JP2014025887A

JP2014025887A - 無線タグシステム

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Publication number: JP2014025887A
Application number: JP2012168477A
Authority: JP
Inventors: Yuto Kawachi; 勇登河地
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】無線タグの消費電力を抑制することができ、且つ、要求周期で無線タグの位置を決定することができない期間も少なくすることができる無線タグシステムを提供する。
【解決手段】無線タグ（タグ）が通信を行うことができる無線タグリーダ（リーダ）が２つである状態で、タグとリーダとの通信を用い、２つのリーダとタグとの間のリーダ距離Ｌを信号収集期間を隔てて２回測定する。信号収集期間にはタグの加速度信号も取得し保存する。通信を行うことができるリーダが３つになり、３つのリーダ距離Ｌが測定できると、タグの測位を行い（ＳＣ１３）、測位した三次元位置における高さとリーダの高さとの高さ差Ｈを算出する（ＳＣ１４）。この高さ差Ｈと、事前に測定した２回のリーダ距離Ｌから、リーダ距離測定時のタグの水平方向位置を算出する（ＳＣ１５）。この水平方向位置と信号収集期間に取得した加速度信号から対応関係を決定する（ＳＣ１６）。
【選択図】図７

Description

本発明は、無線タグリーダ、無線タグ、無線タグリーダを制御するコントローラを備えた無線タグシステムに関し、特に、無線タグリーダから無線タグまでの距離を測定（測距）して無線タグの位置を決定する技術と、無線タグが備える移動変位センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ、磁気方位センサなど）の信号により無線タグの位置推定を行なう技術とを組み合わせて用いる無線タグシステムに関する。

人が携帯する無線タグの位置を逐次決定することで、人の位置を逐次把握する人見守り技術が知られている。無線タグの位置決定の方法としては、無線タグと所定位置に設置された無線タグリーダとの通信をもとに、その無線タグの位置を決定する技術が知られている。無線タグと無線タグリーダとの距離が３つの異なる場所に設置された無線タグリーダに対して決定できれば、無線タグの位置を計算することができる。そのため、人の位置を逐次把握する必要があるエリアにおいて３つの無線タグリーダの通信範囲が重複するように、且つ、その重複範囲が必要以上に広くならないように、無線タグリーダは配置されている。

人見守り技術をセキュリティや安全対策に使用する場合、人を見失わないようにしなければならない。人を見失わないようにするためには、人が１歩、歩く毎に人の位置を把握することが求められる。成人男性の平均的な歩幅が約７０ｃｍであることから、それよりもやや大きい数値、たとえば１ｍ以上の移動は、人が１歩、歩いたと考えることができる。換言すれば、歩行毎に人の位置を検知しようとする場合、１ｍ以上、人を見失わないようにすることが求められる。そのため、人の通常の移動速度で１ｍ移動するのに要する時間以下の短い周期で人の位置を把握することが求められる。以下では、人の位置を把握する必要がある周期を要求周期という。

従って、無線タグリーダとの間の通信をもとにして無線タグの位置を決定する場合には、無線タグは、リーダとの通信も要求周期で行わなければならない。しかし、無線タグリーダとの通信は無線タグ内での信号処理に比較して電力消費が多い。一方、無線タグは電池で動作するものであり、且つ、サイズが小さいことから、無線タグに搭載している電池の容量は小さい。そのため、無線タグの位置を決定するために無線タグが無線タグリーダと要求周期で通信を行なうと、電池切れとなってしまい、この無線タグの位置を決定することができなくなってしまう恐れがある。電池交換を頻繁に行えば、電池の容量が小さくても、且つ、無線タグが無線タグリーダと要求周期で通信を行なっても、電池切れの恐れは少なくなる。しかし、電池交換は手間であることから、できるだけ少なくしたい。従って、無線タグの電池消耗はできるだけ抑制しなければならない。

ここで、特許文献１には、無線タグの移動に応答した信号を発生する移動変位センサ（前述のように、加速度センサ、ジャイロセンサ、磁気方位センサなど）を無線タグに内蔵しておき、このセンサの信号を用いて自律位置推定を行う技術が提案されている。

移動変位センサの信号を用いた自律位置推定はタグ内での信号処理であることから、自律位置推定に必要な電力は、無線タグが無線タグリーダと通信するために必要な電力に比べて小さい。よって、無線タグと３つ以上の無線タグリーダとの通信をもとにして無線タグの位置を決定することに代えて、移動変位センサの信号を用いて位置推定を行えば、無線タグの電池消耗を抑制することができる。

しかし、上記自律位置推定を行うためには、加速度センサの信号と人の動きとの対応関係が必要となる。上記対応関係は、たとえば、加速度センサの鉛直方向データの上ピークと下ピークとのピーク差と歩幅との対応関係、あるいは、そのピーク差と移動速度との対応関係などである。車のような車輪により直線的に移動する物体であれば、対応関係がなくても、加速度センサの信号を直接的に用いて移動距離を算出することができる。しかし、人の歩幅や移動速度は、加速度センサのピーク差が同じとなる場合であっても、人により、あるいは、同一人でも荷持を所持している等の条件の違いにより異なる。そのため、上記対応関係が必要となるのである。

なお、自律位置推定は、加速度センサと対応関係とを用いて前回位置からの移動量を推定し、現在（今回）の位置を推定する方法であるため、自律位置推定を連続的に行なうと、毎回の誤差が累積する。そこで、周期的に、無線タグと無線タグリーダとの通信を用いた無線タグの位置決定を行なって無線タグの位置を補正する。

特開２００７−３０９８０３号公報

加速度センサの信号（以下、加速度信号）と無線タグを所持した人の動きとの前述の対応関係を作成するには、２点以上の無線タグの三次元位置（ここではタグ位置という）と、その２点以上のタグ位置間を人が移動しているときの加速度信号が必要である。

上記対応関係の決定に必要な無線タグの三次元位置を決定するためには、無線タグと無線タグリーダとの距離を少なくとも３つの異なる場所に設置された無線タグリーダに対して決定する必要がある。つまり、無線タグが３つの無線タグリーダと通信できる状態となった後でなければ、無線タグの三次元位置を決定することはできない。

加えて、上記対応関係をある程度精度のよいものにするには、無線タグの三次元位置を時間をあけて決定する必要がある。対応関係の決定には、前述のように、人の移動距離とその移動の間の加速度信号が必要であり、無線タグの三次元位置を決定する時間間隔があいていないと、加速度信号のデータ数が不十分となり、対応関係の精度が低下してしまうからである。

そのため、無線タグが３つの無線タグリーダと通信できるエリアに入ってから、上記対応関係を作成するために加速度信号の収集を開始する場合、加速度信号の収集が完了するまでには、ある程度の時間がかかる。

一方で、無線タグが３つの無線タグリーダと通信できるエリア（すなわち、３つの無線タグリーダの通信範囲が重なっているエリア）は、人の位置を要求周期で把握する必要があるエリアであるので、無線タグの位置を要求周期で決定しなければならない。しかし、無線タグが３つの無線タグリーダと通信できるエリアに入った後から、上記対応関係を作成するためのセンサ信号の収集が完了するまでの間は自律位置推定はできない。したがって、加速度信号の収集が完了するまでの間は、要求周期で無線タグの位置を決定するため、その周期毎に、毎回、３つの無線タグリーダとの間で通信を用いて距離を測定して、無線タグの位置を決定する必要がある。つまり、対応関係を決定するための加速度信号の収集が完了するまでの間は、無線タグは、短い要求周期で無線タグリーダと通信を行なう必要がある。この短い要求周期の通信により、無線タグは電池消耗が大きくなってしまうという問題がある。

