JP2019074400A - 位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラム - Google Patents

位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】空間内の音源の位置を推定する位置推定装置を提供する。【解決手段】位置推定装置は、空間に設けられた複数のマイクが、空間において発された音を検出した各々の時刻を取得し、取得した各々の前記時刻に基づいて、複数のマイクのうち基準となる1つのマイクが音を検出した時刻と他の各々のマイクが検出した時刻との差である到達時間差を算出し、予め定められた到達時間差および所定の音源位置の関係を定めたルックアップテーブルと、実際に算出した到達時間差とに基づいて、音の発信位置を推定する。【選択図】図2

Description

本発明は、位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラムに関する。
オフィス等の空間を空調する場合、その空間の室温等が均一になるように制御することが多い。これに対し、例えば、ユーザが存在するエリアを対象として室温等の空調制御を行う方法が提供されている。このような制御を行う場合、空調システムは、ユーザが存在する位置を正確に推定する必要がある。従来から位置の推定方法には、様々な方法が提供されている。
例えば、位置が既知である4つのGPS衛星から受信した電波の到達時間によって、受信機の位置を推定する方法が知られている。ここで、4つの衛星の座標をそれぞれ(A1、B1、C1)、(A2、B2、C2)、(A3、B3、C3)、(A4、B4、C4)とし、受信機の位置の座標を(x、y、z)とし、受信機の時間のずれをd、電波の速度を光速cとすると、以下の連立方程式が得られる。
f1=(x−A1)+(y−B1)+(z−C1)−(c(t1−d))=0
f2=(x−A2)+(y−B2)+(z−C2)−(c(t2−d))=0
f3=(x−A3)+(y−B3)+(z−C3)−(c(t3−d))=0
f4=(x−A4)+(y−B4)+(z−C4)−(c(t4−d))=0
受信機の位置はこの方程式を解くことにより得られるが、一般にこの方程式の解は、ニュートン−ラプソン法等の近似計算を用いて求めることが多い。この近似計算は、処理負荷が高く、同様の計算を空調機の制御に適用しようとしても、空調機に搭載できるコンピュータの性能を超える可能性がある。また、近似計算によって解を導出する場合、探索の初期値によっては、局所解に陥ってしまうことがある。
なお、特許文献1には、人型ロボットが人間と会話によるコミュニケーションを行うために音声が発せられた方向を推定する方法が記載されている。
特表2016−537622号公報
空調機に搭載されるコンピュータでも無理なく処理できる計算負荷で、局所解に陥ることなく、ユーザが存在する位置を推定できる方法が求められている。
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。
本発明の一態様は、空間に設けられた複数のマイクが、前記空間において発された音を検出した各々の時刻を取得する時刻情報取得部と、取得した各々の前記時刻に基づいて、複数の前記マイクのうち基準となる1つの前記マイクが前記音を検出した時刻と他の各々のマイクが検出した時刻との差である到達時間差を算出する到達時間差算出部と、予め定められた前記到達時間差および所定の音源位置の関係を定めたルックアップテーブルと、実際に前記到達時間差算出部が算出した前記到達時間差とに基づいて、前記音の発信位置を推定する位置推定部と、を備える位置推定装置である。
本発明の一態様における前記位置推定部は、前記到達時間差算出部が算出した前記到達時間差と、前記ルックアップテーブルに基づく前記到達時間差との差が最小となるときの前記ルックアップテーブルに基づく前記音源位置を、前記音の発信位置として推定する。
本発明の一態様における前記ルックアップテーブルには、複数の前記マイクが配置された位置の重心を原点とする座標系で表された前記音源位置と前記到達時間差との関係が記録されている。
本発明の一態様における前記ルックアップテーブルには、前記マイクが配置された空間の環境条件に応じた前記到達時間差および前記音源位置の関係が記録されている。
本発明の一態様における前記空間の環境条件は、温度および湿度および気圧のうち少なくとも一つである。
本発明の一態様における前記ルックアップテーブルには、所定の温度における前記到達時間差および前記音源位置の関係が記録され、前記位置推定部は、前記ルックアップテーブルに基づく前記到達時間差を実際の温度に基づいて補正し、補正後の前記ルックアップテーブルと前記到達時間差算出部が算出した前記到達時間差とに基づいて、前記音の発信位置を推定する。
