管理サーバ、位置推定用設備システム及び位置推定システム
【課題】 金属物の多い環境でも、無線移動ノードの位置が精度良く推定できる位置推定システムを提供する。
【解決手段】 本発明は、位置推定対象の移動ノードと、位置基準を与える複数の固定ノードと、各固定ノードと移動ノードとの距離に応じて、移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定システムに関する。管理サーバは、各固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している記憶手段と、固定ノード若しくは移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方のノードにおける信号受信数を取得する受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、記憶手段を参照して、各固定ノードと移動ノードとの距離情報を得る信号変換手段と、各固定ノードと移動ノードとの距離情報を複数適用して、移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有する。
【解決手段】 本発明は、位置推定対象の移動ノードと、位置基準を与える複数の固定ノードと、各固定ノードと移動ノードとの距離に応じて、移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定システムに関する。管理サーバは、各固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している記憶手段と、固定ノード若しくは移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方のノードにおける信号受信数を取得する受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、記憶手段を参照して、各固定ノードと移動ノードとの距離情報を得る信号変換手段と、各固定ノードと移動ノードとの距離情報を複数適用して、移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は管理サーバ、位置推定用設備システム及び距離推定システムに関し、例えば、電波伝搬状況に影響を与える金属物が多い環境下での位置推定に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、鉄工所や各種製造工場では、安全管理のため作業者の現在の作業場所（現在位置）を集中管理することが求められている。
【０００３】
そこで、作業者に無線タグを持たせ、受信電波強度（ＲＳＳＩ）を利用して、基準となる固定無線ノードから無線タグまでの距離を算出して、位置を特定するシステムが多く開発・研究されている。既存の受信電波強度を用いた位置検出方式（ＲＳＳＩ方式）の多くは、受信電波強度が距離に反比例して減衰する性質（距離減衰）を利用して無線タグと無線ノードの距離を推定し、複数の無線ノードからの推定距離（３点測量の原理）により無線タグの位置を検出している（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５０７６８
【特許文献２】特開２００６−２５８４６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電波の距離減衰を利用した従来の位置推定の方式では、鉄工所や工場等の金属物の多い環境では、マルチパス等により距離減衰が異常に大きくなり、無線ノード及び無線タグ間の距離が推定できず、位置推定が不可能になってしまうことが大半である。
【０００６】
さらに、鉄工所や各種製造工場では、金属物の位置が作業の進行によって種々変化したり、当日の作業予定に応じてレイアウト変更がなされたりするため、電波伝搬具合（電波飛散距離や距離減衰）も刻々と変化する。
【０００７】
例えば、図８に示すように、金属物がないような環境で（金属物を除去したと仮定した場合）、固定無線ノードからの距離と受信電波強度との関係曲線がＣ１であるような場合において、その空間内に、金属物があり、金属物のレイアウトが変更されたときには、固定無線ノードからの距離と受信電波強度との関係曲線は、Ｃ２〜Ｃ４のようになる。関係曲線Ｃ２〜Ｃ４からは、減衰がさほどでないため受信電波強度から距離を特定できるのは数ｍ程度であり、しかも、その数ｍも、金属物のレイアウト変更のために、時間帯毎に、受信電波強度と距離との関係が変化しているため、距離を特定できないことが分かる。
【０００８】
図９は減衰計測グラフであって、受信電波強度に係る縦軸も、距離に係る横軸も、指数表記のものである。図９における回帰線ｙは、図８におけるような複数の関係曲線（Ｃ２〜Ｃ４）から得られたものであり、各距離における複数のプロットは、その距離で受信電波強度がばらついていることを表している（図９におけるＲ２はバラツキを表す指標である）。回帰線ｙの傾斜は減衰率に応じているが、回帰線ｙの傾斜が大きいほど、受信電波強度から距離を特定し易いことを表している。図９に示すように、傾斜が小さいと、受信電波強度から距離を特定し難く、しかも、プロットが多いことで、同一の距離でも多くの受信電波強度の値を取っていることが分かる。
【０００９】
以上のように、鉄工所や工場等の金属物の多い環境では、小さな距離で電波強度の減衰が大きく、しかも、その減衰量のバラツキが大きく、距離の推定精度が悪いものとなる。その結果、推定された距離から求められる無線タグの位置の推定値も精度が低いものとなる。
【００１０】
そのため、金属物の多い環境でも、無線移動ノードの位置が精度良く推定することができる管理サーバ、位置推定用設備システム及び位置推定システムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の本発明は、位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定システムにおいて、上記管理サーバが、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
第２の本発明は、位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと位置推定対象の無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定用設備システムにおいて、上記管理サーバが、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
第３の本発明は、位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバにおいて、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異なる出力強度で送信された信号の受信数に基づいて、無線移動ノードの位置を推定するようにしたので、ＲＳＳＩ値の変動が大きい金属物の多い環境などでも、無線移動ノードの位置が精度良く推定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る位置推定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態の無線固定ノードの配置及び詳細構成の説明図である。
【図３】実施形態の無線固定ノードを構成する複数の通信端末の電波出力強度と、その電波を受信可能な距離との関係を示す説明図である。
