JP7201102B2 - 位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、位置検出装置及び位置検出方法に関し、特に光ファイバセンシングを用いた移動体の位置検出装置及び位置検出方法に関する。
光ファイバセンシングは、光ファイバを振動や音、歪み又は温度のセンサとして使用する技術である。光ファイバセンシングは、重要施設における侵入検知、自動車の交通流監視、パイプラインの漏洩検知等の領域で利用される。さらに、建物内を監視するシステムへの光ファイバセンシングの適用が検討されている。光ファイバセンシングの建物内の監視への応用の一つとして、移動体（例えば人）の位置の監視がある。
通常、建物内の監視はカメラを用いて行われる。しかし、建物の構造や建物内の設置物によりカメラには死角が生じることがある。このため、カメラの死角を補完する技術として光ファイバセンシングが利用できる。また、光ファイバセンシングは、プライバシー保護のためにカメラを利用できない場所や不充分な照明によりカメラの画像の品質が低下する場所の監視にも有用である。
光ファイバセンシングによる建物の監視には、光ファイバが収納された光ファイバケーブル（以下、「光ケーブル」という。）が利用される。移動体がどのように動いているかを知るために、移動体の動きに合わせて発生する振動や音を建物内に敷設された光ケーブルで検出し、振動や音の発生源（すなわち移動体）の位置を監視する。このために、移動体の移動経路に合わせて光ケーブルが敷設される。
本発明に関連して、特許文献１には、構造物に印加された負荷に対応するひずみや変位量を検出する光ファイバセンサシステムが記載されている。また、特許文献２には、軌道内に設置された光ファイバにより侵入者を検知する侵入検知システムが記載されている。
特開２００７－１９８７５６号公報 特開２００５－３４９８９２号公報
移動体の位置を検出するために建物内に敷設された光ケーブルを利用する場合、建物の構造に加えて光ケーブルの敷設構造、空調装置の振動等の環境の状態によって光ケーブルへの振動や音の伝搬状況が変わる。例えば、建物の床や壁に同じ振動を加えた場合でも、振動を加える位置によって光ケーブルへ伝わる振動の強弱が変化する場合がある。その結果、あまり移動体から強い振動を受けていない場所でも、光ケーブルにおいて強い振動が検知される可能性がある。逆に、移動体により強い振動が発生したにもかかわらず、弱い振動が光ケーブルで検知される可能性もある。これらは、検出された移動体の位置の誤差の原因となる。振動によって移動体の動きを監視するシステムにおいてこのような誤差が大きいと、移動体の位置の検出精度が低下する恐れがある。
（発明の目的）
本発明の目的は、光ファイバセンサを用いた位置検出システムにおいて、移動体の位置の検出精度が低下する場合があるという課題を解決するための技術を提供することにある。
本発明の位置検出装置は、移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路に光パルスを送出する送信手段と、前記光伝送路において前記光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出する検出手段と、前記後方散乱光の強度と前記後方散乱光の発生位置を算出するデータ処理手段と、前記データ処理手段の処理結果を保存する記憶手段と、前記移動体の移動範囲に基づいて前記移動体の位置の探索範囲を導出する探索範囲導出手段と、前記探索範囲内における前記強度の変動が最大値となる前記発生位置を抽出し、抽出された前記発生位置を前記記憶手段に保存させる最大値抽出手段と、前記抽出の結果を前記移動体の位置と関連づけて出力する出力手段と、を含む。
本発明の位置検出方法は、移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路に光パルスを送出し、前記光伝送路において前記光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出し、前記後方散乱光の強度と前記後方散乱光の発生位置を算出し、前記移動体の移動範囲に基づいて前記移動体の位置の探索範囲を導出し、前記探索範囲内における前記強度の変動が最大値となる前記発生位置を抽出し、前記抽出の結果を前記移動体の位置と関連づけて出力する、ことを含む。
本発明の記録媒体は、コンピュータに、移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路に光パルスを送出する手順、前記光伝送路において前記光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出する手順、前記後方散乱光の強度と前記後方散乱光の発生位置を算出する手順、前記移動体の移動範囲に基づいて前記移動体の位置の探索範囲を導出する手順、前記探索範囲内における前記強度の変動が最大値となる前記発生位置を抽出数手順、前記抽出の結果を前記移動体の位置と関連づけて出力する手順、を実行させるためのプログラムを記録する。
本発明は、光ファイバセンサを用いた位置検出システムにおいて、移動体の位置の検出精度の低下を抑制できる。
第１の実施形態の位置検出システム１０の構成例を示すブロック図である。 位置検出装置１２の動作例の流れ図である。 光ケーブル１１に沿って移動体が移動する状況を例示する図である。 理想的に振動が検知される場合の変動量データの例を示す図である。 振動が検知される実際の場合の変動量データの例を示す図である。 探索範囲に基づく移動体の位置検出について説明する図である。 探索範囲に基づく移動体の位置検出について説明する図である。 第２の実施形態の位置検出システム２０の構成例を示すブロック図である。 位置検出装置１２Ａの動作例の流れ図である。 探索範囲を位置方向に拡大する処理の例を示す図である。 探索範囲を時間方向に拡大する処理の例を示す図である。 第３の実施形態の位置検出システム３０の構成例を示すブロック図である。 位置検出装置１２Ｂの動作例の流れ図である。 第４の実施形態の位置検出システム４０の構成例を示すブロック図である。 位置検出装置１２Ｃの動作例の流れ図である。 第５の実施形態の位置検出システム５０の適用例を示す図である。 第５の実施形態の位置検出システム５０の構成例を示すブロック図である。 位置検出装置１２Ｄの動作例の流れ図である。 第６の実施形態の位置検出装置６０の構成例を示すブロック図である。 位置検出装置６０の動作例の流れ図である。
