JP7276182B2 - Positioning method and positioning system - Google Patents
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Description
本開示は、所定の領域内を移動する移動体の位置を測定する測位方法及び測位システムに関する。 The present disclosure relates to a positioning method and a positioning system for measuring the position of a mobile object moving within a predetermined area.
台車等の移動体が走行している位置を測定する測位システムは、走行を自動化等する上で重要な技術である。例えば屋内において移動体の位置を測定する場合、屋外で用いられているGlobal Positioning System(GPS)等は使用できないため、独自にインフラを準備する必要がある。製鉄に用いられる屋内の自動台車としては、各種鋼材の検査台車、薄板コイルなどを運搬するコイル台車等がある。屋内測位の既存技術である特許文献1には超音波距離計にて既知の3点と移動体との距離をそれぞれ求め、移動体の位置を測定する技術が記載されている。また特許文献2には、電波強度によって距離を求め、移動体の位置を測定する技術が記載されている。
A positioning system that measures the position of a moving object such as a trolley is an important technology for automating traveling. For example, when measuring the position of a mobile object indoors, the Global Positioning System (GPS) used outdoors cannot be used, so it is necessary to independently prepare an infrastructure. Indoor automatic trolleys used in steelmaking include inspection trolleys for various steel materials, coil trolleys for transporting thin-plate coils, and the like.
しかしながら、超音波距離計によって距離を求める場合、伝搬経路の気体の状態(例えば温度)に応じて音速が変化するため、算出される距離も変化し、当該距離に基づき測定される移動体位置の測定精度が悪化する恐れがある。また、電波強度によって距離を求める場合も同様に、伝搬経路中の気体の状態(例えば湿度等)によって、算出される距離が変化し、当該距離に基づき測定される移動体位置の測定精度が悪化する恐れがある。このように、所定の領域内を移動する移動体の位置を測定する技術には改善の余地がある。 However, when the distance is obtained by an ultrasonic range finder, the speed of sound changes according to the state of the gas in the propagation path (e.g. temperature), so the calculated distance also changes, and the position of the mobile object measured based on the distance changes. Measurement accuracy may deteriorate. Similarly, when the distance is calculated based on the radio wave intensity, the calculated distance changes depending on the state of the gas in the propagation path (e.g. humidity), and the measurement accuracy of the position of the mobile object measured based on the distance deteriorates. there is a risk of Thus, there is room for improvement in techniques for measuring the position of a moving object moving within a predetermined area.
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、所定の領域内を移動する移動体の位置を測定する技術を改善することにある。 An object of the present disclosure, which has been made in view of such circumstances, is to improve a technique for measuring the position of a moving body moving within a predetermined area.
本開示の一実施形態に係る測位方法は、
移動体から一定の回転速度で水平方向かつ複数の方向へそれぞれ異なる時間に電磁波又は音波を送信するステップと、
前記電磁波又は音波を少なくとも3つの異なる基準位置で受信するステップと、
前記少なくとも3つの異なる基準位置と、前記少なくとも3つの異なる基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間とに基づき、前記移動体と各基準位置との各回転角を算出することにより、もしくは受信パターンを生成し、生成した該受信パターンと基準受信パターンとを比較することにより、前記移動体の位置を推定するステップと、
を含む測位方法であって、
前記測位方法はさらに、前記少なくとも3つの異なる基準位置のうち少なくとも2つの隣接する基準位置を特定の間隔で配置し、該隣接する基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間に基づき、該隣接する基準位置に対する前記移動体の向きを推定するステップと、
前記移動体が移動する領域内に存在する所定形状の壁からの反射波に基づく点群データを得るステップと、
前記点群データに基づき、前記移動体の位置及び前記移動体の向きの推定結果の少なくともいずれか一方を補正するステップと、
を含む。
A positioning method according to an embodiment of the present disclosure includes:
a step of transmitting electromagnetic waves or sound waves from a moving body at a constant rotational speed in a horizontal direction and in a plurality of directions at different times;
receiving the electromagnetic waves or sound waves at at least three different reference locations;
By calculating each rotation angle between the moving object and each reference position, or a reception pattern and estimating the position of the moving object by comparing the generated reception pattern with a reference reception pattern;
A positioning method comprising
The positioning method further includes arranging at least two adjacent reference positions among the at least three different reference positions at a specific interval, and based on the time at which the electromagnetic waves or sound waves are received at the adjacent reference positions, the adjacent reference positions. estimating an orientation of the moving object relative to a reference position;
a step of obtaining point cloud data based on reflected waves from walls of a predetermined shape existing within the region in which the moving object moves;
a step of correcting at least one of estimation results of the position of the moving body and the orientation of the moving body based on the point cloud data;
Including .
