CN111051912A - 位置推断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明以充分的精度来推断发送装置的位置。位置推断系统(10)具备：发送装置(20)，具有关于规定的基准位置对称地配置的多个发送机(21、22)；多个接收机(31、32、33、34、35、36、37、38)，接收从多个发送机(21、22)发送的电波；以及推断工具(51)，基于各接收机(31、32、33、34、35、36、37、38)接收的电波的接收强度来推断发送装置(20)的位置。

Description

位置推断系统
技术领域
本发明涉及位置推断系统。
背景技术
已知有通过发送机与接收机之间的无线通信来推断发送机的位置的技术。例如，专利文献1中记载的位置推断系统具备：以大致相同的发送电力发送携带识别信息的信标信号的多个发送机、以及能够沿着多个发送机的排列方向移动的接收机。接收机将在各发送机的附近接收到信标信号时的接收强度的平均值存储为第1阈值，并且将在邻接的发送机的中间接收到信标信号时的接收强度的平均值存储为第2阈值。接收机通过将从发送机接收到的信标信号的接收强度与第1阈值以及第2阈值进行比较来推断接收机的当前位置。另一方面，专利文献2中记载的位置推断系统通过将包括移动通信终端的多个通信终端中的某通信终端从其他的通信终端进行接收时的接收强度收集至存取点并进行统计处理，来缓和移动通信终端的位置推断精度的劣化。
专利文献1：日本特开2015-224943号公报
专利文献2：日本特开2017-15577号公报
然而，专利文献1中记载的位置推断系统由于基于信标信号的接收强度的实测值来决定第1阈值以及第2阈值，因此每当电波的接收环境变化时，都需要重新进行信标信号的接收强度的实测。另外，在工厂内、办公室内等遮挡或反射电波的物体较多的环境下，因多径衰落的影响，而难以正确地推断接收机的位置。另一方面，专利文献2中记载的位置推断系统由于统计处理需要时间，因此不适合实时的位置推断。
另外，在这种位置推断系统中，存在若来自发送机的电波的指向性存在偏差，则即使发送机的位置相同，根据发送机的朝向而接收机接收的电波的强度也较大地变动，从而发送机的位置推断精度降低的担忧。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于以充分的精度推断发送装置的位置。
为了解决上述的课题，本发明所涉及的位置推断系统具备：发送装置，具有关于规定的基准位置对称地配置的多个发送机；多个接收机，接收从多个发送机发送的电波；以及推断部，基于各接收机接收的电波的接收强度来推断发送装置的位置。
根据本发明所涉及的位置推断系统，能够以充分的精度推断发送装置的位置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的位置推断系统的一个例子的说明图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的位置推断系统的发送装置的结构的说明图。
图3是本发明的实施方式所涉及的位置推断系统的显示装置所显示的画面的说明图。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的接收机的配置例的说明图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的每个接收机的测定结果的图表。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的每个区域的测定结果的图表。
图7是表示本发明的实施方式所涉及的位置推断系统的其他结构例的说明图。
具体实施方式