【図４】実施形態の位置状態管理サーバの位置／状態管理機能面から見た機能的構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態の監視エリアにおける伝搬状態を表す情報の更新方法の説明図である。
【図６】実施形態の監視エリアにおける無線伝搬状態を把握する際の、位置状態管理サーバの動作を示すフローチャートである。
【図７】実施形態の無線移動ノードの位置を推定する際の、位置状態管理サーバの動作を示すフローチャートである。
【図８】従来の課題の説明図（１）である。
【図９】従来の課題の説明図（２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による管理サーバ、位置推定用設備システム及び位置推定システムの一実施形態を、図面を参照しながら説明する。この実施形態の位置推定システムは、電波伝搬状況に影響を与える金属物が多い環境下で使用されるシステムを意図している。
【００１７】
（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態に係る位置推定システムの構成を示すブロック図である。実施形態に係る位置推定システムが適用している無線での通信プロトコルがＺｉｇＢｅｅであるとして、以下、説明する。
【００１８】
図１において、位置推定システム１は、位置状態管理サーバ２、表示端末３、中央警告灯４、コーディネータ５、複数の無線固定ノード６（６−ａ〜６−ｄ、６−１〜６−１０）及び無線移動ノード７を有する。ここで、位置状態管理サーバ２、表示端末３、中央警告灯４及びコーディネータ５は有線ネットワーク（内部ＬＡＮ）８を介して接続されている。また、コーディネータ５、無線固定ノード６及び無線移動ノード７は、作業者状態管理エリアＡＲ内に配置され、ＺｉｇＢｅｅに従って無線通信を実行する。また、位置状態管理サーバ２、コーディネータ５及び複数の無線固定ノード６（６−ａ〜６−ｄ、６−１〜６−１０）が、位置推定用設備システムを構成している。
【００１９】
コーディネータ５は、ＺｉｇＢｅｅ無線ネットワーク（ＰＡＮ）全体を管理する機能を持ち、ＰＡＮに一つ存在するノードである。なお、作業者状態管理エリアＡＲを一部重複するように複数のエリアに分割し、各分割エリア毎にＰＡＮを構成させた場合には、複数のコーディネータ５が設けられることになる。
【００２０】
各無線固定ノード６は、無線移動ノード７の位置推定の基準となるものである。位置状態管理サーバ２は、各無線固定ノード６の位置情報を有し、各無線固定ノード６と無線移動ノード７の距離から無線移動ノード７の位置を推定する。各無線固定ノード６は、監視エリアＡＲ内の位置に固定的に取り付けられている。各無線固定ノード６は、例えば、図２に示すように、直交座標系（ｘｙ座標系）のｘ方向及びｙ方向に沿って等間隔に配置される。なお、図１では無線固定ノード６を４個（６−ａ〜６−ｄ）示し、図２では無線固定ノード６を１０個（６−１〜６−１０）示しているが、これは描画の都合上であり、個数が変化することはない。
【００２１】
各無線固定ノード６はそれぞれ、複数（図２では４個）の通信端末（ＺｉｇＢｅｅ端末）１０−１〜１０−ｎを備えている。複数の通信端末１０−１〜１０−ｎは、例えば、上述した直交座標系（ｘｙ座標系）の法線方向に積層されたものであり、通信端末１０−１〜１０−ｎはそれぞれ、位置状態管理サーバ２及びコーディネータ５の制御下で、無線移動ノード７に向けた電界強度送信要求を意味するビーコン（以下、第１の電界強度送信要求ビーコンと呼ぶ）を定期的に同時に送信したり、他の無線固定ノード６に向けた電界強度送信要求を意味するビーコン（以下、第２の電界強度送信要求ビーコンと呼ぶ）を定期的に同時に送信したりするものである。ここで、同一の無線固定ノード（例えば６−１）における複数のＺｉｇＢｅｅ端末１０−１〜１０−ｎは、第１又は第２の電界強度送信要求ビーコンを送信する際の送信電力（電波出力強度）が異なるように選定されており（なお、送信周波数も異なっている）、ビーコンの伝搬可能な距離が異なっている。
【００２２】
図３は、通信端末１０からのビーコンの送信電力（電波出力強度）と、ビーコンの伝搬可能な距離との関係の説明図である。
【００２３】
例えば、図３（Ａ）の無線固定ノード６−１が４個の通信端末１０−１〜１０−４を有し、図３（Ｂ）に示すように、通信端末１０−１が電波出力強度Ｐ１でビーコンを送信し、通信端末１０−２が電波出力強度Ｐ２でビーコンを送信し、通信端末１０−３が電波出力強度Ｐ３でビーコンを送信し、通信端末１０−４が電波出力強度Ｐ４でビーコンを送信したとする。電波出力強度Ｐ１〜Ｐ４が異なるため、送信されたビーコンの到達可能距離も異なる。
【００２４】
例えば、図３（Ｃ）に示すように、電波出力強度Ｐ１で送信されたビーコンの到達可能距離が２０ｍであり、電波出力強度Ｐ２で送信されたビーコンの到達可能距離が１５ｍであり、電波出力強度Ｐ３で送信されたビーコンの到達可能距離が１０ｍであり、電波出力強度Ｐ４で送信されたビーコンの到達可能距離が５ｍであれば、０〜５ｍの範囲にビーコンの受信機（無線移動ノードや他の無線固定ノード）がある場合には４個の通信端末１０−１〜１０−４からのビーコンを受信でき、５〜１０ｍの範囲にビーコンの受信機がある場合には３個の通信端末１０−１〜１０−３からのビーコンを受信でき、１０〜１５ｍの範囲にビーコンの受信機がある場合には２個の通信端末１０−１及び１０−２からのビーコンを受信でき、１５〜２０ｍの範囲にビーコンの受信機がある場合には１個の通信端末１０−１からのビーコンを受信できる。逆に言えば、仮に、ある受信機が、無線固定ノード６−１の４個の通信端末１０−１〜１０−４からのビーコンを２個だけ受信できた場合には、その受信機と無線固定ノード６−１との距離が１５〜２０ｍの範囲内にあることを意味する。
【００２５】
図３（Ａ）に示すように、無線固定ノード６−１の２つの通信端末１０−１及び１０−２からのビーコンを、無線固定ノード６−３及び６−７が受信していた状況において、金属物の配置変化などによって、無線固定ノード６−３及び６−７が受信できるビーコン数が１つになった場合には、ビーコン数が１つの距離の範囲が、それまでの範囲１５〜２０ｍから短い方に移動し、又は、短い方に幅を拡げたことを意味する。
【００２６】
各無線固定ノード６は、無線移動ノード７からの情報や、他の無線固定ノード（６）からの情報を、コーディネータ５（位置状態管理サーバ２）へ到達させるためのルーティングを行うと共、コーディネータ５から無線移動ノード７への情報のルーティングを行うものである。
【００２７】
無線移動ノード７は位置推定対象であり、状態が監視される作業者が携帯し、若しくは、作業者に装着されているものである。無線移動ノード７は、例えば、１つの通信端末（ＺｉｇＢｅｅ端末）からなっており、タグ状（無線タグ）に構成されている。無線移動ノード７は、いずれかの無線固定ノード６から送信された第１の電界強度送信要求ビーコンの受信時に、受け取れたビーコンの数を送信するものである。受信したビーコンの強度（以下、適宜、ＲＳＳＩ値と称する）が所定閾値以上であると、「受け取れた」と判断するものとする。受け取れたビーコンの数の送信先は、ビーコンの送信元の無線固定ノードであるとして、以下、説明する。なお、他の無線プロトコルを採用している場合など、無線移動ノード７が、受け取れたビーコンの数をコーディネータ５に直接送信するようにしても良い。
【００２８】
位置状態管理サーバ２は、ハードェア的には一般的なサーバと同様な構成を有し、サーバにインストールされたソフトウェアによって、大きく見て、ＺｉｇＢｅｅゲートウェイ（ＺＧＷ）としての機能と、位置／状態管理機能とを実行するものである。
【００２９】