本発明の一態様における前記位置推定装置は、前記空間の内部を移動しながら発された前記音について前記位置推定部が推定した前記音の発信位置に基づいて、前記空間の形状を示す地図情報を作成する地図情報作成部、をさらに備える。
本発明の一態様は、上記の位置推定装置を備え、前記位置推定装置が推定した前記音の発信位置を対象として空調を行う、空調システムである。
本発明の一態様は、空間に設けられた複数のマイクが、前記空間において発された音を検出した各々の時刻を取得するステップと、取得した各々の前記時刻に基づいて、複数の前記マイクのうち基準となる1つの前記マイクが前記音を検出した時刻と他の各々のマイクが検出した時刻との差である到達時間差を算出するステップと、予め定められた前記到達時間差および所定の音源位置の関係を定めたルックアップテーブルと、実際に前記到達時間差を算出するステップで算出した前記到達時間差とに基づいて、前記音の発信位置を推定するステップと、を有する位置推定方法である。
本発明の一態様は、コンピュータを、空間に設けられた複数のマイクが、前記空間において発された音を検出した各々の時刻を取得する手段、取得した各々の前記時刻に基づいて、複数の前記マイクのうち基準となる1つの前記マイクが前記音を検出した時刻と他の各々のマイクが検出した時刻との差である到達時間差を算出する手段、予め定められた前記到達時間差および所定の音源位置の関係を定めたルックアップテーブルと、実際に前記到達時間差を算出する手段が算出した前記到達時間差とに基づいて、前記音の発信位置を推定する手段、として機能させるためのプログラムである。
本発明によれば、少ない計算負荷で、正確に位置を推定することができる。
本発明の一実施形態における空調システムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態における位置推定装置の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態におけるマイクの配置例を示す図である。 本発明の一実施形態における到達時間差を説明する第1の図である。 本発明の一実施形態における到達時間差を説明する第2の図である。 本発明の一実施形態における到達時間差を説明する第3の図である。 本発明の一実施形態におけるLUTの一例を示す図である。 本発明の一実施形態における位置推定結果の一例を示す第1の図である。 本発明の一実施形態における位置推定結果の一例を示す第2の図である。 本発明の一実施形態における位置推定処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における地図情報の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における地図情報の作成処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における位置推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
<実施形態>
以下、本発明の一実施形態による冷媒回路を図1〜図13を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態における空調システムの一例を示す図である。
図示するように空調システムは、空調機10と、端末装置40と、マイクM1〜M4とを含む。空調機10は、制御装置20を備える。制御装置20は、空調機10の運転を制御する。制御装置20は、空間wの一部のエリアを対象として、空調を行うよう空調機10を制御する機能を有している。制御装置20は、位置推定装置30を備える。位置推定装置30は、端末装置40が発した音sに基づいて、音sが発された位置を推定する。制御装置20は、例えば、位置推定装置30が推定した位置を対象として空調制御を行う。端末装置40は、所定の周波数の音sを出力する機能を有している。また、端末装置40は、端末装置40が存在する空間wにおけるエリアを指定する情報kを、空調機10(制御装置20)へ送信する機能を有している。端末装置40は、例えば、スマートフォン等の情報処理装置である。あるいは、端末装置40は、音を出力する装置と、情報kを出力する装置の2台で構成されていてもよい。マイクM1〜M4は、端末装置40が発した音を検出する。
位置推定装置30は、端末装置40が発した音sをマイクM1〜M4の各々が検出した時刻の差に基づいて、その音源(端末装置40)の位置を推定し、制御装置20は、位置推定装置30が推定した位置を対象として空調制御を行う。
また、位置推定装置30は、音源の位置推定を利用して空間wの地図情報を作成する機能を有している。制御装置20は、位置推定装置30が作成した地図情報に対して、端末装置40を介してユーザが指定した空間wにおけるエリアを指定する情報kを取得し、情報kが指定するエリアを対象とする空調制御を行う。次に位置推定装置30の機能について説明する。