本開示の一実施形態に係る測位システムは、
移動体と情報処理装置とを含む測位システムであって、
前記移動体が、一定の回転速度で水平方向かつ複数の方向へそれぞれ異なる時間に電磁波又は音波を送信し、
前記情報処理装置が、少なくとも3つの異なる基準位置と、前記少なくとも3つの異なる基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間とに基づき、前記移動体と各基準位置との各回転角を算出することにより、もしくは受信パターンを生成し、生成した該受信パターンと基準受信パターンとを比較することにより、前記移動体の位置を推定し、
前記少なくとも3つの異なる基準位置のうち少なくとも2つの隣接する基準位置を特定の間隔で配置し、前記情報処理装置は、該隣接する基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間に基づき、前記移動体の向きを推定し、
前記移動体が移動する領域内に存在する所定形状の壁からの反射波に基づく点群データを取得し、
前記点群データに基づき、前記移動体の位置及び前記移動体の向きの推定結果の少なくともいずれか一方を補正する。
A positioning system according to an embodiment of the present disclosure includes:
A positioning system including a mobile body and an information processing device,
The moving body transmits electromagnetic waves or sound waves in a horizontal direction at a constant rotational speed and in a plurality of directions at different times,
The information processing device calculates each rotation angle between the moving object and each reference position based on at least three different reference positions and the times at which the electromagnetic waves or sound waves are received at the at least three different reference positions. or by generating a reception pattern and comparing the generated reception pattern with a reference reception pattern, estimating the position of the mobile body;
At least two adjacent reference positions out of the at least three different reference positions are arranged at a specific interval, and the information processing device determines, based on the time at which the electromagnetic waves or sound waves are received at the adjacent reference positions, the moving body Estimate the orientation of
Acquiring point cloud data based on reflected waves from walls of a predetermined shape existing in the area in which the moving object moves,
Based on the point cloud data, at least one of the estimation result of the position of the moving body and the orientation of the moving body is corrected .
本開示の一実施形態に係る測位システム及び測位方法によれば、所定の領域内を移動する移動体の位置を測定する技術を改善することができる。 According to the positioning system and positioning method according to an embodiment of the present disclosure, it is possible to improve the technique of measuring the position of a mobile object moving within a predetermined area.
以下、本開示の実施形態に係る測位システム10について、図面を参照して説明する。
A
各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。 In each figure, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts. In the description of this embodiment, the description of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate.