本発明の実施形態について以下に説明する。各図面内の矢印は実施形態における信号又は処理の方向を説明するために例として付したものであり、方向の限定を意味しない。各図面において既出の要素には同一の名称及び参照符号を付すとともに、各実施形態において重複する説明は省略する。
［第１の実施形態］
［構成］
図１は、本発明の第１の実施形態の位置検出システム１０の構成例を表すブロック図である。位置検出システム１０は光ファイバセンシングによって移動体の位置を検出する。位置検出システム１０は、光ケーブル１１及び位置検出装置１２を備える。光ケーブル１１は、少なくとも１本の光ファイバが格納されたケーブルである。光ケーブル１１には、移動体の移動によって生じる建物の振動が伝わる。位置検出システム１０は、光ファイバに入力した光パルスの戻り光を用いて、光ケーブル１１に印加された振動及びその時間的な変動を、振動が印加された位置と対応させて検出する。
位置検出装置１２は、送信部１３、サーキュレータ１４、受信部１５、及び出力部１８を備える。受信部１５は、検出器１６、データ処理部１７、メモリ１９、探索範囲導出部１１０、平均化処理部１１１、及び最大値抽出部１１２を備える。
送信部１３は光パルスを生成し、生成した光パルスをサーキュレータ１４へ所定の間隔で繰り返し出力する。サーキュレータ１４は３ポートの光デバイスである。サーキュレータ１４の各ポートは、それぞれ、送信部１３、受信部１５、光ケーブル１１と、例えば光ファイバ又は光導波路によって接続される。サーキュレータ１４は、送信部１３が出力した光パルスを光ケーブル１１へ出力する。また、サーキュレータ１４は、光ケーブル１１から入力された光を受信部１５へ出力する。光ケーブル１１は、光伝送路の一例である。送信部１３は、光伝送路に光パルスを送出する送信手段を担う。
［動作］
図２は、位置検出装置１２の動作例の流れ図である。位置検出装置１２の動作について図１及び図２を用いて説明する。
送信部１３が出力した光パルスは、サーキュレータ１４を経由して光ケーブル１１へ出力される。複数の光ファイバが光ケーブル１１に格納されている場合、少なくとも１本の光ファイバに光パルスが入力される。
光ケーブル１１を光パルスが伝搬すると、光パルスが伝搬する光ファイバにおいてレイリー散乱によって後方散乱光が生じる。後方散乱の発生時に光ケーブル１１に振動が加えられると光ファイバのパラメータ（例えば屈折率）が変化する。その結果、振動が加えられた位置において発生する後方散乱光の強度が変化する。
サーキュレータ１４は、光ケーブル１１から戻ってくる後方散乱光を、検出器１６へ出力する。検出器１６は、検出した後方散乱光をアナログ電気信号へ変換し、当該電気信号をデータ処理部１７へ出力する。検出器１６は光電変換素子であり、例えばフォトダイオードである。検出器１６は、光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出する検出手段を担う。
データ処理部１７は、入力された電気信号をデジタル信号に変換し、光ケーブル１１に加えられた振動による光強度の変動量及びその発生位置を算出する。データ処理部１７は、例えば、アナログデジタル変換回路及び信号処理回路を備える電気回路である。データ処理部１７は、後方散乱光の強度と後方散乱光の発生位置とを算出するデータ処理手段を担う。
送信部１３で生成された長さＴの光パルスが光ケーブル１１に入力されると、検出器１６は、光ケーブル１１内で生じた後方散乱光を検出する。光パルスが光ケーブル１１を伝搬中は後方散乱光が生じるため、１個のパルスによる後方散乱光が受信部１５で受信される期間は光パルス幅Ｔよりも長い。光パルスの送信時刻をＴ０、後方散乱光のある時点の検出器１６での検出時刻をＴ１とし、位置検出装置１２内部の伝搬時間を無視すると、後方散乱光の発生位置までの距離は送信時刻Ｔ０から検出時刻Ｔ１までの間の光の伝搬距離の半分として求めることができる。
検出器１６において後方散乱光が重複して検出されない程度の間隔で、検出器１６は光パルスを連続して送信する。データ処理部１７は、光パルス毎に、後方散乱光の強度を後方散乱光の検出時刻と関連づけて測定する。これにより、データ処理部１７は後方散乱光の強度の時間的な変動量を含む変動量データを後方散乱光の発生位置と対応付けて算出することができる。
メモリ１９は、算出された変動量データをその発生位置と対応付けて一定時間蓄積する（図２のステップＳ０１）。メモリ１９には、移動体の初期位置が移動体の現在位置として保存される。メモリ１９は、データ処理部１７の処理結果を保存する記憶手段を担う。メモリ１９は、例えば半導体メモリである。移動体の初期位置は、光ケーブル１１が敷設された区域の起点（例えば、当該区域の入口）を移動体が通過する際に生じる振動の位置である。
探索範囲導出部１１０は、メモリ１９が変動量データを蓄積した時間の間に移動体が現在位置から移動可能な区域（探索範囲）を導出する（Ｓ０２）。位置検出システム１０の管理者は、移動体の移動速度をメモリ１９にあらかじめ保存してもよい。この場合、探索範囲導出部１１０は、メモリ１９に保存された移動速度とメモリ１９の変動量データの蓄積時間との積として探索範囲を求めてもよい。あるいは、探索範囲があらかじめメモリ１９に保存されてもよい。そして、探索範囲導出部１１０は、メモリ１９に蓄積された変動量データから、探索範囲内の変動量データだけを抽出する（Ｓ０３）。探索範囲導出部１１０は、抽出された変動量データを平均化処理部１１１へ出力する。探索範囲導出部１１０は、移動体の移動範囲に基づいて移動体の位置の探索範囲を導出する探索範囲導出手段を担う。
