JP2023069682A - 屋内測位機器および屋内測位システム - Google Patents

Abstract

【課題】建設現場で施工の妨げにならない屋内測位機器を提供する。
【解決手段】屋内測位機器は、第１無線通信機能と、第２無線通信機能と、照明機能と、を備える。第１無線通信機能は、屋内における測位に用いる。第２無線通信機能は、他装置と通信を行う。また、屋内測位機器は、天井に設置される、照明一体型の屋内測位機器である。
【選択図】図１

Description

この発明の一実施形態は、屋内で位置を測定する屋内測位機器に関する。

特許文献１には、屋内に等密度に配置したビーコン端末からの電波強度に基づいて現在位置を算出する測位システムが開示されている。

特許文献２には、複数のアンカーから受ける現在の無線信号強度を取得し、三点測位法で携帯端末の位置を測定する手法が開示されている。

特開２０１１－０１７６８４号公報 特開２０１２－２５５６７３号公報

従来の三点測位システムは、三つ以上の測位機器と測位対象の機器で構成される。測位機器を建物内に設置する際、設置場所や電源の確保が問題となる。特に、建設現場では、測位機器の様な施工と直接関係の無い機器を複数設置すると施工の妨げになる。

そこで、この発明の一実施形態は、建設現場で施工の妨げにならない屋内測位機器を提供することを目的とする。

この発明の一実施形態に係る屋内測位機器は、屋内における測位に用いる第１無線通信機能と、他装置と通信を行う第２無線通信機能と、照明機能と、を備え、天井に設置される、照明一体型の屋内測位機器である。

建設現場では、作業を行うために、複数の照明を天井に設置する。本発明の一実施形態に係る屋内測位機器は、この様な天井に設置する照明機器において、屋内における測位用に用いる第１無線通信機能と、サーバと通信を行う第２無線通信機能と、を備える。したがって、本発明の一実施形態に係る屋内測位機器は、建設現場で施工の妨げにはならず、設置場所や電源の確保が問題となることはない。

また、この発明の一実施形態に係る屋内測位機器は、ＡＣ電力を分岐した第１ＡＣ電力の供給を受けて、前記第１ＡＣ電力を第１ＤＣ電力として前記第１無線通信機能および前記第２無線通信機能に供給する第１ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ電力を分岐した第２ＡＣ電力の供給を受けて、前記第２ＡＣ電力を第２ＤＣ電力として前記照明機能に供給する第２ＡＣ／ＤＣコンバータと、を備える。

ＬＥＤ等の照明はノイズを生じることがある。発生したノイズは、ＤＣ電力に重畳され、同じＤＣ電力で駆動する無線通信機能に影響を及ぼす場合がある。しかし、本実施形態の屋内測位機器は、ＡＣ電力を第１ＡＣ電力および第２ＡＣ電力に分岐して、それぞれ第１ＤＣ電力および第２ＤＣ電力に変換している。したがって、照明で発生したノイズが第１無線通信機能および第２無線通信機能に影響することはない。

また、前記第１無線通信機能と前記第２無線通信機能は、それぞれ指向性の異なるアンテナを備えていてもよい。

複数の屋内測位機器は、いずれも天井に設置されるため、同じ様な高さに設置される。一方で、測位対象となる屋内測位端末は、作業者等に携帯されるため、床に近い位置で用いられる。そこで、例えば、第１無線通信機能は、垂直方向に無指向のアンテナを備える。これにより、屋内測位端末と通信を行うための電波は、垂直方向の広い範囲に届く。また、例えば、第２無線通信機能は、水平方向に無指向のアンテナを備える。これにより、複数の屋内測位機器同士で通信を行うための電波は、水平方向の広い範囲に届く。

また、この発明の一実施形態に係る屋内測位機器は、第１面および第２面を有する板金を備えていてもよい。板金は、前記第１面に前記照明機能のＬＥＤを保持し、前記第２面に前記第１無線通信機能および前記第２無線通信機能の基板を保持し、かつ前記第２面に、前記第１無線通信機能および前記第２無線通信機能の電波を通過させる開口が設けられている。

照明機器は、ＬＥＤ等の照明を保持するための板金を備える。この発明の一実施形態に係る屋内測位機器は、当該板金で第１無線通信機能および第２無線通信機能の基板を保持することで、省スペース化を実現する。さらに、板金には、第１無線通信機能および第２無線通信機能の電波を通過させる開口が設けられているため、板金により通信が阻害されることもない。

