WO2018123970A1

WO2018123970A1 - 位置推定システム及び位置推定方法

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Publication number: WO2018123970A1
Application number: PCT/JP2017/046434
Authority: WO
Inventors: 建治林越; 菰田　篤人; 真也原田; 伸充天知
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2018-07-05
Also published as: CN110114687A; US10841893B2; US20190274116A1; JPWO2018123970A1

Abstract

位置推定システム（１１）は、建屋内に設置され、移動体（３００）から送信された無線信号の信号強度を測定する複数の固定局（１００ａ～１００ｄ）と、複数の固定局（１００ａ～１００ｄ）で測定された前記信号強度に基づいて移動体（３００）の位置を推定する計算器と、を備え、複数の固定局（１００ａ～１００ｄ）の各々は、移動体（３００）が固定局（１００ａ～１００ｄ）の直下にいるときに、移動体（３００）の頂部との距離が所定距離以下となる位置に設置されている。

Description

位置推定システム及び位置推定方法

　本発明は、位置推定システム及び位置推定方法に関し、特には、移動体の位置を安定的に推定することができる位置推定システム及び位置推定方法に関する。

　従来、移動体の位置を推定するための位置推定システムに関する様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１、２）。

　特許文献１は、移動体が、複数の基地局からの電波を受信し、あらかじめ求めておいた各基地局からの受信電界レベルの等電界曲線を用いて移動体の存在し得る範囲を求め、各範囲の重なりから移動体の存在位置を検出する技術を開示している。特許文献１での位置検出は、受信電界レベルから求まる移動体と各基地局との間の距離を用いた３辺測量の原理に基づいている。

　また、特許文献２は、エリアごとに設置した電波送信機（マーカー）から送信される電波を移動体で受信することにより、移動体が位置するエリアを特定する技術を開示している。特許文献２では、電波送信機から送信される電波の特定方向への放射を規制する遮蔽体を設けることにより、電波送信機は、あらかじめ定められた指向特性で（例えば、天井に設置された電波送信機から床へ向けて）電波を送信する。これにより、電波送信機は、低消費電力で所望のエリア内に電波を放射することが可能になるとともに、移動体が、隣接エリアからの電波を誤って受信する不都合が軽減される。

特開平２－４４９２９号公報特開２０１５－１０６８１４号公報

　本発明者は、建屋内に設置される複数の固定局と、ネットワークを介して当該固定局と接続されるサーバとを備える位置推定システムを検討している。当該位置推定システムでは、固定局が移動体からの電波を受信して受信信号の信号強度を測定し、測定された信号強度に基づいて、サーバが移動体の位置を推定する。

　しかしながら、このように構成される位置推定システムには、例えばマルチパスの影響など、移動体の位置推定を高精度に行うことができない場合がある。

　そこで、本発明は、建屋内に設置された複数の固定局と、無線ネットワークを介して当該固定局と接続されたサーバとを備え、移動体の位置推定を高精度に行うことができる位置推定システムを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る位置推定システムは、建屋内に設置され、移動体から送信された無線信号の信号強度を測定する複数の固定局と、前記複数の固定局で測定された前記信号強度に基づいて前記移動体の位置を推定する計算器と、を備え、前記複数の固定局の各々は、前記移動体が固定局の直下にいるときに、前記移動体の頂部との距離が所定距離以下となる位置に設置されている。

　この構成によれば、移動体が固定局の直下にいるときに、移動体と固定局との距離が所定距離以下に接近するので、特に固定局の直下の移動体の位置を高精度に推定することが可能になる。

　当該所定距離は、例えば、無線信号の周波数及び建屋の内部空間の大きさによって定められるマルチパス環境での信号強度のシミュレーションに基づいて決定される。具体的には、信号強度と距離との対応精度がマルチパスの影響によって大きく損なわれることのない距離範囲の上限値に決定すればよい。

　また、前記複数の固定局のうち少なくとも１つは、前記建屋内の天井、壁、什器、及び設備のうちの少なくとも１つに、絶縁性のスペーサを介在して取り付けられていてもよい。

　この構成によれば、固定局を、スペーサを介在して、建屋内の天井、壁、什器、及び設備から離して設置するので、天井、壁、什器、及び設備の影響が低減され、受信特性が無指向性に近づく。これにより、信号強度と距離との対応が全周方向でより均等になるので、移動体の位置の推定精度が安定する。また、固定局同士の見通しが良くなることで、固定局同士で直接的かつ安定的な通信が可能となり、システムの構成が簡素化される。

