JP2008199360A - 位置推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】特定の伝播経路を経て携帯端末から伝送される識別情報の電波に受信強度のレベル変動が生じても、それにより携帯端末の位置推定の精度が低下しないようにする。
【解決手段】アンテナ２１ａ等は互いの間隔が位置ビーコン信号の電波のλ／４以上離間した状態で位置推定ノード３本体に配置される。位置ビーコン信号受信部２５はアンテナ２１ａ等が受信した位置ビーコン信号からアンテナ切替情報をアンテナ選択部２３に、送信元認識番号情報等を受信電波強度測定部２７に、出力する。アンテナ選択部２３はアンテナ２１ａ等の何れか１つと入力端子２２との接続を切替える。受信電波強度測定部２７は位置ビーコン信号の電波強度を測定する。電波強度情報送信部３１は、位置ビーコン信号の間欠的な送信が終了した時の受信電波強度の最大値を位置推定サーバ１３へ送信する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、仕切られた空間内に存在する１又は複数の携帯端末から無線伝送される上記携帯端末の識別情報に基づき、上記携帯端末の、上記空間内における位置を推定する位置推定システムに関する。

従来、建築物内の人や各種機器類の位置推定を行うことにより、取得した該建築物内における人や各種機器類の位置情報を集中管理することを目的として、建築物内に設置される位置推定システムが知られている。このような位置推定システムでは、位置推定の対象である人が携行する携帯端末から無線送信される所定の情報、或いは各種機器類から無線送信される所定の情報が、建築物内の適宜の箇所に設置される複数の固定設備によって受信される。そして、例えばパーソナルコンピュータ（パソコン）等の情報処理機器において、該固定設備からの上記情報に基づき所定の演算処理が行われることで、人や各種機器類等の位置情報が取得される。

ところで、上記位置推定システムでは、固定設備が受信した携帯端末等からの情報の電波強度を利用して上記人や各種機器類の位置推定が行われる。その場合に、上記情報の電波の伝播経路に人や物や構造物等が存在すると、それら人や物や構造物等により該伝播経路を経た位置ビーコン信号等に反射、屈折、回折、散乱、吸収、遮蔽等の現象が生じ、これらの影響を受けて、固定設備が受信する上記情報の電波強度にレベル変動（レベルの低下等）が生じる。換言すれば、携帯端末と固定設備との間の距離の変動以外の要素によって、固定設備が受信する上記情報の電波強度にレベル変動（レベルの低下等）が生じることになる。そのため、上記情報の電波強度の測定精度が低下し、携帯端末の正確な位置推定が行えなくなるという問題が生じる。

建築物内が、近似的に自由空間、即ち、電波に反射や、屈折や、回折や、散乱や、吸収や、遮蔽等の現象の生じない空間であると見做せる空間であれば、電波の伝播損失は、携帯端末と固定設備との間の距離の対数関数に従って減衰する。そこで、例えば携帯端末が送信する情報の電波を、予め位置が既知である建築物内の３箇所以上の地点での受信電波強度を測定する方法によって、携帯端末の正確な位置を把握することが可能である。

しかし、実際には建築物内は、自由空間ではないから、上記測定方法によって携帯端末の正確な位置を把握することは困難である。そこで、例えば電波強度の測定地点を多数設定することで、或る地点における受信電波強度に大きなレベル変動が生じたとしても、全体として位置推定の精度が低下しないようにする方法が想到され得る。しかし、該方法を採用した場合には、測定地点が大幅に増加するため、コストが嵩む上に各測定地点における受信電波強度のレベル変動に対応できないという問題がある。

従って本発明の目的は、仕切られた空間内に存在する携帯端末の位置推定を行うシステムにおいて、特定の伝播経路を経て携帯端末から伝送される識別情報の電波に受信強度のレベル変動が生じても、それにより携帯端末の位置推定の精度が低下しないようにすることにある。

本発明の第１の観点に従う位置推定システムは、仕切られた空間内に存在する、１つのアンテナを有する１又は複数の携帯端末から上記アンテナを通じて無線伝送される上記携帯端末の識別情報に基づき、上記携帯端末の、上記空間内における位置を推定するもので、上記空間内の適宜な箇所に各々配置される複数の識別情報受信処理部であって、上記携帯端末からの識別情報を受信するための複数のアンテナを有し、各アンテナを通じて受信した識別情報中から受信電波強度が最大のものを抽出する複数の識別情報受信処理部と、上記各識別情報受信処理部から個別に伝送される上記識別情報中から受信電波強度の最大のものを抽出すると共に、その抽出された識別情報の伝送元である識別情報受信処理部を検索し、その検索された識別情報受信処理部の配置位置に基づいて上記空間内における上記携帯端末の位置を推定する情報処理部とを備える。

本発明の第１の観点に係る好適な実施形態では、上記識別情報受信処理部の、上記空間内における配置位置に係わる情報が、予め上記情報処理部に保持されている。

上記とは別の実施形態では、上記各識別情報受信処理部における上記複数のアンテナの配置間隔が、上記識別情報の送信電波の波長の少なくとも１／４以上の間隔に設定されている。

また、上記とは別の実施形態では、上記識別情報が、上記各識別情報受信処理部が持つ複数のアンテナのうちの１つと、上記各識別情報受信処理部の内部回路との間の接続を切替えるタイミングを示した情報を含む。

また、上記とは別の実施形態では、上記携帯端末が、上記識別情報を、所定の周期で間欠的に送信する。

また、上記とは別の実施形態では、上記各識別情報受信処理部が、上記携帯端末からの上記識別情報の送信周期に同期させて、上記各識別情報受信処理部の内部回路と上記複数のアンテナ中の１つとの間の接続を、択一的に切替えるようにしている。

また、上記とは別の実施形態では、上記携帯端末が、上記識別情報を送信するために、１つのアンテナを有する。

また、上記とは別の実施形態では、上記各識別情報受信処理部が有する上記アンテナが、アンテナ素子相互間の電流、位相を変化させることにより電磁波の放射方向や指向性を変える機能を持つフェーズドアレイアンテナである。