さらには、ある無線タグと無線タグリーダとが通信を行なっている間は、別の無線タグは無線タグリーダと通信を行うことができない。そのため、複数の無線タグが同時期に無線タグリーダとの通信により三次元位置を決定しようとすると、他の無線タグが通信を終えるまで通信待ちをしなければならない。この通信待ち時間は、無線タグリーダと通信を行う無線タグの数が多いほど長くなり、その数によっては、人を見失わないようにするために必要とされている短周期（以下、要求周期で三次元位置を決定することができない可能性があり、要求周期で無線タグの三次元位置を決定できないと、人の位置を見失ってしまう期間が長くなってしまうことになる。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、無線タグの消費電力を抑制することができ、且つ、複数の無線タグが存在した時に、要求周期で無線タグの位置を決定することができない期間も少なくすることができる無線タグシステムを提供することにある。

その目的を達成するための本発明は、
互いに異なる場所に設置された少なくとも３つの無線タグリーダと、
電池、および、その電池の電力により前記無線タグリーダと通信する通信部を備えた無線タグと、
前記少なくとも３つの無線タグリーダを制御するコントローラとを備え、
少なくとも３つの無線タグリーダの通信範囲が部分的に重複するように、前記無線タグリーダが配置されており、
前記無線タグは、その無線タグの位置変化に対応した信号を発生させるセンサとして加速度センサおよび方向センサを備えている無線タグシステムであって、
前記加速度センサが発生する加速度信号と無線タグの移動距離あるいは移動速度との対応関係、および、前記加速度センサ、方向センサの信号から、前記無線タグの位置を逐次推定する自律位置推定手段と、
前記無線タグと前記無線タグリーダとの通信に基づいて、それら無線タグと無線タグリーダとの距離であるリーダ距離を決定する距離決定手段と、
前記無線タグが異なる３つの無線タグリーダと通信が行える状態において、それら３つの無線タグリーダとの間での前記リーダ距離に基づいて、この無線タグの三次元位置を演算する３辺測距手段と、
前記対応関係が決定されておらず、且つ、前記無線タグが通信をすることができる無線タグリーダが２つである状態において、それら２つの無線タグリーダとの間で前記距離決定手段により決定したリーダ距離である２辺測距時情報を、最初の決定時と最後の決定時との時間間隔が所定時間となるように少なくとも２回決定して所定の記憶部に保存するとともに、最初の２辺測距時情報の決定時点と最後の２辺測距時情報の決定時点との間の信号収集期間に前記加速度センサが発生した加速度信号を逐次保存する保存処理手段と、
前記無線タグが通信をすることができる無線タグリーダが３つとなった後、前記３辺測距手段により演算した三次元位置における高さ成分を用いて、前記記憶部に保存している２辺測距時情報に対応する無線タグリーダと前記無線タグの高さ差を算出する差算出手段と、
この差算出手段で算出した前記高さ差を、前記記憶部に保存されている複数の２辺測距時情報を決定した時点における、２辺測距時情報に対応する無線タグリーダと前記無線タグとの高さ差とみなし、２辺測距時情報と高さ差とから、複数の２辺測距時情報を決定した時点における前記無線タグの水平方向位置をそれぞれ決定する水平位置決定手段と、
その水平位置決定手段で決定した複数の水平方向位置から定まる前記無線タグの位置変化と、前記信号収集期間に取得した加速度信号の変化とに基づいて前記対応関係を決定する関係決定手段を備えることを特徴とする無線タグシステムである。

このように、本発明では、保存処理手段により、対応関係が決定されておらず、且つ、無線タグが通信を行うことができる無線タグリーダが２つである状態で、それらの無線タグリーダとの通信で取得することができる２辺測距時情報を少なくとも２回保存するとともに、その少なくとも２回の２辺測距時情報の保存の間の信号収集期間に加速度センサが発生した加速度信号も逐次保存する。

そして、無線タグが通信を行うことができる無線タグリーダが３つになると、３辺測距手段により、無線タグとそれら３つの無線タグリーダまでのリーダ距離を決定して、無線タグの三次元位置を演算する。さらに、差算出手段により、その三次元位置における高さ成分と無線タグリーダの高さとの高さ差を算出する。この高さ差と３辺測距手段により三次元位置が決定できるようになる前に保存しておいた少なくとも２回の２辺測距時情報から、その２辺測距時情報の保存時の無線タグの水平方向位置を２辺測距時情報毎に算出することができる。また、少なくとも２回の２辺測距時情報を保存する間の信号収集期間には加速度信号も保存している。

そのため、３辺測距手段により三次元位置が一度決定できると、２辺測距時情報の保存時の無線タグの水平方向位置がすぐに決定できるので、対応関係も、３辺測距手段により三次元位置が一度決定できるとすぐに決定することができる。

従って、対応関係を必要とする自律位置推定手段による位置推定を開始できるまでの時間が短くなり、それにより、３辺測距手段により三次元位置を演算しなければならない時間も短くなるので、無線タグの電池消費を抑制することができる。

また、対応関係を決定するための三次元位置の決定が一度でよいことから、複数の無線タグが同時に３つの無線タグリーダと通信が行える状態となった場合にも、各無線タグは、他の無線タグが通信を行なっているために、通信開始を待たなければならないという事態が抑制できる。よって、無線タグの位置を、要求周期で決定も推定もできないということが抑制できる。

無線タグ２００を含む無線タグシステム１のシステム構成の概念図である。、無線タグリーダ１００の構成を示す図である。無線タグ２００の構成を示す図である。本実施形態の無線タグ２００、無線タグリーダ１００が実行する処理のうち、最初に実行する処理をタイムチャートで示す図である。図４のＳＴ５の事前データ収集処理の詳細をタイムチャートで示す図である。図５のＳＴ５１、ＳＴ５６の２辺測距処理の詳細をタイムチャートで示す図である。３辺測距状態で無線タグ２００、無線タグリーダ１００、コントローラ３００が行なう処理をタイムチャートで示す図である。無線タグ２００が行なう自律位置推定処理をタイムチャートで示す図である。位置補正処理において無線タグ２００、無線タグリーダ１００、コントローラ３００が行なう処理をタイムチャートで示す図である。垂直距離Ｒなどを示した図である。無線タグ２００の制御部２８０が実行する処理の一例を時間経過に沿って示す図である。無線タグ２００の制御部２８０が実行する処理の一例を時間経過に沿って示す図であって、２つの無線タグ２００が同時に３辺測距エリア１０２に入る場合である。無線タグ２００の制御部２８０が実行する処理の一例を時間経過に沿って示す図であって、３つの無線タグ２００が同時に３辺測距エリア１０２に入る場合である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態となる無線タグシステム１のシステム構成の概念図である。この無線タグシステム１は、家屋４００内を無線タグ２００の位置を測位する測位範囲としている。この測位範囲を含むように形成された３辺測距エリア１０２内に無線タグ２００が存在している場合、無線タグ２００の位置を短周期で決定する。

以下で詳しく説明するように、無線タグ２００の位置決定方法には、無線タグ２００と無線タグリーダ１００との通信を利用する方法と、無線タグ２００が自律的に位置推定を行なう方法とがある。

図１に示すように、無線タグシステム１は、３台の無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃと、無線タグ２００とを備えている。なお、図１には１つの無線タグ２００を示しているが、無線タグ２００は複数であってもよい。さらに、無線タグシステム１は、無線タグリーダ１００を制御するコントローラ３００（図２参照）も備えている。

この図１では、各無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｃは、家屋４００の４つの隅部のうちの３つの隅部にそれぞれ配置されている。これら３つの無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｃは、いずれも、その無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｃを中心とする通信エリア１０１Ａ〜１０１Ｃを持ち、その通信エリア１０１内に無線タグ２００が存在している場合、無線タグ２００と通信を行うことができる。

また、３つの通信エリア１０１Ａ〜１０１Ｃは一部が互いに重複しており、３つの通信エリア１０１Ａ〜１０１Ｃが重複するエリア１０２では、無線タグ２００との間で３つの無線タグリーダ１００の全部が距離を測定することができる。以下、このエリア１０２を３辺測距エリアといい、２つの通信エリア１０１のみが重複するエリアを２辺測距エリア１０３という。３辺測距エリア１０２は家屋４００を含むように形成されている。

