JP2020148602A - 移動体の状態特定システム及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充電や電池交換が不要な小型端末を用いて、移動体の特定情報を取得する。【解決手段】電波を送出し、且つ、無線で信号を受信する送受信機と、電波を受け取り、受け取った電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、固有のＩＤ情報を送受信機へ送信するＩＤタグと、移動体に取り付けられ、電波を受け取り、受け取った電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、前記移動体の状態に関する状態情報を送受信機へ送信する状態情報送信機と、を有し、記送受信機は、ＩＤ情報及び状態情報に基づいて、移動体を特定する。【選択図】図２

Description

本発明は、移動体の状態特定システムに関する。

近年、ＩｏＴ化が進む中で、人の位置や動線情報を収集することにより、作業の効率化を図る取り組みが注目されている。人の位置等を検出するためには、例えば、屋内の近距離で通信できるＩＤを活用した移動体の位置測定システムが提案されている（特許文献１）。

特許文献１の移動体の位置測定システムは、床に固有のＩＤ情報をもった複数のＩＤタグを配置し、移動体に取り付けたＩＤリーダによって、近接したＩＤタグ情報を読み取る。ＩＤタグ情報を読み取ったＩＤタグが配置された位置に、移動体が存在することを測定するとともに、移動体の向きをベクトル方向に基づいて測定する技術が記載されている。

特開２００１−１８３４５５号公報

しかし、従来の移動体の位置測定システムは、ＩＦリーダを利用するため、例えば屋内といった、比較的近い距離での位置を測定する場合に限り、使われている。遠距離で位置測定するためには、携帯電話やスマートホンなどの長距離での情報通信機能を有した無線機を携帯する必要がある。前記無線機は、電波法の認証の取れた機器である必要があり、常時携帯するには大型なものが多く、携帯し辛いという問題がある。さらに、電池駆動のため、定期的な電池交換や充電が必要となる。

本願発明の課題は、充電や電池交換が不要な小型端末を用いて、移動体の状態を特定するシステム及びその方法を提供することである。

本開示の移動体の状態特定システムは、電波を送出し、且つ、無線で信号を受信する送受信機と、前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、固有のＩＤ情報を前記送受信機へ送信するＩＤタグと、移動体に取り付けられ、前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、前記移動体の状態に関する状態情報を前記送受信機へ送信する状態情報送信機と、を有する。

前記送受信機は、前記ＩＤ情報及び状態情報に基づいて、前記移動体を特定する。

本発明の移動体の状態特定システムは、電池の交換や充電が必要な無線機を用いずに、移動体の状態を特定することができる。

本実施の形態の人体位置検出システムを示す図 本実施の形態の人体位置検出システムの構成を示す図 本実施の形態の状態情報送信機の構成を示す図 本実施の形態であって、共通のアンテナを用いた状態情報送信機の構成を示す図 他の実施の形態における複数のＩＤタグを設置した状態を示す図

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本明細書においては、移動体とは、乗り物、飛行体、アドバルーンなどの空中浮遊物、人体、動物などを含む概念である。以下の本実施の形態では、移動体に、特に人体を適用した例について説明する。

＜構成＞
図１及び図２は、本実施の形態における移動体の状態特定システムを示す図である。移動体の状態特定システムは、送受信機２０１と、移動体である人体の位置を検出するためのＩＤタグ２０４と、移動体である人体の状態を検出するためのセンサの一例である状態情報送信機２０５と、を備える。つぎに、各構成について詳細に説明する。

＜送受信機２０１＞
送受信機２０１は、高周波電力を生成し、空間へ電波として放射する機能を有する。送受信機２０１は、ＩＤタグ２０４及び状態情報送信機２０５へ情報を送るように指示し、ＩＤタグ２０４及び状態情報送信機２０５からの情報を取得する機能を有する。また、送受信機２０１は、発振制御部２０２とアンテナ２０３とを備える。

＜発振制御部２０２＞
発振制御部２０２は、高周波電力を生成する機能を有し、水晶振動子、位相同期回路（ＰＬＬ回路）、増幅回路（ＡＭＰ）などの電気回路で構成され、高周波の電力を生成する。また、生成する高周波電力の周波数は、例えば９００ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯などのマイクロ波帯であれば、特に限定されるものではない。生成する高周波電力は、送電する距離、送受信機のサイズなどに応じて、選択される。

