JP2016008940A - 位置情報提供装置、位置報知装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ受信機を搭載することなく屋内測位を可能とする【解決手段】屋内測位システム１の位置情報出力装置２は、超音波出力部１１と、制御部１３とを備える。超音波出力部１１は、超音波出力周波数を有する超音波を出力する。制御部１３は、携帯端末３が備える音声入力部４４により検出可能な周波数範囲に含まれるとともに超音波出力周波数より低くなるように予め設定された複数の検出可能周波数を有し、設置位置情報の内容に応じて、複数の検出可能周波数の中から１つの検出可能周波数を変調周波数として順次選択し、選択した変調周波数で超音波の振幅の極大値または極小値が変化するように超音波出力部１１を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、屋内における位置情報を提供するための位置情報提供装置、位置報知装置およびプログラムに関する。

従来、屋内または地下街のようにＧＰＳ測位信号を受信できない場所において位置情報を提供するために、屋内の位置を示す測位信号を屋内の携帯端末に対して送信する屋内送信機を屋内に設置したシステムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第４２９６３０２号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、屋内送信機から送信される測位信号を携帯端末で受信するためには、現行の一般的な携帯端末を全て置き換えなければならないという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、一般的な携帯端末を置き換えることなく屋内測位を可能とする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、現在位置を報知する機能を備えた位置報知装置に対して、現在位置を示す現在位置情報を提供する位置情報提供装置であって、超音波出力手段と、制御手段とを備える。

超音波出力手段は、予め設定された超音波周波数を有する超音波を出力する。制御手段は、位置報知装置が備える音声入力部により検出可能な周波数範囲に含まれるとともに超音波周波数より低くなるように予め設定された検出可能周波数を複数有し、現在位置情報の内容に応じて、複数の検出可能周波数の中から１つの検出可能周波数を変調周波数として順次選択し、選択した変調周波数で超音波の振幅の極大値または極小値が変化するように超音波出力手段を制御する。

このように構成された本発明の位置情報提供装置は、現在位置情報を位置報知装置へ伝達するために超音波を用いる。そして、超音波は指向性が高い。このため、本発明の位置情報提供装置によれば、位置報知装置の音声入力部に入力した超音波が示す現在位置と、位置報知装置の実際の現在位置との差が大きくなってしまうという事態の発生を抑制することができる。

さらに、本発明の位置情報提供装置は、現在位置情報の内容に応じて、音声入力部により検出可能な変調周波数で変調した超音波を出力する。このため、位置報知装置は、音声入力部に入力した超音波の変調周波数を検出することで、現在位置情報を取得することができる。このため、本発明の位置情報提供装置によれば、位置報知装置を置き換えることなく、位置報知装置に対して現在位置情報を提供することができる。なぜならば、位置報知装置に既に搭載されている音声入力部を、位置情報提供装置が出力する超音波の入力のために利用することができるからである。さらに、各位置情報提供装置は、ネットワークに接続されている必要がないため、位置情報提供装置を新たに設置する際に、ネットワークを設置する工事が不要となる。

また本発明の位置報知装置は、音声入力部に入力した超音波の変調周波数を検出し、検出した変調周波数に基づいて、超音波から現在位置情報を取得する位置情報取得手段を備える。

このように構成された本発明の位置報知装置は、本発明の位置情報提供装置から超音波を入力することにより、現在位置情報を取得することができ、本発明の位置情報提供装置と同様の作用および効果を得ることができる。

また本発明のプログラムは、コンピュータを本発明の位置報知装置の位置情報取得手段として機能させる。
本発明のプログラムによって制御されるコンピュータは、本発明の位置報知装置の一部を構成することができ、本発明の位置報知装置と同様の作用および効果を得ることができる。

本発明のプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶させ、記憶させたプログラムをコンピュータに実行させることにより利用することができる。なお、記録媒体は、持ち運び可能なものであってもよいし、コンピュータに予め組み込まれたものであってもよい。また、本発明のプログラムは、ネットワークを介してコンピュータにロードされるものであってもよい。

