JP2023132585A - Device to be positioned, reference device, positioning system, management device, positioning method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測位対象の装置、基準装置、測位システム、管理装置、測位方法及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a positioning target device, a reference device, a positioning system, a management device, a positioning method, and a program.
従来、GNSS人工衛星からの電波が届きにくい屋内などのエリア内において、測位される測位対象の装置(以下「対象装置」ともいう。)と既知の位置座標に設置された複数の基準装置との間の見通し内環境(LOS環境)で電波、音波、光などの無線媒体を送受信し、その送受信の結果を入力として前記対象装置の位置座標を出力する測位システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in areas such as indoors where radio waves from GNSS satellites are difficult to reach, the positioning target device (hereinafter also referred to as "target device") is connected to multiple reference devices installed at known position coordinates. There are known positioning systems that transmit and receive wireless media such as radio waves, sound waves, and light in a line-of-sight environment (LOS environment) between (See Reference 1).
上記見通し内環境(LOS環境)での電波などの無線媒体の送受信を利用した従来のシステムにおいて、測位に用いる基準装置の構成や動作を変更することなく、個室などの狭い空間に位置する測位対象の装置の現在位置を低コストで測位可能な位置特定モードと測位対象の装置の現在位置を高精度に測位する位置特定モードを混在させて実施したい、という課題がある。 In the conventional system that utilizes the transmission and reception of wireless media such as radio waves in the above-mentioned line-of-sight environment (LOS environment), the positioning target can be positioned in a narrow space such as a private room without changing the configuration or operation of the reference device used for positioning. There is a problem in that it is desired to implement a position specifying mode that can measure the current position of a device at a low cost and a position specifying mode that can measure the current position of a device to be positioned with high precision in a mixed manner.
本発明の一態様に係る測位システムは、測位対象の装置と、互いに異なる既知の位置座標に設置された複数の基準装置と、通信ネットワークを介して前記複数の基準装置と通信可能な管理装置と、を備える測位システムである。前記測位対象の装置は、無線媒体による測位信号を発信する発信部を有する。前記複数の基準装置はそれぞれ、前記測位対象の装置から発信された前記測位信号を受信する受信部と、前記通信ネットワークを介して前記測位信号の受信結果の情報を前記管理装置に送信する送信部と、を有する。前記管理装置は、前記複数の基準装置に設定されている位置特定モードの設定状況を管理する管理情報を記憶する記憶部と、前記通信ネットワークを介して前記複数の基準装置から前記測位信号の受信結果の情報を受信する受信部と、前記測位対象の装置の現在位置を簡易的に特定する第1の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置のうち前記測位信号の受信結果に含まれる受信強度が大きい基準装置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定し、前記測位対象の装置の現在位置を高精度に測位する第2の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置の前記測位信号の受信結果に基づいて前記測位対象の装置の現在位置を計算して特定する位置特定部と、を有する。 A positioning system according to one aspect of the present invention includes a device to be positioned, a plurality of reference devices installed at mutually different known position coordinates, and a management device capable of communicating with the plurality of reference devices via a communication network. This is a positioning system equipped with . The positioning target device includes a transmitter that transmits a positioning signal using a wireless medium. Each of the plurality of reference devices includes a receiving unit that receives the positioning signal transmitted from the positioning target device, and a transmitting unit that transmits information on the reception result of the positioning signal to the management device via the communication network. and has. The management device includes a storage unit that stores management information for managing a setting status of a position specifying mode set in the plurality of reference devices, and a storage unit that receives the positioning signal from the plurality of reference devices via the communication network. A receiving unit that receives result information and a first position specifying mode that simply specifies the current position of the positioning target device are set, the reception result of the positioning signal from among the plurality of reference devices A second position specifying mode is set in which a position close to a reference device with a high reception strength included in the positioning target device is specified as the current position of the positioning target device, and the current position of the positioning target device is determined with high precision. In this case, the device further includes a position specifying unit that calculates and specifies the current position of the positioning target device based on the reception results of the positioning signals of the plurality of reference devices.
本発明の他の態様に係る装置は、前記測位システムに備える測位対象の装置である。前記測位対象の装置は、位置座標が変化する移動体であってもよい。 A device according to another aspect of the present invention is a positioning target device provided in the positioning system. The positioning target device may be a moving body whose position coordinates change.
本発明の更に他の態様に係る装置は、前記測位システムに備える複数の基準装置のいずれか一つの基準装置である。 A device according to still another aspect of the present invention is any one of a plurality of reference devices included in the positioning system.
本発明の更に他の態様に係る装置は、前記測位システムに備える、通信ネットワークを介して前記複数の基準装置と通信可能な管理装置である。 A device according to still another aspect of the present invention is a management device provided in the positioning system and capable of communicating with the plurality of reference devices via a communication network.
本発明の更に他の態様に係る方法は、測位対象の装置の位置を測位する方法である。この方法は、前記測位対象の装置が、無線媒体による測位信号を発信することと、互いに異なる既知の位置座標に設置された複数の基準装置がそれぞれ、前記測位対象の装置から発信された前記測位信号を受信し、通信ネットワークを介して前記測位信号の受信結果の情報を管理装置に送信することと、前記管理装置が、前記複数の基準装置に設定されている位置特定モードの設定状況を管理する管理情報を記憶することと、前記管理装置が、前記通信ネットワークを介して前記複数の基準装置から前記測位信号の受信結果の情報を受信することと、前記管理装置が、前記測位対象の装置の現在位置を簡易的に特定する第1の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置のうち前記測位信号の受信結果に含まれる受信強度が大きい基準装置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定し、前記測位対象の装置の現在位置を高精度に測位する第2の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置の前記測位信号の受信結果に基づいて前記測位対象の装置の現在位置を計算して特定することと、を含む。 A method according to yet another aspect of the present invention is a method of positioning a positioning target device. In this method, the positioning target device transmits a positioning signal using a wireless medium, and a plurality of reference devices installed at mutually different known position coordinates each transmit the positioning signal transmitted from the positioning target device. receiving the signal and transmitting information on the reception result of the positioning signal to a management device via a communication network, and the management device managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices. the management device stores information on the reception results of the positioning signals from the plurality of reference devices via the communication network; When the first position specifying mode for simply specifying the current position of the reference device is set, the position nearer to the reference device with the highest reception strength included in the reception result of the positioning signal among the plurality of reference devices is set. When a second position specifying mode is set in which the current position of the target device is determined and the current position of the positioning target device is determined with high precision, the reception results of the positioning signals of the plurality of reference devices are calculating and specifying the current position of the positioning target device based on the location information.
本発明の更に他の態様に係るプログラムは、前記管理装置に備えるコンピュータ又はプロセッサにおいて実行されるプログラムである。このプログラムは、前記複数の基準装置に設定されている位置特定モードの設定状況を管理する管理情報を記憶するためのプログラムコードと、前記通信ネットワークを介して前記複数の基準装置から前記測位信号の受信結果の情報を受信するためのプログラムコードと、前記測位対象の装置の現在位置を簡易的に特定する第1の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置のうち前記測位信号の受信結果に含まれる受信強度が大きい基準装置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定し、前記測位対象の装置の現在位置を高精度に測位する第2の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置の前記測位信号の受信結果に基づいて前記測位対象の装置の現在位置を計算して特定するためのプログラムコードと、を含む。 A program according to still another aspect of the present invention is a program executed on a computer or processor included in the management device. This program includes a program code for storing management information for managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices, and a program code for storing management information for managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices, and a program code for storing the management information for managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices, and a program code for storing the management information for managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices, and a program code for storing the management information for managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices. When a program code for receiving reception result information and a first position specifying mode for simply specifying the current position of the positioning target device are set, the positioning signal from among the plurality of reference devices is set. A second position specifying mode is set in which a position close to a reference device with a high reception strength included in the reception result is specified as the current position of the positioning target device, and the current position of the positioning target device is determined with high precision. If the positioning target device is located, the method further includes a program code for calculating and specifying the current position of the positioning target device based on the reception results of the positioning signals of the plurality of reference devices.