また、上記とは別の実施形態では、上記携帯端末から上記各識別情報受信処理部を通じて上記情報処理部に与えられる上記識別情報が、上記携帯端末が上記識別情報を送信した時刻を示す情報を含む。

また、上記とは別の実施形態では、上記情報処理部が、上記送信時刻を示す情報をも参酌して、上記空間内における上記携帯端末の位置を推定する。

本発明の第２の観点に従う位置推定システムは、仕切られた空間内に存在する、複数のアンテナを有する１又は複数の携帯端末から上記アンテナを通じて無線伝送される上記携帯端末の識別情報に基づき、上記携帯端末の、上記空間内における位置を推定するもので、上記空間内の適宜な箇所に各々配置される複数の識別情報受信処理部であって、上記携帯端末からの識別情報を受信するための１つのアンテナを有し、そのアンテナを通じて受信した識別情報中から受信電波強度が最大のものを抽出する複数の識別情報受信処理部と、上記各識別情報受信処理部から個別に伝送される上記識別情報中から受信電波強度の最大のものを抽出すると共に、その抽出された識別情報の伝送元である識別情報受信処理部を検索し、その検索された識別情報受信処理部の配置位置に基づいて上記空間内における上記携帯端末の位置を推定する情報処理部とを備える。

本発明の第２の観点に係る好適な実施形態では、上記携帯端末における上記複数のアンテナの配置間隔が、上記識別情報の送信電波の波長の少なくとも１／４以上の間隔に設定されている。

上記とは別の実施形態では、上記携帯端末が有する上記アンテナが、アンテナ素子相互間の電流、位相を変化させることにより電磁波の放射方向や指向性を変える機能を持つフェーズドアレイアンテナである。

本発明の第３の観点に従う位置推定システムは、仕切られた空間内に存在する、複数のアンテナを有する１又は複数の携帯端末から上記アンテナを通じて無線伝送される上記携帯端末の識別情報に基づき、上記携帯端末の、上記空間内における位置を推定するもので、上記空間内の適宜な箇所に各々配置される複数の識別情報受信処理部であって、上記携帯端末からの識別情報を受信するための複数のアンテナを有し、各アンテナを通じて受信した識別情報中から受信電波強度が最大のものを抽出する複数の識別情報受信処理部と、上記各識別情報受信処理部から個別に伝送される上記識別情報中から受信電波強度の最大のものを抽出すると共に、その抽出された識別情報の伝送元である識別情報受信処理部を検索し、その検索された識別情報受信処理部の配置位置に基づいて上記空間内における上記携帯端末の位置を推定する情報処理部とを備える。

本発明の第３の観点に係る好適な実施形態では、上記携帯端末、及び上記各識別情報受信処理部における上記複数のアンテナの配置間隔が、上記識別情報の送信電波の波長の少なくとも１／４以上の間隔に設定されている。

上記とは別の実施形態では、上記携帯端末、及び上記各識別情報受信処理部が有する上記アンテナが、アンテナ素子相互間の電流、位相を変化させることにより電磁波の放射方向や指向性を変える機能を持つフェーズドアレイアンテナである。

本発明によれば、仕切られた空間内に存在する携帯端末の位置推定を行うシステムにおいて、特定の伝播経路を経て携帯端末から伝送される識別情報の電波に受信強度のレベル変動が生じても、それにより携帯端末の位置推定の精度が低下しないようにすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る位置推定システムの全体構成を示すブロック図である。

上記位置推定システムは、図１に示すように、建物１００内に設定されるもので、移動無線端末１と、複数台（図１で示した例では、５台）の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）と、位置推定サーバ１３と、で構成される。移動無線端末１は、例えばユーザ等により携行され、ユーザ等が建物１００内を移動するのに伴って建物１００内を移動するもので、建物１００内において、その位置が位置推定ノード（３、５、７、９、１１）、及び位置推定サーバ１３によって推定される対象になっている。移動無線端末１は、所定の時間間隔で位置ビーコン信号（、及び該位置ビーコン信号に付随する諸情報（後に詳述する））を間欠的に送信する。

各々の位置推定ノード３、５、７、９、１１は、建物１００内における適宜の箇所に配置される情報通信機能を備えた固定設備であり、それら（位置推定ノード（３、５、７、９、１１））の配置位置は、何れも予め測位された既知の位置である。各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）は、上記移動無線端末１から間欠的に送信される位置ビーコン信号（、及び該位置ビーコン信号に付随する諸情報）を受信して、該位置ビーコン信号の受信電波強度を測定する。各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）は、測定した位置ビーコン信号の受信電波強度に係わる情報を、夫々位置推定サーバ１３に送信する。

位置推定サーバ１３は、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）から送信される位置ビーコン信号の受信電波強度に係わる情報や、該位置ビーコン信号に付随する諸情報に基づき、上記移動無線端末１の建物１００内における位置を推定するための位置推定処理を実行する。移動無線端末１、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）、及び位置推定サーバ１３の構成の詳細については、後述する。位置推定サーバ１３が行う移動無線端末１の現在位置の推定のための処理動作についても、後述する。

なお、図１では、移動無線端末については、符号１で示した１台分しか記載しておらず、そのため、建物１００内に存在する移動無線端末が恰も１台だけであるかのような説明内容になっているが、実際のシステムでは、移動無線端末は複数台存在している場合が殆どである。また、位置推定サーバについても、図１では、符号１３で示した１台分しか記載しておらず、恰も建物１００内に設置されるべき位置推定サーバが１台だけであるかのような説明内容になっているが、実際のシステムでは、位置推定サーバの設置台数が１台だけの場合もあれば、２台以上の場合もあり得る。更に、位置推定ノードについても、図１では、符号３、５、７、９、１１で示す５台分しか記載しておらず、そのため、建物１００内に設置されるべき位置推定ノードが５台だけであるかのような説明内容になっているが、実際のシステムでは、位置推定ノードの設置台数が５台未満の場合もあれば、６台以上の場合もあり得る。

何れにしても、建物１００内に存在する移動無線端末１の台数、建物１００内に設置される位置推定ノード（３、５、７、９、１１）の台数、及び建物１００内に設置される位置推定サーバ１３の台数は、図示の都合上から選定されたものに過ぎないから、図１に記載した台数には限定されない。