屋内測位システム１の構成を示すブロック図である。 位置情報出力装置２の設置位置を示す側面図である。 位置情報出力装置２の設置位置を示す平面図である。 超音波出力部１１が出力する超音波の波形を示す図である。 超音波スピーカ２１の配置を示す平面図である。 屋内測位システム１における超音波の音場分布を示す図である。 測位処理を示すフローチャートである。 屋内測位システム１０１の構成を示すブロック図である。 超音波スピーカ２６，２７の配置を示す平面図である。 屋内測位システム１０１における超音波の音場分布を示す図である。 音圧レベル分布を示す図である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の屋内測位システム１は、図１に示すように、位置情報出力装置２と携帯端末３を備える。

位置情報出力装置２は、超音波出力部１１、無線通信部１２および制御部１３を備える。
超音波出力部１１は、複数（本実施形態では例えば３６個）の超音波スピーカ２１を備える。超音波スピーカ２１は、予め設定された超音波出力周波数（本実施形態では例えば４０ｋＨｚ）の超音波を出力する。

無線通信部１２は、予め設定された無線通信方式（本実施形態では例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））を用いてデータの送受信を行う。
制御部１３は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、およびＲＡＭ３３を備え、ＲＯＭ３２が記憶するプログラムに基づく処理をＣＰＵ３１が実行することにより、超音波出力部１１と無線通信部１２を制御する。

また制御部１３は、プログラム書換装置（不図示）からの書換要求指令を無線通信部１２を介して受信すると、無線通信部１２を介してプログラム書換装置から送信される新たなプログラムをＲＯＭ３２に書き込む書換処理を行う。

携帯端末３は、表示部４１、操作入力部４２、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機４３、音声入力部４４、通信部４５、加速度センサ４６、地磁気センサ４７および制御部４８を備える。

表示部４１は、携帯端末３の筐体の前面に設置された表示装置（不図示）を備え、表示装置の表示画面に各種画像を表示する。
操作入力部４２は、表示部４１の表示画面上に設置されたタッチパネルと、表示部４１の表示画面の周囲に設置されたスイッチとを備える。そして操作入力部４２は、使用者がタッチパネルおよびスイッチを介して行った入力操作を特定するための入力操作情報を出力する。

ＧＰＳ受信機４３は、ＧＰＳ衛星から送信される測位信号（以下、ＧＰＳ測位信号という）を受信する。
音声入力部４４は、携帯端末３による音声通話時に使用者が発した音声を入力するためのものであり、入力した音声を表す電気信号を生成し、生成した電気信号を出力する。

通信部４５は、携帯電話の通信網を介してデータ通信を行う。
加速度センサ４６は、携帯端末３に加わる加速度の大きさと向きを検出する。地磁気センサ４７は、地磁気の大きさと向きを検出する。

制御部４８は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、およびＲＡＭ５３を備え、ＲＯＭ５２が記憶するプログラムに基づく処理をＣＰＵ５１が実行する。そして制御部４８は、操作入力部４２、ＧＰＳ受信機４３、音声入力部４４、通信部４５、加速度センサ４６および地磁気センサ４７からの入力に基づいて各種処理を実行し、表示部４１および通信部４５を制御する。

位置情報出力装置２は、図２に示すように、屋内の天井ＣＬに設置されており、超音波を天井ＣＬから下方に向けて出力する。
また位置情報出力装置２は、図３に示すように、屋内の天井ＣＬを形成する平面に沿って二次元格子状に複数配列されている。

制御部１３は、図４に示すように、超音波出力周波数Ｆｕ（図４の超音波周期Ｔｕを参照）を有する超音波の極大値または極小値（図４の極大点Ｐｍｘと極小点Ｐｍｎを参照）が、予め設定された変調周波数Ｆｍ（図４の変調周期Ｔｄを参照）で変化するように変調された超音波を超音波出力部１１に出力させる。変調周波数Ｆｍは、予め設定された複数の検出可能周波数の中から選択される。検出可能周波数は、音声入力部４４で検出可能な周波数であり、本実施形態では、検出可能周波数として、例えば１７ｋＨｚと１９ｋＨｚの２つが設定されている。なお検出可能周波数は、検出可能周波数の整数倍が超音波出力周波数Ｆｕと一致しないように決定される。検出可能周波数の整数倍が超音波出力周波数Ｆｕと一致すると、超音波出力部１１から出力される超音波の振幅が小さくなってしまうからである。例えば、２０ｋＨｚの２倍は、４０ｋＨｚであり、超音波出力周波数Ｆｕと一致する。このため、２０ｋＨｚは検出可能周波数から除外される。