図1を参照して、本実施形態に係る測位システム10の構成を説明する。
The configuration of a
本実施形態に係る測位システム10は、移動体20と、複数の基準体30と、情報処理装置40とを備える。
A
移動体20は、所定の領域内(例えば屋内)において走行する車両等(例えば検査台車又はコイル台車)であり、本実施形態に係る測位システム10において位置を測定する対象物である。移動体20は、送信部21を備える。本実施形態に係る測位システム10は、移動体20の送信部21から複数の基準体30に向けて電磁波又は音波を送信する。電磁波は、例えばレーザ光、赤外線、電波等である。音波は、例えば超音波等である。移動体20の送信部21が送信する電磁波又は音波は、複数の方向へそれぞれ異なる時間に送信される。例えば送信部21は、移動体20の位置から電磁波又は音波を水平面全周(360°)に一定速度で回転しながら連続的に送信してもよい。この場合、送信部21は、送信方向を水平面上で360°変えることが可能な機構を有する。
The moving
複数の基準体30は、それぞれ所定の領域内の異なる位置(以下、基準位置ともいう)に配置される。図1では基準体30を3つ例示しているが、基準体30の数はこれに限られず4つ以上であってもよい。複数の基準体30は、それぞれ受信部31を備える。受信部31は、移動体20からの電磁波又は音波を受信する。また受信部31は、受信した電磁波又は音波に係るデータを情報処理装置40に出力する。電磁波又は音波に係るデータは、例えば受信した電磁波又は音波の受信時間、及び受信強度又は受信有無の情報を含む。また当該データは、各基準体30を識別する情報を含んでもよい。さらに当該データは、各基準体30が配置されている基準位置の情報を含んでもよい。基準位置の情報は、例えば、緯度及び経度により表される。
The plurality of
例えば複数の基準体30は、所定の領域内を取り囲むように配置される。このように配置することで各基準体30は、移動体20が所定の領域内のいずれの位置から電磁波又は音波を送信しても、当該電磁波又は音波を受信することができる。
For example, a plurality of
情報処理装置40は、複数の基準体30が出力した電磁波又は音波に係るデータに基づき、移動体20の位置を推定する。ここで「移動体20の位置」は、2次元座標における位置、又は3次元座標における位置のいずれであってもよい。また「移動体20の位置」は、絶対座標における位置、又は相対座標のいずれであってもよい。絶対座標は、例えば緯度及び経度により表される位置情報である。相対座標は、例えば複数の基準体30の位置、すなわち基準位置に基づき表される位置情報である。
The
情報処理装置40は、制御部41と、記憶部42と、通信部43と、出力部44とを備える。制御部41には、少なくとも1つのプロセッサ、少なくとも1つの専用回路、又はこれらの組み合わせが含まれる。プロセッサは、CPU(central processing unit)若しくはGPU(graphics processing unit)などの汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、FPGA(field-programmable gate array)又はASIC(application specific integrated circuit)である。制御部41は、情報処理装置40の各部を制御しながら、情報処理装置40の動作に関わる処理を実行する。
The
記憶部42には、少なくとも1つの半導体メモリ、少なくとも1つの磁気メモリ、少なくとも1つの光メモリ、又はこれらのうち少なくとも2種類の組み合わせが含まれる。半導体メモリは、例えば、RAM(random access memory)又はROM(read only memory)である。RAMは、例えば、SRAM(static random access memory)又はDRAM(dynamic random access memory)である。ROMは、例えば、EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)である。記憶部42は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能する。記憶部42には、情報処理装置40の動作に用いられるデータと、情報処理装置40の動作によって得られたデータとが記憶される。
The
通信部43には、少なくとも1つの通信用インタフェースが含まれる。通信用インタフェースは、例えば、LANインタフェース、WANインタフェース、LTE(Long Term Evolution)、4G(4th generation)、若しくは5G(5th generation)などの移動通信規格に対応したインタフェース、又はBluetooth(登録商標)などの近距離無線通信に対応したインタフェースである。通信部43は、情報処理装置40の動作に用いられるデータを受信し、また情報処理装置40の動作によって得られるデータを送信する。
The
出力部44には、少なくとも1つの出力用インタフェースが含まれる。出力用インタフェースは、例えば、ディスプレイ又はスピーカである。ディスプレイは、例えば、LCD(liquid crystal display)又は有機EL(electro luminescence)ディスプレイである。出力部44は、情報処理装置40の動作によって得られるデータを出力する。出力部44は、情報処理装置40に備えられる代わりに、外部の出力機器として情報処理装置40に接続されてもよい。接続方式としては、例えば、USB、HDMI(登録商標)、又はBluetooth(登録商標)などの任意の方式を用いることができる。
The
情報処理装置40の機能は、本実施形態に係るプログラムを、制御部41に相当するプロセッサで実行することにより実現される。すなわち、情報処理装置40の機能は、ソフトウェアにより実現される。プログラムは、情報処理装置40の動作をコンピュータに実行させることで、コンピュータを情報処理装置40として機能させる。すなわち、コンピュータは、プログラムに従って情報処理装置40の動作を実行することにより情報処理装置40として機能する。
