JP2010066037A - 所在検知システム - Google Patents

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Noboru Shibata
登 柴田
Tatsuya Tokushima
達也 徳島
Kohei Morohashi
康平 諸橋
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Abstract

【課題】簡単な構成でサーバの負担を軽減し、ICタグが発する電波により高精度に所在検知を行うことができる所在検知システムを提供する。
【解決手段】ICタグ12が送信した識別信号を複数の受信アンテナA(n)で各々受信し、識別信号に基づいて情報処理を行う受信機本体40と、受信機本体40の情報処理結果に基づいてICタグの所在を判断するサーバ46を有する。受信機本体40には、受信アンテナA(n)が識別信号を受信すると、その受信信号強度を測定する複数の受信回路42と、各受信回路42から送信された受信信号強度測定値を取りまとめて一定期間蓄積し、識別信号ごと、且つ受信アンテナA(n)ごとに、その一定期間における受信信号強度平均値を算出する情報処理手段44を備える。サーバ46は、特定の識別信号に該当する受信信号強度平均値を受信アンテナA(n)ごとに抽出して、特定の識別信号を有するICタグ12の所在を判断する。
【選択図】図3

Description

この発明は、RFID(Radio Frequency Identification)技術によるICタグを用いた所在検知システムに関する。
RFID技術を用いたICタグは、タグ本体にID情報等を埋め込み、電波等を用いた無線通信によって情報のやり取りを行うものである。また、電池内蔵型のアクティブタグは、自ら電波等を発する動作が可能なため、比較的通信距離を長く取ることができ、定期的に情報を発信したり、センサ等を内蔵して一定の変化が観測されたときに情報を発信する等の機能をもたせることができる。このようなICタグは、例えば、特定の者だけが入室を認められる場所の入退室管理システムや、特定の者の居所を把握する所在検知システム等に応用されている。
この種の所在検知システムとしては、所在を把握したい特定の者にICタグを所持させ、該ICタグが発信する電波を所定の受信機で受信し、その受信結果を解析してその者の所在を特定するという構成が一般的である。ここで用いられるICタグは、例えば、電池を内蔵したアクティブタグであって、自己を識別するための識別ID等のデータが記録されたメモリ手段と、所定の演算処理を一定の時間間隔ごとに行う情報処理手段と、情報処理手段で処理された識別ID等に変調処理を施して電波として発信する無線送信手段を備えている。被管理者が複数人ある場合は、被管理者は、互いに異なる識別IDが記録されたICタグを所持する。
ICタグの電波を受信する受信アンテナは、被管理者の行動範囲として想定されるエリアごとに各々設置される。例えば、被管理者が、建屋内にある複数の部屋1〜部屋nのいずれかで活動するとすれば、各部屋に受信アンテナA(1)〜A(n)が1基ずつ設置される。
一般的に各受信アンテナは、図7に示すように、受信機本体10に各々接続される。そして、例えば特定のICタグ12aが部屋1に在るとき、ICタグ12aの電波は受信アンテナA(1)で受信され、フィルタ14(1)、受信アンプ16(1)、受信回路18(1)を通して復調信号に変換され、後述する情報処理手段20に送られる。同様に、ICタグ12aが部屋2に在るときは、ICタグ12aの電波は受信アンテナA(2)で受信され、フィルタ14(2)、受信アンプ16(2)、受信回路18(2)を通して復調信号に変換され、後述する情報処理手段20に送られる。
情報処理手段20はマイクロプロセッサ上に構成され、クロック手段22が刻むクロック周波数で動作する。また、処理演算に必要なデータ等はメモリ手段24にアクセスして読み出される。ここでは、各受信アンテナから一定の時間間隔で得られる復調信号から識別信号等の必要な情報を抽出し、LAN等を通じて後述するサーバ26へ送信する動作を行う。
