JPWO2016042951A1 - 位置検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】高さ方向の情報を用いることにより、移動体の位置を精度良く測定することのできる位置検出システムを提供する。繰り返し測定しても測定誤差の累積が起こりにくい位置検出システムを提供する。【解決手段】第１気圧センサ１２を備えた移動体１０と、第２気圧センサ２２を備えた固定局２０と、移動体１０と固定局２０との距離を測定する測距センサと、を有し、第１気圧センサ１２の出力と第２気圧センサ２２の出力から算出した高さ情報と、距離とに基づいて、移動体１０の位置を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車その他の移動体の位置を検出するための位置検出システムに関する。

特許文献１に記載の移動体監視システムは、測位衛星の出力信号と、電子基準局の基準位置からの距離に依存した測位誤差を補正する位置補正パラメータと、を用いて測位演算することによって、移動体としてのテスト車両の位置情報を算出している。

特開２００６−１０１２９０号公報

特許文献１に記載の移動体監視システムでは、走行コース上のテスト車両の位置を、電子基準局の基準位置からの距離に基づいて三角法で測定している。したがって、距離だけを用い、高さ方向の情報を用いずに位置を測定しているため、水平面における位置に誤差が生じる恐れがある。また、加速度センサや角速度検出ジャイロを用いた累積測定では測定誤差が累積する恐れがある。

そこで本発明は、高さ方向の情報を用いることにより、移動体の位置を精度良く測定することのできる位置検出システムを提供することを目的としている。また、本発明は、加速度センサや角速度検出ジャイロを用いることなく位置検出を行うことにより、繰り返し測定しても測定誤差の累積が起こりにくい位置検出システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の位置検出システムは、第１気圧センサを備えた移動体と、第２気圧センサを備えた固定局と、移動体と固定局との距離を測定する測距センサと、を有し、第１気圧センサの出力と第２気圧センサの出力から算出した高さ情報と、距離とに基づいて、移動体の位置を算出することを特徴としている。

これにより、測距センサのみで測定するよりも、移動体の位置を精度良く測定することができる。また、加速度センサや角速度検出ジャイロを用いることなく位置検出を行うため、繰り返し測定しても測定誤差の累積が起こりにくい。

本発明の位置検出システムにおいて、上記高さ情報は、移動体と固定局との間の高さの差であることが好ましい。

高さの差を用いることにより、天候による気圧の変動の影響を抑えて精度の高い測定を行うことができる。また、移動体の大きさや電子タグの取り付け位置に影響されにくくなる。

本発明の位置検出システムにおいて、固定局は、互いに異なる位置に複数設けられ、それぞれの固定局について、移動体との間の高さの差に関する高さ情報と、移動体との距離と、に基づいて位置が算出されることが好ましい。

これにより、移動体の位置検出の精度をさらに高めることができ、いずれかの固定局に異常があった場合にも残りの固定局からの信号を用いて位置検出を行うことができる。

本発明の位置検出システムにおいて、複数の固定局は、複数の階層にそれぞれ設けられ、かつ、それぞれの階層の異なる位置にそれぞれ設けられていることが好ましい。

これにより、複数の階層を有する建物内において、どの階層においても移動体の位置を検出することができる。また、複数の固定局の位置情報や、電子タグ１０からの信号を用いて測定した方向情報に基づいて、移動体が存在する階層を特定し、移動体に最も近い固定局からの信号にしたがって位置検出することができる。

本発明の位置検出システムにおいて、測距センサは、移動体に設けられ、測定用信号を送信するとともに応答信号を受信する送受信部と、固定局に設けられ、測定用信号を受信するとともに測定用信号に対応した応答信号を送信する送受信部とを有し、測距センサは、測定用信号と、移動体における応答信号の受信強度と、に基づいて、距離を算出することが好ましい。

従来からある、ＲＦ信号などを用いた測距センサを用いることができるため、低コストで高精度の位置検出システムを構成することができる。

本発明によると、高さ方向の情報を用いることにより、移動体の位置を精度良く測定することのできる位置検出システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る位置検出システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る位置検出システムの概略構成を示す側面図である。 第１変形例に係る位置検出システムの概略構成を示す側面図である。 第２変形例に係る位置検出システムの概略構成を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態に係る位置検出システムについて図面を参照しつつ詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る位置検出システムの構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る位置検出システムの概略構成を示す側面図である。なお、図１、図２においては、説明のために電子タグ１０及び第１の固定局２０を大きく表示している。

