JP2016085174A - 屋内測位用の測位信号送信機及び当該送信機の座標登録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測位信号を送信する測位信号送信機の座標情報の登録作業の効率化と自動化を可能にする。【解決手段】座標登録装置に、測位信号を受信する測位信号受信部と、センサ部と、基準点の座標位置と前記センサ部によって収集された情報とに基づいて自機の座標位置を検出する位置検出部と、前記測位信号を受信した時点における前記自機の座標位置を、前記測位信号の送信源である測位信号送信機の座標位置として決定する信号処理部と、前記信号処理部により決定された前記測位信号送信機の座標位置と前記基準点の座標位置とを記憶する記憶部とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、屋内測位用の測位信号送信機及び当該送信機の座標登録装置に関する。

スマートフォンやタブレット端末等の高機能の無線携帯端末の普及に伴い、ビル、工場、地下街などの屋内におけるリアルタイム測位技術を利用したサービスが急速に発展している。測位信号を送信する送信機には、従来、無線LAN、IMES（indoor messaging system）、Bluetooth、特定小電力無線等の無線規格が適用されている（例えば非特許文献１参照）。

D. Manandhar, K. Okano, M. Ishii, and H. Torimoto, "Development of ultimate seamless positioning system based on QZSS IMES," in Proc. Int. Tech. Meeting Satellite Division Inst. Navigation 2008, Savannah, GA, pp. 1698-1705.

屋内測位を利用したサービスの構築には、測位エリア内の受信機に対して測位信号を送信する送信機の座標情報を登録したデータベースが必要となる。従来、このデータベースの作成には、建築図面等に基づいて割り出した送信機の座標情報を人手で登録する手法が用いられている。しかし、この手法には、1) 作業量が膨大である、2) 人的ミスをゼロにできない、3) 建築図面と実際の内装が必ずしも一致しない等の問題があった。すなわち、測位信号を送信する送信機の座標情報の登録作業の効率化と自動化が課題となっている。

上記課題を解決するための代表的な発明の一つに、屋内測位用の測位信号送信機の座標登録装置がある。当該座標登録装置は、測位信号を受信する測位信号受信部と、センサ部と、基準点の座標位置と前記センサ部によって収集された情報とに基づいて自機の座標位置を検出する位置検出部と、前記測位信号を受信した時点における前記自機の座標位置を、前記測位信号の送信源である測位信号送信機の座標位置として決定する信号処理部と、前記信号処理部により決定された前記測位信号送信機の座標位置と前記基準点の座標位置とを記憶する記憶部とを有する。

また、他の代表的な発明の一つに、前述の座標登録装置と対をなす屋内測位用の測位信号送信機がある。当該測位信号送信機は、測位信号を送信する測位信号送信部と、前記測位信号を受信した座標登録装置から座標位置の通知信号を受信するデータ通信部と、前記通知信号に含まれる座標位置を自機の座標位置として記憶部に記憶する信号処理部とを有する。

本発明によれば、屋内測位用の測位信号を送信する測位信号送信機の座標位置の決定作業を自動化できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

実施例１に係る座標登録装置の構成例を示すブロック図。 実施例２に係る座標登録システムの構成例を示すブロック図。 実施例２に係る座標登録システムで実行される作業手順及び処理動作を説明するフローチャート。 座標位置の登録作業を説明する図。 座標位置の登録作業を実施する屋内空間の一例を示す平面図。 真の座標と位置検出部によって検出された座標とのずれを説明する平面図。 実施例３に係る座標登録システムの構成例を示すブロック図。 実施例３に係る座標登録システムで実行される作業手順及び処理手順を説明するフローチャート。 実施例３に係る座標登録装置と測位信号送信機との間におけるデータの流れを説明する図。 屋内測位サービスに適用して好適な通信システムの一例を示す図。 実施例４に係る座標登録システムの構成例を示すブロック図。 実施例４に係る座標登録システムのIMESパケットのフレーム構造を説明する図。 実施例４に係る座標登録システムで実行される作業手順及び処理手順を説明するフローチャート。 実施例５に係る座標登録装置で使用する表示画面の一例を示す図。 実施例６に係る座標登録システムにおける測位信号送信機の自動アクティベーション手法の概念を説明する図。 実施例７に係る座標登録システムのシステム例を示す図。 実施例７に係る測位信号送信機の自動アクティベーション処理の流れを説明するフローチャート。 実施例８に係る座標登録システムで使用する自動走行装置の構成例を示すブロック図。 実施例８に係る座標登録システムで使用する自動走行装置の自走経路決定アルゴリズムの概念を説明する図。 実施例８に係る座標登録システムで使用する座標登録装置による自走経路決定処理手順を説明するフローチャート。 実施例９に係る座標登録システムにおいて採用する測位信号の放射範囲の可変イメージを説明する図。 実施例９に係る座標登録システムの構成例を示すブロック図。 実施例９に係る座標登録システムで実行される測位信号の放射範囲の変更処理手順を説明するフローチャート。

以下、図面に基づいて、本発明の実施例を説明する。なお、本発明の実施例は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。なお、後述する各実施例の説明に使用する各図の対応部分には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

（１）実施例１
図１に、屋内測位用の測位信号送信機の座標位置の決定作業の自動化に好適な座標登録装置１の構成例を示す。座標登録装置１は、測位信号受信部（RLOC）３と、センサ部（SEN）４と、位置検出部（POS）５と、信号処理部（PRC）６と、記憶部（MEM）７とを有している。ここで、測位信号受信部３は、測位信号を受信するデバイスである。測位信号受信部３は、屋内用の測位信号の受信専用であっても良いし、屋内用の測位信号と屋外用の測位信号の両方を受信可能であっても良い。位置検出部５は、基準点の座標位置とセンサ部４が収集した情報とに基づいて自機の座標位置を検出するプロセッサ／コンピュータである。センサ部４による情報の収集は、測位信号受信部３による測位信号の受信とは独立に実行される。