前記測位対象の装置、前記測位システム、前記管理装置、前記測位方法及び前記プログラムにおいて、前記第1の位置特定モードにおいて、前記複数の基準装置のうち一の基準装置のみ前記測位信号を受信した場合、前記一の基準装置の設置位置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定してもよい。 In the positioning target device, the positioning system, the management device, the positioning method, and the program, when only one of the plurality of reference devices receives the positioning signal in the first position specifying mode. , a position close to the installation position of the one reference device may be specified as the current position of the positioning target device.
前記測位対象の装置、前記測位システム、前記管理装置、前記測位方法及び前記プログラムにおいて、前記第1の位置特定モードにおいて、前記複数の基準装置のうち2又は3以上の基準装置が前記測位信号を受信した場合、前記測位信号の受信強度が最も大きい基準装置の設置位置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定してもよい。 In the positioning target device, the positioning system, the management device, the positioning method, and the program, in the first position specifying mode, two or more reference devices among the plurality of reference devices receive the positioning signal. When the positioning signal is received, a position near the installation position of the reference device where the reception strength of the positioning signal is the highest may be specified as the current position of the positioning target device.
前記測位対象の装置、前記測位システム、前記管理装置、前記測位方法及び前記プログラムにおいて、前記複数の基準装置はそれぞれ、複数の個室に設置されていてもよいし、同一エリア内の壁、敷居、衝立若しくは仕切りで仕切られた複数の個別開放空間に設置されていてもよいし、又は、同一エリア内の見通し内環境での前記無線媒体による測位信号が互いに到達しない程度に離れた複数の個別開放空間に設置されていてもよい。 In the positioning target device, the positioning system, the management device, the positioning method, and the program, each of the plurality of reference devices may be installed in a plurality of private rooms, or may be installed on a wall, a threshold, or a wall in the same area. They may be installed in a plurality of individual open spaces separated by screens or partitions, or they may be installed in a plurality of individual open spaces that are separated to the extent that positioning signals from the wireless medium do not reach each other in a line-of-sight environment within the same area. It may be installed in space.
前記測位対象の装置、前記測位システム、前記管理装置、前記測位方法及び前記プログラムにおいて、前記複数の基準装置は互いの時刻同期又は時刻差が管理されてもよく、前記第2の位置特定モードにおいて、前記複数の基準装置のそれぞれから受信した前記測位信号の受信結果と、前記複数の基準装置のそれぞれの位置座標の情報とに基づいて、前記測位対象の装置の現在位置を計算してもよい。ここで、前記第2の位置特定モードにおいて、前記複数の基準装置の間の時刻差の情報を取得し、前記時刻差の情報と前記測位信号の受信結果と前記複数の基準装置のそれぞれの位置座標の情報とに基づいて、前記測位対象の装置の現在位置を計算してもよい。 In the positioning target device, the positioning system, the management device, the positioning method, and the program, the plurality of reference devices may be managed for mutual time synchronization or time difference, and in the second position specifying mode. , the current position of the positioning target device may be calculated based on the reception result of the positioning signal received from each of the plurality of reference devices and information on the position coordinates of each of the plurality of reference devices. . Here, in the second position specifying mode, information on the time difference between the plurality of reference devices is acquired, and the information on the time difference, the reception result of the positioning signal, and the position of each of the plurality of reference devices are obtained. The current position of the positioning target device may be calculated based on the coordinate information.
前記測位対象の装置、前記測位システム、前記管理装置、前記測位方法及び前記プログラムにおいて、前記無線媒体は、UWB(超広帯域)無線の電波であってもよい。 In the positioning target device, the positioning system, the management device, the positioning method, and the program, the wireless medium may be UWB (ultra wideband) radio waves.
前記測位対象の装置、前記測位システム、前記管理装置、前記測位方法及び前記プログラムにおいて、前記測位対象の装置は無線ICタグであってもよい。 In the positioning target device, the positioning system, the management device, the positioning method, and the program, the positioning target device may be a wireless IC tag.
また、前記測位対象の装置、前記測位システム、前記管理装置、前記測位方法及び前記プログラムにおいて、測位対象の装置の位置は、機械学習の学習済モデルを用いて推定してもよい。 Furthermore, in the positioning target device, the positioning system, the management device, the positioning method, and the program, the position of the positioning target device may be estimated using a learned model of machine learning.
本発明によれば、測位に用いる基準装置の構成や動作を変更することなく、個室などの狭い空間に位置する測位対象の装置の現在位置を低コストで測位可能な位置特定モードと測位対象の装置の現在位置を高精度に測位する位置特定モードを混在させて実施することができる。 According to the present invention, a positioning mode and a positioning mode that can determine the current position of a positioning target device located in a small space such as a private room at low cost without changing the configuration or operation of a reference device used for positioning and It is possible to implement a combination of position specifying modes that measure the current position of the device with high precision.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本書に記載された実施形態に係る測位システムは、タグ(測位対象の装置)と、互いに異なる既知の位置座標に設置された複数のアンカー(基準装置)との間で、見通し内環境(LOS環境)で超広帯域(UWB)の電波による測位信号の送受信を行い、その送受信の結果を入力としてタグ(測位対象の装置)の現在位置を特定する、UWBを使った屋内測位サービスを提供可能な測位システムである。特に、本実施形態の側システムは、タグの現在位置を簡易的に特定する第1の位置特定モード(UWB1点測位のモード)と、タグの現在位置を高精度に測位する第2の位置特定モードとを混在させて実施することができる測位システムである。前者の第1の位置特定モード(UWB1点測位のモード)では、老人ホームや病院の病室のような比較的小さい部屋のそれぞれにアンカー(基準装置)を一台設置した低コストの構成で、その部屋にタグが入ったことを検知してタグの位置を特定することができる。後者の第2の位置特定モードでは、例えば、前記測位信号の送受信に基づくTDoA(到達時間差)方式又はToA(Time of Arrival)の測距推定法のアルゴリズムを用いてタグの位置座標を計算して特定する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The positioning system according to the embodiment described in this document operates in a line-of-sight environment (LOS environment) between a tag (a device to be positioned) and a plurality of anchors (reference devices) installed at mutually different known position coordinates. ), which transmits and receives positioning signals using ultra-wideband (UWB) radio waves, and uses the results of the transmission and reception as input to determine the current location of the tag (device to be positioned), which can provide indoor positioning services using UWB. It is a system. In particular, the side system of this embodiment has a first positioning mode (UWB 1-point positioning mode) that simply pinpoints the current position of the tag, and a second positioning mode that positions the tag's current position with high precision. This is a positioning system that can be implemented in a mixture of modes. The first positioning mode (UWB 1-point positioning mode) uses a low-cost configuration in which one anchor (reference device) is installed in each relatively small room such as a nursing home or hospital room. It is possible to detect when a tag enters a room and determine the location of the tag. In the latter second positioning mode, for example, the position coordinates of the tag are calculated using an algorithm of the TDoA (Time Difference of Arrival) method or the ToA (Time of Arrival) ranging estimation method based on the transmission and reception of the positioning signal. Identify.
本実施形態のTDoA方式の測位システムは、例えばGNSS人工衛星からの電波が届かない又は届きにくい屋内などのエリア内におけるタグの位置座標の測位に適する。本実施形態の測位システムは、タグなどの測位対象の装置の位置をリアルタイムに測位するリアルタイム位置測位システム(RTLS:Real Time Location System)の実現に適する。 The TDoA positioning system of this embodiment is suitable for positioning the position coordinates of a tag in an area such as an indoor area where radio waves from a GNSS satellite cannot reach or are difficult to reach. The positioning system of this embodiment is suitable for realizing a real-time positioning system (RTLS) that measures the position of a positioning target device such as a tag in real time.
