JP6817294B2 - 位置測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は比較的広い範囲の測定エリア内での目標物の位置を高精度に特定することができる位置測定装置に関する。
特許文献1にワイヤレス通信システムの位置特定に関する発明が記載されている。この発明は、測定エリアであるセルラーネットワーク内を移動する移動局の位置を特定するものである。
この発明では、前記移動局の位置を、GPSやSPSなどの衛星測位システムで特定することを基本としている。ただし、移動局が建築物の内部やトンネル内を移動していると、衛星測位システムによって移動局の位置を特定できなくなる。この場合には、セルラーネットワークを構成する複数の基地局と移動局とで通信し、移動局が信号伝搬遅延情報を受信することで、移動局の位置を計算するというものである。
特開2015−155909号公報
特許文献1に記載された発明は、衛星測位システムのみならず、既存の携帯電話などの通信システムとして使用されているセルラーネットワークの基地局からの電波を使用することで、移動局の位置の特定の精度を高めるというものである。
この発明では、建築物やトンネル内を移動している移動局の位置を計算可能であるが、移動局は衛星測位システムや基地局との通信のための通信装置を搭載した自動車などに限られており、簡単な移動端末器の位置を特定する技術分野に適するものではない。
また、セルラーネットワークを構成する基地局は、移動局から遠く離れているため、基地局から送られて移動局で受信する信号伝達遅延情報によって基地局の位置をさほど高精度に算出することはできない。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、広い範囲の測定エリア内において目標物の位置を高精度に検知することができる位置測定装置を提供することを目的としている。
本発明は、慣性センサと、前記慣性センサの検知出力に基づいて測位の開始点からの移動履歴を算出する端末制御部と、を含み、測定エリア内で移動する目標物の前記開始点の位置を求める位置測定装置において、
前記測定エリア内で移動する移動ステーションの絶対位置を計測する絶対位置計測手段と、
前記移動ステーションと前記目標物との相対位置を計測する相対位置計測手段と、
を備え、
前記移動ステーションの絶対位置の計測値と、前記相対位置の計測値とから、前記測定エリア内での前記目標物の絶対位置を算出し、
前記測定エリア内での前記目標物の絶対位置と、前記端末制御部で算出された前記移動履歴とから、前記測定エリア内での前記開始点の絶対位置を算出することを特徴とするものである。
本発明の位置測定装置では、前記絶対位置計測手段が、前記移動ステーションに搭載された衛星測位システムである。
本発明の位置測定装置は、前記相対位置計測手段が、前記移動ステーションの向きを検知する方向センサと、前記移動ステーションを基準とした相対座標上での前記目標物の位置を特定する位置特定手段とを有する。
本発明の位置測定装置は、前記位置特定手段が、前記移動ステーションと前記目標物との間に設けられたRF送受信部である。
本発明の位置測定装置は、前記RF送受信部を介して前記移動ステーションと前記目標物とが通信可能な状態となるまでは、前記目標物の移動履歴が、前記目標物が有しているメモリに記録され、前記RF送受信部を介して前記移動ステーションと前記目標物とが通信可能な状態となったら、記録されていた前記目標物の移動履歴が、前記移動ステーションへと送信されることが好ましい。

また本発明の位置測定装置は、前記目標物が、人が保持する移動端末器であり、前記慣性センサで歩数を計測し、前記相対位置計測手段で計測された前記移動ステーションと前記目標物との相対位置と、前記歩数とから前記人の歩幅が算出され、前記歩幅と前記歩数とから、前記相対位置計測手段で計測できなかった領域での前記移動端末器の移動距離が補正されるものとして構成できる。
本発明の位置測定装置は、例えば、前記人は、前記測定エリア内に自動車を運ぶ運転者であり、前記移動ステーションは、自動車から降りた運転者を運ぶ運搬車であり、自動車から降りた運転者が保持する前記移動端末器の位置を計測して、前記自動車の駐車位置を特定する。