平均化処理部１１１は、探索範囲導出部１１０から入力された探索範囲内の変動量データにおいて、まず、所定の期間毎の後方散乱光の強度の平均値ＭがＭ１となるように、後方散乱光の強度に一定の値を加減する。この処理を蓄積時間内の他の期間においても実施する。その後、平均化処理部１１１は、光ケーブル１１上での位置毎に、後方散乱光の強度の平均値がＭ２となるように、それぞれの位置毎に変動量に一定の値を加減する。この操作を「平均化」と呼ぶ（Ｓ０４）。なお、Ｍ１及びＭ２は任意の定数であり、平均化処理部１１１及び最大値抽出部１１２における処理が可能な値に設定できる。Ｍ１は時刻毎に異なっていてもよい。Ｍ２は位置毎に異なっていてもよい。平均化を実施する時刻及び位置の細かさは限定されない。平均化処理部１１１は、平均化された変動量データを最大値抽出部１１２へ出力する。平均化処理部１１１は、平均化手段の一例である。平均化手段は、探索範囲に含まれる強度の平均値を揃えて出力する機能を担う。
最大値抽出部１１２は、平均化処理部１１１から入力された、平均化された変動量データの中で、後方散乱光の強度の変動量が最大の値となる光ケーブル１１上の位置を取得する（Ｓ０５）。この位置は、光ケーブル１１が敷設された区域の起点からの距離として表現されてもよい。そして、最大値抽出部１１２は、メモリ１９に保存された移動体の現在位置を、取得した位置と置き換える（Ｓ０６）。メモリ１９は、移動体の現在位置が更新された場合には蓄積された変動量データ及びその発生位置をすべて削除し、新たにデータ処理部１７で算出された変動量データとその発生位置の蓄積を開始する。最大値抽出部１１２は、最大値抽出手段の一例である。最大値抽出手段は、探索範囲内における後方散乱光の強度の変動が最大値となる光ケーブル１１上の位置を抽出し、抽出された位置を記憶手段に保存させる機能を担う。
出力部１８は、移動体の実際の位置と光ケーブル１１上での位置を対応付ける。移動体の実際の位置は、光ケーブル１１が部屋の床下に敷設されている場合には、その床上の位置とすることができる。出力部１８は、メモリ１９に保存された光ケーブル１１上での移動体の現在位置から実環境上での位置を導出し、その位置を移動体の位置として外部に出力する。移動体の実際の位置と光ケーブル１１上での位置との対応は、出力部１８又はメモリ１９に保存されてもよい。出力部１８は、最大値抽出手段の抽出の結果を移動体の位置と関連づけて出力する出力手段を担う。
図３は、光ケーブル１１に沿って移動体が移動する状況を例示する図である。図４は、理想的に振動が検知される場合の変動量データの例を示す図である。図５は、振動が検知される実際の場合の変動量データの例を示す図である。図４－図７、図１０及び図１１では、検出された光強度の変動量が大きい時刻・位置ほど白く（明るく）記載される。また、これらの図面において縦軸は時刻を示し、横軸は位置検出装置１２を原点とする光ケーブル１１上の位置を示す。
図３のように移動体（人）が光ケーブル１１に沿った通路を移動する場合、理想的には図４のように移動体の位置Ａ－Ｅとその時の時刻Ｔａ－Ｔｅが一致する点で移動体の振動が検知される。しかしながら、光ケーブル１１の敷設状況によっては図５に示すように時刻Ｔｂにおいて位置Ｂ、位置Ｄの２箇所で振動が検知されたり、時刻Ｔｃにおいて振動が検知されなかったりする場合がある。このような状況では移動体の位置を正確に把握できない。
図６及び図７は、探索範囲に基づく移動体の位置検出について説明する図である。図６の位置Ａ、位置Ｂ及び図７の位置Ａ－Ｃの黒い丸印は、その位置及び時刻において変動量が最大となるため、その位置が移動体の位置として判断され得ることを示す。図５では位置Ｂの時間Ｔｂにおける変動量は位置Ａ、位置Ｄ、位置Ｅと比較して小さい。図６は、探索範囲を制限することで、位置Ｄ、位置Ｅの変動量データの影響を受けず、時刻Ｔｂにおける移動体の位置Ｂを検出できることを示す。図７は、図６で検出された位置Ｂに基づいて、さらに時刻Ｔｃにおける移動体の位置Ｃを検出できることを示す。
［効果］
位置検出システム１０は、移動体の位置の探索範囲を、変動量データの蓄積時間内で移動体が移動可能な範囲に制限する。そして、その時間内に蓄積された変動量データの平均化処理を行い、その範囲内において後方散乱光の強度の変動量が最大となる変動が移動体の移動に伴い発生する振動に対応すると判断する。このようにすることで、例えば光ファイバケーブルの取り付け状態や建物の構造による共振に起因して強く検知された振動の影響を低減できる。また、平均化処理によって、振動の変動量の比較が容易となる。
すなわち、本実施形態の位置検出システム１０は、移動体の位置の検出精度の低下を抑制できる。
上述の説明においては、探索範囲内の最大値の位置を移動体の位置とする例を示した。しかし、探索範囲内において複数の振動を独立に検出し、それぞれの振動毎の最大値の位置を抽出して、それぞれに対応する次の移動位置を発見できたものを移動体の現在位置としてもよい。このようにすることで、探索範囲内で複数の振動が検出された場合でも移動体の監視が可能となる。
［第２の実施形態］
［構成］
図８に第２の実施形態の位置検出システム２０の構成例を表すブロック図を示す。図９に、位置検出装置１２Ａの動作例の流れ図を示す。
位置検出システム２０は、光ケーブル１１及び位置検出装置１２Ａを備える。位置検出装置１２Ａは、送信部１３、サーキュレータ１４、受信部１５Ａ、及び出力部１８を備える。受信部１５Ａは、図１に示した受信部１５と比較して、平均化処理部１１１を備えず、閾値判断部１１３を備える点で相違する。位置検出システム２０のそれ以外の構成要素の構成及び機能は位置検出システム１０と同様である。また、第１の実施形態と重複する説明は適宜省略する。
