JP2005164361A - Position detection by means of intelligent gps and of ic tag intercommunication, and processing by gis - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はGPSとICタグとを利用した位置検知システムに関する。 The present invention relates to a position detection system using a GPS and an IC tag.
GPS受信機は、観測点における絶対位置の測定を可能とするものとして、カーナビゲーション装置をはじめとする移動体の位置検出の為に広く利用されている。また、近年、GPS受信機は、防災という観点から、斜面の変位を監視する為の手段としての利用も行われ始めている。下記、特許文献1は、斜面の変位検知のためのGPS測位の利用について記載している。特許文献1によれば、斜面に設置されたGPS計測手段が、時系列計測データを出力し、この時系列計測データに基づいて斜面に変状が起きたか否かが決定される。
The GPS receiver is widely used for detecting the position of a moving body such as a car navigation device as being capable of measuring an absolute position at an observation point. In recent years, GPS receivers have also started to be used as means for monitoring slope displacement from the viewpoint of disaster prevention. The following
防災・危機管理の面からは、道路、トンネル、建物等をはじめとする様々な構造物の変状検知のためのシステムを設置することが要求されると考えられる。これらの土木構造物等に変状検知の為のシステムを設置することで、橋脚の一部の落下、トンネル内のコンクリート壁の一部の落下等を迅速に検知できる可能性があり、事故・災害の防止につながることが期待できるからである。 From the aspect of disaster prevention / crisis management, it is considered to be necessary to install a system for detecting the deformation of various structures such as roads, tunnels and buildings. By installing a system for detecting deformations in these civil engineering structures, etc., there is a possibility that a part of the pier, a part of the concrete wall in the tunnel, etc. may be detected quickly. This is because it can be expected to lead to disaster prevention.
しかしながら、従来技術によれば、上記のような土木構造物等の変状検知システムを実現する為には、構造物の被測定面に、要求される検知精度に応じた多数のGPS受信機を配置しなければならない。このことは、GPS受信機のコスト、サイズを考慮すると、このような土木構造物等の変状検知システムを実現することは実質的に不可能であることを意味している。 However, according to the prior art, in order to realize the above-described deformation detection system for civil engineering structures, a number of GPS receivers corresponding to the required detection accuracy are provided on the surface to be measured of the structure. Must be placed. This means that in consideration of the cost and size of the GPS receiver, it is practically impossible to realize such a deformation detection system for civil engineering structures.
本発明は、このような事情に鑑みてなされてものである。すなわち、本発明の目的は、精度、コスト面で有利であり、且つ、土木構造物の変状検知システムを始め、高精度な位置検知が要求される様々なシステムの基盤技術となり得る位置検知システムを提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances. That is, an object of the present invention is advantageous in terms of accuracy and cost, and is a position detection system that can be a fundamental technology for various systems that require highly accurate position detection, such as civil engineering structure deformation detection systems. Is to provide.
上記課題を解決する為に、本発明の一つの側面によれば、少なくとも一つのGPS受信機と、位置検知の対象としてのICタグと、を備える位置検知システムが提供される。少なくとも一つのGPS受信機は、さらに、ICタグとの間で信号の送受信を行うことにより、信号の到達時間による距離測定を行う測定手段を有する。少なくとも1つのGPS受信機においてGPS測位により算出される絶対位置情報と、少なくとも一つのGPS受信機において測定手段により測定される、少なくとも一つのGPS受信機とICタグとの間の距離情報とに基づいて、ICタグの位置を決定する(請求項1)。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a position detection system including at least one GPS receiver and an IC tag as a position detection target is provided. The at least one GPS receiver further includes a measuring unit that performs distance measurement based on the arrival time of the signal by transmitting and receiving the signal to and from the IC tag. Based on absolute position information calculated by GPS positioning in at least one GPS receiver and distance information between at least one GPS receiver and an IC tag measured by measuring means in at least one GPS receiver Thus, the position of the IC tag is determined (claim 1).