The functions of the
本実施形態においてプログラムは、コンピュータで読取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読取り可能な記録媒体は、非一時的なコンピュータ読取可能な媒体を含み、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、又は半導体メモリである。プログラムの流通は、例えば、プログラムを記録したDVD(digital versatile disc)又はCD-ROM(compact disc read only memory)などの可搬型記録媒体を販売、譲渡、又は貸与することによって行う。またプログラムの流通は、プログラムをサーバのストレージに格納しておき、サーバから他のコンピュータにプログラムを送信することにより行ってもよい。またプログラムはプログラムプロダクトとして提供されてもよい。 In this embodiment, the program can be recorded in a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include non-transitory computer-readable media, such as magnetic recording devices, optical discs, magneto-optical recording media, or semiconductor memories. The program is distributed by selling, assigning, or lending a portable recording medium such as a DVD (digital versatile disc) or a CD-ROM (compact disc read only memory) on which the program is recorded. Alternatively, the program may be distributed by storing the program in the storage of the server and transmitting the program from the server to other computers. A program may also be provided as a program product.
本実施形態においてコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラム又はサーバから送信されたプログラムを、一旦、主記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、主記憶装置に格納されたプログラムをプロセッサで読み取り、読み取ったプログラムに従った処理をプロセッサで実行する。コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行してもよい。コンピュータは、サーバからプログラムを受信する度に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行してもよい。サーバからコンピュータへのプログラムの送信は行わず、実行指示及び結果取得のみによって機能を実現する、いわゆるASP(application service provider)型のサービスによって処理を実行してもよい。プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるものが含まれる。例えば、コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータは、「プログラムに準ずるもの」に該当する。 In this embodiment, the computer temporarily stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transmitted from a server in a main storage device. Then, the computer reads the program stored in the main storage device with the processor, and executes processing according to the read program with the processor. The computer may read the program directly from the portable recording medium and execute processing according to the program. Each time the computer receives the program from the server, the computer may sequentially execute processing according to the received program. Processing may be executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that implements functions only by executing instructions and obtaining results without transmitting a program from a server to a computer. The program includes information that is used for processing by a computer and that conforms to the program. For example, data that is not a direct instruction to a computer but that has the property of prescribing the processing of the computer corresponds to "things equivalent to a program."
