JP6985714B2 - 移動検知システム - Google Patents

Description

この発明は、人の移動を機器を用いて検出する移動検知システムであって、特に、音波と携帯機器を利用して人の移動を検出する移動検知システムに関する。

従来から、人の移動管理制御システムとして、ＩＤコードが格納された電子チップを備えたシステムが存在し、それが、たとえば、特開２００９-３７６４３号公報（「特許文献１」）に開示されている。

特許文献１によれば、音波によって電子チップを起動させて、認可された人のみが所定のエリア内にとどまることができるシステムを開示している。

特開２００９-３７６４３号公報（要約等）

従来の音波を利用した移動検知システムは上記のように構成されていた。

しかしながら、このようなシステムにおいては、特別な電子チップが必要で、システムの普及が困難になる、という問題があった。

この発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、汎用の携帯端末を利用して、音波を用いた移動検知システムを提供することを目的とする。

この発明に係る移動検知システムは、音波を出力する音波出力装置と汎用の携帯端末とを含む、音波を利用した携帯端末の移動検知システムである。音波出力装置は音波を出力し、汎用の携帯端末は音波出力装置の出力した音波を受信する受信部と、受信部が受信した音波を解析する制御部と、制御部の解析結果に基づいて、所定のデータを外部に通信する通信部とを含む。

好ましくは、通信部の通信したデータを受信する管理装置をさらに含む。

さらに好ましくは、音波出力装置は、それぞれが異なる複数の特性を有する音波を出力する。

音波出力装置が出力するそれぞれが異なる複数の特性を有する音波は、それぞれが異なる複数の命令に対応する。

携帯端末は表示部を有し、命令は、表示部に表示されてもよい。

所定のデータは、音波のＩＤ、携帯端末のＩＤ、機器情報、または、通信部の受信時刻を含んでもよい。

汎用の携帯端末で外部の音波を受信して解析し、その結果に基づいて、携帯端末が所定のデータを外部に出力する。

汎用端末で音波を検出して人の移動管理ができるため、汎用の携帯端末を利用した音波を用いた移動検知システムが提供できる。

この実施の形態に係る音波信号を用いた移動検知システムの全体構成を示すブロック図である。 携帯端末および音波出力装置の構成を示すブロック図である。 携帯端末および音波出力装置の具体的な動作を説明するブロック図である。 音波の出力方法を示す図である。 このシステムをマラソン等の競技に使用した場合の構成及び動作を説明する図である。 携帯端末の位置を特定する具体的な方法を説明する模式図である。 移動検知システムを入退出管理システムに用いた場合の構成を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施の形態に係る音波を用いた移動検知システムの基本構成を示すブロック図である。

図１を参照して、音波を用いた移動検知システム１０は、個人が保持するスマートフォンのような汎用携帯端末２０と携帯端末２０に対して音波を出力する音波出力装置３０と、携帯端末２０と交信可能な外部に設けられた管理装置として作動するサーバ４０とを含む。

個人が有する携帯端末２０は通話機能を有しているので、音波を受信する受信部のような受信機能や、インターネットを介して上位のサーバ４０と通信する通信機能を有している。

図２は携帯端末２０（図２（Ａ））、および、音波出力装置３０（図２（Ｂ））の構成を示すブロック図である。図２（Ａ）を参照して、携帯端末２０は携帯端末２０全体を制御する制御部としてのＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１によって制御される、外部の機器と通信する通信部２２と、音波出力装置３０からの音波を受信する、マイクロフォンのような音波受信部２３と、端末利用者の操作を受け付ける入力部２４と、端末利用者へ情報を表示する表示部２５と、時刻を検出する計時部２６と、各種データを記憶するメモリ２７である格納部とを含む。

音波受信部２３はマイクロフォン等を有する。通信部２２は無線ネットワーク接続機能によるインターネット回線接続機能を有し、外部のサーバ４０に後に説明するデータを送信する。

図２（Ｂ）を参照して、音波出力装置３０は、音波出力装置３０全体を制御するＣＰＵ３１と、外部に出力する音波信号を出力するスピーカのような音波出力部３２と、メモリ３３とを含む。音波出力装置３０は、後述する音波の伝達領域を複数の地点で発生させるために、複数の音波出力部３２を有する場合がある。