　また、前記複数の固定局のうち少なくとも１つは、前記移動体によって利用される設備とともに設置され、前記移動体が前記設備を利用する位置の上方に設置されていてもよい。

　この構成によれば、移動体（作業者や移動装置）が、特定の設備を利用するための位置である注目位置にいることを、特に高い精度で推定できる。ここで、設備は、機械装置には限られず、棚やロッカーなどの什器、及び出入り口や階段などの建造物を含んでもよい。

　また、前記計算器は、しきい値を超える信号強度が測定された固定局がある場合、前記移動体が前記固定局の直下に位置すると推定し、前記しきい値を超える信号強度が測定された固定局がない場合、前記移動体の位置を、複数の固定局の各々で測定された信号強度から求めた前記固定局と前記移動体との間の距離を用いて推定してもよい。

　この構成によれば、移動体が固定局の直下にいることを、当該固定局で測定された信号強度のしきい値比較による小さい計算負荷で、高精度に推定できる。他方、移動体が何れかの固定局の直下にいると推定できない場合は、複数の固定局の各々で測定された信号強度から求めた距離を用いることで、例えば一般的な３辺測量の原理に従って、移動体の位置を推定することができる。

　また、前記位置推定システムは、前記移動体の頂部の、上方へ向けて電波が透過する位置に設置され、前記無線信号を送信する送信器を、さらに備えてもよい。

　この構成によれば、送信器から下方へ放射される無線信号が移動体自体によって遮られることにより、床面反射によるマルチパスが軽減され、固定局での受信信号強度が安定する。また、送信器から水平方向へ放射される無線信号が、移動体自体によって遮られにくくなるので、水平面内での受信特性が無指向性に近づく。これにより、信号強度と距離との対応が全周方向でより均等になるので、移動体の位置の推定精度が安定する。また、送信器から上方へ放射される無線信号は、移動体を透過して固定局に達するので、送信器の出力電力を抑えることができ、消費電力の低減により電池寿命を延ばすことができる。

　また、前記位置推定システムは、前記移動体に設置され、前記無線信号の下方への放射を抑制する電波吸収材を、さらに備えてもよい。

　この構成によれば、送信器から下方へ放射される無線信号を電波吸収材で遮るので、床面反射によるマルチパスがより効果的に軽減される。その結果、固定局での受信信号強度の安定性が高まり、移動体の位置をさらに高い精度で推定することが可能になる。

　また、前記無線信号は、複数の周波数で送信され、前記固定局は、周波数ごとの前記無線信号の信号強度を測定し、前記計算器は、複数の周波数の前記信号強度を用いて、前記移動体の位置を推定してもよい。

　この構成によれば、単一の周波数を用いる場合と比べて妨害に強い位置推定が可能となる。また、マルチパスのために、特定の周波数の無線信号の受信信号強度が著しく低下する（いわゆるＮＵＬＬが生じる）場合でも、固定局は他の周波数の無線信号を受信できるので、移動体からの無線信号が固定局に全く届かない事態を避けることができる。

　また、前記複数の固定局の各々は、信号強度を測定される前記無線信号と同じ方式の無線信号により、前記信号強度を前記計算器へ通知してもよい。

　この構成によれば、信号強度の測定と、測定した信号強度の計算器への通知とを同じ方式の無線信号で行うので、固定局に設ける通信装置が１つで済み、固定局のコストを抑えることができる。

　また、本発明の一態様に係る位置推定方法は、直下にいる移動体の頂部との距離が所定距離以下となる位置に設置されている複数の固定局で、前記移動体から送信された無線信号の信号強度を測定し、前記複数の固定局のうち少なくとも１つで測定された前記信号強度に基づいて前記移動体の位置を推定するものである。

　この方法によれば、移動体が固定局の直下にいるときに、移動体と固定局との距離が所定距離以下に接近するので、特に固定局の直下の移動体の位置を高精度に推定することが可能になる。

　また、しきい値を超える信号強度が測定された固定局がある場合、前記移動体が前記固定局の直下に位置すると推定し、前記しきい値を超える信号強度が測定された固定局がない場合、前記移動体の位置を、複数の固定局で測定された信号強度から求めた前記移動体と前記固定局との間の距離を用いて推定してもよい。