情報処理装置40の制御部41は、少なくとも3つの異なる基準位置で電磁波又は音波を受信した時間に基づき、移動体20の位置を推定する。本実施形態に係る測位システム10では、基準位置の位置座標に基づき移動体20の位置を推定する。そのため測位システム10は、定期的に基準位置の位置座標の校正を行った上で、移動体20の位置を推定する。以下、移動体20の位置の推定処理の具体例(第1例~第3例)を示す。
The
(位置推定処理の第1例)
図2に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る測位システム10による測位方法の第1例を示す。まず基準体30の受信部31が、各基準位置で電磁波又は音波を受信する(ステップS100)。すなわち移動体20の送信部21が電磁波又は音波を送信し、各基準位置に設けられた少なくとも3つの基準体30の受信部31が、電磁波又は音波を受信する。次に情報処理装置40の制御部41は、少なくとも3つの異なる基準位置で電磁波又は音波を受信した時間に基づき、各回転角を算出する(ステップS110)。ここで「回転角」は、移動体20と各基準位置とを結ぶ各直線同士のなす角の角度である。制御部41は、算出した回転角に基づき移動体20の位置を推定する(ステップS120)。
(First example of position estimation processing)
A first example of the positioning method by the
図3は、移動体20と、3つの基準体30との位置関係、及び回転角を示す図である。3つの基準体30は、それぞれ基準位置D1~D3に設けられているとする。図3では、回転角θ12、θ23、及びθ31が示されている。回転角θ12は、基準位置D1に配置された基準体30と移動体20とを結ぶ直線と、基準位置D2に配置された基準体30と移動体20とを結ぶ直線とのなす角の角度である。回転角θ23は、基準位置D2に配置された基準体30と移動体20とを結ぶ直線と、基準位置D3に配置された基準体30と移動体20とを結ぶ直線とのなす角の角度である。回転角θ31は、基準位置D3に配置された基準体30と移動体20とを結ぶ直線と、基準位置D1に配置された基準体30と移動体20とを結ぶ直線とのなす角の角度である。ここで移動体20の位置は、基準位置D1及びD2を通る円で、かつ基準位置D1及びD2を通る弧の円周角がθ12となる円の円周上のいずれかである。同様に、移動体20の位置は、基準位置D2及びD3を通る円で、かつ基準位置D2及びD3を通る弧の円周角がθ23となる円の円周上のいずれかである。また同様に移動体20の位置は、基準位置D3及びD1を通る円で、かつ基準位置D3及びD1を通る弧の円周角がθ31となる円の円周上のいずれかである。つまりこれら3つの円の交点が、移動体20の位置である。換言すると、基準位置D1~D3及び回転角θ12、θ23、及びθ31に基づき、移動体20の位置を定める3つの円を表す方程式が定まり、当該方程式を満たす解が移動体20の位置となる。制御部41は、回転角θ12、θ23、及びθ31を算出し、3つの基準位置D1~D3の座標並びに回転角θ12、θ23、及びθ31に基づき、移動体20の位置を推定する。
FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship and rotation angle between the moving
以下に制御部41による回転角の算出処理の一例を示す。例えば移動体20の送信部21は、鋭い指向性を持つレーザ光を水平面全周に連続的に照射可能な機器であってよい。この場合、送信部21は、一定の回転速度で回転しながら連続的にレーザを水平方向に照射する。基準体30の各受信部31は、移動体20から照射されるレーザ光を検知する。レーザ光を検知すると、各受信部31はデータを情報処理装置40に出力する。具体的には各受信部31は、レーザ光の照射有無又は強度値のデータを情報処理装置40に出力する。例えば情報処理装置40の制御部41は、3つの異なる基準位置でレーザ光を受信した時間に基づき、各回転角を算出する。図4は、レーザ光の受信時間と強度を表すグラフの一例である。ここでは、基準位置D1に設置された基準体30でのレーザ光の受信時間がt1、基準位置D2に設置された基準体30でのレーザ光の受信時間がt2、基準位置D3に設置された基準体30でのレーザ光の受信時間がt3とする。さらに、基準位置D1に設置された基準体30での2回目のレーザ光の受信時間がt4であるとする。
An example of calculation processing of the rotation angle by the
送信部21の回転速度をP回転/sとすると、各回転角は以下の式(1)~(3)により算出される。
θ12=T12×2πP ・・・・・・・・(1)
θ23=T23×2πP ・・・・・・・・(2)
θ31=T31×2πP ・・・・・・・・(3)
ここで、T12、T23、T31はビーム光の受信時間の差であり、それぞれ以下の式(4)~(6)で表される。
T12=t2-t1 ・・・・・・・・・・(4)
T23=t3-t2 ・・・・・・・・・・(5)
T31=t4-t3 ・・・・・・・・・・(6)
なおここでθ31は、以下の式(7)により算出してもよい。
θ31=2π―(θ12+θ23) ・・・・(7)
Assuming that the rotation speed of the
θ 12 =T 12 ×2πP (1)
θ 23 =T 23 ×2πP (2)
θ 31 =T 31 ×2πP (3)
Here, T 12 , T 23 , and T 31 are differences in reception time of light beams, and are represented by the following equations (4) to (6), respectively.