信号処理部６は、時間連続的に逐次検出される自機の座標位置のうち測位信号を受信した時点の座標位置を、測位信号の送信源である測位信号送信機の座標位置として決定するプロセッサ／コンピュータである。記憶部７は、測位信号送信機の座標位置として決定された座標位置を記憶する記憶デバイス（例えば半導体メモリ、磁気ディスク）である。なお、基準点の座標位置も記憶部７に記憶される。測位信号は好適にはIMES信号であり、測位信号受信部３は好適にはIMES信号を受信可能なGPS受信機である。もっとも、測位信号受信部３は、無線LAN、Bluetooth、特定小電力無線等の無線規格、又は、可視光、赤外線等の光通信規格に基づいた測位信号を受信する受信機であっても良い。

センサ部４は、例えば測距信号（前出の「測位信号」とは異なる。）を水平方向にスキャンする、又は、水平方向及び垂直方向の両方向にスキャンすることにより空間の形状を認識するセンサである。測距信号を水平方向にスキャンしながら測距すれば屋内空間の平面構造を識別でき、測距信号を水平および垂直方向にスキャンしながら測距すれば屋内空間の立体構造を識別できる。センサ部４は、好適にはレーザレンジファインダである。もっとも、センサ部４は、赤外線センサ、画像センサ、ミリ波レーダ、加速度センサ、角速度センサ、地磁気センサ等であっても良いし、それらの組み合わせであっても良い。

位置検出部５は、事前に入力された又は取得された基準点の座標位置（基準座標）と、センサ部４から逐次出力される出力信号とに基づいて、自機の座標位置をリアルタイムで検出する。例えば既存のナビゲーション技術を利用して座標位置を検出する。基準点の座標位置は、例えば座標位置が既知である測位信号送信機から受信される測位信号に含まれる座標位置を読み込んで使用しても良いし、基準点に対応する既知の座標位置を作業者が手入力しても良い。

なお、屋内用の測位信号を送信するアンテナの指向性は一般に強い。このため、相違信号の受信可能範囲は、一般に狭い（例えば直径数メートル）。そこで、本実施例の信号処理部６は、測位信号が受信された時点における座標登録装置１の座標位置を、測位信号送信機の座標位置として決定する。この決定手法により、測位信号送信機の座標位置の決定作業を自動化できる。なお、位置検出部５は、自機の座標位置の生成機能に加え、センサ部４によって測定された各時点の座標位置と、同時に測定される周辺構造物（例えば壁）との距離情報とに基づいて屋内地図を生成する機能を搭載することができる。この場合、生成された屋内地図を記憶部７に保存しても良い。前述した位置検出部５や信号処理部６の処理機能は、例えばプログラムの実行を通じて実現される。

以上の通り、本実施例に係る座標登録装置１を用いれば、屋内測位用の測位信号を送信する測位信号送信機の座標位置の決定作業を自動化できる。また、当該自動化技術を用いれば、屋内測位を利用したサービスの構築に必要なデータベースを効率的に構築することもできる。

（２）実施例２
図２に、本実施例に係る座標登録システムの構成例を示す。図２に示す座標登録システムは、１つの座標登録装置１と、２つの屋内測位用の測位信号送信機２で構成される。測位信号送信機２は１つでも良いし、３つ以上あっても良い。測位信号送信機２には、測位信号送信部８が含まれる。測位信号送信部８は、指向性のあるアンテナを通じて測位信号を送信するデバイスである。

例えば測位信号送信部８にはIMES信号を送信するIMES送信機を使用し、測位信号受信部３にはIMES信号を受信可能なGPS受信機を使用する。もっとも、測位信号送信部８と測位信号受信部３は、無線LAN、Bluetooth、特定小電力無線等の無線規格に基づく信号、又は、可視光、赤外線等の光通信規格に基づいた測位信号を送受信可能な送信機と受信機であっても良い。

図３に、本実施例に係る座標登録システムにおいて実行される作業手順及び処理動作を示す。

（ステップＳ１０１）
まず、工事作業者が、測位エリア内の参照位置に、測位信号の送信源としての測位信号送信機２を少なくとも一つ設置する。ここで、参照位置とは、測位システムにおいて座標を知りたい位置である。

（ステップＳ１０２）
次に、登録作業者が、座標位置が既知の基準点において、座標登録装置１を起動する。基準点の座標位置は、例えば登録作業者により座標登録装置１に手入力される。もっとも、座標位置の設定が既に終了している（座標位置が既知の）測位信号送信部８から送信される測位信号を受信して基準点の座標位置を自動的に設定しても良い。例えば測位信号に含まれる座標位置をそのまま基準点の座標位置として設定する。

（ステップＳ１０３）
座標登録装置１による位置検出が可能な状態になると（位置検出が開始されると）、登録作業員は、座標登録装置１と一緒に測位エリア内を移動する。例えば基準点から座標位置の登録が必要とされる測位信号送信機２に向けて移動する。

（ステップＳ１０４）
座標登録装置１の信号処理部６は、測位信号が受信されたか否かを常時判定している。測位信号の受信が確認された場合、信号処理部６はステップＳ１０５に進む。なお、この判定動作の間も、位置検出部５は、基準点の座標位置とセンサ部４から収集される情報に基づいて座標登録装置１の座標位置をリアルタイムで計算している。

（ステップＳ１０５）
信号処理部６は、測位信号の受信が確認された時点における座標登録装置１の座標位置を、測位信号送信機２の座標位置として記憶部７に登録する。なお、信号処理部６は、測位信号に含まれる測位信号送信機２を識別する識別子と座標位置を関連づけて記憶部７に登録する。