本発明は、測定エリア内での移動ステーションの絶対位置を特定し、移動ステーションと目標物との相対位置を算出することで、測定エリア内での目標物の絶対位置を特定している。移動ステーションを目標物に近づけることで、目標物の相対位置を高精度に検知でき、その結果、測定エリア内での目標物の絶対位置を高精度に特定することができる。
さらに、目標物に慣性センサを設けることで、目標物が陰に隠れるなどして移動ステーションから目標物までの相対位置を高精度に検知できないときでも、慣性センサの検知出力から目標物の移動情報を得ることができる。
本発明の位置測定装置の全体構造を示す説明図、 本発明の位置測定装置の移動ステーションと目標物との相対位置を示す説明図、 本発明の位置測定装置のブロック図、 本発明の位置測定装置の基本的な測定動作を示すフローチャート、 本発明の位置測定装置のさらに詳しい測定動作を示すフローチャート、 本発明の位置測定装置のさらに詳しい測定動作を示すフローチャート、
図1に本発明の実施の形態の位置測定装置1の全体構成が示されている。
位置測定装置1は測定エリア2を有している。この測定エリア2は、例えば1km以上広さを有する自動車mの待機場である。測定エリア2には、P1、P2、P3、P4,P5、P6の待機ブロックに分かれている。例えば、輸出を待機する多数の自動車mや、輸入された多数の自動車mが各待機ブロックに規則的に並べられた駐車している。P1、P2、P3、P4,P5、P6の待機ブロックはさらに複数の自動車スペースに区分されており、個々の自動車の駐車スペースにその位置を示す符号が割り当てられている。図2には待機ブロックP3の一部が拡大して示されているが、待機ブロックP3の各駐車スペースに例えばPa、Pb、Pc,Pd、・・・の符号が割り当てられている。
測定エリア2の側方には、搬入エリア3が設けられており、搬入された自動車mが搬入エリア3に次々と停車している。測定エリア2での作業者である運転者(人)Hは、搬入エリア3に停車している自動車mのうちの指定された自動車maに乗車し、運転経路(d)に沿って運転して、その自動車maを指定された駐車スペースに移動させてそこで駐車させる。実施の形態では、図2に示すように、指定された自動車maを、待機ブロックP3の駐車スペースPiに駐車させている。
駐車スペースPiに駐車した自動車maから降りた運転者Hの近くには、移動ステーション(運搬車)Mが移動してきており、運転者Hは他の運転者と共に移動ステーションMに乗車して、搬入エリア3に戻り、再度指定された自動車をいずれかの駐車スペースに移動させる。これを繰り返して作業する。
本発明の実施の形態の位置測定装置1は、どの自動車mが、待機ブロックP1、P2、P3、P4,P5、P6、・・・のどの駐車スペースに駐車しているかを認識し、測定エリア2の全体の管理を行う。
図3には、位置測定装置1を構成する各部の構成ブロック図が示されている。
図1に示すように、搬入エリア3の近くに固定ステーション10が設けられている。測定エリア2に、直交座標(X−Y座標)である平面的な絶対座標(Abs)が設定されている。絶対座標(Abs)の原点(基準位置)は、どの位置にも設定可能であるが、実施の形態では、絶対座標(Abs)の原点(基準位置)が、固定ステーション10内の所定の位置に設定されている。
図3に示すように、固定ステーション10には、固定制御部11が設けられている。固定制御部11は、測定エリア2の全体を管理するものであり、CPUとメモリを主体として構成されている。固定ステーション10には、移動ステーションMとの間で交信する通信装置12が搭載されている。
運転者Hは、移動端末器(Tag)20と、バーコードリーダ13および前記バーコードリーダ13に付随する通信装置24を携帯する。移動端末器20にはバーコード15が付されており、運転者Hは、移動端末器20を携帯するときに、バーコードリーダ13でバーコード15を読み取る。搬入エリア3に搬入されたそれぞれの自動車mにも、バーコード14が割り当てられている。移動端末器20を保持した運転者Hが搬入エリア3にある指定された自動車maに乗る際に、運転者Hが保持しているバーコードリーダ13で、自動車maのバーコード14を読み取る。