図1および２を参照して、所定の場所に設置された音波出力装置３０は、ＩＤデータに対応する特定周波数(絶対周波数)を組み合わせた音波信号として音波を出力する。

携帯端末２０は、上記音波信号の到達範囲内に移動すると音波受信部２３で音波信号を受信し、ＣＰＵ２１で音波を検出し、ＩＤデータ等を取得する。

携帯端末２０は、音波受信部２３を介して取得した音波のＩＤや、携帯端末のＩＤ、機器情報、または、計時部で検出された受信時刻を含む情報を、通信部２２を介してインターネット回線などのようなネットワークを経由し、上位システムのサーバ４０へ伝達する。また、ＣＰＵ２１は、受信したＩＤデータの内容に応じて固有の処理を実行する。

なお、携帯端末２０は、ここに示すシステム専用ソフトウェアをインストールしたスマートフォンなどの機器であってもよい。

また、位置の検出を行うＧＰＳ機能を有するのが好ましい。

次に、携帯端末２０および音波出力装置３０の具体的な動作を説明する。図３は、この動作を説明するためのブロック図である。

図２および図３を参照して、音波出力装置３０のメモリ３３は、予め定められたＩＤを有する複数の音波出力データを有し、それぞれの音波出力データの周波数の組み合わせは定められている。各ＩＤの周波数の組み合わせ例を図３（Ａ）に示す。

この例では、複数の周波数を有する信号の組み合わせでＩＤを決定する。図３（Ａ）を参照して、ここでは、周波数１２ｋＨｚと１４ｋＨｚとを有する信号をＩＤ００１と定め、周波数１２ｋＨｚと１６ｋＨｚとを有する信号をＩＤ０１０と定める。

このように定められた出力信号のレベル対周波数を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）に示された出力信号の波形の例を図３（Ｃ）に示す。この出力信号が音波出力部３２から出力される。

なお、予め定められた時間単位で出力する周波数の組み合わせを変化させ、その変化の組み合わせによってＩＤを決定してもよい。

次に、携帯端末２０について説明する。携帯端末２０は、音波受信部２３のマイクロフォンを介してスピーカのような音波出力部３２から出力された音波データを受信する。受信データの一例を図３（Ｄ）に示す。ＣＰＵ２１はその音波の周波数を解析して、そのＩＤを特定する。

なお、必要に応じて、計時部２６で検出した受信時刻とともに音波ＩＤをメモリ２７に格納する。

次に、音波出力装置３０からの音波データの出力方法について図４を参照して説明する。音波の出力は連続した出力と、断続的な出力との用途に応じた組合わせを作ることができる。

図４（Ａ）は２つの音波１と音波２とを相互に重ならないように出力した場合の図である。図４（Ｂ）は音波２のみを断続的に出力した場合の図である。図４（Ｃ）は音波１のみを連続出力した場合の図である。

ＣＰＵ２１は、音波受信部２３から、1つの音波を連続して検出している時は、一定時間の検出でデータとして扱う。図４（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、検出している音波が断続の場合と連続の場合のそれぞれで、異なる処理を行ってもよい。

連続出力と断続出力とのそれぞれの利点と欠点は次のとおりである。

図４（Ｃ）に示した連続出力の利点は、音波の検出時間を長くできる為、ノイズを排除しやすいという点である。一方、欠点は、２つの音波が重なった場所でＩＤデータの誤認識の確率が高くなる、という点である。

図４（Ａ）や（Ｂ）に示したような断続出力の利点は、異なるＩＤデータの音波同士の干渉が無い為、認識率が高い、という点であり、２つの音響コマンドの重なりを認識できる。

一方、欠点は、連続出力に比べると検出時間が短くノイズに弱い為、検出失敗が起こりやすい。

また、２つの音波を交互検出するため、通過判定に最初にどちらを検出し、最後にどちらを検出したかのような判定が必要である。

次に、図５〜６を参照して、このシステムを利用したマラソンなどのレースでのタイム計測を行う場合について説明する。

図５はマラソンなどのレースのコース５５とその経路に沿って配置されたスタート地点５１、中継地点５２、およびゴール地点５３と、それぞれの地点に配置された音波出力部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ、およびその音波の伝達領域５６ａ〜５６ｃ、５７ａ〜５７ｂ、５８ａ〜５８ｂを示す図である。

