JP2010010850A - 無線端末の位置推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 無線端末である移動局が屋内にあっても安定した位置の推定を行うことのできる無線端末の位置推定システムを提供すること。
【解決手段】 固定された複数の照明器具３の位置を基準にして、無線端末である子機４の位置を推定する方法であって、無線端末である親機１が、子機４と無線端末である中継機２を介して無線通信を行い、子機４は照明器具３が発する位置情報２０３、および照明器具３が発信する位置情報信号の受信時における信号強度情報である赤外線受信強度情報を無線通信により親機１に送信し、親機１は送信された位置情報２０３と赤外線受信強度情報を元に子機４に最も近接している照明器具３の判定を行うことで、子機４の位置を推定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば無線端末である親機と複数の子機の間で無線通信を行う際に、移動可能なそれら子機の位置を推定するためのシステムに関するものである。

無線端末の位置推定に関しては、従来から多くの技術が提案されている。例えば特許文献１には、基地局において移動局の位置を検出するために、基地局の周りを扇状および環状に区画化し、それぞれの扇状の区画に対応するように指向性を持つ受信アンテナを基地局に備え、移動局からの信号を検知して、いずれの受信アンテナによる受信強度が大きいかによりどの扇状の区画に移動局があるかを判別し、さらにその受信強度からいずれの環状の区画からの信号であるかを推定して、移動局の位置を特定する方法が開示されている。

また、特許文献２には、テーマパークにおける迷子対策等に用いられるものとして、全地球測位システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）を利用してＧＰＳ衛星からの電波を受信することで被管理用端末である自機の所在位置を割り出し、その位置情報を管理用端末に送信することで自機の位置を特定させる構成が開示されている。ＧＰＳを用いることにより、屋外で３つのＧＰＳ衛星が見える場所では、緯度と経度を、特定でき、さらに4つの衛星が見える場所では、それに加えて高度を割り出すことが可能となっている。

特開平９−７４５８５号公報 特開２００４−６４２５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される構成では、電波の到来方向から移動局の位置を推定するため、移動局が屋内に存在するような場合や建造物の密集地帯など周囲の電波環境や遮蔽物の影響がある場合には、移動局からの電波そのものが受信できなかったり、あるいは電波の反射により電波の到来方向と移動局の位置が対応しない等、位置の特定そのものが不能となったり、特定できたと思われても、誤った位置特定となる場合があるという課題がある。

また、特許文献２に開示される構成では、位置特定のためにＧＰＳ衛星からの電波を受信する必要があるため、衛星からの電波が遮断されるような屋内施設に迷子がいるような場合には、位置特定ができないという課題がある。

そこで、本発明の目的は、移動可能な無線端末が屋内にあるような場合でも、安定してその位置推定を行うことが可能な無線端末の位置推定システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の無線端末の位置推定システムは、位置を特定して固定されている複数の装置の位置を基準にして無線端末である複数の子機の位置を推定するものであって、複数の装置は赤外線によってそれぞれの位置情報を発信する赤外線照射部を有し、複数の子機はそれぞれ固有の識別情報を持ちかつ装置の位置情報を受信する赤外線受光部を備えており、それら子機は無線通信により接続される親機からの呼び出し信号に応答して自身の固有の識別情報と装置の位置情報および装置からの位置情報の信号強度情報である赤外線受信強度情報を無線通信により親機に送信し、親機は子機からの識別情報、位置情報および赤外線受信強度情報を元に識別情報に該当する子機とその子機が最も近接している装置を特定することで、子機の位置を推定するようにしている。

本発明の無線端末の位置推定システムは、親機と子機の直接の無線通信が困難な場合には、１以上の中継機を介して無線通信を行うようにしている。

本発明の無線端末の位置推定システムは、親機および中継機はそれぞれ位置を固定されてそれぞれの位置情報を持ち、親機は子機と直接通信を行った親機もしくは中継機の位置情報および子機からの信号強度の情報である無線信号受信強度情報を元に子機の推定位置を補正するようにしている。