［動作］
位置検出装置１２Ａの動作について図８及び図９を用いて説明する。送信部１３から出力される光パルスは、サーキュレータ１４へ出力される。サーキュレータ１４は、送信部１３が送信した光パルスを光ケーブル１１へ出力する。サーキュレータ１４は、光ケーブル１１から戻る後方散乱光を検出器１６へ出力する。検出器１６は、検出した後方散乱光をアナログ電気信号へ変換し、当該電気信号をデータ処理部１７へ出力する。データ処理部１７は、入力された電気信号をデジタル信号に変換し、光ケーブル１１に加えられた振動による後方散乱光の強度の変動量及びその発生位置を算出する。
メモリ１９は、算出された変動量データをその発生位置と対応付けて一定時間蓄積する（図９のステップＳ１１）。メモリ１９には、移動体の初期位置が移動体の現在位置として保存される。
探索範囲導出部１１０は、変動量データを蓄積した時間の間に移動体が現在位置から移動可能な区域（探索範囲）を導出し（Ｓ１２）、探索範囲内の変動量データだけを抽出する（Ｓ１３）。探索範囲の導出は、データの蓄積時間と移動体の移動速度の積として求めてもよい。最大値抽出部１１２は、抽出された変動量データの中で、後方散乱光の強度の変動量の最大値及びその最大値に対応する光ケーブル１１上の位置を取得して（Ｓ１４）、これらを閾値判断部１１３へ出力する。
閾値判断部１１３には、後方散乱光の強度の変動量の最大値及びその最大値に対応する光ケーブル１１上の位置が最大値抽出部１１２から入力される。閾値判断部１１３は、あらかじめ設定された閾値と探索範囲内の変動量の最大値を比較する（Ｓ１５）。位置検出システム２０の管理者は、閾値をメモリ１９に保存してもよい。この場合、閾値判断部１１３はメモリ１９から閾値を読み出す。最大値が閾値を超えていれば（Ｓ１５：ＹＥＳ）、閾値判断部１１３は、最大値に対応する位置をメモリ１９へ出力し、メモリ１９に保存された移動体の現在位置を最大値に対応する位置と置き換える（Ｓ１６）。最大値が閾値を超えていなければ（Ｓ１５：ＮＯ）、探索範囲導出部１１０は、探索範囲を拡大して探索の手順を繰り返す（Ｓ１７）。メモリ１９は、ステップＳ１６において移動体の現在位置が更新されると、蓄積された変動量データ及びその発生位置をすべて削除し、新たにデータ処理部１７で算出された変動量データとその発生位置の蓄積を開始する（Ｓ１１）。
出力部１８は、移動体の実際の位置と光ケーブル１１上での位置を対応付ける。出力部１８は、メモリ１９に保存された光ケーブル１１上での移動体の現在位置から実環境上での位置を導出し、その位置を移動体の位置として外部に出力する。
図１０は、探索範囲を位置方向に拡大する処理を説明する図である。図３－図７と同様に、横軸は光ケーブル１１上の位置、縦軸は時刻である。図１０の（Ａ）では、探索範囲が狭いため、変動量の最大値が閾値を超えた位置が検出されない。しかし、図１０の（Ｂ）のように探索範囲を位置方向に地点Ｄまで広げることで、地点Ｄを移動体の位置と判断することができる。
図１１は、探索範囲を時間方向に拡大する処理を説明する図である。図１１では、探索範囲を位置方向に拡大する例を示したが、位置方向に加えて、図１１の（Ｂ）のように時間方向にも探索範囲を拡大してもよい。図１１の（Ｂ）では、探索範囲と時刻Ｔｄまで広げることで地点Ｃを移動体の位置と判断できることを示す。
［効果］
本実施形態の位置検出システム２０は、変動量の最大値が閾値を超えていない場合には、探索範囲を拡大して、最大値が変動量を超えるデータを探索する。このため、位置検出システム２０は、位置検出システム１０の効果に加えて、移動体の速度の増加あるいは減少により、当初の探索範囲内で振動が検知されない場合でも、探索範囲を拡大することで移動体の位置を検出することができる。
第１及び第２の実施形態では、探索範囲内の後方散乱光の強度の変動量が最大となる位置を移動体の位置とする形態を示した。しかし、探索範囲内において区別可能な振動の個数を求め、振動毎の最大値の位置を抽出して、次の移動位置を発見できたものを移動体の現在位置としてもよい。このようにすることで、探索範囲内に複数の振動が検知された場合でも移動体の監視が可能となる。
［第３の実施形態］
［構成］
図１２に第３の実施形態の位置検出システム３０の構成例を表すブロック図を示す。図１３に、位置検出装置１２Ｂの動作例の流れ図を示す。
位置検出システム３０は、光ケーブル１１及び位置検出装置１２Ｂを備える。位置検出装置１２Ｂは、送信部１３、サーキュレータ１４、受信部１５Ｂ、及び出力部１８を備える。受信部１５Ｂは、図１に示した受信部１５と比較して、メモリ１９と接続された識別番号付与部１２０を備える点で相違する。位置検出システム３０のそれ以外の構成要素の構成及び機能は位置検出システム１０と同様である。また、第１の実施形態と重複する説明は適宜省略する。
［動作］
位置検出システム３０の動作について図１２及び図１３を用いて説明する。送信部１３から出力される光パルスは、サーキュレータ１４へ出力される。サーキュレータ１４は、送信部１３が送信した光パルスを光ケーブル１１へ出力する。サーキュレータ１４は、光ケーブル１１から戻る後方散乱光を検出器１６へ出力する。検出器１６は、検出した後方散乱光をアナログ電気信号へ変換し、当該電気信号をデータ処理部１７へ出力する。データ処理部１７は、入力された電気信号をデジタル信号に変換し、光ケーブル１１に加えられた振動による後方散乱光の強度の変動量及びその発生位置を算出する。
メモリ１９は、算出された変動量データをその発生位置と対応付けて一定時間蓄積する（図１３のステップＳ３１）。光ケーブル１１が敷設された区域の入口を移動体が通過する度に、識別番号付与部１２０は識別番号を発行する。識別番号は、複数の移動体を識別可能な番号である。例えば、識別番号付与部１２０は、入口を移動体が通過する度に、過去に未使用の識別番号を発行する。メモリ１９は、移動体が入口を通過した際に生じる振動の位置を移動体の現在位置として、識別番号とともに保存する。