バーコードリーダ13で読まれた、移動端末器20のバーコード15の符号および指定された自動車maのバーコード14の符号は、運転者Hが携帯している通信装置24から固定ステーション10の通信装置12に送信される。これら符号は通信装置12から固定制御部11に通知され、固定制御部11において移動端末器20と自動車mとが関連付けられる。
移動端末器(Tag)20は、位置測定装置1で位置を測定する「目標物」である。運転者Hが自動車maをいずれかの駐車スペースに移動させ、運転者Hが自動車maから降りたときに、運転者Hが保持する移動端末器20の位置が、測定エリア2に設定された絶対座標(Abs)上の絶対位置として特定される。これにより、指定の自動車maが、多数の駐車スペースのうちのどこに駐車したかを、固定制御部11において管理することができる。
移動端末器20は、それぞれの自動車mに対して一対一の関係で使用されてもよいし、一人の運転者Hが何台もの自動車mを移動させる間に、同じ移動端末器20を持ち続けてもよい。
図3に示すように、移動ステーションMには、移動制御部31が設けられている。移動制御部31はCPUとメモリを主体として構成されている。移動制御部31によって、移動ステーションMを基準とした平面的な直交座標(X−Y座標)が、相対座標(Rel)として設定されている。相対座標(Rel)の原点は、例えば移動ステーション(運搬車)M内に設定され、例えばX軸が移動ステーションMの進行方向の前方に向けて設定され、Y軸が進行方向と直交する向きに設定されている。
移動ステーションMには通信装置32が設けられ、通信装置32と通信装置12との交信によって、移動ステーションMから固定ステーション10に各種情報が送信される。通信装置12、32は、RF通信装置やマイクロ波通信装置などである。
移動ステーションMには、絶対位置計測手段であるGPSモジュール33が搭載されている。GPSモジュールは衛星測位システムの一部として設けられている。この衛星測位システムはSPSシステムであってもよい。図1に示すように、計測エリア2の内部に固定局40が設けられ、この固定局40に参照用のGPSモジュール42が設けられている。複数のGPS衛星41からの測位電波は、移動ステーションMに搭載されたGPSモジュール33と、参照用のGPSモジュール42の双方で検知される。
参照用のGPSモジュール42で検出されて演算された座標位置情報は、移動制御部31と固定制御部11の少なくとも一方に送られる。移動制御部31または固定制御部11では、移動ステーションMに搭載されたGPSモジュールで検出されて演算された座標位置情報と、参照用のGPSモジュール42で検出されて演算された座標位置情報とから、移動ステーションMの絶対座標(Abs)上での座標位置が高精度に算出される。移動制御部31で演算された座標位置情報は、通信装置32,12を使用して固定制御部11に送られる。
図3に示すように、移動ステーションMには、車速センサ34と慣性センサ35が搭載されている。慣性センサ35は角速度を検知するジャイロセンサであり、方向センサとしても機能する。車速センサ34と慣性センサ35は、絶対位置計測手段の一部として機能し、GPSモジュール33で検知された絶対座標(Abs)での移動ステーションMの移動位置や向きの情報が、車速センサ34と慣性センサ35からの検知出力で補正される。
移動ステーションMには、複数のRF送受信部36が設けられている。RF送受信部36と前記慣性センサ(方向センサ)35とで、相対位置計測手段が構成されている。相対位置計測手段として使用される慣性センサ(方向センサ)35としては、前記ジャイロセンサの他に、地磁気センサを使用することも可能である。
図1と図2に示すように、複数のRF送受信部36のアンテナ36aは、移動ステーションMである運搬車上において、なるべく離れた位置に取付けられている。
目標物である移動端末器(Tag)20に、1個のRF送受信部21が設けられている。移動ステーションMに設けられた複数のRF送受信部36から計測信号が発せられると、これを検知した移動端末器20のRF送受信部21から応答信号が発せられる。移動ステーションMのRF送受信部36から発せられる計測信号は正弦波のアナログ信号であり、移動端末器20のRF送受信部21は、受信した計測信号をそのまま反射させて応答信号として送信する。移動ステーションMに設けられたそれぞれのRF送受信部36では、送信した計測信号と、受信した応答信号との位相差(時間差)から、個々のRF送受信部36からRF送受信部21までの距離が計測される。