本発明の無線端末の位置推定システムは、複数の装置はそれぞれ異なる波長の赤外線で位置情報を発信する赤外線照射部を備えており、子機の赤外線受光部はそれぞれの装置に対応する全ての波長の位置情報を受信する手段を備えており、複数の位置情報を同時に受信した場合には、それぞれの位置情報およびその受信時における信号強度情報である赤外線受信強度情報を無線通信により親機に送信し、親機は子機からの識別情報、位置情報および赤外線受信強度情報を元に子機と子機が最も近接している装置を特定することで、子機の位置を推定するようにしている。

本発明の無線端末の位置推定システムは、子機は複数の赤外線受光部を備え、それら複数の赤外線受光部はそれぞれ異なる角度から入射する赤外線信号を受信するように配置されている。

以上のように、本発明では、位置が特定されている装置の赤外線照射部から発せられる位置情報をいずれかの子機が受信し、子機に固有の識別情報と装置の位置情報を無線で親機に送信することにより、親機は、さらに赤外線受信強度情報から、最も強い赤外線信号を発信した装置の位置を子機に近接する装置の位置として特定することで固有識別情報に合致する子機の位置推定を行う。したがって、位置が特定されている装置が有している位置情報を用いるために、電波による位置推定方法では問題となっていた反射等の電波環境による推定位置の誤りがなく、精度の良い位置推定が可能となる。赤外線照射部を有する装置は、例えば照明器具であっても良いが、照明器具でなくても良いことは言うまでもない。また、赤外線照射部が付加された照明器具、赤外線照射部を有する他の装置の混成の構成であっても良い。照明器具は、通常、天井等広い範囲を俯瞰できる位置にあり、かつ赤外線照射部に給電するための電源を確保することが容易になるので、これを利用しない理由はないだけのことである。

また、本発明では、親機と子機は、直接の通信が困難な場合には、１以上の中継機を介して無線通信を行うようにしており、１以上の中継機を配置することで子機と親機の通信可能な範囲を広げ、屋内外を問わず子機の位置推定可能範囲を広げることが可能となる。

また、本発明では、親機と中継機の位置を固定し、それぞれに位置情報を持たせ、子機と直接通信可能な親機または中継器を特定して、それらの位置情報と子機からの無線信号強度情報を用いることで、子機の位置推定の補正を行うことで精度の良い子機の位置推定が可能となる。

また、本発明では、複数の装置が位置情報として異なる波長の赤外線信号を照射するように構成し、子機はそれら波長の異なる赤外線信号を受信する受光部を持ち、それら信号を受信できる。したがって子機が赤外線信号を受信するのに混信することがなく、それぞれの位置情報と赤外線受信強度情報を親機に確実に送信し、親機はそれぞれの装置の位置情報と赤外線受信強度情報を用いることで、精度の良い位置推定が可能となる。また、装置を近接して多数配置することも可能であり、その場合には、位置推定の精度を各段に向上させることができる。前述の通り、赤外線照射部は、例えば照明器具に付加されていても良い。

また、本発明では、例えば、赤外線照射部が照明器具に付加されており、子機にそれぞれ異なる角度から入射する赤外線に対応しかつ照度センサを備える受光部を複数備えるように構成しておけば、照明器具から発せられる可視光の到来方向を捕捉して照度の最も高い状態の受光部を赤外線信号の受信に用いるようにすることで、その赤外線の入射角度を特定し、赤外線信号の発信元でもある最近接の照明器具を特定して、位置推定の精度を向上させることが可能となる。このような構成には、必ずしも照度センサではなくても良く、照度センサ以外の、赤外線の入射角度と赤外線照射部とを１対１に関連付けられる手段を用いてもなんら問題はない。

