JP2008111828A - ポータプルの測位およびナビゲーション・システム - Google Patents

Abstract

【課題】未知の領域でのナビゲーションを補助するナビゲーション・システムを提供する。
【解決手段】ナビゲーション・システムは、複数の無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグと、少なくとも１つのポータル端末と、少なくとも１つのナビゲーション・デバイスとを含む。複数のＲＦＩＤタグは、移動する領域全体にわたって配置される。少なくとも１つのポータル端末は、移動する領域への入口付近に配置する。少なくとも１つのポータル端末は、移動する領域のマップをアップロードする。マップは、各ＲＦＩＤタグの位置を含む。少なくとも１つのナビゲーション・デバイスは、ポータル端末からマップをダウンロードする。少なくとも１つのナビゲーショナル・デバイスは、更に、複数のＲＦＩＤタグの１または複数のものを検出し、それに少なくとも部分的に基づいて、移動する領域内でのそのデバイスの位置を表示する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ポータプルの測位およびナビゲーション・システムに関する。

不案内な建築物や他の領域での移動は困難なことがある。これは、火災など緊急事態のときに特に顕著である。特に、消火するために不案内な建築物に到着した消防士には、不案内な建築物の中を動かねばならないという困難がある。更に、多くの人を使っての建築物や領域の探索を効率良く調整することは、探索者がその建築物または領域に不案内であるときには困難なことがある。探索の効率は、探索者が他の探索者の位置や他の探索者の過去の位置を知らないとき、更に悪くなる。それ故、特定の領域が不必要に複数回探索されたり、その一方で他の領域が完全に見過ごされたりする可能性がある。

上述した理由、および本明細書を読んで理解すれば当業者に明らかになるであろう以下に述べる他の理由のため、建築物や場所を通って進む個人にナビゲーション情報を伝えるための効率良く効果的な方法が、当技術分野で必要とされている。

現行のシステムの上述の問題は、本発明の実施形態により対処され、以下の明細書を読んで検討することにより理解されよう。以下の概要は例であり、限定するものではない。これは、単に、本発明の態様の幾つかを読者が理解する助けとなるように提供される。個人用定位およびナビゲーション・システムが提供される。一実施形態では、ナビゲーション・システムは、複数の無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグと、少なくとも１つのポータル端末と、少なくとも１つのナビゲーション・デバイスとを含む。複数のＲＦＩＤタグは、移動が行われる領域全体にわたって配置される。少なくとも１つのポータル端末は、移動が行われる領域への入口付近に位置する。少なくとも１つのポータル端末は、移動が行われる領域のマップをアップロードするようになされる。マップは、各ＲＦＩＤタグの位置を含む。少なくとも１つのナビゲーション・デバイスは、ポータル端末からマップをダウンロードするようになされる。少なくとも１つのナビゲーション・デバイスは、更に、複数のＲＦＩＤタグの１または複数のものの検出に少なくとも部分的に基づいて、移動が行われる領域内でのそのナビゲーション・デバイスの位置を表示するようになされる。

好ましい実施形態の説明および以下の図面を鑑みて考察すれば、本発明をより容易に理解することができ、本発明の更なる利点および使用法がより容易に明らかになる。

慣行に従って、様々な説明される特徴は、原寸に比例して描かれておらず、本発明に関連する特定の特徴を強調するように描かれる。参照符号は、図面および文面を通じて同じ要素を表す。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を成す添付図面を参照し、添付図面には、本発明を実施できる特定の実施形態が例示されている。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるようにするために十分に詳細に説明され、他の実施形態が使用されることもあり、また、本発明の精神および範囲から逸脱することなく論理、機械、および電気的な変更を加えることができることを理解されたい。従って、下記の詳細な説明は、限定の意味合として取られるべきではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等物により定義される。

本発明の実施形態は、建築物または他の画定された領域についてのユーザの位置に関する情報をユーザに提供する方法を提供する。一実施形態では、複数の無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグが、建築物または移動が行われる領域のいたるところに配置される。各ＲＦＩＤタグの位置はマップされる。一実施形態では、マップは、１または複数のポータル端末へアップロードされる。ポータル端末は、建築物または領域の入口付近に位置する。ユーザが、本発明の実施形態の専用ナビゲーション・デバイスを持って建築物に入るとき、マップがダウンロードされる。本発明の実施形態では、マップのダウンロードに応答して、ナビゲーション・デバイスが、感知されたＲＦＩＤおよびマップに基づいて位置情報を表示する。一実施形態では、ナビゲーション・デバイスは、ＲＦＩＤに基づく位置情報を、中央追跡点または他のナビゲーション・システムへ伝送する。更に、別の実施形態では、ナビゲーショナル・デバイスの位置を更に定義するために、内部ＩＭＵシステムが使用される。