ＺｉｇＢｅｅゲートウェイ機能面から言えば、位置状態管理サーバ２は、監視エリアＡＲ内に設置されたコーディネータ５と接続し、監視エリアＡＲの設備としての無線ネットワークと内部ＬＡＮ８とのゲートウェイとして相互通信を行うものである。
【００３０】
また、無線ネットワークより送信される作業者の無線タグの電界強度情報よりＲＳＳＩ値を評価し、位置推論による位置推定を行う位置検出サーバ機能を実装する。
【００３１】
図４は、位置状態管理サーバ２の位置／状態管理機能面から見た機能的構成を示すブロック図である。
【００３２】
位置状態管理サーバ２は、位置／状態管理機能に関し、エリア状態把握部２０、移動ノード位置推定部２１、移動ノード位置表示部２２、警告部２３及びデータベース２４を有する。
【００３３】
エリア状態把握部２０は、監視エリアＡＲの伝搬状態を定期的に把握（検出）し、データベース２４の伝搬状態情報データベース部２４Ａの格納内容（伝搬状態情報）を適宜更新させるものである。エリア状態把握部２０は、無線固定ノード６毎に、その無線固定ノード６が有する全ての通信端末１０からビーコンを送信させ、他の無線固定ノードで受信できたビーコン数を取り込み、他の無線固定ノードで受信できたビーコン数のセットが前回と同じか否かを判別し、前回と同じであれば、伝搬状態情報データベース部２４Ａを更新させず、前回と異なる場合には、例えば、受信ビーコン数が１の帯状領域、受信ビーコン数が２の帯状領域、…を、他の無線固定ノードの位置を参酌して定め（図３参照）、さらに、帯状領域の幅の中心を通る中心線を決定し、ビーコンを送信させた無線固定ノード６から中心線までの距離の平均を、その受信ビーコン数での距離と定め、そのような距離情報を伝搬状態情報として伝搬状態情報データベース部２４Ａに登録させる。
【００３４】
図５は、上述した伝搬状態情報の更新方法の説明図である。図５における「×」は、ビーコンを送信させる無線固定ノードを表しており、その周囲の数字「４」、「３」、「２」、「１」が付与された位置は他の無線固定ノードの位置を表し、数字はその無線固定ノードにおける受信ビーコン数を表している。等高線図の作成技術などを適用することにより、受信ビーコン数が「４」、「３」、「２」、「１」の帯状領域を定めることができ、各帯状領域の、送信固定ノードから見た径方向の幅の中心を結んでいくことにより中心線が得られ、その径方向の中心までの距離の平均を、その受信ビーコン数での距離と定める。
【００３５】
移動ノード位置推定部２１は、無線移動ノード７の位置を定期的に推定し、データベース２４の移動ノード位置データベース部２４Ｂの格納内容（移動ノード位置）を適宜更新させるものである。移動ノード位置推定部２１は、無線固定ノード６毎に、その無線固定ノード６が有する全ての通信端末１０からビーコンを送信させ、無線移動ノード７で受信できたビーコン数を取り込み、全ての無線固定ノード６からの送信で得られたビーコン数のセットが、前回と同じか否かを判別し、前回と同じであれば、移動ノード位置データベース部２４Ｂの移動ノード位置を同じ位置とし、前回と異なる場合には、伝搬状態情報データベース部２４Ａを参照して、各無線固定ノード６と無線移動ノード７との距離を得、その後、既存の位置推定アルゴリズムを適用して、無線移動ノード７の位置を推定して、移動ノード位置データベース部２４Ｂの無線移動ノード７の位置を更新させるものである。
【００３６】
移動ノード位置表示部２２は、データベース２４から監視エリアレイアウトデータ２４Ｃを取り出し、また、移動ノード位置データベース部２４Ｂの移動ノード位置を取り出し、それらから、移動ノード位置を含めた監視エリアの表示用レイアウトデータを形成して、表示端末３に与えて表示させるものである。
【００３７】
警告部２３は、データベース２４から警告エリアデータ２４Ｄを取り出し、また、移動ノード位置データベース部２４Ｂの移動ノード位置を取り出し、移動ノード位置が警告エリア内に位置しているときに、中央警告灯４による報知動作を起動するものである。
【００３８】
データベース２４は、上述した伝搬状態情報データベース部２４Ａのデータ、移動ノード位置データベース部２４Ｂのデータ、監視エリアレイアウトデータ２４Ｃ、警告エリアデータ２４Ｄ等を格納しているものである。
【００３９】
表示端末３は、位置状態管理サーバ２の制御下で、監視エリアＡＲのレイアウト上に無移動ノード７の位置を表示するものである。表示端末３は、位置状態管理サーバ２と一体的に構成されているものであっても良い。なお、オペレータの操作に応じ、無線ネットワークのトポロジー表示（ＰＡＮ構成されているＺｉｇＢｅｅ端末のネットワーク構成表示）をできるように、位置状態管理サーバ２及び表示端末３を構成するようにしても良い。
【００４０】
中央警告灯４は、位置状態管理サーバ２の制御下で、無線移動ノード７（を携帯する作業者）警告エリア内に位置していることの警告報知動作を行うものである。
【００４１】
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態に係る位置推定システムの動作を、監視エリアにおける無線伝搬状態の把握動作、無線移動ノードの位置推定動作の順に説明する。
【００４２】
図６は、監視エリアにおける無線伝搬状態を把握する際の、位置状態管理サーバ２の動作を示すフローチャートである。
【００４３】
位置状態管理サーバ２は、定期的に図６に示す処理を起動し、いずれか１つの無線固定ノード６を処理対象ノードに設定する（ステップ１００）。そして、その無線固定ノード６が有する全ての通信端末１０から、第２の電界強度送信要求ビーコンを放出（ブロードキャスト）させ（ステップ１０１）、全ての他の無線固定ノードが受信したビーコン数を取り込む（ステップ１０２）。なお、監視エリアＡＲ内の全ての他の無線固定ノードの受信ビーコン数を取り込む代わりに、処理対象ノードに応じて定まる範囲内に位置する全ての他の無線固定ノードの受信ビーコン数を取り込むようにしても良い。
【００４４】
その後、取り込んだ受信ビーコン数とそれを出力した無線固定ノードの識別情報との対情報を、全ての他の無線固定ノードにまとめたセット情報が、前回のセット情報と同じか否かを判別する（ステップ１０３）。
【００４５】
前回のセット情報と異なっていれば、上述したようにして、処理対象ノードについての伝搬状態情報を更新させる（ステップ１０４）。
【００４６】
前回のセット情報と同じ場合や、前回のセット情報と異なっていて処理対象ノードについての伝搬状態情報を更新した場合には、位置状態管理サーバ２は、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定した処理を、全ての無線固定ノードについて実行したか否かを判別し（ステップ１０５）、全ての無線固定ノードについて実行していなければ、上述したステップ１００に戻り、全ての無線固定ノードについて実行していれば、図６に示す一連の処理を終了する。
【００４７】
図７は、無線移動ノードの位置を推定する際の、位置状態管理サーバ２の動作を示すフローチャートである。
【００４８】
位置状態管理サーバ２は、定期的に図７に示す処理を起動し、いずれか１つの無線固定ノード６を処理対象ノードに設定する（ステップ２００）。そして、その無線固定ノード６が有する全ての通信端末１０から、第１の電界強度送信要求ビーコンを放出（ブロードキャスト）させ（ステップ２０１）、無線移動ノード７が受信したビーコン数を取り込む（ステップ２０２）。位置状態管理サーバ２は、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定したビーコン送信、受信ビーコン数の取込処理を、全ての無線固定ノードについて実行したか否かを判別し（ステップ２０３）、全ての無線固定ノードについて実行していなければ、上述したステップ２００に戻る。
