JP6510988B2 - Positioning system and positioning method - Google Patents
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Description
本発明は、位置特定システム、および、位置特定方法の技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positioning system and techniques of a positioning method.
カーナビなどで自装置の位置を特定するために、GPS(Global Positioning System)などのGNSS(Global Navigation Satellite System)が普及している。
図10は、GNSS衛星から電波を受信する各ノードを示す。
各ノードA,B,Cは、GNSSから受信した情報をもとに、自身の位置を特定する。GNSS衛星の時計時刻とノードの時刻が同期(一致)されているときには、ノードは3つ以上のGNSS衛星を捕捉すればよい。しかし、ノードZのように、障害物や天候不順などにより衛星を3つ同時に捕捉できない場合や、屋内などのGNSSの電波を受信することができない場合には、ノードとGNSS衛星との位置関係を正確に求めることができない。
A Global Navigation Satellite System (GNSS), such as a Global Positioning System (GPS), has become widespread in order to specify the position of its own device using a car navigation system or the like.
FIG. 10 shows each node that receives radio waves from GNSS satellites.
Each of the nodes A, B, and C specifies its own position based on the information received from the GNSS. When the clock time of the GNSS satellite and the time of the node are synchronized (coincident), the node may acquire three or more GNSS satellites. However, as in node Z, when three satellites can not be captured simultaneously due to an obstacle or irregular weather, or when GNSS radio waves such as indoors can not be received, the positional relationship between the node and the GNSS satellites is It can not be determined accurately.
図11は、3つのGNSS衛星や3つの基地局など、位置が既知である3点A,B,Cから受信した電波の到達時間(ToA:Time of Arrival)から、ノードTの位置を特定する計算方法を示す。各3点の座標(X,Y,Z)と、ノードTが各基地局から受信した電波の到達時間を元に計算した各基地局〜ノードT間の距離Lとをもとに、式(1)に示す3つの連立方程式を解くことにより、ノードTの位置(x,y,z)を求めることができる。 FIG. 11 identifies the position of node T from the arrival times (ToA: Time of Arrival) of radio waves received from three points A, B, C whose positions are known, such as three GNSS satellites and three base stations. The calculation method is shown. Based on the coordinates (X, Y, Z) of each of the three points, and the distance L between each base station to the node T calculated based on the arrival time of the radio wave received from each base station by the node T, The position (x, y, z) of the node T can be determined by solving the three simultaneous equations shown in 1).
ここで、ノードTの位置の精度は距離Lの精度に依存し、かつ、距離Lは電波の到達時間から求める。よって、基地局の時計時刻とノードTの時計時刻とのズレが大きいほど、電波の到達時間に誤差が多く含まれることで、ノードTの位置精度も劣化してしまう。
そのため、ノードTは、基地局と通信する前に、正しい時刻を提供するサーバから正しい時刻を通知してもらい、自身の時計時刻を同期(補正)する必要がある。この時刻同期プロトコルとして、例えば、非特許文献1に記載のPTP(Precision Time Protocol)が提案されている。
Here, the accuracy of the position of the node T depends on the accuracy of the distance L, and the distance L is obtained from the arrival time of the radio wave. Therefore, as the difference between the clock time of the base station and the clock time of the node T is larger, the arrival time of the radio wave includes more errors, and the positional accuracy of the node T is also degraded.
Therefore, before communicating with the base station, the node T needs to be notified of the correct time from the server providing the correct time, and must synchronize (correct) its own clock time. As this time synchronization protocol, for example, PTP (Precision Time Protocol) described in Non-Patent Document 1 has been proposed.
図10で示したような天候不順な地域に位置するノードや、高層ビル群や地下街などのGNSS衛星の捕捉が困難な地域に位置するノードも存在する。図11で示したように3点のGNSS衛星を捕捉しないと、連立方程式を解くことができず、ノードTの位置を特定できない。しかし、これらのノードに対しても高精度に位置を特定したいというニーズがある。また、GNSSアンテナを具備しないような安価な端末でも、高精度に位置を特定したいというニーズがある。 There are also nodes located in an area with irregular weather as shown in FIG. 10, and nodes located in an area where acquisition of GNSS satellites is difficult, such as high-rise buildings and underground malls. As shown in FIG. 11, if three GNSS satellites are not captured, simultaneous equations can not be solved, and the position of node T can not be identified. However, there is a need to position these nodes with high accuracy. In addition, even for an inexpensive terminal that does not have a GNSS antenna, there is a need to specify the position with high accuracy.
そこで、本発明は、GNSS衛星の捕捉が困難な状況下であっても、高精度に位置を特定することを、主な課題とする。 Therefore, the present invention has as its main object to specify the position with high accuracy even under the situation where acquisition of GNSS satellites is difficult.
前記課題を解決するために、本発明の位置特定システムは、
自身の位置が特定されている複数のマスタノードと、自身の位置が特定されていない複数のスレーブノードとが通信可能であり、
各前記スレーブノードが、各前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、各前記マスタノードとの間の距離情報を求め、前記時刻同期用パケットの送受信相手である前記マスタノードの位置情報を基準として、前記求めた距離情報から自身の位置情報を特定することで前記マスタノードへと移行し、
各前記マスタノードが、各前記スレーブノードに送信する前記時刻同期用パケットにおいて、自身の時計時刻と自身の位置情報とを各前記スレーブノードに通知することとし、
各前記スレーブノードは、通信可能な前記複数のマスタノードのうちの自身の位置情報を特定するための3つの前記マスタノードを選択するときに、次数nが少ないノードを優先的に選択し、
前記マスタノードの次数nとは、GNSS衛星から直接電波を受信した前記マスタノードの次数を1とし、n次の前記マスタノードから前記時刻同期用パケットを受信することで新たに移行した前記マスタノードの次数をn+1次とすることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned subject, position determination system of the present invention,
A plurality of master nodes whose own position is specified can communicate with a plurality of slave nodes whose own position is not specified,
Each of the slave nodes determines distance information with respect to each of the master nodes based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with each of the master nodes, and the transmission / reception partner of the time synchronization packets Transition to the master node by specifying its own position information from the obtained distance information based on the position information of the master node, which is
In each of the time synchronization packets transmitted to each of the slave nodes, each of the master nodes notifies each of the slave nodes of its own clock time and its own position information .
Each of the slave nodes preferentially selects a node with a small degree n when selecting three of the master nodes for specifying its own position information among the plurality of communicable master nodes,
The order n of the master node means the order of the master node that has received radio waves directly from GNSS satellites as 1, and the master node that has newly transitioned by receiving the time synchronization packet from the nth master node It is characterized in that the order of n is n + 1 .
これにより、スレーブノードを徐々にマスタノードへと以降(伝搬)していくことにより、高層ビル群や地下街などのGNSS衛星の捕捉が困難な地域であっても、広範囲に位置特定ができる。 As a result, by gradually propagating (propagating) the slave node to the master node, it is possible to specify the position widely even in an area where acquisition of GNSS satellites is difficult, such as high-rise buildings and underground malls.
本発明は、前記時刻同期用パケットが、PTP(Precision Time Protocol)のパケットであることを特徴とする。 The present invention is characterized in that the time synchronization packet is a PTP (Precision Time Protocol) packet.
これにより、PTPのしくみを用いて、広範囲に位置特定ができる。 In this way, positioning can be performed extensively using the PTP mechanism.