図２は、図１に記載の位置推定システムが備える移動無線端末１の内部構成を示す機能ブロック図である。

上記移動無線端末１は、図２に示すように、アンテナ１５と、位置ビーコン信号送信部１７と、時刻情報取得部１９と、を備える。時刻情報取得部１９は、例えば移動無線端末１に内蔵されるタイマ（図示しない）等の計時機構から時刻情報を取得して、該時刻情報を、位置ビーコン信号送信部１７に出力する。位置ビーコン信号送信部１７は、上記時刻情報取得部１９からの時刻情報を入力し、予め決められた時刻に到達したことを認識すると、所定形式の位置ビーコン信号を生成すると共に、該位置ビーコン信号に、送信元認識番号情報、送信時刻情報、及びアンテナ切替情報を付加する（以下、上記各々の情報を位置ビーコン信号への「付加情報」と表記する場合もある）。そして、該位置ビーコン信号と該付加情報（以下、「位置ビーコン信号等」と表記する場合もある）とを、アンテナ１５を通じて上述した各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）に送信する。

上述した付加情報において、送信元認識番号情報とは、該位置ビーコン信号等を受信した位置推定ノード（３、５、７、９、１１）が、（特に、移動無線端末１が建物１００内に複数台存在する場合に）送信元が何れの移動無線端末１かを認識するための番号情報である。また、送信時刻情報とは、移動無線端１が該位置ビーコン信号等を位置推定ノード（３、５、７、９、１１）へ送信した時刻を特定するための情報である。

更に、アンテナ切替情報とは、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）が夫々有する複数のアンテナのうちの何れか１つと、それらの入力端子（２２）との間の接続の切替タイミングを、移動無線端末１（のアンテナ１５）から間欠的に送信される位置ビーコン信号等の送信周期と同期させるための情報である。各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）が、独自に行うアンテナの上記切替動作については、後に詳述する。

なお、移動無線端末１は、位置ビーコン信号等を複数台の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）のうちの特定の位置推定ノードにのみ送信するのではなく、不特定多数の位置推定ノードに対し、送信（ブロードキャスト）する。

図３は、図１に記載の位置推定システムが備える複数台の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）の内部構成を示す機能ブロック図である。各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）の構成は、同一であるので、以下では、位置推定ノード３の構成を例にとって説明する。

位置推定ノード３は、図３に示すように、複数のアンテナ２１ａ〜２１ｎと、アンテナ選択部２３と、位置ビーコン信号受信部２５と、受信電波強度測定部２７と、受信電波強度情報記録部２９と、電波強度情報送信部３１と、を備える。複数のアンテナ２１ａ〜２１ｎは、移動無線端末１から送信される位置ビーコン信号等を受信するため、少なくとも互いの間隔が上記位置ビーコン信号（無線信号）等の（電波の）波長の１／４以上離間した状態で位置推定ノード３の本体に配置される。

位置ビーコン信号受信部２５は、複数のアンテナ２１ａ〜２１ｎの何れかが受信した（建物１００内に存在する複数台の移動無線端末１中の何れか１台の）移動無線端末１からの位置ビーコン信号等（即ち、位置ビーコン信号、及び付加情報）を読込む。そして、該付加情報の１つであるアンテナ切替情報を、アンテナ選択部２３に出力する。位置ビーコン信号受信部２５は、また、上記位置ビーコン信号、及びその付加情報である送信元認識番号情報と送信時刻情報を、受信電波強度測定部２７に出力する。

アンテナ選択部２３は、位置ビーコン信号受信部２５からのアンテナ切替情報に基づき、アンテナ２１ａ〜２１ｎの何れか１つと、位置推定ノード３の本体に内蔵される各種信号処理回路（即ち、アンテナ選択部２３、位置ビーコン信号受信部２５、受信電波強度測定部２７、受信電波強度情報記録部２９、及び電波強度情報送信部３１）に接続する入力端子２２との間の接続を、選択的に切替える処理動作を行う。

受信電波強度測定部２７は、位置ビーコン信号受信部２５からの位置ビーコン信号等を入力する。そして、該位置ビーコン信号に基づき、所定の演算処理を行ってアンテナ２１ａ〜２１ｎの何れかを通じて受信した位置ビーコン信号等の電波強度を測定する。測定された位置ビーコン信号等の電波強度値は、受信電波強度測定部２７から受信電波強度情報記録部２９、及び電波強度情報送信部３１に夫々出力される。

受信電波強度情報記録部２９は、受信電波強度測定部２７からの位置ビーコン信号等の電波強度測定値を、受信電波強度情報として記憶する。この場合、上記付加情報のうちの上記送信元認識番号情報、及び上記送信時刻情報も、上記受信電波強度情報に対応させた状態で受信電波強度情報記録部２９に記憶される。

電波強度情報送信部３１は、移動無線端末１からの位置ビーコン信号等の間欠的な送信が終了した時点での受信電波強度の最大値を、受信電波強度情報記録部２９より検索する。そして、電波強度情報送信部３１は、検索の結果、受信強度情報記録部２９から取得した受信電波強度の最大値情報を、該測定位置（即ち、建物１００内における位置推定ノード３の配置位置）での電波強度情報として、上記送信元認識番号情報、及び上記送信時刻情報と共に位置推定サーバ１３へ送信する。

上記電波強度情報等の、電波強度情報送信部３１から位置推定サーバ１３への送信は、電波強度情報送信部３１と位置推定サーバ１３との間が、例えば専用の信号伝送ケーブル等（図示しない）により接続されている場合は、該信号伝送ケーブル等による有線伝送で行われる。そうでなければ、無線伝送で行われる。

上記電波強度情報が、無線伝送により電波強度情報送信部３１から位置推定サーバ１３へ送信される場合には、上記電波強度情報等が、何れの位置推定ノード（３、５、７、９、１１の何れか）から送信されたものかを識別できる技術的な手段が必要である。そのため、本実施形態では、電波強度情報送信部３１において、上記電波強度情報に位置推定ノード（３、５、７、９、１１）を識別するための情報（例えば上述した送信元認識番号情報と同様の情報）を付与すると共に、該識別情報が付与された後の電波強度情報が、電波強度情報送信部３１から位置推定サーバ１３へ送信される。