【００４９】
これに対して、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定したビーコン送信、受信ビーコン数の取込処理を全ての無線固定ノードについて実行した場合には、全ての無線固定ノード６からの送信で得られたビーコン数のセットが、前回と同じか否かを判別する（ステップ２０４）。そして、前回と異なっていれば、各無線固定ノード６についての伝搬状態情報を参照して、各無線固定ノード６と無線移動ノード７との距離を得た後、既存の位置推定アルゴリズムを適用して、無線移動ノード７の位置を推定して位置情報を更新させる（ステップ２０５）。
【００５０】
ビーコン数のセットが前回と同じである場合や、ビーコン数のセットが前回と異なっていて無線移動ノード７の位置を推定し直した場合には、図７に示す一連の処理を終了する。なお、無線移動ノード７が複数存在する場合には、図７に示す処理が、それぞれの無線移動ノードについて実行される。
【００５１】
（Ａ−３）実施形態の効果
上記実施形態によれば、無線固定ノードから出力強度が異なる複数のビーコンを送信させ、無線移動ノードの受信ビーコン数から、その無線固定ノードと無線移動ノードとの大雑把な距離情報を得て位置を推定するようにしたので、ＲＳＳＩ値そのものを適用するより、推定結果から、金属物などの影響を排除することができる。
【００５２】
その結果、金属物が多い鉄工所や工場を監視エリアとしていても、無線移動ノードの位置を推定することが可能になる。
【００５３】
ここで、ある無線固定ノードから出力強度が異なる複数のビーコンを送信させた場合に、どの距離で、どれだけのビーコン数を受信できるかを、無線固定ノードから他の無線固定ノードへのビーコンの伝搬から捉え、無線伝搬状態の情報として格納しておき、無線移動ノードの位置推定で利用するようにしているので、位置推定が無線移動ノードの受信ビーコン数を利用していても、かなり良い位置推定結果を得ることができる。
【００５４】
電波伝搬状況は、金属物の配置だけでなく、天候や人の動きによっても変化するが、変化原因に拘わらず、受信ビーコン数を利用した推定結果を向上させることができる。
【００５５】
（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００５６】
上記実施形態では、無線通信プロトコルとしてＺｉｇＢｅｅの適用を意図して説明したが、無線技術やプロトコルはこれに限定されず、Ｗｉ−ＦｉやＵＷＢ等を適用することができる。距離に応じて受信電界強度が変化し、受信電界強度基づいて、「受け取れた」か否かを判断できる無線技術等であれば良い。
【００５７】
上記実施形態では、既存の位置推定アルゴリズムを適用できるように、受信ビーコン数を距離に置き換えて位置を推定するものを示したが、受信ビーコン数を距離の範囲に置き換えて位置を推定するようにしても良い。監視エリアＡＲの伝搬状態を把握する際に、処理対象の無線固定ノードから、ビーコン数が０の帯状領域（距離範囲）、ビーコン数が１の帯状領域、…を得ておき、無線移動ノードの位置推定時に、受信ビーコン数に基づいて、ある無線固定ノードから見て存在すると捉えられる帯状領域を得、複数の無線固定ノードについて得られた帯状領域の重ね合わせによって、無線移動ノードの位置を推定するようにしても良い。このような方法の場合、隣り合う帯状領域の境界をオーバーラップさせて定めるようにしても良い。
【００５８】
上記実施形態においては、無線移動ノードの位置を推定する際においても、無線固定ノードがビーコンの送信側であるものを示したが、無線移動ノードに複数の通信端末（例えば、ＺｉｇＢｅｅ端末）を設け、異なる出力強度でビーコンを送信させ、各無線固定ノードで受信できたビーコン数に応じて、各無線固定ノードと無線移動ノードとの距離の情報を得るようにしても良い。
【００５９】
上記実施形態においては、複数の無線固定ノードが等間隔に配置されたものを示したが、状態管理サーバが把握しているならば、配置は等間隔に限定されるものではない。
【００６０】
上記実施形態では、無線固定ノードに複数の通信端末を設けて、出力強度が異なるビーコンの送信を可能としたものを示したが、出力強度を可変できる１個の通信端末を無線固定ノードに設け、出力強度の可変制御によって、出力強度が異なる複数のビーコンを時分割で送信するようにしても良い。但し、全てのビーコンの送信に係る時間は、位置が同一とみなせるような短時間とする。
【００６１】
上記実施形態では、全ての無線固定ノードについて、送信ビーコン数や、送信時の出力強度の組み合わせが同じものを示したが、ビーコン数や出力強度の組み合わせが、無線固定ノードのよって異なるようにしても良い。例えば、位置推定の精度を高めたいエリア部分の無線固定ノードとして、送信ビーコン数が多いものを適用する。
【符号の説明】
【００６２】
１…位置推定システム、２…位置状態管理サーバ、３…表示端末、４…中央警告灯、５…コーディネータ、６−ａ〜６−ｄ、６−１〜６−１０…複数の無線固定ノード、７…無線移動ノード、８…有線ネットワーク（内部ＬＡＮ）、１０−１〜１０−４…１つの無線固定ノードが有する通信端末、２０…エリア状態把握部、２１…移動ノード位置推定部、２２…移動ノード位置表示部、２３…警告部、２４…データベース。
【技術分野】
【０００１】
本発明は管理サーバ、位置推定用設備システム及び距離推定システムに関し、例えば、電波伝搬状況に影響を与える金属物が多い環境下での位置推定に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、鉄工所や各種製造工場では、安全管理のため作業者の現在の作業場所（現在位置）を集中管理することが求められている。
【０００３】
そこで、作業者に無線タグを持たせ、受信電波強度（ＲＳＳＩ）を利用して、基準となる固定無線ノードから無線タグまでの距離を算出して、位置を特定するシステムが多く開発・研究されている。既存の受信電波強度を用いた位置検出方式（ＲＳＳＩ方式）の多くは、受信電波強度が距離に反比例して減衰する性質（距離減衰）を利用して無線タグと無線ノードの距離を推定し、複数の無線ノードからの推定距離（３点測量の原理）により無線タグの位置を検出している（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５０７６８
【特許文献２】特開２００６−２５８４６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電波の距離減衰を利用した従来の位置推定の方式では、鉄工所や工場等の金属物の多い環境では、マルチパス等により距離減衰が異常に大きくなり、無線ノード及び無線タグ間の距離が推定できず、位置推定が不可能になってしまうことが大半である。
【０００６】
さらに、鉄工所や各種製造工場では、金属物の位置が作業の進行によって種々変化したり、当日の作業予定に応じてレイアウト変更がなされたりするため、電波伝搬具合（電波飛散距離や距離減衰）も刻々と変化する。
【０００７】
例えば、図８に示すように、金属物がないような環境で（金属物を除去したと仮定した場合）、固定無線ノードからの距離と受信電波強度との関係曲線がＣ１であるような場合において、その空間内に、金属物があり、金属物のレイアウトが変更されたときには、固定無線ノードからの距離と受信電波強度との関係曲線は、Ｃ２〜Ｃ４のようになる。関係曲線Ｃ２〜Ｃ４からは、減衰がさほどでないため受信電波強度から距離を特定できるのは数ｍ程度であり、しかも、その数ｍも、金属物のレイアウト変更のために、時間帯毎に、受信電波強度と距離との関係が変化しているため、距離を特定できないことが分かる。
