JP2011185646A - Management server, facility system for position estimation, and position estimating 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位置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 position 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、非特許文献1参照)。
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9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. 9, 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10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10における回帰線yは、図9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10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10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. 10 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. 10 is obtained from a plurality of relationship curves (C2 to C4) as in FIG. 9, and the plurality of plots at each distance show that the received radio wave intensity varies at that distance. (R 2 in FIG. 10 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. 10, when the inclination is small, it is difficult to specify the distance from the received radio wave intensity, and it can be seen that many received radio wave intensity values are taken even at the same distance because there are many plots.
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 in 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.
鉄工所や各種製造工場での作業者管理では、図11に示すように、工場建屋の柱単位のゾーン(どの柱の間に作業者がいるのか)ZN1〜ZN6などのレベルでの管理を実現したいと考えられている。しかしながら、上述したような電波伝搬に影響を与える金属物が多く、その配置も時々刻々と変更されるような環境では、距離の推定精度の悪さは、ゾーンレベルでの位置推定をも不正確にする恐れがあった。 In worker management at ironworks and various manufacturing factories, as shown in Fig. 11, management at the level of ZN1 to ZN6 such as zone (which worker is located between pillars) in each factory building is realized. Want to do. However, in an environment where there are many metal objects that affect radio wave propagation as described above, and their arrangements change from moment to moment, the poor accuracy of distance estimation results in inaccurate position estimation even at the zone level. There was a fear.
そのため、金属物の多い環境でも、無線移動ノードが位置するゾーンを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 facility system, and a position estimation system that can estimate a zone where a wireless mobile node is located even in an environment where there are 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、(1)上記各無線固定ノードは、自己からの無線信号が到達する範囲が一定になるように、自己からの無線信号の電波出力強度を間欠的に調整する電波出力強度調整手段を備え、(2)上記無線移動ノードは、最近の所定期間内で無線信号を受信した、全ての送信元の無線固定ノードの識別情報を含む組情報を、上記管理サーバに送信する組情報送信手段を備え、(3)上記管理サーバは、(3−1)複数の上記無線固定ノードの組み合わせ毎に、その組み合わせのときに上記無線移動ノードが位置すると推定できる位置ゾーンとを対応付けた情報を記憶している組情報/位置ゾーン記憶手段と、(3−2)上記無線移動ノードから上記組情報が与えられたときに、この組情報をキーとして、上記組情報/位置ゾーン記憶手段を探索して、上記無線移動ノードが位置する位置ゾーンを推定する位置推定手段とを備えたことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a position estimation system comprising: a wireless mobile node that is a position estimation target; a plurality of wireless fixed nodes that provide position references; and a management server that estimates a position of the wireless mobile node. Each wireless fixed node is provided with radio wave output intensity adjusting means for intermittently adjusting the radio wave output intensity of the radio signal from itself so that the range in which the radio signal from itself reaches is constant, (2) the radio The mobile node includes set information transmitting means for transmitting to the management server set information including identification information of all radio fixed nodes that have received radio signals within a recent predetermined period, and (3) The management server stores (3-1) information in which a combination of a plurality of the above-described wireless fixed nodes is associated with a position zone that can be estimated that the wireless mobile node is located at the time of the combination. (3-2) When the set information is given from the wireless mobile node, the set information / position zone storage means is searched using the set information as a key. And position estimation means for estimating a position zone where the wireless mobile node is located.
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、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、(1)上記各無線固定ノードは、自己からの無線信号が到達する範囲が一定になるように、自己からの無線信号の電波出力強度を間欠的に調整する電波出力強度調整手段を備え、(2)上記管理サーバは、(2−1)複数の上記無線固定ノードの組み合わせ毎に、その組み合わせのときに上記無線移動ノードが位置すると推定できる位置ゾーンとを対応付けた情報を記憶している組情報/位置ゾーン記憶手段と、(2−2)上記無線移動ノードが送信した組情報であって、上記無線移動ノードが最近の所定期間内で無線信号を受信した、全ての送信元の無線固定ノードの識別情報を含めた組情報が、上記無線移動ノードから与えられたときに、この組情報をキーとして、上記組情報/位置ゾーン記憶手段を探索して、上記無線移動ノードが位置する位置ゾーンを推定する位置推定手段とを備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a location estimation facility system including a plurality of wireless fixed nodes that provide a position reference and a management server that estimates a position of a wireless mobile node. (2) The management server includes (2-1) radio wave output intensity adjusting means for intermittently adjusting the radio wave output intensity of the radio signal from itself so that the range in which the radio signal reaches is constant. For each combination of a plurality of the above-mentioned wireless fixed nodes, a set information / position zone storage means for storing information in which a position zone that can be estimated that the wireless mobile node is located at the time of the combination is stored (2- 2) The set information transmitted by the wireless mobile node includes identification information of all the wireless fixed nodes of the transmission sources that the wireless mobile node has received wireless signals within the most recent predetermined period. Position estimation means for searching for the set information / position zone storage means by using the set information as a key and estimating the position zone where the wireless mobile node is located, when information is given from the radio mobile node; It is provided with.