なお、位置推定ノード３（５、７、９、１１）は、移動無線端末１からの位置ビーコン信号等を受信していない場合には、上記アンテナ２１ａ〜２１ｎのうちの予め決められた１つのアンテナ（例えばアンテナ２１ａ）と、上記入力端子２２との間の接続が保持されて、待機状態に置かれる。

本実施形態では、上記アンテナ選択部２３が、上述したアンテナ切替情報に基づきアンテナ２１ａ〜２１ｎと入力端子２２との間の接続を切替えるタイミングは、所定の時間間隔を置いて間欠的に送信される位置ビーコン信号等の１つの送信周期が終了するタイミングに同期するよう、設定される。換言すれば、位置ビーコン信号等の１つの送信周期が終了するまでの間は、接続切替えは行われない。また、各位置推定ノード（３、５、７、９、１１）に備えられるアンテナの本数ｎは、２以上の整数であり、（１台、若しくは複数台の）移動無線端末１からは、上記アンテナの本数ｎ、若しくはｎの倍数に当る数の位置ビーコン信号等から成る位置ビーコン信号群を１パケットとする間欠的な送信が行われる。

図４は、図１に記載の位置推定システムが備える位置推定サーバ１３の内部構成を示す機能ブロック図である。

位置推定サーバ１３は、図４に示すように、電波強度情報受信部３３と、記憶部３５と、位置推定部３７と、を備える。電波強度情報受信部３３は、上記各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）から（有線通信、又は無線通信により）個別に送信される電波強度情報等（即ち、該電波強度情報、及び上記付加情報のうちの、上記送信元認識番号情報と上記送信時刻情報）を受信し、それらの電波強度情報等を、記憶部３５に出力する。記憶部３５は、電波強度情報受信部３３から出力される上記電波強度情報等（即ち、上記電波強度情報と、上記送信元（移動無線端末）認識番号情報と、上記送信時刻情報）を、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）別に記憶する。換言すれば、移動無線端末１が建物１００内に複数台存在する場合には、記憶部３５は、上記電波強度情報等を、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）別、及び各移動無線端末１別に記憶することになる。なお、記憶部３５には、建物１００内における各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）の配置位置に係わる情報が、予め記憶されているものとする。

上記電波強度情報が有線伝送により位置推定サーバ１３へ送信される場合における、上記電波強度情報の送信元（位置推定ノード（３、５、７、９、１１））の識別は、例えば上記電波強度情報が、予め各位置推定ノード（３、５、７、９、１１）別に割り当てられている位置推定サーバ１３の入力ポートの何れから入力されたかをチェックすることで行うことができる。また、上記電波強度情報が無線伝送により位置推定サーバ１３へ送信される場合における、上記電波強度情報の送信元の識別は、例えば上述した（送信元認識番号情報と同様の情報である）位置推定ノード（３、５、７、９、１１）の識別情報をチェックすることで行うことができる。

位置推定部３７は、記憶部３５から各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）別（、及び移動無線端末１別）に記憶されている上記電波強度情報等を読み出し、これらの電波強度情報等に基づいて所定の演算処理動作を行うことにより、上記（各々の）移動無線端末１の、上記建物１００内における位置を推定する。即ち、位置推定部３７は、例えば、記憶部３５に位置推定ノード（３、５、７、９、１１）別に記憶されている電波強度情報を夫々読み出すと共に、それらの送信時刻情報をも読み出す。そして、同一送信時刻において最も大きな値の電波強度情報を送信した位置推定ノード（３、５、７、９、１１）が、何れの位置推定ノード（３、５、７、９、１１の何れか）であるかを判別する。

上記送信元の位置推定ノードが判別されれば、該位置推定ノードの建物１００内における配置位置情報が、位置推定サーバ１３にとって既知の情報であるから、位置推定部３７は、或る時刻における移動無線端末１の建物１００内における位置が、該位置推定ノードの近傍位置であると推定することができる。これにより、位置推定サーバ１３は、移動無線端末１の、或る時刻における建物１００内でのおおよその位置を把握することが可能になる。

図５は、図１に記載の位置推定システムにおいて採用される位置ビーコン信号の信号形式の一例を示す模式図である。

上記位置推定システムでは、図５に示すように、符号４１で示す位置ビーコン信号群が、所定の時間間隔４３を置いて間欠的に、移動無線端末１から位置推定ノード（３、５、７、９、１１）へ送信される。各々の位置ビーコン信号群４１は、移動無線端末１から各位置推定ノード（３、５、７、９、１１）へバースト的に（密集した状態で）連続送信されるＤＢ♯１、ＤＢ♯２、ＤＢ♯３、・・・・・・、ＤＢ♯ｎで示す合計でｎ個の位置ビーコン信号により構成される。なお、図５では、本発明とは本質的な関わりはないが、実際の通信においては必要であるガードタイム、プリアンブル、及びユニークワード等については、図示を省略している。

次に、上記位置推定システムを構成する各部の処理動作を説明する。

以下では、図１において符号１で示した移動無線端末が、建物１００内に複数台存在しているものとして説明する。

まず、上述した位置推定システムにおいて、移動無線端末１からの位置ビーコン信号等が受信可能な距離に位置している位置推定ノード（３、５、７、９、１１のうちの何れか１台）が、上記移動無線端末１からの位置ビーコン信号等を受信する場合の処理動作について説明する。

上記移動無線端末１からの位置ビーコン信号等が、例えば位置推定ノード３により、そのアンテナ２１ａを通じて受信されると、該位置ビーコン信号の付加情報である送信元認識番号情報、送信時刻情報、及びアンテナ選択情報が、位置ビーコン信号受信部２５で、夫々抽出される。既述のように、移動無線端末１からは上記位置ビーコン信号等が間欠的に送信されるから、位置推定ノード３では、受信電波強度測定部２９において上記位置ビーコン信号等の受信電波強度が測定された後、アンテナ選択部２３においてアンテナ切替情報に基づきアンテナの切替タイミングが把握される。そして、アンテナ選択部２３において該切替タイミングによりアンテナ２１ａと入力端子２２との接続が、例えばアンテナ２１ｂと入力端子２２との接続に切替えられる。この状態で、位置推定ノード３は、上記移動無線端末１から次に送信されてくる位置ビーコン信号等の受信電波強度の測定に備えることになる。