そして制御部１３は、位置情報出力装置２が設置されている位置（階層、緯度および経度）を示す設置位置情報に応じて変調周波数Ｆｍを変化させた超音波を超音波出力部１１に出力させる。例えば、制御部４８は、まず、設置位置情報を複数ビットのデジタルデータで表現し、このデジタルデータを１ビット毎に分割する。そして制御部４８は、分割された１ビット毎に、１ビットのデータに対応する変調周波数Ｆｍで超音波を変調し、変調された超音波を超音波出力部１１に順次出力させる。

例えば、超音波出力部１１は、「１」を表すデータの場合には変調周波数Ｆｍを１９ｋＨｚとし、「０」を表すデータの場合には変調周波数Ｆｍを１７ｋＨｚとした超音波を出力する。以下、超音波出力部１１が出力する超音波を、超音波測位信号ともいう。

複数の超音波スピーカ２１は、図５に示すように、天井ＣＬを形成する平面に沿って、中心Ｏｓについて点対称となるように配置されている。
図６は、図５において直線Ｌ１に沿った方向の音場分布Ｄ１と、図５において直線Ｌ２に沿った方向の音場分布Ｄ２を示す図である。図６に示すように、音圧レベルが高い領域が一箇所に集中しており（図６の高音場領域Ｒ１を参照）、超音波スピーカ２１から出力される超音波の指向性は高い。

このように構成された屋内測位システム１において、携帯端末３の制御部４８は、測位処理を実行する。この測位処理は、制御部４８の動作中において繰り返し実行される処理である。

この測位処理が実行されると、制御部４８は、図７に示すように、まずＳ１０にて、ＧＰＳ受信機４３でＧＰＳ測位信号を受信したか否かを判断する。ここで、ＧＰＳ測位信号を受信した場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ２０にて、受信したＧＰＳ測位信号に含まれる情報に基づいて、携帯端末３の位置を計測し、Ｓ７０に移行する。

一方、ＧＰＳ測位信号を受信していない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ３０にて、音声入力部４４に超音波測位信号が入力したか否かを判断する。ここで、超音波測位信号が入力した場合には（Ｓ３０：ＹＥＳ）、Ｓ４０にて、入力した超音波測位信号について周波数解析を行うことにより、超音波測位信号から上記の設置位置情報を取得し、この設置位置情報が示す位置を携帯端末３の位置とする。そして、Ｓ４０の処理が終了すると、Ｓ７０に移行する。

またＳ３０にて、超音波測位信号が入力していない場合には（Ｓ３０：ＮＯ）、Ｓ５０にて、直近で取得した測位信号が超音波測位信号であるか否かを判断する。ここで、直近で取得した測位信号がＧＰＳ測位信号である場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、測位処理を一旦終了する。一方、直近で取得した測位信号が超音波測位信号である場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、Ｓ６０にて、加速度センサ４６と地磁気センサ４７の検出結果に基づいて、携帯端末３の位置を算出し、Ｓ７０に移行する。

そしてＳ７０に移行すると、Ｓ２０，Ｓ４０，Ｓ６０の何れかの処理で得られた位置を示す情報を表示部４１に表示させ、測位処理を一旦終了する。
このように構成された屋内測位システム１の位置情報出力装置２は、超音波出力部１１と、制御部１３とを備える。

超音波出力部１１は、超音波出力周波数Ｆｕを有する超音波を出力する。制御部１３は、携帯端末３が備える音声入力部４４により検出可能な周波数範囲に含まれるとともに超音波出力周波数Ｆｕより低くなるように予め設定された複数の検出可能周波数（本実施形態では１７ｋＨｚと１９ｋＨｚ）を有し、設置位置情報の内容に応じて、複数の検出可能周波数の中から１つの検出可能周波数を変調周波数Ｆｍとして順次選択し、選択した変調周波数Ｆｍで超音波の振幅の極大値または極小値が変化するように超音波出力部１１を制御する。

このように構成された位置情報出力装置２は、設置位置情報を携帯端末３へ伝達するために超音波を用いる。そして、超音波は指向性が高い。このため、位置情報出力装置２によれば、携帯端末３の音声入力部４４に入力した超音波が示す現在位置と、携帯端末３の実際の現在位置との差が大きくなってしまうという事態の発生を抑制することができる。

