JP6184620B1 - 測位システム及び測位方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、屋内での位置検出では、音波による測位が用いられる。
また、いずれの文献においても、装置内の処理遅延により、実際に音波が送信又は受信された時刻と、装置により計測された時刻との間に、ずれが生じ、計測誤差が発生する。
音波を送信する被測位装置と、
前記被測位装置から送信された音波を受信すると前記被測位装置に対し音波を送信する測位装置と、
前記被測位装置が音波を送信してから、前記被測位装置が前記測位装置により送信された音波を受信するまでの所要時間と、前記測位装置が音波を受信してから、前記測位装置が前記被測位装置に対し音波を送信するまでの折り返し遅延時間とを用いて前記測位装置と前記被測位装置との距離を算出し、前記測位装置と前記被測位装置との距離を用いて前記被測位装置の位置を算出する測位実行装置とを備えた。
***構成の説明***
図1を用いて、本実施の形態に係る測位システム800の構成について説明する。測位システム800は、測位実行装置300と、測位指示装置200と、少なくとも3つの測位装置100と、被測位装置500とを備える。図1では、測位システム800は、測位装置100として、測位装置100a,100b,100cを備える。以下の説明では、測位装置100a,100b,100cの全部或いはいずれかを測位装置100として説明する場合がある。
測位システム800が備える各装置は、無線による通信を行う通信部を有し、相互に無線通信が可能である。すなわち、測位指示装置200と測位実行装置300とは無線で通信を行う。また、測位指示装置200と測位装置100とは無線で通信を行う。測位装置100と被測位装置500とは、音波を出力できるスピーカと、音波を入力できるマイクとを持ち、相互に音波の送受信が可能である。
本実施の形態では、測位装置100を3つ使用する例を示しているが、3つ以上であればいくつであってもよい。すなわち、測位システム800は、測位装置100を少なくとも3つ備える。また、本実施の形態では通信に無線を用いる例を示しているが、装置間の一部又は全部がEthernet(登録商標)といった有線通信を使用してもよい。
本実施の形態において、測位実行装置300は、コンピュータである。測位実行装置300は、CPU(Central Processing Unit)910、記憶装置920、通信機器931、無線モジュール932、通信インタフェース933といったハードウェアを備える。記憶装置920は、メモリ921と補助記憶装置922とを含む。通信機器931は、具体的には、アンテナ310である。
測位実行装置300は、機能構成として、通信部320と、測位実行部330と、記憶部340とを備える。以下の説明では、測位実行装置300における通信部320と、測位実行部330との機能を、測位実行装置300の「部」の機能という。測位実行装置300の「部」の機能は、ソフトウェアで実現される。
また、記憶部340は、メモリ921で実現される。
測位実行部330は、測位指示装置200及び被測位装置500に要求して測位を実行する。通信部320は、アンテナ310、無線モジュール932、通信インタフェース933を介して、他の装置との通信を行う。
本実施の形態において、測位指示装置200は、コンピュータである。測位指示装置200は、CPU910、記憶装置920、通信機器931、無線モジュール932、通信インタフェース933といったハードウェアを備える。記憶装置920は、メモリ921と補助記憶装置922とを含む。通信機器931は、具体的には、アンテナ210である。
測位指示装置200は、機能構成として、通信部220と、測位指示部230と、記憶部240とを備える。以下の説明では、測位指示装置200における通信部220と、測位指示部230との機能を、測位指示装置200の「部」の機能という。測位指示装置200の「部」の機能は、ソフトウェアで実現される。
また、記憶部240は、メモリ921で実現される。
測位指示部230は、測位実行装置300の要求に応じて測位装置100に対し測位を指示する。通信部220は、アンテナ210、無線モジュール932、通信インタフェース933を介して、他の装置との通信を行う。
本実施の形態において、測位装置100は、コンピュータである。測位装置100は、CPU910、記憶装置920、通信機器931、無線モジュール932、通信インタフェース933、変換器950、スピーカ151、マイク152といったハードウェアを備える。記憶装置920は、メモリ921と補助記憶装置922とを含む。通信機器931は、具体的には、アンテナ110である。
測位装置100は、機能構成として、通信部120と、測位動作部130と、音波出力部131と、音波入力部132と、記憶部140とを備える。以下の説明では、測位装置100における、通信部120と、測位動作部130と、音波出力部131と、音波入力部132との機能を、測位装置100の「部」の機能という。測位装置100の「部」の機能は、ソフトウェアで実現される。