　この方法によれば、移動体が固定局の直下にいることを、当該固定局で測定された信号強度のしきい値比較による小さい計算負荷で、高精度に推定できる。他方、移動体が何れかの固定局の直下にいると推定できない場合は、複数の固定局の各々で測定された信号強度から求めた距離を用いることで、例えば一般的な３辺測量の原理に従って、移動体の位置を推定することができる。

　本発明の位置推定システム及び位置推定方法によれば、移動体の位置推定を高精度に行うことができる位置推定システム及び位置推定方法が得られる。

図１は、一般的な位置推定システムの構成の一例を示す機能ブロック図である。図２は、一般的な固定局の構成の一例を示す機能ブロック図である。図３は、無線信号の受信信号強度のシミュレーション条件の一例を示す図である。図４は、無線信号の受信信号強度のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図５は、実施の形態１に係る位置推定システムの設置例を示す平面図である。図６は、実施の形態１に係る位置推定システムの設置例を示す側面図である。図７は、実施の形態１に係る位置推定システムのネットワーク構成の一例を示す平面図である。図８は、実施の形態１に係る位置推定方法の一例を示すフローチャートである。図９は、実施の形態１に係る位置推定方法の他の一例を示すフローチャートである。図１０は、実施の形態２に係る位置推定システムの設置例を示す平面図である。図１１は、実施の形態２に係る位置推定システムの設置例を示す側面図である。

　（本発明の基礎となった知見）
　本発明者は、背景技術の欄において記載した位置推定システムにおいて、以下の問題が生じることを見出した。以下では、一般的な位置推定システムを参照して当該問題を説明した後、本発明の実施の形態に係る位置推定システムの特徴的な構成及び効果について説明する。

　図１は、一般的な位置推定システムの構成の一例を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、位置推定システム１０は、固定局１００ａ、１００ｂ、１００ｃと、計算器２００とを備える。固定局１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、ゲートウェイ４００及びインターネット５００を介して計算器２００と通信可能に接続されている。

　固定局１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、移動体３００から送信された無線信号の受信信号強度を測定し、測定した受信信号強度を表すデータを計算器２００へ通知する無線通信装置である。受信信号強度は、典型的には、受信信号強度指標（ＲＳＳＩ）値によって表される。固定局１００ａ、１００ｂ、１００ｃの詳細な構成については、後述する。

　計算器２００は、固定局１００ａ、１００ｂ、１００ｃから通知されたＲＳＳＩ値に基づいて移動体３００の位置を推定するコンピュータ装置である。計算器２００は、固定局１００ａ、１００ｂ、１００ｃの各々から通知されたＲＳＳＩ値から求まる固定局から移動体３００までの距離を用いて、３辺測量の原理で移動体３００の位置を推定する。計算器２００は、具体的に、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）やインターネット上のアプリケーションサーバーで実現されてもよい。

　以下では、移動体３００から送信される無線信号をＲＳＳＩ測定用信号と言い、固定局１００ａ、１００ｂ、１００ｃから計算器２００へ送信される無線信号をＲＳＳＩ通知用信号と言う。

　図２は、固定局１００の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２では、固定局１００ａ、１００ｂ、１００ｃに共通する構成を、固定局１００と称して、説明している。

　図２に示されるように、固定局１００は、無線モジュール１１０とアンテナ１２０とを備える。

　無線モジュール１１０は、通信回路１３１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１３２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１３３、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）１３４、クロック回路１３５、及び電源回路１３６を有している。

　ＲＯＭ１３４には、ＣＰＵ１３２によって実行される制御プログラムが書き込まれている。ＲＯＭ１３４には、ネットワークにおいて固定局１００を一意に識別するためのＩＤ（識別子）が書き込まれていてもよい。ＲＡＭ１３３は、制御プログラムが動作するための作業用領域である。

　通信回路１３１は、固定局１００同士、固定局１００と移動体３００との間、及び固定局１００とゲートウェイ４００との間の無線通信を行うための電子回路であり、アンテナ１２０を用いて無線信号を送信及び受信する。無線信号には、ＲＳＳＩ測定用信号及びＲＳＳＩ通知用信号が含まれる。

　クロック回路１３５及び電源回路１３６は、無線モジュール１１０の動作に必要なクロック信号及び電源電圧を生成し、通信回路１３１、ＣＰＵ１３２、ＲＡＭ１３３、及びＲＯＭ１３４へ供給する。