上記構成において、少なくとも一つのGPS受信機は、複数のGPS受信機からなり、複数のGPS受信機のそれぞれは、互いに情報を相互通信するための通信手段をさらに有する構成であっても良い。この場合、複数のGPS受信機でそれぞれ得られた、絶対位置情報と、ICタグとの間の距離情報とを、通信手段を介して複数のGPS受信機のうちの一つに集め、そして、当該一つのGPS受信機において、ICタグの位置を決定する構成とすることができる(請求項2)。 In the above configuration, at least one GPS receiver may include a plurality of GPS receivers, and each of the plurality of GPS receivers may further include a communication unit for mutually communicating information with each other. In this case, the absolute position information obtained by each of the plurality of GPS receivers and the distance information between the IC tags are collected in one of the plurality of GPS receivers via the communication means, and In the single GPS receiver, the position of the IC tag can be determined (claim 2).
或いは、少なくとも一つのGPS受信機は、複数のGPS受信機からなり、複数のGPS受信機のそれぞれは、互いに情報を相互通信するための第1の通信手段を有すると共に、
複数のGPS受信機のうちの少なくとも一つはセンタシステムと通信する為の第2の通信手段を有する構成であって良い。この場合、複数のGPS受信機でそれぞれ得られた、絶対位置情報と、ICタグとの間の距離情報とは、第1の通信手段を介して複数のGPS受信機のうちのセンタシステムと通信可能なGPS受信機に集められた後、センタシステムに送信され、センタシステムにおいてICタグの位置が決定する構成とすることができる(請求項3)。
Alternatively, at least one GPS receiver includes a plurality of GPS receivers, and each of the plurality of GPS receivers has a first communication means for mutually communicating information with each other,
At least one of the plurality of GPS receivers may include a second communication unit for communicating with the center system. In this case, the absolute position information obtained by each of the plurality of GPS receivers and the distance information between the IC tags are communicated with the center system of the plurality of GPS receivers via the first communication means. After being collected by a possible GPS receiver, it is transmitted to the center system, and the position of the IC tag can be determined in the center system.
なお、少なくとも一つのGPS受信機が、3以上のGPS受信機からなる場合には、ICタグの位置は3次元位置として算出することができる(請求項4)。 When at least one GPS receiver includes three or more GPS receivers, the position of the IC tag can be calculated as a three-dimensional position.
位置検知の対象としてのICタグは複数存在する場合には、複数のICタグそれぞれについて、少なくとも一つのGPS受信機と間の距離が求められ、複数のICタグそれぞれについて位置の決定が行われる構成とすることができる(請求項5)。 When there are a plurality of IC tags as position detection targets, a distance between at least one GPS receiver is obtained for each of the plurality of IC tags, and a position is determined for each of the plurality of IC tags. (Claim 5).
また、上記課題を解決する為に、本発明の別の側面によれば、
ICタグとの間で信号の送受信を行う機能を有する少なくとも一つのGPS受信機においてGPS測位により絶対位置情報を求め、
少なくとも一つのGPS受信機とICタグとの間の距離情報を信号の到達時間により測定し、
絶対位置情報と、距離情報とに基づいてICタグの位置を決定すること、を特徴とする位置検知方法が提供される(請求項6)。
In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention,
Obtain absolute position information by GPS positioning in at least one GPS receiver having a function of transmitting and receiving signals to and from the IC tag,
Measure the distance information between at least one GPS receiver and the IC tag by the arrival time of the signal,
A position detection method is provided, wherein the position of the IC tag is determined based on the absolute position information and the distance information.