図2は、本発明の一実施形態における位置推定装置の一例を示すブロック図である。
位置推定装置30は、音情報取得部31と、到達時間差算出部32と、位置推定部33と、センサ情報取得部34と、地図情報作成部35と、記憶部36を備える。
音情報取得部31は、マイクM1〜M4が音sを検出して電気信号に変換した音信号をマイクM1〜M4別に取得する。音情報取得部31は、マイクM1〜M4と各マイクが音sを検出した時刻(音情報取得部31が音信号を取得した時刻)とを対応付けて記憶部36に記録する。
到達時間差算出部32は、マイクM1〜M4のうちの1つのマイク(例えばマイクM1)を基準として、基準となるマイクM1が音sを検出した時刻と、他の3つのマイクM2〜M4が音sを検出した時刻との差、つまり、音sがマイクM1に到達する時刻と、マイクM2〜M4に到達する時刻との時間差(到達時間差)を算出する。
位置推定部33は、到達時間差算出部32が算出した到達時間差と記憶部36が記憶するルックアップテーブル37(以下、LUT37と記載する)とに基づいて、音sが発された位置を推定する。LUT37は、マイクM1〜M4のうち2つのマイクの間での到達時間差と空間wにおける所定の音源位置との対応関係を規定したテーブルを含む。
センサ情報取得部34は、温度センサ、湿度センサ、気圧センサから、空間wの温度、湿度、気圧の情報を取得する。温度センサ、湿度センサ、気圧センサは、空調機10が備えるものでもよいし、空間wに設けられたものでもよい。また、これらのセンサは、全て設けられている必要は無く、何れか1つでよい。
地図情報作成部35は、位置推定部33が推定した位置情報を用いて、空間wの地図情報を作成する。より具体的には、地図情報作成部35は、端末装置40を空間wの形状に沿って移動させながら出力した音sについて位置推定部33が推定した位置情報を用いて、空間wの地図情報を作成する。地図情報作成部35は、位置推定装置30とは独立した装置として設けてもよい。
記憶部36は、LUT37、位置推定部33が推定した端末装置40の位置情報、地図情報作成部35が作成した地図情報などを記憶する。記憶部36は、位置推定装置30が備える記憶装置でもよいし、外部(例えば、データセンタ等)の記憶装置であってもよい。
次に図3〜図9を用いて本実施形態における位置推定方法を説明する。
図3は、本発明の一実施形態におけるマイクの配置例を示す図である。
図3にマイクM1〜M4の配置例を示す。マイクM1〜M4は、空間wの天井に、例えばマイクM1〜Mの各々が、空調機10の吹き出し口の中心を重心とする正方形の頂点をなすように配置される。
図4は、本発明の一実施形態における到達時間差を説明する第1の図である。
図4に到達時間差を算出するための座標系の例を示す。まず、4つのマイクM1〜M4の重心を原点oとする。すると、空間wの位置P1は、原点からの距離rと、X軸の正方向を0度としたときの角度θを用いて、極座標(r、θ)で表すことができる。ある時刻に位置P1(音源P1と記載する場合がある)にて端末装置40が音sを発してから、マイクM1、M2、M3、M4の各々が音sを検出するまでの時間をそれぞれTm1、Tm2、Tm3、Tm4とする。音源P1の位置が変化すると、音源P1とマイクM1〜M4の距離が変化するので、Tm1〜Tm4も変化する。Tm1〜Tm4は、rおよびθの関数として表すことができる。図5にこの様子を示す。
図5は、本発明の一実施形態における到達時間差を説明する第2の図である。
図5は、距離r別に角度θとTm1〜Tm4との関係を示したグラフである。例えば、左上端のグラフは、マイクM1〜M4の重心からの距離rが0.5mの場合の角度θとTm1〜Tm4の関係を示したグラフである。到達時間Tm1〜Tm4は、角度θの変化に伴うマイクM1〜M4と音源P1の距離の変化に応じて図示するように変化する。他のグラフについても同様である。例えば、右下端のグラフは、マイクM1〜M4の重心からの距離rが3mの場合の角度θとTm1〜Tm4の関係を示したグラフである。左上端のグラフ(距離r=0.5m)と比べ、距離が離れた分だけ、全体的に到達時間が長くなっている。
また、マイクM1を基準のマイクとし、マイクM1が音cを検出する時刻を基準(時刻=0)としたときに、他のマイクM2〜M4の各々が音cを検出する時刻(到達時間差)は以下である。つまり、マイクM2の到達時間差(ΔT21)はTm2−Tm1、マイクM3の到達時間差(ΔT31)はTm3−Tm1、マイクM4の到達時間差(ΔT41)はTm4−Tm1である。音源P1の位置が変化すると、音源P1とマイクM1〜M4の各々の距離が変化するので、ΔT21、ΔT31、ΔT41も変化する。つまり、ΔT21、ΔT31、ΔT41は、rおよびθの関数として表すことができる。図6にこの様子を示す。