　ＣＰＵ１３２がＲＯＭ１３４に書き込まれている制御プログラムを実行することにより、無線モジュール１１０は、ＲＳＳＩ測定用信号を受信してＲＳＳＩ値を算出する第１の動作と、算出したＲＳＳＩ値を表すＲＳＳＩ通知用信号を送信する第２の動作とを行う。無線モジュール１１０は、第１の動作及び第２の動作に先立って、複数の固定局１００とゲートウェイ４００とを接続したマルチホップネットワークを構成してもよい。

　固定局１００は、図示していない電池、または建屋内の電灯線から供給される電力で動作する。

　建屋内における位置推定では、測定用の無線信号の到達距離は数１０ｍ程度で足りる。そのため、ＲＳＳＩ測定用信号には、例えば、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）　ｌｏｗ　ｅｎｅｒｇｙ）などの消費電力が小さい無線方式を用いることができる。

　ＢＬＥを用いる場合、移動体３００は、ＲＳＳＩ測定用信号を、ＢＬＥのアドバタイジングチャネルでブロードキャスト送信すれば、システムを簡素化できる。ＢＬＥのアドバタイジングチャネルでは、３つの周波数２４０２ＭＨｚ、２４２６ＭＨｚ、及び２４８０ＭＨｚが使用可能である。

　本発明者らは、ＢＬＥのアドバタイジングチャネルの周波数でのＲＳＳＩ測定用信号のＲＳＳＩ値と距離との関係を、シミュレーションによって確かめた。

　図３は、ＲＳＳＩ測定用信号のＲＳＳＩ値のシミュレーション条件の一例を示す図である。図３の例では、天井６０１及び床６０３があって壁がない高さが２．７ｍの広い空間において、床６０３から１．５ｍの高さに固定局１００と移動体３００とを配置している。当該配置によれば、移動体３００から固定局１００への無線信号に、天井６０１及び床６０３での反射によるマルチパスが形成される。

　図３のシミュレーション条件の下で、ＢＬＥのアドバタイジングチャネルの３つの周波数の各々で移動体３００から送信された無線信号の、距離ｄ離れた固定局１００におけるＲＳＳＩ値を評価した。

　図４は、シミュレーション結果の一例を示す図である。図４によれば、移動体３００と固定局１００とが１ｍ以上離れると、マルチパスの影響により、周波数ごとに異なるＮＵＬＬ（ＲＳＳＩ値が著しく低下する点）が現れる。そのため、ＢＬＥのアドバタイジングチャネルの周波数を用いる場合、ＲＳＳＩ値と距離との対応精度がＮＵＬＬによって大きく損なわれることがない距離範囲の上限値は、一例として１ｍである。

　なお、図３のシミュレーション条件は、例えば、図を９０度回転させて見ることで、２つの壁の間に上下方向に離れて配置された固定局１００及び移動体３００と読み替えることができるから、当該上限値は、水平方向に限らず、上下方向についても有効である。

　このことから、移動体３００が注目位置にいることを特に高い精度で検出するために、固定局１００を、注目位置にいる移動体３００との距離が所定距離（上記の上限値であって、一例として１ｍ）以下となる位置に配置することが効果的と言える。

　本発明者は、このような検討を基に、移動体の位置推定を高精度に行うことができる位置推定システム及び位置推定方法を考案した。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、及びステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。

　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る位置推定システムは、建屋内に設置された複数の固定局と、当該固定局と通信可能に接続された計算器とを備え、固定局が移動体からの無線信号を受信して信号強度を測定し、測定された信号強度に基づいて、計算器が移動体の位置を推定する。当該位置推定システムは、複数の固定局の各々が、直下にいる移動体の頂部との距離が所定距離以下となる位置に設置されていることを特徴とする。

　なお、本明細書では、固定局の直下を、単純に、固定局の鉛直下方と定義してもよい。また、前述したＲＳＳＩ値と距離との対応精度がＮＵＬＬによって大きく損なわれることがない距離範囲の上限値を用いて、固定局の鉛直下方を中心としかつ半径が当該上限値より小さい水平円内と定義してもよい。

　図５及び図６は、位置推定システム１１の設置例を示す平面図及び側面図である。位置推定システム１１は、図１の位置推定システム１０の一具体例である。

　図５及び図６では、工場の作業場６００内に設置された位置推定システム１１の例が示されている。図６において、符号の末尾に付した英字は、同じ種類の個々の構成要素を区別する。