T 12 = t 2 - t 1 (4)
T 23 = t 3 - t 2 (5)
T 31 = t 4 - t 3 (6)
Note that θ31 may be calculated by the following equation (7).
θ 31 =2π−(θ 12 +θ 23 ) (7)
つまり上述のように、制御部41は、通信部43により受信した電磁波又は音波に係るデータを用いて、少なくとも3つの異なる基準位置でレーザ光を受信した時間に基づき回転角を算出し、当該回転角により移動体20の位置を推定する。
That is, as described above, the
ここで、レーザ光が鋭い指向性を持つ場合には図4のグラフに示されように各時間t1~t4において各1点ずつのデータが得られる。他方でレーザ光の指向性が鋭くない場合は、各時間t1~t4を中心に複数点のデータが出力される可能性がある。このように複数点のデータが場合、例えば強度値の極大値が得られた時間をレーザ光の受信時間として、回転角を算出することができる。 Here, when the laser beam has sharp directivity, one point of data is obtained at each time t 1 to t 4 as shown in the graph of FIG. On the other hand, if the directivity of the laser beam is not sharp, there is a possibility that multiple points of data will be output around each time t 1 to t 4 . In the case of such multiple points of data, for example, the rotation angle can be calculated using the time at which the maximum value of the intensity value is obtained as the reception time of the laser light.
またここで、送信部21が、一定の回転速度で回転しながら連続的にレーザを水平方向に照射する例を示したがこれに限られない。例えば送信部21は、回転速度を変えて連続的にレーザを水平方向に照射してもよい。この場合、移動体20は、送信部21の各時刻の回転速度を把握し、当該回転速度に基づき、θ12、θ23、及びθ31を求めればよい。あるいは移動体20は、送信部21の回転角度をセンサ等により検知してもよく、この場合、かかるセンサによりθ12、θ23、及びθ31を求めればよい。
Although an example in which the
(位置推定処理の第2例)
図5に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る測位システム10による測位方法の第2例を示す。まず基準体30の受信部31が、各基準位置で電磁波又は音波を受信する(ステップS200)。すなわち移動体20の送信部21が電磁波又は音波を送信し、各基準位置に設けられた少なくとも3つの基準体30の受信部31が、電磁波又は音波を受信する。次に情報処理装置40の制御部41は、少なくとも3つの異なる基準位置で電磁波又は音波を受信した時間に基づき、受信パターンを生成する(ステップS210)。受信パターンは、例えば、電磁波又は音波を各基準位置で受信した時間順に並べた時系列の信号パターンである。
(Second example of position estimation processing)
A second example of the positioning method by the
図6に、所定の領域内に移動体20とn個の基準体30とが配置されている例を示す。図6に示す例では、n個の基準体30が、それぞれ基準位置D1~Dnに設けられている。第1例と同様に、例えば移動体20の送信部21は、鋭い指向性を持つレーザビームを水平面全周に連続的に照射可能な機器であってよい。この場合、送信部21は、一定の回転速度で回転しながら連続的にレーザを水平方向に照射する。基準体30の各受信部31は、移動体20から照射されるレーザ光を検知する。レーザ光を検知すると、各受信部31はデータを情報処理装置40に出力する。図7は、レーザ光の受信時間と強度を表すグラフ、すなわちレーザ光を受信した時間から定まる受信パターンである。
FIG. 6 shows an example in which a moving
図5を再び参照し、制御部41は、生成した受信パターンと、予め所定の領域内の各位置で得られる基準の受信パターンのデータ(以下、基準受信パターンという)とを比較する(ステップS220)。情報処理装置40の記憶部42は、予め所定の領域内の各位置で得られる基準受信パターンを記憶している。例えば、所定の領域が縦10m、横5mの矩形状の領域である場合、1mm間隔で移動体20の縦方向又は横方向の位置を変えたときに各位置で得られる受信パターンを実験又はシミュレーション等により予め生成する。そして当該受信パターンを基準受信パターンとして記憶部42に記憶してもよい。制御部41は、比較処理の結果に基づき移動体20の位置を推定する(ステップS230)。具体的には制御部41は、受信パターンと記憶部42の各基準受信パターンとの差を最小二乗法で評価し、最も誤差の小さい基準受信パターンに対応する位置を、移動体20の位置と推定する。
Referring to FIG. 5 again, the
(位置推定処理の第3例)