距離の計測は複数のRF送受信部36で行われ、その計測値が移動制御部31に与えられる。移動制御部31は、RF送受信部36で得られた複数の計測値から、移動ステーションMに設定されている相対座標(Rel)上での移動端末器20の相対位置を算出する。すなわち、RF送受信部36とRF送受信部21とで、相対位置を計測するための位置特定手段が構成されている。
図3に示すように、移動ステーションMの搭乗口にもバーコード16が付されている。指定された自動車maから降りた運転者Hが、移動ステーションMに搭乗するときに、携帯しているバーコードリーダ13でバーコード16が読み取られる。このバーコード16の符号は、通信装置24から固定ステーション10の通信装置12に送信され、さらに固定制御部11に通知されて、運転者Hが携帯している移動端末器20と移動ステーションMとが関連付けられる。
図3に示すように、移動端末器20には、端末制御部23と慣性センサ22が搭載されている。端末制御部23はCPUとメモリを主体として構成されている。慣性センサ22は、方向センサとして機能するジャイロセンサ、姿勢センサとして機能する地磁気センサ、歩数センサとして機能する加速度センサなどである。さらに気圧センサを備えてもよい。これらセンサで測定された各種情報は、RF送受信部21,36あるいは他の通信手段を使用して移動制御部31に与えられる。
次に、前記位置測定装置1における目標物である移動端末器20の位置を計測する動作について説明する。
図4以下のフローチャートでは、各ステップを(ST)の符号で示している。また、図4ないし図6では、図示右側に各ステップ(ST)に対応した移動ステーションMや移動端末器20の動作が模式的に記載されている。
図4には、測定エリア2内での移動端末器(目標物)20の絶対位置を計測する基本的な動作が示されている。
運転者Hが指定の自動車maを運転して、測定エリア2のいずれかの駐車スペースへ移動しているときに、移動ステーションMが、移動中の自動車maの駐車が予定されている駐車スペースの近くに移動して停車する。
移動ステーションMが停車すると、図4のST0で測位が開始される。この計測動作では、ST1において、移動ステーションMに搭載されている絶対位置計測手段を構成しているGPSモジュール33、慣性センサ35および車速センサ34からの検知出力が移動制御部31に与えられる。移動制御部31で、これらの検知出力から、固定ステーション10内の所定位置を原点(基準位置)とした絶対座標(Abs)上における移動ステーションMの絶対位置(絶対座標位置)が算出される。
ST2では、移動ステーションMを基準として設定されている相対座標(Rel)上での目標物すなわち移動端末器20の相対位置が算出される。
相対位置の計測は、相対位置計測手段である移動ステーションMに搭載されたRF送受信部36と、移動端末器20のRF送受信部21との間で行われる。移動端末器20を保持した運転者Hが自動車maを運転している間は、移動ステーションMのRF送受信部36によって車室内に有る移動端末器20の存在を検知することができない。自動車maが所定の駐車スペースに移動して駐車が完了し、運転者Hが降車したときに、移動端末器20のRF送受信部21から発せられた応答信号を移動ステーションMのRF送受信部36で検知できるようになる。このとき、複数のRF送受信部36からRF送受信部21までの距離を計測することで、移動ステーションMを基準として設定されている相対座標(Rel)上での目標物すなわち移動端末器20の相対位置を算出できるようになる。
相対位置計測手段の計測に基づいて、移動ステーションMの移動制御部31では、駐車後の自動車maから降りた運転者Hが移動ステーションMまで移動するときの歩行経路(w)(図1参照)を、相対座標(Rel)上の軌跡として算出することができる。
図4に示すST3では、移動ステーションMの向き(姿勢)を検知する。ここでは、相対位置計測手段の一部である慣性センサ(方向センサ)35によって、移動ステーションMの向きを検出し、計測エリア2に設定されている絶対座標(Abs)に対する、移動ステーションMを基準として設定されている相対座標(Rel)の傾き角度θを算出する。