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、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ける上記管理サーバにおいて、(1)複数の上記無線固定ノードの組み合わせ毎に、その組み合わせのときに上記無線移動ノードが位置すると推定できる位置ゾーンとを対応付けた情報を記憶している組情報/位置ゾーン記憶手段と、(2)自己からの無線信号が到達する範囲が一定になるように調整した電波出力強度で上記各無線固定ノードが放出した無線信号を、上記無線移動ノードが最近の所定期間内で受信できた、全ての送信元の無線固定ノードの識別情報を含めた組情報が、上記無線移動ノードから与えられたときに、この組情報をキーとして、上記組情報/位置ゾーン記憶手段を探索して、上記無線移動ノードが位置する位置ゾーンを推定する位置推定手段とを備えたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the management server in the position estimation system, the position estimation target wireless mobile node, a plurality of wireless fixed nodes that provide a position reference, and a management server that estimates the position of the wireless mobile node are provided. (1) For each combination of a plurality of the above-mentioned wireless fixed nodes, a set information / position zone storage unit storing information in which a position zone that can be estimated that the wireless mobile node is located at the time of the combination is stored; (2) The radio mobile node was able to receive the radio signal emitted by each radio fixed node with the radio wave output intensity adjusted so that the range in which the radio signal from itself arrives was constant within the predetermined period When the set information including the identification information of all the wireless fixed nodes of the transmission source is given from the wireless mobile node, the set information is used as a key, Searches the information / position zone storage means, characterized in that the wireless mobile nodes and a position estimation means for estimating a location zone located.
本発明によれば、金属物の多い環境でも、無線移動ノードが位置するゾーンを推定することができる。 According to the present invention, it is possible to estimate a zone where a wireless mobile node is located even in an environment with many metal objects.
(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、後述するように、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の距離の範囲から無線移動ノード7の位置(位置が属するゾーン)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(例えば、等間隔の柱に取り付けられる)。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、通信端末(ZigBee端末)を備える。以下、通信端末も無線固定ノードと呼ぶこととする。無線固定ノード6は、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に向けたビーコン(以下、第1のビーコンと呼ぶ)を定期的に送信したり、他の無線固定ノード6に向けた受信応答要求のビーコン(以下、第2のビーコンと呼ぶ)を送信したり、第2のビーコンの受信時にその送信元の無線固定ノードに受信応答を返信するためのビーコン(以下、第3のビーコンと呼ぶ)を送信したりするものである。
Each wireless fixed
各無線固定ノード6は、電波出力強度を可変できるものであり、定期的に、自己からの電波出力強度の見直しを実行するものである。
Each wireless fixed
図3は、無線固定ノード6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。図3(B)の縦軸は、電波出力強度だけでなく、受信電波強度(後述するRSSI値)も表している。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the relationship between the beacon transmission power (radio wave output intensity) from the wireless fixed
電波伝搬に影響を与える金属物が多く、その配置も時々刻々と変更されるような環境でも、無線固定ノード6が、強い電波出力強度でビーコンを送信した場合の方が、弱い電波出力強度でビーコンを送信した場合より、そのビーコンが到達する距離は長くなる。図3(A)の無線固定ノード6−1からのビーコンが最も近距離の無線固定ノード6−2及び6−5に到達し得ない電波出力強度P1もあれば、無線固定ノード6−1からのビーコンが、無線固定ノード6−2及び6−5に到達するが、それより遠い無線固定ノードに到達し得ない電波出力強度P2もあれば、無線固定ノード6−1からのビーコンが、無線固定ノード6−2、6−3、6−5及び6−7に到達するが、それより遠い無線固定ノードに到達し得ない電波出力強度P3もある。
Even in an environment where there are many metal objects that affect radio wave propagation, and their arrangement is changed from moment to moment, when the wireless fixed
環境変化があっても、ある無線固定ノードから、所定(近い方)の他の無線固定ノードにはビーコンは到達するが、それより遠い他の無線固定ノードにビーコンが到達しないように、電波出力強度を選定する(見直す)ことができる。この実施形態では、後述のように、無線固定ノードからの電波出力強度を定期的に見直し、各無線固定ノードからのビーコンが届く他の無線固定ノードの範囲(従って距離範囲)を一定とするようにしている。各無線固定ノード6はそれぞれ、自己からの第2のビーコンを到達させるべき、他の無線固定ノードの情報(到達範囲固定ノード情報)を保持している。到達範囲固定ノード情報は、例えば、オペレータが無線固定ノード6に対して直接設定するものであるが、オペレータが位置状態管理サーバ2に入力し、位置状態管理サーバ2がそれを各無線固定ノード6に転送するものであっても良い。