（ステップＳ１０６）
座標登録装置１の信号処理部６は、全ての測位信号送信機２についての座標位置の登録が完了するまで前述の動作を繰り返し実行し、登録完了の確認後に登録処理を終了する。登録完了の確認は登録作業者が行っても良いし、予め定めておいたリストに基づいて信号処理部６が判定しても良い。なお、座標位置の検出精度を高めるため、座標位置が既知の基準点を複数準備しても良い。座標登録装置１を起動してから登録処理を終了するまでの間に２つ以上の基準点を認識することができれば、センサ出力等から推定された座標位置に含まれるずれ量（誤差）を補正することができる。

図４に、本システムにおける座標登録作業の概要を示す。本実施例における座標登録装置１には、例えばスマートフォンやタブレット端末程度の寸法であって、登録作業者が手に保持した状態のまま移動できるデバイスを想定する。もっとも、座標登録装置１は台車等に固定又は載置して使用するデバイスであっても良い。この場合、座標登録装置１の寸法や重さは台車等との関係で適合していれば良い。台車等は、例えば自走式でも良いし、登録作業員が手動で移動させる方式でも良い。

測位信号は、好適には、測位信号送信機２から鉛直下向きに放射される。測位信号の放射範囲２２は、直径３〜５ｍ程度が望ましい。登録作業員は測位信号送信機２の真下に座標登録装置１を移動させ、測位信号の受信と受信点の座標位置の決定とを実行する。もっとも、登録作業者の作業は座標登録装置１を測位信号送信機２の真下付近に移動させることであり、測位信号の受信と受信点の座標位置の決定は、座標登録装置１が自動的に実行する。

ところで、座標登録装置１において推定される座標位置と真の座標位置との間にはずれが含まれる可能性があり、センサ部４の検出精度や基準点からの移動距離の大きさ等によってはずれ量が累積的に大きくなる可能性がある。以下では、推定された座標位置に含まれるずれ量（誤差）を補正する方法について説明する。本実施例では、図５及び図６を用い、２つ以上の基準点を使用する補正方法について説明する。

図５は、座標位置の登録作業を実施する屋内空間の一例を示す平面図である。図５に示す屋内空間内（例えば天井）には、白抜きの正方形マークで表した位置に測位信号送信機２ａ〜２ｆが既に設置されている。測位信号送信機２ａ〜２ｆは、破線の円パターンで示す放射範囲２２ａ〜２２ｆに測位信号を放射している。この例の場合、黒塗りの星印マークで表した位置に、絶対座標が既知の基準点２３ａと２３ｂが存在し、それぞれ、放射範囲２２ａ及び２２ｅに対応づけられている。

このため、座標登録装置１（信号処理部６）は、測位信号送信機２ａの測位信号を受信した場合に自機は基準点２３ａに位置すると認識し、測位信号送信機２ｅの測位信号を受信した場合に自機は基準点２３ｂに位置すると認識して、基準点について事前に与えられている座標位置で位置検出部５が推定した座標位置を置換する。なお、受信した測位信号が基準点２３ａに対応する測位信号送信機２ａであることは、測位信号に含まれる識別子を用いて判別する。基準点２３ｂに対応する測位信号送信機２ｅについても同様である。また、基準点であることを示すコードが測位信号に含まれていても良い。

図６は、真の座標位置２４と位置検出部５が決定した座標位置２５にずれが生じている例を示している。本例では、座標位置の登録作業を基準点２３ａから開始しているので、基準点２３ａの座標位置と位置検出部５が決定した基準点（測位信号送信機２ａ）の座標位置２３ａ’とは正確に一致する。

しかし、測位エリア内を移動しながら位置検出部５による座標位置の検出処理を進めていくと、慣性測定の誤差の蓄積等の理由により、真の座標位置２４と位置検出部５で求める座標位置２５の間には「ずれ」が生じる。このとき、「ずれ」は、例えば図６に示したように、回転軸方向の「ずれ」として現れる。この結果、基準点２３ｂに対応する座標位置が、真の座標位置からずれた座標位置２３ｂ’として推定される。ただし、基準点２３ｂの絶対座標は既知であるため、信号処理部６は、その情報を利用して回転軸方向のずれを補正（校正）することができる。

なお、測位中に２つ以上の基準点（開始点の基準点を含む。）に対応する測位信号を受信することができれば、各基準点において位置検出部５による座標位置の検出値を補正（校正）できるだけでなく、既知の座標位置と推定された座標位置とのずれ情報に基づいて、基準点を除く任意の位置で検出された座標位置を正しい値に補正することができる。補正には既知の演算手法を適用すれば良いため、ここでは説明を省略する。

以上のように、複数の基準点を用いた補正機能を搭載する本実施例に係る座標登録装置１を用いれば、測位信号送信機２の座標位置を高精度に決定することができる。

（３）実施例３
図７に、本実施例に係る座標登録システムの構成例を示す。本システムの特徴部分は、座標登録装置１において決定された測位信号送信機２の座標位置が、座標登録装置１から該当する測位信号送信機２に通知され、測位信号送信機２において自機の座標位置として登録される点である。

このため、本実施例に係る座標登録装置１は、前述の実施例で説明した構成に加え、データ通信部１０を有している。データ通信部１０は、測位信号送信機２との通信に使用される通信装置であり、本実施例では、信号処理部６が決定した座標位置を、測位信号の送信源である測位信号送信機２に送信するために使用される。データ通信部１０には、例えば無線LAN、Bluetooth（登録商標）、ZigBee、特定小電力無線、微弱無線、NFC（Near field communication）等に準拠した通信装置を使用する。

一方、本実施例に係る測位信号送信機２は、前述の実施例で説明した構成に加え、信号処理部９と、記憶部１１と、データ通信部１２を有している。データ通信部１２は、座標登録装置１との通信に使用される通信装置であり、本実施例では、座標登録装置１から座標位置を含む通知信号の受信に用いられる。データ通信部１２も、例えば無線LAN、Bluetooth、ZigBee、特定小電力無線、微弱無線、NFC等を通信に使用する。データ通信部１２によって受信された座標位置は、信号処理部９により記憶部１１に登録される。なお、この登録より前に記憶部１１に記憶されていた座標位置（仮の座標位置）は、座標登録装置１から受信した座標位置により書き換えられる。記憶部１１は、当該座標位置を自機の座標位置として保持する。