スタート地点５１の中央には、音波出力部５１ａ，５１ｂが配置され、それによってかなり広い音波の伝達領域５６ａが得られる。実際に競技者がスタート地点を出るのはその音波が途切れて、異なる音波出力部５１ｃ，５１ｄからの音波に変わる領域である。スタート地点のスタートを検出するための、異なる音波出力部５１ｃ，５１ｄはそれぞれ、相互に重なる領域と重ならない領域を有する伝達領域５６ｂと５６ｃとを有する。

なお、スタート地点５１と、実際に競技者がスタート地点を出る地点とを明確に区別するために、例えば、スタート地点５１は連続出力を使用し、実際のスタート地点は断続出力とするように、相互に変えるのが好ましい。この実施の形態では、相互に重なる領域と重ならない領域とを有する異なる音波出力部は、断続出力を使用するが、これに限らず、連続出力を使用してもよいし、断続出力と連続出力とを組み合わせてもよい。

また、中継地点５２にはそれぞれが伝達領域５７ａと５７ｂとを有する、異なる音波出力部５２ａ，５２ｂが設けられる。異なる音波出力部５２ａ，５２ｂの伝達領域５７ａと５７ｂはそれぞれ、相互に重なる領域と重ならない領域を有する。

さらに、ゴール地点５３にはそれぞれが伝達領域５８ａと５８ｂとを有する、異なる音波出力部５３ａ，５３ｂが設けられる。ここでも、異なる音波出力部５３ａ，５３ｂの伝達領域５８ａと５８ｂはそれぞれ、相互に重なる領域と重ならない領域を有する。

この実施の形態においては、各地点に、それぞれが異なる音波を出力する１対の音波出力部を有し、それぞれの音波の強さの変化から、スタート地点、中間地点、ゴール地点等の境界の通過を判断し、通過時刻として決定している。

具体的には、中継およびゴール地点においては、地点の前後に音波出力部を設置し、それぞれ異なるＩＤデータの音波信号を出力する。走者の移動により、携帯端末２０で受信する音波ＩＤが変化する。ＩＤデータの変化や、それぞれの音波の強さの変化から、通過のタイミング等を判定する。

なお、具体的には、それぞれの音波出力部の強度が固定されており、携帯端末２０の音波受信部２３が受信する音波を有効とするレベルが予め定められており、このレベルを超えたときに、その音波領域に入ったと認識してもよいし、相互に重なる音波の強度が反転した時をその音波領域に移動したと認識してもよい。

特定の周波数で信号の有無により、０／１のデジタル信号として判定するには、一般的にはその周波数において信号と不要波の妨害波とのレベル比（Ｄ／Ｕ比）で６ｄＢ以上が必要である。

不要波として、携帯端末２０の電気回路自体の持つ熱雑音、周囲環境、衣類のすれる音、会話、呼吸音などの生体起因の雑音（外乱騒音）がある。また、信号源として出力する異なる音波出力部を並列して２つ設置している場合には、互いの音波出力部からの音波も信号の判定に干渉する不要波となる。

一般的に球状に放射する音源からの音波の強さは音源からの距離の２乗に反比例することが知られており、同じ音波の強さの２つの音源を、距離を空けて設置する為、音波を受信する携帯端末の位置によってそれぞれの音源からの音波の減衰量に差が出る。減衰量の差が６ｄＢ以上になる領域が、携帯端末が音源からの音波を信号として認識できる通信可能な領域である。

また、携帯端末の感度がメーカーごと、機種ごとに変わる場合では、信号を検出する最低レベルの音波強度に閾値を定めることで、複数信号源を使用しない単独信号の信号検出範囲を一定の範囲に規定できる。

図６はスマートフォン２０を有する参加者が、この仕組みを利用して、境界の通過を認識する場合の具体的な構成を示す図である。

ここでは、境界にそれぞれが異なるＩＤを有する２つの音波出力部５９ａ，５９ｂが設けられ、それぞれから、伝達領域６０ａ，６０ｂで音波ＩＤ（例えば１００と１０１）が出力される。この例では、スマートフォン２０が２０ａの位置から２０ｂを経て２０ｃの位置へ移動したときに、ＩＤデータの変化や、それぞれの音波の強さの変化から、この境界の通過と判断する。