図１を参照すると、本発明の一実施形態の、建築物または領域での定位システムの構成を例示する流れ図が示されている。例示されるように、定位システムが設置される（１０２）が、これは、建築物または場所全体にわたってＲＦＩＤタグを配置すること（１０４）によりなされる。各ＲＦＩＤタグはＩＤ番号を含む。一実施形態では、ＲＦＩＤタグは位置情報も含む。次いで、ＲＦＩＤタグの位置のマップが生成される（１０４）。一実施形態では、これは、電子マップに位置を手動で記録することにより行われる。マップされる場所が、異なるフロアを有する建築物などのような、異なる高さレベルを有する構造である場合、３次元マップが生成される。マップが作成された後、一実施形態では、図１の流れ図に例示されるように、マップがポータル端末へアップロードされる（１０６）。他の実施形態では、マップは、ハンドヘルド・ナビゲーショナル・デバイス（手持型ナビゲーション装置）へダウンロードされる。更に別の実施形態では、マップは、インターネットによりアクセスすることができるデータベースへアップロードすることができる。

図２は、本発明の一実施形態のナビゲーション・システムの適用（２０２）の流れ図２００を例示する。図２の実施形態では、マップは、ポータル端末から、ユーザにより保持されるナビゲーショナル・デバイスへダウンロードされる（２０４）。一実施形態では、これは、ポータル端末とナビゲーショナル・デバイスとのワイヤレス接続を介して行われる。他の実施形態では、これは、ハードワイヤード接続を用いて行われる。マップがナビゲーション・デバイスへダウンロードされた後、マップに関連してのユーザの位置が、ＲＦＩＤタグの信号に部分的に基づいて、デバイスにより表示される（２０６）。一実施形態では、ナビゲーション・デバイスの位置が送信される。この実施形態は、遠隔でのナビゲーション・デバイスの追跡を可能にする。別の実施形態では、内部慣性測定ユニット（ＩＭＵ）が、ナビゲーション・デバイス内に含まれる。ＩＭＵは、ＲＦＩＤタグの有効範囲内でユーザが死角を通って進むのを助けるために使用される。ＩＭＵは、数学モデルを使用して、過去の移動および過去に感知されたＲＦＩＤタグに基づいて、ナビゲーション・デバイスの位置を予測する。ＩＭＵの低い精度を補うために、タグを検出すると、ナビゲーション・デバイス内のソフトウェアが、新たに見つけたタグ位置を校正点として自動的に使用して、タグ位置間に直線を描く。これは、低いＩＭＵ精度に起因する移動パターンの変動を減少させる。

ＲＦＩＤタグ３００のブロック図が図３に例示されている。例示されるように、ＲＦＩＤタグ３００は、各ＲＦＩＤタグ３００に対して一意であるＲＦＩＤ３０２を含む。各ＲＦＩＤタグ３００は、更に、ＲＦインターフェース３０４とアンテナ３０６とを含む。一実施形態では、ＲＦＩＤ３０２は、タグが或る位置に配置されたときにプログラムされる、そのタグと関連するその位置に関する情報も含む。ナビゲーション・システムにおいてＲＦＩＤタグ３００を使用する利点は、ＲＦＩＤタグ３００の設計および構築を比較的安価にでき、メンテナンスを必要としないことである。一実施形態では、ＲＦＩＤタグは使い捨てである。

一実施形態では、建築物または他の場所全体にわたってのＲＦＩＤのマップをセットアップするために、ＲＦＩＤ設置ユニット４００が使用される。ＲＦＩＤ設置ユニット４００のブロック図の例が、図４に示されている。例示されるように、ＲＦＩＤ設置ユニット４００は、ＲＦＩＤタグのマップをコンパイルする際に様々なソースから情報を受信するＲＦＩＤマップ４０４を含む。ソースの１つはＲＦインターフェース４０８であり、ＲＦインターフェース４０８は、建築物または領域全体にわたって配置されたＲＦＩＤタグ自体からＲＦ信号を受信するために、アンテナ４１２に結合される。別の入力はユーザ入力４０２であり、ユーザ入力４０２は、各ＲＦＩＤタグの位置を、マップ上でその関連位置に手動で位置決めするために使用される。一実施形態では、更に、マップ内に各ＲＦＩＤを位置決めするために全地球測位システム（ＧＰＳ）が使用される。ＧＰＳ４１０は、ＧＰＳ信号を受信するためにアンテナ４１４に結合される。また、図４の実施形態には、マップに入力された各ＲＦＩＤタグの位置を表示するためのディスプレイが含まれる。

