JP4825159B2 - 無線測位システム、移動体、そのプログラム - Google Patents
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Description
しかし、そのような環境は特殊であり、通常、何等かの障害物があることが多く、障害物による直接波の遮断や直接波以外の電波の影響で、測位できない、もしくは大きな誤差を含む結果となる場合が多い。
ータを記憶し、無線測位できない場合には前記位置推定手段によって推定された位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶するデータ蓄積手段と、該データ蓄積手段に蓄積された情報を利用して、前記測位対象エリア内での任意の目的地への移動制御、あるいは任意の無線測位不能な地点の位置座標を求める手段とを有する。
図1は、本例の移動体のハードウェア構成図である。
図示の移動体10は、無線端末21、アンテナ22、ジャイロ23、回転数検知用エンコーダ24、及びコンピュータ30等を有する。尚、車輪、移動用モータ、操舵等の移動体10を移動させる為の構成は省略して示してある。
CPU31は、当該移動体10全体を制御する為の中央処理装置であり、記録媒体32(記憶装置)に記憶されている各種アプリケーション・プログラムをメモリ33上に読出し・実行することにより、上述した現在位置の算出や、後述する図4、図5、図8等のフローチャート図に示す各種処理を実現する。
図2において図示の4個の基地局1〜4で囲まれたエリア(図示の点線の矩形のエリア)を測位対象エリアとする。移動体10は、基本的に、この測位対象エリア内を移動する。尚、基地局1〜4は無線基地局であり、上記の一例では無線LAN基地局となるが、この例に限らない。基地局1〜4は、以下に説明する無線測位の処理例に示す機能を備えている。
無線測位はTOA(Time Of Arrival)方式で以下のように行う。
(a)移動体10から例えば基地局1に向けて時刻t1tに電波を送信する。
(b)移動体10から発射された電波を基地局1が受信すると、一定の処理時間td1後、移動体10に向けて電波を送信する。
(c)移動体10が基地局1から送信された電波を時刻t1rに受信する。
(d)移動体10は予め例えば記録媒体32等に上記一定の処理時間td1を記憶しており、これと上記(a)〜(c)の処理によって得られた送信時刻t1t、受信時刻t1rとに基づいて、CPU11は以下の(1)式により移動体10と基地局1との距離d1を算出する。
d1=(t1r-t1t-td1)*c/2 (cは光速) ・・・(1)式
(e)他の基地局2〜4に対しても、それぞれ、上記(a)〜(d)の処理を行うことで、移動体10と、基地局2,3,4それぞれとの距離d2,d3,d4を求める(測距する)。
(f)基地局1〜4の位置はそれぞれ既知であり移動体10内に記憶されているので、上記処理で求められた距離d1〜d4により移動体10の現在位置を特定することができる。
,4とは測距(直接波で通信)できず、基地局1,2の2つの基地局とのみ測距(直接波で通信)可能である。
まず予め、測位対象エリアを、例えば図3に示すように適当な大きさのM×Nのメッシュに分割しておき、これらメッシュの各点の位置座標を点(x,y)で表すものとする(x;1〜M、y;1〜N)。そして、移動体10を移動させつつ任意の各地点(x,y)において各基地局との無線通信を行って、通信状態データ等を記憶・蓄積していく。尚、必ずしも全ての地点で通信状態データ等を収集する必要はない。また、当然、障害物P,Qがあるエリアには、移動体10を移動させること自体できない。
Data(x,y)=[ dp1, dp2, dp3, dp4]
ここでdp1〜dp4はそれぞれ移動体10と基地局1〜4との通信状態とし、0:通信不可能、1:直接波で通信可能、2:マルチパス波で通信可能、を意味するものとする。例えば、上記図2に示す地点Aにおいて、マルチパス通信がないとすると、上記の通り基地局1、2との間で直接波による通信が可能なので、地点Aにおける通信状態データは、[1,1,0,0]と表される。
データと呼ぶものとする)も記憶する。
図4において、まず最初に、オペレータ等が、測位対象エリア内において、正確に無線測位可能な位置に移動体10を置く(ステップS11)。この初期設置位置は、上記無線測位によって位置を1つに特定できる位置であり、上述した通り、基本的には3つ以上の基地局と(直接波により)測距できる位置が望ましいが、2つの基地局とだけ(直接波により)測距できる位置であっても上記の通り位置を1つに特定できれば構わない。そして、この初期設置位置において、各基地局1〜4との通信を試みることで、上記通信状態データや無線測位可否データを生成して、これを記録媒体32等に記憶する(ステップS12)。
通信状態データData(m,n) = [1,1,0,0]