図２は、無線タグリーダ１００の構成を示す図である。図２に示すように、無線タグリーダ１００は、制御部１１０、送信部１２０、受信部１３０、測距通信部１４０、アンテナ１５０を備えている。

制御部１１０は、外部へ無線送信させるデータを送信部１２０へ送るとともに、アンテナ１５０によって受信され受信部１３０によって復調・復号されたデータをその受信部１３０から取得する。また、制御部１１０は、測距通信部１４０を制御して、測距用の電波をアンテナ１５０から無線タグ２００へ送信させるとともに、測距通信部１４０が復調した信号を取得する。

また、制御部１１０は、内部にメモリ１１１とタイマ１１２とを備えている。メモリ１１１には、この無線タグリーダ１００のＩＤ、設置座標などが記憶されている。タイマ１１２は、送信周期の計測などに用いる。

送信部１２０、受信部１３０は、無線タグ２００との間でデータの送受信を行なう部分である。送信部１２０は、符号部１２１、変調部１２２、増幅部１２３を備えている。符号部１２１は、制御部１１０から供給されたデータを符号化する。符号部１２１は、この符号化した信号を変調部１２２へ出力する。変調部１２２は、符号部１２１にて符号化された信号を電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて位相偏移変調や周波数偏移変調等の所定の変調方式により変調する。増幅部１２３は、変調部１２２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、アンテナ１５０から電波として送信される。

また、アンテナ１５０は、無線タグ２００から送信された電波を受信する。受信した電波は復調部１３１において復調される。復調された信号は復号部１３２において符号化され、符号化された信号が制御部１１０に送られる。

前述の制御部１１０は、受信部１３０から供給される信号に基づいて、無線タグ２００がこの無線タグリーダ１００の通信範囲に入ったことを検知すると、その無線タグ２００までの距離を、測距通信部１４０を用いて測定する。

測距通信部１４０は、制御部１１０からの指示に従い、送信部１２０、受信部１３０を用いるデータ通信用の周波数とは異なる測距用の所定周波数の電波を無線タグ２００へ送信する。この測距用の周波数は、位相差を用いて測距を行なう場合には、無線タグリーダ１００と、この無線タグリーダ１００の通信範囲の境界付近に存在する無線タグ２００との間の電波の往復距離程度となる周波数を用いる。たとえば、無線タグリーダ１００からその無線タグリーダ１００の通信範囲の境界までの距離が１５ｍである場合、周波数１０ＭＨｚ（波長３０ｍ）の電波を用いればよい。

無線タグ２００は、無線タグリーダ１００から測距用の電波を受信したら、測距用の電波を送信した無線タグリーダ１００に電波を送信（返信）する。測距通信部１４０は、無線タグリーダ１００が送信したこの電波をアンテナ１５０を介して取得する。そして、取得した電波を復調し、復調した信号を制御部１４０へ出力する。

制御部１１０は、無線タグ２００へ測距用の電波を送信してから、無線タグ２００からの電波を受信するまでの時間差、あるいは送信した電波の位相と受信した電波の位相との位相差を決定し、この時間差あるいは位相差をコントローラ３００へ送る。なお、測距通信部１４０は、この時間差あるいは位相差を決定できる電波を送受信できればよいことから、送信機能として増幅部、変調部を備え、受信機能として復調部を備えていればよく、符号部や復号部は不要である。

コントローラ３００は、無線タグリーダ１００が出力した時間差あるいは位相差を用いて無線タグ２００と無線タグリーダ１００との距離の決定、さらに、無線タグ２００の三次元位置の決定などを行なう。コントローラ３００が行なうこれらの処理は後述する。

図３は、無線タグ２００の構成を示す図である。無線タグ２００は人に携帯されるものである。無線タグ２００は、アクティブ方式の無線タグであり、電池２１０を備えている。この電池２１０の他に、無線タグ２００は、送信部２２０、受信部２３０、測距通信部２４０、アンテナ２５０、移動変位センサ２７０、制御部２８０を備えており、電池２１０は、これらに電力を供給する。

送信部２２０は、符号部２２１、変調部２２２、増幅部２２３を備えている。符号部２２１は制御部２８０から送信されるデータを符号化して変調部２２２に送る。変調部２２２は、符号部２２１からの符号を、たとえば、振幅変位変調などの変調方式により変調する。増幅部２２３は、変調部２２２が変調した信号を増幅して、アンテナ２５０から送信させる。

受信部２３０は、アンテナ２５０が受信した電波を復調する復調部２３１と、復調部２３１が復調した信号を復号する復号部２３２とを備えている。復号部２３２は、復号した信号を制御部２８０へ供給する。

測距通信部２４０は、無線タグリーダ１００が送信する測距用の電波をアンテナ２５０を介して取得して、無線タグリーダ１００へ測距用の電波を送り返す機能を備える。単純な構成としては、局部発振器とミキサを備え、無線タグリーダ１００から送信された測距用の電波と局部発振器で発生させた信号とをミキサで混合する構成とすることができる。また、
移動変位センサ２７０は、この無線タグ２００の位置変化に対応したセンサ信号を発生するものであり、たとえば、３軸加速度センサおよび方向センサが用いられる。方向センサとしては、絶対方位を検出する地磁気センサでもよいし、相対的な方位変化を検出するジャイロセンサでもよい。加速度センサおよび方向センサが発生したセンサ信号は制御部２８０に入力される。

制御部２８０は、送信部２２０、受信部２３０、測距通信部２４０を制御する。送信部２２０に対する制御としては、起動中、周期的にタグ通知信号を送信させる制御がある。タグ通知信号は、このシステム１のシステムＩＤなどを含むデータである。また、制御部２８０は、タイマ２８１、メモリ２８２を備えている。タイマ２８１は、クロック発振器（図示せず）のクロックを計数することで計時を行う。

以上のように構成された無線タグリーダ１００、無線タグ２００、およびコントローラ３００がそれぞれ実行する処理を、図４〜図９に示すタイムチャートを用いて説明する。なお、図４〜図９に示すタイムチャートにおいて、横方向の破線矢印は電波を送信していることを概念的に示すものである。また、破線矢印の先が示す装置は、図４〜図９および明細書においてそれらの図を説明する部分に明示の記載がなくても、それらの電波を受信したか否かの判断を繰り返す処理を実行する。

無線タグ２００は、図４のステップＳＴ１で、この無線タグ２００の存在を無線タグリーダ１００に通知するための信号であるタグ通知信号を送信する。このステップＳＴ１は、起動時に実行する。また、同図のステップＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５、図５のステップＳＴ５５、図８のステップＳＴ２８を経て実行することもある。ただし、ステップＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５、ＳＴ５５、ＳＴ２８を経た場合には、前回の送信時から一定時間の経過を待って、このステップＳＴ１を実行する。上記一定時間は、たとえば、いずれの無線タグリーダ１００からも応答信号を受信しない状態では２．０秒、いずれか１つでも無線タグリーダ１００から応答信号を受信できるようになったら０．５秒とする。

無線タグリーダ１００は、タグ通知信号を受信したか否かを判断している（ＳＲ１）。この判断がＮＯの場合、繰り返しタグ通知信号を受信したか否かを判断する。一方、この判断がＹＥＳの場合には、タグ通知信号を受信したことを無線タグ２００に知らせるための応答信号を送信する（ＳＲ２）。なお、３つの無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、互いに異なるスロットで応答信号を送信するように設定されており、同じタグ通知信号に応答して複数の無線タグリーダ１００が応答信号を送信しても、応答信号同士は衝突しないようになっている。

無線タグ２００は、タグ通知信号を送信した後、図４には示してないが応答信号を受信したか否かの判断を一定時間行なっており、その後、ステップＳＴ２で、応答信号の数から受信可能リーダ数を把握する。そして、ステップＳＴ２の結果をもとに、通信できる無線タグリーダ１００の数を判断する（ＳＴ３）。通信できる無線タグリーダ１００の数が０または１である場合にはステップＳＴ１へ戻り、通信できる無線タグリーダ１００の数が２つである場合にはステップＳＴ４へ進み、通信できる無線タグリーダ１００の数が３つである場合には、ステップＳＴ６へ進む。