探索範囲導出部１１０は、識別番号毎に、移動体の現在位置から、データを蓄積した時間で移動体が備える移動速度によって移動可能な区域（探索範囲）を導出し（Ｓ３２）、探索範囲内の変動量データだけを抽出する（Ｓ３３）。平均化処理部１１１は、識別番号毎に、探索範囲導出部１１０で抽出された変動量データの平均化処理を行う（Ｓ３３）。ステップＳ３３の平均化処理は、図２のステップＳ０４の平均化処理と同様である。
最大値抽出部１１２は、識別番号毎に、平均化処理が実施された変動量データの中で変動量が最も大きい値となる光ケーブル１１上での位置を取得する（Ｓ３５）。そして、最大値抽出部１１２は、メモリ１９に保存された、識別番号に対応する移動体の現在位置を取得した位置と置き換える（Ｓ３６）。
出力部１８は、識別番号に対応する移動体の実際の位置と光ケーブル１１上での位置を対応付ける。出力部１８は、メモリ１９に保存された光ケーブル１１上での移動体の現在位置から実環境上での位置を識別番号毎に導出し、その位置を移動体の位置として外部に出力する。
［効果］
本実施形態の位置検出システム３０は、移動体に識別番号を付与し、識別番号毎に振動の位置変化を監視できる。その結果、位置検出システム３０は、第１の実施形態の位置検出システム１０の効果に加えて、複数の移動体の監視が可能であるという効果を奏する。
［第４の実施形態］
［構成］
図１４に第４の実施形態の位置検出システム４０の構成例を表すブロック図を示す。図１５に、位置検出装置１２Ｃの動作例の流れ図を示す。
位置検出システム４０は、光ケーブル１１及び位置検出装置１２Ｃを備える。位置検出装置１２Ｃは、送信部１３、サーキュレータ１４、受信部１５Ｃ、及び出力部１８を備える。受信部１５Ｃは、図１２に示した位置検出システム３０の受信部１５Ｂと比較して、パターン学習部１４０及びパターン判断部１４１をさらに備える点で相違する。位置検出システム４０のそれ以外の構成要素の構成及び機能は位置検出システム３０と同様である。
［動作］
位置検出システム４０の動作について図１４及び図１５を用いて説明する。送信部１３から出力される光パルスは、サーキュレータ１４へ出力される。サーキュレータ１４は、送信部１３が送信した光パルスを光ケーブル１１へ出力する。サーキュレータ１４は、光ケーブル１１から戻る後方散乱光を検出器１６へ出力する。検出器１６は、検出した後方散乱光をアナログ電気信号へ変換し、当該電気信号をデータ処理部１７へ出力する。データ処理部１７は、入力された電気信号をデジタル信号に変換し、光ケーブル１１に加えられた振動による後方散乱光の強度の変動量及びその発生位置を算出する。
メモリ１９は、算出された変動量データをその発生位置と対応付けて一定時間蓄積する（図１５のステップＳ４１）。光ケーブル１１が敷設された区域の入口を移動体が通過する度に、識別番号付与部１２０は、識別番号を以前に発行したものと同じにならないように番号を発行する。メモリ１９は、移動体が入口を通過した際に生じる振動の位置を移動体の現在位置として識別番号付与部１２０が発行した識別番号とともに保存する。
パターン学習部１４０は、識別番号をラベルとして移動体の移動によって発生する振動による光強度の変動量の分布である振動パターンを学習する（Ｓ４２）。探索範囲導出部１１０は、識別番号毎に、移動体の現在位置から、データを蓄積した時間で移動体が備える移動速度によって移動可能な範囲（探索範囲）を導出し（Ｓ４３）、探索範囲内の変動量データだけを抽出する（Ｓ４４）。平均化処理部１１１は、図１３のステップＳ３４と同様に、識別番号毎に平均化処理を行う（Ｓ４５）。
最大値抽出部１１２は、識別番号毎に、探索範囲導出部１１０で抽出された変動量データの中で変動量が最大となる光ケーブル１１上の位置及びその変動量が含まれる振動パターンを抽出する（Ｓ４６）。
パターン判断部１４１は、抽出された振動パターンの識別番号を学習結果と対照して推定し（Ｓ４７）、推定された識別番号と処理中の移動体の識別番号とを比較する（Ｓ４８）。処理中の識別番号と推定された識別番号とが一致する場合、メモリ１９に保存された移動体の現在位置を、ステップＳ４６における変動量が最大となる光ケーブル１１上の位置と置き換える（Ｓ４９）。これらが一致しない場合、最大値抽出部１１２は、変動量が次に大きな値となる光ケーブル１１上の位置及びその変動量が含まれる振動パターンを抽出し（Ｓ５０）、再度パターン判断部１４１での判断を行う（Ｓ４７）。
出力部１８は、識別番号に対応する移動体の実際の位置と光ケーブル１１上での位置を対応付ける。出力部１８は、メモリ１９に保存された光ケーブル１１上での移動体の現在位置から実環境上での位置を識別番号毎に導出し、その位置を移動体の位置として外部に出力する。
［効果］
第４の実施形態の位置検出システム４０は、移動体の動きによって発生する振動のパターンを学習することで複数の移動体による振動の位置変化を移動体毎に監視することができる。このため、位置検出システム４０は、第３の実施形態の位置検出システム３０の効果に加えて、複数の移動体の衝突、接近及び交差などの、複雑な動きの監視が可能となる。
［第５の実施形態］
［構成］
図１６に第５の実施形態の位置検出システム５０の適用例を示す。本実施形態では、サーバルーム内での入場者監視ソリューションに位置検出システム５０を適用した例について説明する。サーバルーム１６０はフリーアクセスフロアであり、サーバラック１６１はサーバルームの床上に設置される。サーバラック１６１間の配線はサーバラック１６１の背面及びサーバルーム１６０の床下に格納される。また、サーバルーム１６０への入場者が立入可能な区域の床下には光ケーブル１１が敷設される。光ケーブル１１の一端には位置検出装置１２Ｄが接続されている。