Even if the environment changes, a beacon arrives at a certain (closer) other wireless fixed node from a certain wireless fixed node, but the beacon does not reach other wireless fixed nodes farther than that. The strength can be selected (reviewed). In this embodiment, as will be described later, the radio wave output intensity from the wireless fixed nodes is periodically reviewed so that the range (and hence the distance range) of other wireless fixed nodes to which the beacons from each wireless fixed node reach is constant. I have to. Each wireless fixed
また、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に、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、所定時間毎に、直前の所定時間内に第1のビーコンを受信した、全ての送信元の無線固定ノード6の識別情報の組情報を送信するものである。ここで、受信した第1のビーコンの強度(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。上述した組情報は、任意の無線固定ノード6を介して位置状態管理サーバ2に送信されるものであっても良く、また、コーディネータ5を介して位置状態管理サーバ2に送信されるものであっても良い。
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(位置検出サーバ機能を含む)とを実行するものである。 The position state management server 2 has the same configuration as that of a general server in hardware. The position state management server 2 has a function as a ZigBee gateway (ZGW) and a position / state management function. (Including the position detection server function).
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 state management server 2 is connected to the
また、無線ネットワークより送信される作業者の無線移動ノード7からの組情報により、無線移動ノード7の位置(位置ゾーン)を推定する位置検出サーバ機能を実装する。
In addition, a position detection server function for estimating the position (position zone) of the wireless
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 state management server 2.
位置状態管理サーバ2は、位置/状態管理機能に関し、ゾーン情報設定部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 location state management server 2 has a zone
ゾーン情報設定部20は、各無線固定ノード6から与えられた到達範囲固定ノードの情報から、無線移動ノード7が位置するゾーンを推定させるためのゾーン情報を生成してデータベース24に格納(設定)させるものである。ゾーン情報は、大きくは、各無線固定ノード6からの第2のビーコンが到達することを要する到達範囲固定ノード情報そのものと、無線移動ノード7が送信した組情報に対応する位置ゾーンである。前者の到達範囲固定ノード情報は到達範囲固定ノード情報データベース部24Aに格納され、後者の組情報対応位置ゾーンは位置ゾーンデータベース部24Bに格納される。なお、到達範囲固定ノード情報を、オペレータが位置状態管理サーバ2に入力するものであっても良い。
The zone
図5は、各無線固定ノードからの到達距離と位置ゾーンとの関係を示す説明図、言い換えると、ゾーン情報の意義の説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the reachable distance from each wireless fixed node and the position zone, in other words, an explanatory diagram of the significance of the zone information.
図5において、無線固定ノード6−1の担当エリア(到達範囲)は、無線固定ノード6−2及び6−5を含み、これらより遠い無線固定ノードを含まないエリアであり、これにより、無線固定ノード6−1は、自己からの第2のビーコンが、無線固定ノード6−2及び6−5には到達し、これらより遠い無線固定ノードに到達しないように、電波出力強度の見直しを定期的に行う。また、無線固定ノード6−5の担当エリアは、無線固定ノード6−1及び6−7を含み、これらより遠い無線固定ノードを含まないエリアであり、これにより、無線固定ノード6−5は、自己からの第2のビーコンが、無線固定ノード6−1及び6−7には到達し、これらより遠い無線固定ノードに到達しないように、電波出力強度の見直しを定期的に行う。さらに、無線固定ノード6−2の担当エリアは、無線固定ノード6−1及び6−3を含み、それより遠い無線固定ノードを含まないエリアであり、これにより、無線固定ノード6−2は、自己からの第2のビーコンが、無線固定ノード6−1及び6−3には到達し、これらより遠い無線固定ノードに到達しないように、電波出力強度の見直しを定期的に行う。さらにまた、無線固定ノード6−4の担当エリアは、無線固定ノード6−3及び6−6を含み、それより遠い無線固定ノードを含まないエリアであり、これにより、無線固定ノード6−4は、自己からの第2のビーコンが、無線固定ノード6−3及び6−6には到達し、これらより遠い無線固定ノードに到達しないように、電波出力強度の見直しを定期的に行う。 