また、受信機本体10は、上述した内部の各電子回路への電源供給を行う電源部28を備えている。電源部28は、外部から供給される商用電圧ACを任意の直流電圧に変換して出力する直流安定化電源28aや、図示しないノイズフィルタ、電源スイッチなどで構成されている。
サーバ26は、情報処理手段20から送られた識別信号等の情報を分析し、特定のICタグの所在を判断する。例えば、分析の結果、時刻T1に、ICタグ10aの識別信号が受信アンテナA(1)で受信されたことが分かると、サーバ26は「ICタグ10aは、時刻T1の時点で部屋1に在る」と判断する。また、時刻T2に、ICタグ10aの識別信号が受信アンテナA(2)で受信されたことが分かると、サーバ26は「ICタグ10aは、時刻T2の時点で部屋2に在る」と判断する。また、同時刻の時刻T2に、ICタグ10bの識別信号が受信アンテナA(n)で受信されたことが分かると、サーバ26は「ICタグ10bは、時刻T2の時点で部屋nに在る」と判断する。
以上説明したように、従来の一般的な所在検知システムは、ICタグごとの識別信号が受信された受信アンテナを特定することによって、各ICタグの所在を検知しようとするシステムである。
また、特許文献1に開示されているように、利用者が携行する無線通信装置自体の位置を、選択的合成法を用いて高精度に求めることができる技術が適用された無線通信装置がある。これは、固定された複数の基地局から発信される無線信号を当該無線通信装置で受信し、三角測量法、k−際近接近傍法、最小多角形法の複数の計算方法を用いて暫定的な予測位置を複数計算する。そして、計算した暫定的な予測位置と無線通信環境に関する参照情報とに基づき、自己の位置を決定する無線通信装置である。
特開2004−215258号公報
しかし、上述した一般的な所在検知システムの場合、例えば、ICタグ12aが1つのエリアの中に在っても、ICタグ12aの周囲の構造物によるマルチパスやフェージングの影響、および、被管理者が身に付けるICタグ12aの指向性の変化の影響などによって、受信機本体10で観測される識別信号の受信信号強度が大きく変動する。また、ICタグ12aの電波は、ICタグ12aが在るエリアに設置された受信アンテナだけでなく、例えば、隣りのエリアの受信アンテナでも受信される。さらに、上記の受信信号強度が変動する現象が複合すると、ICタグ12aが在るエリアの受信アンテナの受信信号強度よりも、隣のエリアの受信アンテナの受信信号強度のほうが強くなることもあり得る。従って、受信アンテナ等の性能や設置される環境よっては、精度の高い所在検知を行うことができない場合があった。
また、上記の問題を改善するため、1つのエリアに複数の受信アンテナを設置し、受信状態のよい電波を自動的に選択してそのエリアの受信結果とするダイバシティ受信方式が適用された事例もあるが、受信アンテナや受信機本体等の設備構成が複雑化し、さらに、情報処理方法などのソフト面の構成も非常に煩雑であった。また、ICタグ12aが電波を発信する頻度を高くすることによって所在検知の精度を向上させることも考えられるが、サーバ26の通信負荷が大きくなるという欠点があった。
一方、特許文献1の無線通信装置の位置を選択的合成法を用いて高精度に求める技術は、利用者が携行する無線通信装置の内部に、基地局から発信される無線信号を受信する受信手段を設ける必要があり、小型のICタグに適用することは困難であった。また、ICタグ自体の機能が増える分だけ消費電力が増大し、内蔵する電池の消耗が早く、長時間の駆動が困難であった。
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、簡単な構成でサーバの負担を軽減し、ICタグが発する電波をエリアごとに設置された受信アンテナで受信する際、環境的ばらつきがあっても高精度に所在検知を行うことができる所在検知システムを提供することを目的とする。