上記本発明の構成によれば、GPS測位により得られるGPS受信機の絶対位置情報と、GPS受信機とICタグ間の信号の到達時間により求められる距離情報とに基づいて、ICタグの位置を高精度に決定することができる。決定された時系列の位置情報を利用することで、ICタグの微小変位を監視することが可能である。例えば、ICタグを、土木構造物等の位置検知の対象物に設置することで、土木構造物の微小変状の検知を実現することも可能である。ICタグ自体はGPS信号を受信する必要はないので、ICタグをGPS信号が遮蔽されるトンネル内部等に配置することも可能である。 According to the configuration of the present invention, the position of the IC tag is determined based on the absolute position information of the GPS receiver obtained by GPS positioning and the distance information obtained by the arrival time of the signal between the GPS receiver and the IC tag. It can be determined with high accuracy. By using the determined time-series position information, it is possible to monitor the minute displacement of the IC tag. For example, it is possible to detect a minute deformation of a civil engineering structure by installing an IC tag on a position detection target such as a civil engineering structure. Since the IC tag itself does not need to receive a GPS signal, the IC tag can be arranged inside a tunnel where the GPS signal is shielded.
図1は、本発明の位置検知システム1の基本概念を示す図である。図1に示すように位置検知システム1は、複数のGPSユニット11〜14と、ICタグ21とからなる。後に詳述するように、GPSユニット11〜14は、GPS測位を行う機能に加え、タグ21との間で距離計測のための電波を送受信する機能、GPS受信ユニット同士で互いに通信する為の機能を有している。
FIG. 1 is a diagram showing a basic concept of a
図1の位置検知システム1によりICタグ21の位置が検出される原理を説明する。各GPSユニット11〜14は、それぞれ、ICタグ21との間で電波を送受信することにより、ICタグ21からの電波の到達時間を測定する。各GPS11〜14は、例えばGPS11、GPS12、GPS13、GPS14の順にシーケンシャルにICタグ21との距離の測定が行われるように、距離測定の終了の通知を相互に交し合う構成とすることができる。或いは、各GPS11〜14は、所定のタイミングでICタグ21からの電波を一斉に受信することにより、ICタグ21からの距離の測定を一度に行う構成とすることも可能である。
The principle that the position of the
各GPSユニット11〜14それぞれにより測定された、ICタグ21からの電波の到達時間がt1〜t4であるとする。この電波の到達時間から、各GPSユニット11〜14は、ICタグ21からの距離を求める。なお、各GPSユニット11〜14は、GPS測位により自身の絶対位置を取得している。
It is assumed that the arrival times of radio waves from the
次に、4つのGPSユニットのうちの3つのGPSユニット12〜14は、ICタグ21からの距離およびGPS測位により求めた自身の絶対位置をGPSユニット11に送信する。以上により、絶対位置が既知の4つの基準点からICタグ21までの距離が得られ、GPSユニット11にそれらの情報が集められたので、GPSユニット11はICタグ21の3次元位置を算出することができる。なお、ICタグ21の3次元位置は、3つの基準点からの距離が求められれば算出することは可能なので、図1の位置検知システム1においてGPSユニットは3つあれば良い。また、GPSユニットとICタグとが同一平面状に配置されるならば、GPSユニットは2つであっても、ICタグの位置を求めることは可能である。
Next, the three
図2は、GPSユニット11〜14の構成を現すブロック図である。各GPSユニット11〜14のブロック構成は同一なので、図2ではGPSユニット11の構成を代表として示している。図2に示すように、GPSユニット11は、GPS測位を行うGPSモジュール31、パーソナルコンピュータと同等の機能を持つシステムコントローラ32、GPSユニット同士で通信を行うための通信インタフェース33、および、ICタグ210との間で信号を送受信するためのタグレシーバ34を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the GPS units 11-14. Since the block configurations of the