In FIG. 5, the assigned area (reach range) of the radio fixed node 6-1 includes the radio fixed nodes 6-2 and 6-5 and does not include the radio fixed node farther than these, and thereby the radio fixed node is fixed. The node 6-1 periodically reviews the radio wave output intensity so that the second beacon from itself reaches the wireless fixed nodes 6-2 and 6-5 and does not reach the wireless fixed nodes farther than these. To do. In addition, the area in charge of the wireless fixed node 6-5 includes the wireless fixed nodes 6-1 and 6-7, and does not include the wireless fixed nodes farther than these. The radio wave output intensity is periodically reviewed so that the second beacon from itself reaches the wireless fixed nodes 6-1 and 6-7 and does not reach the wireless fixed nodes farther than these. Further, the area in charge of the wireless fixed node 6-2 includes the wireless fixed nodes 6-1 and 6-3, and does not include a wireless fixed node farther than that. The radio wave output intensity is periodically reviewed so that the second beacon from itself reaches the wireless fixed nodes 6-1 and 6-3 and does not reach the wireless fixed nodes farther than these. Furthermore, the area in charge of the wireless fixed node 6-4 includes the wireless fixed nodes 6-3 and 6-6, and does not include a wireless fixed node farther than that. The radio wave output intensity is periodically reviewed so that the second beacon from itself reaches the wireless fixed nodes 6-3 and 6-6 and does not reach the wireless fixed nodes farther than these.
このような状況において、無線移動ノード7からの組情報に、無線固定ノード6−1、6−2及び6−5の識別情報が含まれていれば、図5の第1のゾーンAR1内に無線移動ノード7が位置していると推定でき、無線移動ノード7からの組情報に、無線固定ノード6−2及び6−6の識別情報が含まれていれば、図5の第2のゾーンAR2内に無線移動ノード7が位置していると推定できる。後者の場合、無線移動ノード7は、無線固定ノード6−3からの第1のビーコンが到達し得る位置に位置していると思われるが、何らかの原因で、無線固定ノード6−3からの第1のビーコンが到達しなかったとしても、無線固定ノード6−2及び6−6の識別情報が含まれている組情報により、第2のゾーンAR2内に無線移動ノード7が位置していると推定することができる。
In such a situation, if the identification information of the wireless fixed nodes 6-1, 6-2, and 6-5 is included in the set information from the wireless
上述した組情報対応位置ゾーンは、与えられた組情報に応じて定まる位置ゾーンの情報である。ゾーン情報設定部20は、各無線固定ノード6から与えられた到達範囲固定ノード情報と、監視対象エリアにおける各無線固定ノード6の位置とに基づいて、組情報対応位置ゾーンの情報を生成する。なお、組情報対応位置ゾーンの情報を、オペレータが入力し、それを格納するようにしても良い。
The above-described set information corresponding position zone is information of a position zone determined according to given set information. The zone
位置状態管理サーバ2の移動ノード位置推定部21は、無線移動ノード7から定期的に与えられた組情報をキーとして、データベース24の組情報対応位置ゾーンデータベース部24Bをアクセスし、無線移動ノード7の位置(位置ゾーン)を推定するものである。なお、移動ノード位置推定部21は、推定した位置をデータベース24に追加格納させる。
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、推定された移動ノード位置ゾーンを取り出し、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、推定された移動ノードの位置ゾーンを取り出し、移動ノードの位置ゾーン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、上述したような各種データ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のレイアウト上の推定された位置ゾーンに無線移動ノード7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 display terminal 3 displays the wireless
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)が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 central warning light 4 performs a warning notification operation that the wireless mobile node 7 (the worker carrying it) is located in the warning area under the control of the position state management server 2.
(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、無線固定ノードにおける電波出力強度の自動調整動作、組情報対応位置ゾーン情報の生成動作、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 includes the automatic adjustment operation of the radio wave output intensity in the wireless fixed node, the generation operation of the position information corresponding to the group information, the position of the wireless mobile node The estimation operation will be described in this order.