図５は、本発明の一実施形態のナビゲーション・ユニット（またはデバイス）５００のブロック図を例示する。例示されるように、ナビゲーション・デバイス５００は、ＲＦインターフェース５０８に結合されたアンテナ５１２を含む。また、ナビゲーション・デバイス５００は、マップ位置モジュール５０４も含む。マップ位置モジュール５０４は、ＲＦインターフェース５０８と通信する。ＲＦインターフェース５０８は、ＲＦＩＤタグが検出された旨の信号をアンテナ５１２から受信すると、その情報をマップ位置モジュール５０４へ送信する。マップ位置モジュール５０４は、その情報を処理して、ＲＦＩＤタグの検出をマップ上の点と関連付ける。例示されるように、マップ位置は、ＩＭＵナビゲーション・モジュール５１０からも情報を受信する。この情報により、マップ位置モジュールは、建築物または場所内の死角で、推定値に基づいて位置を予測することができるようになる。この実施形態は、更に、ユーザ入力５０２を含む。ユーザ入力５０２は、ＲＦインターフェース５０８からの信号、またはＩＭＵナビゲーション・モジュール５１０からのＩＭＵナビゲーション推定値に基づいて、現在位置を表示するために、マップ位置モジュールをポーリングする機能を提供する。また、図５の実施形態には、位置情報を表示するためのディスプレイ５０６が含まれる。一実施形態では、ナビゲーション・ユニット５００は、ＲＦインターフェース５０８およびアンテナ５１２を使用して、マップ位置モジュール５０４により求められたナビゲーション・ユニット５００の位置に関する情報を、遠隔ユニットまたは別のナビゲーティング・デバイスへ送信する。更に、一実施形態では、マップ位置モジュール５０４は、過去の位置情報（取られた進路の情報）を格納するためのメモリ５１４を含む。

図６を参照すると、異なるフロア全体にわたって配置された本発明の一実施形態のＲＦＩＤタグを有する建築物の側断面図が例示されている。図６に示されるように、建築物６００は、フロア６２０（１〜Ｎ）を含む。ＲＦＩＤタグは、フロア６２０（１〜Ｎ）の通路に沿って配置される。特定的には、第１のフロア６２０−１は、フロア６２０−１の通路に沿って配置されたＲＦＩＤタグ６０２（１〜Ｎ）を有する。第２のフロアは、その通路に沿って配置されたＲＦＩＤタグ６０４（１〜Ｎ）を有する。更に、第Ｎのフロア６２０−Ｎは、その通路に沿って配置されたＲＦＩＤタグ６０６（１〜Ｎ）を有する。本発明の一実施形態では、ＲＦＩＤタグの少なくとも１つが、各フロアの入口付近に配置される。例えば、ＲＦＩＤタグ６０２−１は、第１のフロア６２０−１の入口６０１付近に配置され、ＲＦＩＤタグ６０４−１は、第２のフロア６２０−２の入口６０３付近に配置され、ＲＦＩＤタグ６０６−１は、第Ｎのフロア６２０−Ｎの入口６０７付近に配置される。また、図６には、ＲＦＩＤタグの検出可能範囲が例示されている。示されるように、ＲＦＩＤにより生成される信号の強度に依存して、様々な検出可能範囲が提供される。例えば、ＲＦＩＤタグ６０２−２、６０２−３、および６０２−Ｎの検出可能範囲２２６は、入口６０１および６０３付近に配置されたＲＦＩＤタグ６０２−１および６０４−１の検出可能範囲２２４よりも大きい。更に、一実施形態では、特定のＲＦＩＤタグ検出を確認する際に、受信信号強度（ＲＳＳ）技法が実施される。ＲＳＳ技法は、ＲＦＩＤタグからの受信信号パワー・データを、数学モデル（ナビゲーション・デバイスに格納されている）と比較して、特定のＲＦＩＤタグの検出を確認する。この実施形態は、ＲＦＩＤタグに対する直接的な且つ短い感知距離を使用する。また、この実施形態は、実施が比較的複雑ではないソリューションである。