　作業場６００は、天井６０１、壁６０２、床６０３で囲まれ、出入り口６０４が設けられた屋内空間である。作業場６００には、設備６１０（例えば、工作機械）、棚６２０（例えば、工具棚）とともに、図１で説明した固定局１００及びゲートウェイ４００が設置されている。また、図５及び図６では示していないが、ゲートウェイ４００は、インターネット５００を介して、計算器２００に接続されている。

　図６では、移動体３００の一例として、作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃを示している。作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃは、作業場６００内を移動し、定められた作業を行う。作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃが着用する安全帽の頂部の内側に、ＲＳＳＩ測定用信号を送信する送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃが設置されている。安全帽が、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの電波透過材で構成される場合、安全帽の頂部の内側は、移動体３００の頂部の、上方へ向けて電波が透過する位置の一例である。

　送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃの設置高さは、作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの身長に依存し、概ね１．５ｍ～１．９ｍの４０ｃｍ程度の範囲にある。また、送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃは、安全帽の頂部の内側には限られず、肩などに設置されてもよい。この場合、送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃの設置高さは、概ね１．３ｍ～１．７ｍ程度の範囲になる。

　固定局１００ａは、絶縁性のスペーサ１０１ａを介在して天井６０１に取り付けられている。固定局１００ｂは、絶縁性のスペーサ１０１ｂを介在して設備６１０ｂに取り付けられている。固定局１００ｃ、１００ｄは、それぞれ絶縁性のスペーサ１０１ｃ、１０１ｄを介在して壁６０２に取り付けられている。スペーサ１０１ａ～１０１ｄは、例えば、塩化ビニール管であってもよい。固定局１００ａ～１００ｄは、塩化ビニール管の内部に通された電源ケーブルで動作電力を供給されてもよい。

　固定局１００ａ～１００ｄの各々は、概ね２ｍの高さに設置されている。

　固定局１００ａ、１００ｂは、作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃによって利用される設備６１０ａ、６１０ｂとともに設置され、作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃが設備６１０ａ、６１０ｂを利用する位置の上方にそれぞれ設置されている。つまり、固定局１００ａ、１００ｂは、設備６１０ａ、６１０ｂを使って定まった作業を行う作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃが直下に来る位置に設置されている。

　棚６２０などの什器、及び、出入り口６０４などの建造物を、広い意味での設備に含めてもよい。固定局１００ｃ、１００ｄは、作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃが棚６２０、出入り口６０４を利用する位置の上方にそれぞれ設置されている。つまり、固定局１００ｃ、１００ｄは、棚６２０に物品を出し入れし、また出入り口６０４を通る作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃが直下に来る位置に設置されている。

　このような配置を得るために、設備６１０ｂや壁６０２からスペーサ１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを水平に伸ばす場合、スペーサの長さは例えば８０ｃｍ程度としてもよい。

　これにより、作業者が設備を利用する位置において、送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃと固定局１００との距離は、概ね１０ｃｍ～５０ｃｍになる（送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを作業者の肩に設置する場合、３０ｃｍ～７０ｃｍ）。また、作業者が設備の前で着座した場合でも、送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃと固定局１００との距離は概ね１ｍ以内に収まる。

　上記のように構成された位置推定システム１１によれば、次のような効果が得られる。

　移動体３００が固定局１００の直下にいるときに、移動体３００との距離が所定距離以下になる位置に、固定局１００を配置している。これにより、固定局１００と直下の移動体３００とが所定距離以下に接近するので、特に固定局１００の直下の移動体３００の位置を高精度に推定することが可能になる。

　当該所定距離は、例えば、無線信号の周波数及び建屋の内部空間の大きさによって定められるマルチパス環境での信号強度のシミュレーションに基づいて決定される。当該所定距離は、具体的には、ＲＳＳＩ値と距離との対応精度がマルチパスの影響によって大きく損なわれることのない（言い換えれば、大きなＮＵＬＬを含まない）距離範囲の上限値に決定すればよい。ＢＬＥのアドバタイジングチャネルの周波数を用いる場合、当該上限値は、一例として、１ｍである（例えば、図４のシミュレーション結果を参照）。

　また、固定局１００を、スペーサ１０１を介在して、建屋内の天井、壁、什器、及び設備から離して設置するので、天井、壁、什器、及び設備の影響が低減され、受信特性が無指向性に近づく。これにより、信号強度と距離との対応が全周方向でより均等になるので、移動体の位置の推定精度が安定する。また、固定局１００同士の見通しが良くなることで、固定局１００同士で直接的かつ安定的な通信が可能となり、システムの構成が簡素化される。

