JP2011064545A - 位置検出装置、位置検出システム及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の現在位置を、複雑な計算を伴わずに正確に検出でき、位置検出のための情報を登録する必要のない位置検出装置、位置検出システム及び無線通信システムを提供する。
【解決手段】隣り合うものの共振周波数が異なるように移動体が移動する移動路に沿って等間隔に順に配置される複数種類の共振タグのそれぞれに専用のアンテナと、このアンテナの各々を介して共振タグを読み取る共振タグ読取部と、共振タグ読取部により読み取った共振タグの数に基づいて移動体の位置を検出する位置検出部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動路に沿って移動する移動体の位置を検出する位置検出装置、位置検出システム及び無線通信システムに関する。

従来より、移動体の位置を検出するシステムとして、ＲＦＩＤを利用して位置を検出するシステムが検討されている。例えば、特許文献１に開示された技術では、予め、移動体が移動する通路に沿って固有のＩＤ情報を有する複数の基準マークが間隔をあけて配置される。そして、推測航法技術により移動体の方位角及び移動距離とから移動体の現在位置が算出される。そして、移動体に取り付けられたリーダにより基準マークのＩＤ情報が読み取られると、このＩＤ情報を基にこの基準マークが配置されている位置情報とこの基準マークが配置されている通路に対応する通路方位角情報とがマーク情報記憶部から読み出され、移動体の方位角及び移動体の現在位置が校正されるようになっている。

しかしながら、特許文献１の技術では、基準マークからＩＤ情報が読み取られるときに、移動体の方位角及び移動体の現在位置が校正されるが、移動体が基準マーク間を移動しているとき、算出される現在位置にズレが生じ易い。また、位置の算出に複雑な計算を伴う。さらにＩＤ情報に関連した通路方位角及びマーク位置情報を記憶部に登録する必要があり、新たに基準マークを設けた場合には記憶部に登録されている情報を更新する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、移動体の現在位置を、複雑な計算を伴わずに正確に検出でき、また位置検出のための情報を登録する必要のない位置検出装置、位置検出システム及び無線通信システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の位置検出装置は、隣り合うものの共振周波数が異なるように移動体が移動する移動路に沿って等間隔に順に配置される複数種類の共振タグのそれぞれに専用のアンテナと、前記アンテナの各々を介して前記共振タグを読み取る共振タグ読取部と、前記共振タグ読取部により読み取った共振タグの数に基づいて移動体の位置を検出する位置検出部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の位置検出システムは、共振周波数が異なる複数種類の共振タグのそれぞれに専用の複数のアンテナと、前記複数のアンテナを介して前記複数種類の共振タグを読み取る共振タグ読取部と、前記共振タグ読取部により読み取った各共振タグの数に基づいて移動体の位置を検出する位置検出部と、を有する位置検出装置と、前記移動体が移動する移動路に沿って、隣り合うものの共振周波数が異なるように等間隔に順に配置された前記複数種類の共振タグと、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、基地局と、前記基地局に接続された漏洩伝送路と、前記漏洩伝送路に沿って移動する移動体に備えられた、前記漏洩伝送路を介して基地局と通信を行う無線通信端末とから構成される無線通信システムにおいて、共振周波数が異なる複数種類の共振タグのそれぞれに専用であって、前記移動体に設置される複数のアンテナと、前記複数のアンテナを介して前記複数種類の共振タグを読み取る共振タグ読取部と、前記共振タグ読取部により読み取った各共振タグの数に基づいて移動体の位置を検出する位置検出部と、を含んで構成される位置検出装置を備え、前記漏洩伝送路は、前記移動体が移動する移動路に沿って配置されるとともに、前記複数種類の共振タグが、隣り合うものの共振周波数が異なるように等間隔に順に取り付けられ、前記基地局側および無線通信端末側の一方または両方は、前記漏洩伝送路を介して処理対象の情報の一部を受け前記位置検出部により検出された前記移動体の位置の情報およびその他の情報を組み合わせて処理する情報処理部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、現在位置を検出するための情報を記憶しておく必要がなく、新たに共振タグを設けるだけで位置を検出する範囲を延ばすことができる。また、共振周波数の異なる共振タグを順に配置し専用のアンテナを用いることで、同じ共振周波数の共振タグを複数個同時に読み取りにくくなるため、共振タグの配置間隔を狭くすることができ、従って、正確かつ高い分解能で移動体の現在位置を検出することができる。また、読み取った共振タグの数と共振タグの間隔から現在位置を検出するので複雑な計算を必要としない。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる位置検出システムの構成図である。 図２は、本発明の第２の実施形態にかかる位置検出システムの構成図（位置検出例１）である。 図３は、本発明の第２の実施形態にかかる位置検出システムの構成図（位置検出例２）である。 図４は、３種類の共振タグを用いて移動体の移動状態を検出する位置検出システムの構成図である。 図５は、本発明の第３の実施形態にかかる位置検出システムの構成図である。 図６は、本発明の第４の実施形態にかかる無線通信システムの構成図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる位置検出システムの諸実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
はじめに、本発明の第１の実施形態にかかる位置検出システムについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる位置検出システムの構成を示している。