信号処理部９は、測位信号送信部８から送信される測位信号に、記憶部１１に登録されている座標位置を含めて送信する。これにより、測位信号送信機２は正確な座標位置が書き込まれた測位信号を送信することができる。また、測位信号に座標位置が含まれることにより、屋内空間でもリアルタイム測位技術の利用が可能になる。

図８に、本実施例に係る座標登録システムにおいて実行される作業手順及び処理動作を示す。

（ステップＳ２０１）
まず、工事作業者が、測位エリア内の参照位置に、測位信号の送信源としての測位信号送信機２であって、その記憶部１１に仮の座標位置が事前に登録されている測位信号送信機２を少なくとも一つ設置する。

（ステップＳ２０２）
次に、登録作業者が、座標位置が既知の基準点において、座標登録装置１を起動する。

（ステップＳ２０３）
座標登録装置１による位置検出が可能な状態になると（位置検出が開始されると）、登録作業員は、座標登録装置１と一緒に測位エリア内を移動する。

（ステップＳ２０４）
座標登録装置１の信号処理部６は、測位信号が受信されたか否かを常時判定している。測位信号の受信が確認された場合、信号処理部６はステップＳ２０５に進む。なお、この判定動作の間も、位置検出部５は、基準点の座標位置とセンサ部４から収集される情報に基づいて座標登録装置１の座標位置をリアルタイムで計算する。

（ステップＳ２０５）
測位信号の受信を確認した信号処理部６は、受信が確認された時点における座標登録装置１の座標位置を測位信号送信機２の座標位置として記憶部７に登録する。また、信号処理部６は、データ通信部１０を使用し、受信した測位信号の送信源にあたる測位信号送信機２との間でデータ通信を確立する。

（ステップＳ２０６）
続いて、座標登録装置１側の信号処理部６は、確立したデータ通信を通じ、測位信号の受信時における座標位置を、測位信号の送信源である測位信号送信機２に宛てて送信する。通知信号には、例えば宛先情報として、受信した測位信号に含まれていた識別子と、決定した座標位置が含まれる。一方、測位信号送信機２側の信号処理部９は、座標登録装置１から受信した座標位置を記憶部１１に登録する（すなわち、当初の仮の座標位置と置き換える）。以後、測位信号送信機２は、新たに登録された座標位置を含む測位信号を、測位信号送信部８を通じて送信する。

（ステップＳ２０７）
座標登録装置１の信号処理部６は、全ての測位信号送信機２についての座標位置の登録が完了するまで前述の動作を繰り返し実行し、登録完了の確認後に登録処理を終了する。
なお、前述の実施例２のように座標登録装置１が座標位置の補正機能を搭載しており、測位エリアに複数の基準点が準備されている場合には、座標登録装置１を起動してから登録処理を終了するまでの間に２つ以上の基準点を認識して座標マッチングを実行する。これにより、座標登録装置１の信号処理部６で推定された座標位置に含まれる回転方向のずれ等が補正され、推定される座標位置の精度が向上する。この場合、ステップＳ２０６の通知信号は、補正処理が終了した後に送信しても良い。

図９に、測位信号送信機２と座標登録装置１との間におけるデータの流れを示す。測位信号送信機２は、常に、測位信号を送信している。座標登録装置１は、測位信号を受信すると（すなわち、測位信号の放射範囲に座標登録装置１が入ると）、データ通信部１０を通じて、測位信号の送信源である測位信号送信機２に対してデータ通信接続要求を送信する。一方、測位信号送信機２は、データ通信部１２を通じてデータ通信接続要求を受信すると、データ通信部１２を通じてデータ通信接続許可通知を返信する。これにより、測位信号送信機２と座標登録装置１との間にコネクションが確立する。以後、データは、当該コネクションを通じて実行される。

コネクションの確立後、座標登録装置１は、測位信号送信機２に宛てて、測位信号を受信した時点の座標位置（すなわち、座標登録装置１の座標位置）と測位信号の座標登録命令とを含む通知信号を送信する。当該通知信号を受信した測位信号送信機２は、受信した座標位置を記憶部１１に登録した上で、測位信号登録完了通知を返信する。

測位信号登録完了を確認した座標登録装置１は、通信中の測位信号送信機２に宛ててデータ通信切断要求を送信する。当該データ通信接続要求を受信した測位信号送信機２は、データ通信切断許可通知を返信した上でデータ通信のコネクションを解除する。座標登録装置１は、以上のプロトコルを全ての測位信号送信機２と取り交わす。

前述したように、本実施例では、測位信号送信機２の記憶部１１が座標位置を記憶し、当該座標位置を測位信号に含めて送信しているが、座標位置の記憶と管理は、通信システムの全体設計の観点から最適な場所で行う必要がある。図１０は、屋内測位サービスに適用して好適な通信システムの一例である。

図１０において、スマートフォン等の測位端末２９は、測位信号送信機２から測位信号を受信し、屋内空間における自機の座標位置を推定する端末である。この測位端末２９は、無線LANなどの通信方式により基地局２６に接続されており、基地局２６は、有線路を通じてインターネット等のネットワーク２７に接続されている。また、ネットワーク２７にはサーバ２８に接続されている。

屋内測位サービスを利用する測位端末２９は、測位信号送信機２から送信された測位信号を受信して自機の座標位置を推定する。このとき、座標位置の情報は、測位信号送信機２の記憶部１１に記憶され、測位信号送信機２が送信する測位信号に埋め込まれていても良いが、測位信号送信機２が送信する測位信号は単なる識別子であっても良い。つまり、測位信号には、測位信号送信機２の座標位置が含まれていなくても良い。後者の場合、識別子と座標を紐付ける必要がある。