図１に示すように、本実施形態に係る位置検出システムは、移動体に設けられた電子タグ１０と、電子タグ１０と相互に無線通信可能な第１の固定局２０と、を備える。

移動体は、例えば図２に示す自動車３０であり、これ以外に二輪車、人、物流基地における物品であってもよい。移動体が人である場合は、例えば、電子タグ１０を内蔵したカードや携帯機器を携帯した場合である。

第１の固定局２０は、例えば図２に示すように、自動車３０が移動する道路などの移動平面４０に設けられた、柱などの固定構造物４１に固定されている。

図１に示すように、電子タグ１０は、ＲＦ回路部１１と、気圧センサ１２（第１気圧センサ）と、制御部１３と、メモリ１４とを備え、第１の固定局２０は、ＲＦ回路部２１と、気圧センサ２２と、制御部２３と、メモリ２４とを備える。以下の説明において、第１の固定局２０と自動車３０との距離や自動車３０の高さの測定の基準となる位置は、電子タグ１０を設けた位置としている。ただし、これに代えて、自動車３０の重心位置や、自動車３０の外形形状に対する中心位置を基準として距離や高さを規定しても良い。

電子タグ１０のＲＦ回路部１１及び第１の固定局２０のＲＦ回路部２１は、高周波信号（ＲＦ信号）（例えば１０ｋＨｚ以上の高周波数の信号）を送受信可能な送受信部をそれぞれ備える。電子タグ１０のＲＦ回路部１１は、自動車３０と第１の固定局２０との距離を測定するための測定用信号を送信する。測定用信号は、予めメモリ１４に記憶されており、制御部１３が指示したタイミングで送信される。第１の固定局２０のＲＦ回路部２１が、電子タグ１０のＲＦ回路部１１から送信された測定用信号を受信すると、制御部２３は、受信した測定用信号の信号強度を測定し、その測定結果を応答信号としてＲＦ回路部２１に送信させる。この応答信号を電子タグ１０のＲＦ回路部１１が受信すると、制御部１３は、ＲＦ回路部２１で検出した信号強度に基づいて電子タグ１０と第１の固定局２０との距離を算出する。 ここで、電子タグ１０のＲＦ回路部１１と第１の固定局２０のＲＦ回路部２１は測距センサを構成する。なお、ＲＦ回路部１１、２１は、気圧センサ１２、２２とそれぞれ別体で構成してもよい。

また、第１の固定局２０のＲＦ回路部２１の受信部は、互いに直交する３つの方向に感度を有する３本の受信アンテナを備える。制御部１３は、ＲＦ回路部１１のそれぞれの受信アンテナにおいて受信した信号強度の関係に基づいて、電子タグ１０の方向を算出する。算出結果は、ＲＦ回路部２１から送信されるＲＦ信号に付加されて電子タグ１０側へ送信される。

電子タグ１０の気圧センサ１２と第１の固定局２０の気圧センサ２２は、設置箇所の気圧を測定するセンサであって、例えば静電容量式センサや振動式センサを用いる。静電容量式センサの場合は、シリコン等で形成したチャンバーの壁部がコンデンサの電極を形成しており、気圧による電極間距離の変化を静電容量の変化として検出する。振動式センサの場合は、金属、シリコン等で形成したチャンバーに水晶等の圧電素子から振動を加え、気圧の変化に伴って変化するチャンバー面の張力を共振周波数の変化として検出する。

気圧センサ１２、２２による検出結果は、制御部１３、２３にそれぞれ出力される。第１の固定局２０の気圧センサ２２による検出結果は、ＲＦ回路部２１から送信されるＲＦ信号に付加されて電子タグ１０側へ送信される。

電子タグ１０の制御部１３は、ＲＦ回路部１１の動作を制御するほか、以下の処理を行う。処理に必要なプログラムや処理結果はメモリ１４に保存される。

（１）気圧センサ１２による検出結果と、第１の固定局２０から送信されたＲＦ信号に含まれる、気圧センサ２２による検出結果と、に基づいて、電子タグ１０と第１の固定局２０の高さの差、すなわち自動車３０と第１の固定局２０との高さの差（図２における上下方向の位置差）を算出する。この高さの差は、図２に示す例では、差Ｈ１である。

（２）第１の固定局２０から送信された応答信号に含まれる、測定用信号の信号強度に基づいて、電子タグ１０と第１の固定局２０との距離を算出する。ここでいう、電子タグ１０と第１の固定局２０との距離は、図２に示す例では、電子タグ１０と第１の固定局２０を直線で結んだ距離Ｓ１である。