さらに位置情報出力装置２は、設置位置情報の内容に応じて、音声入力部４４により検出可能な変調周波数Ｆｍで変調した超音波を出力する。このため、携帯端末３は、音声入力部４４に入力した超音波の変調周波数を検出することで、設置位置情報を取得することができる。このため、位置情報出力装置２によれば、携帯端末３を置き換えることなく、携帯端末３に対して設置位置情報を提供することができる。なお、携帯端末３は、音声通話機能のために既に搭載されている音声入力部４４を、位置情報出力装置２が出力する超音波の入力のために利用することができる。さらに、位置情報出力装置２は、ネットワークに接続されている必要がないため、位置情報出力装置２を新たに設置する際に、ネットワークを設置する工事が不要となる。また、天井に設置された位置情報出力装置２から下方に向けて出力された超音波が床で反射された場合に、この反射波が携帯端末３の音声入力部４４に入力してしまう可能性は小さい。携帯端末３の使用者は一般に携帯端末３の表示画面を上向きにして携帯端末３を操作している。そして、位置情報出力装置２から出力される超音波は、指向性が高いため、床で反射して携帯端末３の表示画面とは反対側の面に到達したとしても、携帯端末３の表示画面側に設置されている音声入力部４４にまで到達し難いからである。

また携帯端末３は、音声入力部４４に入力した超音波の変調周波数Ｆｍを検出し、検出した変調周波数Ｆｍに基づいて、超音波から設置位置情報を取得する（Ｓ４０）。
超音波出力周波数Ｆｕは、変調周波数Ｆｍの整数倍と異なる。これにより、位置情報出力装置２から出力される超音波の振幅の低下を抑制することができる。

このように構成された携帯端末３は、位置情報出力装置２から超音波を入力することにより、設置位置情報を取得することができ、位置情報出力装置２と同様の作用および効果を得ることができる。

以上説明した実施形態において、位置情報出力装置２は本発明における位置情報提供装置、携帯端末３は本発明における位置報知装置、超音波出力部１１は本発明における超音波出力手段、制御部１３は本発明における制御手段、Ｓ４０の処理は本発明における位置情報取得手段である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、超音波を天井から下方に向けて出力するものを示したが、超音波を床から上方に向けて出力するようにしてもよい。

また上記実施形態では、複数の超音波スピーカ２１が互いに同じ位相で超音波を出力するものを示したが、正位相と逆位相の超音波を同時に出力するようにしてもよい。
図８は、正位相と逆位相の超音波を出力するように構成された屋内測位システム１０１のブロック図である。

屋内測位システム１０１は、図８に示すように、複数（３６個）の超音波スピーカ２１の代わりに、超音波スピーカ群１６，１７を備える点が第１実施形態と異なる。
超音波スピーカ群１６，１７はそれぞれ、複数（本実施形態では例えば１８個）の超音波スピーカ２６，２７を備える。そして超音波スピーカ２６，２７は、上記の超音波出力周波数の超音波を出力する。なお、超音波スピーカ２６は本発明における第１超音波スピーカ、超音波スピーカ２７は本発明における第２超音波スピーカである。

超音波スピーカ群１６を構成する複数の超音波スピーカ２６は、図９に示すように、天井ＣＬを形成する平面（以下、天井面という）に沿って渦巻き状に配置されている。同様に、超音波スピーカ群１７を構成する複数の超音波スピーカ２７は、天井面に沿って渦巻き状に配置されている。すなわち、超音波スピーカ２６の配置は、中心Ｏｓについて点対称とはならず、さらに、中心Ｏｓを通る直線について線対称とはならない。超音波スピーカ２７の配置についても同様である。

また超音波スピーカ群１６，１７は、渦巻きの中心Ｏｓから外側に向う方向に沿って超音波スピーカ２６と超音波スピーカ２７とが交互に配置されるように設置される。これにより、互いに隣接する超音波スピーカ２６と超音波スピーカ２７からそれぞれ出力される正位相の超音波と逆位相の超音波とが互いに音圧レベルを弱め合う。

図１０は、図９において直線Ｌ１に沿った方向の音場分布Ｄ１と、図９において直線Ｌ２に沿った方向の音場分布Ｄ２を示す図である。図１０に示すように、音圧レベルが高い領域が一箇所に集中しており（図１０の高音場領域Ｒ２を参照）、超音波スピーカ２６，２７から出力される超音波の指向性は高い。但し、図１０の高音場領域Ｒ２は、図６の高音場領域Ｒ１よりも広い。すなわち、正位相と逆位相の超音波を出力すると、全ての超音波スピーカで正位相の超音波を出力する場合と比較して、超音波の指向性が低下する。

