JP7239962B2

JP7239962B2 - 所定領域を移動する受信機の位置管理システム

Info

Publication number: JP7239962B2
Application number: JP2018064640A
Authority: JP
Inventors: 正和広川; 祐二市川; 泰之佐藤; 文克常田; 寿之古市
Original assignee: アイフォーコムホールディングス株式会社
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2023-03-15
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019174353A

Description

本発明は、工事現場や工場等の限定された所定領域を移動する端末装置の位置を管理サーバで判定して管理するための位置管理システムに関する。

複数の携帯基地局やその他の電波発信機の位置を登録しておき、これらの受信電波の強度を比較して端末装置の位置判定をする技術等が特許文献１や２に記載されている。また、ＧＰＳによる位置検出結果と携帯基地局による位置検出結果とを比較して精度の高いほうを採用する技術等が特許文献３～７等に記載されている。

特開平８－１７９０２８号公報特開２００３－２７４４４１号公報特許４０９９４０８号公報特開２００１－２０１５５６号公報特開平１１－１４７３２号公報特開平９－７０２３０３号公報特開平１１－７２５４８号公報

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
建設現場等の限定された領域で、端末装置を携帯した作業員の安全管理のために、常時その正確な位置検出や状態管理を行うことが望まれている。近年のGPSは比較的位置検出の精度が高いので、それで十分な場合も多いが、高層ビル群の間や地下街等では、GPSによる位置検出の精度が低下し、あるいは位置検出が不可能になる。

高層ビル群の間では携帯基地局の数も多く、上記特許文献に記載の技術により、その電波を位置検出に利用することも可能であるが、GPSによる場合よりも検出精度が悪い場合が多いという問題がある。このほかにも、インターネットのためのWIFIスポット等の利用が考えられるが、正確な設置場所が公表されておらず、受信電波の状態もばらつきが激しくて、位置検出への利用が容易でない。本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。

＜構成１＞
管理サーバが、短期間で利用される安全管理が必要とされる場所の、所定の領域を移動する端末装置の位置を管理するものであって、
上記所定の領域に小電力発信機が任意の数だけ配置されているとき、
各小電力発信機から基準長だけ離れた場所での小電力発信機から発信される電波の端末装置による受信強度を基準強度とし、この基準強度と小電力発信機の識別コードと位置座標とを管理サーバの記憶装置の発信機データベースに登録して、
上記管理サーバに設けた位置判定部が、
上記端末装置が上記小電力発信機から受信した電波の強度と上記識別コードとを端末装置から取得して、
上記発信機データベースを参照して、該当する小電力発信機の基準強度と受信した電波の強度の関係から、端末装置と小電力発信機との間の距離を求める計算をし、
ＧＰＳを利用して検出される端末装置の位置とその実際の位置との間に生じる位置検出の最大誤差よりも、端末装置が電波を受信した小電力発信機の位置を、現在の端末装置の位置と判定した場合に、その端末装置と小電力発信機との間の距離により生じる位置検出の最大誤差のほうが低いと判断したときは、該当する小電力発信機の位置を端末装置の位置と判定する処理を実行することを特徴とする所定の領域を移動する端末装置の位置管理システム。

＜構成２＞
上記位置判定部は、
１台の端末装置から２台以上の小電力発信機の識別コードと受信強度を取得したときは、
端末装置とそれぞれの小電力発信機との間の距離を求める計算をして、
ＧＰＳを利用して検出した端末装置の位置とその実際の位置との間に生じる誤差よりも、端末装置が電波を受信した最も距離の近い小電力発信機の位置を端末装置の位置と判定した場合に生じる誤差のほうが低いと判断したときは、該当する小電力発信機の位置を端末装置の位置と判定する処理を実行することを特徴とする構成１に記載の所定の領域を移動する端末装置の位置管理システム。

＜構成３＞
上記位置判定部は、
１台の端末装置から２台以上の小電力発信機の識別コードと受信強度を取得したときは、
端末装置とそれぞれの小電力発信機との間の距離を求める計算をして、
各小電力発信機を中心とする計算をした上記の距離を半径とする円を描いて、その重なり部分内を端末装置の位置と判定することを特徴とする構成１に記載の所定の領域を移動する端末装置の位置管理システム。

＜構成４＞
上記位置判定部は、
上記の複数の円の重なり部分の最大幅の２分の１の距離が、ＧＰＳを利用して生じる誤差よりも小さいときは、上記の円の重なり部分の中央に端末装置があると判定することを特徴とする構成３に記載の所定の領域を移動する端末装置の位置管理システム。