　また、固定局１００の各々を、移動体３００（例えば、作業者３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ）が特定の設備を利用する位置である注目位置の上方に設置しているので、作業者が注目位置にいることを、特に高い精度で推定できる。

　また、移動体３００の頂部の上方へ向けて電波が透過する位置に設置された送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃから無線信号（例えば、ＲＳＳＩ測定用信号）を送信している。そのため、送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃから下方へ放射される無線信号が移動体３００自体によって遮られることにより、床面反射によるマルチパスが軽減され、固定局１００での受信信号強度が安定する。また、送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃから水平方向へ放射される無線信号が、移動体３００自体によって遮られにくくなるので、水平面内での受信特性がより無指向性に近づく。これにより、信号強度と距離との対応が全周方向でより均等になるので、移動体３００の位置の推定精度が安定する。また、送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃから上方へ放射される無線信号は、移動体３００を透過して固定局１００に達するので、送信器３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃの出力電力を抑えることができ、消費電力の低減により電池寿命を延ばすことができる。

　次に、位置推定システム１１の動作について説明する。なお、以下で述べる動作に先立って、作業場６００内の固定局１００及びゲートウェイ４００を接続したマルチホップネットワークが構成されているものとする。

　図７は、作業場６００内のマルチホップネットワーク２０の一例を示す図である。図７のマルチホップネットワーク２０の配置は、図５の位置推定システム１１の設置例に対応している。図７では、ノード間の接続２１、２２が点線で示されている。マルチホップネットワーク２０には、移動体３００が接続されてもよく、固定局１００と移動体３００との接続２２はアドホックに設定されてもよい。ゲートウェイ４００は、インターネット５００を介して、計算器２００に接続されている。

　図８は、位置推定システム１１で実行される位置推定方法の一例を示すフローチャートである。

　固定局１００は、移動体３００から送信されたＲＳＳＩ測定用信号を受信し（Ｓ１１）、ＲＳＳＩ値を算出する（Ｓ１２）。移動体３００は、複数の周波数でＲＳＳＩ測定用信号を送信してもよく、当該複数の周波数は、例えば、ＢＬＥのアドバタイジングチャネルに含まれる２つ以上の周波数であってもよい。移動体３００が、複数の周波数でＲＳＳＩ測定用信号を送信する場合、固定局１００は、周波数ごとのＲＳＳＩ値の代表値（例えば、平均値、中央値、最大値など）を、ＲＳＳＩ測定用信号のＲＳＳＩ値として算出してもよい。

　算出されたＲＳＳＩ値がしきい値以上であれば（Ｓ１３でＹＥＳ）、固定局１００は、移動体３００が直下に検出されたことを表すＲＳＳＩ通知用信号を、計算器２００へ送信する（Ｓ１４）。他方、算出されたＲＳＳＩ値がしきい値以上でなければ（Ｓ１３でＮＯ）、固定局１００は、算出されたＲＳＳＩ値を表すＲＳＳＩ通知用信号を、計算器２００へ送信する（Ｓ１５）。しきい値は、一例として、－５０ｄＢｍである。

　固定局１００は、ＲＳＳＩ通知用信号を、ＲＳＳＩ測定用信号と同じ無線形式であるＢＬＥで送信してもよい。ＲＳＳＩ通知用信号は、例えば、図７のマルチホップネットワーク２０を通してゲートウェイ４００へ転送され、さらにインターネット５００を介して計算器２００へ伝送される。

　計算器２００は、１以上の固定局１００から、直下検出又はＲＳＳＩ値を表すＲＳＳＩ通知用信号を受信する（Ｓ２１）。

　何れかの固定局１００から直下検出の通知があれば（Ｓ２２でＹＥＳ）、移動体３００の位置をその固定局１００の直下と推定する（Ｓ２４）。他方、どの固定局１００からも直下検出の通知がなければ（Ｓ２２でＮＯ）、マルチポイント測量を行う（Ｓ２５）。つまり、複数の固定局１００の各々から通知されたＲＳＳＩ値から求まる固定局から移動体３００までの距離を用いて、３辺測量の原理で移動体３００の位置を推定する。