同図に示す符号１は、符号２に示す移動体（例えば、製鉄所の移動式クレーンなど）が移動する移動路である。この移動路１に沿って、共振周波数の異なる２種類の共振タグ、例えば、共振周波数ｆ１の共振タグである第１の共振タグ３ａと共振周波数ｆ２（ただし、ｆ２≠ｆ１）の共振タグである第２の共振タグ３ｂが順に交互に配置されている。一方、移動体２は、共振周波数の異なる２種類の共振タグ（ここでは、第１の共振タグ３ａ、第２の共振タグ３ｂ）に対応したそれぞれに専用のアンテナとして第１の共振タグ読取用アンテナ４ａと第２の共振タグ読取用アンテナ４ｂが備え付けられている。さらに、２つのタグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）で共振タグ（３ａ、３ｂ）を読み取る共振タグ読取部（タグリーダ）５と、読み取った共振タグ（３ａ、３ｂ）の数を計数することにより位置を検出する位置検出部６を備える。

なお、位置検出部６は、制御ユニット（図示せず）に含まれる。この制御ユニットは、ここでは、ＣＰＵなどの処理装置と、位置検出部６の機能を実現する処理等を行うための制御プログラムを記憶したＲＯＭやメインメモリとなるＲＡＭなどの記憶装置と、処理装置の処理結果を外部に出力する出力インターフェースとを備えるコンピュータを利用したハードウェア構成をもつものとするが、専用回路により構成してもよい。また、第１の共振タグ読取用アンテナ４ａと第２の共振タグ読取用アンテナ４ｂとしては、ホイップ型アンテナやパッチ型アンテナを用いることができる。なお、図面において、共振タグ読取部５および位置検出部６は、それぞれ読取部および検出部と略記している（他図においても同様である）。

本実施形態では、各共振タグ（３ａ、３ｂ）の配置間隔はｘ（ｍ）とし、各タグ読取用アンテナ（４ａ、４ｂ）の間隔は略２ｎｘ（ｍ）とする（ｎは自然数であり、図１ではｎ＝１である）。

図１に示すように、移動体２が移動路１を基準点（０地点）から移動を開始し、基準点よりＬ（ｍ）の地点に位置している場合、ここまでに移動体２の共振タグ読取部５が第１の共振タグ読取用アンテナ４ａで読み取った第１の共振タグ３ａの数は１０個、第２の共振タグ読取用アンテナ４ｂで読み取った第２の共振タグ３ｂの数は１０個となる。つまり、基準点から現在位置まで移動する間に２０個の共振タグ（３ａ、３ｂ）を読み取ったことになる。従って、移動体２の位置を検出する位置検出部６は、移動体２の現在位置として２０ｘ（ｍ）を算出する。

