて、出力強度が異なるビーコンの送信を可能としたものを示したが、出力強度を可変できる1個の通信端末を無線固定ノードに設け、出力強度の可変制御によって、出力強度が異なる複数のビーコンを時分割で送信するようにしても良い。但し、全てのビーコンの送信に係る時間は、位置が同一とみなせるような短時間とする。 In the above embodiment, a case has been described in which a plurality of communication terminals are provided in a wireless fixed node to enable transmission of beacons having different output strengths. However, one communication terminal capable of varying the output strength is provided in a wireless fixed node. A plurality of beacons having different output intensities may be transmitted in a time-sharing manner by variable output intensity control. However, the time for transmission of all beacons is a short time so that the positions can be regarded as the same.
上記実施形態では、全ての無線固定ノードについて、送信ビーコン数や、送信時の出力強度の組み合わせが同じものを示したが、ビーコン数や出力強度の組み合わせが、無線固定ノードのよって異なるようにしても良い。例えば、位置推定の精度を高めたいエリア部分の無線固定ノードとして、送信ビーコン数が多いものを適用する。 In the above embodiment, for all wireless fixed nodes, the same number of transmission beacons and combinations of output strengths at the time of transmission are shown. However, the combination of the number of beacons and output strengths differs depending on the wireless fixed nodes. Also good. For example, a node having a large number of transmission beacons is applied as a wireless fixed node in an area where it is desired to improve the accuracy of position estimation.
1…位置推定システム、2…位置状態管理サーバ、3…表示端末、4…中央警告灯、5…コーディネータ、6−a〜6−d、6−1〜6−10…複数の無線固定ノード、7…無線移動ノード、8…有線ネットワーク(内部LAN)、10−1〜10−4…1つの無線固定ノードが有する通信端末、20…エリア状態把握部、21…移動ノード位置推定部、22…移動ノード位置表示部、23…警告部、24…データベース。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記管理サーバが、
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第1の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数/距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有する
ことを特徴とする位置推定システム。 A wireless mobile node that is a position estimation target, a plurality of wireless fixed nodes that give position references, and a management server that estimates the position of the wireless mobile node according to the distance between each wireless fixed node and the wireless mobile node In the position estimation system,
The management server is
For each wireless fixed node, monitoring area state storage means for storing the relationship information between the number of received signals and the distance;
First reception number acquisition means for transmitting a plurality of distance measurement signals having different output intensities from the wireless fixed node or the wireless mobile node and acquiring the signal reception number at the other wireless mobile node or the wireless fixed node When,
Based on the acquired signal reception number, referring to the monitoring area state storage means, the signal reception number / distance conversion means for obtaining distance information between each wireless fixed node and the wireless mobile node;
A position estimation system comprising position estimation means for estimating a position of the wireless mobile node by applying a plurality of distance information between each wireless fixed node and the wireless mobile node.
ある上記無線固定ノードから、出力強度が異なる複数の状態把握用信号を送信させ、他の上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第2の受信数取得手段と、
上記第2の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段とをさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の位置推定システム。 The management server is
A second reception number acquisition means for transmitting a plurality of state grasping signals having different output intensities from a certain wireless fixed node, and acquiring a signal reception number in the other wireless fixed node;
Based on the signal reception number acquired by the second reception number acquisition means, the signal reception number and distance stored in the monitoring area state storage means for the wireless fixed node that has transmitted the state grasping signal. The position estimation system according to claim 1, further comprising monitoring area state updating means for updating the relationship information.
上記管理サーバが、
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第1の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数/距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有する
ことを特徴とする位置推定システム。 A position estimation facility system comprising: a plurality of wireless fixed nodes that provide a position reference; and a management server that estimates the position of the wireless mobile node according to the distance between each of the wireless fixed nodes and a wireless mobile node to be estimated In
The management server is
For each wireless fixed node, monitoring area state storage means for storing the relationship information between the number of received signals and the distance;
First reception number acquisition means for transmitting a plurality of distance measurement signals having different output intensities from the wireless fixed node or the wireless mobile node and acquiring the signal reception number at the other wireless mobile node or the wireless fixed node When,
Based on the acquired signal reception number, referring to the monitoring area state storage means, the signal reception number / distance conversion means for obtaining distance information between each wireless fixed node and the wireless mobile node;
A position estimation system comprising position estimation means for estimating a position of the wireless mobile node by applying a plurality of distance information between each wireless fixed node and the wireless mobile node.
ある上記無線固定ノードから、出力強度が異なる複数の状態把握用信号を送信させ、他の上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第2の受信数取得手段と、
上記第2の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段とをさらに有する
ことを特徴とする請求項3に記載の位置推定用設備システム。 The management server is
A second reception number acquisition means for transmitting a plurality of state grasping signals having different output intensities from a certain wireless fixed node, and acquiring a signal reception number in the other wireless fixed node;
Based on the signal reception number acquired by the second reception number acquisition means, the signal reception number and distance stored in the monitoring area state storage means for the wireless fixed node that has transmitted the state grasping signal. The position estimation facility system according to claim 3, further comprising monitoring area state updating means for updating the relationship information.
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第1の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数/距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段と
を有することを特徴とする管理サーバ。 In the management server that estimates the position of the wireless mobile node according to the distance between the wireless mobile node that is the position estimation target and the plurality of wireless fixed nodes that give the position reference
For each wireless fixed node, monitoring area state storage means for storing the relationship information between the number of received signals and the distance;
First reception number acquisition means for transmitting a plurality of distance measurement signals having different output intensities from the wireless fixed node or the wireless mobile node and acquiring the signal reception number at the other wireless mobile node or the wireless fixed node When,
Based on the acquired signal reception number, referring to the monitoring area state storage means, the signal reception number / distance conversion means for obtaining distance information between each wireless fixed node and the wireless mobile node;
A management server comprising: position estimation means for estimating a position of the wireless mobile node by applying a plurality of distance information between each of the wireless fixed nodes and the wireless mobile node.
上記第2の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段と
をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の管理サーバ。 A second reception number acquisition means for transmitting a plurality of state grasping signals having different output intensities from a certain wireless fixed node, and acquiring a signal reception number in the other wireless fixed node;
Based on the signal reception number acquired by the second reception number acquisition means, the signal reception number and distance stored in the monitoring area state storage means for the wireless fixed node that has transmitted the state grasping signal. The management server according to claim 5, further comprising monitoring area state updating means for updating the relationship information.
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