　このようにして、位置推定システム１１は移動体３００の位置を推定する。

　上記の位置推定方法によれば、固定局１００は、直下の移動体３００からの距離が所定距離以下となる位置に配置されているので、固定局１００は、移動体３００が直下にいることを、高精度に推定できる。そのため、移動体３００が固定局１００の直下にいることを、固定局１００で測定されたＲＳＳＩ値のしきい値比較による小さい計算負荷で、高精度に推定できる。

　他方、移動体３００が何れかの固定局１００の直下にいると推定できない場合は、複数の固定局１００の各々で測定されたＲＳＳＩ値から求めた距離を用いることで、例えば一般的な３辺測量の原理に従って、移動体３００の位置を推定することができる。

　また、複数の周波数でＲＳＳＩ測定用信号の送信及びＲＳＳＩ値の測定を行っている。これにより、単一の周波数を用いる場合と比べて妨害に強い位置推定が可能となる。また、マルチパスのために、特定の周波数の無線信号の受信信号強度が著しく低下する（いわゆるＮＵＬＬが生じる）場合でも、固定局１００は他の周波数の無線信号を受信できるので、移動体３００からの無線信号が固定局１００に全く届かない事態を避けることができる。

　また、ＲＳＳＩ測定用信号と、ＲＳＳＩ通知用信号とを同じ方式に無線信号で行っている。これにより、固定局１００に設ける通信装置が１つで済み、固定局１００のコストを抑えることができる。

　図９は、位置推定システム１１で実行される位置推定方法の他の一例を示すフローチャートである。

　図９の動作は、図８と比べて、固定局１００において、ＲＳＳＩ値としきい値との比較をするステップ（Ｓ１３）、及び直下検出を通知するステップ（Ｓ１４）がなくなり、算出されたＲＳＳＩ値が計算器２００へ常に通知される（Ｓ１５）点が相違する。また、計算器２００において、直下検出の有無を判定するステップ（Ｓ２２）が、固定局から通知されたＲＳＳＩ値としきい値とを比較するステップ（Ｓ２３）に変更される点が相違する。

　この相違により、図９の動作によれば、固定局１００の動作が簡素化されるとともに、計算器２００において、ＲＳＳＩ値と比較されるしきい値の変更設定が容易になる。

　（実施の形態２）
　実施の形態２では、位置推定システム１０の他の設置例について説明する。

　図１０及び図１１は、位置推定システム１０の他の設置例を示す平面図及び側面図である。

　図１０及び図１１では、自動倉庫７００内に設置された位置推定システム１２の例が示されている。図１１において、符号の末尾に付した英字は、同じ種類の個々の構成要素を区別する。

　自動倉庫７００は、天井７０１、壁７０２、床７０３で囲まれた屋内空間である。自動倉庫７００には、棚７１０とともに、図１で説明した固定局１００及びゲートウェイ４００が設置されている。また、図１０及び図１１では示していないが、ゲートウェイ４００は、インターネット５００を介して、計算器２００に接続されている。

　図１１では、移動体３００の一例として、棚７１０に荷物を出し入れする自走式のカート３２０ａ～３２０ｃを示している。棚７１０の高さは約２ｍである。

　カート３２０ａ～３２０ｃは、上下に移動し所望の棚７１０に荷物を出し入れするアームを備え、アームの上限高さの上に天板が設けられている。天板上にシート状の電波吸収材３０３ａ～３０３ｃが設置され、電波吸収材３０３ａ～３０３ｃの上面に送信器３０１ａ～３０１ｃが設置される。電波吸収材３０３ａ～３０３ｃの上面は、移動体３００の頂部の、上方へ向けて電波が透過する位置の一例である。電波吸収材３０３ａ～３０３ｃは、棚７１０ａ～７１０ｃの天板上にも設置されてもよい。

　固定局１００ａ～１００ｃは、カート３２０ａ～３２０ｃが棚７１０に荷物を出し入れする際に直下に来る位置で、かつ送信器３０１ａ～３０１ｃの高さに若干の（例えば１０ｃｍ程度の）高さマージンを加えた位置に設置される。固定局１００ａ～１００ｃは、天井７０１から延びる絶縁性のスペーサ１０１ａ～１０１ｃの下端に取り付けられている。スペーサ１０１ａ～１０１ｃは、例えば、塩化ビニール管であってもよい。

　上記のように構成された位置推定システム１２によれば、位置推定システム１１と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。