本発明は、自身の位置が特定されている複数のマスタノードと、自身の位置が特定されていない複数のスレーブノードとが通信可能であり、
各前記スレーブノードは、各前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、各前記マスタノードとの間の距離情報を求め、前記時刻同期用パケットの送受信相手である前記マスタノードの位置情報を基準として、前記求めた距離情報から自身の位置情報を特定することで前記マスタノードへと移行し、
各前記マスタノードは、各前記スレーブノードに送信する前記時刻同期用パケットにおいて、自身の時計時刻と自身の位置情報とを各前記スレーブノードに通知することとし、
各前記スレーブノードが、前記マスタノードとの間でやりとりされる前記時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、前記マスタノードの時計時刻に対する自身の時計時刻のずれを計算し、そのずれを無くして前記マスタノードの時計時刻に合わせるように、自身の時計時刻を補正し、
自身の時計時刻を補正してから所定時間の経過前は、自身の時計時刻の補正を省略し、かつ、前記スレーブノードと前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットを片道パケットとし、
自身の時計時刻を補正してから所定時間の経過後は、自身の時計時刻の補正を許可し、かつ、前記スレーブノードと前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットを往復パケットとすることを特徴とする。
According to the present invention, a plurality of master nodes whose own position is specified can communicate with a plurality of slave nodes whose own position is not specified,
Each of the slave nodes obtains distance information with respect to each of the master nodes based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with each of the master nodes, and the other party of transmission and reception of the time synchronization packets Transition to the master node by specifying its own position information from the obtained distance information based on the position information of the master node, which is
Each of the master nodes notifies each of the slave nodes of its own clock time and its own position information in the time synchronization packet transmitted to each of the slave nodes.
Each slave node calculates the deviation of its own clock time from the clock time of the master node based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with the master node, and eliminates the deviation. Correct its own clock time to match the clock time of the master node ,
Before the elapse of a predetermined time after correcting its own clock time, correction of its own clock time is omitted, and a time synchronization packet exchanged between the slave node and the master node is regarded as a one-way packet. ,
After the elapse of a predetermined time after correcting the clock time of itself, correction of clock time of its own is permitted, and a packet for time synchronization exchanged between the slave node and the master node is used as a round trip packet. It is characterized by
これにより、スレーブノードを徐々にマスタノードへと以降(伝搬)していくことにより、高層ビル群や地下街などのGNSS衛星の捕捉が困難な地域であっても、広範囲に位置特定ができる。
そして、正しい時刻を提供するサーバを別途用意しなくても、マスタノードから正確な時計時刻が提供されるので、時刻同期サーバを用意する時間とコストを削減できる。
さらに、マスタノードとスレーブノードとの間の時計時刻のずれを考慮しなくていい期間では、時刻同期用パケットを往復させなくても、片道のパケット通信だけで、簡易的にノード間距離を求めることができる。
As a result, by gradually propagating (propagating) the slave node to the master node, it is possible to specify the position widely even in an area where acquisition of GNSS satellites is difficult, such as high-rise buildings and underground malls.
And since the accurate clock time is provided from the master node without separately preparing a server for providing the correct time, the time and cost for preparing the time synchronization server can be reduced.
Furthermore, in a period in which the clock time difference between the master node and the slave node does not have to be taken into consideration, the internode distance can be simply obtained by only one-way packet communication without reciprocating the time synchronization packet. be able to.
本発明は、位置特定システムが、さらに、前記マスタノードおよび前記スレーブノードとそれぞれ通信可能な管理装置を含めて構成され、
前記管理装置が、前記マスタノードおよび前記スレーブノードからそれぞれ前記時刻同期用パケットの送受信時刻の通知を受け、前記マスタノードと前記スレーブノードとの間の前記距離情報の計算と、前記スレーブノードの位置情報の計算とを前記スレーブノードの代わりに実行することを特徴とする。
In the present invention, the location system further includes a management device capable of communicating with the master node and the slave node, respectively.
The management apparatus receives notification of transmission and reception times of the time synchronization packet from the master node and the slave node, calculates the distance information between the master node and the slave node, and the position of the slave node. And calculating information in place of the slave node.
これにより、各ノードは、距離情報や位置情報の計算を自ら実行しなくて済むので、携帯端末などの低性能な端末もノードとして活用することができる。 As a result, each node does not have to execute calculation of distance information and position information by itself, so low-performance terminals such as portable terminals can also be used as nodes.
本発明は、前記スレーブノードが、特定の前記マスタノードとの間で前記時刻同期用パケットの送受信を複数回試行し、その試行結果のうちの最も送受信の時間が短い試行を元に、特定の前記マスタノードとの間の前記距離情報を求めることを特徴とする。 According to the present invention, the slave node attempts transmission and reception of the time synchronization packet with the specific master node multiple times, and the slave node performs a specific operation based on an attempt with the shortest transmission / reception time among the results of the attempt. The distance information with respect to the master node is obtained.
これにより、電波のノイズなどにより通信状況が揺らぐ場合でも、高精度に位置情報を計算できる。 Thereby, even when the communication situation fluctuates due to noise of radio waves, etc., position information can be calculated with high accuracy.
本発明は、前記スレーブノードが、
通信可能な前記マスタノードの集合のうちの3つの前記マスタノードを選択してノードグループを形成する処理において、前記ノードグループに属する前記マスタノードの組み合わせが異なる複数の前記ノードグループを形成し、
各前記ノードグループに属する前記マスタノードの位置情報を基準として求めた前記ノードグループごとの自身の位置情報の範囲のうちの重複範囲から自身の位置情報を決定し、
各前記ノードグループに属する前記マスタノードとの前記距離情報が自身の前記スレーブノードから近いほど、そのマスタノードの個別の信頼度が高く評価されるルールにより求めた、各ノードグループに属する前記マスタノードの個別の信頼度をもとに、各ノードグループの信頼度を計算し、前記重複範囲から自身の位置情報を決定するときに、信頼度が高い前記ノードグループから求めた位置情報の範囲を優先することを特徴とする。
In the present invention, the slave node is
In the process of selecting three of the master nodes in the set of communicable master nodes to form a node group, a plurality of the node groups are formed in different combinations of the master nodes belonging to the node group,
The position information of its own is determined from the overlapping range of the position information of its own obtained for each node group based on the position information of the master node belonging to each of the node groups,
The master node belonging to each node group determined according to a rule in which the individual reliability of the master node is evaluated to be higher as the distance information with the master node belonging to each node group is closer to the slave node of its own When the reliability of each node group is calculated based on the individual reliability of and the position information of its own is determined from the overlapping range, priority is given to the range of position information obtained from the node group having high reliability. It is characterized by
これにより、4つ以上のマスタノードと通信可能なスレーブノードは、その通信相手のマスタノードの組み合わせを有効活用することで、より高精度に自身の位置情報を決定することができ、さらに、自身に近いマスタノードを優遇して自身の位置情報を決定することで、位置情報の計算精度を向上できる。 Thus, slave nodes capable of communicating with four or more master nodes can determine their own position information with higher accuracy by effectively using the combination of the master nodes of the communication counterparts, and further, The calculation accuracy of the position information can be improved by determining the position information of the master node in favor of a master node close to.
本発明によれば、GNSS衛星の捕捉が困難な状況下であっても、高精度に位置を特定することができる。 According to the present invention, even in a situation where acquisition of GNSS satellites is difficult, the position can be identified with high accuracy.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)は、GNSS衛星から直接電波を受信したノードA〜Cが基地局となる段階を示す。
まず、通信機能を有する計算機であるノードについて、2種類のノードを以下のように定義する。
ノードA,B,Cは、実線の丸で記載されている。これらのノードは、既に自身の位置が特定されており、かつ、自身の位置情報を他のノードに通知することで、他のノードの位置特定を補助するときの基地局(基準点)となるマスタノード1(詳細は図3)である。
ノードD,E,F,G,Hは、破線の丸で記載されている。これらのノードは、まだ自身の位置が特定されておらず、マスタノード1の補助を受けてこれから自身の位置を特定するスレーブノード2(詳細は図3)である。
FIG. 1 (a) shows the stage in which nodes A to C, which have received radio waves directly from GNSS satellites, become base stations.