（３）上記（１）で算出した、電子タグ１０と第１の固定局２０の高さの差と、上記（２）で算出した、電子タグ１０と第１の固定局２０との距離とに基づいて、移動平面４０における電子タグ１０と第１の固定局２０との距離を算出する。移動平面４０における電子タグ１０と第１の固定局２０との距離は、図２に示す例では、第１の固定局２０から移動平面４０に向かって垂直に下ろした直線の位置から電子タグ１０に至る距離Ｄ１であって、既に算出した、距離Ｓ１及び差Ｈ１を三平方の定理に適用することによって算出する。

（４）第１の固定局２０は、その位置（例えば経度と緯度）が予め測定されており、その値がメモリ１４に保存されている。制御部１３は、第１の固定局２０の位置と、上記（３）で算出した距離Ｄ１と、第１の固定局２０から送信された電子タグ１０の方向情報とに基づいて、電子タグ１０（自動車３０）の位置を算出する。

次に変形例について説明する。
図３は、第１変形例に係る位置検出システムの概略構成を示す側面図である。

第１変形例においては、図３に示すように、上記実施形態の第１の固定局２０のほかに、移動平面４０上の固定構造物４１とは異なる位置に配置された固定構造物４２に第２の固定局１２０が設けられている。すなわち、同じ階層に複数の固定局が設けられている。ここで、図３に示す例では、第１の固定局２０と第２の固定局１２０を、電子タグ１０に対して、同じ高さの位置に設けているが、第１の固定局２０と第２の固定局１２０を異なる高さ位置に設けても良い。

電子タグ１０の制御部１３では、上記実施形態と同様に、電子タグ１０と第２の固定局１２０との相互通信に基づいて、電子タグ１０と第２の固定局１２０との高さの差Ｈ１、電子タグ１０と第２の固定局１２０を直線で結んだ距離Ｓ２、移動平面４０における電子タグ１０と第２の固定局１２０との距離Ｄ２、及び、電子タグ１０（自動車３０）の位置を算出する。電子タグ１０は、第１の固定局２０及び第２の固定局１２０と、一定の時間ごとにそれぞれ通信を行う。

電子タグ１０の制御部１３は、第１の固定局２０から受信したデータに基づいて算出した電子タグ１０の位置と、第２の固定局１２０から受信したデータに基づいて算出した電子タグ１０の位置と、を予め定めたプログラムに適用して電子タグ１０の位置を算出する。

これにより、固定局が１つの場合よりもさらに精度良く電子タグ１０（自動車３０）の位置を検出することが可能となる。また、自動車３０と、いずれかの固定局との間に障害物が存在していた場合や、いずれかの固定局が故障していた場合にも、残りの固定局との間の相互通信によって電子タグ１０の位置を検出することができる。

また、２つの固定局２０、１２０に互いの位置情報に記憶させ、相互通信によって取り付け位置や通信状態などの異常を検知するようにすると、移動体の位置検出において、異常のある固定局からのデータを用いないようにすることができるため、位置検出の精度を維持することができる。

図４は、第２変形例に係る位置検出システムの概略構成を示す側面図である。
第２変形例においては、図３に示す２つの第１の固定局２０、第２の固定局１２０に加えて、移動平面４０とは異なる階層の移動平面５０上に配置された固定構造物５１に第３の固定局２２０が設けられている。２つの移動平面４０、５０は互いに略平行な面である。第３の固定局２２０は、階層のほか、平面方向（図４の左右方向）においても、第１の固定局２０及び第２の固定局１２０とは異なる位置に設けられている。

電子タグ１０の制御部１３では、上記実施形態及び第１変形例と同様に、電子タグ１０と第３の固定局２２０との相互通信に基づいて、電子タグ１０と第３の固定局２２０との高さの差Ｈ３、電子タグ１０と第３の固定局２２０を直線で結んだ距離Ｓ３、移動平面５０における電子タグ１０と第３の固定局２２０との距離Ｄ３、及び、電子タグ１０（自動車３０）の位置を算出する。電子タグ１０は、第１の固定局２０、第２の固定局１２０、及び第３の固定局２２０と、一定の時間ごとにそれぞれ通信を行う。