図8に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る測位システム10による測位方法の第3例を示す。第3例では概略として、移動体20の位置の推定を、計算で用いる基準位置を変えて繰り返し行い、推定位置のヒストグラムに基づき移動体の位置を推定する。はじめに情報処理装置40の制御部41は、繰り返し計算のためのカウンタである変数iを0に初期化する(ステップS300)。次に基準体30の受信部31が、各基準位置で電磁波又は音波を受信する(ステップS310)。すなわち移動体20の送信部21が電磁波又は音波を送信し、各基準位置に設けられた4つ以上の基準体30の受信部31が、電磁波又は音波を受信する。次に情報処理装置40の制御部41は、4つ以上の基準体30の中から、3つの基準体30をランダムに選択する。換言すると制御部41は、4つ以上の基準位置から3つの基準位置をランダムに選択する(ステップS320)。そして制御部41は、選択した3つの異なる基準体30(3つの異なる基準位置)で電磁波又は音波を受信した時間に基づき、各回転角を算出する(ステップS330)。制御部41は、算出した回転角に基づき推定した移動体20の推定位置Piを記憶部42に記憶する(ステップS340)。
(Third example of position estimation processing)
A third example of the positioning method by the
続いて制御部41は、変数iが閾値imaxを超過しているかを判定する。変数iが閾値imaxを超過していない場合、制御部41は変数iの値をインクリメントする(ステップS350)。そしてプロセスはステップS320に戻る。ここでimaxは基準体30の数(基準位置の数)、及び計算負荷に応じて予め定められる。例えばimaxは、基準位置から3つを選択する組み合わせの数と等しい値にしてもよく、当該数よりも少ない値であってもよい。
Subsequently, the
他方で変数iが閾値imaxを超過している場合、プロセスはステップS370に進む。この場合、制御部41は、移動体20の推定位置Piのヒストグラムに基づき、移動体20の位置を推定する(ステップS370)。図9に、移動体20の推定位置Piのヒストグラムを示す図である。例えば制御部41は、ヒストグラムの分布重心を求めて、当該分布中心を移動体20の位置と推定する。換言すると制御部41は、ヒストグラムのうち、最も頻度の多い付近の重心をとることで、移動体20の位置を推定できる。
On the other hand, if the variable i exceeds the threshold i max , the process continues to step S370. In this case, the
このように本実施形態に係る測位システム10は、少なくとも3つの異なる基準位置で電磁波又は音波を受信した時間に基づき、移動体20の位置を推定する。具体的には例えば測位システム10は、電磁波又は音波を受信した時間に基づき回転角度を算出して移動体20の位置を算出する。また具体的には例えば測位システム10は、電磁波又は音波を受信した時間による受信パターンに基づき、移動体20の位置を算出する。あるいは例えば測位システム10は、推定位置のヒストグラムに基づき、移動体20の位置を算出する。そのため、経路中の気体の状態(湿度、温度等)の影響を受けづらく、高精度の位置推定を行うことができる。また、本実施形態に係る測位システム10によれば、移動体20と基準体30との同期をとる必要がなく、移動体20の位置を推定することができる。
In this manner, the
なお、例えば屋内での位置推定において天井等に画像等を設けて当該画像の認識により位置推定する手法も考えられるが、当該手法を採用しようとすると場所ごとに特徴のある画像パターンを用意しなければならない等、実現は容易ではない。他方で本実施形態に係る測位システム10によれば、比較的簡易な構成で高精度の位置推定を行うことができる。
For example, when estimating a position indoors, a method of estimating a position by recognizing an image provided on the ceiling or the like is also conceivable. However, it is not easy to implement. On the other hand, according to the
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成又はステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present disclosure has been described with reference to figures and examples, it should be noted that various variations and modifications will be readily apparent to those skilled in the art based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included within the scope of this disclosure. For example, functions included in each configuration or each step can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and multiple configurations or steps can be combined into one or divided. .