また、記憶部140は、メモリ921で実現される。
測位動作部130は、測位指示装置200からの指示にしたがい測位を実施する。音波出力部131は、スピーカ151が接続され、測位のための音波をスピーカ151を介して出力する。音波入力部132は、マイク152が接続され、測位のための音波をマイク152を介して入力する。通信部120は、アンテナ110、無線モジュール932、通信インタフェース933を介して、他の装置との通信を行う。
本実施の形態において、被測位装置500は、コンピュータである。被測位装置500は、CPU910、記憶装置920、通信機器931、無線モジュール932、通信インタフェース933、変換器950、スピーカ551、マイク552といったハードウェアを備える。記憶装置920は、メモリ921と補助記憶装置922とを含む。通信機器931は、具体的には、アンテナ510である。
被測位装置500は、機能構成として、通信部520と、被測位動作部530と、音波出力部531と、音波入力部532と、記憶部540とを備える。以下の説明では、被測位装置500における、通信部520と、被測位動作部530と、音波出力部531と、音波入力部532との機能を、被測位装置500の「部」の機能という。被測位装置500の「部」の機能は、ソフトウェアで実現される。
また、記憶部540は、メモリ921で実現される。
被測位動作部530は、測位実行装置300からの要求に応じて測位を実施する。音波出力部531は、スピーカ551が接続され、測位のための音波をスピーカ551を介して出力する。音波入力部532は、マイク552が接続され、測位のための音波をマイク552を介して入力する。通信部520は、アンテナ510、無線モジュール932、通信インタフェース933を介して、他の装置との通信を行う。
CPU910は、プロセッシングを行うIC(Integrated Circuit)である。CPU910は、プロセッサである。
無線モジュール932は、アンテナに接続され、通信部の機能を実現する。
通信インタフェース933は、CPU910と無線モジュール932との通信のためのインタフェースである。通信インタフェース933は、具体的には、UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)やEthernet(登録商標)で構成することができる。
なお、測位プログラムプロダクトと称されるものは、「部」として説明している機能を実現するプログラムが記録された記憶媒体及び記憶装置であり、見た目の形式に関わらず、コンピュータ読み取り可能なプログラムをロードしているものである。
図8を用いて、本実施の形態に係る測位システム800の測位方法610及び測位処理S800の動作シーケンスについて説明する。
測位指示装置200は、測位要求31を受信すると、被測位装置500の位置の測位を指示する測位指示21であって折り返し待ち時間T1を含む測位指示21を測位装置100に送信する。具体的には、測位要求31を受信した測位指示装置200は、測位装置100a,100b,100cの各々へ測位指示21を送信する。
測位指示21を受信した測位装置100a,100b,100cの各々は、測位指示装置200へ測位指示応答11を送信する。測位装置100a,100b,100cの各々から測位指示応答11を受信した測位指示装置200は、測位実行装置300へ測位応答22を送信する。
測位装置100は、被測位装置500から送信された音波を受信すると被測位装置500に対し音波を送信する。測位装置100は、被測位装置500から送信された音波を受信すると、測位指示21に含まれる折り返し待ち時間T1の経過後に被測位装置500に対し音波を送信する。具体的には、被測位装置500が送信(出力)した音波が測位装置100a,100b,100cの各々に受信(入力)されると、測位装置100a,100b,100cの各々は、音波を受信してから折り返し待ち時間T1が経過した後、音波を送信する。
上述したように、折り返し待ち時間T1として、複数の測位装置ごとに異なる値を指定すると、各測位装置が被測位装置からの音波を検知した後、それぞれ異なる時間だけ待ってから音波を送出することになる。この折り返し待ち時間T1により、以下の効果がある。
(1)複数の測位装置から送出される音波の、送出順序を指定することができる。
(2)複数の測位装置から送出される音波が重なる、すなわち同じ時間に複数の測位装置から音波が送出されることを避けることができる。
ここで、測位結果52の所要時間T3と、測位結果23の折り返し遅延時間T2とを対応付ける方法の具体例について説明する。