ステップＳＴ６では、事前データ収集済みか否かを判断する。事前データは次に説明するステップＳＴ５を実行することで収集できる。多くの場合、このステップＳＴ６の判断はＹＥＳとなるが、無線タグ２００を所持した人が、２辺測距エリア１０３を経由せずに３辺測距エリア１０２に入ると、このステップＳＴ６はＮＯとなる。ステップＳＴ６がＹＥＳとなったら図７の３辺測距処理に進む。一方、ステップＳＴ６がＮＯとなった場合には、３辺測距エリア１０２に入ってから、対応関係を作成するためのデータ収集を行なう、従来と同じ処理を実行する。

ステップＳＴ３において、通信できる無線タグリーダ１００の数が２つであると判断した場合には、ステップＳＴ４で事前データ収集済みか否かを判断する。事前データ収集済みの場合（ＳＴ４：ＹＥＳ）もステップＳＴ１へ戻り、事前データ未収集である場合にはステップＳＴ５に進み、事前データ収集処理（請求項の保存処理手段に相当）を実行する。この事前データ収集処理の詳細は図５に示す。

図５に示すように、事前データ収集処理では、まず、２辺測距処理を実行する（ステップＳＴ５１）。２辺測距処理は、２つの無線タグリーダ１００が無線タグ２００とそれぞれ通信を行なって、無線タグ２００から無線タグリーダ１００までの距離を決定する処理である。この２辺測距処理の詳細は図６を用いて後述する。

ステップＳＴ５２では、無線タグ２００が備える加速度センサが発生した信号（以下、加速度信号）を取得し、メモリ２８２に保存する。

ステップＳＴ５３では、ステップＳＴ５１で２辺測距処理を実行してから４秒が経過したか否かを判断する。この４秒は、請求項の保存処理手段における所定時間に相当する。この所定時間が短すぎると、人が移動する距離が短すぎ、加速度信号のデータ数が不十分となり対応関係の精度が不十分となってしまう。一方、所定時間が長すぎると消費電力の点で好ましくなく、また、無線タグ２００が通信できる無線タグリーダ１００が２つである状態が所定時間継続しない可能性が高くなる。これらの観点を考慮して、本実施形態では所定時間を４秒に設定している。

ステップＳＴ５３がＮＯであればステップＳ５２に戻り、加速度信号の取得と保存とを継続する。一方、ステップＳ５３がＹＥＳとなったら、ステップＳＴ５４へ進み、通信できるリーダ数を把握する。この処理は、タグ通知信号を送信し、それに応答して送信される応答信号の数から、通信できるリーダ数を把握する。

続くステップＳＴ５５で、ステップＳ５４の結果をもとに、通信できる無線タグリーダ１００の数を判断する。通信できる無線タグリーダ１００の数が０または１である場合には図４のＳＴ１へ戻る。一方、通信できる無線タグリーダ１００の数が２以上である場合には、ステップＳＴ５６へ進み、２辺測距処理を行なう。このステップＳＴ５６における２辺測距処理も、ステップＳＴ５１と同じ処理である。

次に、この２辺測距処理を図６を用いて説明する。まず、無線タグ２００が、２つの無線タグリーダ１００と通信可能であること、および、通信可能な無線タグリーダ１００がどれであるかを示す信号（以下、２辺測距可能信号）を、無線タグ２００が通信可能ないずれかの無線タグリーダ１００に送信する（ＳＴ５１１）。

無線タグリーダ１００は、無線タグ２００から２辺測距可能信号を受信したか否かを周期的に判断しており、２辺測距可能信号を受信した場合には、その信号をコントローラ３００へ送信する（ＳＲ５１１）。

コントローラ３００は、２辺測距可能信号を無線タグリーダ１００から受信すると、無線タグ２００が通信可能な２つの無線タグリーダ１００に、順次、測距指示を出す（ＳＣ５１１）。

無線タグリーダ１００は、上記測距指示をコントローラ３００から受信すると、測距通信部１４０を使い、無線タグ２００に測距用電波を送信する（ＳＲ５１２）。無線タグ２００は、無線タグリーダ１００が送信した測距用電波を測距通信部２４０で受信すると、その測距通信部２４０を使って無線タグリーダ１００へ電波を返信する（ＳＴ５１２）。

無線タグリーダ１００は、測距通信部１４０を用いて、無線タグ２００が送信する上記電波を受信すると、ステップＳＲ５１２で電波を送信してから無線タグ２００から返信される電波を受信するまでの時間差、あるいは、ステップＳＲ５１２で送信した電波の位相と無線タグ２００から受信した電波の位相との位相差から、無線タグ２００までの距離を測定する（ＳＲ５１３）。

時間差を用いる場合には、たとえば、その時間差からから、無線タグリーダ１００、無線タグ２００の内部処理時間を引くことで、電波の伝播時間を算出する。この伝播時間は往復時間であることから、これを１／２し、さらに、電波の速度を乗じることで、距離を算出する。なお、上記内部処理時間には、予め記憶してある一定値を用いる。また、位相差を用いる方法は、たとえば、特開２００４−１９８３０６号公報に記載されている方法を用いる。以下では、ここで測定した距離をリーダ距離Ｌといい、リーダ距離Ｌを測定した無線タグリーダ１００が、無線タグリーダ１００Ａであればリーダ距離Ｌ１と表記し、無線タグリーダ１００Ｂであればリーダ距離Ｌ２とし、無線タグリーダ１００Ｃであればリーダ距離Ｌ３とする。

無線タグリーダ１００は、リーダ距離Ｌを測定したら、そのリーダ距離Ｌをコントローラ３００へ通知する（ＳＲ５１４）。コントローラ３００は、２つの無線タグリーダ１００からそれぞれ通知されるリーダ距離Ｌを、コントローラ３００が備える図示しない記憶部に保存する（ＳＣ５１２）。以上が２辺測距処理の内容である。

次に、図４のステップＳＴ３で通信できる無線タグリーダ１００の数が３つ以上であると判断し、且つ、事前データ収集済みである場合（ＳＴ６：ＹＥＳ）に実行する３辺測距状態処理を説明する。

３辺測距状態処理は、図７〜図９に示す処理であり、図７が最初に実行する処理である。図７において、ステップＳＴ１１では、無線タグ２００は、３辺測距エリア１０２に入ったこと、および、図４のステップＳＴ５を実行して得た事前データ（すなわち、２回の２辺測距処理の間に取得し保存した４秒間の加速度信号）を含む信号（以下、３辺測距エリア進入時信号という）を、この無線タグ２００が通信可能ないずれかの無線タグリーダ１００へ送信する。

無線タグ２００から、３辺測距エリア進入時信号を受信した無線タグリーダ１００は、その信号をコントローラ３００へ送信する（ＳＲ１１）。コントローラ３００は、３辺測距エリア進入時信号を受信すると、その信号に含まれている事前データを保存する（ＳＣ１１）。そして、３つの無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃに順番に測距指示を出す（ＳＣ１２）。

無線タグリーダ１００は、上記測距指示をコントローラ３００から受信すると、測距通信部１４０を使い、無線タグ２００に測距用電波を送信する（ＳＲ１２）。無線タグ２００は、無線タグリーダ１００が送信した測距用電波を測距通信部２４０で受信すると、その測距通信部２４０を使って無線タグリーダ１００へ電波を返信する（ＳＴ１２）。

無線タグリーダ１００は、測距通信部１４０を用いて、無線タグ２００が送信する上記電波を受信すると、図６のステップＳＲ５１３と同様の処理にて、リーダ距離Ｌを測定する（ＳＲ１３）。そして、測距結果（すなわちリーダ距離Ｌ）をコントローラ３００に通知する（ＳＲ１４）。