以下，参照各图对本发明的实施方式进行说明。在这里，设为相同的附图标记表示相同的构件，而省略重复的说明。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的位置推断系统10的结构的说明图。位置推断系统10具备发送装置20、多个接收机31～38以及计算机系统40。设为发送装置20能够移动，其所在位置不明。另一方面，设为多个接收机31～38被固定于特定的位置，其所在位置已知。发送装置20将携带发送装置20所固有的识别信息的信标信号朝着所有方向广播发送。多个接收机31～38分别接收来自发送装置20的信标信号，并将与其接收强度相关的信息亦即RSSI(Received Signal Strength Indication：接收信号强度指示)向计算机系统40输出。计算机系统40基于从接收机31～38输出的RSSI来推断发送装置20的当前位置。作为发送装置20与接收机31～38之间的通信规格，能够使用近距离无线通信规格(例如，Wifi(Wireless Fidelity：无线保真)(注册商标)、UWB(Ultra Wide Band：超宽带)、Bluetooth(蓝牙)(注册商标)、Bluetooth Low Energy(低功耗蓝牙)等)。
计算机系统40具备处理器41、存储资源42、通信接口43以及显示装置44。存储资源42是计算机可读取的记录介质(例如，硬盘驱动器、固态驱动器、存储卡、光盘驱动器、半导体存储器等)的存储区域。在存储资源42存储有控制计算机系统40的动作的计算机程序50。计算机程序50包含通过通信接口43输入从接收机31～38输出的各RSSI，并基于各RSSI来推断发送装置20的位置的软件模块亦即推断工具51。处理器41通过解释以及执行推断工具51，来作为推断发送装置20的位置的推断部发挥作用。像这样，作为推断发送装置20的位置的推断部的功能通过处理器41与推断工具51的配合来实现，但也可以使用专用的硬件资源(例如，专用集成电路(ASIC))、固件来实现相同的功能。
在这里，参照图2，对发送装置20的详细内容进行说明。在图2所示的例子中，示出了将发送装置20安装到人体90的例子。在图2中，设为XY平面平行于水平面，Z方向平行于铅垂方向，人体90平行于铅垂方向地直立。发送装置20具有将携带发送装置20所固有的识别信息的同一信标信号朝着所有方向广播发送的多个发送机21、22。多个发送机21、22分别具备将信标信号朝着所有方向广播发送的天线(例如，单极天线、板状倒F天线等)。在图2所示的例子中，发送机21、22将头部93夹在之间而安装到肩91、92。附图标记81、82分别示出发送机21、22的电波的指向性。如图2所示，因头部93而电波的一部分被遮挡或者衰减，因此若在人体90只安装这些发送机21、22中的一方，则在电波的指向性81、82产生偏差。若来自发送机21、22的电波的指向性81、82存在偏差，则即使人体90的位置相同，根据发送机21、22的朝向而接收机31～38接收的信标信号的接收强度也会较大地变动，从而发送装置20的位置推断精度降低。因此，多个发送机21、22关于规定的基准位置(例如，头部93)对称地配置。由此，能够相互补偿发送电波的指向性81、82的偏差。例如，在图2所示的例子中，发送机22能够补偿从发送机21向+X方向的发送电力的不足。相同地，发送机21能够补偿从发送机22向-X方向的发送电力的不足。根据这样的配置，对于多个发送机21、22而言，由于能够作为整体而朝着平行于XY平面的所有方向均匀地发射电波，因此其指向性实质上成为无指向性。由此，能够抑制伴随着发送机21、22的朝向的变化的接收机31～38的RSSI的变动，能够提高发送装置20的位置推断精度。
此外，将发送机21、22关于基准位置对称地配置的方式并不限于图2所示的例子。例如，也可以将发送机21、22配置于人体90的两上臂部，也可以配置于人体90的胸部和背部，或者也可以配置于人体90的前头部和后头部。另外，将发送机21、22安装到人体90的情况下的基准位置并不限于头部93，可以是人体90的任意的部位。另外，将发送机21、22搭载于移动体(例如，台车等)的情况下的基准位置可以是移动体的任意的部位。