識別子と座標位置を紐付けた情報は、測位端末２９の記憶部３０に保存されても良いし、サーバ２８に記憶されていても良い。紐付け情報がサーバ２８に記憶されている場合、測位端末２９は、当該紐付け情報を、ネットワーク２７を介してダウンロードし、自機の座標位置の推定に使用する。なお、サーバ２８に紐付け情報を登録する場合、本実施例で説明した座標登録装置１による測位信号送信機２に対する座標位置の登録手順は不要となる。代わりに、座標登録装置１は、サーバ２８に対して測位信号送信機２の識別子とその座標位置の関係（紐付け情報）を登録する。

（４）実施例４
図１１に、本実施例に係る座標登録システムの構成例を示す。本実施例のシステムは、実施例３の更なる具体例に対応する。本実施例では、座標登録装置１の測位信号受信部３にIMES信号を受信可能なGPS受信機を使用し、センサ部４にレーザレンジファインダを使用し、データ通信部１０にBluetooth（BT）通信機を使用する。

また、本実施例の場合、位置検出部５と信号処理部６は、１つのマイクロプロセッサユニット（MPU）内の一機能として取り込まれている。さらに、測位信号送信機２の測位信号送信部８にIMES送信機を使用し、データ通信部１２にBluetooth通信機を使用し、信号処理部９にMPUを使用している。

図１２に、本実施例で使用する送信信号（IMESパケット）のフレーム構造１３を示す。本実施例の場合、緯度経度を登録する「MID：0」フレームに続く、ユーザが自由に定義できる「MID：3」フレームの部分に、測位信号送信機２側のデータ通信部１２の識別子（ID）とパスワード（PW）を記録している。このように測位信号送信機２の測位信号送信部８が送信する測位信号に、データ通信部１２に関する識別子（ID）とパスワード（PW）を記録しておくことにより、測位信号を受信した座標登録装置１は、測位信号を送信した測位信号送信機２との間ですぐさまコネクションを確立することができる。

特に測位信号送信機２が屋内の測位エリア内に複数設置されている場合にあって、複数のデータ通信部１２から送信された測位信号（ビーコン信号）が座標登録装置１で同時に検出される場合、登録作業者がコネクションを確立するデータ通信部１２を指定する手法では、どのデータ通信部１２とコネクションを確立すれば良いかを識別すること自体が困難である。しかし、本実施例のように測位信号の中に対応するデータ通信部１２の識別子（ID）とパスワード（PW）が記録されていれば、座標登録装置１は、自動的に正しいデータ通信部１２とコネクションを確立することができる。

図１３に、本実施例に係る座標登録システムにおいて実行される作業手順及び処理動作を示す。

（ステップＳ３０１）
まず、工事作業者が、測位エリア内の参照位置に、IMESパケットに仮の緯度経度と対応するBluetooth（BT）通信機の識別子（ID）及びパスワード（PW）を登録した測位信号送信機２を少なくとも一つ設置する。

（ステップＳ３０２）
次に、登録作業者が、座標位置が既知の基準点において、座標登録装置１を起動する。

（ステップＳ３０３）
座標登録装置１による位置検出が可能な状態になると（位置検出が開始されると）、登録作業員が座標登録装置１と一緒に測位エリア内を移動する。

（ステップＳ３０４）
座標登録装置１の信号処理部６は、IMESパケットが受信されたか否かを常時判定している。IMESパケットの受信が確認された場合、信号処理部６はステップＳ３０５に進む。なお、この判定動作の間も、位置検出部５は、基準点の座標位置とレーザレンジファインダから収集される情報に基づいて座標登録装置１の座標位置をリアルタイムで計算する。

（ステップＳ３０５）
IMESパケットの受信を確認した信号処理部６は、IMESパケットに書き込まれていた識別子（ID）とパスワード（PW）を使用し、受信したIMESパケットの送信源である測位信号送信機２との間でデータ通信を確立する。また、IMESパケットの受信が確認された時点における座標登録装置１の座標位置（緯度経度）を測位信号送信機２の座標位置として記憶部７に登録する。

（ステップＳ３０６）
続いて、座標登録装置１側の信号処理部６は、Bluetooth通信を通じ、IMESパケットの受信時における座標位置（緯度経度）を、対応する測位信号送信機２に宛てて送信する。測位信号送信機２側の信号処理部９は、座標登録装置１から受信した座標位置（緯度経度）を記憶部１１に登録する（すなわち、当初の仮の座標位置と置き換える）。以後、測位信号送信機２は、新たに登録された座標位置を含むIMESパケットを、測位信号送信部IMES送信機を通じて送信する。

（ステップＳ３０７）
座標登録装置１の信号処理部６は、全ての測位信号送信機２についての座標位置の登録が完了するまで前述の動作を繰り返し実行し、登録完了の確認後に登録処理を終了する。なお、前述の実施例と同様、測位エリアに複数の基準点が準備されている場合には、座標登録装置１が搭載する座標位置の補正機能を使用することにより、測位信号送信機２の座標位置の精度を高めることができる。

（５）実施例５
図１４に、前述の座標登録装置１に搭載される不図示の表示装置に表示して好適なグラフィックス（表示画面）の一例を示す。このグラフィックスは、信号処理部６に搭載されている地図生成機能によって生成された屋内地図又は記憶部７に格納している既知の屋内地図に、測位信号受信部３で受信された測位信号の受信位置１４〜１６とその識別子（ID）を重ねて表示する例である。グラフィックスの下方に表示された表１７には、これまで受信した測位信号の識別子（ID）と、それぞれに対応する信号強度、緯度経度が列記され、座標登録作業の進行状況を確認できるようになっている。