First, two types of nodes are defined as follows for nodes that are computers having a communication function.
The nodes A, B and C are described by solid circles. These nodes have already been located and become base stations (reference points) for assisting in locating other nodes by notifying other nodes of their location information. It is a master node 1 (details are shown in FIG. 3).
Nodes D, E, F, G, and H are described by broken-line circles. These nodes are slave nodes 2 (details shown in FIG. 3) whose positions have not been identified yet, and whose positions are to be identified with the assistance of the master node 1.
ノードA,B,Cは、自身のGNSSアンテナ23(図3)を用いてGNSS衛星から直接電波を受信することにより(換言すると、1次ノードになることにより)、自身の位置を特定する。なお、1つのノードについて、3つ以上のGNSS衛星から電波を受信できれば、ノードの3次元位置(x,y,z)を特定することができる。一方、他のノードD,E,F,G,Hは、GNSSアンテナ23を有していない、または、GNSSアンテナ23を有していてもGNSS衛星からの電波が遮蔽されていることなどにより、現時点では自身の位置が特定されていない。 Nodes A, B, and C specify their positions by receiving radio waves directly from GNSS satellites (in other words, becoming primary nodes) using their GNSS antenna 23 (FIG. 3). If radio waves can be received from three or more GNSS satellites for one node, the three-dimensional position (x, y, z) of the node can be specified. On the other hand, the other nodes D, E, F, G, H do not have the GNSS antenna 23, or even if they have the GNSS antenna 23, the radio waves from the GNSS satellites are blocked, etc. The position of oneself is not specified at present.
図1(b)は、基地局のノードA〜Cから電波を受信したノードD,Eが新たな基地局となる段階を示す。
ノードDは、基地局のノードA〜Cから電波を受信することにより、自身の位置を特定する。同様に、ノードEも、基地局のノードA〜Cから電波を受信することにより、自身の位置を特定する。つまり、ノードD,Eは、1次ノードA〜Cに対する2次ノードとなる。
FIG. 1B shows a stage in which nodes D and E which have received radio waves from nodes A to C of the base station become new base stations.
The node D specifies its own position by receiving radio waves from the nodes A to C of the base station. Similarly, the node E also specifies its own position by receiving radio waves from the nodes A to C of the base station. That is, nodes D and E become secondary nodes with respect to primary nodes A to C.
ここで、ノードの位置情報を示す2種類の表現について、説明する。
「グローバル座標」とは、衛星により地球上の位置を一義的に特定可能な座標を示す。例えば、東京タワーのグローバル座標は、「経度=139度44分43.558秒、北緯=35度39分30.89秒」として表現される。
「ローカル座標」とは、測定者が任意に設定した座標系であり、原点からみた相対的な座標を示す。例えば、東京駅のローカル座標は、「東京タワーからみて、東に1800m、北に2500m」として表現される。
Here, two types of expressions indicating the position information of the node will be described.
"Global coordinates" indicate coordinates that can uniquely identify the position on the earth by satellites. For example, the global coordinates of Tokyo Tower are expressed as “longitude = 139 degrees 44 minutes 43.558 seconds, north latitude = 35 degrees 39 minutes 30.89 seconds”.
The “local coordinates” is a coordinate system arbitrarily set by the measurer, and indicates relative coordinates viewed from the origin. For example, the local coordinates of Tokyo Station are expressed as "1800 m east and 2500 m north" from the viewpoint of Tokyo Tower.
なお、地点Bのローカル座標に対する原点Aのグローバル座標がわかっているときには、その原点Aのグローバル座標からの差分計算により、地点Bのグローバル座標を求めることができる。
例えば、北緯35度付近では、経度1秒あたり25m、緯度1秒あたり31mなので、東京タワーの「経度=139度44分43.558秒、北緯=35度39分30.89秒」に、差分の「経度=+約82秒、北緯=+約74秒」を加算することで、東京駅のグローバル座標「経度=139度45分57.902秒、北緯=35度40分52.975秒」が求まる。
When the global coordinates of the origin A with respect to the local coordinates of the point B are known, the global coordinates of the point B can be obtained by the difference calculation from the global coordinates of the origin A.
For example, around 35 degrees north latitude, it is 25 m per second and 31 m per second, so “Longitude = 139 degrees 44 minutes 43.558 seconds, North latitude = 35 degrees 39 minutes 30.89 seconds” of Tokyo Tower, the difference “Longitude = By adding + about 82 seconds and north latitude = + about 74 seconds, the global coordinate of Tokyo Station “longitude = 139 degrees 45 minutes 57.902 seconds, north latitude = 35 degrees 40 minutes 52.975 seconds” can be obtained.
図1(b)では、基地局のノードA〜Cはそれぞれグローバル座標が既知であるので、そのグローバル座標からのローカル座標としてノードDの位置を相対的に求めた後、ノードDのローカル座標をグローバル座標に座標変換することで、ノードDのグローバル座標を求める。これにより、ノードDは、スレーブノード2からマスタノード1へと移行し、他のノードA〜Cと同様に基地局として動作する。ノードEも同様にマスタノード1へと移行する。
In FIG. 1 (b), the global coordinates of the nodes A to C of the base station are known, so the local coordinates of the node D are obtained after the position of the node D is relatively determined as the local coordinates from the global coordinates. The global coordinates of the node D are obtained by coordinate conversion to global coordinates. Thus, the node D shifts from the
図2(a)は、基地局のノードA,B,Dから電波を受信したノードFが新たな基地局となる段階を示す。ノードFは、ノードDと異なりノードCから遠くに位置しているので、ノードCからの電波受信が困難である。そこで、1次ノードA,Bに加え、ノードFの近くに位置する2次ノードDとの合計3つのノードからの補助を受けて、スレーブノード2からマスタノード1へと移行することができる。つまり、ノードFは、3次ノードに移行する。
FIG. 2A shows a stage in which the node F which has received radio waves from the nodes A, B and D of the base station becomes a new base station. Since node F is located far from node C unlike node D, it is difficult to receive radio waves from node C. Therefore, it is possible to shift from
図2(b)は、基地局のノードB,D,Fから電波を受信したノードGが新たな基地局となる段階を示す。ノードFと同様に、ノードGにおいても、1次ノードと2次ノードとの区別をせず、ノードGの近傍の基地局であるノードB,D,Fから補助を受けることで、スレーブノード2からマスタノード1へと移行することができる。
なお、ノードGからの距離がほぼ同じであれば、n次ノードの次数nが少ないノードの補助を受けることが望ましい。ローカル座標をグローバル座標に座標変換するときの誤差は、次数nが増えるほど累積されてしまうためである。
以上説明したように、スレーブノード2からマスタノード1への移行を1次ノードA〜Cから伝搬的に行うことにより、GNSS衛星から電波を受信できないノードに対しても、位置特定の範囲を拡張することができる。つまり、1次ノード、2次ノード、…、(n−1)次ノードをマスタノード1として、n次ノードのスレーブノード2がマスタノード1となる。
FIG. 2 (b) shows the stage in which the node G which has received radio waves from the nodes B, D, F of the base station becomes a new base station. Similarly to the node F, the node G does not distinguish between the primary node and the secondary node, and by receiving assistance from the nodes B, D, and F, which are base stations near the node G, the
If the distances from the node G are substantially the same, it is desirable that the degree n of the n-th node be assisted by a node with a small number. An error in coordinate conversion of local coordinates to global coordinates is accumulated as the degree n increases.