【０００８】
図９は減衰計測グラフであって、受信電波強度に係る縦軸も、距離に係る横軸も、指数表記のものである。図９における回帰線ｙは、図８におけるような複数の関係曲線（Ｃ２〜Ｃ４）から得られたものであり、各距離における複数のプロットは、その距離で受信電波強度がばらついていることを表している（図９におけるＲ２はバラツキを表す指標である）。回帰線ｙの傾斜は減衰率に応じているが、回帰線ｙの傾斜が大きいほど、受信電波強度から距離を特定し易いことを表している。図９に示すように、傾斜が小さいと、受信電波強度から距離を特定し難く、しかも、プロットが多いことで、同一の距離でも多くの受信電波強度の値を取っていることが分かる。
【０００９】
以上のように、鉄工所や工場等の金属物の多い環境では、小さな距離で電波強度の減衰が大きく、しかも、その減衰量のバラツキが大きく、距離の推定精度が悪いものとなる。その結果、推定された距離から求められる無線タグの位置の推定値も精度が低いものとなる。
【００１０】
そのため、金属物の多い環境でも、無線移動ノードの位置が精度良く推定することができる管理サーバ、位置推定用設備システム及び位置推定システムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の本発明は、位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定システムにおいて、上記管理サーバが、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
第２の本発明は、位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと位置推定対象の無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定用設備システムにおいて、上記管理サーバが、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
第３の本発明は、位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバにおいて、上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異なる出力強度で送信された信号の受信数に基づいて、無線移動ノードの位置を推定するようにしたので、ＲＳＳＩ値の変動が大きい金属物の多い環境などでも、無線移動ノードの位置が精度良く推定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る位置推定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態の無線固定ノードの配置及び詳細構成の説明図である。
【図３】実施形態の無線固定ノードを構成する複数の通信端末の電波出力強度と、その電波を受信可能な距離との関係を示す説明図である。
【図４】実施形態の位置状態管理サーバの位置／状態管理機能面から見た機能的構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態の監視エリアにおける伝搬状態を表す情報の更新方法の説明図である。
【図６】実施形態の監視エリアにおける無線伝搬状態を把握する際の、位置状態管理サーバの動作を示すフローチャートである。
【図７】実施形態の無線移動ノードの位置を推定する際の、位置状態管理サーバの動作を示すフローチャートである。
【図８】従来の課題の説明図（１）である。
【図９】従来の課題の説明図（２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による管理サーバ、位置推定用設備システム及び位置推定システムの一実施形態を、図面を参照しながら説明する。この実施形態の位置推定システムは、電波伝搬状況に影響を与える金属物が多い環境下で使用されるシステムを意図している。
【００１７】
（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態に係る位置推定システムの構成を示すブロック図である。実施形態に係る位置推定システムが適用している無線での通信プロトコルがＺｉｇＢｅｅであるとして、以下、説明する。
【００１８】
図１において、位置推定システム１は、位置状態管理サーバ２、表示端末３、中央警告灯４、コーディネータ５、複数の無線固定ノード６（６−ａ〜６−ｄ、６−１〜６−１０）及び無線移動ノード７を有する。ここで、位置状態管理サーバ２、表示端末３、中央警告灯４及びコーディネータ５は有線ネットワーク（内部ＬＡＮ）８を介して接続されている。また、コーディネータ５、無線固定ノード６及び無線移動ノード７は、作業者状態管理エリアＡＲ内に配置され、ＺｉｇＢｅｅに従って無線通信を実行する。また、位置状態管理サーバ２、コーディネータ５及び複数の無線固定ノード６（６−ａ〜６−ｄ、６−１〜６−１０）が、位置推定用設備システムを構成している。
【００１９】
コーディネータ５は、ＺｉｇＢｅｅ無線ネットワーク（ＰＡＮ）全体を管理する機能を持ち、ＰＡＮに一つ存在するノードである。なお、作業者状態管理エリアＡＲを一部重複するように複数のエリアに分割し、各分割エリア毎にＰＡＮを構成させた場合には、複数のコーディネータ５が設けられることになる。
【００２０】
各無線固定ノード６は、無線移動ノード７の位置推定の基準となるものである。位置状態管理サーバ２は、各無線固定ノード６の位置情報を有し、各無線固定ノード６と無線移動ノード７の距離から無線移動ノード７の位置を推定する。各無線固定ノード６は、監視エリアＡＲ内の位置に固定的に取り付けられている。各無線固定ノード６は、例えば、図２に示すように、直交座標系（ｘｙ座標系）のｘ方向及びｙ方向に沿って等間隔に配置される。なお、図１では無線固定ノード６を４個（６−ａ〜６−ｄ）示し、図２では無線固定ノード６を１０個（６−１〜６−１０）示しているが、これは描画の都合上であり、個数が変化することはない。
【００２１】
各無線固定ノード６はそれぞれ、複数（図２では４個）の通信端末（ＺｉｇＢｅｅ端末）１０−１〜１０−ｎを備えている。複数の通信端末１０−１〜１０−ｎは、例えば、上述した直交座標系（ｘｙ座標系）の法線方向に積層されたものであり、通信端末１０−１〜１０−ｎはそれぞれ、位置状態管理サーバ２及びコーディネータ５の制御下で、無線移動ノード７に向けた電界強度送信要求を意味するビーコン（以下、第１の電界強度送信要求ビーコンと呼ぶ）を定期的に同時に送信したり、他の無線固定ノード６に向けた電界強度送信要求を意味するビーコン（以下、第２の電界強度送信要求ビーコンと呼ぶ）を定期的に同時に送信したりするものである。ここで、同一の無線固定ノード（例えば６−１）における複数のＺｉｇＢｅｅ端末１０−１〜１０−ｎは、第１又は第２の電界強度送信要求ビーコンを送信する際の送信電力（電波出力強度）が異なるように選定されており（なお、送信周波数も異なっている）、ビーコンの伝搬可能な距離が異なっている。
【００２２】
図３は、通信端末１０からのビーコンの送信電力（電波出力強度）と、ビーコンの伝搬可能な距離との関係の説明図である。
【００２３】
例えば、図３（Ａ）の無線固定ノード６−１が４個の通信端末１０−１〜１０−４を有し、図３（Ｂ）に示すように、通信端末１０−１が電波出力強度Ｐ１でビーコンを送信し、通信端末１０−２が電波出力強度Ｐ２でビーコンを送信し、通信端末１０−３が電波出力強度Ｐ３でビーコンを送信し、通信端末１０−４が電波出力強度Ｐ４でビーコンを送信したとする。電波出力強度Ｐ１〜Ｐ４が異なるため、送信されたビーコンの到達可能距離も異なる。