＜構成５＞
上記管理サーバのコンピュータを、構成１に記載の記憶装置と位置判定部として機能させる位置管理プログラム。

＜構成６＞
構成５に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

＜構成１の効果＞
ＧＰＳを利用して位置検出をすることを原則とし、その精度が低い場所やＧＰＳでは位置検出ができない場所で、予め管理サーバに登録した小電力発信機から電波を受信したとき、その小電力発信機の位置に端末装置があると判定することができる。
＜構成２の効果＞
端末装置が複数台の小電力発信機から電波を受信した場合に、誤差が小さければ、最も距離の近い小電力発信機の位置を端末装置の位置と判定することができる。
＜構成３の効果＞
端末装置と複数台の小電力発信機との間の距離計算をして、各小電力発信機を中心とする上記の距離を半径とする円を描いたとき、円の重なり部分に端末装置があると判定すると、位置検出精度がより高まる。
＜構成４の効果＞
複数の円の重なり部分の中央に端末装置があると判定する場合には、数の円の重なり部分の最大幅の２分の１の距離が発生する誤差の最大値として、ＧＰＳを利用した場合と比較すればよい。

図１は本発明のシステムの具体例ブロック図である。図２は端末装置の位置判定例１を示す説明図である。図３は端末装置の位置判定例２を示す説明図である。図４は端末装置の位置判定例３を示す説明図である。図５は端末装置の位置判定例４を示す説明図である。図６は端末装置の位置判定例５を示す説明図である。

以下本発明を実施の形態毎に詳細に説明する。

本発明では、例えば、建設現場、工場や試験場等のある程度広い所定の領域で移動したり作業をしたりする作業者等の位置を管理サーバ側で検出する。所定の領域は、建物や地下道等、作業者等が移動して安全管理等が必要な任意の領域である。

この所定領域を移動する作業者に位置検出用の端末装置を所持させる。ＧＰＳによる位置検出の誤差は一般に１０ｍ程度といわれている。ビル街等では電波の反射や干渉により誤差がさらに低下する。建物の内部や地下街ではＧＰＳの電波が届かないことも多い。

そこで、所定の領域に任意の数だけ小電力発信機を配置する。小電力発信機というのは、Wi-Fi電波やbluetooth電波を発する発信機である。小電力発信機の電波を受信して、後で説明する方法により、ＧＰＳによる場合と同程度かあるいはより精度の高い位置検出ができる。

図１は本発明のシステムの具体例ブロック図である。
この例では所定の領域４２を建設現場とし、この領域に多数の小電力発信機４４を分散配置している。この実施例の小電力発信機４４は例えば全てWi-fiルータや小型のビーコンである。小電力発信機４４は通信部５４を備えており、常時一定の強度の電波を発信している。その電波には少なくとも発信元の小電力発信機４４を区別する識別コード２６が含まれている。

図に示すように、端末装置１６はＧＰＳ受信部３４と特定電波受信部３８と移動報告データ送信部４０と表示部３６を備える。ＧＰＳ受信部３４は既存の多くのスマートフォン等に搭載された既知の構造のものでよい。特定電波受信部３８は小電力発信機４４と通信をしてその識別コード２６を取得する部分である。移動報告データ送信部４０は通信ができた全ての小電力発信機４４の識別コード２６と受信電波強度とを移動報告データとして管理サーバ１２に送信する部分である。表示部３６は例えば、スマートフォンの操作画面である。

管理サーバ１２は、例えば、建設現場等の所定の領域４２を移動する各作業員の端末装置１６の位置を検出して管理するために設けられている。管理サーバ１２の記憶装置１８には、端末装置データベース２０と、発信機データベース２４といったデータが記憶されている。さらにデータ処理のために報告データ受信部２８と位置判定部３０と位置判定データ送信部３２とが設けられている。

端末装置データベース２０は、全ての作業者１４が所持する端末装置１６を区別するための作業者ＩＤや端末装置ＩＤと、各端末装置の現在の位置座標を記録するためのデータである。発信機データベース２４は、位置検出に利用する全ての小電力発信機４４の識別コード２６と、据え付け場所の位置座標５０と、基準強度５２をリストしたデータである。