GPSユニット31は、例えばRTK−DGPS(リアルタイムキネマティック−ディファレンシャルGPS)により、センチメートルオーダの測位精度を達成するように構成されていても良い。この場合、RTK−DGPSを行うために必要な補正情報は、システムコントローラ32が不図示の通信イアンタフェースデバイスを介して外部から提供を受ける構成であっても良い。なお、GPSモジュール31は、単独測位を行うGPS受信機として一般的に知られた構成のものであっても良い。
The
システムコントローラ32には、パーソナルコンピュータと同等の機能が集約されている。すなわち、システムコントローラ32は、低消費電力型のCPU、ROM、RAM、およびフラッシュメモリ等からなる記憶デバイスを有する。ROM内にはオペレーティングシステムを始め、ICタグ21との間の距離測定を行う機能、各GPSユニットと通信を行う機能、各GPSユニットから提供される情報に基づいてICタグの位置を算出する機能等を実現するための各プログラムが格納されている。
The
通信インタフェース33は、他のGPSユニットと無線接続を行うためのインタフェースである。通信インタフェース303は、無線LAN用のインタフェースデバイスであっても良い。この場合、各GPSユニット間をTCP/IPプロトコルに基づく接続とすることができる。GPSユニット11は、低消費電力の素子を用いること、および各部分31、33、34が必要な場合のみ通電されるように構成されることで、バッテリによる運用が可能になっている。
The
図3は、ICタグ21の構成を表すブロック図である。ICタグ21は、バッテリレスで情報の読み書きが可能なICタグであり、アンテナ41、制御部42、電源部43、および例えばフラッシュメモリのような不揮発性のメモリ44から構成されている。電源部43は、アンテナ41を介してGPSユニット内のタグレシーバ34から受信した高周波信号を整流回路により直流電圧にすることで、ICタグ21が動作するための電源を作り出す。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
制御部42は、信号の変調及び復調機能、およびタグレシーバ34からの信号を解析し要求された動作を行う機能を持つ。例えば、タグレシーバ34からの信号がメモリ44への書き込みを指示している場合には、メモリ44に情報が書き込まれる。一方、タグレシーバ34からの信号が情報の読み出しを指示している場合には、メモリ44からの情報が読み出されアンテナ41からタグレシーバ34に送信される。
The
なお、タグレシーバ34とICタグ21間の通信では、様々な帯域の信号を用いることができるが、ICタグ21がコンクリート内部に埋め込まれることもあることを考慮すると、コンクリート等もある程度貫通することのできるUWB(Ultra Wide Band)の信号が用いられるのが好ましい。或いはUWBを用いることに代えて、例えば2.45GHz帯の信号を用いた通信が行われても良い。
In addition, in the communication between the
以上が位置検知システム1の基本概念、およびGPSユニット、ICタグの内部ブロックに関する説明である。ICタグ21は、微小なICチップに実現することも可能なので、ICタグ21を、例えば土木構造物内のコンクリート内部に埋め込むことで、ICタグ21を含むコンクリート部分の微小な変位をも検知することが可能である。
The above is a description of the basic concept of the
次に、位置検知システム1による位置検知の基本概念の応用について2つの例を示す。
Next, two examples of application of the basic concept of position detection by the
図4は、位置検知システム1を応用した変状検知システム70を示している。変状検知システム70は、土木構造物としての法面の変状を検知し、維持・危機管理を可能とするシステムである。図4において、法面内には、複数のICタグ330(図1におけるICタグ21に相当)が埋め込まれている。また、法面には、3つのGPSユニット301〜303(図1におけるGPSユニット11〜13に相当)が設置されている。変状検知システム70は、土壌に埋め込まれたICタグの位置を検出することにより法面の変状を検知する。
FIG. 4 shows a
なお、変状検知システム70では、ICタグが複数存在している。したがって、各GPSユニット301〜303は、どのICタグと通信しているのかを知る必要がある。本例では、ICタグは内部のメモリ(44)に、識別IDを格納しているものとし、各GPSユニットは、この識別IDにより各ICタグを識別するものとする。
In the
図5は、各GPSユニット301〜303により行われる変状検知処理を表すフローチャートである。各GPSユニット301〜303は、図5にフローチャートとして示すように、電源ON時等の所定のタイミングで、自分自身の周辺に存在するICタグをスキャンし、各ICタグに対して位置情報を初期設定する。すなわち、初めに各GPSユニットは、相手先を特定しない問合せ信号を送信し、ICタグからの応答信号を受信するというスキャン動作を行う(S11)。このときGPSユニットからの問合せ信号を受けたICタグは、自身の識別情報を含めた応答信号を送り返す。なお、各ICタグからの応答信号が衝突しないように、各ICタグは、例えば信号の衝突検出を行う等、衝突を避けるための所定の送信手順にしたがって応答を返す。