図6は、本発明の一実施形態における到達時間差を説明する第3の図である。
図6は、角度θと到達時間差との関係を距離r毎に示したグラフを、到達時間差ΔT21、ΔT31、ΔT41別に示したものである。例えば、左端のグラフは、到達時間差ΔT21について、距離r=0.5m、1m、2mの場合の到達時間差と角度θの関係を示している。音sの音源P1の位置とマイクM1およびマイクM2の位置関係の変化に応じて、到達時間は図示するように変化する。他のグラフについても同様である。
図5、図6で例示したグラフは、例えば、音速と距離と到達時間の関係(d=ct、dは距離、cは音速、tは到達時間)から計算により作成されたものである。なお、音速は温度によって変化することから、図5、図6のグラフを所定の温度ごとに用意しておいてもよい。図6で例示した到達時間差ΔT21、ΔT31、ΔT41のグラフが予め用意されており、実際に空間wのある位置P1にて音sが発せられると、その音sについて計測したΔT21m、ΔT31m、ΔT41mに基づいて、音源P1の位置が推定できる。例えば、到達時間差ΔT21mが2000μsであれば、音源P1の位置情報は、左端のグラフより、r=0.5m、θ=240度で示される位置であると推定できる。また、到達時間差ΔT21mが0μsであれば、音源P1の位置は、r=0.5m,1m,2mの何れか、θ=0度または180度で示される位置である。候補が複数あるので、残りの2つのグラフを、ΔT31m、ΔT41mに基づいて逆引きして、音源P1の位置を推定することができる。つまり、ΔT21m、ΔT31m、ΔT41mについて、対応するグラフを逆引きして得られた位置情報(座標情報)の候補うち一致するものが音源P1の推定位置である。
また、到達時間差Δ21等のグラフが温度ごとに用意されているならば、空間wの室温に応じた到達時間差Δ21等のグラフを参照して逆引きを行うことで、より正確な音源の位置を推定することができる。
なお、説明の便宜上、音源P1の位置を平面の極座標(図4)で表すこととして説明を行ったが、マイクの数が4つ以上で、到達時間差のグラフが3つ以上用意できれば、音源P1の3次元における位置を推定することができる。また、例えば、オフィス等の、着席して業務を行う空間wを想定し、空調対象の高さ方向を固定することができるならば、2次元の位置を推定するだけで良い。その場合は、マイクの数は最低限3つ存在すればよく、到達時間差のグラフは2つ以上用意できれば、音源P1の位置推定は可能である。
図6で例示したグラフをデータテーブルの形式で表したものがルックアップテーブルである。図7に音源位置を2次元座標で表したときのLUT37の一例を示す。
図7は、本発明の一実施形態におけるLUTの一例を示す図である。
図6で例示したものは、音源P1の位置を極座標で表したグラフであるのに対し、図7のLUT37は、音源P1の位置を直交座標で表したときのX,Y座標と到達時間差Δ21との関係を規定したテーブルである。LUT37の各列は図4で例示したマイクM1〜M4の重心を原点とする直交座標におけるX座標の値が対応し、各行はY座標の値が対応する。テーブルの各セルには、対応する行と列が示す座標位置に音源P1が存在するときの到達時間Δt21の値が記載されている。このテーブルは次のような手順で作成することができる。(1)例えば、X=[−10、10]、Y=[−10、10][m]の範囲で空間を格子状に分割する。格子の間隔は、空間wの大きさに応じて任意に決定する。(2)次に各格子点(x、y)から音を発したときの各マイクMi(i=1〜4)への到達時間tiを計算する。ここで、格子点と各マイクMiの距離をd、音速をcとすると、到達時間t=d/cである。(3)次にマイクM1を基準としたΔT21、ΔT31、ΔT41を計算し、ΔT21(x、y)、ΔT31(x、y)、ΔT41(x、y)のマップを作成する。図7のLUTはこのようにして作成されたテーブルの一例である。
図6のグラフと同様、Z軸(高さ方向)の項目をテーブルに含め、音源位置の3次元座標と到達時間差Δt21との関係を定義したLUT37を用いることができる。図7のテーブルは記憶部36に記録されている。図示したものと同様、到達時間差ΔT31、到達時間差ΔT41に対するLUT37も記憶部36に記録されている。また、温度毎にそれぞれの温度における到達時間差ΔT21〜ΔT41についてのLUT37を記憶部36に記録しておいてもよい。湿度、気圧についても同様である。