特に、本実施形態の測位システムは、病院、老人ホーム、工場などの屋内などのエリアにおいて移動する対象者の衣服やバック、作業者のヘルメットや帽子、製造中の製品、フォークリフト、ロボット、ドローンなどの移動体に搭載された測位対象の装置(タグ、エッジデバイス、UWBデバイス)の現在位置をリアルタイムに特定することが可能になる測位システムである。 In particular, the positioning system of this embodiment can be applied to objects such as clothes and bags of people who move in indoor areas such as hospitals, nursing homes, and factories, helmets and hats of workers, products under manufacture, forklifts, robots, and drones. This is a positioning system that makes it possible to identify in real time the current position of a device (tag, edge device, UWB device) to be positioned that is mounted on a mobile body.
図1は、本発明の一実施形態に係る測位システムの主要な構成の一例を示す説明図である。図1の測位システムでは、図中の右側の壁などで仕切られた比較的狭い複数の対象空間10A(1)~10A(3)に1台ずつ設置され第1の位置特定モード(以下「1点測位モード」又は「UWB1点測位モード」ともいう。)に用いられる複数の基準装置(以下「アンカー」ともいう。)20A(1)~20A(3)と、比較的広い対象空間10B内の互いに異なる既知の位置座標に設置され第2の第1の位置特定モード(以下、「複数点測位モード」又は「4点測位モード」ともいう。)に用いられる複数の基準装置20B(1)~20B(4)を備える。1点測位モードは、測位対象の装置(以下「対象装置」ともいう。)30Aの現在位置を簡易的に特定する測位モードである。複数点測位モードは、対象装置30Bの現在位置を高精度に測位する測位モードである。測位システムは、測位対象の装置30A,30Bを更に備えてもよい。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the main configuration of a positioning system according to an embodiment of the present invention. In the positioning system shown in Fig. 1, one unit is installed in each of relatively
なお、図1の例は、図中左側の対象空間10での複数点測位モードにおいて対象装置30の位置をTDoA方式で測位する測位システムを示しているが、ToA(Time of Arrival)方式などの他の測位方式で対象装置30の位置を測位してもよい。
The example in FIG. 1 shows a positioning system that uses the TDoA method to measure the position of the
また、図1の例では、複数点測位モードの対象空間10Bにおける基準装置20B(1)~20B(4)の数は4であるが、対象空間における基準装置の数は5以上であってもよい。また、各測位モードの対象空間10A(1)~10A(3),10Bにおける対象装置30A,30Bの数は1であるが、対象空間10A(1)~10A(3),10Bにおける対象装置30A,30Bの数はそれぞれ2以上であってもよい。
Furthermore, in the example of FIG. 1, the number of
また、図1の例では、1点測位モードの対象空間10A(1)~10A(3)の数が3の場合について示されているが、1点測位モードの対象空間の数は単数、2又は4以上であってもよい。図1の例では、複数点測位モードの対象空間10Bの数が単数の場合について示されているが、複数点測位モードの対象空間の数は2であってもよいし、又は、3以上であってもよい。
In addition, in the example of FIG. 1, the case where the number of
なお、図1の測位システムにおける複数の対象空間10A(1)~10A(3),10Bに共通する事項について説明するときは対象空間10と記載する。また、各基準装置20A(1)~20A(3),20B(1)~20B(4)に共通する事項について説明するときは、基準装置20又は基準装置20(1)、20(2)、・・・と記載する。また、各対象装置30A,30Bに共通する事項について記載するときときは対象装置30と記載する。
Note that when describing matters common to the plurality of
また、図1に示すように、本実施形態の測位システムは、複数の基準装置20(1)~20(4)のそれぞれと通信可能な管理装置40を備える。管理装置40は、対象装置30と通信可能であってもよい。
Further, as shown in FIG. 1, the positioning system of this embodiment includes a
図1において、1点測位モードが設定されている基準装置20A(1)~20A(3)はそれぞれ、例えば老人ホーム、病院、会社などの個室に1台ずつ設置される。基準装置20A(1)~20A(3)は、例えば工場の製造ライン(生産ライン)などの同一エリア内の壁、敷居、衝立又は仕切りで仕切られた個別開放空間に設置してもよい。基準装置20A(1)~20A(3)の設置位置は、天井、壁、壁、敷居、衝立、仕切り、支柱等の構造体の表面であってもよい。また、1点測位モードに用いる基準装置は、同一エリア内の見通し内環境での無線媒体による測位信号が互いに到達しない程度に離れた複数の個別開放空間(例えば長い廊下の中央部及び端部の空間)に設置してもよい。
In FIG. 1, each of the
1点測位モードの基準装置20の設置位置は、例えば、その基準装置が設置されている個室の部屋番号や個別開放空間の識別情報で管理することができる。
The installation position of the
また、図1において、複数点測位モードが設定されている基準装置20(1)~(4)は、建物などの比較的広い部屋などの内部の2次元又は3次元の対象空間10の互いに異なる複数の位置に設置される。複数の基準装置20(1)~(4)の設置位置は、水平方向の位置及び高さの少なくとも1つが互いに異なる。
Further, in FIG. 1, the reference devices 20 (1) to (4) in which the multi-point positioning mode is set are used for different two-dimensional or three-
複数点測位モードの基準装置20の数は、例えば測位方式のアルゴリズムに応じて設定される。例えば、TDoA方式で3次元空間における対象装置30の位置を測位する場合、基準装置20の数は例えば4以上である。なお、2次元のエリアで対象装置30の位置を測位する場合は、基準装置の数は3以上であってもよい。
The number of
複数点測位モードの複数の基準装置20は、装置間に適用可能な任意の同期方法により、互いの時刻同期又は時刻差が管理されている。複数の基準装置20はそれぞれ、互いの時刻同期又は時刻差が管理された内部クロックを備える。
For the plurality of
ここで、上記「時刻同期」とは、複数の基準装置20の間で特定の時点どうしを同期させることを意味し、「時間同期」とも言われることがある。また、上記時刻同期が管理される場合の例としては、例えば、複数の基準装置20のそれぞれとの間の位置関係(例えば距離)が既知である位置に共通の送信装置を設置した状態で当該送信装置から送信された信号を複数の基準装置20が受信した受信タイミングのタイムスタンプの時刻差を測定し、その時刻差を基準装置間のOffset値(基準装置のクロックのずれ)として管理装置40などに保持することが挙げられる。この基準装置間のOffset値は、後述のTDoA方式の測位において対象装置30の複数の基準装置20との間の距離の計算に用いられる基準装置間の受信時間差(タイムスタンプの差)の補正に用いることができ、複数の基準装置20の間の時刻同期を行うことなく、対象装置30の現在位置の計算(推定)が可能になる。なお、上記Offset値は、初期設定の後、所定のタイミングに(例えば所定周期の定期的なタイミングに)、上記共通の送信装置からの信号の受信タイミングのタイムスタンプの時刻差を測定して更新してもよい。
Here, the above-mentioned "time synchronization" means synchronizing specific points in time between the plurality of
複数点測位モードの複数の基準装置20のそれぞれが設置された既知の位置座標は、例えば、対象空間10に予め設定された座標系における相対的な位置座標である。本実施形態における複数の基準装置20の位置座標は、対象空間10内の任意の点に原点が設定された直交座標系における相対的な位置座標であってもよい。例えば、複数の基準装置20の位置座標は、いずれか1つの基準装置20の設置位置を通る垂直座標軸上の任意の点に原点が設定された直交座標系における相対的な位置座標であってもよい。
The known positional coordinates where each of the plurality of
対象空間10の所定の座標系における複数の基準装置20の位置座標は、例えば、アンカー設置台(設置補助装置)の複数の補助アンカー(補助基準装置)と基準装置20との間の測位信号の送受信によって特定してもよい。
The position coordinates of the plurality of
