JP6704570B1 - 位置検出システム、位置特定装置及び位置特定プログラム - Google Patents
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そこで、例えば、特許文献1では、電波の位相の変化を利用してRFIDタグの位置する方向及び距離を検出する手法が提案されている。
本実施形態における位置検出システム1は、記憶媒体の一例であるRFIDタグの位置を検出する。
RFIDタグは、外部から、通常はタグリーダから電波を受信することでエネルギーを得て起動した後、受信した電波を自身が記憶している情報に基づいて変調して発信するパッシブ型が、典型的に用いられる。また、RFIDタグには、パッシブ型の他に、電池等の電源を内蔵し、記憶している情報に応じた電波を自発的に発信するアクティブ型も存在するが、本実施形態では、パッシブ型を例示して説明する。
なお、RFIDタグは、パッシブ型かアクティブ型かによらず、通常、ユーザによる情報の読み書きが可能なユーザ領域を有し、記憶している情報の追加、変更、削除といった編集が可能である。
位置検出システム1は、タグリーダ10と、位置特定装置20とを備える。
タグリーダ10は、アンテナ11と、第1通信部12と、電波情報検出部13と、第2通信部14と、移動部15とを備える。
ここで、電波情報検出部13は、RFIDタグ30から受信した電波を、タグリーダ10の持つ基準波と比較することで位相を算出する。すると、位相は、タグリーダ10とRFIDタグ30との間の距離に応じて決定されるため、電波情報検出部13は、アンテナ11の位置に固有の位相を検出できる。したがって、例えばアンテナ11の移動に伴って、移動の前と後とでそれぞれ検出される位相は、検出のタイミングによらず差が一定となる。
例えば、タグリーダ10は、自動搬送機、又はドローン等に配置されてもよい。
このとき、位置特定装置20は、直接波と反射波とを判別して、直接波である尤度の高い方向を特定することで、複数検出された位置情報の中から、RFIDタグ30の位置を特定する。
また、第3通信部21は、移動部15により測定されたRFIDタグ30に対するアンテナ11の位置の移動量を受信する。
ここで、位置情報の検出手法は限定されないが、例えば、位置検出部221は、タグリーダ10の向きを変化させたときに、電波の強度又は単位時間当たりに信号の読み取りに成功した回数が極大となる方向として検出できる。
さらに、位置検出部221は、アンテナ11の移動に伴う位相の変化量に基づいて、特許文献1の手法により、アンテナ11からRFIDタグ30への方向及び距離を検出できる。
表示部24は、制御部22の制御に応じて、位置検出結果等の情報を画面表示する。
操作部25は、ユーザの操作を受け付けるキー、ボタン、タッチパネル等のデバイスであり、受け付けた操作の情報が制御部22に提供される。
RFIDタグ30の位置情報が複数検出された場合、尤度算出部222は、まず、アンテナ11の移動を伴わない静的情報を用いて、各位置情報の尤度を算出できる。
尤度算出部222は、検出された複数の位置情報のうち、地図情報に基づいて、物理的にRFIDタグ30が存在し得ない位置情報を除外(尤度を低く)し、他の位置情報の尤度を相対的に高く算出する。
アンテナ11は、その指向性により、特定の方向からの電波を最も強く受信する。したがって、アンテナ11を、複数の位置情報それぞれの方向に向けて電波の強度を検出することで、方向毎の電波の強度を相対的に知ることができる。
ここで、RFIDタグ30からの電波が壁等に反射して受信される反射波は、RFIDタグ30から直接受信される直接波に比べて経路が長いため減衰が大きい。また、壁等の材質によっても反射波が大きく減衰する場合もある。このため、反射波は、直接波に比べて強度が低下している。したがって、尤度算出部222は、検出された電波の強度に応じて、位置情報それぞれに対する尤度を算出する。具体的には、尤度算出部222は、電波の強度が大きい方向に対して尤度を相対的に高く算出してよい。
マルチパスの電波が検出される場合、互いに位相が異なる複数の電波が合成されることにより、反射のない場合と比べて位相が変動する。
この例は、直接波Ae^(jφ1)及び反射波Be^(jφ2)の2つの電波が合成される場合を示している。ここで、直接波及び反射波は、jを虚数単位として複素表現されている。
一方、アンテナ11が反射波の方向を向いており受信される直接波及び反射波の強度が同等(A≒B)の場合、合成波における位相の変動Δφが大きくなる。
グラフの横軸は時間である。yawは、タグリーダ10の向きであり、水平面内の回転角を示しているが、回転軸から離れて配置されているアンテナ11は、その向きと共に位置も移動している。