コントローラ３００は、３つの無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃからそれぞれ測距結果（リーダ距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を取得する。そして、それらの３つの測距結果を用いて、式１から、無線タグ２００の測位、すなわち、無線タグ２００の現在の三次元位置（ｘ_t，ｙ_t、ｚ_t）の決定を行なう（ＳＣ１３）。

無線タグ２００の三次元位置（ｘ_t，ｙ_t、ｚ_t）は、３つのリーダ距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、各無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、（ｘ_２，ｙ_２、ｚ_２）、（ｘ_３、ｙ_３、ｚ_３）を用いて、下記式１から決定する。各無線タグリーダ１００Ａ〜Ｃの座標は、コントローラ３００が備える図示しない記憶部に予め記憶されている。

続いて、事前データ収集処理（図５）において２辺測距処理（ＳＴ５１、ＳＴ５６）を実行することにより、無線タグ２００と通信できる無線タグリーダ１００の数が２つである状態で測距し、保存しておいた２つのリーダ距離Ｌを用い、図１０に示す垂直距離Ｒおよび高さ差Ｈを算出する（ＳＣ１４）。なお、２辺測距処理は、ステップＳＴ５１およびＳＴ５６の２回実行している。このステップＳＣ１４では、それぞれの２辺測距処理で測距、保存したリーダ距離Ｌを用いて垂直距離Ｒをそれぞれ算出するとともに、高さＨも算出する。

図１０では、無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂが同じ高さに設置されているとしている。図１０に示すように、垂直距離Ｒは、無線タグ２００から、２つの無線タグリーダ１００を結ぶ線分へ引いた垂線の距離である。この垂直距離Ｒは式２から求めることができる。式２は、リーダ距離Ｌ１、垂直距離Ｒを２辺とする直角三角形に三平方の定理を適用した式、および、リーダ距離Ｌ２、垂直距離Ｒを２辺とする直角三角形に三平方の定理を適用した式から得られる。

式２において、Ｗは、無線タグリーダ１００Ａ〜Ｃの座標と同様、予め所定の記憶部に記憶されているので、垂直距離Ｒは、２つのリーダ距離Ｌ１、Ｌ２から算出することができる。そのため、垂直距離Ｒは、無線タグ２００と通信できる無線タグリーダ１００の数が２つである状態で測距した２つのリーダ距離Ｌからも算出できるのである。なお、式２においては、リーダ距離ＬをＬ１、Ｌ２としているが、もちろん、いずれか一方に代えて、Ｌ３を用いてもよい。

次に高さ差Ｈを説明する。高さ差Ｈも図１０に示している。高さ差Ｈは、ステップＳＣ１３で決定した三次元位置（ｘ_t，ｙ_t、ｚ_t）のうちの高さｚ_tと、垂直距離Ｒの算出に用いた無線タグリーダ１００の高さｚとの差である。

この高さ差Ｈは、直接的には、無線タグ２００が３辺測距エリア１０２に入った後での無線タグ２００と無線タグリーダ１００との高さ差である。しかし、人が所持している無線タグ２００の高さは、無線タグ２００が３辺測距エリア１０２に入る前後で変化がないと考えてよい。

このことに着目し、次のステップＳＣ１５では、ステップＳＣ１４で算出した高さ差Ｈを垂直距離Ｒの算出に用いたリーダ距離Ｌを測距したときの高さ差として用いて、その測距時の無線タグ２００の水平方向位置（ｘ_ｔ’、ｙ_ｔ’）を算出する。この水平方向位置（ｘ_ｔ’、ｙ_ｔ’）は、ステップＳＣ１４で算出した垂直距離Ｒおよび高さ差Ｈを、下記式３、４に代入することで算出する。ステップＳＣ１４で説明したように垂直距離Ｒは２つ算出している。このステップＳＣ１５では、それら２つの垂直距離Ｒをそれぞれ用いて、無線タグ２００の２箇所の水平方向位置（ｘ_ｔ’、ｙ_ｔ’）を算出する。

続くステップＳＣ１６では、ステップＳＣ１５で算出した２箇所での無線タグ２００の水平方向位置（ｘ_ｔ’、ｙ_ｔ’）と、それら２箇所の水平方向位置（ｘ_ｔ’、ｙ_ｔ’）の間を無線タグ２００が移動する間にステップＳＴ５２〜ＳＴ５３の繰り返しで取得・保存した加速度信号とから、加速度信号と無線タグ２００の位置変化との対応関係を決定する。

より具体的に説明すると、信号収集期間（ＳＴ５２〜ＳＴ５３を繰り返し期間）に取得した加速度信号の変化から歩数を決定する。歩数は、鉛直方向加速度信号において連続する一組の上ピークと下ピークとのピーク差を１歩とする。一方でステップＳＣ１５で決定した２つの水平方向位置の間の距離を信号収集期間の水平方向移動距離として算出する。そして、この水平方向移動距離を、信号収集期間における歩数で割ることで、歩幅を決定する。本実施形態での対応関係は、加速度信号のピーク差と歩幅（すなわち移動距離）との対応関係である。

ただし、対応関係はこれに限られず、公知の種々の具体的な対応関係を決定することができる。たとえば、加速度センサの水平方向の信号強度と移動距離との対応関係でもよい。この対応関係は、たとえば、水平方向位置から決定できる移動距離を、加速度センサの信号強度の積分値で割ることにより求める。これら公知の種々の具体的な対応関係を決定する場合の処理は、従来技術において、３辺測距エリア１０２に無線タグ２００が入ってから逐次求めた無線タグ２００の三次元位置における水平成分を用いていることに代えて、ステップＳＣ１５で算出した水平方向位置を用いる以外は、公知の方法と同じである。

ステップＳＣ１６で対応関係を決定するには、無線タグ２００の２点の水平方向位置とその２点の間を移動しているときの加速度信号が必要である。従来技術では、この水平方向位置を決定するために、無線タグ２００と３つの無線タグリーダ１００との間でそれぞれリーダ距離Ｌを測定している。そのため、対応関係を決定するための加速度信号の収集も、無線タグ２００が３辺測距エリア１０２に入ってから行わなければならない。これに対して、本実施形態では、水平方向位置を、２辺測距処理で得た２つのリーダ距離Ｌ、垂直距離Ｒ、高さ差Ｈから算出しており（式３、４）、垂直距離Ｒは２つのリーダ距離Ｌから算出でき、高さ差Ｈは、３辺測距エリア１０２に無線タグ２００が入った直後の無線タグ２００の三次元位置から算出している。従って、本実施形態では、無線タグ２００が３辺測距エリア１０２に入ってすぐに、上記対応関係を決定することができる。

ステップＳＣ１６で対応関係を決定したら、次いで、上記対応関係と、ステップＳＣ１３で測位した三次元位置（図７では測位値と記載）、および、その三次元位置を中心とする周辺地図を、無線タグ２００と通信可能ないずれかの無線タグリーダ１００へ送る（ＳＣ１７）。上記周辺地図は、上述のように、測位した無線タグ２００の三次元位置を中心としている。この周辺地図が示す範囲は、次の周辺地図更新までの時間（本実施形態では、後述するように４秒間）に移動する可能性がある範囲である。この周辺地図はコントローラ３００が予め記憶している３辺測距エリア１０２の地図から切り出したものである。３辺測距エリア１０２の地図には進入禁止範囲が座標により示されており、３辺測距エリア１０２の地図から切り出した周辺地図も、進入禁止範囲を含んでいれば、進入禁止範囲が座標により示される。

コントローラ３００から上記対応関係、測位値、周辺地図が送信された無線タグリーダ１００は、それらを無線タグ２００へ送信する（ＳＲ１５）。無線タグ２００は、それら対応関係、測位値、周辺地図を受信すると（ＳＴ１４）、自律位置推定を開始する（ＳＴ１５）。この後の無線タグ２００の処理を示すタイムチャートは図８に示す。