また、発信制御部２０２は、生成した高周波電力の電波としての送信、受信を制御し、後述のＩＤタグ２０４及び状態情報送信機２０５から送信された情報を取得し蓄積する。また、発信制御部２０２は、取得した情報に基づき、状態情報送信機２０５を持った各個人を特定する情報を算出する。発信制御部２０２は、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイス及び機能デバイスなどの電気回路を備える。

＜アンテナ２０３＞
アンテナ２０３は、発振制御部２０２で生成された高周波電力を電波として空間へ送信する機能と、他の機器（本実施の形態では、ＩＤタグ２０４及び状態情報送信機２０５）から放射された電波を受信する機能とを有する。アンテナの種類としては、指向性アンテナ、無指向性アンテナに大きく分類される。例えば、ある特定の方向へ狭い範囲かつ長距離で送電したい場合は、指向性アンテナを用いる。また、例えば近距離で比較的広い範囲に送電したい場合は、無指向性アンテナを用いる。

指向性アンテナは、平面状の構造となり、例えば誘電体基板をＧＮＤ板とアンテナ板とで挟んだ構造のパッチアンテナを用いる。無指向性アンテナは、線状の構造となり、例えば電気を流す導線などを直線状に伸ばしたダイポールアンテナ、モノポールアンテナを用いる。

＜ＩＤタグ２０４＞
ＩＤタグ２０４は、アンテナ３０１と、ＩＤ送信部３０２とを有する。ＩＤタグ２０４は、アンテナ３０１を介して、送受信機２０１から放射された電波を受け取り、受け取った電波を電力に変換し、この電力を電源として用い、保有しているＩＤ情報を送受信機２０１へ送信する。ＩＤタグ２０４は、後述する個人の動作を特定するためには、複数個設置するのが好ましい。また、ＩＤタグ２０４は、図１に示すように、例えば床面、壁面など、見通しが良く、人体を検出しやすい方向に向けて、かつ、多数個設置するのが好ましい。なお、ＩＤタグ２０４が保有しているＩＤ情報には、ＩＤタグ２０４の位置を特定するために必要な位置情報が含まれる。位置情報は、例えばＩＤタグ２０４の設置時に、緯度や経度などの座標を予め記憶させて、ＩＤタグ２０４に保有させてもよい。また、ＩＤタグ２０４は、例えば客船などの移動手段に配置した場合、ＩＤタグ２０４の位置が客船の移動によって変わることがある。この場合には、例えばＧＰＳ装置を備えて、前記ＧＰＳ装置からの位置情報を移動の都度、更新して保有するようにしてもよい。

＜状態情報送信機２０５＞
図３は、本実施の形態における状態情報送信機２０５を示す図である。状態情報送信機２０５は、２つのセンサ３０５、受電用アンテナ４０１、整流部４０２、電源制御部４０３、情報処理部４０４、通信部４０５、通信用アンテナ４０６及び蓄電池４０７を備える。状態情報送信機２０５は、送受信機２０１から放射された電波を受け取り、受け取った電波を電力に変換し、この電力を電源として用いる。状態情報送信機２０５は、取り付けられた人の個人ＩＤ情報とセンサ３０５が取得した人の状態に関する状態情報を、送受信機２０１へ送信する。個人ＩＤ情報には、状態情報送信機２０５が取り付けられた人を特定するための情報、例えば個人の氏名、年齢、住所などが含まれる。なお、状態情報送信機２０５を取り付けられた人を特定するための情報は、個人の氏名、年齢、住所などに限られない。状態情報送信機２０５としては、いわゆるウェアラブルセンサに通信機能をもたせたものを用いてもよい。なお、状態情報送信機２０５は、他に、受電制御部３０４を有する。受電制御部３０４は、整流部４０２と、電源制御部４０３と、情報処理部４０４と、通信部４０５と、を有するので、各部については、図３で詳細に説明する。

センサ３０５が取得する状態情報は、例えば生体情報など、様々な情報がある。センサ３０５として、取得したい情報に応じて様々なセンサを用いることができる。例えば取得した情報を、介護に用いる場合は、転倒事故などを防止するために動き情報を取得する必要があるため、例えば加速度センサを用いることが好ましい。また、取得したい情報が、健康に関する情報である場合には、例えば体温または心拍センサを用いることができる。なお、センサ３０５の種類は、上述のものに限られず、様々なものが用いられる。センサ３０５は、一つに限られず、取得したい情報に応じて複数種類、複数個用いることもできる。