ST4では、絶対座標(Abs)内で、相対座標(Rel)を原点を起点としてθだけ回転させて、相対座標(Rel)を絶対座標(Abs)上に位置づけする。これにより、絶対座標(Abs)内における運転者Hの歩行経路(w)を求めることができる。よって、ST5では、歩行経路(w)の始点を、自動車maの駐車位置として検出できる。
これらの算出結果は、通信装置32,12の交信により、移動ステーションMから固定ステーション10に送信され、固定制御部11で、指定された自動車maが所定の駐車スペース(例えばPi)に駐車したことを認識し、記録することができる。
なお、図4において、先にST3を実行して絶対座標(Abs)上での移動ステーションMを向きを検出し、これと同時にまたはその後に、ST2を実行して相対座標(Rel)上での移動端末器20の相対位置を計測してもよい。
図5には、測定エリア2内での移動端末器(目標物)20の絶対位置を計測するさらに詳細な動作が示されている。
図2と図5には、駐車した自動車maから降りた運転者Hの歩行経路(w)が、区間Dと区間Lとで示されている。区間Dは、移動ステーションMから見たときに、降車して歩いている運転者Hが、並んで駐車している多数の自動車mの陰となって、RF送受信部21,36の通信精度が劣化し、移動端末器20の相対位置を正確に計測できない範囲を示している。区間Lは、運転者Hが移動ステーションMとの間に障害物が存在しない位置へ移動し、RF送受信部21,36で移動端末器20の相対位置を正確に把握できているときの範囲を示している。
図4で説明した計測の基本動作を実行していると、運転者Hが区間Dを抜けて区間Lに差し掛かったときに、ST2において移動端末器20の検知が可能になる。そのため、区間Dと区間Lの境界部が、自動車の駐車位置であると誤認識されるおそれがある。そこで、図4の測定処理動作に加えて図5に示す測定処理動作を行うことで、自動車maの駐車位置を常に正確に測定できるようになる。
図5の測位処理ST10は、移動端末器20の内部処理として行われる。
図5に示すST11では、運転者Hが自動車maから降りたことを検知する。この検知は、移動端末器20に搭載されている慣性センサ22や気圧センサを使用して行われる。運転者Hが運転席での座位姿勢から車外で立ち上がった姿勢となったときの姿勢変化が地磁気センサなどの姿勢センサで検知される。または、運転者Hが車外に出て地面に降り立ったときの加速度の変化が加速度センサ(歩数センサ)で検知される。または、移動端末器20が車室内から車外へ出たときの気圧の変化が気圧センサで検知される。端末制御部23では、前記各センサの少なくとも1つからの検知出力に基づいて、運転者Hが自動車maから降りたことを検知する。
ST12では、運転者Hが自動車maから降りたことを検知した後に、運転者Hの区間Dでの移動履歴が算出される。この移動履歴は、移動端末器20に搭載されている慣性センサ22の方向センサ(ジャイロセンサ)や姿勢センサ(地磁気センサ)または歩数センサ(加速度センサ)の検知出力に基づいて、端末制御部23で算出される。なお、運転者Hの歩幅を予め固定値として保持しておき、歩数センサによる歩数の計算値と歩幅の値とから歩行距離を算出する。
ST12では、継続的に計測される区間Dの移動履歴を、メモリに順次記憶しておく。
RF送受信部21でRF送受信部36からの計測信号を受信でき、RF送受信部36でRF送受信部21から応答信号を受信できる状態となったら、ST13に移行する。ここで、図4に示した測位開始(ST0)となり、既に説明したステップST1,ST2,ST4を経て、ST5で絶対座標(Abs)上での移動端末器20の位置を特定できる。RF送受信部21,36を使用して移動端末器20の移動履歴を算出できるのは区間Lに限られる。
そこで、ST14では、端末制御部23のメモリに記録されていた区間Dの移動履歴がRF送受信部21,36または他の通信手段を経て移動制御部31に送られる。移動制御部31では、送られてきた区間Dの移動履歴をさかのぼって、区間Dの始点である自動車maの駐車スペース(Pi)の位置を特定する(ST15)。この駐車位置情報は、通信装置32,12を使用して固定ステーション10の固定制御部11に送られる。
図6には、測定エリア2内での移動端末器(目標物)20の絶対位置をさらに正確に計測するための処理動作が示されている。