　位置推定システム１２では、カート３２０ａ～３２０ｃの天板上に電波吸収材３０３ａ～３０３ｃを設置し、その上に送信器３０１ａ～３０１ｃを設置している。送信器３０１ａ～３０１ｃから下方への電波が電波吸収材３０３ａ～３０３ｃによって遮られることで、床面反射によるマルチパスがより効果的に軽減され、移動体の位置の推定精度が向上する。

　以上、本発明の実施の形態に係る位置推定システム及び位置推定方法について説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

　本発明は、位置推定システム及び位置推定方法として、作業者や移動装置などの移動体の位置の推定に広く利用できる。

　　１０、１１、１２　位置推定システム
　　２０　マルチホップネットワーク
　　２１、２２　接続
　　１００、１００ａ～１００ｄ　固定局
　　１０１、１０１ａ～１０１ｄ　スペーサ
　　１１０　無線モジュール
　　１２０　アンテナ
　　１３１　通信回路
　　１３２　ＣＰＵ
　　１３３　ＲＡＭ
　　１３４　ＲＯＭ
　　１３５　クロック回路
　　１３６　電源回路
　　２００　計算器
　　３００　移動体
　　３０１ａ～３０１ｃ　送信器
　　３０３ａ～３０３ｃ　電波吸収材
　　３１０ａ～３１０ｃ　作業者
　　３２０ａ～３２０ｃ　カート
　　４００　ゲートウェイ
　　５００　インターネット
　　６００　作業場
　　６０１、７０１　天井
　　６０２、７０２　壁
　　６０３、７０３　床
　　６０４　出入り口
　　６１０、６１０ａ、６１０ｂ　設備
　　６２０、７１０、７１０ａ～７１０ｃ　棚
　　７００　自動倉庫

Claims

　建屋内に設置され、移動体から送信された無線信号の信号強度を測定する複数の固定局と、
　前記複数の固定局で測定された前記信号強度に基づいて前記移動体の位置を推定する計算器と、を備え、
　前記複数の固定局の各々は、前記移動体が固定局の直下にいるときに、前記移動体の頂部との距離が所定距離以下となる位置に設置されている、
　位置推定システム。
　前記複数の固定局のうち少なくとも１つは、前記建屋内の天井、壁、什器、及び設備のうちの少なくとも１つに、絶縁性のスペーサを介在して取り付けられている、
　請求項１に記載の位置推定システム。
　前記複数の固定局のうち少なくとも１つは、前記移動体によって利用される設備とともに設置され、前記移動体が前記設備を利用する位置の上方に設置されている、
　請求項１又は２に記載の位置推定システム。
　前記計算器は、
　しきい値を超える信号強度が測定された固定局がある場合、前記移動体が前記固定局の直下に位置すると推定し、
　前記しきい値を超える信号強度が測定された固定局がない場合、前記移動体の位置を、複数の固定局の各々で測定された信号強度から求めた前記固定局と前記移動体との間の距離を用いて推定する、
　請求項１から３の何れか１項に記載の位置推定システム。
　前記位置推定システムは、前記移動体の頂部の、上方へ向けて電波が透過する位置に設置され、前記無線信号を送信する送信器を、さらに備える、
　請求項１から４の何れか１項に記載の位置推定システム。
　前記位置推定システムは、前記移動体に設置され、前記無線信号の下方への放射を抑制する電波吸収材を、さらに備える、
　請求項１から５の何れか１項に記載の位置推定システム。
　前記無線信号は、複数の周波数で送信され、
　前記固定局は、周波数ごとの前記無線信号の信号強度を測定し、
　前記計算器は、複数の周波数の前記信号強度を用いて、前記移動体の位置を推定する、
　請求項１から６の何れか１項に記載の位置推定システム。
　前記複数の固定局の各々は、信号強度を測定される前記無線信号と同じ方式の無線信号により、前記信号強度を前記計算器へ通知する、
　請求項１から７の何れか１項に記載の位置推定システム。
　直下にいる移動体の頂部との距離が所定距離以下となる位置に設置されている複数の固定局で、前記移動体から送信された無線信号の信号強度を測定し、
　前記複数の固定局のうち少なくとも１つで測定された前記信号強度に基づいて前記移動体の位置を推定する、
　位置推定方法。
　しきい値を超える信号強度が測定された固定局がある場合、前記移動体が前記固定局の直下に位置すると推定し、
　前記しきい値を超える信号強度が測定された固定局がない場合、前記移動体の位置を、複数の固定局で測定された信号強度から求めた前記移動体と前記固定局との間の距離を用いて推定する、
　請求項９に記載の位置推定方法。