在这里，返回至图1的说明。人体90例如是在工厂内移动并且操作工厂设备61～68的运转的作业者。工厂设备61～68例如是执行将被称为梯形图的继电器电路符号化后的以程序设计语言记录的软件的可编程逻辑控制器。附图标记71～74表示包含预计作业者亦即人体90会通过的位置101～108中的某几个的区域。多个接收机31～38被分组化为与每个区域建立对应的组。例如，接收机31、32配置于区域71内，且被分组化为与区域71建立对应的组。区域71包含位置101、102，接收机31配置于接近位置101的工厂设备61的附近，接收机32配置于接近位置102的工厂设备62的附近。接收机33、34配置于区域72内，且被分组化为与区域72建立对应的组。区域72包含位置103、104，接收机33配置于接近位置103的工厂设备63的附近，接收机34配置于接近位置104的工厂设备64的附近。接收机35、36配置于区域73内，且被分组化为与区域73建立对应的组。区域73包含位置105、106，接收机35配置于接近位置105的工厂设备65的附近，接收机36配置于接近位置106的工厂设备66的附近。接收机37、38配置于区域74内，且被分组化为与区域74建立对应的组。区域74包含位置107、108，接收机37配置于接近位置107的工厂设备67的附近，接收机38配置于接近位置108的工厂设备68的附近。
推断工具51基于按每个组平均化后的RSSI，来推断发送装置20所在的区域。推断工具51例如判定接收机31、32分别输出的RSSI的平均值、接收机33、34分别输出的RSSI的平均值、接收机35、36分别输出的RSSI的平均值、以及接收机37、38分别输出的RSSI的平均值中的哪个平均值最高。然后，推断工具51推断为发送装置20位于与输出最高的RSSI的平均值的接收机的组建立对应的区域内。接下来，推断工具51通过比较与被推断为发送装置20所在的区域建立对应的组内的多个接收机分别输出的RSSI，来推断发送装置20位于该区域内的哪个位置附近。例如，在接收机31、32分别输出的RSSI的平均值最高的情况下，推断工具51推断为发送装置20位于区域71内。然后，在与接收机32输出的RSSI相比接收机31输出的RSSI较高的情况下，推断工具51推断为发送装置20位于位置101附近。
显示装置44将作业者亦即人体90的位置与工厂设备61～68的运行状况建立关联地显示。也可以在区域71～74，多个作业者进行作业。能够根据重叠于从安装到各作业者的发送装置20发送的信标信号的识别信息识别各作业者。图3表示显示装置44所显示的画面的一个例子。在图3中，“设备名”的栏示出工厂设备61～68的各自的名称“A”～“H”。“运行状况”的栏示出工厂设备是运行中还是停止中。“MTBF”的栏示出工厂设备的平均故障间隔。“作业者”的栏示出位于接近工厂设备的位置附近的作业者的识别符号。例如，根据图3的画面，可知以“X”的识别符号识别的作业者位于接近设备名是“A”的工厂设备61的位置101附近。由此，能够获得示出哪个作业者何时在哪个工厂设备进行作业的作业历史记录，因此能够帮助作业效率的改善。
此外，也可以在因电波遮挡物等的影响，而各接收机31～38接收的电波的接收强度不足以推断作业者的位置时，推断工具51基于工厂设备61～68的运行状况来推断作业者的位置。例如，也可以：在工厂设备61的附近放置有电波遮挡物，受其影响，接收机31接收的电波的接收强度不足以推断作业者的位置时，若工厂设备61正在运行，则推断工具51推断为作业者位于接近工厂设备61的位置101附近。
根据本实施方式所涉及的位置推断系统10，多个发送机21、22被配置成相互补偿电波的指向性81、82的偏差，因此能够抑制伴随着发送机21、22的朝向的变化的接收机31～38的RSSI的变动，能够提高发送装置20的位置推断精度。另外，为了推断发送装置20的位置，只要能够接收来自多个发送机21、22中的任意一方的电波即可，因此具有难以受到由电波遮挡物导致的影响这一优点。另外，为了推断发送装置20的位置，不需要统计处理等复杂的计算，因此能够实时并且迅速地推测发送装置20的位置。另外，多个接收机31～38被分组化为与每个区域建立对应的组，不受到与不同区域对应的接收机的影响，因此能够减少由多径衰落导致的影响。