As described above, by performing propagation from
図3は、位置特定システムの構成図である。
位置特定システムは、図1,図2で説明したように、各ノードが近辺の他ノードと有線または無線で通信可能に構成されており、自身の位置が判明しているマスタノード1か、自身の位置が判明していないスレーブノード2かのいずれかに分類される。なお、同じノードでも所定時刻ではスレーブノード2であっても、他のマスタノード1からの補助によりマスタノード1へと移行(昇格)することもある。
FIG. 3 is a block diagram of a position identification system.
As described in FIG. 1 and FIG. 2, the position identification system is configured such that each node can communicate with other nearby nodes in a wired or wireless manner, and the master node 1 whose position is known, or itself The
なお、マスタノード1およびスレーブノード2は、それぞれCPU(Central Processing Unit)と、メモリと、ハードディスクなどの記憶手段(記憶部)と、ネットワークインタフェースとを有するコンピュータとして構成される。
このコンピュータは、CPUが、メモリ上に読み込んだプログラム(アプリケーションや、その略のアプリとも呼ばれる)を実行することにより、後記する各処理部により構成される制御部(制御手段)を動作させる。
Each of the master node 1 and the
The computer operates a control unit (control means) configured of respective processing units described later by the CPU executing a program (also referred to as an application or an abbreviation of the application) read into the memory.
マスタノード1は、通信インタフェース10a、送信器11a、受信器12a、時刻同期部21a、座標計算部22a、記憶部30aを有しており、さらに、1次ノードの場合にはGNSSアンテナ23も有している。記憶部30aには、自身の時計時刻31a、自身のローカル座標32a、自身のグローバル座標33aが記憶されている。
スレーブノード2は、基本的にはマスタノード1と同じ構成であるが、GNSSアンテナ23を有していない。なお、同じ構成要素であっても、マスタノード1の部品かスレーブノード2の部品かを区別するため、マスタノード1の部品の符号末尾を「a」とし、スレーブノード2の部品の符号末尾を「b」とする。
The master node 1 includes a
The
通信インタフェース10aは、送信器11aおよび受信器12aと接続されており、通信インタフェース10bは、送信器11bおよび受信器12bと接続されている。送信器11aからのパケットは受信器12bに届き、送信器11bからのパケットは受信器12aに届く。
なお、通信インタフェース10a,10b間の通信規格は、任意であり、有線通信でも無線通信でもよい。さらに、1台のマスタノード1と1台のスレーブノード2との間のユニキャスト通信でもよいし、1台のマスタノード1からN台のスレーブノード2にマルチキャスト送信してもよいし、M台のマスタノード1へ1台のスレーブノード2からマルチキャスト送信してもよい。
The
The communication standard between the
マスタノード1の時刻同期部21aは、時刻同期部21bに対して時計時刻31aのタイムスタンプ情報を通知することで、スレーブノード2の時計時刻31bを補正(同期)する。この時刻同期処理には、例えば、PTPなどの時刻同期プロトコルが用いられる(詳細は図6)。さらに、時刻同期部21a,21bは、時刻同期処理に用いた時計時刻31a,31bのタイムスタンプ情報を、マスタノード1−スレーブノード2間の距離の推定にも使用する。
The time synchronizer 21a of the master node 1 corrects (synchronizes) the clock time 31b of the
座標計算部22bは、マスタノード1から通知されたローカル座標32aおよびグローバル座標33aと、時刻同期部21bが取得したタイムスタンプ情報とをもとに、自身のスレーブノード2の座標を計算する。そのため、座標計算部22bは、まず、スレーブノード2のローカル座標32bを計算した後、前記の東京タワーの例で説明したように、グローバル座標33aを原点としてローカル座標32bを差分計算することによりスレーブノード2のグローバル座標33bを計算する。なお、ローカル座標32bからグローバル座標33bへの座標変換演算は、行列演算などによる座標変換則を用いるなど、既知の任意の演算方法により実現してもよい。
これにより、ローカル座標32bとグローバル座標33bとが対応付けられて記憶部30bに格納される。以降は、スレーブノード2がマスタノード1として振る舞うので、他のスレーブノード2に対して、記憶部30a内のローカル座標32aとグローバル座標33aとをもとに、他のスレーブノード2の位置特定処理を補助する。
The coordinate calculation unit 22b calculates the coordinates of its
Thereby, the local coordinates 32b and the global coordinates 33b are associated with each other and stored in the
図4は、位置特定システムの図3とは別形態を示す構成図である。
管理装置3は、図3のマスタノード1、スレーブノード2のうちの一部の機能を切り出して共通化したものである。
座標計算部22zは、座標計算部22a,22bに代行して、各ノードのローカル座標32a,32bとグローバル座標33a,33bとを求める。そのため、各ノードの座標計算依頼部22x,22yは、自身の時刻同期部21a,21bが取得したタイムスタンプ情報を座標計算部22zに通知して、各ノードの座標計算を管理装置3に依頼する。
座標計算部22zは、依頼を受け、通知されたタイムスタンプ情報と、自身が格納する各ノードのローカル座標32aと、自身が格納する各ノードのグローバル座標33aとをもとに、マスタノード1−スレーブノード2間の距離と、スレーブノード2のローカル座標32bとグローバル座標33bとを求める。
座標計算部22zは、グローバル座標33a,33bをグローバル座標33zとして自身の記憶部に格納し、ローカル座標32a,32bをローカル座標32zとして自身の記憶部に格納することで、以降の別ノードの位置特定にも活用する。
FIG. 4 is a block diagram showing another form of the position specifying system from FIG.
The management device 3 is a part of the functions of the master node 1 and the
The coordinate calculation unit 22z substitutes the coordinate calculation units 22a and 22b to obtain local coordinates 32a and 32b and global coordinates 33a and 33b of each node. Therefore, the coordinate calculation request units 22x and 22y of each node notify the coordinate calculation unit 22z of the time stamp information acquired by the time synchronization units 21a and 21b of their own, and request the management device 3 to calculate the coordinates of each node. .
The coordinate calculation unit 22z receives the request, and based on the notified time stamp information, the local coordinates 32a of each node stored by itself, and the global coordinates 33a of each node stored by itself, the master node 1- The distance between the
The coordinate calculation unit 22z stores global coordinates 33a and 33b as global coordinates 33z in its own storage unit, and stores local coordinates 32a and 32b as local coordinates 32z in its own storage unit, so that the position of another node thereafter Use for identification.
これにより、管理装置3は、分散された各ノードの位置情報を集中的に管理することができるので、例えば各ノードの位置を地図に重ねて表示してノードの分布を管理者に把握させるなど、位置情報を一元的に管理できる。さらに、各ノードは座標計算をする必要がなくなるので、低性能な携帯端末をノードとして活用することができる。
または、図3の位置特定システムの各ノードが、各自で計算した自身の位置情報を管理装置3に通知させることで、管理装置3による位置情報の一元管理を行ってもよい。
As a result, the management device 3 can centrally manage the distributed position information of each node, so that, for example, the position of each node is superimposed on the map and the administrator is made aware of the distribution of the nodes, etc. , Can centrally manage location information. Furthermore, since each node does not need to calculate coordinates, a low-performance mobile terminal can be used as a node.
Alternatively, each node of the location specification system of FIG. 3 may perform unified management of location information by the management apparatus 3 by notifying the management apparatus 3 of its own location information calculated by each node.