複数の基準装置20の位置座標は、例えば、一般的な測量技術(例えば、トータルステーション、レーザ測距センサー)を使った測量作業を行って特定してもよい。また、複数の基準装置20の一部又は全部がGNSSの人工衛星からの電波を受信できるエリアに配置されている場合は、前記一部又は全部の基準装置20の既知の位置座標としてGNSS受信機で測定された位置座標を使用してもよい。この場合の位置座標は、例えば、緯度、経度及び高度であってもよいし、ある基準点を定義されたECEF(Earth-Centered Earth-Fixed)座標系における座標位置(X,Y,Z)であってもよい。また、ある基準点を原点としたENU(東East(m)、北North(m)、上Up(m):基準点からの相対距離)座標へ変換した変換座標系上の座標であってもよい。
The position coordinates of the plurality of
対象装置30は、例えば無線ICタグ(以下「タグ」ともいう。)である。対象装置30は、タグのほか、台車、フォークリフト、ロボット、ドローンなどの自走可能な装置、各種の部品、又は、各種の製品であってもよい。対象装置30は、移動中の装置若しくは一時停止中の装置であってもよいし、又は、固定配置された装置であってもよい。
The
対象装置30は、複数の基準装置20のそれぞれに対して所定の無線媒体による測位信号の送信を行う。測位信号の送受信に用いる無線媒体は、電波、音波、光などの無線媒体である。本実施形態では、無線媒体としてUWB(超広帯域)無線の電波を用いる。UWBは、広帯域(例えば、数GHz帯中の任意の周波数を中心とした数百MHzの帯域幅)の微弱電波での通信技術であり、IEEE802.15.4で定義されている。
The
管理装置40は、例えば、インターネットなどのオープンな通信ネットワーク45に構築されたクラウドコンピュータシステム(以下「クラウドシステム」ともいう。)であってもよいし、オンプレミスシステムのように、ローカルに閉じたネットワークに接続された構成としてもよい。管理装置40は、単一又は複数のコンピュータ装置で構成したサーバであってもよい。管理装置40と複数の基準装置20との間の通信は、例えば、移動通信網(例えば、LTE、5G)、無線ローカルネットワーク(例えばWi-Fi)などを含む通信ネットワーク45を介して行うことができる。この通信は、例えば有線又は無線の通信回線を介して行うことができる。通信回線は公衆回線であってもよいし専用回線であってもよい。
The
図2は、本実施形態の測位システムの基準装置(アンカー)20、対象装置(タグ)30及び管理装置40の主要な構成の一例を示すブロック図である。図2において、基準装置20は、UWB通信部210と、記憶部230と、NW通信部240とを備える。基準装置20は、USB電源供給機能やUSBデータ出力機能を備えてもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the main configurations of the reference device (anchor) 20, target device (tag) 30, and
UWB通信部210は、対象装置30の測位時における測位信号の受信部としても機能する。UWB通信部210は、例えばUWB無線通信モジュールで構成されている。UWB通信部210は、対象装置30の測位時に、対象装置30からUWBの電波で送信(ブロードキャスト発信)された測位信号を、アンテナ211を介して受信する。
The
また、UWB通信部210は、対象装置30から受信した測位信号に含まれる情報と、測位信号の受信時刻情報(Timestamp)とを出力する。
Further, the
対象装置30から送信される測位信号の送信フォーマットは、例えば、フレーム制御情報(Frame Control)、送信連続番号(Sequence Number)、対象装置30を識別可能な対象装置識別情報(TAG ID)、メッセージ識別情報(Message ID)、測位管理識別情報(Purpose ID)及びデータエラー修復用情報(CRC)を含む。測位管理識別情報(Purpose ID)は、例えば、測位の目的、測位の結果の用途及び測位の結果を使用する主体の少なくとも1つを識別可能な情報である。
The transmission format of the positioning signal transmitted from the
記憶部230は、UWB通信部210から出力された測位信号に含まれる各種情報と、測位信号の送受信結果の情報である測位信号の受信時刻情報(Timestamp)とを互いに関連付けて記憶する。また、記憶部230は、基準装置(自装置)20の位置座標の情報と、他の基準装置との間の時刻差の情報(例えば、前述のOffset値)とを記憶してもよい。
The
NW通信部240は、通信ネットワーク45の有線又は無線の通信回線を介して管理装置40と通信することができる。NW通信部240は、対象装置30から受信した測位信号の受信結果の情報を管理装置40に送信する送信部としての機能も有する。
The
管理装置40に送信される測位信号の受信結果の情報の送信フォーマットは、例えば、対象装置識別情報(TAG ID)、基準装置(自装置)20を識別可能な基準装置識別情報(Anchor ID)、対象装置カウント情報(TAG Counter)、測位管理識別情報(Purpose ID)、対象装置30からの測位信号の受信時刻情報(Timestamp)及び電波強度及び絶対時刻情報(Epoch Time)、電波強度及びデータエラー修復用情報(CRC)を含む。電波強度は、対象装置30からの測位信号を受信した受信電波の強度(例えばRSSI(Received Signal Strength Indicator)値)である。受信結果の情報の送信フォーマットは、基準装置(自装置)20の位置座標の情報と、他の基準装置との間の時刻差の情報(例えば、前述のOffset値)とを含んでもよい。
The transmission format of the information on the reception result of the positioning signal transmitted to the
図2において、対象装置30は、UWB通信部310と、記憶部330とを備える。対象装置30は、基準装置20と同様に、USB電源供給機能やUSBデータ出力機能を備えてもよい。
In FIG. 2, the
UWB通信部310は、例えばUWB無線通信モジュールで構成され、UWBの電波で、前述の測位管理識別情報(Purpose ID)等を含む送信フォーマットを有する測位信号を、アンテナ311を介して送信(ブロードキャスト発信)する送信部としても機能する。測位信号は、例えば、パルス状の信号であり、所定の時間間隔で周期的に発信される。
The
記憶部330は、UWB通信部310から送信する測位信号に含める情報を記憶する。また、記憶部330は、基準装置20に予め設定されている測位管理識別情報(Purpose ID)を記憶してもよい。
The
図2において、複数点測位モードが設定された基準装置20は、対象装置30の測位に先立って、任意のタイミングに対象空間の複数の基準装置20の位置座標(又は各基準装置間の距離)の情報をアンカー座標ファイルとして管理装置40からダウンロードし、また、任意のタイミングに基準装置間の時刻差の情報(Offset値)をオフセットテーブルのファイルとして管理装置40からダウンロードすることができる。また、基準装置20は、定期的に(例えば数秒間隔で)管理装置40にアクセスして問い合わせ、アンカー座標ファイル及びオフセットテーブルのファイルを継続的に更新してもよい。
In FIG. 2, the
図2において、管理装置40は、NW通信部410と位置特定部(測位計算部)420と記憶部(DB)430とを備える。NW通信部410は、対象装置30の測位時における測位信号の送受信結果の情報を受信する受信部としても機能する。
In FIG. 2, the
NW通信部410は、通信ネットワーク45の有線又は無線の通信回線を介して複数の基準装置20及び対象装置30と通信することができる。NW通信部410は、複数の基準装置20の位置座標の情報と、基準装置間の時刻差の情報(例えば、前述のOffset値)とを、複数の基準装置20に送信する送信部としても機能する。
The
NW通信部410は、対象装置30の測位時に、対象装置30の測位に関する測位関連情報を各基準装置20から受信する。基準装置20からの測位関連情報は、例えば、対象装置識別情報(TAG ID)、基準装置(自装置)20を識別可能な基準装置識別情報(Anchor ID)、対象装置カウント情報(TAG Counter)、測位管理識別情報(Purpose ID)、対象装置30からの測位信号の受信時刻情報(Timestamp)、電波強度及び絶対時刻情報(Epoch Time)を含む。
The
位置特定部420は、対象装置30の測位時における対象装置30の位置を特定する機能を有する。測位計算部420は、各基準装置20から受信した測位関連情報に基づいて、例えば、対象装置30毎に、対象装置30の現在位置を特定(測位)する。
The
位置特定部420は、例えば、1点測位モードにおいて、対象装置30からの測位信号を受信した基準装置20が1台のみの場合、その基準装置20の設置位置に近い位置(当該基準装置20が配置されている部屋又は個別開放空間)を、対象装置30の現在位置として特定する。
For example, in the one-point positioning mode, when there is only one
位置特定部420は、1点測位モードにおいて、基準装置20から受信した測位関連情報に基づいて、測位管理識別情報(Purpose ID)毎に、且つ、対象装置30毎に、対象装置30の現在位置を特定してもよい。
In the one-point positioning mode, the
また例えば、位置特定部420は、1点測位モードにおいて、対象装置30からの測位信号を受信した基準装置20が複数(2又は3以上)の場合、その複数の基準装置20のうち測位信号の受信強度(電波強度)が最も大きい基準装置20の設置位置に近い位置(当該基準装置20が配置されている部屋又は個別開放空間)を、対象装置30の現在位置として特定する。