この発明は、所在が管理される人や物に装着され、自己の識別信号を所定の時間間隔で無線送信するICタグと、互いに異なる場所に設置され、前記ICタグが送信した前記識別信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナが各々受信した識別信号に基づいて所定の情報処理を行う受信機本体と、前記受信機本体の情報処理結果に基づいて前記ICタグの所在を判断するサーバとを備えた所在検知システムにおいて、前記受信機本体には、前記各受信アンテナに各々接続され、前記受信アンテナが前記識別信号を受信すると、その受信信号強度を測定する複数の受信回路と、前記各受信回路から送信された受信信号強度測定値を取りまとめて一定期間蓄積し、前記識別信号ごと、且つ前記受信アンテナごとに、その一定期間における受信信号強度平均値を算出する情報処理手段とが設けられ、前記サーバは、特定の識別信号に該当する受信信号強度平均値を前記受信アンテナごとに抽出し、それらを比較演算することによって、前記特定の識別信号を有する前記ICタグの所在を判断する所在検知システムである。
また、前記受信回路の受信信号強度測定値が所定の基準値以下のとき、前記受信回路は、前記受信信号強度測定値を破棄し、前記情報処理手段は、破棄された前記受信信号強度測定値を標本から除外して前記受信信号強度平均値を算出する所在検知システムである。
この発明の所在検知システムによれば、各エリアの受信アンテナで受信される識別信号の受信信号強度を測定し、一定時間ごとに受信信号強度の平均値を算出し、その平均値を比較することによってICタグの所在を特定するので、マルチパスやフェージング等の環境的ばらつきが吸収され、精度の高い所在検知を行うことができる。
また、受信機本体からサーバへの情報送信は、識別信号を受信するごとではなく、複数の識別信号の受信信号強度平均値を算出する一定時間ごとに行えばよいため、サーバの負荷を軽減することができる。
さらに、受信信号強度の測定値が基準値以下のときは、その測定値をノイズとして標本から除外することによって、所在検知の精度を一層向上させることができる。
以下、この発明の一実施形態である所在検知システム30の構成について、図1〜図3に基づいて説明する。なお、上述した図7に示す所在検知システム用の設備と同様の構成は、同一の符号を付して説明する。所在検知システム30は、図1に示すように、所在を把握したい特定の者に各々異なるIDのICタグ12a,12bを所持させ、各ICタグ12a,12bが発信する電波を所定の受信装置で受信し、その受信結果を解析してその者の所在を特定するという構成を備えている。
ICタグ12は、図2に示すように、電源部32を内蔵したアクティブタグであって、各種データが記録されたメモリ手段34と、マイクロプロセッサ上に構成され、所定の演算処理を行う情報処理手段36と、情報処理手段36の処理結果を変調処理し、電波として発信する無線送信手段38を備えている。また、情報処理手段36には、動作周波数を定めるクロック手段40が付加されている。
電源部32は、電池E1と電源スイッチSWとを備え、電池E1は、直列接続された電源スイッチSWを介して電子回路全体に電源を供給する。
メモリ手段34は、ICタグ12が発信可能な各種情報があらかじめ書き込まれている。各種情報の中には、ICタグ自体または利用者を識別する識別IDが含まれている。
情報処理手段36は、マイクロプロセッサ上に構成され、少なくとも、識別IDをメモリ手段34から読み出し、定期的に無線送信手段38に伝達する機能を備えている。
無線送信手段38は、例えば、発振器38a、ミキサ38b、送信アンプ38c、フィルタ46dおよび送信アンテナ46eで構成されている。情報処理手段36から送られた識別ID等のデジタル信号は、発振器38aとミキサ38bによってデジタル変調される。変調方式は例えば、発振器38aで発生する正弦波状の搬送波の振幅を当該デジタル信号に対応させて変化させる振幅偏移変調(ASK:amplitude Shift Keying)を用い、さらに送信アンプ38cで増幅し、ASK変調信号を生成する。そして、このASK変調信号は、フィルタ38dを介して送信アンテナ38eに送られ、電波として発信される。なお、振幅偏移変調は変調方式の一例に過ぎず、所在検知システム30が設置される環境や取り扱う電波の性質等に応じ、移送偏移変調、周波数偏移変調その他の変調方式が適宜選択される。