図5は、スレーブノードに着目した位置特定処理を示すフローチャートである。
S11〜S14は、スレーブノード2と通信可能なマスタノード1を順に1つずつ選択するループである。
S12として、時刻同期部21bは、ループで選択したマスタノード1の時刻同期部21aとの間でPTPなどの時刻同期用パケットを送受信することで、時計同期を実行する。つまり、スレーブノード2の時計時刻31bをマスタノード1の時計時刻31aに合わせる。この時刻同期処理において、時刻同期部21bは、時刻同期用パケットから以下の4つのタイムスタンプ情報を取得する。
(時刻t1)マスタノード1からスレーブノード2に送信するパケットの送信時刻(マスタノード1側の時刻)
(時刻t2)マスタノード1からスレーブノード2に送信するパケットの受信時刻(スレーブノード2側の時刻)
(時刻t3)スレーブノード2からマスタノード1に送信するパケットの送信時刻(スレーブノード2側の時刻)
(時刻t4)スレーブノード2からマスタノード1に送信するパケットの受信時刻(マスタノード1側の時刻)
また、スレーブノード2は、各マスタノード1が送信した時刻同期用パケットに含まれるグローバル座標33aから、各マスタノード1の位置情報を取得することができる。
FIG. 5 is a flow chart showing position identification processing focusing on slave nodes.
S11 to S14 are loops for selecting one master node 1 capable of communicating with the
As S12, the time synchronization unit 21b performs clock synchronization by transmitting and receiving a time synchronization packet such as PTP with the time synchronization unit 21a of the master node 1 selected in the loop. That is, the clock time 31 b of the
(Time t1) Transmission time of packet to be transmitted from master node 1 to slave node 2 (time on master node 1 side)
(Time t2) Reception time of packet transmitted from master node 1 to slave node 2 (time on slave node 2)
(Time t3) Transmission time of packet to be transmitted from
(Time t4) Reception time of packet transmitted from
Also, the
なお、S12の時刻同期処理を同じマスタノード1−スレーブノード2で繰り返し実行(試行)してもよい(図9(a)参照)。送受信のノードが同じであっても、複数回の時刻同期処理でそれぞれのパケットの到達時間(遅延時間)は、電波のノイズなどにより揺らぐこともある。そこで、繰り返し実行して計測したパケットの到達時間のうち、最もノイズの影響が少ない最小遅延時間を採用してもよい。 The time synchronization process of S12 may be repeatedly performed (trial) on the same master node 1-slave node 2 (see FIG. 9A). Even if the transmitting and receiving nodes are the same, the arrival time (delay time) of each packet may be fluctuated by noise of the radio wave or the like in multiple time synchronization processing. Therefore, among the arrival times of packets measured repeatedly, it is possible to adopt a minimum delay time that is least affected by noise.
また、S12の時刻同期処理は、S11〜S14のループ内であるので、短期間に何度も実行される。一方、スレーブノード2内の時計機能が高性能であるときには、一度時刻を更新するとしばらくは正確な時刻を保つことができる。そこで、時刻を更新した後の所定期間は正確な時刻を保つことができる期間として、時刻の更新を省略してもよい。
なお、時刻の更新を省略する場合、前記時刻t1〜t4のうちの片道の時刻情報(t1とt2の組み合わせ、または、t3とt4の組み合わせ)があれば、マスタノード1−スレーブノード2間のパケットの到達時間(遅延時間)を「受信時刻−送信時刻」という簡単な式で求めることができる。つまり、時計同期の計測用パケットを往復パケットから片道パケットへと短縮できる。
Further, since the time synchronization process of S12 is in the loop of S11 to S14, the time synchronization process of S12 is repeatedly performed in a short time. On the other hand, when the clock function in the
When time update is omitted, if there is time information (a combination of t1 and t2 or a combination of t3 and t4) of one way among the times t1 to t4, the master node 1-
S13として、座標計算部22bは、時刻t1〜t4のタイムスタンプ情報から、自身のスレーブノード2からマスタノード1までの距離を計測する(詳細は図6)。これにより、スレーブノード2は、自身と通信可能な各マスタノード1との距離を求めることができ、この距離情報は後記S21〜S24で説明するようにスレーブノード2の位置特定処理に使用される。
As S13, the coordinate calculation unit 22b measures the distance from its
S21〜S24は、S11〜S14で選択したマスタノード1の集合から、3つのマスタノード1を抽出したノードグループの組み合わせごとに選択するループである。例えば、5つのノード(A,B,C,D,E)から3つのノードを選択する組み合わせは、<A,B,C>や<A,B,D>などの全部で10通り存在するので、S21〜S24のループは10回実行される。 S21 to S24 are loops for selecting three master nodes 1 for each combination of node groups extracted from the set of master nodes 1 selected in S11 to S14. For example, there are ten combinations of <A, B, C>, <A, B, D>, etc. for selecting three nodes from five nodes (A, B, C, D, E). , S21 to S24 are executed ten times.
S22として、座標計算部22bは、ノードグループに属する各ノードとの距離(S13で求めた距離)からスレーブの位置範囲を計算する(詳細は図7〜図9)。ここで、時刻t1〜t4のタイムスタンプ情報やマスタノード1のグローバル座標33aに若干の誤差が含まれていることもあるので、スレーブの位置は点座標ではなく、スレーブが存在する可能性のある位置範囲となる。 As S22, the coordinate calculation unit 22b calculates the position range of the slave from the distances to the respective nodes belonging to the node group (the distances obtained in S13) (for details, FIGS. 7 to 9). Here, since a slight error may be included in the time stamp information of time t1 to t4 and the global coordinates 33a of the master node 1, the position of the slave is not point coordinates, and the slave may exist. It becomes a position range.
S23として、座標計算部22bは、今回のループで選択したノードグループの信頼度を計算する。そのため、まず、ノードグループに属する3つのマスタノード1それぞれの個別信頼度を求める。基本的には、S13で求めたマスタノード1との距離が自身のスレーブノード2から近いほど、個別信頼度を高いものとして計算する。以下が、距離と個別信頼度との対応例である。
0m≦距離<100mなら、個別信頼度=3
100m≦距離<500mなら、個別信頼度=2
500m≦距離なら、個別信頼度=1
次に、個別信頼度を統合して、グループ信頼度を計算する。例えば、個別信頼度の合計点をグループ信頼度とする例が挙げられる。
As S23, the coordinate calculation unit 22b calculates the reliability of the node group selected in the current loop. Therefore, first, the individual reliability of each of the three master nodes 1 belonging to the node group is obtained. Basically, the individual reliability is calculated to be higher as the distance to the master node 1 determined in S13 is closer to its
Individual reliability = 3 if 0 m ≦ distance <100 m
Individual reliability = 2 if 100 m ≦ distance <500 m
Individual reliability = 1 if 500 m ≦ distance
Next, the individual reliabilities are integrated to calculate the group reliability. For example, there is an example in which the total score of the individual reliabilities is a group reliability.
S31として、座標計算部22bは、S22で求めた各ノードグループにおけるスレーブの位置範囲の重複領域から、スレーブ位置のローカル座標32bを特定する。または、すべてのスレーブの位置範囲の重複領域とする代わりに、より多くの(多数決の)スレーブの位置範囲が重複する領域から、スレーブ位置を絞り込んでもよい。ここで、座標計算部22bは、S23で求めたグループ信頼度を参照して、スレーブの位置範囲の重複領域から、スレーブ位置を絞り込んでもよい(図9(b)参照)。
このように、複数のノードグループを組み合わせてスレーブ位置を絞り込むことで、スレーブ位置の精度向上を図る。
As S31, the coordinate calculation unit 22b specifies the local coordinates 32b of the slave position from the overlapping area of the position range of the slave in each node group obtained in S22. Alternatively, instead of using overlapping areas of the position ranges of all slaves, the slave positions may be narrowed down from areas where the position ranges of more (majority) slaves overlap. Here, the coordinate calculation unit 22b may narrow down the slave position from the overlapping area of the position range of the slave with reference to the group reliability obtained in S23 (see FIG. 9B).