（６）実施例６
IMESサービスを用いる場合、IMES送信機が出力する座標情報（緯度、経度、高さ）の信頼性を担保する観点から、全てのIMES送信機の識別子（ID）と各送信機が出力する座標位置の情報は、認証機関（管理者）によって管理される。すなわち、IMESサービスを利用する事業者（運用者）は、設置した個々のIMES送信機を実運用する際に認証機関に対して申請手続きを行い、承認を受ける必要がある。

具体的には、運用者が管理者に対して申請をすると、管理者からアクティベーションコードが発行され、このアクティベーションコードをIMES送信機に入力することで、自機の正しい座標位置を含む測位信号の送信が可能になる。すなわち、認証された測位信号送信機２としての動作が可能になる。従来、このプロセスは紙の書類のやり取りで行われているが、本実施例では、IMESのアクティベーションを電子化かつ自動化する方法を提案する。

図１５に、IMESにおけるアクティベーションの自動化イメージを示す。IMESのアクティベーションは、以下の手順で実行される。まず、座標登録装置１が、Bluetooth通信を介して測位信号送信機２（IMES送信機）に緯度経度を登録する。続いて、座標登録装置１は、セルラー通信によってセルラー基地局１９に接続し、更に公衆通信網２０を通じて遠方にある認証サーバ２１に自動的に接続する。この後、座標登録装置１は、認証サーバ２１に対し、IMES送信機の登録申請を行う。

このとき、座標登録装置１は、測位信号送信機２（IMES送信機）の製造番号、シリアル番号等の識別子（ID）と座標位置の情報（緯度、経度、高さ）を認証サーバ２１に通知する。認証サーバ２１はIMES送信機の登録申請を受け付けると、座標登録装置１から通知された情報を自動的に確認し、問題が無ければ即刻アクティベーションコードを発行して、座標登録装置１に対して返信する。

座標登録装置１は、受け取ったアクティベーションコードを測位信号送信機２（IMES送信機）にBluetooth通信を通じて送信し、アクティベーション処理を完了する。アクティベーション処理が完了すると、測位信号送信機２（IMES送信機）による座標位置の情報を含む測位信号の送信が可能になる。なお、前述の説明では、座標登録装置１と認証サーバ２１との接続経路の一部にセルラー通信を利用しているが、セルラー通信に代えて無線LAN、インターネット等を用いても良い。

（７）実施例７
ここでは、前述した実施例６の具体例について説明する。図１６は、IMESの自動アクティベーションが実行される全体システムの一例であり、図１７は、自動アクティベーション処理の流れを説明する図である。

（ステップＳ４０１）
前述の通り、IMES送信機である測位信号送信機２は、自身の識別子（ID）の情報を含むIMESパケットを放射範囲内に常時送信している。ここでの識別子（ID）の情報は、製造番号、シリアル番号、MACアドレス等である。IMESパケットの放射範囲内に移動した座標登録装置１は、IMESパケットの受信を通じてIMES送信機の識別子（ID）の情報を受信する。

（ステップＳ４０２）
IMESパケットを受信した座標登録装置１は、当該パケットに含まれるIMES送信機の識別子（ID）とその座標位置の情報を認証サーバ２１に送信する。ここで、IMES送信機の座標位置の情報は、IMES送信機から受信したIMESパケットに書き込まれていた情報でも良いし、IMESパケットを受信した座標登録装置１によって推定された座標位置の情報であっても良い。

（ステップＳ４０３）
認証サーバ２１は、座標登録装置１から送られたIMES送信機の識別子（ID）の情報及び座標位置に問題が無いか否かを確認する。

（ステップＳ４０４）
認証サーバ２１は、IMES送信機の識別子（ID）の情報及び座標位置に問題が無い場合、ステップＳ４０５に進み、IMES送信機の識別子（ID）の情報及び座標位置に問題がある場合、ステップＳ４０８に進む。

（ステップＳ４０５）
アクティベーションを許可する場合、認証サーバ２１は、IMES送信機のためのアクティベーションコードを発行して座標登録装置１に返信する。

（ステップＳ４０６）
認証サーバ２１からアクティベーションコードを受信した座標登録装置１は、当該アクティベーションコードを対象とするIMES送信機に送信する。

（ステップＳ４０７）
アクティベーションコードを受信したIMES送信機は、受信したアクティベーションコードを用いて自身のアクティベーション処理を実行し、座標位置の情報を含む測位信号の送信を開始する。

（ステップＳ４０８）
アクティベーションを許可しない場合、認証サーバ２１は、座標登録装置１に対してアクティベーションを許可しない旨を送信する。

以上で、１台のIMES送信機のアクティベーション手続きが完了する。なお、認証サーバ２１におけるステップＳ４０３〜４０５及びＳ４０８の処理は、人手を介さずに自動的に瞬時に行われることが望ましい。

（８）実施例８
本実施例では、人工知能（AI）等を用いた自動走行機能との組み合わせにより、座標登録装置１による座標登録作業を自動化する手法について説明する。図１８に、本実施例に係る座標登録システムの構成例を示す。図１８に示すように、自動走行装置３２は、その構成要素の一部として座標登録装置１と制御部３１を含んでいる。制御部３１は、座標登録装置１の信号処理部６からの指示に従い、走行の方向や速度などを制御する。なお、制御部３１は、不図示のセンサ等の情報を参考に走行を制御しても良い。

この他、自動走行装置３２には、不図示のシャーシと、シャーシに取り付けられる複数個の車輪と、制御部３１の制御により車輪を駆動する不図示の駆動部が少なくとも搭載される。本実施例の場合、座標登録装置１は自動走行装置３２に固定的に取り付けられている必要はなく、信号処理部６と制御部３１との通信が可能であれば、座標登録装置１は自動走行装置３２に対して着脱可能であっても良い。