赤外線照射部としては、０．８５μｍ前後の波長の赤外光を出すＬＥＤ（Light−Emitting Diode）と、その赤外光をデジタル変調、アナログ変調可能な変調部を有するものが使用可能である。例えば、そのような赤外線照射部は、テレビ等のリモコン装置にも用いられている。もちろん、波長は、０．８５μｍ前後に限られるものでなく、1μｍ近辺や、１．３μｍ、１．５μｍさらには、２μｍ、３μｍ近辺であっても良いが、安価に入手可能なものを用いることがより好ましい。また、ＬＥＤではなく、ＬＤ（Laser Diode）を用いることも可能ではあるが、価格の問題並びに、目に直接入射する場合の危険性等から、ＬＥＤを用いることが好ましい。

赤外線照射部から照射される赤外線の波長は、ＬＥＤの活性部の化合物半導体の組成によって決定しても良いし、広い波長範囲の赤外光を出すＬＥＤと波長選択性のフィルタを組み合せても制御できる。赤外線受光部には、例えば、ＰＤ（PhotoDiode）、あるいはＰＤと電荷結合素子 (ＣＣＤ: Charge Coupled Device)あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal−Oxide−Semiconductor）素子の組合せ等が利用可能である。また、波長を選択して受光するためには、受光部に波長選択性のフィルタを組み合わせたもの、プリズムや回折格子等波長毎に分光する機能を有する光学素子との組み合わせであっても良い。

以上のように、本発明によれば、上述の構成とすることにより、屋内外を問わず無線端末の位置推定を行うことができる位置推定システムの提供が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の通信概念図である。無線端末の親機１、中継機２、そして照明器具３の位置は固定されている。親機１、中継機２、子機４のそれぞれの無線による送受信可能範囲が鎖線の円で示され、通信を行うことが可能となっている。また、照明器具３は赤外線照射部を備え、常に赤外線によって照明器具３自身の位置情報２０３を発信しており、その受信可能な範囲は点線の円で示される。点線の円内に子機４が存在する場合、子機４は照明器具３の位置情報２０３を受信する。親機１と子機４の無線通信可能範囲が重なっていれば、親機１と子機４は直接通信可能である。双方の距離が一定以上離れ、直接通信できない場合でも、図１のように間に親機１と子機４のそれぞれの通信範囲内にある中継機２を介することで通信を行うことが可能となる。

図２は、本発明の無線端末である親機１の構成を示すブロック図であり、送受信部５、制御部６、データ保有部７、入力部８、表示部９、アンテナ１０で構成される。親機１は位置を固定されて設置されており、データ保有部７には親機１、中継機２および照明器具３のそれぞれの位置情報２０１、位置情報２０２および位置情報２０３が保有されている。入力部８は、人もしくはコンピュータ等の外部装置等からの情報を入力し制御部６に伝える。表示部９には入力部８からの入力情報と子機４の推定位置を表示する。

図３は、本発明による無線端末である中継機２の構成を示すブロック図であり、送受信部５、制御部１１、データ保有部１２、アンテナ１０で構成される。中継機の位置は固定されており、データ保有部１２には自身の位置情報２０２が保有されている。

図４は、本発明による無線端末である子機４の構成を示すブロック図であり、送受信部５、制御部１３、データ保有部１４、赤外線受光部１５、アンテナ１０で構成される。データ保有部１４には子機固有の識別情報２０４が保有されている。

図５は、本発明による照明器具３の構成を示すブロック図であり、照明部２４、赤外線照射部２５、位置情報２０３を保有するデータ保有部２７および赤外線２６を位置情報２０３で変調する変調信号を赤外線照射部２５に送信する制御部２８からなる。