上記のようにして、位置推定ノード３では、上記移動無線端末１から間欠的に送信されてくる位置ビーコン信号等を受信する毎に、アンテナ選択部２３が該受信した位置ビーコン信号の付加情報であるアンテナ切替情報に基づき、アンテナ２１ａ〜２１ｎと入力端子２２との間の接続を切替える。そして、各々のアンテナ２１ａ〜２１ｎ別に、受信した位置ビーコン信号等の受信電波強度が、受信電波強度測定部２７において測定され、該測定結果が、受信電波強度情報として、上述した態様で受信電波強度情報記録部２９に記憶される。

移動無線端末１からの間欠的な位置ビーコン信号等の送信が完了すると、位置推定ノード３の受信電波強度情報記録部２９には、各々のアンテナ２１ａ〜２１ｎを通じて受信された位置ビーコン信号等の受信電波強度情報が、上記のように各々のアンテナ２１ａ〜２１ｎ別に蓄積される。よって、電波強度情報送信部３１は、それらの受信電波強度情報のうちから電波強度が最大のものを該測定地点（即ち、位置推定ノード（３、５、７、９、１１）の配置位置）での電波強度情報として、有線伝送、若しくは無線伝送により位置推定サーバ１３へ送信する。

位置推定サーバ１３では、電波強度情報受信部３３が、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）から送信される受信電波強度情報を受信すると共に、該受信電波強度情報を、各位置推定ノード（３、５、７、９、１１）からの受信電波強度情報として、一旦、記憶部３５に記憶させる。次に、位置推定部３７が、記憶部３５に各位置推定ノード（３、５、７、９、１１）別に記憶されている受信電波強度情報に基づいて、上述した位置ビーコン信号等の送信元である（１台、若しくは複数台の）移動無線端末１の、建物１００内における位置を推定するための処理動作を実行する。

上述した実施形態では、（１台、若しくは複数台の）移動無線端末１において、時刻情報取得部１９が時刻情報を取得すると共に、位置ビーコン信号送信部１７が時刻情報取得部１９からの時刻情報を参照して、予め決められた時刻に到達したことを認識すると、位置ビーコン信号等を、アンテナ１５を通じて位置推定ノード（３、５、７、９、１１）へ送信する。しかし、例えば（１台、若しくは複数台の）移動無線端末１に内蔵される振動センサ等（図示しない）が、移動無線端末１の移動を検知した時点で、位置ビーコン信号送信部１７が、アンテナ１５を通じて位置ビーコン信号等を位置推定ノード（３、５、７、９、１１）へ送信するようにしても差し支えない。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）が、移動無線端末１から間欠的に送信され、様々な伝播経路を経て伝送された位置ビーコン信号等を、複数本のアンテナ２１ａ〜２１ｎを用いて受信するようにしたので、上記伝播経路の何れかに人や物や構造物が存在することで、該伝播経路を経た位置ビーコン信号等に反射、屈折、回折、散乱、吸収、遮蔽等の現象が生じても、これらの現象に起因する影響を全く受けないか、或いは受け難い伝播経路を経た位置ビーコン信号等が受信可能であるので、上記位置ビーコン信号等の電波強度の測定精度を、従来よりも向上させることができる。よって、移動無線端末１の位置が移動によって変化しても、より正確な受信電波強度を測定することができるので、移動無線端末１のより正確な位置の推定が行える。

また、携帯電話機等の、各種機器類やユーザの身体等に携帯した状態で使用することが前提である移動無線端末１については、複数のアンテナが必要なく単一のアンテナ１５だけで無線通信が行えるので、アンテナ切替えのためのハードウェアは不要である。よって、本実施形態では、移動無線端末１の小型化、及び低消費電力化と、各々が複数本のアンテナ２１ａ〜２１ｎを有し、且つ、これらアンテナ２１ａ〜２１ｎの接続切替えを行う構成の位置推定ノード３、５、７、９、１１を備える位置推定システムにおける移動無線端末１の位置推定精度の向上とを同時に実現することができる。

また、位置推定ノード３、５、７、９、１１に夫々備えられる複数本のアンテナ２１ａ〜２１ｎについては、少なくとも互いの間隔が上述した位置ビーコン信号（無線信号）等（の電波）の波長の１／４以上離間した状態で位置推定ノード３の本体に配置されているため、各々のアンテナ２１ａ〜２１ｎは、相互に干渉することが無い状態で移動無線端末１からの位置ビーコン信号等を受信することが可能である。よって、各々のアンテナ２１ａ〜２１ｎを通じて、より相関性の少ない位置ビーコン信号等の受信電波強度情報を取得することが可能になるので、建物１００内の特定の地点に配置されている位置推定ノード（３、５、７、９、１１）において、より正確な受信電波強度情報を取得することができ、結果的により正確な位置推定を行うことが可能になる。

また、移動無線端末１からの位置ビーコン信号等を受信した位置推定ノード（３、５、７、９、１１）では、該位置ビーコン信号等の送信元が何れの移動無線端末１かを把握することが可能である。更に、位置推定ノード（３、５、７、９、１１）では、移動無線端末１からバースト状態で送信される１塊の位置ビーコン信号群等の送信が完了する毎に、アンテナ２１ａ〜２１ｎの接続が切替わるようになっているため、或るアンテナにおいて受信した位置ビーコン信号群等について正確な受信電波強度が得られなくても、別のアンテナに接続が切替った状態で受信した位置ビーコン振号群等について正確な受信電波強度が得られる可能性が大きいので、より多くの受信電波強度情報から移動無線端末１に係わる正確な位置推定を行うことができる。