図6は、無線固定ノード6における電波出力強度の自動調整モードの動作を示すフローチャートである。この動作は、全ての無線固定ノードが定期的に実行するものであるが、以下では、無線固定ノード6−1が実行しているとして動作を説明する。また、無線固定ノード6−1の到達範囲固定ノードが無線固定ノード6−2及び6−5であるとして動作を説明する。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the radio wave output intensity automatic adjustment mode in the wireless fixed
無線固定ノード6−1は、定期的に、図6に示す処理を開始し、まず、電波出力強度の設定値を初期値に設定し(ステップ100)、第2のビーコンを放出(ブロードキャスト)する(ステップ101)。電波出力強度の初期値は、予め定められている固定値(例えば、調整可能範囲の最小値又は最大値)であっても良く、また、直前の電波出力強度の設定値を初期値に用いるようにしても良い。また、第2のビーコンを受信した他の無線固定ノードは、上述したように、第3のビーコンを返信することとなっている。 The wireless fixed node 6-1 periodically starts the processing shown in FIG. 6, first, sets the set value of the radio wave output intensity to the initial value (step 100), and releases (broadcasts) the second beacon. (Step 101). The initial value of the radio wave output intensity may be a predetermined fixed value (for example, the minimum value or the maximum value of the adjustable range), and the immediately preceding set value of the radio wave output intensity is used as the initial value. Anyway. In addition, the other wireless fixed node that has received the second beacon returns the third beacon as described above.
無線固定ノード6−1は、第2のビーコンの放出後、返信された第3のビーコンが到達することを確認できる十分な時間の経過後に、どの他の無線固定ノードから第3のビーコンが返信されたかを判別する(ステップ102)。 The wireless fixed node 6-1 returns the third beacon from any other wireless fixed node after elapse of sufficient time that the returned third beacon can be reached after the second beacon is released. It is determined whether or not it has been made (step 102).
到達範囲固定ノードである無線固定ノード6−2及び6−5の少なくとも一方から、第3のビーコンが返信されていない場合には、無線固定ノード6−1は、前回の電波出力強度は不足しているとして1単位分だけ電波出力強度の設定値を大きくし(ステップ103)、上述したステップ101の第2のビーコン放出処理に戻る。 When the third beacon is not returned from at least one of the wireless fixed nodes 6-2 and 6-5 that are reachable range fixed nodes, the wireless fixed node 6-1 has insufficient previous radio wave output intensity. As a result, the set value of the radio wave output intensity is increased by one unit (step 103), and the process returns to the second beacon emission process of step 101 described above.
また、到達範囲固定ノードである無線固定ノード6−2及び6−5だけでなく、それ以外の他の無線固定ノードからも第3のビーコンが返信されてきた場合には、無線固定ノード6−1は、前回の電波出力強度は過度であるとして1単位分だけ電波出力強度の設定値を小さくし(ステップ104)、上述したステップ101の第2のビーコン放出処理に戻る。
When the third beacon is returned from not only the wireless fixed nodes 6-2 and 6-5 that are reachable range fixed nodes but also other wireless fixed nodes, the wireless fixed node 6- 6 In
これに対して、到達範囲固定ノードである無線固定ノード6−2及び6−5だけから第3のビーコンが返信されてきた場合には、無線固定ノード6−1は、前回の電波出力強度は適切であるとして、図6に示す一連の処理を終了する。 On the other hand, when the third beacon is returned only from the wireless fixed nodes 6-2 and 6-5 that are reachable range fixed nodes, the wireless fixed node 6-1 As appropriate, the series of processing shown in FIG. 6 is terminated.
無線固定ノード6−1以外の無線固定ノードも、図6に示すような自動調整モードの動作を定期的に実行する。 Radio fixed nodes other than the radio fixed node 6-1 also regularly execute the operation of the automatic adjustment mode as shown in FIG.
自動調整モードの動作により、どの無線固定ノードについても、その無線固定ノードに割り当てられている電波到達距離を常に達成できるようになっている。すなわち、各無線固定ノード6はそれぞれ、通常モードでは、定期的に第1のビーコンを放出(ブロードキャスト)するが、第1のビーコンの放出時における電波出力強度は、直前の自動調整モードで設定された値であり、その無線固定ノードに割り当てられている電波到達距離を達成できる。
By the operation in the automatic adjustment mode, any radio fixed node can always achieve the radio wave reach allocated to the radio fixed node. That is, each wireless fixed
次に、位置状態管理サーバ2における組情報対応位置ゾーン情報の生成動作を説明する。図7は、この動作を示すフローチャートである。組情報対応位置ゾーン情報の生成動作は、実施形態の位置推定システム1が立ち上げられた場合や、無線固定ノード6が増減した場合などに実行される。
Next, the generation operation of the position information corresponding to the group information in the position state management server 2 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing this operation. The generation operation of the group information corresponding position zone information is executed when the
位置状態管理サーバ2は、図7に示す処理を開始するとまず、全ての無線固定ノード6からそれぞれ、そのノードからの第2のビーコンを到達させるべき他の無線固定ノードの情報(到達範囲固定ノード情報)を取込んでデータベース部24Aに格納する(ステップ200)。
When the position state management server 2 starts the process shown in FIG. 7, first, information on other wireless fixed nodes to which the second beacon from each of the wireless fixed
その後、監視対象エリアを細分した単位エリア中の未処理の一つの単位エリアを処理対象とし(ステップ201)、その単位エリアに第1のビーコンが到達する全ての無線固定ノードを認識し、その単位エリアと無線固定ノードの組との対応情報を組情報対応位置ゾーンデータベース部24Bにバッファリングする(ステップ202)。例えば、単位エリアを50cm×50cmの大きさとし、単位エリアの中心が、ある無線固定ノードを中心とした到達範囲固定ノード情報で定まる距離の円弧内に入っていればその無線固定ノードからの第1のビーコンが到達すると判断する。 Thereafter, one unprocessed unit area in the unit area into which the monitoring target area is subdivided is set as a processing target (step 201), all wireless fixed nodes that reach the unit area by the first beacon are recognized, and the unit The correspondence information between the area and the wireless fixed node pair is buffered in the pair information corresponding position zone database unit 24B (step 202). For example, if the unit area has a size of 50 cm × 50 cm and the center of the unit area is within an arc of a distance determined by the reachable range fixed node information centered on a certain radio fixed node, the first from the radio fixed node Beacon is reached.