図６は、図１の状況での中継機２を介した親機１と子機４の無線通信および照明器具３から子機４への情報送信を示すフローチャートを示す図である。

まず、子機４および中継機２は、親機１からの呼び出しがあるまでは待機状態にある（ステップ＃１１１）および（ステップ＃１２１）。親機１が呼び出し信号を送信すると（ステップ＃１０１）、中継機２は呼び出し信号を受信し（ステップ＃１１２）、ついで子機４に呼び出し信号を送信する（ステップ＃１１３）。子機４は呼び出し信号を受信し（ステップ＃１２２）、赤外線信号の受信状態に入る。このとき、照明器具３は常時位置情報２０３を発信しており（ステップ＃１３１）、子機４は赤外線受光部１５によって照明器具３の位置情報２０３を受信し、この位置情報２０３と位置情報受信時の赤外線の受信強度である赤外線受信強度情報をデータ保有部１４に記憶し（ステップ＃１２３）、中継機２に固有の識別情報２０４と照明器具３の位置情報２０３、照明器具３からの赤外線受信強度情報を位置推定用の通信データ５１として送信し（ステップ＃１２４）、再び待機状態へ移行する（ステップ＃１２５）。中継機２は子機４からの通信データ５１を受信する（ステップ＃１１４）。中継機２は受信した通信テータ５１の照明器具の位置情報２０３に、自身の位置情報２０２と子機４からの赤外線受信強度情報を付加し、この位置推定用データを通信データ５２として親機１に送信し（ステップ＃１１５）、再び待機状態へ移行する（ステップ＃１１６）。親機１は中継機２からの通信データ５２を受信する（ステップ＃１０２）。親機１はデータ保有部７に保存されている位置情報２０３および位置情報２０２と、受信した照明器具３の位置情報２０３と照明器具３からの赤外線受信強度情報、さらに中継機２の位置情報２０２と子機４からの無線信号受信強度情報を基に子機４の位置の推定を行う（ステップ＃１０３）。このとき、子機４の固有の識別情報２０４と推定位置が表示部９に表示される。位置推定の手順は、図６のフローチャートに限定されるものではなく、照明器具３の位置情報２０３と、子機４の識別情報２０４、中継機２の位置情報２０２および赤外線受信強度情報と無線信号受信強度情報が親機１に正確に伝わり、親機１でそれら情報を元に子機４の位置の推定が可能な手順であれば問題ない。

図７は、子機４が受信する赤外線受信強度情報による子機４の推定位置の絞込みの概念図である。子機４が照明器具３に近いほど、子機４での赤外線受信強度は強くなり、逆に子機４と照明器具３が離れるにつれ、子機４での赤外線受信強度は弱くなっていく。このように、赤外線受信強度情報によって子機４の照明器具３に対する相対位置を絞り込む。

図８は、中継機２の位置情報２０２による子機４の推定位置の絞込みの概念図である。固定された中継機２と子機４が直接通信するとき、その通信可能範囲は一定距離内であることから子機４の存在範囲を推定可能である。また子機４が中継機２に近いほど、中継機２での子機４から送られる無線信号の受信強度は強くなる。照明器具３の位置情報２０３および赤外線受信強度情報で推定される子機４の位置に、中継機２の位置情報２０２および中継機２での子機４から送られる信号の無線受信強度情報を加えることで、図８では、鎖線の円内を中継機２の通信範囲とし、点線の円内を照明器具３の位置情報を受信可能な範囲とし、通信データ５２が照明器具３の位置情報２０３と中継機２の位置情報２０２の両方を有していた場合、子機の位置は図８中の網掛け部内と推定される。

親機１と子機４の通信に複数の中継機２を経由させる場合、中継機２の位置情報２０２および無線受信強度情報を通信データ５１に付加して通信データ５２とする中継機２は子機４と直接通信を行うものに限定され、親機１と子機４で直接通信を行う場合には、親機１の位置情報２０１を子機４の位置推定に用いれば良い。