For example, in the one-point positioning mode, if there are a plurality of reference devices 20 (two or three or more) that have received the positioning signal from the
また、複数点測位モードにおいて、位置特定部420は、対象空間10における複数の基準装置20から受信した測位関連情報に基づいて、対象装置30の現在位置を計算して特定(測位)する測位計算部として機能する。ここで、位置特定部(測位計算部)420は、各基準装置20から受信した測位関連情報に基づいて、測位管理識別情報(Purpose ID)毎に、且つ、対象装置30毎に、対象装置30の現在位置を計算して特定(測位)してもよい。この現在位置の計算には、基準装置間の時刻差の情報(例えば、前述のOffset値)を更に用いてもよい。
Furthermore, in the multi-point positioning mode, the
記憶部(DB)430は、位置特定部(測位計算部)420での計算に用いる測位関連情報、測位計算部420で測位管理識別情報(Purpose ID)毎に且つ対象装置30毎に計算された測位結果(位置特定結果)を記憶する。なお、記憶部(DB)430のアンカー情報DBは、複数点測位モードに用いる基準装置間の時刻差の情報(例えば、前述のOffset値)を記憶してもよい。また、記憶部(DB)430のアンカー情報DBは、複数の基準装置20のそれぞれに予め設定した測位管理識別情報(Purpose ID)を記憶してもよい。
A storage unit (DB) 430 stores positioning-related information used for calculations in the position specifying unit (positioning calculation unit) 420 and information calculated by the
例えば、記憶部(DB)430は、1点測位モード及び複数点測位モードに対応するように、基準装置20の情報を管理するDB(アンカー情報DB)と、基準装置20の受信結果の情報を管理するDB(ログDB)と、対象装置30の位置特定結果(測位結果)の情報を管理するDB(測位結果DB)とを有する。
For example, the storage unit (DB) 430 includes a DB (anchor information DB) that manages information on the
表1は、アンカー情報DBにおけるアンカー管理情報の一例を示している。
表1の例では、複数の基準装置(アンカー)20のそれぞれについて、設置主体又は管理主体を識別する企業ID、基準装置識別情報(Anchor ID)、測位管理識別情報(Purpose ID)、基準装置(アンカー)20に設定されている測位モードの識別情報(1点測位、4点測位)、基準装置(アンカー)20の設置位置の位置座標(相対座標)の情報及び関連情報が、互いに関連付けて記憶されている。関連情報は、1点測位モードが設定されている基準装置(アンカー)20が設置されている部屋の識別情報(部屋番号)である。 In the example of Table 1, for each of the plurality of reference devices (anchors) 20, the company ID that identifies the installation entity or management entity, the reference device identification information (Anchor ID), the positioning management identification information (Purpose ID), and the reference device ( Identification information of the positioning mode (1-point positioning, 4-point positioning) set in the anchor) 20, information on the position coordinates (relative coordinates) of the installation position of the reference device (anchor) 20, and related information are stored in association with each other. has been done. The related information is identification information (room number) of the room in which the reference device (anchor) 20 in which the one-point positioning mode is set is installed.
1点測位モードでの位置特定(測位)を行う場合には、該当する基準装置(アンカー)のアンカー管理情報の測位モードの識別情報としての1点測位フラグに「1」を立てる。これによって、通常では3点ないし4点以上の基準装置(アンカー)からの測位が必要となるが、1点測位フラグが立っているタイミングにTagInfo情報を1台のアンカーで受信している場合には、フロントエンドの見える化で1点測位結果と対象装置(タグ)の受信電波の強度(RSSI値)を管理装置40の表示部等に表示させる。もし同じ対象装置(タグ)を複数の1点測位モードの基準装置(アンカー)が受信してしまった場合には、受信電波の強度(RSSI値)の大きい方の基準装置(アンカー)が優先される。1点測位フラグが「1」以外が立っている基準装置(アンカー)は通常の複数点測位モード(3次元の場合は4点測位、2次元の場合は3点測位)による対象装置(タグ)の測位が行われる。
When positioning (positioning) is performed in the one-point positioning mode, "1" is set in the one-point positioning flag as identification information of the positioning mode in the anchor management information of the relevant reference device (anchor). As a result, positioning from three or four or more reference devices (anchors) is normally required, but if TagInfo information is being received by one anchor at the timing when the one-point positioning flag is set, This displays the one-point positioning result and the strength of the received radio waves (RSSI value) of the target device (tag) on the display unit of the
表2は、測位結果DBにおけるタグ測位結果の情報の一例を示している。
表2の例では、対象装置(タグ)30の測位のそれぞれについて、対象装置30からの測位信号の受信時刻情報(Timestamp)、対象装置識別情報(TAG ID)、測位管理識別情報(Purpose ID)、測位モードの識別情報(1点測位、4点測位)、測位に用いた基準装置(アンカー)20の数、測位対象(タグ)30の測位結果の位置座標(相対座標)の情報、測位に用いた複数の基準装置(アンカー)20のうち受信電波の強度(例えばRSSI値)が最大の基準装置(アンカー)20の識別情報、測位精度の低下率を示す測定品質情報としてのDoP(Dilution Of Precision)値、測位計算の状態(測位OK、未計算)及び受信電波の強度(RSSI値)が、互いに関連付けて記憶されている。
In the example of Table 2, for each positioning of the target device (tag) 30, the reception time information (Timestamp) of the positioning signal from the
対象装置(タグ)30の位置特定結果である測位結果のリアルタイム表示では、4点測位モード及び1点測位モードに限らず、当該対象装置(タグ)30に対応する対象装置識別情報(TAG ID)の電波の強度(RSSI値)が大きい基準装置(アンカー)20の名称(アンカー名)などを記録する。1点測位モードの場合には、そのアンカー名や位置が対象装置(タグ)30の位置として管理される。 In real-time display of the positioning results that are the positioning results of the target device (tag) 30, the target device identification information (TAG ID) corresponding to the target device (tag) 30 is displayed not only in the 4-point positioning mode and the 1-point positioning mode. The name (anchor name) of the reference device (anchor) 20 with the highest radio wave intensity (RSSI value) is recorded. In the case of one-point positioning mode, the anchor name and position are managed as the position of the target device (tag) 30.