なお、各タグ読取用アンテナ（４ａ、４ｂ）は、図１の例では各共振タグ（３ａ、３ｂ）と同様に移動路１に沿って間隔ｘ（ｍ）で並べて取り付けているが、これに限るものではない。例えば、移動路１に対して同じ位置で高さを変えて取り付けてもよい。

図１の例では、各タグ読取用アンテナ（４ａ、４ｂ）間の中心位置を現在位置としているが、２つのタグ読取用アンテナ（４ａ、４ｂ）を移動路１に対して同じ位置とする場合その位置を現在位置とすることで、上記算出例と同様に、現在位置を、共振タグ（３ａ、３ｂ）間の距離ｘ（ｍ）×読み取った共振タグ（３ａ、３ｂ）の数として簡単に算出することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態にかかる位置検出システムについて説明する。図２および図３は、本発明の第２の実施形態にかかる位置検出システムの構成を示している。

図２および図３において、前述の第１の実施形態の位置検出システムの構成と異なるのは、図１では示さなかった移動体制御部７（同図において制御部と略記）を設けたところにある。この移動体制御部７は、移動体２の移動に係る制御（進行、制止、移動方向転換等）をするものであり、ここでは前述の第１の実施形態における制御ユニットに含まれるものとするが、別装置であってもよい。また、移動体２の移動に係る制御は、移動体制御部７から出される制御信号により移動体２の駆動部（図示せず）を制御することにより行われ、この制御信号は、移動体制御部７から位置検出部６へも供給される。

移動体２は、移動路１の途中で停止し、再び移動を開始する場合もある。その場合、各共振タグ（３ａ、３ｂ）の前にいずれかのタグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）が停止すると、どちらかの共振タグ（３ａ、３ｂ）はその間ずっと共振を続けてしまう。従って、位置検出部６は移動体２の移動状態を検出し、同じ共振タグ（３ａ、３ｂ）を連続して読み取らないようにする必要がある。そこで、位置検出部６は、移動体制御部７からの制御信号を基に移動体２の移動状態を検出する。

（位置検出例１）
ここで、図２に示すように、移動体２がＡ地点から移動を開始しＢ地点まで行き、そこから更にＣ地点まで移動して停止した場合を考える。このとき、Ａ地点の位置情報は予め前回停止した時点で基準点（０地点）から５ｘ（ｍ）とわかっている。そこからＢ地点まで移動をする間に、第１の共振タグ３ａを５個、第２の共振タグ３ｂを５個読み取ることになる。従ってＢ地点は基準点から５ｘ＋１０ｘ＝１５ｘ（ｍ）の位置であることがわかる。

移動体２がＢ地点で停止している間、位置検出部６は移動体２の移動体制御部７からの制御信号を基に移動体２が停止していることを検出する。位置検出部６は、移動体２の停止を検出すると、共振タグ読取部５が共振タグ（３ａ、３ｂ）を連続して読み取らないように、共振タグ読取部５にタグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）の機能を停止させる。その後、移動体２が移動を開始すると、位置検出部６は上記制御信号を基に移動体２の移動を検出し、共振タグ読取部５にタグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）の機能を有効にさせる。そして、共振タグ読取部５が共振タグ（３ａ、３ｂ）を読み取っていく。

Ｂ地点からＣ地点まで移動をする間に、共振タグ読取部５は、第１の共振タグ３ａを３個、第２の共振タグ３ｂを２個読み取ることになるため、Ｃ地点は基準点から１５ｘ＋５ｘ＝２０ｘ（ｍ）の位置であることがわかる。

（位置検出例２）
一方、図３に示すように移動体２が移動路１を行ったり来たりする場合には、移動体２の移動方向を検出し、移動方向に合わせて読み取った共振タグ（３ａ、３ｂ）の数を加減算していく必要がある。この場合も、上記例と同様に、共振タグ（３ａ、３ｂ）の前にタグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）が停止すると共振タグ（３ａ、３ｂ）はその間ずっと共振を続けてしまう。そこで、位置検出部６は移動体２の移動状態を検出し、同じ共振タグ（３ａ、３ｂ）を連続して読み取らないようにする。