受電用アンテナ４０１は、送受信機２０１から放射された高周波電力を受け取る。整流部４０２は、受け取った電力を直流電力に変換する。電源制御部４０３は、直流電流をセンサ３０５、情報処理部４０４、通信部４０５へ供給するとともに、余剰電力を蓄電池４０７へ充電する。電源制御部４０３は、受電電力が小さく、システムを動作させるのに必要な電力を受電できなかった場合は、蓄電池４０７に蓄えている電力を、情報処理部４０４、通信部４０５へ供給する。通信用アンテナ４０６は、通信部４０５とともに、送受信機２０１と情報をやり取りする。通信用アンテナ４０６は、通信部４０５とともに、送受信機２０１へのＩＤ情報や、センサ３０５の取得情報、蓄電池４０７の充電量情報の送信を行う。また、通信用アンテナ４０６は、送受信機２０１からの電波による指示を受信する。

情報処理部４０４は、送受信機２０１から高周波電力が供給されなくとも、蓄電池４０７に蓄えている電力を用いて、センサ３０５の取得情報を処理し、一定のタイミングで通信部４０５を通じて送信する。なお、受電用アンテナ４０１及び通信用アンテナ４０６に用いるアンテナの種類としては、送受信機２０１のアンテナ２０３と同様なので、説明を省略する。

＜人体位置検出動作＞
つぎに、人体を検出する方法について、説明する。

実際に人体の検出が行われる前に、ＩＤタグ２０４から発せられる電波の基準強度が定められる。具体的には、ＩＤタグ２０４の近傍に人体が存在しない状態で、送受信機２０１は、電波を送信し、ＩＤタグ２０４へＩＤ情報を送信するように指示する。すると、各ＩＤタグ２０４は、ＩＤ情報を送受信機２０１へ送信する。続いて、送受信機２０１は、ＩＤ情報を受信し、発信制御部２０２は、それぞれのＩＤ情報と受信した電波の強度を対応付けて発振制御部２０２が備えるメモリに記憶させる。発信制御部２０２は、ＩＤタグ２０４から受信したＩＤ情報に基づいて、ＩＤタグ２０４の位置を特定するとともに、このときに受信した電波強度を、基準強度と定める。

このような準備が予め行われた後、人体の実際の検出が次のように行われる。
（１）送受信機２０１は、電波を送信し、ＩＤタグ２０４へＩＤ情報を送信するように指示する。
（２）各ＩＤタグ２０４は、ＩＤ情報を送受信機２０１へ送信する。
（３）送受信機２０１は、ＩＤタグ２０４から受信したＩＤ情報に対応する基準強度を発信制御部２０２が備えるメモリから読み出し、読み出した基準強度と、ＩＤタグ２０４からから受信した電波の強度とを比較する。
（４）基準強度に対する受信した電波の強度の変化に基づいて、ＩＤタグ２０４の近傍に人体が存在するか否かを検知する。

なお、ＩＤタグ２０４の近傍に人体が存在すると、この人体によって、ＩＤタグ２０４から発せられた電波が遮られる。その結果、送受信機２０１が受信する電波の強度が弱くなる。この原理を利用して、ＩＤタグ２０４の近傍に人体が存在するか否かを検知することができる。

また、発信制御部２０２は、基準強度からの変化量を事前に閾値として設定し、例えば、受信した電波強度が基準強度の５０％以下に低下した場合に、人体が存在すると判断してもよい。なお、閾値は、基準強度の５０％に限られず、例えば基準強度の６０％でもいいし、４０％でもいい。また、電波が受信できず、ＩＤ情報が読み取れなかった場合についても、発信制御部２０２は、電波強度が閾値以下であると判断してもよい。この方法により、多数配置されたＩＤタグ２０４のうち、人体が近傍に存在するＩＤタグ２０４を特定することができる。