上述したように、折り返し待ち時間T1で、複数の測位装置がどの順で音波を送出するかを決めることができる。具体的に、本実施の形態に係る測位システム800を屋内で利用する場合について説明する。測位システム800は、実用に耐える出力、すなわち周囲に障害や不快感を及ぼさない出力で音波を送出したときに音波が正常に届く範囲で使用される。このため、被測位装置と測位装置との距離は10mから20m程度に制限され、音波の到達時間は最大でも0.1秒以下となる。このとき、折り返し待ち時間T1を到達時間の最大値0.1秒より長めの値の逓倍などに設定すれば、到達時間による差異よりも待ち時間T1による差異の方が大きくなるため、T1、T2、T3を昇順(小さい順)で整列したとき、各順位に対応付けられる測位装置IDは、T1、T2、T3のいずれも同じとなる。よって、測位結果52の所要時間T3と、測位結果23の折り返し遅延時間T2を対応付けることができる。なお、測位結果52の所要時間T3と、測位結果23の折り返し遅延時間T2を対応付ける方法については、上述した方法に限らず、その他の方法でもよい。
図9を用いて、本実施の形態に係る測位実行装置300の測位実行処理S300について説明する。測位実行処理S300は、測位実行装置300の測位実行部330及び通信部320により実行される。測位実行部330は通信部320を介して送受信を実行する。
なお、測位指示装置200からの測位結果23と、被測位装置500からの測位結果52とは、どちらを先に受信してもよい。
ステップS117において、測位実行装置300の測位実行部330は、少なくとも3つの測位装置100の各々と被測位装置500との距離を用いて、被測位装置500の位置を算出する。具体的には、測位実行装置300の測位実行部330は、測位指示装置200から受信した測位結果23に含まれる折り返し遅延時間T2と、被測位装置500から受信した測位結果52に含まれる所要時間T3とから、被測位装置500の位置を算出する。各測位装置100の所要時間T3と折り返し遅延時間T2とから、以下のようにして各測位装置100と被測位装置500との距離が求まる。
(距離)={(所要時間)−(折り返し遅延時間)}÷(音速)÷2
各測位装置100の位置と、上記で算出した距離とから、被測位装置500の位置を算出することができる。測位実行装置は、各測位装置100の位置を測位装置IDに対応付けて保持している。あるいは、測位実行装置は、各測位装置100の位置を、測位装置IDをキーとして測位実行装置300内又は測位実行装置300外のデータベースから取得する。あるいは、測位装置100の位置そのものを測位装置IDとしてもよい。
図16を用いて、本実施の形態に係る測位指示装置200の測位指示処理S200について説明する。測位指示処理S200は、測位指示装置200の測位指示部230及び通信部220により実行される。測位指示部230は通信部220を介して送受信を実行する。
図20を用いて、本実施の形態に係る測位装置100の測位装置処理S100について説明する。測位装置処理S100は、測位装置100の測位動作部130、通信部120、音波出力部131、及び音波入力部132により実行される。測位動作部130は通信部120を介して送受信を実行する。また、測位動作部130は、音波出力部131及び音波入力部132を用いて音波の送受信(入出力)を実行する。
ステップS132において、測位装置100の測位動作部130は、測位指示装置200へ測位指示応答11を送信する。
ステップS133において、測位装置100の測位動作部130は、測位用の音波を受信する。図示はないが、測位装置100は、測位用の音波の入力を一定時間まで待ち受け、受信できたら処理を継続する。受信できなければ処理を終了する。
ステップS134において、測位装置100の測位動作部130は、測位用の音波の送信まで、測位指示21に含まれていた折り返し待ち時間T1だけ待つ。
ステップS135において、測位装置100の測位動作部130は、測位用の音波を送信する。
ステップS136において、測位装置100の測位動作部130は、測位用の音波を受信してから、測位用の音波を送信するまでの、折り返し遅延時間T2を算出する。
ステップS137において、測位装置100の測位動作部130は、測位指示装置200へ測位結果12を送信する。
図21を用いて、本実施の形態に係る被測位装置500の被測位処理S500について説明する。被測位処理S500は、被測位装置500の被測位動作部530、通信部520、音波出力部531、及び音波入力部532により実行される。被測位動作部530は通信部520を介して送受信を実行する。また、被測位動作部530は、音波出力部531及び音波入力部532を用いて音波の送受信(入出力)を実行する。
ステップS142において、被測位装置500の被測位動作部530は、測位実行装置300へ測位応答51を送信する。
ステップS143において、被測位装置500の被測位動作部530は、測位用の音波を送信する。
ステップS144において、被測位装置500の被測位動作部530は、1個以上の測位用の音波を受信する。被測位装置500の被測位動作部530は、一定時間を経過した場合、測位要求32に含まれていた測位装置数分だけ測定用音波を受信していなくとも、処理を継続する。