が生成されて、記録媒体32等に記憶される。尚、記憶媒体32には、予め、例えば図3に示すようなデータ蓄積メッシュが記憶されており、このメッシュ上の位置(m,n)にリンクさせて上記通信状態データ[1,1,0,0]が記憶されることになる。また、尚、上記の通り、地点(m,n)は無線測位可能地点であるので、無線測位によって現在位置座標が(m,n)であることが分かることは言うまでもない。当然、無線測位可否データは「無線測位可能」となり、これが上記通信状態データ[1,1,0,0]と一緒に記録媒体32に記憶されることになる。
この場合には、既に述べた通り、たとえこの1つの基地局との通信が直接波による通信であったとしても、無線測位不能なので(現在位置座標特定は出来ない)、現在位置座標は、上記自律型センサによる計測結果に基づく推定位置であるものとする。上記の通り、位置(m’,n’)を目的地として移動してきているのであるが、既に述べた通り、自律型センサによる計測結果に基づく推定位置には誤差が生じる場合があるので、現在位置が本当
に位置(m’,n’)であるのかは分からないが、現在位置は(m’,n’)であるものとして、上記通信状態データData(m’,n’)と無線測位可否データ(この場合は「無線測位不能」)を記録媒体32に記憶する(ステップS19)。但し、その前に、通信可能な基地局(ここでは1個のみ)との通信が、直接波によるものか、マルチパス波によるものかを判定する(ステップS18)。この判定は、例えば以下の通り行う。
図5は、移動体10の移動制御処理のフローチャート図である。図6は、図5の処理の具体例を説明する為の図である。
尚、上記何れの場合でも、移動中は、無線測位、自律型センサによる計測の両方を行う。そして、無線測位可能な状態であれば無線測位結果に従って現在位置座標を認識しながら移動し、無線測位不能な状態では上記自律型センサによる計測結果に基づいて、最後に無線測位可能であった地点を基準にして現在位置座標を推定しながら移動する。
記予め任意に設定される閾値L以下であるか否かを判定する(ステップS38)。もし、地点B−C間の距離が閾値L以下であれば(ステップS38,YES)、既に述べた理由により、移動体10の現在位置、すなわち点Bからは自律型センサによる計測結果に基づいて移動して目的地Cであるものと推測して到達した位置が、目的地Cであるものと見做す(正しく目的地に到達できたと見做す)ことができる(ステップS40)。その後は、ステップS43に移り、次の目的地があるならばステップS32に戻る。
一方、点B−C間の距離が閾値L以下でない場合には(ステップS38,NO)、移動体10の現在位置が目的地Cであるとは限らないので、上記ステップS34と略同様の処理によって上記最寄りの無線測位可能点である位置Dを求めて、点C−D間の距離が上記閾値L以下であるか否かを判定する(ステップS39)。もし、閾値L以下ではない場合には(ステップS39,NO)、上記ステップS40の処理を行う。但し、この場合には、現在位置が目的地Cであるとは限らないことになる。
尚、ステップS37〜S42の処理のみを独立して行っても良い。
以上説明した処理により、本例の手法によれば、自律型ロボット等の自律的に移動できる移動体10が、無線測位可能な環境下で、障害物の影響によって部分的に無線測位不能なエリアが存在する場合でも、誤差を少なくし、高精度に測位を行うことができる。
データの蓄積エリアが多くなってくると、無線測位による解が2つ出現するにもかかわらず、そのうち1つに特定できる場合が生じる。
ので、上述した方法では1つに特定できない。しかし、既にA,A’において図4の処理を実行しており、A,A’における通信状態データが記憶されている場合には、どちらか一方のみが今回の無線測位で得られた通信状態データと一致するならば、一致する方が移動体10の現在位置であると特定できる(この例では、当然、Aは一致するが、A’も一致する可能性がある)。
以下、図8の処理について説明する。
図8の処理は、移動体10が任意の地点(現在位置;仮に点Aとする)で無線測位を行った結果、通信可能な基地局数が2個であった場合(ステップS51)に実行される。尚、ステップS51の判定の段階では、通信可能な基地局が、直接波によるかものか、マルチパス波によるものか、までは分からない。
すなわち、ステップS59又はS60は、蓄積データのなかに点A2の通信状態データが存在し、且つ、この点A2の通信状態データにおいて、通信可能な基地局が2つとなっており且つこれら各通信状態にマルチパスを含まない、ものとなっているか否かを判定する。
尚、図8の処理は、図4のステップS15,S16,S17の処理の詳細フローと考え
てよい。この場合、ステップS64の処理後にステップS20の処理を行うことになる。また、ステップS63の判定がNOの場合は、終了とはせずに、ステップS18,S19の処理を行うことになる。これは、ステップS59がYES又はステップS60がNOの場合にも同様である。
例えば、既に通信状態データを収集・記憶してある任意の地点において、再度、無線測位を試みた結果、既存の通信状態データと異なる結果が得られたならば、人の侵入や物の移動などの環境変化があったと判定することが可能となる。すなわち、例えば、蓄積されていた、現在地点に対応する通信状態データと、今回の無線測位によって得られた通信状態データとを比較して、両者が一致するならば、環境変化無しと判定し、不一致ならば環境変化ありと判定する。例えば、現在位置で無線測位の結果、現在位置座標が(m,n)であると判定され、蓄積データを参照することで地点(m,n)の通信状態データが[1,1,1,0]であった場合、今回の無線測位による通信状態データが[1,1,1,0]であれば環境変化無しと判定し、[1,0,1,0]や [1,2,1,0]等であった場合には環境変化ありと判定して、例えば報知等を行う。