例えば、計測した到達時間差Δt21mの値が2131.6の場合、位置推定部33は、LUT37を参照して、音源の位置を(10、10)と推定する。位置推定部33は、同様に計測した到達時間差ΔT31mの値と到達時間差ΔT31に関するLUT37、計測した到達時間差ΔT41mの値と到達時間差ΔT41に関するLUT37を用いて、音源P1の座標情報を算出する。LUT37に登録されていない到達時間差については、線形補間、補外などにより、対応する座標情報を算出する。位置推定部33は、各マイク間の到達時間差に対応するLUT37を用いて算出した複数の座標情報が一致すれば、その座標が示す位置を音源P1の位置として推定する。あるいは、位置推定部33は、LUT37に基づいて得られた複数の座標情報の平均を算出して、その座標が示す位置を音sの音源P1の位置としてもよい。
また、例えば、位置推定部33は、次式(1)によって定義される到達時間差の実測値とLUT37に登録された到達時間差の誤差量εRMSが最小となるような座標(x、y)を算出し、その座標(x、y)を音源P1の位置情報として推定してもよい。
Figure 2019074400
ここで、ΔT21m、ΔT31m、ΔT41mは到達時間差の実測値、ΔT21(x、y)、ΔT31(x、y)、ΔT41(x、y)は、LUT37に登録された到達時間差の値または補間、補外により算出された到達時間差の値である。式(1)の最小値は、局所探索法、最急降下法、最小二乗法などにより効率的に算出することができる。
なお、LUT37では、極座標と到達時間差との対応関係が規定されていてもよい。
次に本実施形態の位置推定方法により音源P1の位置を推定した結果の例を示す。
図8は、本発明の一実施形態における位置推定結果の一例を示す第1の図である。
音源P1の真の位置のXYZ座標を(1,3,3)とする。図には高さ方向(Z軸)を省略したマイクM1〜M4と音源P1の位置関係が示してある。本実施形態の位置推定方法による音源P1の座標の推定結果は(1,3,3)である。一方、従来の4つの連立方程式の解をニュートンラプソン法によって算出する方法を用いると、座標の推定結果は(1,3,3)である。この推定結果により、本実施形態の到達時間差ΔT21〜ΔT41とLUT37とを用いた位置推定を行うことで、計算負荷を低減しつつ、音源P1の真の位置を正確に推定できることが確認できた。
図9は、本発明の一実施形態における位置推定結果の一例を示す第2の図である。
音源P1の真の位置のXYZ座標を(0,5,3)とする。本実施形態の位置推定方法による音源P1の座標の推定結果は(0,5,3)である。一方、従来の4つの連立方程式の解をニュートンラプソン法によって算出する方法を用いると、座標の推定結果は(0,−6.9,−2.6)である。従来法による解を図中に丸印で示す。この例のように2つのマイク(M1およびM3、M2およびM4)から等距離にあるような位置に音源P1がある場合、音源P1の位置は特異点となり、従来法を用いると正しく位置推定を行うことができない。これに対し、本実施形態の位置推定方法によれば、2つのマイクから等距離にあるような位置に音源P1がある場合であっても、位置を正確に推定できることが確認できた。
次に本実施形態の位置推定方法の流れについて説明する。
図10は、本発明の一実施形態における位置推定方法の一例を示すフローチャートである。
前提として、空間wの天井にはマイクM1〜M4が設けられている。また、記憶部36には、到達時間差ΔT21、ΔT31、ΔT41と音源P1の位置(座標情報)との対応テーブル、つまり図7で例示したLUT37が記録されている。
ユーザは、空間wにおける所望の位置(空調対象とするエリア)に移動し、端末装置40を操作して、所定の周波数の音sを出力させる。すると、マイクM1〜M4が音sを検出する(ステップS11)。音情報取得部31は、マイクM1〜M4の各々から音信号を取得する。音情報取得部31は、マイクM1〜M4の各々から音信号を取得した時刻と各マイクの識別情報を対応付けて記憶部36に記録する。次に到達時間差算出部32が、マイクM1による音信号の取得時刻を基準とする他のマイクM2、M3、M4の到達時間差ΔT21m、ΔT31m、ΔT41mを算出する(ステップS12)。次に到達時間差算出部32は、算出した実際の到達時間差ΔT21m、ΔT31m、ΔT41mを位置推定部33へ出力する。
次に到達時間差算出部32は、図7で例示したLUT37を参照して(ステップS13)、各到達時間差ΔT21m、ΔT31m、ΔT41mと対応する(最も近い)音源P1の座標情報の候補値を取得する。このとき、LUT37に到達時間差ΔT21m等と等しい値が登録されていなければ、補間、補外などを行って音源P1の座標情報の候補値を取得する。次に位置推定部33は、LUT37から取得した音源P1の座標情報の候補値に基づいて、音源P1の位置を推定する(ステップS14)。例えば、到達時間差算出部32は、座標情報の候補値を上記した式(1)に適用して、さらに誤差量εRMSが最小となるような座標(x、y、z)を算出し、その座標(x、y、z)が示す位置を音源P1の位置として推定する。あるいは、到達時間差算出部32は、到達時間差ΔT21mに基づいてLUT37から取得した座標情報1と、到達時間差ΔT31mに基づいてLUT37から取得した座標情報2と、到達時間差ΔT41mに基づいてLUT37から取得した座標情報3の平均を算出し、その値を音源P1の位置情報として推定してもよい。位置推定部33は、推定した位置情報(座標情報)を記憶部36に記録する。