＜個人特定動作＞
検出した人体の個人を特定する方法を説明する。
（１）まず、送受信機２０１より、状態情報送信機２０５に対して状態情報を送信するように指示を送信する。
（２）状態情報送信機２０５は、個人ＩＤ情報とセンサ３０５が取得した状態情報を送受信機２０１へ送信する。
（３）発信制御部２０２は、個人ＩＤ情報とセンサ３０５からの状態情報を受信し、状態情報及び受信した電波の強度と合わせて発信制御部２０２が備えるメモリに記憶させる。ここで、発信制御部２０２は、状態情報送信機２０５から取得した電波強度に基づいて、送受信機２０１から状態情報送信機２０５までの距離を推定することができる。送受信機２０１は、推定した距離に基づいて、状態情報送信機２０５が存在する存在範囲を特定することができる。なお、上述した送受信機２０１は、人体が近傍にいるＩＤタグ２０４を特定することに加え、状態情報送信機２０５から取得した電波強度に基づいて情報送信機２０４を特定することで、移動体の位置を更に詳細に検出することができる。
（４）送受信機２０１は、状態情報送信機２０５の存在範囲、及び、ＩＤタグ２０４から送信された電波の受信強度に基づいて検出された人体位置と、状態情報送信機２０５からの情報（個人ＩＤ情報及び状態情報）とを紐づけることで、個人の状態、例えば個人の体温や心拍数などの個人の状態（移動体の状態）を特定することができる。

なお、例えば、多数の状態情報送信機２０５が互いの近くにある場合、又は、状態情報送信機２０５のアンテナ３０３（受電用アンテナ４０１または通信用アンテナ４０６）の向きが適切でない場合のように、状態情報送信機２０５からの個人ＩＤ情報だけでは、個人を特定することが難しくなることもあり得る。このような場合においても、状態情報送信機２０５からの情報に基づいて個人を特定できるようにするために、センサ３０５が加速度センサを含むことが好ましい。センサ３０５が加速度センサを含む場合、送受信機２０１は、個人ＩＤ情報に加えて、個人ＩＤ情報と紐付けられた状態で、加速度センサによって得られた動きの情報（状態情報）を送信する。そして、送受信機２０１は、互いに紐付けられた状態で、個人ＩＤ情報と動きの情報を取得する。よって、例えば同じ位置に多数の状態情報送信機２０５が存在しても、送受信機２０１は、動きの情報に基づいて人が移動した方向及び人が移動したタイミングを比較し峻別することができ、同時に、動きの情報に紐付いている個人ＩＤ情報を峻別することができる。したがって、送受信機２０１は、多数の状態情報送信機２０５のなかから、当該動きを行った状態情報送信機２０５を特定することができ、ひいては、個人を特定することができる。

また、本実施の形態では、移動体として人体を例に説明したが、上述したように、移動体は、人体に限られない。移動体が人体でない場合の状態情報としては、次のようなものが含まれる。移動体が、例えば乗り物である場合、積み荷の重量、積み荷の位置、積み荷の温度及び乗員数を状態情報とすることができる。また、移動体が、例えばアドバルーンのような空中浮遊物である場合、移動体の温度、移動体の周囲の気温、移動体の周囲の気圧などを状態情報とすることができる。

（状態情報送信機２０５の変形例）
図４は、他の実施の形態における状態情報送信機２０５を示す図である。本実施の形態における状態情報送信機２０５は、受電用アンテナ４０１と通信用アンテナ４０６とを備える代わりに、共通のアンテナ５０１及び切替部５０２を備える点で、先の実施の形態における状態情報送信機２０５とは異なる。ここでは、先の実施形態における状態情報送信機２０５とは異なる点を説明し、同じ部分は説明を省略する。

＜共通のアンテナ５０１＞
共通のアンテナ５０１は、送受信機２０１からの高周波電力（電磁波）を受電するときと、送受信機２０１と通信するときに使用する電波の周波数が同一であれば、受電時と通信時とで入出力を切り替えて用いることができる。また、上述の電波の周波数に差があっても、その差が、周波数の数%程度（例えば２％〜５％）の場合にも、切替部５０２よって、切り替えてアンテナ５０１を用いることができる。切替部５０２は、アンテナ５０１と、通信部４０５又は整流部４０２との接続を必要に応じて切り替える。具体的には、例えば送受信機２０１から放射された高周波電力を受電するときには、切替部５０２は、アンテナ５０１と整流部４０２とを接続し、アンテナ５０１と通信部４０５との接続を遮断する。これとは逆に、例えば情報処理部４０４が、通信部４０５を通じて、送受信機２０１に送信するときには、切替部５０２は、アンテナ５０１と通信部とを接続し、アンテナ５０１と整流部４０２との接続を遮断する。このように、２本のアンテナ４０１，４０６の代わりに、１本の共通のアンテナ５０１を用いることで、例えばアンテナの設置スペースや向きなどを設計する際に、２本のときよりも、設計の自由度が生まれる。