電子タグ１０の制御部１３は、第１の固定局２０から受信したデータに基づいて算出した電子タグ１０の位置と、第２の固定局１２０から受信したデータに基づいて算出した電子タグ１０の位置と、第３の固定局２２０から受信したデータに基づいて算出した電子タグ１０の位置と、を予め定めたプログラムに適用して電子タグ１０の位置を算出する。

これにより、固定局が１つの場合よりもさらに精度良く電子タグ１０（自動車３０）の位置を検出することが可能となる。また、自動車３０と、いずれかの固定局との間に障害物が存在していた場合にも、残りの固定局との間の相互通信によって電子タグ１０の位置を検出することができる。

また、上述の実施形態及び変形例では、距離の測定のための測定用信号を電子タグ１０から送信して固定局側で信号強度を測定していたが、これに代えて、測定用信号を固定局から送信し、これを受信した電子タグ１０側で信号強度を測定し、この信号強度に基づいて電子タグ１０と固定局との間の距離を算出してもよい。この場合、測定用信号の送信を要求するリクエスト信号を電子タグ１０側から送信するようにすると、電子タグ１０がいないときに固定局側から測定用信号を送信しなくてもよくなるため好ましい。

また、測定用信号の受信強度を用いた距離測定に代えて、電子タグ１０から送信した測定用信号と、これに対応して一定時間後に固定局から送信された応答信号との位相差から電子タグ１０と固定局との間の距離を算出してもよい。

以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）移動体が備える第１気圧センサの出力と、固定局が備える第２気圧センサの出力とから算出した高さ情報を用いることにより、測距センサのみで測定するよりも、移動体の位置を精度良く測定することができる。また、加速度センサや角速度検出ジャイロを用いることなく位置検出を行うため、繰り返し測定しても測定誤差の累積が起こりにくい。

（２）（１）の高さ情報として、移動体と固定局との間の高さの差を用いることにより、天候による気圧の変動の影響を抑えて精度の高い測定を行うことができる。また、移動体の大きさや電子タグの取り付け位置に影響されにくくなる。

（３）固定局を互いに異なる位置に複数設けることにより、移動体の位置検出の精度をさらに高めることができ、また、いずれかの固定局に異常があった場合にも位置検出を行うことができる。

（４）複数の固定局は、複数の階層にそれぞれ設けることができる。これにより、複数の階層を有する建物内において、どの階層においても移動体の位置を検出することができる。また、複数の固定局の位置情報や、電子タグ１０からの信号で測定した方向情報に基づいて、移動体が存在する階層を特定し、移動体に最も近い固定局からの信号にしたがって位置検出することができる。

（５）固定局と移動体の間に高さの差があるため、移動体の状態、例えば、移動中か停止中か、また、電子タグ１０を持っている人（移動体）が立っているかなどを判別しやすくなる。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る位置検出システムは、測定誤差の少ない位置検出システムの実現に有用である。

１０ 電子タグ
１１ ＲＦ回路部
１２ 気圧センサ
１３ 制御部
２０ 第１の固定局
２１ ＲＦ回路部
２２ 気圧センサ
２３ 制御部
３０ 自動車（移動体）
４０、５０ 移動平面
４１、４２、５１ 固定構造物
１２０ 第２の固定局
２２０ 第３の固定局

Claims (5)

1. 第１気圧センサを備えた移動体と、
   第２気圧センサを備えた固定局と、
   前記移動体と前記固定局との距離を測定する測距センサと、を有し、
   前記第１気圧センサの出力と前記第２気圧センサの出力から算出した高さ情報と、前記距離とに基づいて、前記移動体の位置を算出する
   ことを特徴とする位置検出システム。
2. 前記高さ情報は、前記移動体と前記固定局との間の高さの差である
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
3. 前記固定局は、互いに異なる位置に複数設けられ、それぞれの前記固定局について、前記移動体との間の高さの差に関する高さ情報と、前記移動体との前記距離と、に基づいて前記位置が算出される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出システム。
4. 複数の前記固定局は、複数の階層にそれぞれ設けられ、かつ、それぞれの階層の異なる位置にそれぞれ設けられている
   ことを特徴とする請求項３の位置検出システム。
5. 前記測距センサは、前記移動体に設けられ、測定用信号を送信するとともに応答信号を受信する送受信部と、前記固定局に設けられ、前記測定用信号を受信するとともに前記測定用信号に対応した前記応答信号を送信する送受信部とを有し、
   前記測距センサは、前記測定用信号と、前記移動体における前記応答信号の受信強度と、に基づいて、前記距離を算出する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の位置検出システム。

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