LUT37には、温度および湿度および気圧のうち少なくとも一つごとに到達時間差ΔT21〜ΔT41と音源位置の座標情報とが定められていてもよい。その場合、位置推定部33は、温度および湿度および気圧のうち少なくとも一つと、実際の到達時間差ΔT21m等に基づいて、LUT37からその温度等に応じたテーブルを選択する。位置推定部33は、選択したテーブルを参照して音源P1の座標情報の候補値を取得する。例えば、センサ情報取得部34は、温度センサから空間wの室温を取得し、位置推定部33に出力する。位置推定部33は、その温度と到達時間差ΔT21mに基づいてLUT37のうち最も近い温度について用意されたテーブルを参照して座標情報を取得する。到達時間差ΔT31m、ΔT41mについても同様である。そして、位置推定部33は、式(1)を用いて音源P1の位置を推定する。
また、上記のように音速c[m/s]、音源P1とマイクM1の間の距離をd[m]、到達時間t[s]の間には次の関係がある。
d=c(T)×t
ここで、音速c(T)は温度Tの関数で、経験的に以下が成り立つ。
c(T)=331.5+0.6×T[m/s] (T[degC]はセ氏温度)
従って、様々な温度ごとにLUT37を用意しておかなくても、例えば、ある温度(25degC)におけるLUT37を用意しておけば、センサ情報取得部34が取得した温度を用いて、上記した(1)〜(3)の手順によって、温度の影響分を加算して補正した音速に基づく、補正後の到達時間差を算出し、任意の温度に応じたテーブルを作成することができる。
また、温度以外にも音速に影響する環境条件として、気圧や湿度に対するシミュレーションなどを行って、気圧や湿度に応じた音速を算出できるようにし、気圧や湿度に応じたテーブルを作製できるようにしてもよい。
本実施形態によれば、マイクM1〜M4に音源P1から発された音が到着する時刻の差と、空間w内の様々な位置から音を発したときにマイクM1〜M4にその音が到着する時刻の差と音を発した位置とを対応付けたLUT37とに基づいて音源P1の正確な位置を推定することができる。また、本実施形態の到着時間差とLUT37とに基づく位置推定方法は、計算負荷が比較的低く、局所解に陥る等の問題もなく、正確な位置を推定できることから、空調機10が備えるマイコン等の位置推定装置30にも好適である。
本実施形態の位置推定装置30を備えることにより、制御装置20は、ユーザが所望するエリアを対象とする空調制御を行うことができる。
また、端末装置40をユーザが所持するようにし、所定の時間間隔で音sを出力するように設定しておくことで、ユーザが空間w内を移動しても、制御装置20は、その移動に追従して空調対象とするエリアを変更することができるのでユーザの満足度が向上する。また、音源P1の3次元座標の推定を行うと、空間wが複数のフロアに跨るような場合でも、例えば、ユーザが1階から2階へ移動すれば、空調対象エリアを2階に自動的に変更することができ、利便性が向上する。
また、位置推定装置30が推定した位置を蓄積するようにし、一定期間の推定結果に基づいて空調制御を行うようにしてもよい。例えば、空間wのユーザが、ある位置(例えば、ソファがある場所)にいる時間が長ければ、制御装置20は、端末装置40から音sの出力がなくても当該位置を対象とした空調制御を行うようにしてもよい。また例えば、端末装置40から断続的に音を出力するような設定にしておき、ユーザの移動に伴う位置情報を蓄積することによってユーザの動線を解析し、空間wの出入り口の位置を推定する。そして、出入り口の推定結果に基づいて、制御装置20は、推定した出入り口の方向には、送風を行わないような制御を行ってもよい。これにより省エネの効果が期待できる。
なお、上記の実施形態では、マイクM1〜M4の全てを同時に用いることとしたが、音源P1の平面での位置の推定は、マイクが3つあれば可能である。平面上の位置推定を行う場合、マイクM1〜M3だけを使用して位置推定を行い、何れかのマイクが故障した場合に残りのマイクを使用するようにしてもよい。あるいは、4つのマイクのうち、任意の3つのマイクを毎回選択して、選択したマイクによって位置推定を行うようにしてもよい。
または、平面での位置推定を行う場合、1回の音源P1の位置推定について、マイクM1、M2、M3を用いた推定、マイクM1、M3、M4を用いた推定、マイクM1、M2、M4を用いた推定、マイクM2、M3、M4を用いた推定の4回の位置推定処理を行って、4回の推定結果の平均を、最終的な音源P1の位置として決定してもよい。