ここでは、説明の簡略化のため、所在管理システム30で管理される被管理者は2人であり、各被管理者が所持するICタグ12は、互いに異なる識別IDが記録されたICタグ12a,12bであるとする。また、被管理者の行動範囲は、一定の建屋内にある複数の部屋1〜部屋nのいずれかであり、図1に示すように、各部屋に受信アンテナA(1)〜A(n)が1基ずつ設置されているとする。
各受信アンテナは、図3に示すように、全て受信機本体40に接続されている。例えば、ICタグ12aが部屋1に在るとき、ICタグ12aの電波は受信アンテナA(1)で受信され、フィルタ14(1)、受信アンプ16(1)、受信回路42(1)を通して復調信号に変換され、後述する情報処理手段44に送られる。同様に、ICタグ12aが部屋2に在るときは、ICタグ12aの電波は受信アンテナA(2)で受信され、フィルタ14(2)、受信アンプ16(2)、受信回路42(2)を通して復調信号に変換され、後述する情報処理手段44に送られる。また、ICタグ12bが部屋2に在るときも同様に、ICタグ12bの電波は受信アンテナA(2)で受信され、フィルタ14(2)、受信アンプ16(2)、受信回路42(2)を通して復調信号に変換され、後述する情報処理手段44に送られる。ここで、受信回路42(1)〜42(n)は、従来の受信回路18(1)〜18(n)と異なり、受信した電波の受信信号強度(以下、RSSIと称す)を測定する機能を備えている。
なお、例えば、ICタグ12aが部屋1に在るときは、ICタグ12aの電波は、部屋1の受信アンテナA(1)のみで受信されることが理想であるが、実際には、他の受信アンテナA(2)〜A(n)においても弱いRSSIをもって受信されることになる。
情報処理手段44はマイクロプロセッサ上に構成され、クロック手段22が刻むクロック周波数で動作する。また、処理演算に必要なデータ等は、メモリ手段24にアクセスして読み出される。ここでは、受信回路42(1)〜42(n)から送られる復調信号から識別信号を抽出する。それと並行して、複数回のRSSI測定値を一定時間蓄積し、識別信号及び受信アンテナごとに、その一定時間内のRSSI平均値を算出する。そして、識別RSSI平均値と識別信号をLAN等を通じて後述するサーバ46へ送信する。情報処理手段44の機能については、所在検知システム30の動作を説明する中で詳しく述べる。
また、受信機本体10は、上述した内部の各電子回路への電源供給を行う電源部28を備えている。電源部28は、外部から供給される商用電圧ACを任意の直流電圧に変換して出力する直流安定化電源28aや、図示しないノイズフィルタ、電源スイッチなどで構成されている。
サーバ46は、受信機本体40から一定時間間隔で送られるRSSI平均値と識別信号に基づいて、ICタグ12a,12bの所在を判断する。サーバ46の動作については、所在検知システム30の動作を説明する中で詳しく述べる。
次に、所在検知システム30の動作について、図4〜図5に基づいて説明する。ICタグ12aは、図4のフローチャートに示すように、電源スイッチSWをオンすることによって動作を開始する。まず、情報処理手段36によって、ICタグ12a自体の識別信号が無線送信手段38に送信される。次に、無線送信手段38は、識別信号をデジタル変調し、送信アンテナ38eから発信する。そして、ICタグ12aは、例えば0.5〜1sec程度の時間を空けて上記の動作を繰り返す。
受信アンテナA(1)〜A(n)、受信機本体40及びサーバ46の動作は、図5に示すフローチャートに示される。まず、ICタグ12aが発信した変調信号を、受信アンテナA(1)〜A(n)で受信する。すると、各受信回路は、各変調信号を復調するとともに、各変調信号のRSSIを測定する。そして、復調信号とRSSI測定値を情報処理手段44へ送信する。
情報処理手段44は、順次送られてくるRSSI測定値とあらかじめ設定された基準値とを比較し、RSSI測定値が基準値以下のときは、その変調信号をノイズと判断し、そのRSSI測定値を破棄する。一方、RSSI測定値が基準値を超えるときは有用な変調信号であると判断し、そのRSSI測定値を以降のステップに適用する。