図８において、ステップＳＴ２１では、移動変位センサ２７０が発生するセンサ信号を０．５秒間収集、保存する。０．５秒は、自律位置推定における位置推定周期である。なお、位置推定周期は、０．５秒に限らず、無線タグ２００を携帯した人を見失わないようにできる周期であればよく、たとえば、後に示す図１１〜図１３の例のように、１．０秒周期でもよい。

続くステップＳＴ２２では自律位置推定を行なう。詳しくは、ステップＳ２１で保存したセンサ信号のうちの加速度信号と、コントローラ３００から取得した対応関係とから、移動距離を算出する。また、方向センサのセンサ信号から移動方向を決定する。そして、このステップＳＴ２２を実行する直前の推定位置を、この移動方向に上記移動距離だけ移動させる。移動後の位置を、最新の推定位置とする。

ステップＳＴ２３では、最新の推定位置を周辺地図と比較する。ステップＳＴ２４では、上記比較の結果を用いて、最新の推定位置が進入禁止範囲内であるか否かを判断する。進入禁止範囲内であった場合にはステップＳＴ２５で推定位置を無線タグリーダ１００に送信する。この図８には図示していないが、無線タグ２００から推定位置を受信した無線タグリーダ１００は、その推定位置をコントローラ３００へ通知する。

ステップＳＴ２５を実行したらステップＳＴ２６へ進む。一方、ステップＳＴ２４の判断がＮＯであった場合には、直接、ステップＳＴ２６へ進む。ステップＳＴ２６では、図７のステップＳＴ１５で自律位置推定開始と判断してから、あるいは、次に説明する図９を経てこの図８に戻った場合には、前回のこのステップＳＴ２６の実行時から、４秒経過したか否かを判断する。この４秒は、推定位置を補正する位置補正周期である。

ステップＳＴ２６の判断がＮＯであればステップＳＴ２１へ戻り、センサ信号の収集、保存、自律位置推定を継続する。一方、ステップＳＴ２６の判断がＹＥＳとなった場合には、ステップＳＴ２７へ進む。ステップＳＴ２７では、通信できる無線タグリーダ１００の数を判断する。この図８では記載を省略しているが、通信できる無線タグリーダ１００の数を把握するために、無線タグ２００は、図４のステップＳＴ１、ＳＴ２の処理を行い、無線タグリーダ１００は図４のステップＳＲ１、ＳＲ２の処理を行なう。

通信できる無線タグリーダ１００の数が１または２である場合、このステップＳＴ２７を繰り返す。通信できるリーダ１００の数が１または２の場合、無線タグ２００は３辺測距エリア１０２内には存在しないと判断できるので、自律位置推定や、無線タグリーダ１００と通信して測距、測位を行なう必要はない。しかし、３辺測距エリア１０２の近くに存在しており、再び、３辺測距エリア１０２に戻ることも十分に考えられる。そこで、通信できる無線タグリーダ１００の数が１または２である場合には、ステップＳＴ２７の判断を繰り返しつつ、待機する。

通信できる無線タグリーダ１００の数が０になった場合には、無線タグ２００は、３辺測距エリア１０２から遠ざかったと判断し、ステップＳＴ２８で対応関係を破棄した後、図４のステップＳＴ１へ戻る。通信できる無線タグリーダ１００の数が３つである場合には、図９の位置補正処理を行なう。

図９の位置補正処理では、無線タグ２００は、まず、測距要求信号を、通信可能ないずれかの無線タグリーダ１００へ送信する（ＳＴ３１）。無線タグリーダ１００は、この測距要求を受信すると、その測距要求をコントローラ３００へ送信する（ＳＲ３１）。

コントローラ３００は、測距要求を受信すると、３つの無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃに順番に測距指示を出す（ＳＣ３１）。

無線タグリーダ１００は、上記測距指示をコントローラ３００から受信すると無線タグ２００に測距用電波を送信する（ＳＲ３２）。無線タグ２００は、無線タグリーダ１００が送信した測距用電波を受信すると無線タグリーダ１００へ電波を返信する（ＳＴ３２）。

無線タグリーダ１００は、測距通信部１４０を用いて、無線タグ２００が送信する上記電波を受信すると、図６のステップＳＲ５１３と同様の処理にて、リーダ距離Ｌを測定する（ＳＲ３３）。そして、測距結果（すなわちリーダ距離Ｌ）をコントローラ３００に通知する（ＳＲ３４）。

コントローラ３００は、３つの無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃからそれぞれ測距結果（リーダ距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を取得する（ＳＣ３２）。次いで、それらの３つの測距結果を用いて、前述の式１から、無線タグ２００の測位（すなわち三次元位置（ｘ_t，ｙ_t、ｚ_t）の決定）を行なう（ＳＣ３３）。

次に、ステップＳＣ３３で得た測位値、および、その測位値を中心とする周辺地図を無線タグリーダ１００に送る。この周辺地図は、中心位置は上記ステップＳＣ３３で得た測位値であるが、広さは、ステップＳＣ１７で送信する周辺地図と同じであり、また、その周辺地図内に進入禁止範囲が含まれていれば、その進入禁止範囲が座標により示される。なお、ステップＳＣ１７では、測位値と周辺地図に加えて対応関係も送信しているが、このステップＳＣ３３では対応関係は送信しない。対応関係は、人により、あるいは、その人のその時の状況（体調、荷持を持っているかなど）により変化するものの、継続的に３辺測距エリア１０２の中にいるという短い時間で考えた場合、上記状況の変化はないと考えられる。そのため、それまでの対応関係を引き続き用いて自律位置推定を行うことにしているのである。

コントローラ３００から測位値、周辺地図が送信された無線タグリーダ１００は、それらを無線タグ２００へ送信する（ＳＲ３５）。無線タグ２００は、それら測位値、周辺地図を受信すると（ＳＴ３３）、現在位置を上記測位値とする現在位置の更新を行い、図８のステップＳＴ２４で用いる周辺地図を、ステップＳＴ３３で受信した周辺地図に更新する。その後、図８へ戻る。

次に、時間経過に伴って無線タグ２００の制御部２８０が行なう具体的処理を、受信可能な無線タグリーダ１００の数、測距数と対応させつつ、図１１〜図１３を用いて説明する。

図１１（Ｂ）は、本実施形態の無線タグ２００の制御部２８０が実行する処理を時間経過に沿って示している。図１１（Ａ）は比較例であり、従来のように、３辺測距エリア１０２に無線タグ２００が入ってから対応関係の決定に必要なデータを収集する場合に実行する処理である。

この図１１に示す例でも、信号収集期間（図ではセンサデータ収集と記載）を４秒間としている。また、１ｍ程度の精度で人の位置を決定していくことが要求されているとする。さらに、３つの無線タグリーダ１００との間で、リーダ距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を決定するために、無線タグ２００が各無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃとの間で必要な通信を順次行なうのに、トータルで０．５秒を要するとする。

上述したように、１ｍ程度の精度で人の位置を決定することが要求されている場合、人の移動速度を１ｍ／秒とすれば、少なくとも１秒間隔で無線タグ２００の位置を決定していく必要がある。従って、３辺測距による測位または自律位置推定による無線タグ２００の位置決定（推定）の周期を１．０秒としている。

そのため、対応関係が決定できるまでの間は、１秒毎に３つの無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃと通信を行なってリーダ距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を決定し、それら３つのリーダ距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から、前述の式１を用いて無線タグ２００の三次元位置を決定する。

対応関係を決定するための信号収集期間は、上述のように４秒間である。従って、従来例である図１１（Ａ）では、無線タグ２００が３つの無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃから信号を受信できるようになる８．５秒時点から、その４秒後の１２．５秒時点まで、１秒毎に３辺測距を行なう。なお、３辺測距は、図９において位置補正処理として説明した処理である。また、図１１〜図１３において、タグ内部処理に記載のスリープとは、受信可能なリーダ数を判断するための処理のみを行なう状態である。