なお、グラフ中のfactorは、位相差を距離に換算した値であり、factor_slopeは、factorの傾き、すなわち変化率を示す。
例えば、直接波と示した矩形で囲った部分は、ほぼ直接波のみが受信されている向きである。この範囲において、yawの単調増加に伴い、破線で示したfactor_slopeも単調増加している。また、反射波と示した矩形で囲った部分は、ほぼ反射波のみが受信されている向きである。この範囲において、アンテナ11は、一定方向に回転するだけでなく逆回転もしており、yawは増減を繰り返しているが、これに伴って、factor_slopeも同じタイミングで増減していることが分かる。
このように、アンテナ11の位置の変化量と、受信した電波の位相の変化量との相関に基づいて、マルチパスの影響、すなわちノイズが大きい方向を判別できる。したがって、尤度算出部222は、このようなノイズの大きい方向で検出された位置情報の信頼度は低いと判断して尤度を相対的に低くし、相関の大きい方向で検出された位置情報に対する尤度を相対的に高く算出する。
前述のように、直接波の方向にアンテナ11が向いている場合、反射波の影響は少なく、位相の変動は微小である。一方、反射波の方向にアンテナ11が向いている場合、直接波又は他の反射波が合成されて、反射波の位相は大きく変動する。
このため、マルチパスの影響が微小であれば、例えば電波の経路に沿った1波長分の移動に伴い、位相が2πラジアン(360度)変化するところ、マルチパスの影響が大きい場合、この理論値から乖離する。
ここで、移動の方向は限定されず、アンテナ11の移動方向及び距離が特定される場合、位相の変化量の理論値が定まるため、尤度算出部222は、この理論値と実測値との乖離度合いに応じて、尤度を算出する。
ところが、アンテナ11が反射波の方向に向いて、この方向の前後に移動している場合、マルチパスの影響により位相が変動し、アンテナ11の移動距離と位相の変化量とが整合しなくなる。
移動部15は、検出されたRFIDタグ30の位置情報が複数である場合に、検出された複数の位置情報により示される複数の方向の間の方向に、アンテナ11の位置を移動させる。
このとき、尤度算出部222は、電波に関する情報として、例えば、強度又は単位時間当たりに信号の読み取りに成功した回数を利用する。
これにより、アンテナ11の移動軌跡を挟んだいずれの側から直接波を受信しているかを判別することが可能となる。したがって、尤度算出部222は、電波の強度が強い側、又は単位時間当たりに信号の読み取りに成功した回数の多い側で検出された位置情報に対して高い尤度を算出する。
この場合、尤度算出部222は、検出された位置情報が複数である場合に、例えば、受信した電波の強度、又は単位時間当たりに信号の読み取りに成功した回数に基づいて、複数の位置情報のそれぞれに対応する位置にRFIDタグ30が存在する事前尤度を算出しておく。そして、移動部は、事前尤度の上位2点の位置とアンテナ11の位置とを結ぶ2つの線分が成す角の間の方向に、アンテナ11の位置を移動させる。
この例では、RFIDタグ30に対して、事前に複数の位置情報が検出されている。複数の算出方法を組み合わせることで、尤度が更新される。
ここでは、簡単のため、2つの位置情報が検出されている場合に、電波の強度と、単位時間当たりに信号の読み取りに成功した回数とを順に用いて尤度を更新する場合を示す。
ここで、一方の位置から、他方よりも3dB高い電波の強度が検出されたとする。
P(強度が他の位置より3dB高い|直接波)=0.8
P(強度が他の位置より3dB高い|反射波)=0.1
という条件付き確率が得られているとすると、ベイズの展開公式により、事後確率(尤度)が、
P(直接波|強度が他の位置より3dB高い)
=0.8×0.5/(0.8×0.5+0.1×0.5)=0.89
と求められる。
ここで、閾値が0.95とすると、算出された尤度=0.89が閾値を超えていないため、直接波の判定は保留され、次の方法に移る。
P(読み取り成功回数が2倍|直接波)=0.7
P(読み取り成功回数が2倍|反射波)=0.2
という条件付き確率が得られているとすると、事後確率(尤度)が、
P(直接波|読み取り成功回数が2倍)
=0.7×0.89/(0.7×0.89+0.2×0.11)=0.96
と求められる。
算出された尤度=0.96が閾値=0.95を超えたため、該当の位置から直接波を受信していると判定できる。
これにより、位置検出システム1は、アンテナ11を移動させることにより、直接波を受信した場合と反射波を受信した場合とで電波の情報の違いが顕著になることを利用し、位置情報が複数検出された場合にも、直接波の方向を精度良く特定できる。