なお、受電用アンテナ４０１、通信用アンテナ４０６、及びアンテナ５０１は、例えば人体の装着形態に応じて適した形状を用いるのが好ましい。状態情報送信機２０５を、ポケットに入れる場合、腕や足に巻く場合、衣服に縫い付ける場合または絆創膏のように身体に直接貼り付ける場合など、状態情報送信機２０５を装着する部位や状態情報送信機２０５の形状に応じて、適した形状のアンテナを用いる。なお、共通のアンテナ５０１に用いるアンテナの種類は、送受信機２０１のアンテナ２０３、受電用のアンテナ４０１及び通信用アンテナ４０６と同様なので、説明を省略する。

＜ＩＤタグ２０４＞
図５は、さらに他の実施の形態における複数のＩＤタグ２０４を設置した状態を示す図である。ＩＤタグ２０４は、例えば床面と床面から立ち上がって形成された壁面とに設置されている。ＩＤタグ２０４のアンテナ３０１は、上述の指向性アンテナを用いることから、アンテナ３０１の指向性の方向は、設置した床面及び壁面の垂直方向である。このため、ＩＤタグ２０４のアンテナ３０１は、人体が接近した際に、床面及び壁面からの二つの方向から人体を検知することができ、一つの方向からよりも更に詳細に人体の位置を特定することができる。

＜効果＞
電池の交換や充電が必要な無線機を必要とせずに、ＩＤタグ２０４を用いて人体の位置を検出することができ、これに加えて、状態情報送信機２０５を用いて個人の状態を特定することができる。

本願発明の移動体の状態特定システムは、移動体の位置を特定する情報を取得するシステムとして、幅広く活用することができる。

２０１ 送受信機
２０２ 発振制御部
２０３ アンテナ
２０４ ＩＤタグ
２０５ 状態情報送信機
３０１ アンテナ
３０２ ＩＤ送信部
３０３ アンテナ
３０４ 受電制御部
３０５ センサ
４０１ 受電用アンテナ
４０２ 整流部
４０３ 電源制御部
４０４ 情報処理部
４０５ 通信部
４０６ 通信用アンテナ
４０７ 蓄電池
５０１ アンテナ
５０２ 切替部

Claims (5)

1. 電波を送出し、且つ、無線で信号を受信する送受信機と、
   前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、固有のＩＤ情報を前記送受信機へ送信するＩＤタグと、
   移動体に取り付けられ、前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、前記移動体の状態に関する状態情報を前記送受信機へ送信する状態情報送信機と、を有し、
   前記送受信機は、前記ＩＤ情報及び状態情報に基づいて、前記移動体の状態を特定する移動体状態特定システム。
2. 前記送受信機は、予め定められた基準強度と、前記ＩＤタグから受信した電波の強度に基づいて、前記ＩＤタグの近傍に前記移動体が存在するか否かを検出する請求項１に記載の移動体状態特定システム。
3. 前記送受信機は、前記状態情報送信機から送信された電波の受信強度と、前記ＩＤタグから送信された電波の受信強度とに基づいて、移動体の位置を検出する請求項２に記載の移動体状態特定システム。
4. 前記状態情報は、前記移動体の加速度情報を含んでおり、
   前記送受信機は、前記加速度情報と、前記ＩＤタグから送信された電波の受信強度とに基づいて、前記移動体の状態を特定する請求項３に記載の移動体状態特定システム。
5. 送受信機が、電波を送出する工程と、
   ＩＤタグが、前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、固有のＩＤ情報を前記送受信機へ送信する工程と、
   移動体に取り付けられた状態情報送信機が、前記電波を受け取り、受け取った電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、前記移動体の状態に関する状態情報を前記送受信機へ送信する工程と、
   前記送受信機が、前記ＩＤ情報及び前記状態情報に基づいて、前記移動体を特定する工程と、
   を含む移動体状態特定方法。

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