また、上記の実施形態では、音sを端末装置40から出力することとしたが、ユーザの声を予め登録しておき、位置推定装置30が、ユーザの声が発された位置を推定して、制御装置20が、その推定位置に対して空調制御を行うようにしてもよい。
<地図情報の作成>
次にこれまでに説明した方法で推定した位置情報を用いて地図情報を作成し、その地図情報を空調制御に利用する方法について説明する。例えば、空調機10の据え付け時に据え付け作業を行うスタッフが、図示しない端末装置40aから音saを出力しつつ、空間wの内壁沿いに移動する。位置推定装置30は、所定の周期でマイクM1〜M4が出力した音信号を取得し、その位置情報を推定する。地図情報作成部35は、これらの位置情報が示す点を結んで、空間wの形状を表した地図情報を作成する。地図情報は、空間wの内側形状を模した2次元または3次元の図である。図11に地図情報の一例を示す。
図11は、本発明の一実施形態における地図情報の一例を示す図である。
地図情報作成部35は、記憶部36に記録された座標情報を用いて、図11で例示する地図情報Gを作成する。さらに地図情報作成部35は、例えば、地図情報Gの内側の領域を、空調機10が空調制御を区別して行うことが可能な大きさの単位領域で分割してもよい。図11の各セル(E11など)が分割後の単位領域である。地図情報作成部35は、地図情報Gを記憶部36に記録する。
地図情報Gは、例えば、制御装置20によって、空間wのユーザが所有する端末装置40へ送信され、端末装置40の表示画面に表示される。すると、ユーザは、端末装置40の表示画面から所望のエリアを選択する(図11のP2)。すると、端末装置40は、P2が含まれるエリアの識別情報E33(情報k)を、制御装置20へ送信する。すると、制御装置20は、E33が示すエリアを対象とする空調制御を行う。
図12は、本発明の一実施形態における地図情報の作成処理の一例を示すフローチャートである。
前提として、据え付けスタッフは、空間wを壁沿いに一方方向に移動するとする。まず、空調機10の据え付け作業を行うスタッフが、空間wの内の所定の位置に移動して、端末装置40aを操作し、端末装置40aから音saを出力させる(ステップS21)。マイクM1〜M4は、音saを検出し(ステップS22)、音信号を位置推定装置30へ出力する。位置推定装置30では、音情報取得部31が音信号を取得する。また、位置推定部33が、図10のフローチャートで説明した処理によって、端末装置40aが音saを発した音源の位置を推定する(ステップS23)。位置推定部33は、推定した音源の位置情報を、音saを検出した時刻と対応付けて記憶部36に記録する(ステップS24)。次に地図情報作成部35が、全ての位置について位置情報を記録済みかどうかを判定する(ステップS25)。例えば、据え付けスタッフが、空間wの計測が終了したことを示す操作を端末装置40aに対して行うと、端末装置40aが測定完了信号を位置推定装置30へ送信する。地図情報作成部35は、測定完了信号を取得すると、全ての位置について位置情報を記録済みであると判定する。全ての位置情報が記録済みではない場合(ステップS25;No)、ステップS21からの処理を繰り返す。全ての位置情報が記録済みの場合(ステップS25;Yes)、地図情報作成部35は、記憶部36に記録された位置情報を、位置情報と対応して記録された時刻順に結んで空間wの形状を表す地図情報を作成する(ステップS26)。
本実施形態の位置推定方法を活用すると、空間wの地図情報を作成することができる、この地図情報は、空調制御の対象とするエリアの選択に用いることができる。なお、地図情報作成部35が作成する地図情報は、空間wの立体形状を示した3次元の地図情報であってもよい。
図13は、本発明の一実施形態における位置推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、インタフェース904を備える。
上述の位置推定装置30は、コンピュータ900を備える。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、上述した記憶部36に対応する記憶領域を主記憶装置902に確保する。
少なくとも1つの実施形態において、補助記憶装置903は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース904を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ900に配信される場合、配信を受けたコンピュータ900が当該プログラムを主記憶装置902に展開し、上記処理を実行してもよい。