図3は、本実施形態に係る測位システムの基準装置(アンカー)20を建物の部屋ごとに配置した応用例を示す説明図である。図3の例では、老人ホームや病院などの建物100内の壁11で仕切られた複数の部屋(個室や病室)10(1)~10(20)及び廊下の互いに離れた個別開放空間10(21)~10(24)に、図中の■で示した基準装置(アンカー)20が1部屋ごとに1台ずつ配置されている。図中の▲は検索対象の対象装置(タグ)30である。管理装置40は、部屋10(4)に設置された基準装置(アンカー)20の受信結果の情報に基づいて、対象装置(タグ)30が当該部屋10(4)に入ってきたことを検知することができる。管理装置40は、対象装置(タグ)30の位置座標を計算する測位ではなく、対象装置(タグ)30からの電波を受信した基準装置(アンカー)20が設置された部屋10(4)を、対象装置(タグ)30の現在位置として、特定色やハッチングなどで強調表示する。本例では、1点測位モードにより各部屋の基準装置(アンカー)1台による受信で対象装置(タグ)30の所在がわかる。なお、本例において、部屋を仕切っている壁11はその材質によってはある程度電波を通すので、対象装置(タグ)30が発信する電波の送信電力は、対象装置(タグ)30の所在を特定できる範囲内で弱めて設定したり、対象装置(タグ)30の発信強度でフィルタをしたりしてもよい。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an application example in which the reference device (anchor) 20 of the positioning system according to the present embodiment is arranged in each room of a building. In the example of FIG. 3, there are a plurality of rooms (private rooms and hospital rooms) 10(1) to 10(20) partitioned by
図4は、本実施形態に係る測位システムの基準装置(アンカー)20を工場の製造ラインに沿って配置した応用例を示す説明図である。図4の例では、工場の製造ライン12に沿って敷居14によって互いに仕切られた隣合う複数の個別開放空間13(1),13(2)を設定し、その個別開放空間13(1),13(2)のそれぞれに基準装置(アンカー)20(1),20(2)を配置している。本例では、1点測位モードにより製造ライン12に沿って配置した基準装置(アンカー)20(1),20(2)による受信で製造ライン12のどのエリアを、対象装置(タグ)30、31'が付けられた製造物が移動しているかがわかる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an application example in which the reference device (anchor) 20 of the positioning system according to the present embodiment is arranged along a production line in a factory. In the example of FIG. 4, a plurality of adjacent individual open spaces 13(1), 13(2) separated from each other by
なお、本実施形態の測位システムの複数点測位モードで用いることができるTDoA方式は例えば次のように行うことができる。TDoA方式において、対象装置30及び管理装置40に保持される複数の基準装置20の間の時刻のずれ(クロックのずれ)である動的に変化する時刻差(Offset値)は、例えば、次のような同期/Calibration処理によって特定することができる。ここで、複数の基準装置20の設置場所の位置座標(例えば直交座標系のX,Y,Z)の静的なデータは予め計測されて管理装置40に保持されている。管理装置40はタイムスタンプのズレを調べるコマンドで各基準装置を同期(Anchor Sync)させて、イニシエータとしての基準装置20(0)と他のレスポンダーとしての基準装置20(n)のTimestampを集める。例えば、管理装置40は、基準装置20(0)に他の基準装置20(n)との同期/Calibration処理の指示に行うと、基準装置20(0)は発信Timestamp(Tx0ts)をつけてUWBの電波による同期信号を送信(発信)する。他の基準装置20(n)は、その同期信号を受信すると、基準装置20(0)からの発信Timestamp(Tx0ts)と自身の受信Timestamp(Rxnts)が分かるので、そのTx0tsとRxntsを管理装置40に送る。この基準装置20(0)の送信時刻情報(Timestamp:Tx0ts)と、他の基準装置20(n)の受信時刻情報(Timestamp:Rxnts)が管理装置40に送られる。このTx0tsとRxntsとの差は、基準装置20(0)と他の基準装置20(n)とのクロックのズレ(TS_Offset)と基準装置間の距離を電波が飛ぶ飛行時間(ToF)の合計である。
Note that the TDoA method that can be used in the multi-point positioning mode of the positioning system of this embodiment can be performed, for example, as follows. In the TDoA method, the dynamically changing time difference (Offset value), which is the time difference (clock difference) between the
更に、管理装置40は、キャリブレーション用のコマンドで基準装置間の距離に相当するToF値を集める。このToF値は、基準装置間でTWR(2方向レンジング)を行うToF(Time of Flight)方式で測定した基準装置間の距離(例えば、基準装置20(0)と他の基準装置20(n)との間の距離Dis0n)である。
Furthermore, the
管理装置40は、各基準装置から集めた送信時刻情報(Timestamp)及び受信時刻情報(Timestamp)と、基準装置間の距離とに基づき、基準装置間の時刻差の情報(Offset値)を計算することができる。例えば、基準装置20(0)と基準装置20(n)とのクロックのずれ(TS_Offset)は、TS_Offset=Tx0ts-Rxnts-Dis0n/c(c:光速)で計算できる。他の基準装置間の時刻差の情報(Offset値)も同様に計算することができる。これらの複数の基準装置間の時刻差の情報(Offset値)が管理装置40(及び対象装置30)にOffsetテーブルとして保持される。
The
なお、上記時刻差の情報(Offset値)の計算に用いる基準装置間の距離は、上記設置場所の位置座標から計算してもよい。 Note that the distance between the reference devices used for calculating the time difference information (Offset value) may be calculated from the position coordinates of the installation location.
各実施形態のTDoA方式の測位システムにおいて、対象装置30及び管理装置40は、対象装置30の現在位置を、例えば次のアルゴリズムにより計算することができる。ここで、前述の図1の対象空間10において、対象装置30から送信された測位信号が4箇所の基準装置20(1)、20(2)、20(3)、20(4)に到達した受信時刻(Timestamp)をT1、T2、T3、T4とし、測位信号の伝搬速度をv[m/s]とし、対象装置30と基準装置20(1)、20(2)、20(3)、20(4)のそれぞれとの距離をD1、D2、D3、D4とし、基準装置間の測位信号の受信時間差をΔT12=T1-T2、ΔT13=T1-T3、ΔT14=T1-T4、ΔT23=T2-T3、ΔT24=T2-T4、ΔT34=T3-T4とすると、次の(1)~(6)の関係式が成立する。
上記関係式(1)~(6)を用いて未知の変数である距離D1、D2、D3、D4を求めることができる。この求めた距離D1、D2、D3、D4それぞれを半径とし、基準装置20(1)、20(2)、20(3)、20(4)の既知の位置座標を原点とした4つの球面の交点を求める任意のアルゴリズムにより、3次元の対象空間10Aにおける対象装置30の現在位置を数センチメール(例えば3~10cm)の精度で計算することができる。
Distances D1, D2, D3, and D4, which are unknown variables, can be determined using the above relational expressions (1) to (6). These calculated distances D1, D2, D3, and D4 are the radii of four spherical surfaces whose origin is the known position coordinates of the reference devices 20(1), 20(2), 20(3), and 20(4). The current position of the
なお、基準装置間に時刻差がある場合、上記関係式(1)~(6)におけるΔT12、ΔT13、ΔT14、ΔT23、ΔT24、ΔT34は、上記同期/Calibration処理によって予め決定して保持している時刻差の情報(Offset値)で補正される。 Note that when there is a time difference between the reference devices, ΔT12, ΔT13, ΔT14, ΔT23, ΔT24, and ΔT34 in the above relational expressions (1) to (6) are determined and held in advance by the above synchronization/calibration process. It is corrected using time difference information (Offset value).
以上、本実施形態によれば、測位に用いる基準装置(アンカー)20の構成や動作を変更することなく、個室などの狭い空間に位置する対象装置(タグ)30の現在位置を低コストで測位可能な位置特定モード(1点測位モード)と対象装置(タグ)30の現在位置を高精度に測位する位置特定モード(複数点測位モード)を混在させて実施することができる。 As described above, according to the present embodiment, the current position of the target device (tag) 30 located in a narrow space such as a private room can be determined at low cost without changing the configuration or operation of the reference device (anchor) 20 used for positioning. A possible position specifying mode (one-point positioning mode) and a position specifying mode (multi-point positioning mode) for positioning the current position of the target device (tag) 30 with high precision can be implemented in a mixed manner.
特に、本実施形態によれば、UWBを使った屋内測位サービスにおいて、屋内等での精度の高い測位だけでなく、対象装置(タグ)30がどの個室にあるのかといったおおよその所在の場所が分かればよいというニーズに対応でき、UWBで多目的に使える。 In particular, according to the present embodiment, in the indoor positioning service using UWB, not only can highly accurate positioning be performed indoors, but also the approximate location of the target device (tag) 30, such as which private room, can be determined. It can be used for various purposes in UWB, and can meet the needs of people with disabilities.
