JP2016143241A

JP2016143241A - Ｒｆｉｄを用いたセンシングシステム及びセンシング方法

Info

Publication number: JP2016143241A
Application number: JP2015018637A
Authority: JP
Inventors: 福田　浩司; Koji Fukuda; 浩司福田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-08-08

Abstract

【課題】低消費電力で、短時間、かつ、軽負荷で検出対象物の検出、及びその動的情報が取得できるセンシングシステムを提供する。【解決手段】複数のＲＦタグが２次元配置されてなるタグユニットと、ＲＦタグに対して個別に電源供給する電源ユニットと、電源ユニットにより電源供給されたＲＦタグと通信するリーダユニットと、タグユニットと通信して得られたリーダ信号がリーダユニットから入力し、当該リーダ信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ値）が予め設定された検出閾値より小さくなったときに、検出対象物が検出されたと判断して、当該判断の元となったＲＦタグを注目タグとして、該注目タグのタグ情報を検出タグ情報として電源ユニットに送信することで、当該電源ユニットに注目タグの周囲に位置するＲＦタグに対して電源供給させる信号処理ユニットと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＲＦＩＤを用いたセンサシステム及びセンシング方法に関する。

近年、普及の著しいＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を用いたシステムは、検出対象物品にＲＦタグを貼り付けて、在庫管理等が行われている（特許文献１〜３）。

即ち、特許文献１〜３の開示技術は、検出対象物に物品情報（タグ情報）を記憶したＲＦタグのラベルを貼り付け、検出したい領域でＲＦタグと通信できるようにアンテナの位置等を調整したＲＦＩＤリーダを用いて、タグ情報の読み出しを行う。そして、タグ情報の読み出しができたとき、物品が検出されたとする。

一方、特許文献４においては、ＲＦタグとＲＦＩＤリーダ間に障害物（検出対象物）が位置すると、通信が途絶えることを利用して、当該障害物を検出する技術が開示されている。

このような特許文献４の技術では、ＲＦタグは検出対象物品に貼付されない（棚に貼り付け等される）ため、特許文献１〜３におけるＲＦタグを検出対象物品に貼付される場合に比べ、タグ情報の不正読み取りによるプライバシーの侵害、情報セキュリティ欠陥等の問題が発生しない利点がある。

また、特許文献５には開放形伝送線路の近傍にRFタグを貼り付けた構造を用い、物品がＲＦタグ近傍に存在するか判定することで物品が商品棚に存在できるか判定する技術がある。

特開２０１１−１１４６３３号公報特開２０１２−１１７９０５号公報特開２００６−１９７２０２号公報米国特許第７２７１７２４号公報ＷＯ２０１４０８７７５６６号公報

しかしながら、上述した各特許文献による技術では、検査対象物の移動方向等の動的情報を取得するためには、複数のＲＦタグを用い、かかる複数のＲＦタグに常時給電し、かつ、解析を行わなければならない。

このため、多大な消費電力が必要となると共に、動的情報の取得に要する時間、及び、解析負荷が大きくなる問題があった。

そこで、本発明の主目的は、低消費電力で、短時間、かつ、軽負荷で検出対象物の検出、及びその動的情報が取得できるセンシングシステム及びセンシング方法を提供することである。

上記課題を解決するため、ＲＦＩＤを用いたセンシングシステムにかかる発明は、複数のＲＦタグが２次元配置されてなるタグユニットと、ＲＦタグに対して個別に電源供給する電源ユニットと、電源ユニットにより電源供給されたＲＦタグと通信するリーダユニットと、タグユニットと通信して得られたリーダ信号がリーダユニットから入力し、当該リーダ信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ値）が予め設定された検出閾値より小さくなったときに、検出対象物が検出されたと判断して、当該判断の元となったＲＦタグを注目タグとして、該注目タグのタグ情報を検出タグ情報として電源ユニットに送信することで、当該電源ユニットに注目タグの周囲に位置するＲＦタグに対して電源供給させる信号処理ユニットと、を備えることを特徴とする。