更に、（１台、若しくは複数台の）移動無線端末１に内蔵される振動センサ等（図示しない）が、移動無線端末１の移動を検知した時点で、位置ビーコン信号送信部１７が、アンテナ１５を通じて位置ビーコン信号等を位置推定ノード（３、５、７、９、１１）へ送信するようにすることで、位置推定サーバ１３において、建物１００内における移動無線端末１の軌跡をトレースすることが可能になる。そして、位置推定サーバ１３において、これらの軌跡を参照することで、移動無線端末１のより正確な位置推定が可能になる上、移動無線端末１が静止している状態での位置ビーコン信号等の送信停止の時間を長く設定することにより、移動無線端末１が移動を開始した時点で位置ビーコン信号等の送信を開始することが可能になるから、移動無線端末１の動作時間を短く設定することにより移動無線端末１の低消費電力化を図ることができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る位置推定システムが備える複数台の位置推定ノードの内部構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態では、図６に示すように、各々の位置推定ノード（６１、６３、６５、６７、６９）が、図３で示したような複数本のアンテナ２１ａ〜２１ｎに代えて、フェーズドアレイアンテナを備えた点で、図３で示した位置推定ノードと相違する。ここで、フェーズドアレイアンテナとは、アンテナ系の放射素子相互間の電流、位相を変化させて電磁波の放射方向や指向性を変える機能を備えるアンテナのことであり、上記フェーズドアレイアンテナは、位置推定ノード（６１、６３、６５、６７、６９）本体の適宜な平面上に配置された複数のアンテナ素子７１ａ〜７１ｎと、複数の可変移相７３ａ〜７３ｎと、合成分配器７５と、移相器制御部７７とにより構成される。

図６において、位置ビーコン信号受信部７９は、図３で示した位置ビーコン信号受信部２５と、受信電波強度測定部８１は、図３で示した受信電波強度測定部２７と、受信電波強度情報記録部８３は、図３で示した受信電波強度情報記録部２９と、電波強度情報送信部８５は、図３で示した電波強度情報送信部３１と、夫々構成、機能が同一である。よって、これらの詳細については、説明を省略する。

上記構成のフェーズドアレイアンテナにおいて、複数の可変移相器７３ａ〜７３ｎは、移相器制御部７７の制御下で、夫々対応するアンテナ素子７１ａ〜７１ｎからの位置ビーコン信号等の電波の位相や振幅等を任意に可変すると共に、位相や振幅等を可変した後の電波を、合成分配器７５に出力する。合成分配器７５は、可変移相器７３ａ〜７３ｎから夫々出力される上記電波を合成すると共に、合成した後の電波を、位置ビーコン信号受信部７９等に出力する。移相器制御部７７は、各々の可変移相器７３ａ〜７３ｎの信号処理動作を制御する。

図１乃至図５で説明した本発明の第１の実施形態では、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）が、移動無線端末１が間欠的に送信する位置ビーコン信号等を受信する際に、複数本のアンテナ２１ａ〜２１ｎの接続を順次選択的に切替えることによって、各々のアンテナ２１ａ〜２１ｎを通じて受信した位置ビーコン信号等の電波強度を測定すると共に、受信した電波強度の最大値を、該位置推定ノード（３、５、７、９、１１）での受信電波強度と見做していた。しかし、本実施形態では、フェーズドアレイアンテナを構成する各々のアンテナ素子７１ａ〜７１ｎの信号の位相や振幅を電気的に制御する（任意に可変する）ことにより、アンテナの指向性を高速で可変させることが可能になる。

また、本実施形態では、アンテナ（フェーズドアレイアンテナ）の指向性を高速に可変することが可能であるから、様々な方向から送信されてくる位置ビーコン信号等を、アンテナの指向性を変化させることにより複数回受信することができる。そのため、上記伝播経路の何れかに人や物や構造物が存在することで、該伝播経路を経た位置ビーコン信号等に反射、屈折、回折、散乱、吸収、遮蔽等の現象が生じても、これらの現象に起因する影響を全く受けないか、或いは受け難い伝播経路を経た位置ビーコン信号等が受信可能であるので、上記位置ビーコン信号等の電波強度の測定精度を、従来よりも向上させることができる。よって、移動無線端末１の現在位置が移動によって変化しても、より正確な受信電波強度を測定することができるので、移動無線端末１のより正確な現在位置の推定が行える。更に、各々の位置推定ノード（６１、６３、６５、７５、６９）を、簡易な構成にすることができるのみならず、より高速な処理動作も実現可能になる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る位置推定システムが備える移動無線端末の内部構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態では、図７に示すように、移動無線端末８７に、複数本のアンテナ８９ａ〜８９ｎと、これらのアンテナ８９ａ〜８９ｎと移動無線端末８７側の入力端子９１との間の接続を選択的に切替えるためのアンテナ選択部９３とが備えられている点で、図２で示した移動無線端末１と相違する。

なお、図７において、位置ビーコン信号送信部９５は、図２で示した位置ビーコン信号送信部１７と、時刻情報取得部９７は、図２で示した時刻情報取得部１９と、夫々構成、機能が同一である。よって、これらの詳細については、説明を省略する。

図７において、移動無線端末８７では、位置ビーコン信号送信部９５が、時刻情報取得部９７からの時刻情報を参照して、予め決められた時刻に到達したことを認識すると、アンテナ選択部９３により入力端子９１に接続されているアンテナ（８９ａ〜８９ｎ）（ｎは２以上の整数である)の何れかを通じて位置ビーコン信号等を各々の位置推定ノードへ間欠的に送信する。アンテナ選択部９３によるアンテナ８９ａ〜８９ｎの入力端子９１への接続切替は、既述のようにアンテナ８９ａからアンテナ８９ｎに向けて順に行われる。上記接続切替の動作がアンテナ８９ｎまで行われることにより、移動無線端末８７から位置ビーコン信号群等が、ｎ回送信される。

なお、移動無線端末８７は、位置ビーコン信号等を複数台の位置推定ノードのうちの特定の位置推定ノードにのみ送信するのではなく、不特定多数の位置推定ノードに対し、送信（ブロードキャスト）する。また、位置推定システムを構成する全ての位置推定ノードが上記位置ビーコン信号等を受信可能である必要は無く、移動無線端末８７の現在位置の近傍の位置に配置されている位置推定ノードのうち、少なくとも1台が受信可能であれば良い。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る位置推定システムが備える複数台の位置推定ノードの内部構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態では、図８に示すように、位置推定ノード９９に１本のアンテナ１０１が備えられている点と、図３で示したようなアンテナ選択部（２３）が設けられていない点において、図３で示した位置推定ノードと構成が相違する。