As described above, by combining a plurality of node groups to narrow down the slave position, the accuracy of the slave position is improved.
S32として、座標計算部22bは、特定したスレーブ位置のローカル座標32bをグローバル位置(グローバル座標33b)に座標変換する。このS31のローカル座標32bとS32のグローバル座標33bとは、それぞれスレーブノード2自身の位置情報として記憶部30bに格納される。
As S32, the coordinate calculation unit 22b performs coordinate conversion of the local coordinates 32b of the identified slave position to the global position (global coordinates 33b). The local coordinates 32b of S31 and the global coordinates 33b of S32 are stored in the
図6は、時刻同期部21bおよび座標計算部22bの計算内容の詳細を示す説明図である。
スレーブノード2であるノードTは、マスタノード1であるノードA,B,CそれぞれとPTPプロトコルにより時刻を同期する。なお、PTPの詳細は、非特許文献1に記載されている。
スレーブノード2は、S12で説明したように、PTPの時刻同期用パケットをマスタノード1とスレーブノード2とで往復することで、4つのタイムスタンプ情報(時刻t1〜t4)を得る。時刻同期部21bは、これらのタイムスタンプ情報をもとに、図6の式(2)に従って、正確な時計時刻31bと、マスタノード1との距離とを求める。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing details of calculation contents of the time synchronization unit 21b and the coordinate calculation unit 22b.
The node T which is the
The
以下、ノードA→ノードTに送信されるパケットPATと、ノードT→ノードAに送信されるパケットPTAの場合を例示する。
まず、パケットPATについてノードA側での送信時刻t1と、そのパケットのノードT側での受信時刻t2とは、次の関係である。
(時刻t1)+(伝送にかかった遅延時間)+(スレーブノード2側の時刻のずれであるオフセット)=(時刻t2)
同様に、パケットPTAについてノードT側での送信時刻t3と、そのパケットのノードA側での受信時刻t4とは、次の関係である。
(時刻t3)+(伝送にかかった遅延時間)−(スレーブノード2側の時刻のずれであるオフセット)=(時刻t4)
よって、式(2)の1行目のように、伝送にかかった遅延時間ΔTAと、時刻のずれであるオフセットβAとが求まる(S12)。ここで、TATはパケットPATの時刻差(t2−t1)であり、TTAはパケットPTAの時刻差(t4−t3)である。なお、スレーブノード2は、オフセットβAを無くしてマスタノード1の時計時刻に合わせるように、自身の時計時刻を補正してもよい(S12)。
Hereinafter, exemplified packet P AT sent to the node A → node T, in the case of packet P TA sent to the node T → node A.
First, the transmission time t1 at the node A side for the packet P AT, the reception time t2 at node T side of the packet is the next relationship.
(Time t1) + (delay time taken for transmission) + (offset which is a shift of time on the
Similarly, the transmission time t3 at node T side for the packet P TA, the reception time t4 at the node A side of the packet is the next relationship.
(Time t3) + (Delay time taken for transmission)-(Offset that is a shift of time on the
Therefore, as the first line of equation (2), determined the delay time [Delta] T A taken to transmit an offset beta A is the deviation of the time (S12). Here, T AT is the time difference between the packet P AT (t2-t1), T TA is the time difference between the packet P TA (t4-t3). The
さらに、伝播速度(光速)cと、媒質の屈折率nとを用いて、ノードA,T間の距離LAも求めることができる(S13)。また、δAは、時刻同期誤差などの測定誤差であり、αは受信機(スレーブノード2)の測定誤差である。
そして、式(2)の3〜5行目は、図11の式(1)の右辺を誤差を含む場合に拡張した連立方程式である。これらの連立方程式を求めることで、ノードTの位置(x,y,z)がローカル座標32bとして求まる(S22)。
Further, the propagation velocity (speed of light) c, by using the refractive index n of the medium, the node A, the distance L A between T can also be determined (S13). Also, δ A is a measurement error such as a time synchronization error, and α is a measurement error of the receiver (slave node 2).
And the 3rd-5th lines of Formula (2) are simultaneous equations expanded when the right side of Formula (1) of FIG. 11 contains an error. By obtaining these simultaneous equations, the position (x, y, z) of the node T is obtained as the local coordinates 32 b (S 22).
よって、スレーブノード2は、受信機(スレーブノード2)の測定誤差α(例えば装置固有の測定誤差)が分かっていれば、PTPを実行するたびにオフセットβAを図6の式(2)に代入し、高精度に距離LAを求められることができる。
なお、1回のPTP実行で、時刻同期と遅延(距離)測定を同時に行う場合、
・時刻同期処理:時刻ずれであるオフセットβAを補正する。
・遅延測定処理:タイムスタンプ情報(時刻t1〜t4)に測定誤差を補正(オフセットβAを加算または減算)することで、より正確な遅延時間を求める。
という2つの処理を並行して行うことで、時刻同期処理から所定期間経過後に遅延測定を行った場合に比べ、時刻ずれの心配が無いため、より高精度な測定ができる。
Therefore, if the measurement error α (for example, the measurement error unique to the device) of the receiver (slave node 2) is known, the
When performing time synchronization and delay (distance) measurement simultaneously in one PTP execution,
Time synchronization processing: The offset β A which is a time shift is corrected.
Delay measurement processing: The measurement error is corrected (the offset β A is added or subtracted) to the time stamp information (time t1 to t4) to obtain a more accurate delay time.
By performing the two processes in parallel, as compared with the case where the delay measurement is performed after the predetermined period has elapsed from the time synchronization process, there is no concern about the time shift, and a more accurate measurement can be performed.
以下、図7,図8を参照して、ノードグループごとの処理(S21〜S24)の詳細を説明する。
まず、1回目のループで第1ノードグループ「B,C,E」が選択されたとする。座標計算部22bは、そのグループに属する各ノードB,C,Eのグローバル座標33aに加え、各ノードからの距離情報をもとに、図6で説明した連立方程式を解くことにより、スレーブの位置範囲R1を求める(図7(a))。
次に、2回目のループで第2ノードグループ「A,C,E」が選択されると、そのスレーブの位置範囲R2も第1ノードグループと同様に求める(図7(b))。ここでは、スレーブの位置範囲R1,R2ともに若干の誤差を含んでいるため、両範囲は完全には一致せず一部重複する。
The details of the processing (S21 to S24) for each node group will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.
First, it is assumed that the first node group “B, C, E” is selected in the first loop. The coordinate calculation unit 22b solves the position of the slave by solving the simultaneous equations described in FIG. 6 based on the distance information from each node in addition to the global coordinates 33a of each node B, C, E belonging to the group. The range R1 is obtained (FIG. 7 (a)).
Next, when the second node group “A, C, E” is selected in the second loop, the position range R2 of the slave is also determined in the same manner as the first node group (FIG. 7 (b)). Here, since the position ranges R1 and R2 of the slaves include some errors, both ranges do not completely match and partially overlap.
さらに、3回目のループで第3ノードグループ「A,B,D」が選択されると、そのスレーブの位置範囲R3も第1,第2ノードグループと同様に求める(図8(a))。
これらのスレーブの位置範囲R1〜R3の重複範囲はだいぶ狭まってきたので、S31で示したように、各位置範囲R1〜R3の重複領域をスレーブノードFの位置として特定する(図8(b))。
Furthermore, when the third node group "A, B, D" is selected in the third loop, the position range R3 of the slave is also determined in the same manner as the first and second node groups (FIG. 8A).
Since the overlapping range of the position ranges R1 to R3 of these slaves has narrowed somewhat, as shown in S31, the overlapping region of each of the position ranges R1 to R3 is specified as the position of the slave node F (FIG. 8 (b)) ).