ステップS145において、被測位装置500の被測位動作部530は、音波を送信してから測位装置100から送信された音波を受信するまでの所要時間T3を計測する。具体的には、被測位装置500の被測位動作部530は、受信した1個以上の測位用の音波について、測位用の音波を送信してから、各々の測位用の音波を受信するまでの所要時間T3を算出する。
ステップS146において、被測位装置500の被測位動作部530は、測位実行装置300へ測位結果52を送信する。
本実施の形態では、測位実行装置300と、測位指示装置200と、測位装置100と、被測位装置500との各々は、相互に独立した装置であるものとして説明した。しかし、図22から図24に示すように、測位実行装置300と、測位指示装置200と、測位装置100と、被測位装置500とを相互に組み合わせて実装することもできる。
装置を図22のように構成することで、測位の対象となる装置で、測位の実行を指示する構成が可能となる。
装置をこのように構成することで、測位指示専用の装置を用意せずとも、測位を実行する構成が可能となる。
ここでは、図22から図24に示すように、測位実行装置300と、測位指示装置200と、測位装置100と、被測位装置500とを相互に組み合わせて実装した装置を用いる例について説明する。
図27から図30を用いて、測位実行装置300と測位指示装置200と測位装置100と被測位装置500との各々の構成の変形例について説明する。以下の説明では、測位実行装置300と測位指示装置200と測位装置100と被測位装置500との各々を各装置とする。
以上のように、本実施の形態に係る測位システムによれば、特別な機材を用いることなく、簡単な構成により被測位装置の位置情報を高精度に算出することができる。
本実施の形態では、主に、実施の形態1とは異なる点について説明する。
実施の形態1の測位システム800では、被測位装置500から測位装置100に対して測位用の音波を出力する構成であった。本実施の形態では、測位装置100から被測位装置500に対して測位用の音波を出力する測位システム800xについて説明する。
なお、本実施の形態において、実施の形態1で説明した構成と同様の構成には、同一の符号をつけてその説明を省略する場合がある。
測位指示装置200は、測位要求31を受信すると、被測位装置500の位置の測位を指示する測位指示21であって送信待ち時間T1xを含む測位指示21xを測位装置100に送信する。具体的には、測位要求31を受信した測位指示装置200は、測位装置100a,100b,100cの各々へ測位指示21xを送信する。
測位指示21xを受信した測位装置100a,100b,100cの各々は、測位指示装置200へ測位指示応答11を送信する。測位装置100a,100b,100cの各々から測位指示応答11を受信した測位指示装置200は、測位実行装置300へ測位応答22を送信する。
測位装置100a,100b,100cの各々が送信した音波が被測位装置500に受信されると、被測位装置500は音波を送信する。すなわち、被測位装置500は、測位装置100から送信された音波を受信すると測位装置100に対し音波を送信する。
被測位装置500は、測位装置100a,100b,100cの各々により送信された音波を受信してから、音波を送信するまでの時間である折り返し遅延時間T2xを計測する。
被測位装置500が送信した音波を測位装置100a,100b,100cの各々が受信すると、測位装置100a,100b,100cの各々は、音波を送信してから、被測位装置500により送信された音波を受信するまでの時間を所要時間T3xとして計測する。
ただし、測位指示装置200が測位装置100に送信する測位指示21xには、実施の形態1に係る測位指示21で説明した折り返し待ち時間T1ではなく、送信待ち時間T1xが含まれる。本実施の形態に係る測位指示21xの構成例を図32に示す。
また、測位装置100が測位指示装置200に送信する測位結果12xには、実施の形態1に係る測位結果12で説明した折り返し遅延時間T2ではなく、所要時間T3xが含まれる。本実施の形態に係る測位結果12xの構成例を図33に示す。
ステップS152において、測位装置100は、測位指示装置200へ測位指示応答11を送信する。
ステップS153において、測位装置100は、測位用の音波を送信するまで、測位指示21xに含まれていた送信待ち時間T1xだけ待つ。
ステップS154において、測位装置100は、測位用の音波を送信する。
ステップS155において、測位装置100は、測位用の音波を受信する。図示はないが、測位装置100は、測位用の音波の入力を一定時間まで待ち受け、受信できたら処理を継続する。受信できなければ処理を終了する。
ステップS156において、測位装置100は、測位用の音波を送信してから、測位用の音波を受信するまでの、所要時間T3xを算出する。