情報処理手段44は、例えば10sec程度の一定時間、有用なRSSI測定値を標本として蓄積する。そして、蓄積された複数のRSSI測定値の中から、ICタグ12aの識別信号に該当するものを受信アンテナごとに区分けして抽出し、その一定時間におけるRSSI平均値を受信アンテナごとに算出する。そして、識別信号とRSSI平均値を一対にして、測定した時刻の情報と合わせて、サーバ46へ送信する。
サーバ46は、受信アンテナごとのRSSI平均値を比較し、「その時刻において、最大値を示した受信アンテナのある部屋に、そのICタグ12aが在る」と判断し、その旨をサーバ46に記録する。そして、上記の動作を繰り返すことによって、ICタグ12aが部屋を移動しても、ICタグ12aの所在を継続的に把握することができる。
また、識別信号の異なるICタグ12bの所在を検知する動作も同様である。すなわち、ICタグ12aの電波とタイミングをずらして発信されるICタグ12bの電波(変調信号)は、並行して各受信アンテナで受信され、受信機本体40、サーバ46で上記の処理が行われ、ICタグ12bの所在も並行して把握することができる。
以上説明したように、所在検知システム30によれば、各部屋の受信アンテナで受信された変調信号のRSSIを測定し、一定時間ごとにRSSI測定値の平均値を算出し、RSSI平均値を比較して各ICタグの所在を特定するので、マルチパスやフェージング等の環境的ばらつきが吸収され、精度の高い所在検知を行うことができる。
また、受信機本体40からサーバ46への情報送信は、1つのICタグについて、識別信号を受信する0.5〜1secごとではなく、RSSI平均値を算出する10secごとに行えばよい。特に、多数のICタグの所在検知を同時に行うことを考えると、サーバ46の負荷が軽減される効果は非常に大きい。
また、変調信号のRSSI測定値が基準値以下のときは、その測定値をノイズとして標本から除外することによって、RSSI平均値による判別の正確性が向上し、所在検知の精度を一層高くすることができる。
さらに、ICタグ12には、上述した特許文献1の無線通信装置のように無線信号を受信する受信手段を設ける必要がなく、ICタグ12を容易に小型化することができる。また、ICタグ12自体の機能は従来のICタグと同等のものでも良く、シンプルなものにすることが出来、消費電力が抑えられ増加することはない。従って、ICタグ12に内蔵された小型の電池E1でも、容易に長時間駆動させることができる。
なお、本発明の所在検知システムは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ICタグは自己の識別信号を発信する機能を備えるだけでなく、被管理者がICタグのボタンを操作などして緊急通報信号を発信する機能や、ICタグに内蔵されたセンサ等が観測した所定の物理特性値を発信する機能など、さまざまな機能を備えた多機能型のICタグであってもよい。
また、受信アンテナで受信した変調信号から識別信号とRSSI平均値を得る機能を実現する構成は、図3に示すようなフィルタ14、受信アンプ16、受信回路42、情報処理手段44でなる構成に限定するものではなく、例えば、受信回路42が有する機能を、情報処理手段44が構成されたマイクロプロセッサ上に一体に構成したり、変調信号を復調する機能を、ICタグの変調方式に適合した異なる回路等で構成してもよい。
さらに、RSSI平均値を算出する平均化の手法は、所在検知システムが設置される環境や取り扱う電波の性質等に合わせ、相加平均、相乗平均、調和平均など、任意の手法を適宜選択することができる。同様に、RSSI測定値の有用性を判定する基準値についても、所在検知の精度が一層向上するように、適宜調整すればよい。
本発明の一実施形態である所在検知システム30において、1つのICタグ12aの電波を観測してICタグ10aの所在を検知する実験を行った。以下、その実験結果について、図6に基づいて説明する。