図７には、本発明の一実施形態の通路に沿って配置された複数のＲＦＩＤタグを有する建築物７００内の単一のフロアの平面断面図が例示されている。示されるように、ＲＦＩＤタグ７０４（１〜１６）が、フロアのホール全体にわたって配置されている。ホールへの入口７０５および７０７付近にあるＲＦＩＤタグ７０４−１および７０４−１６は、短距離タグである。また、図７にはポータル端末７０４が例示されており、ポータル端末７０４は、一実施形態では、ナビゲーション・デバイスが建築物入口７０２を通過する際にナビゲーション・デバイスへ建築物のマップをダウンロードする。また、位置座標が例示されている。例えば、ＲＦＩＤタグ７０４−３は位置座標（ｘ２，ｙ２）を有する。本発明の幾つかの実施形態では、ナビゲーション・デバイスはディスプレイを有し、ディスプレイは、ＲＦＩＤタグ信号の検出に基づいて、ダウンロードされたマップ上で、現在位置を点滅する光で知らせる。本発明の一実施形態では、ソーラーパワー式ＲＦＩＤタグが使用される。また、図７には遠隔ユニット７１０が示されている。一実施形態では、ナビゲーション・デバイスは、マップおよび位置情報のコピーを遠隔ユニット７１０へ送信する。これはナビゲーション・デバイスを遠隔監視することを可能にする。

本発明の一実施形態では、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）の統合、ならびにユーザによる位置ナビゲーションの協力が用いられる。この技法は、火災における救助中などのような緊急事態に特に有用である。例えば、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃを参照されたい。図８Ａは、建築物の北西の隅８００で動く第１の火災救助隊員８０６の実際の進路を例示する。示されるように、第１の火災救助隊員８０６は、ＲＦＩＤタグ８１０（１〜６）を通り過ぎる。図８Ｂは、同じ建築物の北東の隅８０１で動く第２の火災救助隊員８０８の実際の進路を例示する。示されるように、第２の火災救助隊員８０８は、ＲＦＩＤタグ８１２（１〜６）を通り過ぎる。この実施形態では、それぞれの火災救助隊員「Ａ」および「Ｂ」により携帯されるナビゲーション・デバイス（ハンドヘルド・デバイスである）が、互いにＲＦ通信して、情報を交換する。それ故、それぞれの火災救助隊員８０６および８０８は、他の火災救助隊員が既に行った場所について知っており、問題が発生した場合には別の救助隊員の位置を見い出すことができる。図８Ｃは、第１の火災救助隊員８０６により保持されるナビゲーション・システムのディスプレイ・マップ８０３を例示する。ディスプレイ・マップ８０３は、第１および第２の火災救助隊員８０６および８０８の両者により捕捉されたＲＦＩＤタグ８１０（１〜６）および８１２（１〜６）の組合せである。また、このディスプレイは、第１の救助隊員８０６により取られた進路も示す。一実施形態では、第２の救助隊員８０８により保持されるディスプレイ・マップは、第１の救助隊員８０６により取られたのと同じ進路を示す。従って、救助隊員８０６および８０８が建築物を通って進むときに、ＲＦＩＤタグ８１０（１〜６）および８１２（１〜６）の位置が生成され、救助隊員８０６および８０８により共有される。この例で示されているのは２人の救助隊員のみであるが、任意の人数の救助隊員が互いに情報を共有することができることが理解される。更に、一実施形態では、ナビゲーション・デバイスは、図７に関して上述したように、ＲＦ通信を介して制御ユニットや遠隔ユニットと情報を共有する。複数のナビゲーション・デバイスが、やはり複数のＲＦＩＤタグが存在する領域内で使用される実施形態では、ランダム時間遅延手法が適用される。この実施形態では、ランダム時間遅延は、信号を送信および受信する際に導入され、複数のユーザおよび複数のＲＦＩＤタグの間での衝突を回避する。

図９を参照すると、本発明の別の実施形態の実装を例示する流れ図９００が提供されている。この実施形態では、プロセスは、ナビゲーション・デバイスを持った個人が、全体にわたってＲＦＩＤタグが配置された建築物（または領域）に入るときに始まる（９０２）。次いで、ＲＦＩＤタグのマップがポータルにより使用可能とされているかの判定が行われる（９０４）。マップが使用可能である場合（９０４）、マップは、個人用ナビゲーション・デバイスにダウンロードされる（９１４）。次いで、ユーザが建築物を進むと、ナビゲーション・デバイスは、感知されたＲＦＩＤタグ、マップ、および内部ＩＭＵに基づいて、ダウンロードされたマップを使用して位置情報を表示し、送信する（９１６）。

