JP6794093B2 - 位置推定システム - Google Patents
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Description
消火活動をする際、消防隊員は建物内部の地図を携帯して建物内に進入することがあるが、熱線等により地図が破損し、記載内容を読み取ることが困難になる場合がある。
また、GPSは10数mの誤差があり正確な位置を取得することができないため、GPS信号に、加速度センサや地磁気センサ、あるいは自立航法用センサ(ジャイロセンサ)などの信号を組み合わせた自立航法により歩行体の測位を行う方法や、歩行経路上に位置情報を持った発信機を予め設置しておくとともに歩行体に受信機を保有させておくことで歩行体の現在位置を補正する方法も提案されている(特許文献1〜3)。
さらに、歩行経路上に位置情報を持った発信機を予め設置しておく特許文献3に開示されている方法は、既設の建造物はこのような設備が設けられていないものが大半であるので、新たにこのような設備を導入する必要があり、そのような設備の導入には非常に大きなコストがかかるという課題がある。
本発明の他の目的は、位置情報を持った発信機が設置されていない既設の建造物内へ作業者が進入する場合に、作業者の位置を迅速かつ正確に把握することができ、それによって外部から適切な指示を与えて作業や任務遂行の支援をすることができる位置推定技術を提供することにある。
自己のアドレス情報を無線で発信可能であってGPS電波の届かない建物内に設置される複数の発信機と、
前記発信機から発信される無線信号を受信する受信回路と、慣性センサと、無線通信を行う無線通信回路とを備えた携帯端末と、
前記携帯端末と無線通信を行う無線通信回路および記憶装置を備えたデータ処理装置と、を含む位置推定システムであって、
前記携帯端末は、前記受信回路により前記発信機から発信されたアドレス情報を受信し、該アドレス情報と受信電波強度情報と前記慣性センサの検出情報と自己の識別情報とを送信する機能を有し、
前記データ処理装置は、
前記携帯端末から送信されてくる前記アドレス情報と受信電波強度情報と慣性センサの検出情報に基づいて、予め設定された起点を基準とする当該携帯端末の位置を演算により算出する機能と、
前記複数の発信機のいずれかから最初にアドレス情報を受信した時点で、前記記憶装置内に未登録のアクティブ状態の発信機があるか否か判定し未登録のアクティブ状態の発信機がある場合に先行作業者の保有する携帯端末の位置を、当該発信機の設定位置として記憶する機能と、
を有していることを特徴とする。
図1は、本実施形態の位置推定システムの概略構成を示すものである。図1に示すように、本実施形態の位置推定システムにおいては、建物内部の任意の箇所に配設されたビーコン用の発信機10と、作業者が保有する携帯端末20と、インターネット回線や電話回線等の通信網30を介して携帯端末20との間でデータ通信を行うデータ処理装置としてのサーバ(携帯端末20に対して位置に関する情報等を提供するコンピュータ)40とから構成されている。
一方、作業者が保有する携帯端末20は、後に詳しく説明するように、上記発信機10から無線で発信されるビーコン信号を受信する機能と、発信機10から発信されるビーコン信号に含まれるアドレス情報を抽出する機能と、通信網30を介してサーバ40との間でデータ通信を行う通信機能等を有しており、発信機10から受信したアドレス情報をジャイロセンサ等からの信号に基づく検出情報と共にサーバ40へ送信する。
図2に示すように、本実施形態における携帯端末20は、発信機10から無線で発信されるビーコンの無線信号を受信するアンテナ21aおよび受信回路21と、LCD(液晶パネル)などからなる表示部22と、タッチパネルなどからなる入力操作部23と、音声を発生するスピーカ24を備えている。受信回路21は、発信機10からの受信電波の強度を検出する機能を有している。
また、携帯端末20は、内部回路を制御したり上記受信回路21により受信したビーコン信号から識別コード情報を読み取る等の処理をするCPU(マイクロプロセッサ)25と、データを不揮発的に記憶可能なROM(リードオンリメモリ)26と、データを一時的に記憶可能なRAM(ランダムアクセスメモリ)27を備える。