図３に示すように、移動体２がＥ地点から移動を開始しＦ地点まで行き、そこでＵターンしてＧ地点で停止した場合、Ｅ地点の位置情報は、前回停止した時点で基準点（０地点）から５ｘ（ｍ）とわかっている。そこからＦ地点まで移動をする間に、共振タグ読取部５が、第１の共振タグ３ａを１１個、第２の共振タグ（３ｂ）を１０個読み取ることになる。従ってＦ地点は基準点から５ｘ＋２１ｘ＝２６ｘ（ｍ）の位置であることがわかる。

Ｆ地点で停止している間、位置検出部６は移動体２の移動体制御部７からの制御信号により移動体２が停止していることを検出する。位置検出部６は、移動体２の停止を検出すると、共振タグ読取部５が共振タグ（３ａ、３ｂ）を連続して読み取らないようにタグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）の機能を停止させる。その後、移動体２が移動を開始すると、位置検出部６は上記制御信号を基に移動体２の移動を検出し、タグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）の機能を有効にする。そして、共振タグ読取部５が共振タグ（３ａ、３ｂ）を読み取っていく。

Ｆ地点からＧ地点まで移動をする間に、共振タグ読取部５は、第１の共振タグ３ａを３個、第２の共振タグ３ｂを３個読み取ることになるが、移動体２の移動方向が逆方向になるため、この分をＦ地点での位置２６ｘから減算して、Ｇ地点は基準点から２６ｘ−６ｘ＝２０ｘ（ｍ）の位置であることがわかる。

なお、上記では、移動体２の移動状態（移動方向を含む）の検出に、移動体２の移動体制御部７からの制御信号を用いているが、図４に示すように、共振周波数が他のものと異なる（例えば、ｆ１およびｆ２とは異なるｆ３の共振周波数を有する）共振タグ３ｃを用い、３種類の共振タグ（３ａ、３ｂ、３ｃ）を順に配置し、さらにこれらの共振タグに対応して専用のアンテナ（４ａ、４ｂ、４ｃ）を設けて、共振タグを読み取った順番で移動状態を検出することもできる。図４の例では、共振タグ読取部５が読み取った共振タグ（３ａ、３ｂ、３ｃ）の順番が３ａ→３ｂ→３ｃであれば移動体２は移動路１を左から右へ移動していることになり、読み取った共振タグ（３ａ、３ｂ、３ｃ）の順番が３ａ→３ｃ→３ｂであれば移動体２は移動路１を右から左へ移動していることになる。また、移動体２の移動状態を検出する別法として、例えば、移動体２に、ジャイロセンサなどの移動体２の移動状態を検出できるセンサを取り付けて検出することもできる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかる位置検出システムについて説明する。図５は、本発明の第３の実施形態にかかる位置検出システムの構成を示している。

前述した第１及び第２の実施形態では、移動体２のタグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）としてホイップ型アンテナやパッチ型アンテナなどを想定したが、本実施形態では、図５に示すように共振タグ（３ａ、３ｂ）が配置された方向に対して鋭い（強い）指向性を有するアンテナを用いる。この構成により、タグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）が同じ共振周波数の共振タグを複数個同時に読み取りにくくなるため、共振タグ（３ａ、３ｂ）の配置間隔をさらに狭くすることができる。

なお、図５は、第１の実施形態の位置検出システムに鋭い指向性を有するアンテナを適用した場合の図であり、本実施形態は、鋭い指向性を有するアンテナを用いる点を除いて、第１の実施形態の構成と同様の構成を有する。もちろん、第２の実施形態の位置検出システムに対して、同様に鋭い指向性を有するアンテナを適用し構成することもできる。