図9(a)は、図8(a)の位置範囲R3を、3回の試行(R3a〜R3c)で絞り込む旨を示す。S12で説明したように、同じマスタノード1−スレーブノード2間で、PTPの時刻同期処理を繰り返し実行してもよい。
ここでは、1回目の時刻同期処理の結果(例えば、ノードBからの距離)をもとに計算したスレーブの位置範囲R3aよりも、2回目の時刻同期処理の結果をもとに計算したスレーブの位置範囲R3bが狭くなっている。よって、2回目の時刻同期処理のほうが距離が短く(精度が高く)測定されたため、範囲R3aよりも範囲R3bが狭く、かつ、ノードBから距離が短い方に位置される。
同様に、2回目の範囲R3bよりも3回目の範囲R3cのほうが、さらに精度がよかったため、第3ノードグループ「A,B,D」の位置範囲R3として範囲R3cを採用する。
FIG. 9A shows that the position range R3 of FIG. 8A is narrowed down in three trials (R3a to R3c). As described in S12, time synchronization processing of PTP may be repeatedly performed between the same master node 1-
Here, from the slave position range R3a calculated based on the result of the first time synchronization processing (for example, the distance from the node B), the slave's calculated based on the result of the second time synchronization processing The position range R3b is narrow. Therefore, since the second time synchronization processing is measured to have a shorter distance (higher accuracy), the range R3b is narrower than the range R3a and the distance from the node B is shorter.
Similarly, the third range R3c is more accurate than the second range R3b, so the range R3c is adopted as the position range R3 of the third node group "A, B, D".
図9(b)は、図8(b)の範囲R1〜R3の重複領域RzからスレーブノードFの位置を特定するときに、ノードグループの信頼度を参照する例を示す。
S31で示したように、S23で計算したノードグループごとのグループ信頼度を、重複領域Rz内のスレーブノードFの点位置の絞り込みに活用することができる。
例えば、グループ信頼度を反映する前の点位置F1は、重複領域Rzの重心である。一方、グループ信頼度を反映した後の点位置F2は、点位置F1よりも領域R3の中心C3や、領域R1の中心C1の側に近づくように補正されている。この補正処理は、領域R3の信頼度=8や、領域R1の信頼度=6が、領域R2の信頼度=4よりも大きい(より信頼できる)ためである。つまり、図9(b)で示した手法は、信頼度が高い領域であるほど、その領域に近づくようにスレーブノードFの点位置を決定する手法である。
FIG. 9B illustrates an example of referring to the reliability of the node group when specifying the position of the slave node F from the overlapping region Rz of the range R1 to R3 in FIG. 8B.
As shown in S31, the group reliability of each node group calculated in S23 can be used to narrow down the point position of the slave node F in the overlapping area Rz.
For example, the point position F1 before reflecting the group reliability is the center of gravity of the overlapping area Rz. On the other hand, the point position F2 after reflecting the group reliability is corrected so as to be closer to the center C3 of the region R3 or the center C1 of the region R1 than the point position F1. This correction process is performed because the reliability of the region R3 = 8 and the reliability of the region R1 = 6 are larger (more reliable) than the reliability of the region R2 = 4. That is, the method shown in FIG. 9B is a method of determining the point position of the slave node F so as to be closer to the region as the reliability is higher.
以上説明した本実施形態では、障害物や天候不順等によりGNSS衛星を直接捕捉できない図10のノードZのような場合でも、周囲のマスタノード1との時刻同期計算で得たノード間距離の情報を用いて、スレーブノード2自身の位置を高精度に特定することができる。さらに、図1,図2で説明したように、n次ノード(n>1)のスレーブノード2を徐々にマスタノード1へと移行(伝搬)していくことにより、高層ビル群や地下街などのGNSS衛星の捕捉が困難な地域であっても、広範囲に位置特定ができる。
In the present embodiment described above, even in the case of node Z in FIG. 10 where GNSS satellites can not be directly captured due to obstacles or irregular weather, information on inter-node distances obtained by time synchronization calculation with surrounding master node 1 The position of the
また、図3のスレーブノード2のように、GNSSアンテナ23を具備していない安価な端末であっても、自身の位置を高精度に特定することができる。さらに、図4の管理装置3がマスタノード1やスレーブノード2の位置計算を代行する構成により、低性能なノード端末を位置特定用に活用することができる。
In addition, even in the case of an inexpensive terminal not equipped with the GNSS antenna 23 as in the
1 マスタノード
2 スレーブノード
3 管理装置
10a,10b 通信インタフェース
11a,11b 送信器
12a,12b 受信器
21a,21b 時刻同期部
22a,22b,22z 座標計算部
22x 座標計算依頼部
22z 座標計算部
23 GNSSアンテナ
30a,30b 記憶部
31a,31b 時計時刻
32a,32b,32z ローカル座標
33a,33b,33z グローバル座標
1
Claims (8)
各前記スレーブノードは、各前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、各前記マスタノードとの間の距離情報を求め、前記時刻同期用パケットの送受信相手である前記マスタノードの位置情報を基準として、前記求めた距離情報から自身の位置情報を特定することで前記マスタノードへと移行し、
各前記マスタノードは、各前記スレーブノードに送信する前記時刻同期用パケットにおいて、自身の時計時刻と自身の位置情報とを各前記スレーブノードに通知することとし、
各前記スレーブノードは、通信可能な前記複数のマスタノードのうちの自身の位置情報を特定するための3つの前記マスタノードを選択するときに、次数nが少ないノードを優先的に選択し、
前記マスタノードの次数nとは、GNSS衛星から直接電波を受信した前記マスタノードの次数を1とし、n次の前記マスタノードから前記時刻同期用パケットを受信することで新たに移行した前記マスタノードの次数をn+1次とすることを特徴とする
位置特定システム。 A plurality of master nodes whose own position is specified can communicate with a plurality of slave nodes whose own position is not specified,
Each of the slave nodes obtains distance information with respect to each of the master nodes based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with each of the master nodes, and the other party of transmission and reception of the time synchronization packets Transition to the master node by specifying its own position information from the obtained distance information based on the position information of the master node, which is
Each of the master nodes notifies each of the slave nodes of its own clock time and its own position information in the time synchronization packet transmitted to each of the slave nodes .
Each of the slave nodes preferentially selects a node with a small degree n when selecting three of the master nodes for specifying its own position information among the plurality of communicable master nodes,
The order n of the master node means the order of the master node that has received radio waves directly from GNSS satellites as 1, and the master node that has newly transitioned by receiving the time synchronization packet from the nth master node A positioning system characterized in that the order of n is n + 1 .
各前記スレーブノードは、各前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、各前記マスタノードとの間の距離情報を求め、前記時刻同期用パケットの送受信相手である前記マスタノードの位置情報を基準として、前記求めた距離情報から自身の位置情報を特定することで前記マスタノードへと移行し、
各前記マスタノードは、各前記スレーブノードに送信する前記時刻同期用パケットにおいて、自身の時計時刻と自身の位置情報とを各前記スレーブノードに通知することとし、
各前記スレーブノードは、前記マスタノードとの間でやりとりされる前記時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、前記マスタノードの時計時刻に対する自身の時計時刻のずれを計算し、そのずれを無くして前記マスタノードの時計時刻に合わせるように、自身の時計時刻を補正し、
自身の時計時刻を補正してから所定時間の経過前は、自身の時計時刻の補正を省略し、かつ、前記スレーブノードと前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットを片道パケットとし、
自身の時計時刻を補正してから所定時間の経過後は、自身の時計時刻の補正を許可し、かつ、前記スレーブノードと前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットを往復パケットとすることを特徴とする
位置特定システム。 A plurality of master nodes whose own position is specified can communicate with a plurality of slave nodes whose own position is not specified,
Each of the slave nodes obtains distance information with respect to each of the master nodes based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with each of the master nodes, and the other party of transmission and reception of the time synchronization packets Transition to the master node by specifying its own position information from the obtained distance information based on the position information of the master node, which is
Each of the master nodes notifies each of the slave nodes of its own clock time and its own position information in the time synchronization packet transmitted to each of the slave nodes .