その後、全ての単位エリアに対して、第1のビーコンが到達する全ての無線固定ノードの認識、格納処理(ステップ202)が終了したかを確認し(ステップ203)、終了していなければ、上述したステップ201に戻る。 Thereafter, for all unit areas, it is checked whether the recognition and storage processing (step 202) of all the wireless fixed nodes to which the first beacon arrives have been completed (step 203). Return to step 201.
全ての単位エリアに対してステップ202の処理が終了した場合には、位置状態管理サーバ2は、第1のビーコンが到達する無線固定ノードの組み合わせが同一の単位エリアを連結してゾーン化し、組情報対応位置ゾーンの情報を生成して、データベース部24Bに格納し(ステップ204)、図7に示す一連の処理を終了する。
When the processing of
次に、位置状態管理サーバ2における無線移動ノードの位置推定動作を説明する。図8は、この動作を示すフローチャートである。 Next, the position estimation operation of the wireless mobile node in the position state management server 2 will be described. FIG. 8 is a flowchart showing this operation.
各無線固定ノード6はそれぞれ、上述したように、定期的に第1のビーコンを放出(ブロードキャスト)する。無線移動ノード7は、常時、第1のビーコンを待ち受けており、第1のビーコンを受信すると、その第1のビーコンの送信元である無線固定ノード6の識別情報を格納する。無線移動ノード7は、定期的に、格納している無線固定ノード6(の識別情報)の組情報を位置状態管理サーバ2に宛てて送信する。定期的送信の間隔は、例えば、無線固定ノード6が第1のビーコンを放出する間隔と同一である。また、前回の送信後に、格納された無線固定ノード6の識別情報の組を、今回の定期的な送信タイミングで送信する。
As described above, each wireless fixed
位置状態管理サーバ2は、図8に示す処理を開始すると、いずれかの無線移動ノード7から、無線固定ノード6の組情報が与えられるのを待ち受けている(ステップ300)。いずれかの無線移動ノード7から無線固定ノード6の組情報が与えられると、位置状態管理サーバ2は、その組情報をキーとして、データベース部24Bの組情報対応位置ゾーンの情報をアクセスし、その組情報に対応する位置ゾーンを特定する(ステップ301)。
When the processing shown in FIG. 8 is started, the position state management server 2 waits for any wireless
その後、位置状態管理サーバ2は、特定された位置ゾーンが今までの位置ゾーンと同一であるか否かを判別し(ステップ302)、同じであれば、ステップ300に戻って無線固定ノード6の組情報が与えられるのを待ち受ける。
Thereafter, the location state management server 2 determines whether or not the identified location zone is the same as the previous location zone (step 302), and if so, returns to step 300 and returns to the wireless fixed
これに対して、特定された位置ゾーンが今までの位置ゾーンと異なると、位置状態管理サーバ2は、対象となっている無線移動ノード7の位置ゾーンを特定された位置ゾーンになるように、表示端末3による表示画像を更新させる(ステップ303)。さらに、位置状態管理サーバ2は、特定された位置ゾーンが警告エリアか否かを判別し(ステップ304)、警告エリアでなければ、ステップ300に戻って無線固定ノード6の組情報が与えられるのを待ち受ける。
On the other hand, when the specified location zone is different from the previous location zone, the location state management server 2 makes the location zone of the target wireless
特定された位置ゾーンが警告エリアであれば、位置状態管理サーバ2は、中央警告灯4によって、無線移動ノード7(を携帯する作業者)が警告エリア内に位置するようになったことの警告報知動作を実行させ(ステップ305)、その後、ステップ300に戻って無線固定ノード6の組情報が与えられるのを待ち受ける。
If the identified position zone is a warning area, the position state management server 2 uses the central warning light 4 to warn that the wireless mobile node 7 (the worker carrying it) is located within the warning area. The notification operation is executed (step 305), and then the process returns to step 300 to wait for the set information of the wireless fixed
(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電波出力強度を定期的に自動調整し、各無線固定ノードからの第1のビーコンが到達する距離を常に一定にするようにし、無線移動ノードが第1のビーコンを受信できた送信元の無線固定ノードの組情報に基づいて、無線移動ノードの位置(位置ゾーン)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-described embodiment, the radio wave output intensity is periodically automatically adjusted from the wireless fixed node, and the distance reached by the first beacon from each wireless fixed node is always constant. In this way, the position (position zone) of the wireless mobile node is estimated based on the set information of the wireless fixed node of the transmission source from which the wireless mobile node has received the first beacon. Rather, the influence of metal objects and the like can be eliminated from the estimation result.