第１及び第２の実施形態では、隣り合う共振タグ（３ａ、３ｂ）の間隔をｘ（ｍ）としていた。本実施形態では、移動体２の共振タグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）に指向性の鋭いアンテナを用いるため、隣り合う共振タグ（３ａ、３ｂ）の間隔をｙ（ｍ）（ただし、ｘ＞ｙ）にすることができる。従って位置分解能もｘ（ｍ）からｙ（ｍ）と細かくすることができる。なお、本実施形態では、鋭い指向性を有するアンテナを用いる構成としているが、例えば、パラボラのような反射板を用いることでビームを絞ることが可能である。また、共振タグ（３ａ、３ｂ）を読み取る際のアンテナ出力レベルを下げることによっても、同様の効果を得ることができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施形態にかかる無線通信システムについて説明する。図６は、本発明の第４の実施形態にかかる無線通信システムの構成を示している。

図６に示すように、ＬＣＸ（Leaky Coaxial Cable）等の漏洩伝送路１２が移動体２の移動路１に沿って敷設されている。漏洩伝送路１２は、片方の端部に基地局１１、もう片方の端部に終端器１３が接続されていて、移動体２に備えられた無線端末１４が漏洩伝送路１２を介して基地局１１と無線通信を行える構成となっている。

この構成により、移動体２上に設けられた複数のカメラ（図示せず）により撮像された映像情報（映像信号）や位置検出部６により検出した移動体２の現在位置の情報を、漏洩伝送路１２を介して、移動体２の情報処理装置（図示せず；ここでは第１の実施形態における制御ユニットの一機能部であるものとする）から基地局１１に接続された情報処理装置へ伝送することができる。同様に、移動体２の外部に設けられた複数のカメラ（図示せず）により撮像された映像情報（映像信号）を、漏洩伝送路１２を介して、基地局１１に接続された情報処理装置から移動体２の情報処理装置へ伝送することができる。

移動体２に備わる情報処理装置は、漏洩伝送路１２を介して伝送されてきた映像情報および移動体２上のカメラで撮像した映像情報と、位置検出部６により検出した移動体２の現在位置の情報を組み合わせて処理する。この処理としては、例えば、映像情報と現在位置の情報を組み合わせて表示装置（図示せず）に表示させる処理などが挙げられる。一方、基地局１１に接続される情報処理装置は、漏洩伝送路１２を介して伝送されてきた映像情報および移動体２の現在位置の情報と、移動体２の外部に設けられたカメラで撮像した映像情報とを組み合わせて同様に処理する。なお、上記処理は、一方の情報処理装置で行うようにしても、両方の情報処理装置で行うようにしてもよい。また、漏洩伝送路１２を介して伝送される情報の内容およびカメラの配置は任意である。

また、本実施形態では、漏洩伝送路１２の表面に、共振周波数の異なる２種類の共振タグ（３ａ、３ｂ）を順に交互に取り付け、移動体２に備えられた共振周波数の異なる２種類の共振タグ（３ａ、３ｂ）に対応したそれぞれに専用のアンテナ（４ａ，４ｂ）で各共振タグ（３ａ、３ｂ）を読み取り、読み取った共振タグ（３ａ、３ｂ）の数を計算することにより移動体２の現在位置を検出する。この位置検出に係る構成および処理については、第１の実施形態と同様である。また、本実施形態の構成において、第２の実施形態における制御部７を設けて、第２の実施形態と同様の手法で位置検出を行ってもよい。また、第３の実施形態と同様に、タグ読取用アンテナ（４ａ，４ｂ）として指向性の鋭いアンテナを用いることにより、位置検出の精度を上げることもできる。

なお、漏洩伝送路１２に取り付ける共振タグ（３ａ、３ｂ）は、漏洩伝送路１２の表面に貼り付けることもできるし、漏洩伝送路１２のシースの内側に埋め込むこともできる。あるいは、漏洩伝送路１２の表面に、導電性のインクなどで印刷して構成することもできる。また、各共振タグ（３ａ、３ｂ）を取り付ける位置は、漏洩伝送路１２のスロット（電波漏洩部分）のない位置が望ましい。

本実施形態によれば、製鉄所におけるクレーンなどの移動体２上にいる操作者や自動操縦装置または移動体２の外部にいる操作者や自動操縦装置が、カメラにより撮像した映像情報と、移動体２の位置情報とから、移動体２の正確な位置を含む現在の状況を知ることができる。