図１９及び図２０を使用して、自動走行装置３２による自走経路決定処理を説明する。

（ステップＳ５０１）
まず、自動走行装置３２が測位エリア内を移動する。この時点での移動は任意の方向である。

（ステップＳ５０２）
座標登録装置１の信号処理部６は、測位信号受信部３が測位信号を受信しているか否かを判定する。この判定動作は測位信号が受信されるまで繰り返される。測位信号の受信が検出されると、信号処理部６はステップＳ５０３に進む。

（ステップＳ５０３）
自動走行装置３２は、制御部３１の制御の下、測位信号を受信した位置を直線的に通過する経路（例えば走行経路３３）を走行する。このとき、信号処理部６は、走行中における測位信号の信号強度の変化を、位置検出部５を通じて測定する。ここで、測位信号の信号強度とは、例えば受信信号強度（RSSI）、電界強度、磁界強度、信号雑音比（SNR）であり、図１９に示す信号強度出力３５のような釣鐘状のカーブとなることが期待される。

（ステップＳ５０４）
次に、信号処理部６は、走行経路３３上で信号強度が最大となった位置（P1）を検出し、制御部３１を通じて自動走行装置３２を当該位置に移動させる。

（ステップＳ５０５）
自動走行装置３２は、制御部３１の制御の下、位置P1を通り、走行経路３３に対して垂直である経路（例えば走行経路３４）を走行する。このとき、信号処理部６は、走行中における測位信号の信号強度の変化を、位置検出部５を通じて測定する。ここでも、測位信号の信号強度は、図１９に示す信号強度出力３６のような釣鐘状のカーブとなることが期待される。

（ステップＳ５０６）
信号処理部６は、走行経路３４上で信号強度が最大となった位置（P2）を検出し、記憶部７に登録する。すなわち、信号処理部６は、この位置（P2）を、受信された測位信号に対応する測位信号送信機２の座標位置に決定する。

（ステップＳ５０７）
以上の処理を測位エリア内で受信された全ての測位信号に対して自動的に実施すると、座標位置の自動登録処理が完了する。

（９）実施例９
本実施例では、測位信号送信機２がアンテナから放射される電波のビーム幅を制御する機能を有する場合（すなわち、測位信号が放射される範囲を可変にできる場合）に、登録する座標の精度を高めるための手法について説明する。

図２１に、測位信号の放射範囲の可変イメージを示す。図２１の場合、測位信号送信機２による測位信号の放射範囲は、座標登録装置１（信号処理部６）からのコマンドにより３段階で変更される。図２１の場合、放射範囲２２−１が最も広く、放射範囲２２−２が２番目に広く、放射範囲２２−３はもっとも狭い。

図２２に、本実施例で使用する座標登録システムの構成例を示す。本実施例の場合、測位信号送信機２には、測位信号送信部８の出力側にビーム幅制御部（BWC）３７が配置される。測位信号の放射範囲を変更するコマンドは、座標登録装置１の信号処理部６からデータ通信部１０を介して測位信号送信機２に送信される。測位信号送信機２は、座標登録装置１からのコマンドを、データ通信部１２を介して信号処理部９に与えて解釈し、コマンドに対応した測位信号の放射範囲が得られるようにビーム幅制御部３７を設定する。ビーム幅の制御には、一般的にはアレーアンテナ技術が利用される。

図２３に、本実施例における座標登録の流れを示す。

（ステップＳ６０１）
測位信号送信機２による測位信号の放射範囲は、最大の放射範囲２２−１に設定される。すなわち、指向性が一番弱いアンテナが選択されている。

（ステップＳ６０２）
次に、登録作業者が、座標位置が既知の基準点において、座標登録装置１を起動する。座標登録装置１による位置検出が可能な状態になると（位置検出が開始されると）、登録作業員が座標登録装置１と一緒に測位エリア内を移動する、又は、実施例８の自動走行装置３２が測位エリア内を自走する。

（ステップＳ６０３）
座標登録装置１の信号処理部６は、測位信号が受信されたか否かを常時判定し、測位信号の受信が確認された場合、ステップＳ６０４に進む。

（ステップＳ６０４）
測位信号の受信を確認した信号処理部６は、測位信号送信機２にコマンドを送信し、測位信号送信機２による測位信号の放射範囲を２番目に大きい測位範囲２２−２に変更する。すなわち、指向性が二番目に強いアンテナに変更される。

（ステップＳ６０５）
引き続き、登録作業員は座標登録装置１と一緒に測位エリア内を移動する、又は、実施例８の自動走行装置３２が測位エリア内を自走する。

（ステップＳ６０６）
座標登録装置１の信号処理部６は、測位信号が受信されたか否かを常時判定し、測位信号の受信が確認された場合、ステップＳ６０７に進む。

（ステップＳ６０７）
測位信号の受信を確認した信号処理部６は、測位信号送信機２にコマンドを送信し、測位信号送信機２による測位信号の放射範囲を１番目に小さい測位範囲２２−３に変更する。すなわち、指向性が一番強いアンテナに変更される。

（ステップＳ６０８）
引き続き、登録作業員は座標登録装置１と一緒に測位エリア内を移動する、又は、実施例８の自動走行装置３２が測位エリア内を自走する。

（ステップＳ６０９）
座標登録装置１の信号処理部６は、測位信号が受信されたか否かを常時判定し、測位信号の受信が確認された場合、ステップＳ６１０に進む。

（ステップＳ６１０）
信号処理部６は測位信号の受信を確認すると、確認時点に位置検出部５が検出した座標登録装置１の座標位置を測位信号送信機２の座標位置として決定し、対応する測位位置送信機２に通知する。これにより、測位位置送信機２にはより正確な座標位置が登録される。

以上の通り、本実施例では、初期状態における測位信号の放射範囲が一番広い放射範囲２２−１に設定されているため、座標登録装置１は測位信号を容易に発見することができる。その一方で、測位信号の発見後は、徐々に放射範囲を狭くすることにより、最終的に決定される座標位置の精度を高めることができる。