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.
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、無線移動ノードの位置の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 result of estimating the position of the wireless mobile node 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、受信電界強度に基づいて、「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 the signal is “received” based on the received electric field strength.
また、上記実施形態では、無線固定ノードの電波出力強度を、所定の他の無線固定ノードが受信できるように調整するものを示したが、到達距離を概ね一定できるのであれば、いずれの他の無線固定ノードも受信できないように調整しても良い。例えば、電波出力強度を最小値から徐々に上げていき、他の無線固定ノードが受信できるようになった電波出力強度値から、1単位分だけ小さい値を、第1のビーコンを放出する電波出力強度の値に設定するようにしても良い。 In the above embodiment, the radio output intensity of the wireless fixed node is adjusted so that it can be received by another predetermined wireless fixed node. However, any other type can be used as long as the reach can be substantially constant. The wireless fixed node may be adjusted so that it cannot be received. For example, the radio wave output that gradually increases the radio wave output intensity from the minimum value and emits the first beacon by a value that is smaller by one unit from the radio wave output intensity value that other wireless fixed nodes can receive. You may make it set to the value of intensity | strength.
さらに、上記実施形態では、無線固定ノード6が自律的に電波出力強度を調整するものを示したが、位置状態管理サーバ2の指示を受けて調整するものであっても良い。適用している無線技術によっては、自律的な調整を適用すると、調整を行っている無線固定ノードが複数競合する恐れもあるが、位置状態管理サーバ2が指示を与える場合には、このような競合を排除することができる。
Furthermore, although the wireless fixed
また、調整用の電波出力強度の候補値も、その都度、位置状態管理サーバ2から与えられるものであっても良い。 The adjustment radio wave output intensity candidate value may also be given from the position state management server 2 each time.
上記実施形態においては、無線固定ノードが電波出力強度を調整する間隔が定期的なものを示したが、不定期であっても良い。例えば、各無線固定ノードに、自己には第1のビーコンが到達しない位置に位置している送信元の無線固定ノードの情報を設定しておき、その無線固定ノードからの第1のビーコンが受信した場合には、受信した無線固定ノードが、位置状態管理サーバ2に報告して送信元の無線固定ノードの調整を起動したり、受信した無線固定ノードが、送信元の無線固定ノードに直接通知して(この通知時には電波出力強度をいつもより高める)調整を起動したりするようにしても良い。 In the above embodiment, the interval at which the radio fixed node adjusts the radio wave output intensity is regular, but may be irregular. For example, each wireless fixed node is set with information on the source wireless fixed node located at a position where the first beacon does not reach itself, and the first beacon from the wireless fixed node is received. In this case, the received wireless fixed node reports to the position state management server 2 to activate adjustment of the transmission source wireless fixed node, or the received wireless fixed node directly notifies the transmission source wireless fixed node. Then, the adjustment may be activated (in this notification, the radio wave output intensity is increased more than usual).
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.