この基準強度５２とは、小電力発信機４４から基準長（例えば１ｍ）だけ離れた場所での、小電力発信機４４から送信される電波の、端末装置１６による受信強度のことである。小電力発信機４４の設置場所や小電力発信機４４の性能に応じて、基準強度５２にはばらつきが生じるから、管理サーバ１２の発信機データベース２４には、小電力発信機４４ごとに区別をして記憶させておくことが好ましい。発信機データベース２４は小電力発信機４４を新設したり交換したりするたびに更新される。

管理サーバ１２には、端末装置から移動報告データを受信する報告データ受信部２８と、受信した報告データと発信機データベース２４中の情報とを使用して計算をして、端末装置１６の位置を判定する位置判定部３０が設けられている。位置判定データ送信部３２は、例えば、端末装置１６にその位置情報を送信する機能を持つ。例えば端末装置１６がアクセスして自己の位置座標を取得できるWebページであればよい。これで、端末装置１６の表示部３６に端末装置の現在位置が表示される。

本発明では、ＧＰＳを使用して精度の高い位置検出ができる状態であれば、各端末装置１６のＧＰＳによる位置検出データをそのまま利用する。しかしながら、既に説明したように、ＧＰＳによる位置検出の精度は周辺環境による変動が激しい。管理サーバ１２は、端末装置１６から例えば、数秒ごとに移動報告データ４６を受信し、位置判定部３０は、位置検出のつど、その検出場所でのＧＰＳを使用したときの位置精度と小電力発信機４４の電波による位置精度とを比較する処理を実行する。

観測位置毎のＧＰＳによる位置検出の精度は既知の計算方法により求められる。例えば、位置検出に使用する４種類の衛星電波の受信信号を解析して求められる。小電力発信機４４の電波を受信して位置判定をする場合の精度は以下のようにして求める。

図２は端末装置の位置判定例１を示す説明図である。
端末装置１６は、上記の所定領域内で、いずれかの小電力発信機４４の電波を受信すると、その電波に含まれている発信元を示す識別コード４８を読み取る。そして、管理サーバ１２の発信機データベース２４を参照して、その識別コード４８が、登録された小電力発信機４４のものかどうかを判断する。

識別コード４８が登録されたものの場合には、その小電力発信機４４の送信する電波の受信強度を識別コード４８とともに管理サーバ１２に送信する。管理サーバ１２の位置判定部３０は、発信機データベース２４を検索して、該当する識別コード４８の小電力発信機４４の基準強度５２を読み取る。

この図において、小電力発信機４４の周囲には、半径１ｍの破線の円５６を描いてある。この破線上に端末装置１６があれば基準強度５２の電波を受信する。図のに示すように、端末装置１６が小電力発信機４４から距離Lだけ離れた位置にいれば、基準強度の管理サーバ１２の位置判定部３０は、基準強度５２と受信強度との関係から、距離Lの長さを計算する。

許容誤差が比較的大きいから、電波は単に距離の自乗に反比例するという概算でも十分である。これで求められた距離Ｌが５ｍであったとする。その場合に、端末装置１６の位置を小電力発信機４４の位置と判定すると、発生する最大誤差は５ｍである。

このとき、ＧＰＳを利用して検出した端末装置１６の位置とその実際の位置との間に生じる誤差との最大値が１０ｍであれば、端末装置１６の位置を小電力発信機４４の位置と判定した場合のほうが誤差が少ないと判断できる。

端末装置１６の位置判定誤差がＧＰＳを利用した場合の１０ｍ以下であればよいという条件であれば、上記のような位置判定処理が可能になる。

このような本発明は、小電力発信機４４には、識別コードを示す電波を送信できる機能があれば何でも利用できる。管理サーバー１２側に、発信機４４の識別コードと据え付けた位置座標と基準強度とを登録すれば、すぐにその発信機を位置検出に使用できる。即ち、発信機の追加変更が容易にできる。屋内外を問わず、発信機の設置場所にあまり制約を受けない。従って、恒久的な施設への設置はもとより、イベント広場や、博覧会の会場等のように、短期間だけ利用されるような場所にも、十分経済的に採用することができる。

図３は端末装置の位置判定例２を示す説明図である。
この図のように、１台の端末装置１６が、２台の小電力発信機４４から正常に電波を受信した場合を考える。このときサーバ１２の位置判定部３０は、端末装置１６とそれぞれの小電力発信機４４との間の距離を求める計算をする。この図の例では、２台の小電力発信機４４との間の距離L1とL2とを計算する。この例では、L2の方がL1よりも短い。