図１７に本実施形態の位置検出システム５０の構成を表すブロック図を示す。図１８に、位置検出装置１２Ｄの動作例の流れ図を示す。
位置検出システム５０は、光ケーブル１１及び位置検出装置１２Ｄを備える。位置検出装置１２Ｄは、送信部１３、サーキュレータ１４、受信部１５Ｄ、及び出力部１８を備える。受信部１５Ｄは、図１に示した位置検出システム１０の受信部１５と比較して、エリア監視部１７０及びＩＤ取得部１７２をさらに備える。
［動作］
本実施形態における位置検出システム５０の動作について図１６及び図１７を用いて説明する。送信部１３から出力される光パルスは、サーキュレータ１４へ出力される。サーキュレータ１４は、送信部１３が送信した光パルスを光ケーブル１１へ出力する。サーキュレータ１４は、光ケーブル１１から戻る後方散乱光を検出器１６へ出力する。検出器１６は、検出した後方散乱光をアナログ電気信号へ変換し、当該電気信号をデータ処理部１７へ出力する。データ処理部１７は、入力された電気信号をデジタル信号に変換し、光ケーブル１１に加えられた振動による後方散乱光の強度の変動量及びその発生位置を算出する。
メモリ１９は、算出された変動量データをその発生位置と対応付けて一定時間蓄積する（図１８のステップＳ５１）。サーバルーム１６０に入場者が入った場合、メモリ１９は入場者がサーバルーム１６０へ入場した際に発生する振動の位置を初期位置として取得し保存する。ＩＤ取得部１７２は、入場者のＩＤ（identification、識別情報）、入場者が保有するサーバの位置及び当該サーバまでの経路を算出する（Ｓ５２）。サーバルーム１６０の管理者は、入場者のＩＤとＩＤに対応する入場者が保有するサーバの位置とを関連づけてメモリ１９に保存してもよい。この場合、ＩＤ取得部１７２は、入場者のＩＤに対応するサーバの位置をメモリ１９から読み出す。そして、ＩＤ取得部１７２は、読み出したサーバの位置に基づいてサーバルーム１６０の入口から当該サーバまでの経路を算出し、入場者のＩＤ、対応するサーバの位置及びサーバへの経路の情報をエリア監視部１７０へ出力する。
探索範囲導出部１１０は、入場者の現在位置から、データを蓄積した時間で移動体が備える移動速度によって移動可能な範囲（探索範囲）を導出し（Ｓ５３）、探索範囲内の変動量データだけを抽出する（Ｓ５４）。平均化処理部１１１は、探索範囲内の変動量データの平均化処理を行う（Ｓ５５）。ステップＳ５５の平均化処理は、第１の実施形態の図２のステップＳ０４の平均化処理と同様である。
最大値抽出部１１２は、平均化処理を受けた変動量データの中で変動量が最も大きい値となる光ケーブル１１上での位置を取得し（Ｓ５６）、メモリ１９に保存された入場者の現在位置を、取得した位置と置き換える（Ｓ５７）。
エリア監視部１７０は、入場者の現在位置がＩＤ取得部で算出した経路上にあるかどうかを監視する（Ｓ５８）。さらに、入場者が保有サーバ以外の前で停止していないかを監視してもよい。入場者が経路上にいない場合に、出力部１８はアラームを発出する（Ｓ５９）。出力部１８は、入場者がその保有サーバ以外の前で停止している場合にもアラームを発出してもよい。
［効果］
本実施形態では、位置検出システム５０がサーバルームの入場者の管理に適用された例を説明した。位置検出システム５０は、入場者のＩＤに紐付けられた入場者のサーバルーム内の移動経路が、位置検出システム５０で検出される位置と一致するかどうかを判断する。このような構成を備えることで、位置検出システム５０は、第１の実施形態の効果に加えて、入場者の不審な動きを検知できる。
上述の説明においては、入場者が１名である例を示した。しかし、第２の実施形態で説明した識別番号を用いて入場者の位置を監視してもよい。識別番号としてＩＤを用いてもよい。これにより、複数人の入場者がいる場合でもそれぞれの入場者の動きを監視することができる。
［第６の実施形態］
［構成］
図１９は、本発明の第６の実施形態の位置検出装置６０の構成例を表すブロック図である。位置検出装置６０は、移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路６１と接続される。光伝送路６１は、例えば、光ファイバが格納された光ケーブルである。位置検出装置６０は、光伝送路６１に入力した光パルスに応じて発生する後方散乱光を用いて、光伝送路６１に印加された振動及びその時間的な変動を、振動が印加された位置と対応させて検出する。
位置検出装置６０は、送信部１３、受信部１５Ｅ、及び出力部１８を備える。受信部１５Ｅは、検出器１６、データ処理部１７、メモリ１９、探索範囲導出部１１０、及び最大値抽出部１１２を備える。
送信部１３は光パルスを生成し、生成した光伝送路６１へ所定の間隔で繰り返し出力する。受信部１５Ｅは、光伝送路６１から後方散乱光を受信する。
［動作］
図２０は、位置検出装置６０の動作例の流れ図である。位置検出装置６０の動作について図１９及び図２０を用いて説明する。送信部１３から出力される光パルスは、光伝送路６１へ出力される。光伝送路６１では、光パルスに応じて後方散乱光が発生する。光伝送路６１から戻る後方散乱光は、検出器１６で検出される。検出器１６は、検出した後方散乱光をアナログ電気信号へ変換し、当該電気信号をデータ処理部１７へ出力する。データ処理部１７は、入力された電気信号をデジタル信号に変換し、後方散乱光の強度の変動量及びその発生位置を算出する。
メモリ１９は、算出された変動量データをその発生位置と対応付けて蓄積する（図２０のステップＳ６１）。
探索範囲導出部１１０は、変動量データを蓄積した時間の間に移動体が現在位置から移動可能な区域（探索範囲）を導出し（Ｓ６２）、探索範囲内の変動量データを抽出する（Ｓ６３）。探索範囲導出部１１０は、抽出された変動量データを最大値抽出部１１２へ出力する。
最大値抽出部１１２は、変動量データの中で、後方散乱光の強度の変動量が最大となる光ケーブル１１上の位置を抽出する（Ｓ６４）。この位置は、光ケーブル１１が敷設された区域の起点からの距離として表現されてもよい。そして、最大値抽出部１１２は、メモリ１９に保存された移動体の現在位置を取得した位置と置き換える（Ｓ６５）。