Each slave node calculates the deviation of its own clock time from the clock time of the master node based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with the master node, and eliminates the deviation. Correct its own clock time to match the clock time of the master node,
Before the elapse of a predetermined time after correcting its own clock time, correction of its own clock time is omitted, and a time synchronization packet exchanged between the slave node and the master node is regarded as a one-way packet. ,
After the elapse of a predetermined time after correcting the clock time of itself, correction of clock time of its own is permitted, and a packet for time synchronization exchanged between the slave node and the master node is used as a round trip packet. A positioning system characterized in that .
前記管理装置は、前記マスタノードおよび前記スレーブノードからそれぞれ前記時刻同期用パケットの送受信時刻の通知を受け、前記マスタノードと前記スレーブノードとの間の前記距離情報の計算と、前記スレーブノードの位置情報の計算とを前記スレーブノードの代わりに実行することを特徴とする
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の位置特定システム。 The location system further includes a management device capable of communicating with the master node and the slave node, respectively.
The management apparatus receives notification of transmission and reception times of the time synchronization packet from the master node and the slave node, calculates the distance information between the master node and the slave node, and the position of the slave node. The location system according to any one of claims 1 to 3, wherein calculation of information is performed instead of the slave node.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の位置特定システム。 The slave node attempts transmission and reception of the time synchronization packet with the specific master node multiple times, and based on an attempt with the shortest transmission and reception time among the results of the attempts, the slave node and the specific master node The position determination system according to any one of claims 1 to 4, wherein the distance information between the two is determined.
通信可能な前記マスタノードの集合のうちの3つの前記マスタノードを選択してノードグループを形成する処理において、前記ノードグループに属する前記マスタノードの組み合わせが異なる複数の前記ノードグループを形成し、
各前記ノードグループに属する前記マスタノードの位置情報を基準として求めた前記ノードグループごとの自身の位置情報の範囲のうちの重複範囲から自身の位置情報を決定し、
各前記ノードグループに属する前記マスタノードとの前記距離情報が自身の前記スレーブノードから近いほど、そのマスタノードの個別の信頼度が高く評価されるルールにより求めた、各ノードグループに属する前記マスタノードの個別の信頼度をもとに、各ノードグループの信頼度を計算し、前記重複範囲から自身の位置情報を決定するときに、信頼度が高い前記ノードグループから求めた位置情報の範囲を優先することを特徴とする
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の位置特定システム。 The slave node is
In the process of selecting three of the master nodes in the set of communicable master nodes to form a node group, a plurality of the node groups are formed in different combinations of the master nodes belonging to the node group,
The position information of its own is determined from the overlapping range of the position information of its own obtained for each node group based on the position information of the master node belonging to each of the node groups,
The master node belonging to each node group determined according to a rule in which the individual reliability of the master node is evaluated to be higher as the distance information with the master node belonging to each node group is closer to the slave node of its own When the reliability of each node group is calculated based on the individual reliability of and the position information of its own is determined from the overlapping range, priority is given to the range of position information obtained from the node group having high reliability. The positioning system according to any one of claims 1 to 5, wherein:
各前記スレーブノードは、各前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、各前記マスタノードとの間の距離情報を求め、前記時刻同期用パケットの送受信相手である前記マスタノードの位置情報を基準として、前記求めた距離情報から自身の位置情報を特定することで前記マスタノードへと移行し、
各前記マスタノードは、各前記スレーブノードに送信する前記時刻同期用パケットにおいて、自身の時計時刻と自身の位置情報を各前記スレーブノードに通知することとし、
各前記スレーブノードは、通信可能な前記複数のマスタノードのうちの自身の位置情報を特定するための3つの前記マスタノードを選択するときに、次数nが少ないノードを優先的に選択し、
前記マスタノードの次数nとは、GNSS衛星から直接電波を受信した前記マスタノードの次数を1とし、n次の前記マスタノードから前記時刻同期用パケットを受信することで新たに移行した前記マスタノードの次数をn+1次とすることを特徴とする
位置特定方法。 It is executed by a positioning system in which a plurality of master nodes whose own position is specified and a plurality of slave nodes whose own position is not specified are configured to be communicable,
Each of the slave nodes obtains distance information with respect to each of the master nodes based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with each of the master nodes, and the other party of transmission and reception of the time synchronization packets Transition to the master node by specifying its own position information from the obtained distance information based on the position information of the master node, which is
In each of the time synchronization packets transmitted to each of the slave nodes, each of the master nodes notifies each of the slave nodes of its own clock time and its own position information .
Each of the slave nodes preferentially selects a node with a small degree n when selecting three of the master nodes for specifying its own position information among the plurality of communicable master nodes,
The order n of the master node means the order of the master node that has received radio waves directly from GNSS satellites as 1, and the master node that has newly transitioned by receiving the time synchronization packet from the nth master node A position specifying method characterized in that the order of n is n + 1 .
各前記スレーブノードは、各前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、各前記マスタノードとの間の距離情報を求め、前記時刻同期用パケットの送受信相手である前記マスタノードの位置情報を基準として、前記求めた距離情報から自身の位置情報を特定することで前記マスタノードへと移行し、
各前記マスタノードは、各前記スレーブノードに送信する前記時刻同期用パケットにおいて、自身の時計時刻と自身の位置情報を各前記スレーブノードに通知することとし、
各前記スレーブノードは、前記マスタノードとの間でやりとりされる前記時刻同期用パケットの送受信時刻をもとに、前記マスタノードの時計時刻に対する自身の時計時刻のずれを計算し、そのずれを無くして前記マスタノードの時計時刻に合わせるように、自身の時計時刻を補正し、
自身の時計時刻を補正してから所定時間の経過前は、自身の時計時刻の補正を省略し、かつ、前記スレーブノードと前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットを片道パケットとし、
自身の時計時刻を補正してから所定時間の経過後は、自身の時計時刻の補正を許可し、かつ、前記スレーブノードと前記マスタノードとの間でやりとりされる時刻同期用パケットを往復パケットとすることを特徴とする
位置特定方法。 It is executed by a positioning system in which a plurality of master nodes whose own position is specified and a plurality of slave nodes whose own position is not specified are configured to be communicable,
Each of the slave nodes obtains distance information with respect to each of the master nodes based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with each of the master nodes, and the other party of transmission and reception of the time synchronization packets Transition to the master node by specifying its own position information from the obtained distance information based on the position information of the master node, which is
In each of the time synchronization packets transmitted to each of the slave nodes, each of the master nodes notifies each of the slave nodes of its own clock time and its own position information .
Each slave node calculates the deviation of its own clock time from the clock time of the master node based on the transmission and reception time of the time synchronization packet exchanged with the master node, and eliminates the deviation. Correct its own clock time to match the clock time of the master node,
Before the elapse of a predetermined time after correcting its own clock time, correction of its own clock time is omitted, and a time synchronization packet exchanged between the slave node and the master node is regarded as a one-way packet. ,
After the elapse of a predetermined time after correcting the clock time of itself, correction of clock time of its own is permitted, and a packet for time synchronization exchanged between the slave node and the master node is used as a round trip packet. A method of locating characterized by:
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