また特に、本実施形態によれば、UWBの測位システムの管理装置(RTLS)40側だけの管理機能の追加として、各基準装置(アンカー)が精度の高い複数点測位モードの測位方式(TDoAやToA等)用なのか、基準装置(アンカー)1台で対象装置(タグ)の発信を受信できたら対象装置(タグ)はその基準装置(アンカー)のそばにあると判断する1点測位モードの基準装置(アンカー)かの区別を管理装置(RTLS)40側で行うことができる。これにより、対象装置(タグ)や基準装置(アンカー)に変更を加えることなく基準装置(アンカー)が対象装置(タグ)の発信を受信したことを管理装置(RTLS)40側に通知すると言った通常動作で、管理装置(RTLS)40としては1点測位モードの基準装置(アンカー)の設置位置の近くに対象装置(タグ)があるとして、基準装置(アンカー)の位置を対象装置(タグ)のある位置として認知することができる。 In particular, according to the present embodiment, each reference device (anchor) has a positioning method (such as TDoA or If one reference device (anchor) can receive the transmission from the target device (tag), it is determined that the target device (tag) is near the reference device (anchor). The management device (RTLS) 40 can distinguish whether it is a reference device (anchor) or not. This notifies the management device (RTLS) 40 side that the reference device (anchor) has received the transmission from the target device (tag) without making any changes to the target device (tag) or reference device (anchor). In normal operation, the management device (RTLS) 40 assumes that the target device (tag) is near the installation position of the reference device (anchor) in one-point positioning mode, and changes the location of the reference device (anchor) to the target device (tag). It can be recognized as a certain position.
また特に、本実施形態によれば、各個室に、基準装置(アンカー)が1台設置されていて、タグの発信が他の部屋の、基準装置(アンカー)で受信されないことを前提とし、対象装置(タグ)の発信を受信した、基準装置(アンカー)がRTLS側に送るデータとして対象装置(タグ)からの電波受信強度を通知するので、管理装置(RTLS)40は複数の基準装置(アンカー)から同じタグの発信を受信した場合でも最も強い電波を受信した、基準装置(アンカー)を最も近い、基準装置(アンカー)として評価を行うことができる。よって、どの個室の、基準装置(アンカー)のそばに対象装置(タグ)があるのか正しく選別できる。 In particular, according to this embodiment, it is assumed that one reference device (anchor) is installed in each private room, and that the tag transmission is not received by the reference device (anchor) in another room. The reference device (anchor) that receives the transmission from the device (tag) notifies the radio wave reception strength from the target device (tag) as data sent to the RTLS side, so the management device (RTLS) 40 ), the evaluation can be performed using the reference device (anchor) that received the strongest radio waves as the closest reference device (anchor). Therefore, it is possible to correctly select in which private room the target device (tag) is located near the reference device (anchor).
また特に、本実施形態によれば、UWBを使った屋内の測位方式で、精度の高い測位ができるTDoAやToAといった測位を行える対象装置(タグ)や基準装置(アンカー)を何の設定変更やモード変更を行うことなく、精度の高い測位精度と混在しても全く問題なく、小さな個室レベル内の基準装置(アンカー)の側に対象装置(タグ)があることを認知できる。それによって他のBLEやWi-Fiといった別のシステムを導入することもなく、統一したUWBを使った測位システムの中で複数の測位モードを使い分けができる。また、対象装置(タグ)の発信が個室の壁を透過してしまったとしても基準装置(アンカー)の電波受信強度から最寄りの基準装置(アンカー)を選べる。 In particular, according to the present embodiment, the indoor positioning method using UWB does not change the settings of the target device (tag) or reference device (anchor) that can perform highly accurate positioning such as TDoA or ToA. Without changing the mode, there is no problem even if it is mixed with high positioning accuracy, and it is possible to recognize that the target device (tag) is on the side of the reference device (anchor) in a small private room level. This makes it possible to use multiple positioning modes within a unified UWB positioning system without introducing other systems such as BLE or Wi-Fi. Furthermore, even if the transmission from the target device (tag) passes through the wall of the private room, the nearest reference device (anchor) can be selected based on the radio wave reception strength of the reference device (anchor).
また、本発明は、UWBを使った屋内の測位システムの基盤を低コストで提供できるため、持続可能な開発目標(SDGs)の目標9「産業と技術革新の基盤をつくろう」の達成に貢献できる。
Furthermore, since the present invention can provide the infrastructure for an indoor positioning system using UWB at a low cost, it can contribute to achieving
なお、本明細書で説明された処理工程並びに測位システムの構成要素(例えば、基準装置、対象装置、管理装置)は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。 Note that the processing steps and components of the positioning system (eg, reference device, target device, management device) described herein can be implemented by various means. For example, these steps and components may be implemented in hardware, firmware, software, or a combination thereof.
ハードウェア実装については、実体(例えば、各種無線通信装置、通信モジュール、Node B、Node G、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置)において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、1つ又は複数の、特定用途向けIC(ASIC)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、デジタル信号処理装置(DSPD)、プログラマブル・ロジック・デバイス(PLD)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。 Regarding hardware implementation, processing used to realize the above steps and components in an entity (e.g., various wireless communication devices, communication modules, Node B, Node G, terminal, hard disk drive device, or optical disk drive device) The unit or the like may include one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processors (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gates, etc. implemented in an array (FPGA), processor, controller, microcontroller, microprocessor, electronic device, other electronic unit designed to perform the functions described herein, computer, or combinations thereof; may be done.
また、ファームウェア及び/又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム(例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード)で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び/又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ/プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び/又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び/又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、プログラマブルリードオンリーメモリ(PROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM)、フラッシュメモリ、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、1又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。 Additionally, for firmware and/or software implementations, the means used to implement the components described above, such as processing units, may include programs (e.g., procedures, functions, modules, instructions) that perform the functions described herein. , etc.). In general, any computer/processor readable medium tangibly embodying firmware and/or software code, such as a processing unit, may be used to implement the above steps and components described herein. may be used for implementation. For example, the firmware and/or software code may be stored in memory and executed by a computer or processor, eg, in a controller. The memory may be implemented within the computer or processor, or external to the processor. The firmware and/or software code may also be stored in, for example, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), non-volatile random access memory (NVRAM), programmable read-only memory (PROM), electrically erasable PROM (EEPROM), etc. ), flash memory, floppy disks, compact disks (CDs), digital versatile disks (DVDs), magnetic or optical data storage devices, etc. good. The code may be executed by one or more computers or processors and may cause the computers or processors to perform certain aspects of the functionality described herein.
また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの2以上が混在したものであってもよい。 Further, the medium may be a non-temporary recording medium. Further, the code of the program may be read and executed by a computer, processor, or other device or apparatus, and its format is not limited to a specific format. For example, the code of the program may be a source code, an object code, or a binary code, or may be a mixture of two or more of these codes.
また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。 The description of the embodiments disclosed herein is also provided to enable any person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to this disclosure will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other variations without departing from the spirit or scope of this disclosure. Therefore, this disclosure is not to be limited to the examples and designs described herein, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
10 :対象空間(対象空間)
20 :基準装置
30 :対象装置(測位対象の装置)
40 :管理装置
45 :通信ネットワーク
210 :UWB通信部
211 :アンテナ
230 :記憶部
240 :NW通信部
310 :UWB通信部
311 :アンテナ
330 :記憶部
410 :NW通信部
420 :位置特定部(測位計算部)
430 :記憶部
10: Target space (target space)
20: Reference device 30: Target device (device targeted for positioning)
40: Management device 45: Communication network 210: UWB communication section 211: Antenna 230: Storage section 240: NW communication section 310: UWB communication section 311: Antenna 330: Storage section 410: NW communication section 420: Position specifying section (positioning calculation Department)
430: Storage section
Claims (16)
前記測位対象の装置は、無線媒体による測位信号を発信する発信部を有し、
前記複数の基準装置はそれぞれ、
前記測位対象の装置から発信された前記測位信号を受信する受信部と、前記通信ネットワークを介して前記測位信号の受信結果の情報を前記管理装置に送信する送信部と、を有し、
前記管理装置は、
前記複数の基準装置に設定されている位置特定モードの設定状況を管理する管理情報を記憶する記憶部と、
前記通信ネットワークを介して前記複数の基準装置から前記測位信号の受信結果の情報を受信する受信部と、
前記測位対象の装置の現在位置を簡易的に特定する第1の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置のうち前記測位信号の受信結果に含まれる受信強度が大きい基準装置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定し、前記測位対象の装置の現在位置を高精度に測位する第2の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置の前記測位信号の受信結果に基づいて前記測位対象の装置の現在位置を計算して特定する位置特定部と、を有する、
ことを特徴とする測位システム。 A positioning system comprising a positioning target device, a plurality of reference devices installed at mutually different known position coordinates, and a management device capable of communicating with the plurality of reference devices via a communication network,
The device to be positioned has a transmitter that transmits a positioning signal using a wireless medium,
Each of the plurality of reference devices includes:
comprising a receiving unit that receives the positioning signal transmitted from the positioning target device, and a transmitting unit that transmits information on the reception result of the positioning signal to the management device via the communication network,
The management device includes:
a storage unit that stores management information for managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices;
a receiving unit that receives information on the reception results of the positioning signals from the plurality of reference devices via the communication network;
When a first position specifying mode for simply specifying the current position of the positioning target device is set, a reference device having a higher reception strength included in the reception result of the positioning signal among the plurality of reference devices is selected. When a second position specifying mode is set in which a nearby position is specified as the current position of the positioning target device and the current position of the positioning target device is determined with high precision, the positioning of the plurality of reference devices is performed. a position specifying unit that calculates and specifies the current position of the positioning target device based on the signal reception result;
A positioning system characterized by:
前記位置特定部は、前記第1の位置特定モードにおいて、前記複数の基準装置のうち一の基準装置のみ前記測位信号を受信した場合、前記一の基準装置の設置位置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定する、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to claim 1,
In the first position specifying mode, when only one reference device among the plurality of reference devices receives the positioning signal, the position specifying unit selects a position close to the installation position of the first reference device as the positioning target. A positioning system characterized by identifying the current position of a device.