８．５秒を開始時点とする信号収集期間では加速度信号の収集を行い、信号収集期間が経過した１２．０秒において、信号収集期間に収集した加速度信号をコントローラ３００に送信する。これによりコントローラ３００で対応関係が作成され、その対応関係を無線タグ２００は無線タグリーダ１００を介してコントローラ３００から取得する。その後は、センサ信号とその対応関係とに基づいて自律位置推定を行いつつ、４秒毎に３辺測距を行ない、センサ信号から推定した位置の誤差を補正する。この図１１（Ａ）の例では、０〜１８秒までの間に、合計１８回、リーダ距離Ｌを測定している。よって、測距１８回分の電力を無線タグ２００は消費することになる。

これに対して、本実施形態の無線タグ２００の制御部２８０は、図１１（Ｂ）に示すように、２つの無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂからの信号を受信できるようになった時刻０．５秒の時点で、図４のステップＳＴ５の事前データ収集処理を開始する。

そのため、０．５秒の時点で２辺測距（図５のＳＴ５１）を行い、そのときから、加速度信号の収集を開始する（図５のＳＴ５２〜ＳＴ５３）。そして、信号収集期間（４秒）が経過した時点で加速度信号の収集を終了し（ＳＴ５３：ＹＥＳ）、再度、時刻４．５秒の時点で２辺測距を行なう（ＳＴ５６）。

その後、まだ、２辺測距エリア１０３に無線タグ２００が存在してれば、図４のステップＳＴ４がＹＥＳになるので、スリープ状態に入る。すなわち、ステップＳＴ１〜ＳＴ３を繰り返すのみの状態となる。

時刻８．５秒の時点で無線タグ２００は３辺測距エリア１０２に入ることから、３辺測距状態処理（図７）を行なって無線タグ２００の三次元位置を決定する（図７のＳＣ１３）。本実施形態では、３辺測距エリア１０２に入ってからの情報を、この一点の三次元位置のみとして、２辺測距エリア１０３における水平方向位置の算出（図７のＳＣ１５）、対応関係の決定（図７のＳＣ１６）が可能である。

よって、３辺測距を一度行なったのみで、その後は、センサ信号と対応関係とを用いた自律位置推定を開始している（図１１（Ｂ）の９秒〜、図７のＳＴ１５）。なお、４秒毎に３辺測距を行なって、自律位置推定により推定した位置を補正する点は図１１（Ａ）と同じである。

図１１（Ａ）の例では０〜１８秒までの間に合計１８回、測距を行なっているのに対して、この図１１（Ｂ）の例では、測距の回数が１３回で済んでおり、測距の回数が５回少なくなっている。その分、消費電力を低減できる。

次に、図１２の処理例を説明する。図１２（Ａ）は、図１１（Ａ）と同様、従来技術を適用した比較例であり、図１２（Ｂ）が本実施形態の処理例である。図１１との違いは無線タグ２００の数であり、図１１は無線タグ２００が一つであったのに対して、この図１１の例は無線タグ２００が２つであり、且つ、それら２つの無線タグ２００が同時に３辺測距エリア１０２に入ってきた場合である。信号収集期間など、その他の前提は図１１と同じである。

図１２（Ａ）に示すように、無線タグ２００Ａ（図ではタグＡ）は、図１１（Ａ）と同じように、８．５秒時点から１２．５秒時点まで、１秒毎に３辺測距を行なっている。その後は、センサ信号に基づいて自律位置推定を行いつつ、４秒毎に３辺測距を行ない、センサ信号から推定した位置を補正している。

しかし、図１１にて説明したように、１つの無線タグ２００が３辺測距を行うのに０．５秒が必要であることから、無線タグ２００Ｂ（図ではタグＢ）は、無線タグ２００Ａが３辺測距を終了した後である９．０秒からしか３辺測距を行うことができない。その結果、無線タグ２００Ｂの処理は、無線タグ２００Ａよりも０．５秒遅れて、各処理を実行する。

図１２（Ｂ）に示す本実施形態の例でも、無線タグ２００Ａは図１１（Ｂ）と同じ処理を同じ時刻に実行する一方、無線タグ２００Ｂは、無線タグ２００Ａと同じ処理を、無線タグ２００Ａよりも０．５秒遅れて実行する。

各無線タグ２００Ａ、２００Ｂの処理が、それぞれ、図１１と同じであることから、総測距回数は、図１２（Ａ）では３６回であるのに対して図１２（Ｂ）では２６回で済む。

次に、図１３の処理例を説明する。図１３（Ａ）は、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）と同様、従来技術を適用した比較例であり、図１３（Ｂ）が本実施形態の処理例である。図１１、１２との違いは無線タグ２００の数であり、この図１３の例は無線タグ２００が３つであり、且つ、それら３つの無線タグ２００が同時に３辺測距エリア１０２に入ってきた場合である。信号収集期間など、その他の前提は図１１、１２と同じである。

図１３（Ａ）に示すように、無線タグ２００Ａは、図１１（Ａ）と同様、８．５秒時点で３辺測距を行う。その後、一旦、スリープ状態に入る。続いて無線タグ２００Ｂが９．０秒から０．５秒間、３辺測距を行う。続いて、無線タグ２００Ｃが９．５秒から０．５秒間、３辺測距を行う。

図１２（Ａ）では、無線タグ２００Ａは、９．５秒から再び３辺測距を行うことができた。しかし、無線タグ２００が３つであるこの図１３の例では、９．５秒から無線タグ２００Ｃが３辺測距を行なっている。この３辺測距は通信を用いることから、無線タグ２００は通信チャネルが使用できるようになるまで、すなわち、他の無線タグ２００の３辺測距が終わるまで、３辺測距を行うことができない。そのため、無線タグ２００Ａは、無線タグ２００Ｃが３辺測距を終了した後の１０．０秒からしか、２回目の３辺測距を行うことができない。

このように、各無線タグ２００が３辺測距を実行できる周期は、「無線タグ２００の数」×「３辺測距１回分の所要時間」となる。一方、図１１で説明したように、１ｍ程度の精度で人の位置を決定することが要求されている場合、本来は、少なくとも１秒間隔で無線タグ２００の位置を決定しなければならない。しかしながら、無線タグ２００の数が３つになると、１．５秒周期でしか３辺測距ができないので、目標の測位精度を維持することができない。対応関係が決定できてしまえば、通信を行わずに位置を決定（推定）することができるのであるが、これには４秒間以上の信号収集期間と、その信号収集期間終了時点での３辺測距が必要であることから、図１３（Ａ）では、目標の測位精度が得られない時間が４秒間あるいはそれ以上継続してしまう。

これに対して、図１３（Ｂ）では、８．５秒時点で３つの無線タグ２００が同時に３辺測距を開始できない点は、図１３（Ａ）と同じであるものの、３辺測距エリア１０２に入る前に収集した事前データを用いることで、３辺測距エリア１０２に入ってからの情報としては一つの三次元位置（ｘ_t，ｙ_t、ｚ_t）のみで、対応関係を決定することができる。そのため、各無線タグ２００は、各１回の３辺測距が終了したら、すぐに、自律位置推定を行うことができる。よって、目標の測位精度が得られない時間は、無線タグ２００Ｃが、３辺測距を待つ間の時間だけである。

以上、説明した本実施形態によれば、無線タグ２００が通信を行うことができる無線タグリーダ１００が２つである状態で、それらの２つの無線タグリーダ１００と無線タグ２００が通信を行なって、無線タグ２００から２つの無線タグリーダ１００までのリーダ距離Ｌを測定する２辺測距を、信号収集期間を隔てて２回行なっている（図５のＳＴ５１、ＳＴ５６）。加えて、上記２回の２辺測距の間に加速度センサが発生した加速度信号も逐次保存している。