（実施の形態２）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２による子機の構成を示すブロック図であり、送受信部５、制御部１３、データ保有部１４、赤外線受光部１６で構成される。赤外線受光部１６は、受光波長の異なる赤外線受光素子Ａ１〜Ａｎ（ｎは自然数）で構成される。また、複数の照明器具３は赤外線受光素子Ａ１〜Ａｎのいずれかに対応した波長の赤外線照射部２５を備え、照明器具同士の赤外線照射範囲が重なるような場所では、それぞれ異なる波長の信号を発射する照明器具が配置される。子機の赤外線受光部１６および複数の照明器具の設定以外の形態は実施の形態１と同様であり、親機１、中継機２を用いて、基本的に、図６に示されるフローチャートに従い通信を行う。前述の通り、必ずしも図６のフローチャートに従わなくても、位置推定が可能な手順に従えば問題ない。

図１０は、本発明の第２の実施の形態による子機の位置推定の概念図である。照明器具１７、照明器具１８からは、それぞれの位置情報がそれぞれ異なる波長による赤外線２６で照射されている。図１０中の円Ａ、円Ｂはそれぞれ照明器具１７、照明器具１８の赤外線信号照射範囲を示している。

図１０において、子機１９は、円Ａ内に位置しており、照明器具１７の位置情報２１７を受信し、照明器具１７からの赤外線２６の受信強度を記憶し、これらの情報と子機１９に固有の識別情報２１９を位置推定用データとして親機に送信する。子機２０は、円Ｂ内に位置しており、同様に照明器具１８の位置情報２１８を受信し、照明器具１８からの赤外線信号の受信強度を記憶し、これらの情報と子機２０に固有の識別情報２２０を位置推定用データとして親機に送信する。子機２１は、円Ａと円Ｂとが重なる範囲に位置している。照明器具１７と照明器具１８は異なる波長の赤外線信号を発しているため、子機２１は赤外線受光部内のそれぞれの波長に対応した受光素子でこれらを受信し、照明器具１７と照明器具１８の２つの位置情報２１７および位置情報２１８と、各位置情報に対応したそれぞれの受信強度を記憶し、これらの情報に加えて子機２１に固有の識別情報２２１を位置推定用データとして親機１に送信する。

親機１は子機１９、子機２０、子機２１から送信された位置推定用データでそれぞれの位置推定を行う。子機１９の位置推定用データの照明器具の位置情報には照明器具１７の位置情報２１７のみが入っているため、子機１９の位置は円Ａ内であって円Ｂと重ならない範囲（範囲Ａ∩notB）と推定される。同様に、子機２０の位置推定用データの照明器具の位置情報は照明器具１８の位置情報２１８のみが入っているため、子機２０の位置は円Ｂ内であって円Ａと重ならない範囲（範囲notＡ∩Ｂ）と推定される。一方、子機２１の位置推定用データには位置情報２１７と位置情報２１８の両方が入っているため、子機２１の位置は円Ａと円Ｂが重なる範囲（範囲Ａ∩Ｂ）と推定される。さらに、これら子機の推定位置は、図８のような赤外線の受信強度情報によって絞り込まれる。

（実施の形態３）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態３による子機２３の構成を示すブロック図であり、送受信部５、制御部２２、データ保有部１４、赤外線受光部Ｂ１〜Ｂｎ（ｎは自然数）で構成される。

図１２は、本実施例による子機の外観図である。子機２３の複数の外側面に赤外線受光部Ｂ１〜Ｂｎを配置している。子機２３の赤外線受光部の複数配置以外の形態は実施の形態１と同様であり、親機１、中継機２を用いて、基本的に、図６に示されるフローチャートに従い通信を行う。前述の通り、必ずしも図６のフローチャートに従わなくても、位置推定が可能な手順に従えば問題ない。

複数の外側面に赤外線受光部を配置することによって、容易に受信可能な赤外線の発信元方向を拡大し、子機の設置角度や設置環境の選択性を広げることが可能となる。例えば、壁面などに照明器具が取り付けられている状態でも、子機は外側面に取り付けられたいずれかの受光部でその位置情報を受信可能とすることができる。また物体の側面に子機を取り付けても、例えば上方からの赤外線信号を問題なく受信できる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、部材や構成の変更があっても、本発明に含まれる。