本実施形態の屋内測位システムは、３つ以上の上記の屋内測位機器と、前記屋内測位機器の前記第１無線通信機能と通信を行う屋内測位端末と、を備える。

これにより、屋内測位システムは、屋内測位端末の位置を適切に測定することができる。

屋内測位端末は、前記照明機能の光エネルギから電力を生成する電力変換部を備えていてもよい。

これにより、屋内測位機器は、建設現場の施工のための照明としてだけでなく屋内測位端末の電力供給源として利用することもできる。

第１無線通信機能は、前記屋内測位機器との通信における電波強度および電波到達時間を測定し、第２無線通信機能は、前記第１無線通信機能の測定結果を前記サーバに送信する。

前記屋内測位端末は、前記屋内測位機器の前記第２無線通信機能と指向性の異なるアンテナを備える。

複数の屋内測位機器は、いずれも天井に設置されるため、同じ様な高さに設置される。一方で、測位対象となる屋内測位端末は、作業者等に携帯されるため、床に近い位置で用いられる。そこで、屋内測位機器の第２無線通信機能は、同じ高さに設置された他装置と通信を行うために水平方向に無指向のアンテナを備える。一方で、屋内測位端末は、高さ方向に高い位置に設置された屋内測位機器と通信するために垂直方向に無指向のアンテナを備える。

屋内測位システムは、前記屋内測位機器の測定結果を受信し、前記屋内測位端末の座標データを作成し、前記座標データに基づいて、前記屋内測位端末の位置を図面上に表示するための表示データを生成する、サーバを備える。

これにより、屋内測位システムの利用者は、複数の作業者等の位置を確認することができる。

屋内測位システム１を構築した建物の構成を示す模式図である。 屋内測位機器１０の一部透過斜視図である。 屋内測位機器１０ハードウェア構成を示すブロック図である。 図４（Ａ）は屋内測位機器１０を底面から見た一部透過図であり、図４（Ｂ）は、Ａ－Ａ線の断面図であり、図４（Ｃ）は、Ｂ－Ｂ線の断面図である。

図１は、屋内測位システム１を構築した建物の構造を示す概略図である。屋内測位システム１は、建設中の建物内に設置される。図１に示す屋内測位システム１は、サーバ３、管理者端末５、複数の屋内測位機器１０、および屋内測位端末２０を備えている。複数の屋内測位機器１０および屋内測位端末２０は、建物７に設置されている。

複数の屋内測位機器１０は、建物７の天井に設置されている。建設中の建物７では、建設作業のために、複数の照明を設置する。本実施形態の屋内測位機器１０は、照明機能を有し、建設作業における照明として利用される。

屋内測位端末２０は、建設作業を行う作業者に携帯される。あるいは、屋内測位端末２０は、作業用の台車等の移動物体に取り付けられる場合もある。屋内測位端末２０は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）タグである。屋内測位端末２０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格（以下、ＢＬＥと称する。）に準じたビーコン信号を送受信する。作業者は、当該屋内測位端末２０を持ち運び建設現場内を移動する。したがって、屋内測位端末２０は、建物７の床に近い位置で用いられる。

屋内測位機器１０は、上述の様に、照明機能に加えて、屋内における測位に用いる第１無線通信機能と、他装置と通信を行う第２無線通信機能と、を有する。第１無線通信機能は、屋内測位端末２０の位置を測定するための電波（ＢＬＥビーコン信号）を送受信する。第２無線通信機能は、他の屋内測位機器１０およびサーバ３に対して屋内測位端末２０の位置の測定結果を他装置に送受信するための無線ＬＡＮ等の電波を送受信する。

図２は、屋内測位機器１０の一部透過斜視図である。図３は、屋内測位機器１０ハードウェア構成を示すブロック図である。

屋内測位機器１０は、図２に示す様に、円筒形の筐体１１と、ＬＥＤカバー１２と、を有する。屋内測位機器１０は、図２に示す様に、円筒形の筐体１１の中に、円板状の板金１５を有している。板金１５は、床面方向に向けられる第１面と、天井面方向に向けられる第２面を有する。第１面は、照明機能の発光体（ＬＥＤ）を保持する。筐体１１のうち第２面側には、ＬＥＤカバー１２が取り付けられている。第２面は、第１無線通信機能および第２無線通信機能の通信基板１７を保持する。また、第２面は、ＬＥＤ駆動基板１９も保持する。筐体１１およびＬＥＤカバー１２は、樹脂等からなり、内部空間を密閉する。これにより、屋内測位機器１０は、防水性および防塵性を有するため、建設現場に設置することができる。