図８において、位置ビーコン信号受信部１０３は、図３で示した位置ビーコン信号受信部２５と、受信電波強度測定部１０５は、図３で示した受信電波強度測定部２７と、受信電波強度情報記録部１０７は、図３で示した受信電波強度情報記録部２９と、電波強度情報送信部１０９は、図３で示した電波強度情報送信部３１と、夫々構成、機能が同一である。よって、これらの詳細については、説明を省略する。

図１乃至図５で説明した本発明の第１の実施形態では、各々の位置推定ノード（３、５、７、９、１１）が、移動無線端末１が間欠的に送信する位置ビーコン信号等を受信する際に、複数本のアンテナ２１ａ〜２１ｎの接続を順次選択的に切替えることによって、各々のアンテナ２１ａ〜２１ｎを通じて受信した位置ビーコン信号等の電波強度を測定すると共に、受信した電波強度の最大値を、該位置推定ノード（３、５、７、９、１１）での受信電波強度と見做していた。

しかし、本実施形態では、上述した第１の実施形態とは逆に、移動無線端末８７側に複数本のアンテナ８９ａ〜８９ｎとアンテナ選択部９３とを備えると共に、位置推定ノード９９側においては、アンテナを符号１０１で示した１本だけ備えることとし、アンテナ選択部は備えていない。よって、位置推定ノード９９においては、複数本のアンテナ８９ａ〜８９ｎを通じて移動無線端末８７から送信される位置ビーコン信号等を、１本のアンテナ１０１を通じて受信することになる。

このように、本実施形態においては、位置推定ノード９９側において、複数本のアンテナと、アンテナ選択部とが不要になるため、位置推定ノード９９の小型化、及び低消費電力化を図ることが可能になる。

本実施形態においても、移動無線端末の現在位置が移動によって変化しても、より正確な受信電波強度を測定することができるので、移動無線端末のより正確な現在位置の推定が行える。

更に、本実施形態の変形例として、移動無線端末側、及び位置推定ノード側の双方に、複数本のアンテナと、アンテナ選択部とを備えた構成の位置推定システムを想到し得るが、該システムにおいては、移動無線端末が備えるアンテナの本数と、位置推定ノードが備えるアンテナの本数との積の数だけ、上述した位置ビーコン信号等の受信電波強度の測定が可能になる。よって、より多くの受信電波強度情報から移動無線端末の正確な位置推定が可能になる。

図９は、本発明の第４の実施形態に係る位置推定システムが備える移動無線端末の内部構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態では、移動無線端末に、図２で示したアンテナ１５に代えて、図６で示したのと同一構成のフェーズドアレイアンテナを備えた点で、図２で示した移動無線端末１と相違する。即ち、図９に示すように、本実施形態では、フェーズアンテナとして、複数のアンテナ素子１１１ａ〜１１１ｎと、複数の可変移相器１１３ａ〜１１３ｎと、合成分配器１１５と、移相器制御部１１７とが、移動無線端末１２３に備えられている。

図９において、複数のアンテナ素子１１１ａ〜１１１ｎは、図６で示した複数のアンテナ素子７１ａ〜７１ｎと、複数の可変移相器１１３ａ〜１１３ｎは、図６で示した複数の可変移相器７３ａ〜７３ｎと、合成分配器１１５は、図６で示した合成分配器７５と、移相器制御部１１７は、図６で示した移相器制御部７７と、夫々構成、機能が同一である。よって、これらの詳細については、説明を省略する。

本実施形態では、移動無線端末１２３に、図７で示したような複数のアンテナ８９ａ〜８９ｎを備える代わりに、上述した構成のフェーズドアレイアンテナを備えることにより、フェーズドアレイアンテナを構成する各々のアンテナ素子１１１ａ〜１１１ｎの信号の位相や振幅を電気的に制御する（任意に可変する）ことにより、アンテナの指向性を高速で可変させることが可能になる。

よって、移動無線端末１２３から送信される位置ビーコン信号等の伝播経路に存在する人や物や構造物によって、位置ビーコン信号等に反射、屈折、回折、散乱、吸収、遮蔽等の現象が生じても、これらの現象に起因する影響を全く受けないか、或いは受け難い伝播経路を経た位置ビーコン信号等が受信可能であるので、上記位置ビーコン信号等の電波強度の測定精度を、従来よりも向上させることができる。よって、移動無線端末１２３の現在位置が移動によって変化しても、より正確な受信電波強度を測定することができるので、移動無線端末１２３のより正確な位置推定が行える。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る位置推定システムの全体構成を示すブロック図。 図１に記載した位置推定システムが備える移動無線端末の内部構成を示す機能ブロック図。 図１に記載した位置推定システムが備える複数台の位置推定ノードの内部構成を示す機能ブロック図。 図１に記載した位置推定システムが備える位置推定サーバの内部構成を示す機能ブロック図。 図１に記載した位置推定システムにおいて採用される位置ビーコン信号の信号形式の一例を示す模式図。 本発明の第２の実施形態に係る位置推定システムが備える複数台の位置推定ノードの内部構成を示す機能ブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る位置推定システムが備える移動無線端末の内部構成を示す機能ブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る位置推定システムが備える複数台の位置推定ノードの内部構成を示す機能ブロック図。 本発明の第４の実施形態に係る位置推定システムが備える移動無線端末の内部構成を示す機能ブロック図。

符号の説明

１、８７，１２３ 移動無線端末
３、５、７、９、１１、６１、６３、６５、６７、６９、９９ 位置推定ノード
１３ 位置推定サーバ
１５、２１ａ〜２１ｎ、８９ａ〜８９ｎ、１０１ アンテナ
１７、９５、１１９ 位置ビーコン信号送信部
１９、９７、１２１ 時刻情報取得部
２２、９１ 入力端子
２３、９３ アンテナ選択部
２５、７９、１０３ 位置ビーコン信号受信部
２７、１０５ 受信電波強度測定部
２９、１０７ 受信電波強度情報記録部
３１、１０９ 電波強度情報送信部
３３ 電波強度情報受信部
３５ 記憶部
３７ 位置推定部
７１ａ〜７１ｎ、１１１ａ〜１１１ｎ アンテナ素子
７３ａ〜７３ｎ、１１３ａ〜１１３ｎ 可変移相器
７５、１１５ 合成分配器
７７、１１７ 移相器制御部
１００ 建物