【００２４】
例えば、図３（Ｃ）に示すように、電波出力強度Ｐ１で送信されたビーコンの到達可能距離が２０ｍであり、電波出力強度Ｐ２で送信されたビーコンの到達可能距離が１５ｍであり、電波出力強度Ｐ３で送信されたビーコンの到達可能距離が１０ｍであり、電波出力強度Ｐ４で送信されたビーコンの到達可能距離が５ｍであれば、０〜５ｍの範囲にビーコンの受信機（無線移動ノードや他の無線固定ノード）がある場合には４個の通信端末１０−１〜１０−４からのビーコンを受信でき、５〜１０ｍの範囲にビーコンの受信機がある場合には３個の通信端末１０−１〜１０−３からのビーコンを受信でき、１０〜１５ｍの範囲にビーコンの受信機がある場合には２個の通信端末１０−１及び１０−２からのビーコンを受信でき、１５〜２０ｍの範囲にビーコンの受信機がある場合には１個の通信端末１０−１からのビーコンを受信できる。逆に言えば、仮に、ある受信機が、無線固定ノード６−１の４個の通信端末１０−１〜１０−４からのビーコンを２個だけ受信できた場合には、その受信機と無線固定ノード６−１との距離が１５〜２０ｍの範囲内にあることを意味する。
【００２５】
図３（Ａ）に示すように、無線固定ノード６−１の２つの通信端末１０−１及び１０−２からのビーコンを、無線固定ノード６−３及び６−７が受信していた状況において、金属物の配置変化などによって、無線固定ノード６−３及び６−７が受信できるビーコン数が１つになった場合には、ビーコン数が１つの距離の範囲が、それまでの範囲１５〜２０ｍから短い方に移動し、又は、短い方に幅を拡げたことを意味する。
【００２６】
各無線固定ノード６は、無線移動ノード７からの情報や、他の無線固定ノード（６）からの情報を、コーディネータ５（位置状態管理サーバ２）へ到達させるためのルーティングを行うと共、コーディネータ５から無線移動ノード７への情報のルーティングを行うものである。
【００２７】
無線移動ノード７は位置推定対象であり、状態が監視される作業者が携帯し、若しくは、作業者に装着されているものである。無線移動ノード７は、例えば、１つの通信端末（ＺｉｇＢｅｅ端末）からなっており、タグ状（無線タグ）に構成されている。無線移動ノード７は、いずれかの無線固定ノード６から送信された第１の電界強度送信要求ビーコンの受信時に、受け取れたビーコンの数を送信するものである。受信したビーコンの強度（以下、適宜、ＲＳＳＩ値と称する）が所定閾値以上であると、「受け取れた」と判断するものとする。受け取れたビーコンの数の送信先は、ビーコンの送信元の無線固定ノードであるとして、以下、説明する。なお、他の無線プロトコルを採用している場合など、無線移動ノード７が、受け取れたビーコンの数をコーディネータ５に直接送信するようにしても良い。
【００２８】
位置状態管理サーバ２は、ハードェア的には一般的なサーバと同様な構成を有し、サーバにインストールされたソフトウェアによって、大きく見て、ＺｉｇＢｅｅゲートウェイ（ＺＧＷ）としての機能と、位置／状態管理機能とを実行するものである。
【００２９】
ＺｉｇＢｅｅゲートウェイ機能面から言えば、位置状態管理サーバ２は、監視エリアＡＲ内に設置されたコーディネータ５と接続し、監視エリアＡＲの設備としての無線ネットワークと内部ＬＡＮ８とのゲートウェイとして相互通信を行うものである。
【００３０】
また、無線ネットワークより送信される作業者の無線タグの電界強度情報よりＲＳＳＩ値を評価し、位置推論による位置推定を行う位置検出サーバ機能を実装する。
【００３１】
図４は、位置状態管理サーバ２の位置／状態管理機能面から見た機能的構成を示すブロック図である。
【００３２】
位置状態管理サーバ２は、位置／状態管理機能に関し、エリア状態把握部２０、移動ノード位置推定部２１、移動ノード位置表示部２２、警告部２３及びデータベース２４を有する。
【００３３】
エリア状態把握部２０は、監視エリアＡＲの伝搬状態を定期的に把握（検出）し、データベース２４の伝搬状態情報データベース部２４Ａの格納内容（伝搬状態情報）を適宜更新させるものである。エリア状態把握部２０は、無線固定ノード６毎に、その無線固定ノード６が有する全ての通信端末１０からビーコンを送信させ、他の無線固定ノードで受信できたビーコン数を取り込み、他の無線固定ノードで受信できたビーコン数のセットが前回と同じか否かを判別し、前回と同じであれば、伝搬状態情報データベース部２４Ａを更新させず、前回と異なる場合には、例えば、受信ビーコン数が１の帯状領域、受信ビーコン数が２の帯状領域、…を、他の無線固定ノードの位置を参酌して定め（図３参照）、さらに、帯状領域の幅の中心を通る中心線を決定し、ビーコンを送信させた無線固定ノード６から中心線までの距離の平均を、その受信ビーコン数での距離と定め、そのような距離情報を伝搬状態情報として伝搬状態情報データベース部２４Ａに登録させる。
【００３４】
図５は、上述した伝搬状態情報の更新方法の説明図である。図５における「×」は、ビーコンを送信させる無線固定ノードを表しており、その周囲の数字「４」、「３」、「２」、「１」が付与された位置は他の無線固定ノードの位置を表し、数字はその無線固定ノードにおける受信ビーコン数を表している。等高線図の作成技術などを適用することにより、受信ビーコン数が「４」、「３」、「２」、「１」の帯状領域を定めることができ、各帯状領域の、送信固定ノードから見た径方向の幅の中心を結んでいくことにより中心線が得られ、その径方向の中心までの距離の平均を、その受信ビーコン数での距離と定める。
【００３５】
移動ノード位置推定部２１は、無線移動ノード７の位置を定期的に推定し、データベース２４の移動ノード位置データベース部２４Ｂの格納内容（移動ノード位置）を適宜更新させるものである。移動ノード位置推定部２１は、無線固定ノード６毎に、その無線固定ノード６が有する全ての通信端末１０からビーコンを送信させ、無線移動ノード７で受信できたビーコン数を取り込み、全ての無線固定ノード６からの送信で得られたビーコン数のセットが、前回と同じか否かを判別し、前回と同じであれば、移動ノード位置データベース部２４Ｂの移動ノード位置を同じ位置とし、前回と異なる場合には、伝搬状態情報データベース部２４Ａを参照して、各無線固定ノード６と無線移動ノード７との距離を得、その後、既存の位置推定アルゴリズムを適用して、無線移動ノード７の位置を推定して、移動ノード位置データベース部２４Ｂの無線移動ノード７の位置を更新させるものである。
【００３６】
移動ノード位置表示部２２は、データベース２４から監視エリアレイアウトデータ２４Ｃを取り出し、また、移動ノード位置データベース部２４Ｂの移動ノード位置を取り出し、それらから、移動ノード位置を含めた監視エリアの表示用レイアウトデータを形成して、表示端末３に与えて表示させるものである。
【００３７】
警告部２３は、データベース２４から警告エリアデータ２４Ｄを取り出し、また、移動ノード位置データベース部２４Ｂの移動ノード位置を取り出し、移動ノード位置が警告エリア内に位置しているときに、中央警告灯４による報知動作を起動するものである。
【００３８】
データベース２４は、上述した伝搬状態情報データベース部２４Ａのデータ、移動ノード位置データベース部２４Ｂのデータ、監視エリアレイアウトデータ２４Ｃ、警告エリアデータ２４Ｄ等を格納しているものである。
【００３９】
表示端末３は、位置状態管理サーバ２の制御下で、監視エリアＡＲのレイアウト上に無移動ノード７の位置を表示するものである。表示端末３は、位置状態管理サーバ２と一体的に構成されているものであっても良い。なお、オペレータの操作に応じ、無線ネットワークのトポロジー表示（ＰＡＮ構成されているＺｉｇＢｅｅ端末のネットワーク構成表示）をできるように、位置状態管理サーバ２及び表示端末３を構成するようにしても良い。