図４（Ａ）は屋内測位機器１０を底面から見た一部透過図であり、図４（Ｂ）は、Ａ－Ａ線の断面図であり、図４（Ｃ）は、Ｂ－Ｂ線の断面図である。

図４（Ａ）に示す様に、板金１５の第１面にはＬＥＤ２５が取り付けられている。板金１５の第２面の中心部分は、垂直方向に立ち上がっている平板状の部材を有する。板金１５は、当該垂直方向に立ち上がる部材を介して通信基板１７およびＬＥＤ駆動基板１９を取り付けている。板金１５は、当該垂直方向に立ち上がる部材において、第１無線通信機能および第２無線通信機能の電波を通過させる開口５０１が設けられている。図４（Ｃ）に示す例では、板金１５は、第１無線通信機能および第２無線通信機能の電波をそれぞれ通過させる２つの開口５０１を有する。

屋内測位機器１０は、ＬＥＤを保持する板金１５で通信基板１７およびＬＥＤ駆動基板１９を保持することで、省スペース化を実現する。さらに、板金１５には、第１無線通信機能および第２無線通信機能の電波を通過させる開口が設けられているため、板金１５により通信が阻害されることもない。

図３に示す様に、通信基板１７は、第１ＡＣ／ＤＣコンバータ３１、ＣＰＵ３２、無線ＬＡＮ通信部３３、ＢＬＥ通信部３４、無線ＬＡＮアンテナ３５、およびＢＬＥアンテナ３６を備えている。ＬＥＤ駆動基板１９は、第２ＡＣ／ＤＣコンバータ４１およびＬＥＤドライバ４２を備えている。

第１ＡＣ／ＤＣコンバータ３１および第２ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、それぞれ分岐した第１ＡＣ電力（ＡＣ１００Ｖ）および第２ＡＣ電力（ＡＣ１００Ｖ）の供給を受ける。第１ＡＣ／ＤＣコンバータ３１は、第１ＡＣ電力を第１ＤＣ電力（ＤＣ５Ｖ）に変換する。第２ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、第２ＡＣ電力を第２ＤＣ電力（ＤＣ数十Ｖ～数百Ｖ）に変換する。

第２ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、ＤＣ数十Ｖ～数百Ｖの電力をＬＥＤドライバ４２に供給する。ＬＥＤドライバ４２は、ＬＥＤ２５を駆動する。ＬＥＤ２５は、図２に示した板金１５の第１面に取り付けられる。板金１５の第１面は鏡面になっていて、ＬＥＤ２５が出射した光を反射する。これにより、ＬＥＤ２５の出射した光は、床面方向に導かれる。

第１ＡＣ／ＤＣコンバータ３１は、ＤＣ５Ｖの電力を、ＣＰＵ３２、無線ＬＡＮ通信部３３、およびＢＬＥ通信部３４に供給する。ＣＰＵ３２は、無線ＬＡＮ通信部３３およびＢＬＥ通信部３４を制御する。無線ＬＡＮ通信部３３は、第２無線通信機能に対応し、ＢＬＥ通信部３４は、第１無線通信機能に対応する。

無線ＬＡＮ通信部３３は、ＣＰＵ３２の制御にしたがって、無線ＬＡＮアンテナ３５を介して他装置と通信する。例えば、無線ＬＡＮ通信部３３は、不図示のアクセスポイントを介してサーバ３と通信する。また、無線ＬＡＮ通信部３３は、他の屋内測位機器１０と通信してもよい。ＢＬＥ通信部３４は、ＣＰＵ３２の制御にしたがって、ＢＬＥアンテナ３６を介してＢＬＥに準じたビーコン信号を送受信する。

屋内測位端末２０は、屋内測位機器１０の送信したビーコン信号を受信する。屋内測位端末２０は、受信したビーコン信号の電波強度および自装置の識別情報を返信する。識別情報は、機器毎に一意に決定された固有の情報であり、例えば屋内測位端末２０の製造番号またはＭＡＣアドレス等の情報である。