無線タグ２００が通信を行うことができる無線タグリーダ１００が３つになると、それら３つの無線タグリーダ１００までのリーダ距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を決定して、無線タグ２００の三次元位置（ｘ_t，ｙ_t、ｚ_t）を決定する（図７のＳＣ１３）。この一度の三次元位置と、無線タグ２００が３辺測距エリア１０２に入る前の２回の２辺測距処理（ＳＴ５１、ＳＴ５４）で得た各２つのリーダ距離Ｌとを用いて、その三次元位置における高さｚ_tと無線タグリーダ１００の高さとの高さ差Ｈ、および、２辺測距処理を行った時点における無線タグ２００の位置の情報である垂直距離Ｒが算出できる（ＳＣ１４）。これら高さ差Ｈ、垂直距離Ｒ、および、垂直距離Ｒの算出に用いたリーダ距離Ｌから、幾何学計算により、３辺測距が行えない２箇所の位置での無線タグ２００の水平方向位置を算出することができる。

しかも、その２箇所の間を無線タグ２００が移動する間に発生した加速度信号も保存している。そのため、三次元位置が一度決定できると、すぐに、対応関係を決定することができる。

従って、対応関係を必要とする自律位置推定を開始できるまでの時間が短くなり、それにより、３辺測距を行なって三次元位置を演算しなければならない回数が少なくなるので、無線タグ２００の電池消費を抑制することができる。

また、対応関係を決定するための三次元位置の決定が一度でよいことから、複数の無線タグ２００が同時に３辺測距エリア１０２に入った場合にも、各無線タグ２００は、他の無線タグ２００が無線タグリーダ１００と通信を行なっているために、無線タグリーダとの通信を行うことができないという事態を抑制できる。よって、無線タグ２００の位置を、必要とされている周期で決定も推定もできないということが抑制できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

たとえば、前述の実施形態では、コントローラ３００は、測位値を無線タグ２００に送信する際、測位値の周辺の周辺地図も無線タグ２００に送信しており（ＳＣ１７、ＳＣ３４）、無線タグ２００は、この周辺地図と自律位置推定で推定した推定位置とを比較していた。そして、進入禁止範囲内に位置していると判断した場合に限り、推定位置をコントローラ３００に通知していた。しかしこの態様に限らず、ステップＳＴ２２で推定した推定位置を、逐次、コントローラ３００に通知するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、無線タグ２００は、事前データに、２回の２辺測距処理の間に取得し保存した４秒間の加速度信号を含ませていた（ＳＴ１１）。しかし、本実施形態では、対応関係の決定に加速度信号をそのまま用いるのではなく、加速度信号の上下ピークのピーク差を用いる。そこで、加速度信号そのものを事前データに含ませることに代えて、信号収集期間に得た加速度信号から決定した複数のピーク差を事前データに含ませてもよい。

また、前述の実施形態では、リーダ距離Ｌの測定は無線タグリーダ１００が行なっていた（ＳＲ５１３）。しかし、無線タグ２００が無線タグリーダ１００へ測距用電波を送信するように構成しておき、無線タグリーダ１００が無線タグ２００へ電波を返信する構成としておき、無線タグ２００がリーダ距離Ｌを測定するようにしてもよい。

また、リーダ距離Ｌを無線タグ２００が測定する場合、無線タグ２００がリーダ距離Ｌを保存するようにしてもよい。

さらには、無線タグ２００が３つのリーダ距離Ｌを測定する構成とする場合には、前述の実施形態においてコントローラ３００が実行していたステップＳＣ１４、ＳＣ１５の処理、すなわち、高さ差Ｈの算出、水平方向位置（ｘ_ｔ’、ｙ_ｔ’）の算出も、無線タグ２００が行なってもよい。

そして、水平方向位置（ｘ_ｔ’、ｙ_ｔ’）の算出を無線タグ２００が行なう構成であれば、さらに、対応関係の決定を無線タグ２００が行なってもよい。

また、前述の実施形態においてコントローラ３００が行なっていた機能の一部、または、全部を、複数の無線タグリーダ１００のうちのいずれか一つが行うようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、対応関係を破棄するタイミングを、自律位置推定開始後、通信できる無線タグリーダ１００の数が０になったときとしていた（ＳＴ２８）。しかし、これに限らず、対応関係を取得してから所定の有効時間が経過した場合に対応関係を破棄してもよい。また、日付が変わった時点で対応関係を破棄するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、信号収集期間の開始時点と終了時点において、２辺測距を実行していた。しかし、信号収集期間の途中でも２辺測距を実行してもよい。信号収集期間の途中にも２辺測距を行う場合、信号収集期間の途中での水平方向位置も算出できる。よって、信号収集期間の無線タグ２００の移動経路を複数の直線とすることができるので、その複数の直線の距離を、対応関係の決定に用いる水平方向移動距離とする。

また、前述の実施形態では、無線タグ２００が２辺測距エリア１０３に入るとすぐに事前データ収集処理（ＳＴ５）を実行していた。しかし、無線タグ２００が２辺測距エリア１０３に入ってから、予め設定された一定時間が経過してから、事前データ収集処理（ＳＴ５）を実行してもよい。

また、前述の実施形態では、移動変位センサとして、３軸加速度センサと地磁気センサを示したが、これに加えて３軸ジャイロセンサを用いてもよく、また、地磁気センサに代えてジャイロセンサを用いてもよい。

１無線タグシステム、１００無線タグリーダ、１０１通信エリア、１０２３辺測距エリア、１０３２辺測距エリア、１１０制御部、１１１メモリ、１１２タイマ、１２０送信部、１３０受信部、１４０測距通信部、１５０アンテナ、２００無線タグ、２１０内蔵電源、２２０送信部、２３０受信部、２５０アンテナ、２６０測距通信部、２７０移動変位センサ、２８０制御部、２８１タイマ、２８２メモリ、３００コントローラ、４００家屋

Claims

互いに異なる場所に設置された少なくとも３つの無線タグリーダと、
電池およびその電池の電力により前記無線タグリーダと通信する通信部を備えた無線タグと、
前記少なくとも３つの無線タグリーダを制御するコントローラとを備え、
少なくとも３つの無線タグリーダの通信範囲が部分的に重複するように、前記無線タグリーダが配置されており、
前記無線タグは、その無線タグの位置変化に対応した信号を発生させるセンサとして加速度センサおよび方向センサを備えている無線タグシステムであって、
前記加速度センサが発生する加速度信号と無線タグの移動距離あるいは移動速度との対応関係、および、前記加速度センサ、方向センサの信号から、前記無線タグの位置を逐次推定する自律位置推定手段と、
前記無線タグと前記無線タグリーダとの通信に基づいて、それら無線タグと無線タグリーダとの距離であるリーダ距離を決定する距離決定手段と、
前記無線タグが異なる３つの無線タグリーダと通信が行える状態において、それら３つの無線タグリーダとの間での前記リーダ距離に基づいて、この無線タグの三次元位置を演算する３辺測距手段と、
前記対応関係が決定されておらず、且つ、前記無線タグが通信をすることができる無線タグリーダが２つである状態において、それら２つの無線タグリーダとの間で前記距離決定手段により決定したリーダ距離である２辺測距時情報を、最初の決定時と最後の決定時との時間間隔が所定時間となるように少なくとも２回決定して所定の記憶部に保存するとともに、最初の２辺測距時情報の決定時点と最後の２辺測距時情報の決定時点との間の信号収集期間に前記加速度センサが発生した加速度信号を逐次保存する保存処理手段と、
前記無線タグが通信をすることができる無線タグリーダが３つとなった後、前記３辺測距手段により演算した三次元位置における高さ成分を用いて、前記記憶部に保存している２辺測距時情報に対応する無線タグリーダと前記無線タグの高さ差を算出する差算出手段と、
この差算出手段で算出した前記高さ差を、前記記憶部に保存されている複数の２辺測距時情報を決定した時点における、２辺測距時情報に対応する無線タグリーダと前記無線タグとの高さ差とみなし、２辺測距時情報と高さ差とから、複数の２辺測距時情報を決定した時点における前記無線タグの水平方向位置をそれぞれ決定する水平位置決定手段と、
その水平位置決定手段で決定した複数の水平方向位置から定まる前記無線タグの位置変化と、前記信号収集期間に取得した加速度信号の変化とに基づいて前記対応関係を決定する関係決定手段を備えることを特徴とする無線タグシステム。