また図１１は、屋内測位システム１０１の音圧レベル分布Ｐ１，Ｐ２と、屋内測位システム１の音圧レベル分布Ｐ３を示す図である。音圧レベル分布Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、超音波出力部１１の設置位置の下方において床付近の音圧レベルを示す。

屋内測位システム１０１における音圧レベル分布Ｐ１，Ｐ２の傾きは、屋内測位システム１における音圧レベル分布Ｐ３の傾きより緩やかである。すなわち、屋内測位システム１０１における超音波の指向性は、屋内測位システム１における超音波の指向性よりも低い。これは、正位相の超音波と逆位相の超音波とが互いに音圧レベルを弱め合うためである。

また、音圧レベル分布Ｐ１，Ｐ２は、図９の中心Ｏｓを通る直線（図９の直線Ｌ１，Ｌ２を参照）に沿った方向の音圧レベルを示している。そして音圧レベル分布Ｐ１，Ｐ２は、互いに異なる直線に沿った音圧レベルを示す。なお、図１１の中心Ｏｄは、上下方向に沿って図９の中心Ｏｓと対向している。

図１１の音圧レベル分布Ｐ１，Ｐ２が示すように、屋内測位システム１０１において、音圧レベル分布は、中心Ｏｄを通る直線の方向に応じて変化する。
このため携帯端末３は、音声入力部４４に入力した超音波の音圧レベルを検出することにより、中心Ｏｄを基点とした位置を算出することが可能となる。

一方、図１１の音圧レベル分布Ｐ３が示すように、屋内測位システム１において、音圧レベル分布は、中心Ｏｄを通る直線の方向に応じて変化しない。但し、音圧レベル分布Ｐ３では、中心Ｏｄから遠ざかるにつれて音圧レベルが徐々に低下する。このため、携帯端末３は、幅が狭い通路のように移動方向が一方向のみである箇所において、音声入力部４４に入力した超音波の音圧レベルを検出することにより、中心Ｏｄを基点とした位置を算出することが可能となる。

２…位置情報出力装置、３…携帯端末、１１…超音波出力部、１３…制御部

Claims (5)

1. 現在位置を報知する機能を備えた位置報知装置（３）に対して、前記現在位置を示す現在位置情報を提供する位置情報提供装置（２）であって、
   予め設定された超音波周波数を有する超音波を出力する超音波出力手段（１１）と、
   前記位置報知装置が備える音声入力部により検出可能な周波数範囲に含まれるとともに前記超音波周波数より低くなるように予め設定された検出可能周波数を複数有し、前記現在位置情報の内容に応じて、複数の前記検出可能周波数の中から１つの前記検出可能周波数を変調周波数として順次選択し、選択した前記変調周波数で前記超音波の振幅の極大値または極小値が変化するように前記超音波出力手段を制御する制御手段（１３）とを備える
   ことを特徴とする位置情報提供装置。
2. 前記超音波出力手段は、正位相の前記超音波を出力する複数の第１超音波スピーカ（２６）と、逆位相の前記超音波を出力する複数の第２超音波スピーカ（２７）とを備え、
   複数の前記第１超音波スピーカは、前記超音波出力手段が前記超音波を出力する超音波出力方向に対して垂直な設置面に沿って、予め設定された中心点から外側に向かって渦巻き状に配置され、
   複数の前記第２超音波スピーカは、前記設置面に沿って前記中心点から外側に向かって渦巻き状に配置され、
   前記中心点から外側に向う方向に沿って前記第１超音波スピーカと前記第２超音波スピーカとが交互に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置情報提供装置。
3. 前記超音波周波数は、前記変調周波数の整数倍と異なる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置情報提供装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の位置情報提供装置から出力される前記超音波を入力する前記音声入力部を備え、現在位置を報知する機能を備えた位置報知装置であって、
   前記音声入力部に入力した前記超音波の前記変調周波数を検出し、検出した前記変調周波数に基づいて、前記超音波から前記現在位置情報を取得する位置情報取得手段（Ｓ４０）を備える
   ことを特徴とする位置報知装置。
5. コンピュータを、請求項４に記載の位置報知装置の前記位置情報取得手段として機能させるためのプログラム。