また、ＲＦＩＤを用いたセンシング方法にかかる発明は、複数のＲＦタグが２次元配置されてなるタグユニットから電波を放射し、電源ユニットがＲＦタグに対して個別に電源供給し、電源ユニットにより電源供給されたＲＦタグとリーダユニットとが通信し、タグユニットと通信して得られたリーダ信号がリーダユニットから信号処理ユニットに入力し、該信号処理ユニットがリーダ信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ値）が予め設定された検出閾値より小さくなったときに、検出対象物が検出されたと判断して、当該判断の元となったＲＦタグを注目タグして、該注目タグのタグ情報を検出タグ情報として電源ユニットに送信することで、当該電源ユニットに注目タグの周囲に位置するＲＦタグに対して電源供給させることを特徴とする。

本発明によれば、低消費電力で、短時間、かつ、軽負荷で検出対象物の検出、及びその動的情報が取得できるようになる。

本発明の実施形態にかかるセンシングシステムの概略図である。タグユニットの上面図である。ＲＦタグの構成図である。センシングシステムの動作を説明するフローチャートである。検査対象物の輪郭抽出処理を説明する図で、（ａ）は注目タグ（右ハッチ）を示す図、（ｂ）は注目タグの周囲に位置する各ＲＦタグ（左ハッチ）、（ｃ）は（ｂ）の状態からさらに周囲に位置する各ＲＦタグ（クロスハッチ）、（ｄ）は抽出した輪郭線を示す図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、ＲＦＩＤを用いたセンシングシステム２の構成図である。なお、以下においては、検出対象物として通行人の足を例に説明するが、これは例示であってワインのボトルやスチール缶等の電磁場と相互作用する物体であればよい。

このセンシングシステム２は、リーダユニット１０、タグユニット２０、電源ユニット３０、信号処理ユニット４０を備える。

そして、リーダユニット１０とタグユニット２０とは、近接して一体に構成されて、電波を介して通信する。このとき、タグユニット２０の近傍を通行人が通行すると、この通行人により電磁場が影響を受ける。この結果、リーダユニット１０とタグユニット２０とで送受信している電波分布（特に、ＲＳＳＩ値）が変化する。

そこで、信号処理ユニット４０は、この信号強度の変化に基づき通行人を検出し、また通行人の移動方向等の動的情報を判断する。これによりセンシングシステム２は、２次元空間における通行人の存在を示すための情報（検出タグ情報）や移動方向等を示す動的情報を、低消費電力で、かつ、短い時間で効率的に検出できるようになる。以下詳細に説明する。

リーダユニット１０は、ＲＦＩＤリーダ１１、リーダアンテナ１２を含んでいる。ＲＦＩＤリーダ１１は、リーダアンテナ１２と接続されて、当該リーダアンテナ１２を介してタグユニット２０と通信し、そのときの信号をリーダ信号として信号処理ユニット４０に出力する。

リーダアンテナ１２は、整合終端抵抗１３により整合終端された開放形伝送線路で、マイクロストリップライン、リーダ用進行波型近傍界アンテナ、コプレーナライン、グラウンデッドコプレーナライン、スロットライン、平衡二線式伝送線路等により構成されている。

タグユニット２０は、複数のＲＦタグ２１（２１ａ〜２１ｎ）が２次元的に配置されている。図２は、このような２次元的に配置されたＲＦタグ２１を例示した図である。図２においては、９×９の領域が示されている。各領域には１つのＲＦタグ２１が対応して配置されている。図２においてハッチングされた領域は、後述するように電源供給が行われているＲＦタグ２１を示している。

図３は、ＲＦタグ２１の構成図である。ＲＦタグ２１は、タグアンテナ２５、自己のタグ識別番号（タグＩＤ）等のタグ情報を記憶すると共にタグアンテナ２５を介してリーダアンテナ１２と無線通信するタグＩＣ２６を備える。そして、各ＲＦタグ２１は動作中（電源が供給されている最中）には、常に設定強度の電波を放射する。

通行人はＲＦタグ２１から放射された電波に影響を与えるので、タグアンテナ２５と通行人の足との重なり度合いに比例してＲＳＳＩ値が変化する。即ち、足とＲＦタグ２１との重なり度合いが大きくなるとＲＳＳＩ値は小さくなり、重なり度合いが小さくなるとＲＳＳＩ値は大きくなる。

電源ユニット３０は、図１に示すように、記憶部３１、制御部３２、電力ライン３５（３５ａ，３５ｂ）を含んでいる。なお、電力ライン３５ｂはグランドラインである。また、図１では、電力ライン３５ａはバスラインのように１本しか示していないが、各ＲＦタグ２１に対応して電力ライン３５ａが設けられている。