この様に、人の侵入検知等にも応用でき、更に例えば人が居ないはずの時間帯を設定しておくことで、不審者の侵入検知等も可能となる。
前記各基地局との無線通信を行って、該各無線通信によって得られる各基地局との測距データに基づいて現在位置座標を測位する無線測位手段と、
自律型センサによって計測される移動方向と移動量に基づいて現在位置座標を推定する位置推定手段と、
前記測位対象エリア内の任意の各地点毎に、前記無線測位手段によって前記無線測位を試みて、通信状態データと無線測位可否データを生成して、前記現在位置座標が無線測位できた場合には該無線測位で求めた該位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶し、無線測位できない場合には前記位置推定手段によって推定された位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶するデータ蓄積手段と、
該データ蓄積手段に蓄積された情報を利用して、前記測位対象エリア内での任意の目的地への移動制御、あるいは任意の無線測位不能な地点の位置座標を求める手段と、
を有することを特徴とする移動体。
付記1記載の移動体。
前記各基地局との無線通信を行って、該各無線通信によって得られる各基地局との測距データに基づいて現在位置座標を測位する無線測位手段と、
自律型センサによって計測される移動方向と移動量に基づいて現在位置座標を推定する位置推定手段と、
前記測位対象エリア内の任意の各地点毎に、前記無線測位手段によって前記無線測位を試みて、通信状態データと無線測位可否データを生成して、前記現在位置座標が無線測位できた場合には該無線測位で求めた該位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶し、無線測位できない場合には前記位置推定手段によって推定された位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶するデータ蓄積手段と、
その位置座標に関して既に前記データ蓄積手段にデータ記憶されている任意の地点で再度前記無線測位手段による無線測位を行った場合、前記データ蓄積手段に記憶されている前記通信状態データと、今回の通信状態データとを比較することで、環境変化を検知する環境変化検知手段と、
を有することを特徴とする移動体。
前記移動体は、
前記各基地局との無線通信を行って、該各無線通信によって得られる各基地局との測距データに基づいて現在位置座標を測位する無線測位手段と、
自律型センサによって計測される移動方向と移動量に基づいて現在位置座標を推定する位置推定手段と、
前記測位対象エリア内の任意の各地点毎に、前記無線測位手段によって前記無線測位を試みて、通信状態データと無線測位可否データを生成して、前記現在位置座標が無線測位できた場合には該無線測位で求めた該位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶し、無線測位できない場合には前記位置推定手段によって推定された位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶するデータ蓄積手段と、
該データ蓄積手段に蓄積された情報を利用して、前記測位対象エリア内での任意の目的
地への移動制御、あるいは任意の無線測位不能な地点の位置座標を求める手段と、
を有することを特徴とする無線測位システム。
前記各基地局との無線通信を行って、該各無線通信によって得られる各基地局との測距データに基づいて現在位置座標を測位する無線測位手段と、
自律型センサによって計測される移動方向と移動量に基づいて現在位置座標を推定する位置推定手段と、
前記測位対象エリア内の任意の各地点毎に、前記無線測位手段によって前記無線測位を試みて、通信状態データと無線測位可否データを生成して、前記現在位置座標が無線測位できた場合には該無線測位で求めた該位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶し、無線測位できない場合には前記位置推定手段によって推定された位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可否データを記憶するデータ蓄積手段と、
該データ蓄積手段に蓄積された情報を利用して、前記測位対象エリア内での任意の目的地への移動制御、あるいは任意の無線測位不能な地点の位置座標を求める手段、
として機能させるためのプログラム。
10 移動体
21 無線端末
22 アンテナ
23 ジャイロ
24 回転数検知用エンコーダ
30 コンピュータ
31 CPU
32 記録媒体(記憶装置)
33 メモリ
34 入出力インタフェース