なお、携帯端末20が保有する慣性センサの検出情報に基づく位置の算出には誤差が発生する。そこで、本実施例では、ビーコンからの信号(アドレス情報)を組み合わせることで、位置精度を高めるように工夫している。
本実施例におけるサーバ40は、携帯端末20から受信した発信機10のアドレス情報および受信電波強度の情報と、携帯端末20が取得した慣性センサの検出情報とに基づいて、発信機10の設定位置および携帯端末20の起点からの相対位置を計算しそれぞれの位置をリアルタイムで把握し、時系列データとしてメモリに記録する機能を有している。また、サーバ40は、記録した時系列データを解析して、発信機10の設定位置や携帯端末20の移動軌跡を認識するとともに、マップを作成して表示装置に表示する機能を備える。
本実施形態の位置推定システムにおいては、消火等の本来の活動を開始前もしくは最初の活動の際に、建物の内部構造を把握したりその後に建物内部で活動する作業者の位置を把握できるようにするため、建物の内部の適当な位置(複数個所)に発信機10を設置する作業を行う。以下、発信機10を設置する作業を行う作業者を、先行作業者と称する。なお、発信機10を設置する作業は、人間が行う代わりに、作業アームを備えた自律走行ロボットによって行うことも可能であり、その場合、自律走行ロボットに、発信機10および携帯端末20を搭載して走行させ、作業アームによって発信機10を設置させるようにすればよい。
先行作業者(先頭作業者)は、複数の発信機10および1つの携帯端末20を保有して建物内部に進入する(ステップS1)。そして、進入口に、起動スイッチをオンもしくは切替えスイッチをアクティブに切り替えた発信機10を1つ設置する(ステップS2)。続いて、建物内部を移動し(ステップS3)、所定の距離を移動もしくは通路の曲り角に達したような場合に、新たな発信機10を設置するか否かの判定を行う(ステップS4)。
上記のような作業で、起動、設置された発信機10は、所定の周期、所定の電波強度で、自身のアドレス情報を含むビーコン信号を発信し続ける。一方、作業者が保有する携帯端末20は、起動された発信機10からのビーコン信号を受信し、アドレス情報および受信電波強度と共に自己が持つ慣性センサ(加速度センサや電子コンパス)の情報および端末IDコード(機器識別情報)をサーバ40へ送信することとなる。
携帯端末20は、起動スイッチがオンもしくは切替えスイッチがアクティブに切り替えると、先行作業者により建物内部に設置された発信機10から送信されるアドレス情報の受信および受信電波強度の検出を開始する(ステップS11)。次に、携帯端末20は、当該携帯端末20に設けられている慣性センサから加速度や方位情報を取得する(ステップS12)。続いて、携帯端末20は、ステップS11で取得したアドレス情報および受信電波強度と共にステップS11で取得した加速度や方位情報をサーバ40へ送信する処理を行う(ステップS13)。その後、携帯端末20は、ステップS11へ戻り、ステップS11〜S13の処理を繰り返し実行する。
本実施形態の位置推定システムでは、先行作業者による建物内部への発信機(ビーコン)10の設置作業の開始前もしくは開始と並行して、サーバ40による作業者の支援処理を開始する(ステップS21)。それから、先行作業者が保有する携帯端末20とサーバ40との間の情報の送受信を開始する(ステップS22)。続いて、先行作業者が移動を開始するとともに発信機(ビーコン)10の設置作業を実行する(ステップS23)。
なお、ここでは、先行作業者が予め建物内部に発信機(ビーコン)10を設置した後で実行部隊の作業者が建物の内部へ侵入して消火活動等を実行する場合を例にとって説明したが、消火活動等を実行する複数の作業者が発信機10を設置しながら建物の奥へ移動して活動する場合にも利用することができる。
このうち、図5(A)は先行作業者が建物内部へ進入した直後のマップの表示例、図5(B)は先行作業者が建物内部で少し移動した時のマップの表示例、図6(A)は先行作業者が建物内部でさらに移動した時のマップの表示例、図6(B)は実行部隊の複数の作業者が建物内部に進入している時のマップの表示例である。この表示例では、移動軌跡の周辺と未踏破の区域とを異なる色で表示することで、未踏破区域が視覚的に把握し易くなっている。