屋内測位機器１０は、屋内測位端末２０から電波強度および識別情報を受信する。ＣＰＵ３２は、ＢＬＥ通信部３４で受信したビーコン信号の電波強度に基づいて、屋内測位端末２０との距離を測定する。電波強度は、距離の二乗に反比例するため、屋内測位機器１０と屋内測位端末２０との距離情報に変換することができる。また、ＣＰＵ３２は、ビーコン信号の送信タイミングから識別情報等の受信タイミングの時間差（電波到達時間）に基づいて距離情報を算出してもよい。ＣＰＵ３２は、識別情報および距離情報を、無線ＬＡＮ通信部３３を介して他の屋内測位機器１０およびサーバ３に送信する。

複数の屋内測位機器１０は、無線ＬＡＮ通信部３３を介して、互いにそれぞれの測定結果（識別情報および距離情報）を送受信する。サーバ３は、複数の屋内測位機器１０の測定結果を集約する。本実施形態の屋内測位システム１は、少なくとも３つ以上の屋内測位機器１０と、屋内測位端末２０と、を備える。屋内測位システム１は、３つ以上の測定結果を得ることで、三角測量の原理により、屋内測位端末２０の位置を一意に求めることができる。

これにより、屋内測位システム１は、屋内測位端末の位置を適切に測定することができる。サーバ３は、受信した測定結果に基づいて、屋内測位端末２０の座標データを作成する。また、サーバ３は、座標データに基づいて、屋内測位端末２０の位置を建物７の図面上に表示するための表示データを生成する。図面のデータは、建物７の設計図等に基づいて予め作成される。

管理者端末５は、サーバ３から表示データを受信する。管理者端末５は、受信した表示データに基づいて、表示器（不図示）に建物７の図面を表示し、さらに、屋内測位端末２０の位置を図面上に表示する。これにより、建設現場の管理者は、作業者や台車等の移動物体が建物７のどの位置に存在するか、容易に判断することができる。

建設現場では、作業を行うために、複数の照明を天井に設置する必要がある。一方で、屋内測位機器は、建設作業には直接関係がないため、施工の妨げになる。しかし、本実施形態に係る屋内測位機器１０は、天井に設置するための照明機器である。屋内測位機器１０は、建設現場で用いられる照明機器において、屋内における測位用に用いる第１無線通信機能と、サーバと通信を行う第２無線通信機能と、を備える。したがって、本一実施形態に係る屋内測位機器１０は、建設現場で施工の妨げにはならず、設置場所や電源の確保が問題となることはない。

図３に示したハードウェア構成によれば、本実施形態の屋内測位機器は、ＡＣ電力を第１ＡＣ電力および第２ＡＣ電力に分岐して、それぞれ第１ＤＣ電力および第２ＤＣ電力に変換する。したがって、ＬＥＤ２５でノイズを生じ、ＤＣ電力に重畳された場合でも、当該ノイズが無線ＬＡＮ通信部３３およびＢＬＥ通信部３４に影響することはない。なお、ＬＥＤ２５のノイズが小さく、無線ＬＡＮ通信部３３およびＢＬＥ通信部３４への影響が小さい場合には、ＡＣ電力を第１ＡＣ電力および第２ＡＣ電力に分岐して、それぞれ第１ＤＣ電力および第２ＤＣ電力に変換することは必須ではない。

（変形例１）
アンテナ３５およびアンテナ３６の指向性は異なっていてもよい。つまり、第１無線通信機能と第２無線通信機能は、それぞれ指向性の異なるアンテナを備えていてもよい。

複数の屋内測位機器１０は、いずれも天井に設置されるため、同じ様な高さに設置される。一方で、測位対象となる屋内測位端末２０は、作業者等に携帯されるため、床に近い位置で用いられる。そこで、例えば、ＢＬＥ通信部３４のアンテナ３６は、垂直方向に無指向のアンテナを備える。これにより、屋内測位端末２０と通信を行うための電波は、垂直方向の広い範囲に届く。また、例えば、無線ＬＡＮ通信部３３のアンテナ３５は、水平方向に無指向のアンテナを備える。これにより、複数の屋内測位機器１０同士で通信を行うための電波は、水平方向の広い範囲に届く。

なお、アンテナ３５およびアンテナ３６は、それぞれ異なる偏波の電波を出力してもよい。例えば、アンテナ３５は水平偏波を出力し、アンテナ３６は垂直偏波を出力してもよい。あるいは、複数の屋内測位機器１０は、それぞれ異なる偏波の電波を出力してもよい。例えば、第１の屋内測位機器１０は垂直偏波を出力し、第２の屋内測位機器１０は、水平偏波を出力する。この場合、不図示のアクセスポイントは、垂直偏波および水平偏波を送受信可能なアンテナを備える。アクセスポイントは、垂直偏波を受信した場合には、第１の屋内測位機器１０が出力した電波であると判断できる。アクセスポイントは、水平偏波を受信した場合には、第２の屋内測位機器１０が出力した電波であると判断できる。このように、アクセスポイント等の他装置は、受信した電波の偏波の違いにより、どの機器が送信した電波であるか判断することができる。