上述した位置推定装置30における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを位置推定装置30のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
位置推定装置30は、1台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。音情報取得部31は時刻情報取得部の一例である。音源P1の位置は発信位置の一例である。
10・・・空調機
20・・・制御装置
30・・・位置推定装置
31・・・音情報取得部
32・・・到達時間差算出部
33・・・位置推定部
34・・・センサ情報取得部
35・・・地図情報作成部
36・・・記憶部
37・・・LUT(ルックアップテーブル)
40・・・端末装置
M1、M2、M3、M4・・・マイク
w・・・空間
s・・・音
900・・・コンピュータ
901・・・CPU
902・・・主記憶装置
903・・・補助記憶装置
904・・・インタフェース

Claims (10)

  1. 空間に設けられた複数のマイクが、前記空間において発された音を検出した各々の時刻を取得する時刻情報取得部と、
    取得した各々の前記時刻に基づいて、複数の前記マイクのうち基準となる1つの前記マイクが前記音を検出した時刻と他の各々のマイクが検出した時刻との差である到達時間差を算出する到達時間差算出部と、
    予め定められた前記到達時間差および所定の音源位置の関係を定めたルックアップテーブルと、実際に前記到達時間差算出部が算出した前記到達時間差とに基づいて、前記音の発信位置を推定する位置推定部と、
    を備える位置推定装置。
  2. 前記位置推定部は、
    前記到達時間差算出部が算出した前記到達時間差と、前記ルックアップテーブルに基づく前記到達時間差との差が最小となるときの前記ルックアップテーブルに基づく前記音源位置を、前記音の発信位置として推定する、
    請求項1に記載の位置推定装置。
  3. 前記ルックアップテーブルには、複数の前記マイクが配置された位置の重心を原点とする座標系で表された前記音源位置と前記到達時間差との関係が記録されている、
    請求項1または請求項2に記載の位置推定装置。
  4. 前記ルックアップテーブルには、前記マイクが配置された空間の環境条件に応じた前記到達時間差および前記音源位置の関係が記録されている、
    請求項1から請求項3の何れか1項に記載の位置推定装置。
  5. 前記空間の環境条件は、温度および湿度および気圧のうち少なくとも一つである、
    請求項4に記載の位置推定装置。
  6. 前記ルックアップテーブルには、所定の温度における前記到達時間差および前記音源位置の関係が記録され、
    前記位置推定部は、前記ルックアップテーブルに基づく前記到達時間差を実際の温度に基づいて補正し、補正後の前記ルックアップテーブルと前記到達時間差算出部が算出した前記到達時間差とに基づいて、前記音の発信位置を推定する、
    請求項1から請求項3の何れか1項に記載の位置推定装置。
  7. 前記空間の内部を移動しながら発された前記音について前記位置推定部が推定した前記音の発信位置に基づいて、前記空間の形状を示す地図情報を作成する地図情報作成部、
    をさらに備える請求項1から請求項6の何れか1項に記載の位置推定装置。
  8. 請求項1から請求項7の何れか1項に記載の位置推定装置を備え、
    前記位置推定装置が推定した前記音の発信位置を対象として空調を行う、空調システム。
  9. 空間に設けられた複数のマイクが、前記空間において発された音を検出した各々の時刻を取得するステップと、
    取得した各々の前記時刻に基づいて、複数の前記マイクのうち基準となる1つの前記マイクが前記音を検出した時刻と他の各々のマイクが検出した時刻との差である到達時間差を算出するステップと、
    予め定められた前記到達時間差および所定の音源位置の関係を定めたルックアップテーブルと、実際に前記到達時間差を算出するステップで算出した前記到達時間差とに基づいて、前記音の発信位置を推定するステップと、
    を有する位置推定方法。
  10. コンピュータを、
    空間に設けられた複数のマイクが、前記空間において発された音を検出した各々の時刻を取得する手段、
    取得した各々の前記時刻に基づいて、複数の前記マイクのうち基準となる1つの前記マイクが前記音を検出した時刻と他の各々のマイクが検出した時刻との差である到達時間差を算出する手段、
    予め定められた前記到達時間差および所定の音源位置の関係を定めたルックアップテーブルと、実際に前記到達時間差を算出する手段が算出した前記到達時間差とに基づいて、前記音の発信位置を推定する手段、
    として機能させるためのプログラム。
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