例えば、前述の実施の形態では、赤外線照射部を備える装置は、照明器具となっているが、照明器具でなくても、例えば煙探知機を適用することも可能であるし、空調設備等を適用しても、問題はない。また、赤外線による位置情報の発信でなくても、使用可能な波長の電波による発信であっても良いし、適宜変調された可視光を選択することも可能である。すなわち、当業者であれば、当然なし得る範囲内の各種変形や修正もまた本発明に含まれる。

本発明の実施の形態１での通信概念図。 本発明での親機の構成を示すブロック図。 本発明での中継機の構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態１での子機の構成を示すブロック図。 本発明の照明器具の構成を示すブロック図。 本発明での中継機を介した親機と子機の無線通信および照明器具から子機への情報送信を示すフローチャートを示す図。 本発明での子機が受信する赤外線信号の受信強度情報による推定位置絞込みの概念図。 本発明での中継機の位置情報による子機の推定位置絞込みの概念図。 本発明の実施の形態２による子機の構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態２による子機の位置推定の概念図。 本発明の実施の形態３での子機の構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態３での子機の外観図。

符号の説明

１ 親機
２ 中継機
３、１７、１８ 照明器具
４、１９、２０、２１、２３ 子機
５ 送受信部
６、１１、１３、２２、２８ 制御部
７、１２、１４、２７ データ保有部
８ 入力部
９ 表示部
１０ アンテナ
１５、１６、Ａ１〜Ａｎ、Ｂ１〜Ｂｎ 赤外線受光部
２４ 照明部
２５ 赤外線照射部
２６ 赤外線
５１、５２ 通信データ
２０１、２０２、２０３、２１７、２１８ 位置情報
２０４、２１９、２２０、２２１ 識別情報

Claims (5)

1. 無線端末である親機と、無線端末である複数の子機と、位置を特定して固定された複数の装置から成り、前記複数の装置の位置を基準にして前記複数の子機の位置を推定する無線端末の位置推定システムであって、
   前記複数の装置は赤外線信号によって各々の位置情報を発信する赤外線照射部を備え、
   前記複数の子機は移動可能であって各々固有の識別情報を持ちかつ前記装置が発信する位置情報を受信する赤外線受光部を備え、
   前記子機は無線通信により接続される前記親機からの要求に応じて前記識別情報と前記位置情報および前記装置が発信する位置情報の受信時における信号強度情報である赤外線受信強度情報を前記親機に送信し、
   前記親機は前記子機からの前記識別情報と前記位置情報および前記赤外線受信強度情報を元に前記子機が最も近接している前記装置を特定することにより前記子機の位置を推定することを特徴とする無線端末の位置推定システム。
2. １以上の中継機を介して前記親機と前記子機の無線通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線端末の位置推定システム。
3. 前記親機および前記中継機は各々位置を固定されて各々の位置情報を持ち、
   前記親機は前記子機と直接通信を行った前記親機または前記中継機の位置情報および前記子機からの信号強度の情報である無線信号受信強度情報を元に子機の推定位置を補正することを特徴とする請求項２に記載の無線端末の位置推定システム。
4. 前記複数の装置は各々異なる波長の赤外線により位置情報を発信する赤外線照射部を備え、
   前記子機は前記異なる波長の位置情報を受信する赤外線受光部を備え、
   前記子機は複数の位置情報を同時に受信した場合には前記識別情報と前記複数の位置情報および前記複数の装置からの赤外線受信強度情報を前記親機に送信し、
   前記親機は前記識別情報、前記位置情報および前記赤外線受信強度情報を元に前記子機が最も近接している装置を特定することにより前記子機の位置を推定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の無線端末の位置推定システム。
5. 前記子機は複数の赤外線受光部を備え、前記複数の赤外線受光部はそれぞれ異なる入射方向の赤外線信号を受信するよう配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の無線端末の位置推定システム。

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