なお、活動しようとする建物によっては、予め建物内部のフロア構成(マップ)の情報が得られる場合もある。その場合には、予め取得したフロアマップ上に、発信機10の設定位置および進入した作業者の位置を演算し、マップ上へ表示するようにしても良い。図7には、フロアマップ情報がある場合の表示例が示されている。
図8(A)に示すように、サーバ40は、先ず、先行作業者(自律走行ロボット)が建物内へ進入する位置(進入口)を起点として記録する(ステップS31)。具体的には、先行作業者が建物の進入口に到着したときの携帯端末20の位置を起点として設定する。
その後、携帯端末20からの情報の受信があるか判定し(ステップS36)、情報受信がない(No)と判定した場合は、情報受信があるまで待機する(ステップS36)。また、ステップS36で、情報受信がある(Yes)と判定した場合は、ステップS40へ進み、携帯端末20からの受信情報の処理を行い、処理が終了するとステップS36へ戻って、携帯端末20からの情報受信の有無の判定と受信情報処理とを繰り返し実行する。
この受信情報処理においては、サーバ40は、先ず携帯端末20が発信機10から取得したアドレス情報および受信電波強度と共に携帯端末20が持つ慣性センサの情報を受信する(ステップS41)。次に、受信情報に基づいて、起点位置からの携帯端末20の相対位置を算出する(ステップS42)。具体的には、慣性センサの情報に基づいて携帯端末20の移動方向および移動距離を算出する。なお、このとき、慣性センサの情報のみでは正確な位置を算出することが困難であるので、受信電波強度に基いて携帯端末20の移動距離を補正する。そして、算出した携帯端末20の相対位置をサーバ内の記憶装置(メモリ)に記録し、図5(B)に示すように、表示画面上に携帯端末20の移動点(軌跡)および作業者のシンボル(アイコン)を表示する(ステップS43,S44)。
以上説明したように、本実施形態の位置推定システムによれば、建物の内部構造に関する情報がない建物で火災等の事故や災害が発生したような場合にも、建物内部のマップを作成することができ、それによって建物内部へ進入して活動する消防士の活動を支援することが可能となる。
さらに、上記実施形態では、本発明を、ビル等の建物内で消防士が活動する場合の位置推定システムに適用したものを説明したが、本発明はそれに限定されず、地震等の災害により被害を受けた建造物内で救助隊が活動する場合の位置推定システムにも適用することができる。
20 携帯端末
21 受信回路
21a アンテナ
22 表示部
23 入力操作部
24 スピーカ
25 CPU(マイクロプロセッサ)
26 ROM(リードオンリメモリ)
27 RAM(ランダムアクセスメモリ)
28 慣性センサ
29 無線通信回路
29a アンテナ
30 通信網
40 サーバ
41 表示装置
Claims (1)
- 自己のアドレス情報を無線で発信可能であってGPS電波の届かない建物内に設置される複数の発信機と、
前記発信機から発信される無線信号を受信する受信回路と、慣性センサと、無線通信を行う無線通信回路とを備えた携帯端末と、
前記携帯端末と無線通信を行う無線通信回路および記憶装置を備えたデータ処理装置と、を含む位置推定システムであって、
前記携帯端末は、前記受信回路により前記発信機から発信されたアドレス情報を受信し、該アドレス情報と受信電波強度情報と前記慣性センサの検出情報と自己の識別情報とを送信する機能を有し、
前記データ処理装置は、
前記携帯端末から送信されてくる前記アドレス情報と受信電波強度情報と慣性センサの検出情報に基づいて、予め設定された起点を基準とする当該携帯端末の位置を演算により算出する機能と、
前記複数の発信機のいずれかから最初にアドレス情報を受信した時点で、前記記憶装置内に未登録のアクティブ状態の発信機があるか否か判定し未登録のアクティブ状態の発信機がある場合に先行作業者の保有する携帯端末の位置を、当該発信機の設定位置として記憶する機能と、
を有していることを特徴とする位置推定システム。
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