【００４０】
中央警告灯４は、位置状態管理サーバ２の制御下で、無線移動ノード７（を携帯する作業者）警告エリア内に位置していることの警告報知動作を行うものである。
【００４１】
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態に係る位置推定システムの動作を、監視エリアにおける無線伝搬状態の把握動作、無線移動ノードの位置推定動作の順に説明する。
【００４２】
図６は、監視エリアにおける無線伝搬状態を把握する際の、位置状態管理サーバ２の動作を示すフローチャートである。
【００４３】
位置状態管理サーバ２は、定期的に図６に示す処理を起動し、いずれか１つの無線固定ノード６を処理対象ノードに設定する（ステップ１００）。そして、その無線固定ノード６が有する全ての通信端末１０から、第２の電界強度送信要求ビーコンを放出（ブロードキャスト）させ（ステップ１０１）、全ての他の無線固定ノードが受信したビーコン数を取り込む（ステップ１０２）。なお、監視エリアＡＲ内の全ての他の無線固定ノードの受信ビーコン数を取り込む代わりに、処理対象ノードに応じて定まる範囲内に位置する全ての他の無線固定ノードの受信ビーコン数を取り込むようにしても良い。
【００４４】
その後、取り込んだ受信ビーコン数とそれを出力した無線固定ノードの識別情報との対情報を、全ての他の無線固定ノードにまとめたセット情報が、前回のセット情報と同じか否かを判別する（ステップ１０３）。
【００４５】
前回のセット情報と異なっていれば、上述したようにして、処理対象ノードについての伝搬状態情報を更新させる（ステップ１０４）。
【００４６】
前回のセット情報と同じ場合や、前回のセット情報と異なっていて処理対象ノードについての伝搬状態情報を更新した場合には、位置状態管理サーバ２は、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定した処理を、全ての無線固定ノードについて実行したか否かを判別し（ステップ１０５）、全ての無線固定ノードについて実行していなければ、上述したステップ１００に戻り、全ての無線固定ノードについて実行していれば、図６に示す一連の処理を終了する。
【００４７】
図７は、無線移動ノードの位置を推定する際の、位置状態管理サーバ２の動作を示すフローチャートである。
【００４８】
位置状態管理サーバ２は、定期的に図７に示す処理を起動し、いずれか１つの無線固定ノード６を処理対象ノードに設定する（ステップ２００）。そして、その無線固定ノード６が有する全ての通信端末１０から、第１の電界強度送信要求ビーコンを放出（ブロードキャスト）させ（ステップ２０１）、無線移動ノード７が受信したビーコン数を取り込む（ステップ２０２）。位置状態管理サーバ２は、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定したビーコン送信、受信ビーコン数の取込処理を、全ての無線固定ノードについて実行したか否かを判別し（ステップ２０３）、全ての無線固定ノードについて実行していなければ、上述したステップ２００に戻る。
【００４９】
これに対して、ある無線固定ノードを処理対象ノードに設定したビーコン送信、受信ビーコン数の取込処理を全ての無線固定ノードについて実行した場合には、全ての無線固定ノード６からの送信で得られたビーコン数のセットが、前回と同じか否かを判別する（ステップ２０４）。そして、前回と異なっていれば、各無線固定ノード６についての伝搬状態情報を参照して、各無線固定ノード６と無線移動ノード７との距離を得た後、既存の位置推定アルゴリズムを適用して、無線移動ノード７の位置を推定して位置情報を更新させる（ステップ２０５）。
【００５０】
ビーコン数のセットが前回と同じである場合や、ビーコン数のセットが前回と異なっていて無線移動ノード７の位置を推定し直した場合には、図７に示す一連の処理を終了する。なお、無線移動ノード７が複数存在する場合には、図７に示す処理が、それぞれの無線移動ノードについて実行される。
【００５１】
（Ａ−３）実施形態の効果
上記実施形態によれば、無線固定ノードから出力強度が異なる複数のビーコンを送信させ、無線移動ノードの受信ビーコン数から、その無線固定ノードと無線移動ノードとの大雑把な距離情報を得て位置を推定するようにしたので、ＲＳＳＩ値そのものを適用するより、推定結果から、金属物などの影響を排除することができる。
【００５２】
その結果、金属物が多い鉄工所や工場を監視エリアとしていても、無線移動ノードの位置を推定することが可能になる。
【００５３】
ここで、ある無線固定ノードから出力強度が異なる複数のビーコンを送信させた場合に、どの距離で、どれだけのビーコン数を受信できるかを、無線固定ノードから他の無線固定ノードへのビーコンの伝搬から捉え、無線伝搬状態の情報として格納しておき、無線移動ノードの位置推定で利用するようにしているので、位置推定が無線移動ノードの受信ビーコン数を利用していても、かなり良い位置推定結果を得ることができる。
【００５４】
電波伝搬状況は、金属物の配置だけでなく、天候や人の動きによっても変化するが、変化原因に拘わらず、受信ビーコン数を利用した推定結果を向上させることができる。
【００５５】
（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００５６】
上記実施形態では、無線通信プロトコルとしてＺｉｇＢｅｅの適用を意図して説明したが、無線技術やプロトコルはこれに限定されず、Ｗｉ−ＦｉやＵＷＢ等を適用することができる。距離に応じて受信電界強度が変化し、受信電界強度基づいて、「受け取れた」か否かを判断できる無線技術等であれば良い。
【００５７】
上記実施形態では、既存の位置推定アルゴリズムを適用できるように、受信ビーコン数を距離に置き換えて位置を推定するものを示したが、受信ビーコン数を距離の範囲に置き換えて位置を推定するようにしても良い。監視エリアＡＲの伝搬状態を把握する際に、処理対象の無線固定ノードから、ビーコン数が０の帯状領域（距離範囲）、ビーコン数が１の帯状領域、…を得ておき、無線移動ノードの位置推定時に、受信ビーコン数に基づいて、ある無線固定ノードから見て存在すると捉えられる帯状領域を得、複数の無線固定ノードについて得られた帯状領域の重ね合わせによって、無線移動ノードの位置を推定するようにしても良い。このような方法の場合、隣り合う帯状領域の境界をオーバーラップさせて定めるようにしても良い。
【００５８】
上記実施形態においては、無線移動ノードの位置を推定する際においても、無線固定ノードがビーコンの送信側であるものを示したが、無線移動ノードに複数の通信端末（例えば、ＺｉｇＢｅｅ端末）を設け、異なる出力強度でビーコンを送信させ、各無線固定ノードで受信できたビーコン数に応じて、各無線固定ノードと無線移動ノードとの距離の情報を得るようにしても良い。
【００５９】
上記実施形態においては、複数の無線固定ノードが等間隔に配置されたものを示したが、状態管理サーバが把握しているならば、配置は等間隔に限定されるものではない。
【００６０】
上記実施形態では、無線固定ノードに複数の通信端末を設けて、出力強度が異なるビーコンの送信を可能としたものを示したが、出力強度を可変できる１個の通信端末を無線固定ノードに設け、出力強度の可変制御によって、出力強度が異なる複数のビーコンを時分割で送信するようにしても良い。但し、全てのビーコンの送信に係る時間は、位置が同一とみなせるような短時間とする。