接下来，参照图4至图6，对基于位置推断系统10的发送装置20的位置推断所涉及的测定结果进行说明。
图4所示的布局在省略区域74这点、以及设备61～67的配置方式与图1不同这点与图1所示的布局不同，但在其余的点与图1所示的结构相同。例如，在图4中，虽然未图示计算机系统40，但接收机31～36连接于计算机系统40。此外，在图4中，附图标记100示出搭载了发送装置20的人体90的移动路径。
图5是表示每个接收机的测定结果的图表。向各个接收机31～36分配“1”～“6”的编号，图5的图表的纵轴示出离根据RSSI推断的发送装置20的位置最近的接收机的编号。另外，图5的图表的横轴表示时间。附图标记501的图表示出每个接收机的理想的测定结果。在图4所示的例子中，发送装置20沿着移动路径100按照接收机31、33、35、36、34、32的顺序通过其附近。在图表501中，发送机20在从时刻T0至时刻T1的期间通过接收机31的附近。发送机20在从时刻T1至时刻T2的期间通过接收机33的附近。发送机20在从时刻T2至时刻T3的期间通过接收机35的附近。发送机20在从时刻T3至时刻T4的期间通过接收机36的附近。发送机20在从时刻T4至时刻T5的期间通过接收机34的附近。发送机20在从时刻T5至时刻T6的期间通过接收机32的附近。另一方面，附图标记502的图表示出每个接收机的实际的测定结果。
图6是表示每个区域的测定结果的图表。向各个区域71～73分配从“1”至“3”的编号，图6的图表的纵轴示出离根据RSSI推断的发送装置20的位置最近的区域的编号。另外，图6的图表的横轴表示时间。附图标记601的图表示出理想的测定结果。在图6所示的例子中，发送装置20沿着移动路径100，按照区域71、72、73、72、71的顺序通过。在图表601中，发送机20在从时刻T0至时刻T1的期间通过区域71。发送机20在从时刻T1至时刻T2的期间通过区域72。发送机20在从时刻T2至时刻T4的期间通过区域73。发送机20在从时刻T4至时刻T5的期间通过区域72。发送机20在从时刻T5至时刻T6的期间通过区域71。另一方面，附图标记602的图表示出每个区域的实际的测定结果。
若比较图5以及图6的结果，则每个区域的实际的测定结果602与每个区域的理想的测定结果601之间的差比每个接收机的实际的测定结果502与每个接收机的理想的测定结果501之间的差小，因此可知接收机31～36的分组化对发送装置20的位置推断精度的提高有用。通过除了接收机31～36的分组化以外，还一并使用基于工厂设备61～67的运行状况的作业者的位置推断，从而能够进一步提高其位置推断精度。
另外，能够通过配置接收机以便发送装置20通过同一区域内的至少两个接收机之间(例如，区域71内的接收机31、32之间)，并比较该两个接收机的测定信号(RSSI)，从而推断发送装置20位于该同一区域内的哪一侧。
在上述的说明中，示出了发送装置20移动而接收机31～38的位置被固定的例子，但本发明也能够应用于接收装置移动而发送机的位置被固定的例子。图7示出这样的例子。设为附图标记120表示能够移动的接收装置，其所在位置不明。另一方面，设为附图标记131～138表示位置被固定的发送机，其所在位置已知。从各个发送机131～138例如向所有方向发送携带固有的识别信息的信标信号。接收装置120若从各个发送机131～138接收信标信号，则将与其接收强度相关的信息亦即RSSI与包含于接收到的信标信号的识别信息、和与信标信号的接收时刻相关的信息一同向计算机系统40输出。计算机系统40基于从接收装置120输出的各种信息(例如，表示接收装置120接受到的信标信号的RSSI的信息、包含于接收装置120接收到的信标信号的识别信息、以及与接收装置120接收到的信标信号的接收时刻相关的信息)，推断接收装置120的当前位置。接收装置120的位置推断方法与发送装置20的位置推断方法相同。