（変形例２）
屋内測位端末２０は、アンテナ３５とは異なる指向性を有している。上述の様に、複数の屋内測位機器１０は、いずれも天井に設置されるため、同じ様な高さに設置される。一方で、測位対象となる屋内測位端末２０は、作業者等に携帯されるため、床に近い位置で用いられる。そこで、無線ＬＡＮ通信部３３のアンテナ３５は、水平方向に無指向のアンテナを備える。一方で、屋内測位端末２０は、高さ方向に高い位置に設置された屋内測位機器１０と通信するために垂直方向に無指向のアンテナを備える。

これにより、屋内測位機器１０は、他装置および屋内測位端末２０と適切に通信を行うことができる。

（変形例３）
屋内測位端末２０は、照明機能の光エネルギから電力を生成する電力変換部を備えていてもよい。

これにより、屋内測位機器１０は、建設現場の施工のための照明としてだけでなく屋内測位端末２０の電力供給源として利用することもできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１…屋内測位システム
３…サーバ
５…管理者端末
７…建物
１０…屋内測位機器
１１…筐体
１２…ＬＥＤカバー
１５…板金
１７…通信基板
１９…ＬＥＤ駆動基板
２０…屋内測位端末
２５…ＬＥＤ
３１…第１ＡＣ／ＤＣコンバータ
３２…ＣＰＵ
３３…無線ＬＡＮ通信部
３４…ＢＬＥ通信部
３５…無線ＬＡＮアンテナ
３６…ＢＬＥアンテナ
４１…第２ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２…ＬＥＤドライバ
５０１…開口

Claims (9)

1. 屋内における測位に用いる第１無線通信機能と、
   他装置と通信を行う第２無線通信機能と、
   照明機能と、
   を備え、天井に設置される、照明一体型の屋内測位機器。
2. 請求項１に屋内測位機器であって、
   ＡＣ電力を分岐した第１ＡＣ電力の供給を受けて、前記第１ＡＣ電力を第１ＤＣ電力として前記第１無線通信機能および前記第２無線通信機能に供給する第１ＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＡＣ電力を分岐した第２ＡＣ電力の供給を受けて、前記第２ＡＣ電力を第２ＤＣ電力として前記照明機能に供給する第２ＡＣ／ＤＣコンバータと、
   を備えた請求項１に記載の屋内測位機器。
3. 請求項１または請求項２に記載の屋内測位機器であって、
   前記第１無線通信機能と前記第２無線通信機能は、それぞれ指向性の異なるアンテナを備える、
   屋内測位機器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の屋内測位機器であって、
   第１面および第２面を有する板金を備え、
   前記板金は、前記第１面に前記照明機能の発光体を保持し、前記第２面に前記第１無線通信機能および前記第２無線通信機能の基板を保持し、かつ前記第２面に、前記第１無線通信機能および前記第２無線通信機能の電波を通過させる開口が設けられている、
   屋内測位機器。
5. ３つ以上の、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の屋内測位機器と、
   前記屋内測位機器の前記第１無線通信機能と通信を行う屋内測位端末と、
   を備えた屋内測位システム。
6. 請求項５に記載の屋内測位システムであって、
   前記屋内測位端末は、前記照明機能の光エネルギから電力を生成する電力変換部を備えた、
   屋内測位システム。
7. 請求項５または請求項６に記載の屋内測位システムであって、
   前記第１無線通信機能は、前記屋内測位機器との通信における電波強度または電波到達時間を測定し、
   前記第２無線通信機能は、前記第１無線通信機能の測定結果を前記他装置に送信する、
   屋内測位システム。
8. 請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の屋内測位システムであって、
   前記屋内測位端末は、前記屋内測位機器の前記第２無線通信機能と指向性の異なるアンテナを備える、
   屋内測位システム。
9. 請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の屋内測位システムであって、
   前記屋内測位機器の測定結果を受信し、
   前記屋内測位端末の座標データを作成し、
   前記座標データに基づいて、前記屋内測位端末の位置を図面上に表示するための表示データを生成する、
   サーバを備えた屋内測位システム。

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