記憶部３１は、通行人等の検出対象物の最小サイズ（サイズ情報）を記憶している。かかるサイズ情報は、ユーザが予め設定して記憶させる。図２におけるハッチング領域の間隔Ｄｘ，Ｄｙが、Ｘ軸，Ｙ軸方向の最小サイズに対応している。

通行人のＸ、Ｙ軸方向の最小サイズをＬｘ、Ｌｙとすると、Ｄｘ＝Ｌｘ／３、Ｄｙ＝Ｌｙ／３とするならば、必ず通行人の検出が可能になる。この意味で、最小サイズは、通行人を検出する際の空間最大分解能と定義することができる。従って、ユーザは、本センシングシステム２を通行人の検出に用いる場合には、最小サイズとして通行人の足サイズを設定する。このとき、子供と大人では、足サイズに大きな違いがあるので、設定する最小サイズは、子供の足サイズとする。

このように、タグユニットを構成する全てのＲＦタグに通電する必要がないため、消費電力の削減が図れると共に、検出処理の高速化が可能になる。

制御部３２は、信号処理ユニット４０からの検出タグ情報及び記憶部３１に記憶されているサイズ情報に基づき、複数のＲＦタグ２１の内で、どのＲＦタグ２１に通電するかを決定し、これを給電情報としてスイッチ部３３に出力する。
スイッチ部３３は、直流電源３４からの電力を給電情報が示すＲＦタグ２１に出力する。

信号処理ユニット４０は、ＲＦＩＤリーダ１１からのリーダ信号を受信して、そのリーダ信号が変化した場合には、通行人を検出したと判断する。即ち、通行人が存在すると、当該通行人が位置しているＲＦタグ２１からのリーダ信号のＲＳＳＩ値が変化する。そこで、信号処理ユニット４０は、かかるＲＳＳＩ値の変化から通行人の存在を判断する。

通行人を検出したと判断した場合には、この判断の元となったＲＦタグ２１を注目タグとし、この注目タグのタグ情報を電源ユニット３０の制御部３２に出力する。制御部３２は、タグ情報に基づき次に通電するＲＦタグ２１を決定して、給電切換を行う。また、信号処理ユニット４０は、通行人を検出した複数のＲＦタグ２１から動的情報を判断する。

次に、このようなセンシングシステム２の動作を説明する。図４は、動作手順を示すフローチャートである。また、図５は、輪郭抽出処理を説明する図で、（ａ）は注目タグ（右ハッチ）を示す図、（ｂ）は注目タグの周囲に位置する各ＲＦタグ２１（左ハッチ）、（ｃ）は（ｂ）の状態からさらに周囲に位置する各ＲＦタグ２１（クロスハッチ）、（ｄ）は抽出した輪郭線を示す図である。なお、図５において４８個（＝横８＊縦６）のＲＦタグ２１を例示し、各ＲＦタグ２１は（Ｘ，Ｙ）で表示している。例えば、図５（ａ）の左下コーナのＲＦタグ２１は（Ｘ，Ｙ）＝（１，１）、右下コーナのＲＦタグ２１は（Ｘ，Ｙ）＝（１，８）となる。以下、各ＲＦタグ２１を区別する際にはＲＦタグ（１，１）のように記載する。

ステップＳ１：センシングシステム２が起動されると、制御部３２は記憶部３１からサイズ情報を取得して、このサイズ情報に基づき電源供給するＲＦタグ２１を決定し、決定内容を給電情報としてスイッチ部３３に出力する。スイッチ部３３は、給電情報に基づきＲＦタグ２１への電力供給を開始する。即ち、図５（ａ）に示すように、ＲＦタグ（３，２）、（６，２）、（６，５）、（３，５）のように電力供給が行われる。なお、図５（ａ）等において、リーダアンテナ１２の上に歩行者が位置したときの当該歩行者の足形を点線領域Ｃａ、Ｃｂで示している。

ステップＳ２：その後、ＲＦＩＤリーダ１１は、各ＲＦタグ２１からの電波を受信する。ＲＦＩＤリーダ１１からのリーダ信号は信号処理ユニット４０に入力する。そこで、信号処理ユニット４０は、ＲＦタグ２１からの電波のＲＳＳＩ値を記憶する。