FIG. 5 is a flowchart showing the deformation detection process performed by each of the
次に各GPSユニットは、応答のあった各ICタグ330に対して、相手先を特定した送受信を行うことにより、各ICタグ330について各GPSユニットを基準とする距離の測定が行われる(S12)。このようにして得られた、各GPSユニットと各ICタグ間の距離は、GPS測位により得られた各GPSユニットの絶対位置情報とともに1つのGPSユニット301に集約される。これにより、GPSユニット301では、各ICタグ330の3次元位置を算出することができる(S14)。次に、ステップS14にて得られた各ICタグの位置を、過去の測定により得られた位置と比較することで、変状検知が行われる(S15)。なお、図5に示した処理は定期的に、例えば10分1回行われるものとする。
Next, each GPS unit performs transmission / reception specifying the other party to each
以上の説明から、変状検知システム70により法面の変状検知を高精度で実現できることが理解される。
From the above description, it can be understood that the
次に、図1の位置検知システム1の他の応用例について説明する。図6は、図1の位置見地システム1の応用としての歩行者位置検知システム200を表している。図6に示すように、歩行者位置検知システム200においては、路側の電柱にGPSユニット211〜213(図1のGPSユニット11〜13に相当)が設置され、歩行者はICタグ221を携帯している。
Next, another application example of the
図1に関し説明した基本概念と同様に、各GPSユニット211〜213は、歩行者が携帯するICタグ221と信号を送受信することにより歩行者との距離をそれぞれ求める。求められた各距離、および各GPSユニットでGPS測位により得られたGPSユニット自身の絶対位置が、GPSユニット211に集約される。そして、GPSユニット211において、歩行者の絶対位置が算出される。算出された歩行者位置は、不図示の通信装置を介して、歩行者自身に提供されても良いし、或いは、不図示の管理センターに送信されても良い。
Similar to the basic concept described with reference to FIG. 1, each
以上説明した本発明の実施形態は、本発明の範囲を逸脱しない範囲で様々な変形を行うことが可能である。例えば、図1で示した位置検知システム1において、ICタグ21は、メモリ44を有するものとして説明したが、ICタグ21が、GPSユニットとの距離の測定のみの目的で用いられる場合には、ICタグ21は信号の送受信のみを行えば良いので、メモリ44を備える必要は必ずしもない。
The embodiment of the present invention described above can be variously modified without departing from the scope of the present invention. For example, in the
図1に示したGPSユニットとICタグ間の通信による位置検知システムの基本概念は、構造物の維持・危機管理のみならず、高精度の位置検知を必要とする様々な場面に応用できることが理解できる。位置検知の対象物はGPS測位を行う必要はないので、位置検知の対象物が、トンネルの内壁のようなGPS電波の届かないような環境にある場合に、本発明の位置検知システムを利用できる点が注目される。 It is understood that the basic concept of the position detection system based on communication between the GPS unit and the IC tag shown in FIG. 1 can be applied not only to the maintenance and crisis management of structures but also to various scenes that require highly accurate position detection. it can. Since it is not necessary to perform GPS positioning for the position detection target, the position detection system of the present invention can be used when the position detection target is in an environment where GPS radio waves do not reach, such as the inner wall of a tunnel. The point is noted.