【００６１】
上記実施形態では、全ての無線固定ノードについて、送信ビーコン数や、送信時の出力強度の組み合わせが同じものを示したが、ビーコン数や出力強度の組み合わせが、無線固定ノードのよって異なるようにしても良い。例えば、位置推定の精度を高めたいエリア部分の無線固定ノードとして、送信ビーコン数が多いものを適用する。
【符号の説明】
【００６２】
１…位置推定システム、２…位置状態管理サーバ、３…表示端末、４…中央警告灯、５…コーディネータ、６−ａ〜６−ｄ、６−１〜６−１０…複数の無線固定ノード、７…無線移動ノード、８…有線ネットワーク（内部ＬＡＮ）、１０−１〜１０−４…１つの無線固定ノードが有する通信端末、２０…エリア状態把握部、２１…移動ノード位置推定部、２２…移動ノード位置表示部、２３…警告部、２４…データベース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定システムにおいて、
上記管理サーバが、
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有する
ことを特徴とする位置推定システム。
【請求項２】
上記管理サーバが、
ある上記無線固定ノードから、出力強度が異なる複数の状態把握用信号を送信させ、他の上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第２の受信数取得手段と、
上記第２の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段とをさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置推定システム。
【請求項３】
位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと位置推定対象の無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定用設備システムにおいて、
上記管理サーバが、
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有する
ことを特徴とする位置推定システム。
【請求項４】
上記管理サーバが、
ある上記無線固定ノードから、出力強度が異なる複数の状態把握用信号を送信させ、他の上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第２の受信数取得手段と、
上記第２の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段とをさらに有する
ことを特徴とする請求項３に記載の位置推定用設備システム。
【請求項５】
位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバにおいて、
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段と
を有することを特徴とする管理サーバ。
【請求項６】
ある上記無線固定ノードから、出力強度が異なる複数の状態把握用信号を送信させ、他の上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第２の受信数取得手段と、
上記第２の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段と
をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の管理サーバ。
【請求項１】
位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定システムにおいて、
上記管理サーバが、
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有する
ことを特徴とする位置推定システム。
【請求項２】
上記管理サーバが、
ある上記無線固定ノードから、出力強度が異なる複数の状態把握用信号を送信させ、他の上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第２の受信数取得手段と、
上記第２の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段とをさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置推定システム。
【請求項３】
位置基準を与える複数の無線固定ノードと、上記各無線固定ノードと位置推定対象の無線移動ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバとを有する位置推定用設備システムにおいて、
上記管理サーバが、
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段とを有する
ことを特徴とする位置推定システム。
【請求項４】
上記管理サーバが、
ある上記無線固定ノードから、出力強度が異なる複数の状態把握用信号を送信させ、他の上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第２の受信数取得手段と、
上記第２の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段とをさらに有する
ことを特徴とする請求項３に記載の位置推定用設備システム。
【請求項５】
位置推定対象の無線移動ノードと、位置基準を与える複数の無線固定ノードとの距離に応じて、上記無線移動ノードの位置を推定する管理サーバにおいて、
上記各無線固定ノードについて、信号受信数と距離との関係情報を記憶している監視エリア状態記憶手段と、
上記無線固定ノード若しくは上記無線移動ノードから、出力強度が異なる複数の距離計測用信号を送信させ、他方の上記無線移動ノード若しくは上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第１の受信数取得手段と、
取得した信号受信数に基づいて、上記監視エリア状態記憶手段を参照して、上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を得る信号受信数／距離変換手段と、
上記各無線固定ノードと上記無線移動ノードとの距離情報を複数適用して、上記無線移動ノードの位置を推定する位置推定手段と
を有することを特徴とする管理サーバ。
【請求項６】
ある上記無線固定ノードから、出力強度が異なる複数の状態把握用信号を送信させ、他の上記無線固定ノードにおける信号受信数を取得する第２の受信数取得手段と、
上記第２の受信数取得手段が取得した信号受信数に基づいて、状態把握用信号を送信した上記無線固定ノードについての、上記監視エリア状態記憶手段に記憶されている信号受信数と距離との関係情報を更新する監視エリア状態更新手段と
をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の管理サーバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２０４０２８（Ｐ２０１０−２０４０２８Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２３１４（Ｐ２００９−５２３１４）
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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