図6の測位処理ST20では、ST11からST14までが、図5の処理動作と同じである。すなわち、ST11で、運転者Hが自動車maから降りたことを検知すると、ST12では、RF送受信部21,36で計測できない区間Dにおいて、運転者Hの移動履歴を算出してメモリに記憶する。この移動履歴の算出には、方向センサと姿勢センサからの検知出力が使用され、さらに歩数センサで歩数が計測される。
ST14において、RF送受信部21,36で計測信号と応答信号の通信が開始されると、その後の区間Eでは、RF送受信部21,36の通信によって、運転者Hの歩行経路が高精度に検知されて算出される。
ST21では、運転者Hが区間Eを歩行して移動ステーションMに向かう間に、移動端末器20の歩数センサを使用して、区間Eでの歩数を計測する。そして、(RF送受信部21,36で計測された区間Eでの移動端末器20の移動距離)÷(歩数センサで計測された歩数)から、運転者Hの歩幅を算出する。
図6に示すST22では、図5に示すST14と同様に、既に計測された区間Dの移動履歴をさかのぼって、運転者Hが自動車maから降りた位置を特定する。このとき、ST12において計測されていた区間Dでの歩数に、ST21で算出された歩幅を乗算することで、区間Dの運転者Hの移動距離を正確に算出できる。
これによりST23において、運転者Hが自動車maから降りた位置を正確に把握できる。
1 位置測定装置
2 測定エリア
10 固定ステーション
13 バーコードリーダ
20 移動端末器
21,36 RF送受信部
22,35 完成センサ
33 GPSモジュール
Abs 絶対座標
Rel 相対座標
H 運転者
M 移動ステーション
m 自動車

Claims (7)

  1. 慣性センサと、前記慣性センサの検知出力に基づいて測位の開始点からの移動履歴を算出する端末制御部と、を含み、測定エリア内で移動する目標物の前記開始点の位置を求める位置測定装置において、
    前記測定エリア内で移動する移動ステーションの絶対位置を計測する絶対位置計測手段と、
    前記移動ステーションと前記目標物との相対位置を計測する相対位置計測手段と、
    を備え、
    前記移動ステーションの絶対位置の計測値と、前記相対位置の計測値とから、前記測定エリア内での前記目標物の絶対位置を算出し、
    前記測定エリア内での前記目標物の絶対位置と、前記端末制御部で算出された前記移動履歴とから、前記測定エリア内での前記開始点の絶対位置を算出することを特徴とする位置測定装置。
  2. 前記絶対位置計測手段は、前記移動ステーションに搭載された衛星測位システムである請求項1記載の位置測定装置。
  3. 前記相対位置計測手段は、前記移動ステーションの向きを検知する方向センサと、前記移動ステーションを基準とした相対座標上での前記目標物の位置を特定する位置特定手段とを有する請求項1または2記載の位置測定装置。
  4. 前記位置特定手段は、前記移動ステーションと前記目標物との間に設けられたRF送受信部である請求項3記載の位置測定装置。
  5. 前記RF送受信部を介して前記移動ステーションと前記目標物とが通信可能な状態となるまでは、前記目標物の移動履歴が、前記目標物が有しているメモリに記録され、前記RF送受信部を介して前記移動ステーションと前記目標物とが通信可能な状態となったら、記録されていた前記目標物の移動履歴が、前記移動ステーションへと送信される請求項4記載の位置測定装置。
  6. 前記目標物は、人が保持する移動端末器であり、前記慣性センサで歩数を計測し、前記相対位置計測手段で計測された前記移動ステーションと前記目標物との相対位置と、前記歩数とから前記人の歩幅が算出され、
    前記歩幅と前記歩数とから、前記相対位置計測手段で計測できなかった領域での前記移動端末器の移動距離が補正される請求項1ないし5のいずれかに記載の位置測定装置。
  7. 前記人は、前記測定エリア内に自動車を運ぶ運転者であり、前記移動ステーションは、自動車から降りた運転者を運ぶ運搬車であり、自動車から降りた運転者が保持する前記移動端末器の位置を計測して、前記自動車の駐車位置を特定する請求項6記載の位置測定装置。
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