図4に示したような変状検知システム70によって得られた変状検知情報(位置情報)をGIS(地理情報システム)によって処理することも可能である。すなわち、変状検知システム70とGISとからなるシステムを構成すれば、変状検知情報をGIS側で受信して処理することで、変状の起きた地点や変状の様子を、地図情報と共に表示画面上に表示させることができる。
The deformation detection information (position information) obtained by the
1 位置検知システム
11−14 GPSユニット
21 ICタグ
1 Position detection system 11-14
Claims (6)
位置検知の対象としてのICタグと、を備える位置検知システムであって、
前記少なくとも一つのGPS受信機は、さらに、前記ICタグとの間で信号の送受信を行うことにより前記信号の到達時間による距離測定を行う測定手段を有し、
前記少なくとも1つのGPS受信機においてGPS測位により算出される絶対位置情報と、前記少なくとも一つのGPS受信機において前記測定手段により測定される、前記少なくとも一つのGPS受信機と前記ICタグとの間の距離情報と、に基づいて前記ICタグの位置を決定すること、を特徴とする位置検知システム。 At least one GPS receiver;
A position detection system comprising an IC tag as a position detection target,
The at least one GPS receiver further includes a measurement unit that performs distance measurement according to the arrival time of the signal by transmitting and receiving a signal to and from the IC tag,
Absolute position information calculated by GPS positioning in the at least one GPS receiver, and measured by the measuring means in the at least one GPS receiver, between the at least one GPS receiver and the IC tag. And determining the position of the IC tag based on distance information.
前記複数のGPS受信機のそれぞれは、互いに情報を相互通信するための通信手段をさらに有し、
前記複数のGPS受信機でそれぞれ得られた、絶対位置情報と、前記ICタグとの間の距離情報とは、前記通信手段を介して前記複数のGPS受信機のうちの一つに集められ、当該一つのGPS受信機において前記ICタグの位置が決定されること、を特徴とする請求項1に記載の位置検知システム。 The at least one GPS receiver comprises a plurality of GPS receivers;
Each of the plurality of GPS receivers further includes communication means for mutually communicating information with each other,
Absolute position information obtained by each of the plurality of GPS receivers and distance information between the IC tags are collected in one of the plurality of GPS receivers via the communication means, The position detection system according to claim 1, wherein the position of the IC tag is determined by the one GPS receiver.
前記複数のGPS受信機のそれぞれは、互いに情報を相互通信するための第1の通信手段をさらに有し、
前記複数のGPS受信機のうちの少なくとも一つはセンタシステムと通信する為の第2の通信手段を有し、
前記複数のGPS受信機でそれぞれ得られた、絶対位置情報と、前記ICタグとの間の距離情報とは、前記第1の通信手段を介して前記複数のGPS受信機のうちの前記センタシステムと通信可能なGPS受信機に集められた後、前記センタシステムに送信され、前記センタシステムにおいて前記ICタグの位置が決定されること、を特徴とする請求項1に記載の位置検知システム。 The at least one GPS receiver comprises a plurality of GPS receivers;
Each of the plurality of GPS receivers further includes a first communication means for mutually communicating information with each other,
At least one of the plurality of GPS receivers has a second communication means for communicating with a center system;
The absolute position information and the distance information between the IC tags respectively obtained by the plurality of GPS receivers are the center system of the plurality of GPS receivers via the first communication means. 2. The position detection system according to claim 1, wherein the IC tag is transmitted to the center system after being collected by a GPS receiver capable of communicating with the receiver, and the position of the IC tag is determined in the center system.
前記複数のICタグそれぞれについて前記少なくとも一つのGPS受信機と間の距離が求められ、前記複数のICタグそれぞれについて位置の決定が行われること、を特徴とする請求項1からの請求項4のいずれかに記載の位置検知方法。 There are a plurality of IC tags as the position detection targets,
The distance between the at least one GPS receiver is obtained for each of the plurality of IC tags, and the position is determined for each of the plurality of IC tags. The position detection method according to any one of the above.
前記少なくとも一つのGPS受信機と前記ICタグとの間の距離情報を前記信号の到達時間により測定し、
前記絶対位置情報と、前記距離情報とに基づいて前記ICタグの位置を決定すること、
を特徴とする位置検知方法。 Obtain absolute position information by GPS positioning in at least one GPS receiver having a function of transmitting and receiving signals to and from the IC tag,
Measuring distance information between the at least one GPS receiver and the IC tag according to the arrival time of the signal;
Determining the position of the IC tag based on the absolute position information and the distance information;
A position detection method characterized by.
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