Claims (5)
- 複数の基地局で囲まれた測位対象エリア内を自律移動する移動体であって、
前記各基地局との無線通信によって得られる各基地局との測距データに基づいて現在位置座標を測位する無線測位手段と、
自律型センサによって計測される移動方向と移動量に基づいて現在位置座標を推定する位置推定手段と、
前記測位対象エリア内の任意の各地点毎に、前記無線測位手段によって前記無線測位を試みて、通信状態データと、無線測位可能か無線測位不能かを示す無線測位可否データを生成して、前記現在位置座標が無線測位できた場合には該無線測位で求めた該位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可能を示す無線測位可否データを記憶し、無線測位できない場合には前記位置推定手段によって推定された位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位不能を示す無線測位可否データを記憶するデータ蓄積手段と、
任意の目的地へ移動する場合、前記データ蓄積手段に該目的地の位置座標に対応付けた情報が記憶されており、且つそれが前記無線測位不能を示す情報である場合には、更に前記データ蓄積手段を参照して、該目的地に近い前記無線測位可能地点を経由して前記目的地へ移動するように前記移動制御を行う移動制御手段と、
を有することを特徴とする移動体。 - 現在位置が前記無線測位不能な任意の地点であり、且つ現在位置に至るまでに無線測位不能な状態のまま所定距離以上移動してきた場合には、前記データ蓄積手段を参照して、現在位置に近い前記無線測位可能地点を求め、該求めた地点へ前記位置推定手段による推定を行って移動して、該移動先で前記無線測位を行った結果と該推定結果との誤差に基づいて、前記無線測位不能な任意の地点の位置座標を求める制御手段を更に有することを特徴とする請求項1記載の移動体。
- 任意の地点で前記無線測位手段による無線測位を行った結果、現在位置座標の候補が2つあった場合、前記データ蓄積手段を参照して、該各候補の位置座標に対応付けた前記通信状態データがある場合には、該各通信状態データを用いて、現在位置座標を前記2つの候補のうちの1つに特定することを特徴とする請求項1記載の移動体。
- 複数の基地局と、該複数の基地局で囲まれた測位対象エリア内を自律移動する移動体とを有する無線測位システムであって、
前記移動体は、
前記各基地局との無線通信によって得られる各基地局との測距データに基づいて現在位置座標を測位する無線測位手段と、
自律型センサによって計測される移動方向と移動量に基づいて現在位置座標を推定する位置推定手段と、
前記測位対象エリア内の任意の各地点毎に、前記無線測位手段によって前記無線測位を試みて、通信状態データと、無線測位可能か無線測位不能かを示す無線測位可否データを生成して、前記現在位置座標が無線測位できた場合には該無線測位で求めた該位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可能を示す無線測位可否データを記憶し、無線測位できない場合には前記位置推定手段によって推定された位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位不能を示す無線測位可否データを記憶するデータ蓄積手段と、
任意の目的地へ移動する場合、前記データ蓄積手段に該目的地の位置座標に対応付けた情報が記憶されており、且つそれが前記無線測位不能を示す情報である場合には、更に前記データ蓄積手段を参照して、該目的地に近い前記無線測位可能地点を経由して前記目的地へ移動するように前記移動制御を行う移動制御手段と、
を有することを特徴とする無線測位システム。 - 複数の基地局で囲まれた測位対象エリア内を自律移動する移動体のコンピュータを、
前記各基地局との無線通信によって得られる各基地局との測距データに基づいて現在位置座標を測位する無線測位手段と、
自律型センサによって計測される移動方向と移動量に基づいて現在位置座標を推定する位置推定手段と、
前記測位対象エリア内の任意の各地点毎に、前記無線測位手段によって前記無線測位を試みて、通信状態データと、無線測位可能か無線測位不能かを示す無線測位可否データを生成して、前記現在位置座標が無線測位できた場合には該無線測位で求めた該位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位可能を示す無線測位可否データを記憶し、無線測位できない場合には前記位置推定手段によって推定された位置座標に対応付けて前記通信状態データと無線測位不能を示す無線測位可否データを記憶するデータ蓄積手段と、
任意の目的地へ移動する場合、前記データ蓄積手段に該目的地の位置座標に対応付けた情報が記憶されており、且つそれが前記無線測位不能を示す情報である場合には、更に前記データ蓄積手段を参照して、該目的地に近い前記無線測位可能地点を経由して前記目的地へ移動するように前記移動制御を行う移動制御手段、
として機能させるためのプログラム。
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