接收装置120具备接收来自发送机131～138的信标信号的多个接收机121、122。接收装置120例如能够安装到作业者亦即人体90，这种情况下，多个接收机121、122关于规定的基准位置(例如，头部93)对称地配置。例如，也可以将接收机121、122配置于人体90的两上臂部，也可以配置于人体90的胸部和背部，或者也可以配置于人体90的前头部和后头部。另外，将接收机121、122安装到人体90的情况下的基准位置不限于头部93，可以是人体90的任意的部位。另外，将接收机121、122搭载于移动体(例如，台车等)的情况下的基准位置可以是移动体的任意的部位。由此，能够相互补偿接收电波的指向性的偏差，从而能够实现实质上无指向性的接收灵敏度。
在上述的说明中，示出了将发送装置20安装到在工厂内移动的作业者的例子，但也可以将发送装置20安装到在工厂内移动的部件运输台车。由此，能够根据作业者或者部件运输台车的等待时间、工厂设备的运行状况等来帮助作业效率的改善。另外，也可以将发送装置20安装到在医院内移动的医疗从业者、患者或者医疗机器。由此，能够把握在医院内移动的医疗从业者、患者或者医疗机器的所在，因此能够帮助医疗从业者的所在确认、医疗机器或患者的捜索时间的缩短、患者的诊疗次数的记录等。这种情况下，也可以显示装置44显示医疗从业者、患者或者医疗机器的所在位置。另外，也可以将发送装置20安装到在办公室内移动的劳动者。由此，能够帮助劳动者的上下班管理、劳动者的所在确认、部下与上司的接触次数的记录等。这种情况下，也可以显示装置44显示劳动者的所在位置。除了上述的例子以外，也可以将发送装置20安装到需要进行所在确认的任何移动机器。
此外，构成发送装置20的发送机的个数不限于2个，也可以配置3个以上的发送机以便相互补偿发送电波的指向性的偏差。相同地，构成接收装置120的接收机的个数不限于2个，也可以配置3个以上的接收机以便相互补偿接收电波的指向性的偏差。
此外，以上说明的实施方式旨在使本发明的理解变得容易，而不旨在限定地解释本发明。本发明可以不脱离其主旨地进行变更/改进，并且在本发明中也能够包含其等价物。即，即使是本领域技术人员对实施方式适当地进行设计变更，只要具备本发明的特征，则也包含于本发明的范围。另外，关于实施方式所具备的各部件，只要在技术上可能，则能够进行组合，而将它们组合后的实施方式只要包含本发明的特征，则也包含于本发明的范围。
附图标记说明：10...位置推断系统；20...发送装置；21、22...发送机；31、32、33、34、35、36、37、38...接收机；40...计算机系统；41...处理器；42...存储资源；43...通信接口；44...显示装置；50...计算机程序；51...推断工具；61、62、63、64、65、66、67、68...工厂设备；71、72、73、74...区域；81、82...电波的指向性；90...人体；91、92...肩；93...头部；101、102、103、104、105、106、107、108...位置。

Claims (5)

1.一种位置推断系统，具备：
发送装置，具有关于规定的基准位置对称地配置的多个发送机；
多个接收机，接收从上述多个发送机发送的电波；以及
推断部，基于各接收机接收的上述电波的接收强度来推断上述发送装置的位置。
2.根据权利要求1所述的位置推断系统，其中，
上述多个接收机被分组化为与每个区域建立对应的组，
上述推断部基于按每个组进行运算和比较后的上述电波的接收强度，来推断上述发送装置所在的区域。
3.根据权利要求1或2所述的位置推断系统，其中，
上述发送装置被安装到在工厂内移动的作业者，
上述位置推断系统还具备显示装置，上述显示装置将上述作业者的位置与工厂设备的运行状况建立关联地显示。
4.根据权利要求1或2所述的位置推断系统，其中，
上述发送装置被安装到在工厂内移动的作业者，
在各接收机接收的上述电波的接收强度不足以推断上述作业者的位置时，上述推断部基于工厂设备的运行状况来推断上述作业者的位置。
5.根据权利要求2所述的位置推断系统，其中，
在一个区域设置有上述多个接收机中的至少两个接收机，
上述发送装置通过上述至少两个接收机之间。
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