本実験では、2基の受信アンテナA(1),A(2)を、部屋1及び部屋1と隣り合う部屋2に設置した。そして、ICタグ12aを所持した被管理者が、部屋1の中を1周当り10secの速さで時計回りに歩行し、ICタグ12aの電波を受信アンテナA(1)とA(2)で各々受信し、ICタグ12aの所在を判断した。このとき、ICタグ12aが変調信号を発信する時間間隔は約0.5sec、受信機本体10がRSSI平均値を算出する一定時間は約10secとした。また、RSSI測定値の有用性を定義する基準値は0.7Vとし、平均化の手法は相加平均とした。
受信アンテナA(1)、A(2)でICタグ12aの変調信号を受信すると、図6(a),(b)に示すように、どちらの受信アンテナにおいても、RSSI測定値が変動した。これは、マルチパス、フェージング、被管理者の動作によるICタグの指向性の変動などの影響によるものである。また、受信のタイミングによっては、受信アンテナA(1)から得られたRSSI測定値よりも受信アンテナA(2)から得られたRSSI測定値の方が大きな値を示すときがあり、RSSI測定値同士を比較するだけでは、「ICタグ10aは部屋1に在る」という判断をすることは困難であることが分かる。
一方、0.7V以下のRSSI測定値を標本から除外し、10secごとのRSSI平均値を算出すると、図6(a),(b)の実線で示すように、受信アンテナA(1)から得たRSSI測定値よりも受信アンテナA(2)から得たRSSI測定値の方が常に大きな値を示した。すなわち、RSSI平均値同士を比較すれば、「ICタグ10aは部屋1に在る」ということを相対的により正確に判断することができることが分かる。
この発明の一実施形態である所在検知システムの構成を示すブロック図である。 この実施形態のICタグの機能を示すブロック図である。 この実施形態の受信機本体の機能を示すブロック図である。 この実施形態のICタグの動作を説明するフローチャートである。 この実施形態の受信機本体及びサーバの動作を説明するフローチャートである。 この実施形態の実施例における受信アンテナA(1)のRSSI測定結果のグラフ(a)、受信アンテナA(2)のRSSI測定結果のグラフ(b)である。 従来の所在検知システムを構成する受信機本体の機能を示すブロック図である。
符号の説明
10,40 受信機本体
12 ,12a,12b ICタグ
14 フィルタ
16 受信アンプ
18,42 受信回路
20,44 情報処理手段
22 クロック手段
24 メモリ手段
26,46 サーバ
28 電源部
30 所在検知システム
38 無線送信手段
A(1)〜A(N) 受信アンテナ
AC 商用電圧

Claims (2)

  1. 自己の識別信号を所定の時間間隔で無線送信するICタグと、互いに異なる場所に設置され、前記ICタグが送信した前記識別信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナが各々受信した識別信号に基づいて所定の情報処理を行う受信機本体と、前記受信機本体の情報処理結果に基づいて前記ICタグの所在を判断するサーバとを備えた所在検知システムにおいて、
    前記受信機本体には、前記各受信アンテナに各々接続され、前記受信アンテナが前記識別信号を受信すると、その受信信号強度を測定する複数の受信回路と、前記各受信回路から送信された受信信号強度測定値を取りまとめて一定期間蓄積し、前記識別信号ごと、且つ前記受信アンテナごとに、その一定期間における受信信号強度平均値を算出する情報処理手段とが設けられ、
    前記サーバは、特定の識別信号に該当する受信信号強度平均値を前記受信アンテナごとに抽出し、それらを比較演算することによって、前記特定の識別信号を有する前記ICタグの所在を判断することを特徴とする所在検知システム。
  2. 前記受信回路の受信信号強度測定値が所定の基準値以下のとき、前記受信回路は、前記受信信号強度測定値を破棄し、前記情報処理手段は、破棄された前記受信信号強度測定値を標本から除外して前記受信信号強度平均値を算出することを特徴とする請求項1記載の所在検知システム。
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