出力部１８は、最大値抽出部１１２における位置の抽出結果を移動体の位置と関連づけて出力する。
位置検出装置６０は、移動体の位置の探索範囲を、移動体が移動可能な範囲に制限する。そして、その範囲内において後方散乱光の強度の変動量が最大となる変動が移動体の移動に伴い発生する振動に対応すると判断する。このようにすることで、例えば光ファイバケーブルの取り付け状態や建物の構造による共振に起因して強く検知された振動の影響を低減できる。
すなわち、本実施形態の位置検出装置６０は、移動体の位置の検出精度の低下を抑制できる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
各実施形態の構成は組み合わされてもよい。例えば、平均化処理部１１１に代えて閾値判断部１１３を備える第２の実施形態の受信部１５Ａの構成を、第３乃至第５の実施形態の受信部に適用してもよい。あるいは、第２の実施形態の受信部１５Ａが、他の実施形態が備える平均化処理部１１１を備えてもよい。
各実施形態の位置検出装置の機能は、コンピュータ（論理デバイスや演算装置を含む）がプログラムを実行することによって実現されてもよい。データ処理部１７に演算装置を用い、データ処理部１７がメモリ１９に保存されたプログラムを実行することで位置検出装置の機能が実現されてもよい。プログラムは、フレキシブルディスク、磁気ディスクなどのコンピュータ読取可能かつ非一時的な記録媒体に格納して配布されてもよく、ネットワークを介して位置検出装置に配信されてもよい。
以上の実施形態では、移動体の移動に伴って発生する振動を光ケーブル１１が捉えることによって移動体の移動を監視する形態を示した。しかし、移動体の移動に伴って発生する音を捉えることで移動を監視してもよい。
以上の実施形態では、光ケーブル１１に入力した光パルスの、レイリー散乱による後方散乱光の強度変動に基づいて振動の発生位置を検出する形態を示した。しかし、位置検出装置は、レイリー散乱以外の散乱光を用いて振動の発生位置を検出してもよい。
以上の実施形態では、建物内の移動体の移動を監視する形態を示した。しかし、光ケーブル１１を建物外に敷設することで、建物外の移動体を監視できる。
なお、上記の実施形態の一部又は全部は以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限定されない。
（付記１）
移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路に光パルスを送出する送信手段と、
前記光伝送路において前記光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出する検出手段と、
前記後方散乱光の強度と前記後方散乱光の発生位置を算出するデータ処理手段と、
前記データ処理手段の処理結果を保存する記憶手段と、
前記移動体の移動範囲に基づいて前記移動体の位置の探索範囲を導出する探索範囲導出手段と、
前記探索範囲内における前記強度の変動が最大値となる前記発生位置を抽出し、抽出された前記発生位置を前記記憶手段に保存させる最大値抽出手段と、
前記抽出の結果を前記移動体の位置と関連づけて出力する出力手段と、
を備える位置検出装置。
（付記２）
前記探索範囲は前記移動体が現在位置から所定の時間の間に移動可能な範囲である、付記１に記載の位置検出装置。
（付記３）
複数の前記移動体に対して相異なる識別番号を付与する識別番号付与手段をさらに備え、
前記最大値抽出手段は、前記識別番号に基づいて複数の前記移動体の前記発生位置を抽出し、抽出された前記発生位置を前記識別番号と関連させて前記記憶手段に保存させる、
付記１又は２に記載の位置検出装置。
（付記４）
前記探索範囲に含まれる前記強度の平均値を揃えて出力する平均化手段をさらに備え、
前記最大値抽出手段は前記平均化手段からの出力に基づいて前記発生位置を抽出する、
付記１乃至３のいずれかに記載の位置検出装置。
（付記５）
前記最大値と第１の閾値との比較結果に基づいて前記探索範囲を前記光伝送路の位置方向に拡大させる閾値判断手段をさらに備える、
付記１乃至４のいずれかに記載の位置検出装置。
（付記６）
前記最大値と第２の閾値との比較結果に基づいて前記探索範囲を時間方向に拡大させる閾値判断手段をさらに備える、
付記１乃至５のいずれかに記載の位置検出装置。
（付記７）
前記光送信手段から入力された前記光パルスを前記光伝送路へ出力するとともに前記光伝送路から入力された前記後方散乱光を前記検出手段へ出力するサーキュレータをさらに備える、付記１乃至６のいずれかに記載の位置検出装置。
（付記８）
付記１乃至７のいずれかに記載された位置検出装置と光ファイバが格納された光ケーブルとが接続され、前記位置検出装置は、前記光パルスを前記光ファイバへ出力し、前記光ファイバで生じた後方散乱光を受信する、位置検出システム。
（付記９）
移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路に光パルスを送出し、
前記光伝送路において前記光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出し、
前記後方散乱光の強度と前記後方散乱光の発生位置を算出し、
前記移動体の移動範囲に基づいて前記移動体の位置の探索範囲を導出し、
前記探索範囲内における前記強度の変動が最大値となる前記発生位置を抽出し、
前記抽出の結果を前記移動体の位置と関連づけて出力する、
位置検出方法。
（付記１０）
前記探索範囲は前記移動体が現在位置から所定の時間の間に移動可能な範囲である、付記９に記載の位置検出方法。
（付記１１）
複数の前記移動体に対して相異なる識別番号を付与し、