なお、スタート地点５１では、スタート待機者に対して、スタート前、スタート直前、スタート後を表すＩＤデータの音波信号を出力する。

スタート前ＩＤデータ（音波出力部５１ｃ）からスタート後ＩＤデータ（音波出力部５１ｄ）の切り替わりのタイミングを判断し、スタートライン通過時刻とする。

中継およびゴール地点５２，５３においては、地点の前後に音波出力部５７ａ，５７ｂおよび５８ａ，５８ｂを設置し、それぞれ異なるＩＤデータの音波信号を出力する。走者の移動により、機器で受信するＩＤデータが変化する。ＩＤデータの変化や、それぞれの音波の強さの変化から、通過のタイミングを判定する。

なお、携帯端末２０の表示部２５に所有者に対する、音波ＩＤに応じたメッセージを表示してもよいし、携帯端末２０のメモリ２７にデータを蓄積してもよい。

次に、このシステムを入退出管理システムに用いた場合について説明する。図７はこの場合の構成を示すブロック図である。

図７を参照して、通路７０に沿って部屋６２等が並んでおり、各部屋にはドア６１が設けられ、そのドアを挟んで内側に音波出力部６３が設けられ、外側に音波出力部７３が設けられる。なお、これらの音波出力部は、床または天井に埋め込まれてもよいし、部屋の壁に設けられてもよい。内側の音波出力部６３および外側の音波出力部７３からは、図６で説明した音波出力部５９ａ，５９ｂのように、異なるＩＤを有する音波が出力されている。

例えば、携帯端末を有する利用者が、携帯端末の電源をオンした状態でドア６１を開けて部屋６２に入る場合、携帯端末２０は、まず音波ＩＤ２０１を検出し、その後、音波ＩＤ２００を検出する。そして、これらの受信データを図示の無い、外部のサーバに送信する。

外部のサーバは、これらの音波出力部からの音波の強さの変化やＩＤデータの変化から、出入口の通過時刻および利用者が入室したか退出したかを判定する。あるいは、出口と入口の音波ＩＤが検出されるときは、通過と判定しないで、どちらか一方になって通過と判定する。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示する実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１０ 移動検知システム、２０ 携帯端末、２１ ＣＰＵ、２２ 通信部、２３ 音波受信部、２４ 入力部、２５ 表示部、２６ 計時部、２７ メモリ、３０ 音波出力装置、３１ ＣＰＵ、３２，５９，６３，７３ 音波出力部、３３ メモリ、４０ サーバ、５１ スタート地点、５２ 中継地点、５３ ゴール地点、５５ コース、５６〜５８，６０ 伝達領域、６１ ドア、６２ 部屋、７０ 通路。

Claims (4)

1. 音波を出力する音波出力装置と汎用の携帯端末とを含む、音波を利用した携帯端末の移動検知システムであって、
   前記音波出力装置は音波を出力し、
   汎用の携帯端末は前記音波出力装置の出力した音波を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した音波を解析する制御部と、
   前記制御部の解析結果に基づいて、所定のデータを外部に通信する通信部と、を含み、
   前記通信部の通信したデータを受信する管理装置をさらに含み、
   前記音波出力装置は、それぞれが異なる複数の特性を有する音波を出力し、
   前記それぞれが異なる複数の特性を有する音波は、予め定められたＩＤを有する複数の音波出力データを有し、それぞれの音波出力データの周波数の組み合わせは定められている、移動検知システム。
2. 前記音波出力装置が出力する前記それぞれが異なる複数の特性を有する音波は、それぞれが異なる複数のＩＤに対応する、請求項１に記載の移動検知システム。
3. 前記携帯端末は表示部を有し、前記ＩＤは、前記表示部に表示される、請求項２に記載の移動検知システム。
4. 前記所定のデータは、音波の特性、前記携帯端末のＩＤ、機器情報、または、前記通信部の受信時刻を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の移動検知システム。

Images