マップをダウンロードして使用できない場合（９０４）、領域全体にわたる位置が、内部ＩＭＵにより追跡される（９０６）。この状況は、火災や他の災害によりポータルが動作不能にされ、マップのダウンロードが不可能である場合に、発生し得る。位置が内部ＩＭＵを用いて追跡されると（９０６）、検出されたＲＦＩＤタグは、ＩＭＵにより求められた位置と関連付けられる（９０８）。次いで、ＩＭＵに基づいての、ユーザの進路とマップ上での検出されたＲＦＩＤタグの位置とのマップが、ナビゲーション・デバイスにより生成される（９１０）。一実施形態では、マップの精度を高めるために、位置最適化アルゴリズムが、ＩＭＵにより提供される位置に適用される（９０９）。更に、一実施形態では、マップを生成する（９１０）ために、他のユーザからのタグ位置マップ（９１１）が使用される。他のユーザからのマップは、他のユーザが生成したマップや、他のユーザがダウンロードしたマップであり得る。一実施形態では、他のユーザからのマップは、ＲＦ通信手段を介して通信される。次いで、ナビゲーション・デバイスは、位置を表示し、マップ情報を送信する（９１２）。一実施形態では、マップ情報は、遠隔ユニット７１０へ送信される。別の実施形態では、マップ情報は、別のナビゲーショナル・デバイスへ送信される。マップ情報は、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに関して論じたのと同様の様式で使用される。

特定の実施形態を本明細書で例示して説明してきたが、同じ目的を実現するように意図された任意の構成が、図示される特定の実施形態に代えて用いられることもあることを、当業者は理解されよう。例えば、実施形態の幾つかのものは探索任務を対象としているが、その実施形態の態様は、不案内な建築物および領域を通る際の一般的なナビゲーションの目的に使用することができる。本出願は、本発明の任意の適合例や変形例を網羅することを意図している。従って、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物により限定されることが明確に意図されている。

図１は、本発明の一実施形態の建築物での定位システムの形成を例示する流れ図である。 図２は、本発明の一実施形態の定位システムの適用の流れ図である。 図３は、本発明の一実施形態のＲＦＩＤタグである。 図４は、本発明の一実施形態のＲＦＩＤ設置ユニットである。 図５は、本発明の一実施形態のナビゲーション・ユニットである。 図６は、本発明の一実施形態のＲＦＩＤタグを実装する建築物の側断面図である。 図７は、本発明の一実施形態の複数のＲＦＩＤタグおよび１つのポータル端末を実装する建築物の一つのフロアの平面断面図である。 図８のＡは、本発明の一実施形態での建築物を通る第１の火災救助隊員の実際の進路を例示し、図８のＢは、本発明の一実施形態での建築物を通る第２の火災救助隊員の実際の進路を例示し、図８のＣは、本発明の一実施形態の第１の火災救助隊員により保持されるナビゲーション・デバイスのディスプレイ・マップを例示する。 図９は、本発明の実施形態を実装する別の方法を例示する流れ図である。

Claims (3)

1. 未知の領域を通って進む方法（９００）であって、
   移動を行う領域に入る際に動作しているポータルを検出すると（９０４）、前記移動ヲ行う領域の全体にわたって配置された無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグの位置を含むマップを、ナビゲーション・デバイスにダウンロードするステップ（９１４）と、
   前記移動を行う領域を通って移動するときに、検出されたＲＦＩＤタグおよび慣性測定ユニット（ＩＭＵ）に少なくとも部分的に基づいて、マップを介して、前記ナビゲーション・デバイスを用いて位置情報を提供するステップ（９１６）と
   を備える方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記移動を行う領域の全体にわたって複数の無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグを配置するステップ（１０４）と、
   前記移動を行う領域のマップ上に各ＲＦＩＤタグの位置を示すステップ（１０４）と
   を更に備える方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記マップ上に各ＲＦＩＤタグの位置を示す前記ステップが、
   各ＲＦＩＤタグの座標を提供するためにグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）を用いるステップを更に備える、
   方法。

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