前記識別番号に基づいて複数の前記移動体の前記発生位置を抽出し、
抽出された前記発生位置を前記識別番号と関連させて保存する、
付記９又は１０に記載の位置検出方法。
（付記１２）
前記探索範囲に含まれる前記強度の平均値を揃えて出力し、
前記平均値を揃えた結果に基づいて前記発生位置を抽出する、
付記９乃至１１のいずれかに記載の位置検出方法。
（付記１３）
前記最大値と第１の閾値との比較結果に基づいて前記探索範囲を前記光伝送路の位置方向に拡大させる、
付記９乃至１２のいずれかに記載の位置検出方法。
（付記１４）
前記最大値と第２の閾値との比較結果に基づいて前記探索範囲を時間方向に拡大させる、
付記９乃至１３のいずれかに記載の位置検出方法。
（付記１５）
コンピュータに、
移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路に光パルスを送出する手順、
前記光伝送路において前記光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出する手順、
前記後方散乱光の強度と前記後方散乱光の発生位置を算出する手順、
前記移動体の移動範囲に基づいて前記移動体の位置の探索範囲を導出する手順、
前記探索範囲内における前記強度の変動が最大値となる前記発生位置を抽出数手順、
前記抽出の結果を前記移動体の位置と関連づけて出力する手順、
を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
本発明は、建物内外の移動体の監視に適用できる。
１０、２０、３０、４０、５０ 位置検出システム
１１ 光ケーブル
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、６０ 位置検出装置
１３ 送信部
１４ サーキュレータ
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ 受信部
１６ 検出器
１７ データ処理部
１８ 出力部
１９ メモリ
６１ 光伝送路
１１０ 探索範囲導出部
１１１ 平均化処理部
１１２ 最大値抽出部
１１３ 閾値判断部
１２０ 識別番号付与部
１４０ パターン学習部
１４１ パターン判断部
１６０ サーバルーム
１６１ サーバラック
１７０ エリア監視部
１７２ ＩＤ取得部

Claims (10)

  1. 移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路に光パルスを送出する送信手段と、
    前記光伝送路において前記光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出する検出手段と、
    前記後方散乱光の強度と前記後方散乱光の発生位置を算出するデータ処理手段と、
    前記データ処理手段の処理結果を保存する記憶手段と、
    前記移動体の移動範囲に基づいて前記移動体の位置の探索範囲を導出する探索範囲導出手段と、
    前記探索範囲内における前記強度の変動が最大値となる前記発生位置を抽出し、抽出された前記発生位置を前記記憶手段に保存させる最大値抽出手段と、
    前記抽出の結果を前記移動体の位置と関連づけて出力する出力手段と、
    を備える位置検出装置。
  2. 前記探索範囲は前記移動体が現在位置から所定の時間の間に移動可能な範囲である、請求項１に記載の位置検出装置。
  3. 複数の前記移動体に対して相異なる識別番号を付与する識別番号付与手段をさらに備え、
    前記最大値抽出手段は、前記識別番号に基づいて複数の前記移動体の前記発生位置を抽出し、抽出された前記発生位置を前記識別番号と関連させて前記記憶手段に保存させる、
    請求項１又は２に記載の位置検出装置。
  4. 前記探索範囲に含まれる前記強度の平均値を揃えて出力する平均化手段をさらに備え、
    前記最大値抽出手段は前記平均化手段からの出力に基づいて前記発生位置を抽出する、
    請求項１乃至３のいずれかに記載の位置検出装置。
  5. 前記最大値と第１の閾値との比較結果に基づいて前記探索範囲を前記光伝送路の位置方向に拡大させる閾値判断手段をさらに備える、
    請求項１乃至４のいずれかに記載の位置検出装置。
  6. 前記最大値と第２の閾値との比較結果に基づいて前記探索範囲を時間方向に拡大させる閾値判断手段をさらに備える、
    請求項１乃至４のいずれかに記載の位置検出装置。
  7. 前記送信手段から入力された前記光パルスを前記光伝送路へ出力するとともに前記光伝送路から入力された前記後方散乱光を前記検出手段へ出力するサーキュレータをさらに備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の位置検出装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載された位置検出装置と光ファイバが格納された光ケーブルとが接続され、前記位置検出装置は、前記光パルスを前記光ファイバへ出力し、前記光ファイバで生じた後方散乱光を受信する、位置検出システム。
  9. 移動体の移動経路に沿って敷設された光伝送路に光パルスを送出し、
    前記光伝送路において前記光パルスに応じて発生する後方散乱光を検出し、
    前記後方散乱光の強度と前記後方散乱光の発生位置を算出し、
    前記移動体の移動範囲に基づいて前記移動体の位置の探索範囲を導出し、
    前記探索範囲内における前記強度の変動が最大値となる前記発生位置を抽出し、
    前記抽出の結果を前記移動体の位置と関連づけて出力する、
    位置検出方法。
  10. 前記探索範囲は前記移動体が現在位置から所定の時間の間に移動可能な範囲である、請求項９に記載の位置検出方法。
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