ステップＳ３：このような状態で、通行人がセンシングシステム２に近づき、足をリーダアンテナ１２の上に置くと、リーダ信号のＲＳＳＩ値が変化する。図５（ａ）では、信号処理ユニット４０は、ＲＦタグ（３，２）、（６，２）、（６，５）、（３，５）からの電波のＲＳＳＩ値を記憶することになる。

ステップＳ４：このとき通行人の足がＲＦタグ（６，２）、（３，５）の上に来ると、当該ＲＦタグ（６，２）、（３，５）からのＲＳＳＩ値が変化する。そこで、信号処理ユニット４０は、予め設定して記憶している検出閾値とＲＳＳＩ値とを比較して、通行人が検出されたか否かを判断する。以下、この判断結果を、検出判断値と記載する。検出閾値は、ノイズレベルに対して優位のレベル値に設定することが好ましい。

検出判断値は、ＲＳＳＩ値≦検出閾値のとき通行人が検出されたとして「１」を割り当て、ＲＳＳＩ値＞検出閾値のときは通行人が検出できなかったとして「０」を割り当てる。図５（ａ）等における各ＲＦタグ２１に記載した「１」、「０」等は、この検出判断値を示している。

なお、規格ＲＳＳＩ値Ｉ_ｎは、
Ｉ_ｎ＝（Ｉ_ｘ＋Ｉ_０）／（Ｉ_ｄ＋Ｉ_０） …（１）
の式で規格されたＲＳＳＩ値を使用する。ここで、Ｉ_ｘは規格化するＲＳＳＩ値、Ｉ_０は通行人を検出する前に記憶しているＲＳＳＩ値、Ｉ_ｄはＲＦタグの周囲を高誘電率の物体や金属で覆う等の校正にて得たＲＳＳＩ値が最大変化したときの値である。

ステップＳ５：信号処理ユニット４０は、通行人を検出したＲＦタグ（６，２）、（３，５）のタグＩＤを検出タグ情報として制御部３２に出力する。この通行人を検出したＲＦタグは注目タグである。従って、検出タグ情報は注目タグのタグ情報である。なお、以下においては、右足の動的情報取得について説明するが、左足についても同様に行うことができる。

ステップＳ６：制御部３２は検出タグ情報を取得すると、注目タグの周囲に位置するＲＦタグ２１への電力供給を行うべく、スイッチ部３３に給電情報を出力する。そして、ステップＳ２に戻り、上述した検出判断処理を繰り返し、全ての検出判断値が「０」になるとステップＳ７に進む。

図５（ｂ）では、ＲＦタグ（６，３）の周囲の８個のＲＦタグ（５，２）、（６，２）、（７，２）、（７，３）、（７，４）、（６，４）、（５，４）、（５，３）に対して通電されて、その検出判断値が示されている。ＲＦタグ（６，２）、（７，２）、（７，３）、（７，４）に対する検出判断値は「０」であり、このＲＦタグ２１では通行人は検出されなかった。しかし、ＲＦタグ（５，２）、（６，４）、（５，４）、（５，３）に対する検出判断値は「１」であり、このＲＦタグ２１では通行人を検出したことが解る。

この結果、検出判断値が「１」のＲＦタグ２１が存在するので、ステップＳ５に進み、更に周囲のＲＦタグ２１への通電（給電切換）が行われる。なお、周囲のＲＦタグ２１は、コーナのＲＦタグに対しては３方向に隣接するタグとし、他は上下左右のタグとする。

図５（ｃ）は、このようにして通電した状態を示した図である。例えば、ＲＦタグ（５，４）の検出判断値は「１」でコーナのＲＦタグなので、ＲＦタグ（５，５）、（４，５）、（４，４）に通電し、ＲＦタグ（５，３）の検出判断値は「１」でコーナのＲＦタグでないので、ＲＦタグ（４，３）にのみ通電する。そして、ＲＦタグ（７，２）等の検出判断値が「０」のＲＦタグに隣接するタグには通電されない。

ステップＳ７：このような処理を繰り返すことにより検出判断値が「０」だけの状態となる。この検出判断値が「０」に対応したＲＦタグが形成する領域は、通行人の足を包含した領域であり、当該領域内の検出判断値は全て「１」である。そこで、信号処理ユニット４０は、検出判断値が「１」の領域を抽出することで、通行人の足形の輪郭を抽出する。図５（ｄ）はこのようにして抽出された輪郭（この場合は足の輪郭）を示す図である。左右の足の輪郭及び当該輪郭の形状から、通行人の進行方向を知ることが可能になる。