その後、ＧＰＳを利用して検出した端末装置１６の位置とその実際の位置との間に生じる誤差と、端末装置１６が電波を受信した最も距離の近い小電力発信機４４の位置を端末装置１６の位置と判定した場合に生じる誤差（最大L2）とを比較する。L2のほうが低いと判断したときは、該当する小電力発信機４４の位置を端末装置１６の位置と判定する処理を実行する。

図４は端末装置の位置判定例３を示す説明図である。図５は端末装置の位置判定例４を示す説明図である。
これらの例の場合も、上記位置判定部３０は、１台の端末装置１６から２台あるいは３台の小電力発信機４４の識別コード２６と受信強度を取得する。ここで、端末装置１６とそれぞれの小電力発信機４４との間の距離L1とL2やL3を求める計算をする。ここまでは実施例２と同様の処理を実行する。

次に、図４の例では各小電力発信機４４を中心とする距離L1およびL2を半径とする円を描く。図５の例では、各小電力発信機４４を中心とする距離L1およびL2およびL3を半径とする円を描く。端末装置１６と各小電力発信機４４との位置関係によるが、これらの図のように、各円の間に重なり部６０ができる。この重なり部６０の中のどこかに端末装置１６があると判定すればよい。４台以上の発信機から電波を受信した場合には、受信強度の大きいものから例えば3台を選択して位置計算すればよい。

ここで、例えば、図４に示すように、上記の円の重なり部６０の中央に端末装置１６があると判定したとする。この場合、円の重なり部６０の最大幅をWとすると、Wの２分の１の距離が、発生する誤差の最大値と言うことができる。このWがＧＰＳを利用して生じる誤差よりも小さいときは、ＧＰＳを利用せずに、円の重なり部６０の中央に端末装置１６があると判定してよい。

図６は端末装置の位置判定例５を示す説明図である。
この実施例では、図に示すように、３階建てのビルの各フロアに、小電力発信機４４を適当な間隔で配置している。例えば、小電力発信機４４の識別コード２６から、その小電力発信機４４がビルの何階に配置されているかを区別できるように、識別コード２６に階層別ヘッダを付しておくとよい。

管理サーバ１２の位置判定部３０は、端末装置１６から受信した小電力発信機４４の識別コード２６を読み取って、まず、作業者１４が例えばビルの２階にいると判断する。さらに、端末装置１６から受信した電波の受信強度に基づいて、上記の実施例と同様の計算をし、端末装置１６の位置判定を行う。この計算結果より、管理サーバ１２のディスプレイには、図６に示したような.ビルの２階フロアの平面図と、端末装置１６の位置とを合わせた画面６２を表示することができる。

１２管理サーバ
１４作業者
１６端末装置
１８記憶装置
２０端末装置データベース
２４発信機データベース
２６識別コード
２８報告データ受信部
３０位置判定部
３２位置判定データ送信部
３４ＧＰＳ受信部
３６表示部
３８特定電波受信部
４０移動報告データ送信部
４２建設現場（所定の領域）
４４小電力発信機
４６移動報告データ
５０位置座標
５２基準強度
５４通信部
５６基準強度の円
６０重なり部
６２画面

Claims

管理サーバが、短期間で利用される安全管理が必要とされる場所の、所定の領域を移動する端末装置の位置を管理するものであって、
上記所定の領域に小電力発信機が任意の数だけ配置されているとき、
各小電力発信機から基準長だけ離れた場所での小電力発信機から発信される電波の端末装置による受信強度を基準強度とし、この基準強度と小電力発信機の識別コードと位置座標とを管理サーバの記憶装置の発信機データベースに登録して、
上記管理サーバに設けた位置判定部が、
上記端末装置が上記小電力発信機から受信した電波の強度と上記識別コードとを端末装置から取得して、
上記発信機データベースを参照して、該当する小電力発信機の基準強度と受信した電波の強度の関係から、端末装置と小電力発信機との間の距離を求める計算をし、
ＧＰＳを利用して検出される端末装置の位置とその実際の位置との間に生じる位置検出の最大誤差よりも、端末装置が電波を受信した小電力発信機の位置を、現在の端末装置の位置と判定した場合に、その端末装置と小電力発信機との間の距離により生じる位置検出の最大誤差のほうが低いと判断したときは、該当する小電力発信機の位置を端末装置の位置と判定する処理を実行することを特徴とする所定の領域を移動する端末装置の位置管理システム。