前記位置特定部は、前記第1の位置特定モードにおいて、前記複数の基準装置のうち2又は3以上の基準装置が前記測位信号を受信した場合、前記測位信号の受信強度が最も大きい基準装置の設置位置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定する、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to claim 1,
In the first position specifying mode, when two or more reference devices among the plurality of reference devices receive the positioning signal, the position specifying unit selects a reference device having the highest reception strength of the positioning signal. A positioning system characterized in that a position close to an installation position is specified as the current position of the positioning target device.
前記複数の基準装置はそれぞれ個室に設置されている、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to any one of claims 1 to 3,
A positioning system characterized in that each of the plurality of reference devices is installed in a private room.
前記複数の基準装置はそれぞれ、同一エリア内の壁、敷居、衝立又は仕切りで仕切られた個別開放空間に設置されている、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to any one of claims 1 to 3,
A positioning system characterized in that each of the plurality of reference devices is installed in an individual open space partitioned by a wall, threshold, screen, or partition in the same area.
前記複数の基準装置はそれぞれ、同一エリア内の見通し内環境での前記無線媒体による測位信号が互いに到達しない程度に離れた複数の個別開放空間に設置されている、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to any one of claims 1 to 3,
A positioning system characterized in that each of the plurality of reference devices is installed in a plurality of individual open spaces separated to such an extent that positioning signals from the wireless medium in a line-of-sight environment within the same area do not reach each other.
前記複数の基準装置は、互いの時刻同期又は時刻差が管理され、
前記管理装置の前記位置特定部は、前記第2の位置特定モードにおいて、前記複数の基準装置のそれぞれから受信した前記測位信号の受信結果と、前記複数の基準装置のそれぞれの位置座標の情報とに基づいて、前記測位対象の装置の現在位置を計算する、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to any one of claims 1 to 6,
The plurality of reference devices have mutual time synchronization or time difference managed,
The position specifying unit of the management device, in the second position specifying mode, receives a reception result of the positioning signal received from each of the plurality of reference devices, and information on the position coordinates of each of the plurality of reference devices. A positioning system characterized in that the current position of the positioning target device is calculated based on the above.
前記管理装置の前記位置特定部は、前記第2の位置特定モードにおいて、前記複数の基準装置の間の時刻差の情報を取得し、前記時刻差の情報と前記測位信号の受信結果と前記複数の基準装置のそれぞれの位置座標の情報とに基づいて、前記測位対象の装置の現在位置を計算する、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to claim 7,
The position specifying unit of the management device acquires information on a time difference between the plurality of reference devices in the second position specifying mode, and combines the information on the time difference, the reception result of the positioning signal, and the plurality of reference devices. A positioning system characterized in that the current position of the positioning target device is calculated based on information on the position coordinates of each of the reference devices.
前記無線媒体は、UWB(超広帯域)無線の電波である、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to any one of claims 1 to 8,
A positioning system characterized in that the wireless medium is UWB (ultra wideband) radio waves.
前記測位対象の装置は無線ICタグである、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to any one of claims 1 to 9,
A positioning system characterized in that the device to be positioned is a wireless IC tag.
前記測位対象の装置は、位置座標が変化する移動体である、ことを特徴とする測位システム。 The positioning system according to any one of claims 1 to 10,
A positioning system characterized in that the device to be positioned is a moving body whose position coordinates change.
前記測位対象の装置が、無線媒体による測位信号を発信することと、
互いに異なる既知の位置座標に設置された複数の基準装置がそれぞれ、前記測位対象の装置から発信された前記測位信号を受信し、通信ネットワークを介して前記測位信号の受信結果の情報を管理装置に送信することと、
前記管理装置が、前記複数の基準装置に設定されている位置特定モードの設定状況を管理する管理情報を記憶することと、
前記管理装置が、前記通信ネットワークを介して前記複数の基準装置から前記測位信号の受信結果の情報を受信することと、
前記管理装置が、前記測位対象の装置の現在位置を簡易的に特定する第1の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置のうち前記測位信号の受信結果に含まれる受信強度が大きい基準装置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定し、前記測位対象の装置の現在位置を高精度に測位する第2の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置の前記測位信号の受信結果に基づいて前記測位対象の装置の現在位置を計算して特定することと、
を含む、ことを特徴とする方法。 A method for positioning a positioning target device, the method comprising:
The positioning target device transmits a positioning signal using a wireless medium;
A plurality of reference devices installed at mutually different known position coordinates each receive the positioning signal transmitted from the positioning target device, and transmit information on the reception result of the positioning signal to the management device via a communication network. to send and
The management device stores management information for managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices;
the management device receiving information on the reception results of the positioning signals from the plurality of reference devices via the communication network;
When the management device is set to a first location specifying mode in which the current location of the device to be positioned is simply specified, the reception strength included in the reception result of the positioning signal among the plurality of reference devices If a second position specifying mode is set, in which a position close to a reference device with a large Calculating and identifying the current position of the positioning target device based on the reception result of the positioning signal of the reference device;
A method comprising:
前記複数の基準装置に設定されている位置特定モードの設定状況を管理する管理情報を記憶するためのプログラムコードと、
前記通信ネットワークを介して前記複数の基準装置から前記測位信号の受信結果の情報を受信するためのプログラムコードと、
前記測位対象の装置の現在位置を簡易的に特定する第1の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置のうち前記測位信号の受信結果に含まれる受信強度が大きい基準装置に近い位置を前記測位対象の装置の現在位置として特定し、前記測位対象の装置の現在位置を高精度に測位する第2の位置特定モードが設定されている場合、前記複数の基準装置の前記測位信号の受信結果に基づいて前記測位対象の装置の現在位置を計算して特定するためのプログラムコードと、
を含む、ことを特徴とするプログラム。 A program executed on a computer or processor included in the management device according to claim 14,
a program code for storing management information for managing the setting status of the positioning mode set in the plurality of reference devices;
a program code for receiving information on the reception results of the positioning signals from the plurality of reference devices via the communication network;
When a first position specifying mode for simply specifying the current position of the positioning target device is set, a reference device having a higher reception strength included in the reception result of the positioning signal among the plurality of reference devices is selected. When a second position specifying mode is set in which a nearby position is specified as the current position of the positioning target device and the current position of the positioning target device is determined with high precision, the positioning of the plurality of reference devices is performed. a program code for calculating and identifying the current position of the positioning target device based on the signal reception result;
A program characterized by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022037996A JP2023132585A (en) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | Device to be positioned, reference device, positioning system, management device, positioning method, and program |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2022037996A JP2023132585A (en) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | Device to be positioned, reference device, positioning system, management device, positioning method, and program |
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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