これにより、位置検出システム1は、容易に取得可能な指標の変化量に基づいて、複数の位置情報の中から効率的に直接波を特定できる。
これにより、位置検出システム1は、複数の位置情報から効率的に直接波を受信している方向を選別できる。
これにより、位置検出システム1は、ノイズが少ない信頼性の高い受信電波を選別し、精度良く直接波の方向を特定できる。
これにより、位置検出システム1は、反射波の影響が相対的に少ない直接波の方向を特定でき、精度良くRFIDタグ30の位置を特定できる。
これにより、位置検出システム1は、効率的に精度良くRFIDタグ30の位置を特定できる。
10 タグリーダ
11 アンテナ
12 第1通信部
13 電波情報検出部
14 第2通信部
15 移動部
20 位置特定装置
21 第3通信部
22 制御部
23 記憶部
24 表示部
25 操作部
30 RFIDタグ
221 位置検出部
222 尤度算出部
223 出力部
Claims (10)
- 記憶媒体との間で、アンテナを介して電波により無線通信を行う通信部と、
前記通信部が受信した電波に基づいて、前記記憶媒体の前記アンテナからの方向を含む位置情報を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記記憶媒体の位置情報が複数である場合に、前記アンテナの位置の移動に応じた、前記通信部が受信した電波に関する情報の変化量に基づいて、複数の前記位置情報それぞれに対応する方向に前記記憶媒体が存在する尤度を算出する算出部と、
前記尤度に基づいて、複数の前記位置情報の中から前記記憶媒体が存在する方向の最有力候補を出力する出力部と、を備える位置検出システム。 - 前記電波に関する情報は、前記通信部が受信した電波の強度、位相、及び単位時間当たりに信号の読み取りに成功した回数のいずれかを含む、請求項1に記載の位置検出システム。
- 前記記憶媒体に対する前記アンテナの位置を移動させる移動部を備える請求項1又は2に記載の位置検出システム。
- 前記移動部は、前記検出部が検出した前記記憶媒体の位置情報が複数である場合に、検出された複数の前記位置情報により示される複数の方向の間の方向に、前記アンテナの位置を移動させる、請求項3に記載の位置検出システム。
- 前記検出部が検出した前記記憶媒体の位置情報が複数である場合に、前記通信部が受信した電波の強度、又は単位時間当たりに信号の読み取りに成功した回数に基づいて、複数の前記位置情報のそれぞれに対応する方向に前記記憶媒体が存在する事前尤度を算出する事前尤度算出部を更に備え、
前記移動部は、前記事前尤度の上位2点の位置と前記アンテナの位置とを結ぶ2つの線分が成す角の間の方向に、前記アンテナの位置を移動させる、請求項4に記載の位置検出システム。 - 前記電波に関する情報は、前記通信部が受信した電波の位相を含み、
前記出力部は、前記アンテナの位置の変化量と、受信した電波の位相の変化量との相関に基づいて、前記最有力候補を出力する、請求項1から5のいずれかに記載の位置検出システム。 - 前記電波に関する情報は、前記通信部が受信した電波の位相を含み、
前記出力部は、前記アンテナの位置の移動に応じた、受信した電波の位相の変化量が理論値と整合するか否かの判定結果に基づいて前記最有力候補を出力する、請求項1から6のいずれかに記載の位置検出システム。 - 前記出力部は、前記アンテナの位置を複数の前記位置情報のそれぞれに対応する方向へ移動させた時に、受信した電波の位相の変化量が前記アンテナの移動距離の、前記電波の波長に対する割合に整合するか否かの判定結果に基づいて前記最有力候補を出力する、請求項7に記載の位置検出システム。
- 記憶媒体との無線通信によりアンテナを介して受信した電波に関する情報を取得する電波情報取得部と、
前記記憶媒体に対する前記アンテナの位置の移動量を取得する移動情報取得部と、
前記電波に関する情報に基づいて、前記記憶媒体の前記アンテナからの方向を含む位置情報を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記記憶媒体の位置情報が複数である場合に、前記アンテナの位置の移動に応じた、前記電波に関する情報の変化量に基づいて、複数の前記位置情報それぞれに対応する方向に前記記憶媒体が存在する尤度を算出する算出部と、
前記尤度に基づいて、複数の前記位置情報の中から前記記憶媒体が存在する方向の最有力候補を出力する出力部と、を備える位置特定装置。 - 請求項9に記載の位置特定装置としてコンピュータを機能させるための位置特定プログラム。
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