（１０）他の実施例
本発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることができる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。

また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより（すなわちソフトウェア的に）実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。

１…座標登録装置、２…測位信号送信機、３…測位信号受信部、４…センサ部、５…位置検出部、６…信号処理部、７…記憶部、８…測位信号送信部、９…信号処理部、１０…データ通信部、１１…記憶部、１２…データ通信部、１３…IMESパケットのフレーム構造、１４、１５、１６…測位信号の受信位置、１７…表、１８…建物、１９…セルラー基地局、２０…公衆通信網、２１…認証サーバ、２２…測位信号の放射範囲、２３…基準点、２４…真の座標位置、２５…位置検出部で求める座標位置、２６…基地局、２７…ネットワーク、２８…サーバ、２９…測位端末、３０…記憶部、３１…制御部、３２…自動走行装置、３３、３４…走行経路、３５、３６…信号強度出力、３７…ビーム幅制御部。

Claims (15)

1. 測位信号を受信する測位信号受信部と、
   センサ部と、
   基準点の座標位置と前記センサ部によって収集された情報とに基づいて自機の座標位置を検出する位置検出部と、
   前記測位信号を受信した時点における前記自機の座標位置を、前記測位信号の送信源である測位信号送信機の座標位置として決定する信号処理部と、
   前記信号処理部により決定された前記測位信号送信機の座標位置と前記基準点の座標位置とを記憶する記憶部と
   を有する屋内測位用の測位信号送信機の座標登録装置。
2. 請求項１に記載の座標登録装置において、
   前記測位信号受信部がIMES信号を受信可能なGPS受信機である
   ことを特徴とする座標登録装置。
3. 請求項１に記載の座標登録装置において、
   前記センサ部がレーザレンジファインダである
   ことを特徴とする座標登録装置。
4. 請求項１に記載の座標登録装置において、
   前記信号処理部により決定された前記測位信号送信機の座標位置を、前記測位信号送信機に送信するデータ通信部を更に有する
   ことを特徴とする座標登録装置。
5. 請求項４に記載の座標登録装置において、
   前記データ通信部は、受信した前記測位信号に含まれる識別子とパスワードを用いて前記測位信号送信機と通信する
   ことを特徴とする座標登録装置。
6. 請求項１に記載の座標登録装置において、
   前記信号処理部は、前記基準点に対応する位置で検出された前記自機の座標位置を、前記基準点の既知の座標位置で置換すると共に、前記基準点における既知の座標位置と前記位置検出部で検出された座標位置のずれ情報に基づいて前記基準点を除く位置で検出された前記自機の座標位置を補正する
   ことを特徴とする座標登録装置。
7. 請求項１に記載の座標登録装置において、
   前記信号処理部は、
   前記測位信号を受信すると、ネットワーク経由で通信可能な認証サーバにアクセスし、受信した前記測位信号に含まれる識別子と、受信時に検出された前記自機の座標位置を送信する処理と、
   前記認証サーバからアクティベーションコードが受信されたとき、受信したアクティベーションコードを前記測位信号の送信源である前記測位信号送信機に送信する処理と
   を実行することを特徴とする座標登録装置。
8. 請求項１に記載の座標登録装置において、
   前記信号処理部は、
   前記センサ部によって測定された各時点の座標位置と、同時に測定される周辺構造物との距離情報とに基づいて屋内地図を生成する機能と、
   生成された前記屋内地図に前記測位信号が受信された座標位置を重ねて表示する機能と
   を有することを特徴とする座標登録装置。
9. 請求項１に記載の座標登録装置において、
   前記座標登録装置が自動走行装置に搭載される場合、
   前記信号処理部は、前記自動走行装置の移動を制御する制御部と連携して前記自動走行装置の移動を制御し、直交する２つの移動方向のそれぞれについて一つの前記測位信号に対応する信号強度の変化を測定し、その測定結果に基づいて前記測位信号の送信源である測位信号送信機の座標位置を自動的に決定する
   ことを特徴とする座標登録装置。
10. 請求項１に記載の座標登録装置において、
    前記信号処理部は、前記測位信号の受信時に、その送信源である測位信号送信機に対して段階的に前記測位信号の放射範囲を狭めるコマンドを送信し、最も放射範囲が狭まった段階で検出された座標位置を、前記測位信号の送信源である測位信号送信機の座標位置として決定する
    ことを特徴とする座標登録装置。
11. 測位信号を送信する測位信号送信部と、
    前記測位信号を受信した座標登録装置から座標位置の通知信号を受信するデータ通信部と、
    前記通知信号に含まれる座標位置を自機の座標位置として記憶部に記憶する信号処理部と
    を有する屋内測位用の測位信号送信機。
12. 請求項１１に記載の測位信号送信機において、
    前記測位信号送信部がIMES信号を送信する送信機である
    ことを特徴とする測位信号送信機。
13. 請求項１１に記載の測位信号送信機において、
    前記測位信号送信部は、自機の製造番号、シリアル番号、MACアドレス、並びに／又は、前記データ通信部へのアクセスに使用する識別子及びパスワードを前記測位信号に含めて送信する
    ことを特徴とする測位信号送信機。
14. 請求項１１に記載の測位信号送信機において、
    前記信号処理部は、
    前記座標登録装置からアクティベーションコードが受信されたとき、受信したアクティベーションコードを用いてアクティベーション処理を実行する
    ことを特徴とする測位信号送信機。
15. 請求項１１に記載の測位信号送信機において、
    前記測位信号送信部から送信される前記測位信号の放射範囲を制御するビーム幅制御部を更に有し、
    前記信号処理部は、前記座標登録装置から受信したコマンドに従って前記ビーム幅制御部を制御し、前記測位信号の放射範囲を変更する
    ことを特徴とする測位信号送信機。

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