Claims (16)

1. 仕切られた空間内に存在する、１つのアンテナを有する１又は複数の携帯端末から前記アンテナを通じて無線伝送される前記携帯端末の識別情報に基づき、前記携帯端末の、前記空間内における位置を推定する位置推定システムにおいて、
   前記空間内の適宜な箇所に各々配置される複数の識別情報受信処理部であって、前記携帯端末からの識別情報を受信するための複数のアンテナを有し、各アンテナを通じて受信した識別情報中から受信電波強度が最大のものを抽出する複数の識別情報受信処理部と、
   前記各識別情報受信処理部から個別に伝送される前記識別情報中から受信電波強度の最大のものを抽出すると共に、該抽出された識別情報の伝送元である識別情報受信処理部を検索し、該検索された識別情報受信処理部の配置位置に基づいて前記空間内における前記携帯端末の位置を推定する情報処理部と、
   を備える位置推定システム。
2. 請求項１記載の位置推定システムにおいて、
   前記識別情報受信処理部の、前記空間内における配置位置に係わる情報が、予め前記情報処理部に保持されている位置推定システム。
3. 請求項１記載の位置推定システムにおいて、
   前記各識別情報受信処理部における前記複数のアンテナの配置間隔が、前記識別情報の送信電波の波長の少なくとも１／４以上の間隔に設定されている位置推定システム。
4. 請求項１記載の位置推定システムにおいて、
   前記識別情報が、前記各識別情報受信処理部が持つ複数のアンテナのうちの１つと、前記各識別情報受信処理部の内部回路との間の接続を切替えるタイミングを示した情報を含む位置推定システム。
5. 請求項４記載の位置推定システムにおいて、
   前記携帯端末が、前記識別情報を、所定の周期で間欠的に送信する位置推定システム。
6. 請求項５記載の位置推定システムにおいて、
   前記各識別情報受信処理部が、前記携帯端末からの前記識別情報の送信周期に同期させて、前記各識別情報受信処理部の内部回路と前記複数のアンテナ中の１つとの間の接続を、択一的に切替えるようにした位置推定システム。
7. 請求項１記載の位置推定システムにおいて、
   前記携帯端末が、前記識別情報を送信するために、１つのアンテナを有する位置推定システム。
8. 請求項１記載の位置推定システムにおいて、
   前記各識別情報受信処理部が有する前記アンテナが、アンテナ素子相互間の電流、位相を変化させることにより電磁波の放射方向や指向性を変える機能を持つフェーズドアレイアンテナである位置推定システム。
9. 請求項１記載の位置推定システムにおいて、
   前記携帯端末から前記各識別情報受信処理部を通じて前記情報処理部に与えられる前記識別情報が、前記携帯端末が前記識別情報を送信した時刻を示す情報を含む位置推定システム。
10. 請求項９記載の位置推定システムにおいて、
    前記情報処理部が、前記送信時刻を示す情報をも参酌して、前記空間内における前記携帯端末の位置を推定する位置推定システム。
11. 仕切られた空間内に存在する、複数のアンテナを有する１又は複数の携帯端末から前記アンテナを通じて無線伝送される前記携帯端末の識別情報に基づき、前記携帯端末の、前記空間内における位置を推定する位置推定システムにおいて、
    前記空間内の適宜な箇所に各々配置される複数の識別情報受信処理部であって、前記携帯端末からの識別情報を受信するための１つのアンテナを有し、該アンテナを通じて受信した識別情報中から受信電波強度が最大のものを抽出する複数の識別情報受信処理部と、
    前記各識別情報受信処理部から個別に伝送される前記識別情報中から受信電波強度の最大のものを抽出すると共に、該抽出された識別情報の伝送元である識別情報受信処理部を検索し、該検索された識別情報受信処理部の配置位置に基づいて前記空間内における前記携帯端末の位置を推定する情報処理部と、
    を備える位置推定システム。
12. 請求項１１記載の位置推定システムにおいて、
    前記携帯端末における前記複数のアンテナの配置間隔が、前記識別情報の送信電波の波長の少なくとも１／４以上の間隔に設定されている位置推定システム。
13. 請求項１１記載の位置推定システムにおいて、
    前記携帯端末が有する前記アンテナが、アンテナ素子相互間の電流、位相を変化させることにより電磁波の放射方向や指向性を変える機能を持つフェーズドアレイアンテナである位置推定システム。
14. 仕切られた空間内に存在する、複数のアンテナを有する１又は複数の携帯端末から前記アンテナを通じて無線伝送される前記携帯端末の識別情報に基づき、前記携帯端末の、前記空間内における位置を推定する位置推定システムにおいて、
    前記空間内の適宜な箇所に各々配置される複数の識別情報受信処理部であって、前記携帯端末からの識別情報を受信するための複数のアンテナを有し、各アンテナを通じて受信した識別情報中から受信電波強度が最大のものを抽出する複数の識別情報受信処理部と、
    前記各識別情報受信処理部から個別に伝送される前記識別情報中から受信電波強度の最大のものを抽出すると共に、該抽出された識別情報の伝送元である識別情報受信処理部を検索し、該検索された識別情報受信処理部の配置位置に基づいて前記空間内における前記携帯端末の位置を推定する情報処理部と、
    を備える位置推定システム。
15. 請求項１４記載の位置推定システムにおいて、
    前記携帯端末、及び前記各識別情報受信処理部における前記複数のアンテナの配置間隔が、前記識別情報の送信電波の波長の少なくとも１／４以上の間隔に設定されている位置推定システム。
16. 請求項１４記載の位置推定システムにおいて、
    前記携帯端末、及び前記各識別情報受信処理部が有する前記アンテナが、アンテナ素子相互間の電流、位相を変化させることにより電磁波の放射方向や指向性を変える機能を持つフェーズドアレイアンテナである位置推定システム。

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