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)、20…ゾーン情報設定部、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 (3)
上記各無線固定ノードは、自己からの無線信号が到達する範囲が一定になるように、自己からの無線信号の電波出力強度を間欠的に調整する電波出力強度調整手段を備え、
上記無線移動ノードは、最近の所定期間内で無線信号を受信した、全ての送信元の無線固定ノードの識別情報を含む組情報を、上記管理サーバに送信する組情報送信手段を備え、
上記管理サーバは、
複数の上記無線固定ノードの組み合わせ毎に、その組み合わせのときに上記無線移動ノードが位置すると推定できる位置ゾーンとを対応付けた情報を記憶している組情報/位置ゾーン記憶手段と、
上記無線移動ノードから上記組情報が与えられたときに、この組情報をキーとして、上記組情報/位置ゾーン記憶手段を探索して、上記無線移動ノードが位置する位置ゾーンを推定する位置推定手段とを備えた
ことを特徴とする位置推定システム。 In a position estimation system having a wireless mobile node for position estimation, a plurality of wireless fixed nodes that give a position reference, and a management server that estimates the position of the wireless mobile node,
Each of the wireless fixed nodes includes a radio wave output intensity adjusting unit that intermittently adjusts the radio wave output intensity of the radio signal from itself so that a range in which the radio signal from itself reaches is constant,
The wireless mobile node includes set information transmitting means for transmitting, to the management server, set information including identification information of all transmission-fixed wireless fixed nodes that have received a radio signal within a recent predetermined period,
The management server
For each combination of a plurality of wireless fixed nodes, set information / location zone storage means storing information that associates a position zone that can be estimated that the wireless mobile node is located at the time of the combination;
Position estimation means for searching the set information / position zone storage means using the set information as a key and estimating the position zone where the wireless mobile node is located when the set information is given from the wireless mobile node A position estimation system characterized by comprising:
上記各無線固定ノードは、自己からの無線信号が到達する範囲が一定になるように、自己からの無線信号の電波出力強度を間欠的に調整する電波出力強度調整手段を備え、
上記管理サーバは、
複数の上記無線固定ノードの組み合わせ毎に、その組み合わせのときに上記無線移動ノードが位置すると推定できる位置ゾーンとを対応付けた情報を記憶している組情報/位置ゾーン記憶手段と、
上記無線移動ノードが送信した組情報であって、上記無線移動ノードが最近の所定期間内で無線信号を受信した、全ての送信元の無線固定ノードの識別情報を含めた組情報が、上記無線移動ノードから与えられたときに、この組情報をキーとして、上記組情報/位置ゾーン記憶手段を探索して、上記無線移動ノードが位置する位置ゾーンを推定する位置推定手段とを備えた
ことを特徴とする位置推定用設備システム。 In a location estimation facility system having a plurality of wireless fixed nodes that give a location reference and a management server that estimates the location of a wireless mobile node,
Each of the wireless fixed nodes includes a radio wave output intensity adjusting unit that intermittently adjusts the radio wave output intensity of the radio signal from itself so that a range in which the radio signal from itself reaches is constant,
The management server
For each combination of a plurality of wireless fixed nodes, set information / location zone storage means storing information that associates a position zone that can be estimated that the wireless mobile node is located at the time of the combination;
The set information transmitted by the radio mobile node, including the identification information of all the radio fixed nodes of the transmission source that the radio mobile node has received radio signals within the most recent predetermined period, A position estimation means for searching for the set information / position zone storage means using the set information as a key and estimating the position zone where the wireless mobile node is located, when given by the mobile node; A feature location estimation system.
複数の上記無線固定ノードの組み合わせ毎に、その組み合わせのときに上記無線移動ノードが位置すると推定できる位置ゾーンとを対応付けた情報を記憶している組情報/位置ゾーン記憶手段と、
自己からの無線信号が到達する範囲が一定になるように調整した電波出力強度で上記各無線固定ノードが放出した無線信号を、上記無線移動ノードが最近の所定期間内で受信できた、全ての送信元の無線固定ノードの識別情報を含めた組情報が、上記無線移動ノードから与えられたときに、この組情報をキーとして、上記組情報/位置ゾーン記憶手段を探索して、上記無線移動ノードが位置する位置ゾーンを推定する位置推定手段と
を備えたことを特徴とする管理サーバ。 In the management server in the position estimation system, comprising: a wireless mobile node for position estimation, a plurality of wireless fixed nodes that give a position reference, and a management server that estimates the position of the wireless mobile node;
For each combination of a plurality of wireless fixed nodes, set information / location zone storage means storing information that associates a position zone that can be estimated that the wireless mobile node is located at the time of the combination;
All the wireless signals that the wireless mobile node has received within the most recent predetermined period can receive the wireless signals emitted by the wireless fixed nodes with the radio wave output intensity adjusted so that the range in which the wireless signal from itself reaches is constant. When set information including identification information of a wireless fixed node as a transmission source is given from the wireless mobile node, the set information / position zone storage means is searched using the set information as a key, and the wireless movement is performed. And a position estimation means for estimating a position zone where the node is located.
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