ステップS157において、測位装置100は、測位指示装置200へ測位結果23xを送信する。この測位結果23xの構成例を図35に示す。測位結果23xは、測位要求IDと、結果数と、測位装置IDにより識別される測位装置100での所要時間T3xとを含む。
ステップS162において、被測位装置500は、測位実行装置300へ測位応答51を送信する。
ステップS163において、被測位装置500は、測位用の音波を受信する。被測位装置500は、一定時間を経過した場合、測位要求32に含まれていた測位装置数の音波を受信していなくても、処理を継続する。
ステップS164において、被測位装置500は、測位用の音波を送信する。
ステップS165において、被測位装置500は、測位装置100から送信された音波を受信してから音波を送信するまでの折り返し遅延時間T2xを計測する。具体的には、被測位装置500は、受信した1個以上の音波について、音波を受信してから音波を送信するまでの折り返し遅延時間T2xを算出する。
ステップS166において、被測位装置500は、測位実行装置300へ測位結果52xを送信する。この測位結果52xの構成例を図37に示す。測位結果52xは、測位要求ID、結果数、1個以上の折り返し遅延時間T2xを含む。折り返し遅延時間T2xは、折り返し遅延時間T2xの順に、例えば昇順に含まれる。
なお、上記の実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
Claims (8)
- 被測位装置と、
複数の測位装置と、
前記被測位装置の位置の測位を要求する測位要求を送信する測位実行装置と、
前記測位要求を受信すると、前記複数の測位装置の各々に、前記被測位装置の位置の測位を指示する測位指示であって前記複数の測位装置の各々に対応する折り返し待ち時間を含む測位指示を送信する測位指示装置と
を備え、
前記被測位装置は、
前記測位要求を受信すると、音波を送信し、
前記複数の測位装置の各々は、
前記被測位装置から送信された音波を受信すると前記測位指示に含まれる前記折り返し待ち時間の経過後に前記被測位装置に対し音波を送信し、
前記測位実行装置は、
前記被測位装置が音波を送信してから、前記被測位装置が前記複数の測位装置の各々から送信された音波を受信するまでの所要時間と、前記複数の測位装置の各々が音波を受信してから、前記複数の測位装置の各々が前記被測位装置に対し音波を送信するまでの折り返し遅延時間とを用いて前記複数の測位装置の各々と前記被測位装置との距離を算出し、前記複数の測位装置の各々と前記被測位装置との距離を用いて前記被測位装置の位置を算出する測位システム。 - 前記複数の測位装置の各々は、
前記折り返し遅延時間を前記測位指示装置に送信し、
前記測位指示装置は、
前記複数の測位装置の各々から受信した前記折り返し遅延時間を前記測位実行装置に送信し、
前記被測位装置は、
前記所要時間を前記測位実行装置に送信する請求項1に記載の測位システム。 - 前記複数の測位装置の各々は、
前記被測位装置から送信された音波を受信してから音波を送信するまでの前記折り返し遅延時間を計測する請求項1または2に記載の測位システム。 - 前記被測位装置は、
音波を送信してから前記複数の測位装置の各々から送信された音波を受信するまでの前記所要時間を計測する請求項1から3のいずれか1項に記載の測位システム。 - 前記測位指示装置と前記測位実行装置とは無線で通信を行う請求項1から4のいずれか1項に記載の測位システム。
- 前記複数の測位装置の各々と前記測位指示装置とは同一の装置に実装される請求項1から5のいずれか1項に記載の測位システム。
- 前記被測位装置と前記測位実行装置とは同一の装置に実装される請求項1から6のいずれか1項に記載の測位システム。
- 測位実行装置が、被測位装置の位置の測位を要求する測位要求を送信し、
測位指示装置が、前記測位要求を受信すると、複数の測位装置の各々に、前記被測位装置の位置の測位を指示する測位指示であって前記複数の測位装置の各々に対応する折り返し待ち時間を含む測位指示を送信し、
前記被測位装置が、前記測位要求を受信すると、音波を送信し、
前記複数の測位装置の各々が、前記被測位装置から送信された音波を受信すると前記測位指示に含まれる前記折り返し待ち時間の経過後に前記被測位装置に対し音波を送信し、
前記測位実行装置が、前記被測位装置が音波を送信してから、前記被測位装置が前記複数の測位装置の各々から送信された音波を受信するまでの所要時間と、前記複数の測位装置の各々が音波を受信してから、前記複数の測位装置の各々が前記被測位装置に対し音波を送信するまでの折り返し遅延時間とを用いて前記複数の測位装置の各々と前記被測位装置との距離を算出し、前記複数の測位装置の各々と前記被測位装置との距離を用いて前記被測位装置の位置を算出する測位方法。
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