以上説明したように、全てのＲＦタグに電力供給を行うことなく、また全てのＲＦタグと通信することなく検出対象物の有無、及び、移動方向が検出できるようになる。

２センシングシステム
１０リーダユニット
１１ＲＦＩＤリーダ
１２リーダアンテナ
１３整合終端抵抗
２０タグユニット
２１ＲＦタグ
２５タグアンテナ
２６タグＩＣ
３０電源ユニット
３１記憶部
３２制御部
３３スイッチ部
３４直流電源
３５（３５ａ，３５ｂ）電力ライン
４０信号処理ユニット

Claims

ＲＦＩＤを用いたセンシングシステムであって、
複数のＲＦタグが２次元配置されてなるタグユニットと、
前記ＲＦタグに対して個別に電源供給する電源ユニットと、
前記電源ユニットにより電源供給された前記ＲＦタグと通信するリーダユニットと、
前記タグユニットと通信して得られたリーダ信号が前記リーダユニットから入力し、当該リーダ信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ値）が予め設定された検出閾値より小さくなったときに、検出対象物が検出されたと判断して、当該判断の元となった前記ＲＦタグを注目タグとして、該注目タグのタグ情報を検出タグ情報として前記電源ユニットに送信することで、当該電源ユニットに前記注目タグの周囲に位置する前記ＲＦタグに対して電源供給させる信号処理ユニットと、
を備えることを特徴とするセンシングシステム。
請求項１に記載のセンシングシステムであって、
前記電源ユニットは、前記検出対象物のサイズを特徴付けるサイズ情報を予め記憶して、前記検出対象物が未検出の状態では、前記サイズ情報に基づき電源供給する前記ＲＦタグを決定し、前記検出タグ情報を受信した際には、当該タグ情報が示す前記注目タグの周囲に位置する前記ＲＦタグに電源供給することを特徴とするセンシングシステム。
請求項２に記載のセンシングシステムであって、
前記信号処理ユニットは、前記注目タグの周囲に位置する全ての前記ＲＦタグに対応した前記ＲＳＳＩ値が、前記検出閾値より大きくなった際に、該ＲＦタグで形成される形状を前記検出対象物の輪郭と判断することを特徴とするセンシングシステム。
請求項２又は３に記載のセンシングシステムであって、
前記サイズ情報は、前記検出対象物の最小サイズであることを特徴とするセンシングシステム。
ＲＦＩＤを用いたセンシング方法であって、
複数のＲＦタグが２次元配置されてなるタグユニットから電波を放射し、
電源ユニットが前記ＲＦタグに対して個別に電源供給し、
前記電源ユニットにより電源供給された前記ＲＦタグとリーダユニットとが通信し、
前記タグユニットと通信して得られたリーダ信号が前記リーダユニットから信号処理ユニットに入力し、該信号処理ユニットが前記リーダ信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ値）が予め設定された検出閾値より小さくなったときに、検出対象物が検出されたと判断して、当該判断の元となった前記ＲＦタグを注目タグして、該注目タグのタグ情報を検出タグ情報として前記電源ユニットに送信することで、当該電源ユニットに前記注目タグの周囲に位置する前記ＲＦタグに対して電源供給させる
ことを特徴とするセンシング方法。
請求項１に記載のセンシング方法であって、
前記電源ユニットに前記検出対象物のサイズを特徴付けるサイズ情報が予め記憶されて、前記検出対象物が未検出の状態では、前記サイズ情報に基づき電源供給する前記ＲＦタグを決定し、前記検出タグ情報を受信した際には、当該タグ情報が示す前記注目タグの周囲に位置する前記ＲＦタグに電源供給することを特徴とするセンシング方法。
請求項２に記載のセンシング方法であって、
前記信号処理ユニットは、前記注目タグの周囲に位置する全ての前記ＲＦタグに対応した前記ＲＳＳＩ値が、前記検出閾値より大きくなった際に、該ＲＦタグで形成される形状を前記検出対象物の輪郭と判断することを特徴とするセンシング方法。
請求項６又は７に記載のセンシング方法であって、
前記サイズ情報は、前記検出対象物の最小サイズであることを特徴とするセンシング方法。