（その他の実施形態）
前述した本発明の諸実施形態においては、第１の共振タグ３ａと第２の共振タグ３ｂの２種類の共振タグとそれぞれに専用のアンテナを用いるものとして説明したが、これに限るものではない。少なくとも、複数種類の共振タグが、その隣り合うものの共振周波数が異なるように、等間隔に順に配置され、それぞれに専用のアンテナにより各共振タグを読み取ることができればよい。もちろん、１種類の共振タグと対応するアンテナを用いて前述の位置検出を行っても、複数種類の共振タグを用いた場合より分解能は劣るものの、位置検出は可能である。

また、各図において、各共振タグ（３ａ，３ｂ）を直線上に配置しているが、共振タグ（３ａ，３ｂ）は、任意の移動路１に沿って配置されるものであり、移動路１が曲線であれば、その曲線に沿って配置される。

また、位置検出部６および／または移動体制御部７は、移動体２に設けられた制御ユニットに限らず、移動体２の外部に設けられた制御ユニット内に実現してもよい。いずれの場合も、共振タグ読取部５が読み取った各共振タグ（３ａ、３ｂ）の数の情報および移動体制御部７の制御信号は、位置検出部６を備える制御ユニットに送信される。

１…移動路、２…移動体、３ａ…第１の共振タグ、３ｂ…第２の共振タグ、４ａ…第１の共振タグ読取用アンテナ、４ｂ…第２の共振タグ読取用アンテナ、５…共振タグ読取部、６…位置検出部、７…移動体制御部

特開２００８−９５３３号公報

Claims (6)

1. 隣り合うものの共振周波数が異なるように移動体が移動する移動路に沿って等間隔に順に配置される複数種類の共振タグのそれぞれに専用のアンテナと、
   前記アンテナの各々を介して前記共振タグを読み取る共振タグ読取部と、
   前記共振タグ読取部により読み取った共振タグの数に基づいて移動体の位置を検出する位置検出部と、
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記位置検出部は、前記共振タグ読取部により読み取った共振タグの数と共振タグ間の間隔から現在位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記位置検出部は、移動体の移動状態を検出し、移動体が停止しているときには、前記共振タグ読取部に前記共振タグを読み取らせないようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記アンテナは、読み取る共振タグの方向に鋭い指向性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. 共振周波数が異なる複数種類の共振タグのそれぞれに専用の複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナを介して前記複数種類の共振タグを読み取る共振タグ読取部と、
   前記共振タグ読取部により読み取った各共振タグの数に基づいて移動体の位置を検出する位置検出部と、を有する位置検出装置と、
   前記移動体が移動する移動路に沿って、隣り合うものの共振周波数が異なるように等間隔に順に配置された前記複数種類の共振タグと、
   を備えることを特徴とする位置検出システム。
6. 基地局と、前記基地局に接続された漏洩伝送路と、前記漏洩伝送路に沿って移動する移動体に備えられた、前記漏洩伝送路を介して基地局と通信を行う無線通信端末とから構成される無線通信システムにおいて、
   共振周波数が異なる複数種類の共振タグのそれぞれに専用であって、前記移動体に設置される複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナを介して前記複数種類の共振タグを読み取る共振タグ読取部と、
   前記共振タグ読取部により読み取った各共振タグの数に基づいて移動体の位置を検出する位置検出部と、を含んで構成される位置検出装置を備え、
   前記漏洩伝送路は、
   前記移動体が移動する移動路に沿って配置されるとともに、前記複数種類の共振タグが、隣り合うものの共振周波数が異なるように等間隔に順に取り付けられ、
   前記基地局側および無線通信端末側の一方または両方は、前記漏洩伝送路を介して処理対象の情報の一部を受け前記位置検出部により検出された前記移動体の位置の情報およびその他の情報を組み合わせて処理する情報処理部を備える
   ことを特徴とする無線通信システム。

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