例えば、測位システム10は、移動体20の向きを推定してもよい。例えば測位システム10は、複数の基準位置のうち少なくとも2つの隣接する基準位置を特定の間隔で配置し、該隣接する基準位置において電磁波又は音波を受信した時間に基づき、移動体20の向きを推定してもよい。換言すると、例えば複数の基準体30の一部を特定の間隔(以下、特定配置ともいう)で並べることにより、当該一部の基準体30での電磁波又は音波の受信パターンが他の部分と区別できるようにする。特定配置は、例えば等間隔で近接する配置である。ここで特定配置は、等間隔の配置でなくてもよく、2種類以上の間隔のパターンを組み合わせたものであってもよい。このようにすることで制御部41は、受信パターン中において当該特定配置に対応する受信パターンが出現する位置(時間)に基づき、移動体20の向きを推定することができる。例えば間隔が極端に狭い特定配置を設けた場合、制御部41は、これに対応する3つの極端に狭い連続する3つの検知信号に基づき回転原点方向を定め、移動体20の向きを推定することができる。
For example, the
また例えば測位システム10は、移動体20にレーザ距離計をさらに備えて、当該レーザ距離計による測定結果に基づき、移動体20の位置及び向きの少なくとも一方の推定結果を補正し、推定精度を向上させてもよい。例えば、所定の領域のうち一部の壁の角に、当該所定の領域内で他と区別可能な異なる特徴形状を付加してもよい。移動体20のレーザ距離計は、壁からの反射波に基づく点群データにより、所定の領域内の距離マップを作製可能である。図10に点群データの一例を示す。点群データ101は、特徴形状を付加していない壁から得られるデータである。他方で点群データ102は、特徴形状を付加した壁から得られるデータである。測位システム10は、点群データ102に基づき、移動体20の位置及び向きの少なくとも一方の推定結果を補正してもよい。また、測位システム10は、点群データを使用することで領域周辺の距離マップを作成してもよい。当該距離マップの作成において、例えばSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)等の技術を採用可能である。測位システム10は、SLAMで求めたおおよその位置を出発点として、探索範囲を絞り移動体20の位置を推定してもよい。このようにすることで、位置の推定処理の高速化及び高精度化を図ることができる。
In addition, for example, the
また例えば、移動体20が送信する電磁波又は音波に、移動体20を識別する情報を含めてもよい。かかる情報は、例えば電磁波又は音波の周波数、振幅、位相、又は変調方式であってもよい。あるいは係る情報は、例えば電磁波又は音波による送信信号に含まれるID情報であってもよい。このようにすることで、所定の領域内に複数の移動体20が存在する場合に、それぞれの移動体20の位置及び向きを推定することができる。
Further, for example, information for identifying the moving
10 測位システム
20 移動体
21 送信部
30 基準体
31 受信部
40 情報処理装置
41 制御部
42 記憶部
43 通信部
44 出力部
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記電磁波又は音波を少なくとも3つの異なる基準位置で受信するステップと、
前記少なくとも3つの異なる基準位置と、前記少なくとも3つの異なる基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間とに基づき、前記移動体と各基準位置との各回転角を算出することにより、もしくは受信パターンを生成し、生成した該受信パターンと基準受信パターンとを比較することにより、前記移動体の位置を推定するステップと、
を含む測位方法であって、
前記測位方法はさらに、前記少なくとも3つの異なる基準位置のうち少なくとも2つの隣接する基準位置を特定の間隔で配置し、該隣接する基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間に基づき、該隣接する基準位置に対する前記移動体の向きを推定するステップと、
前記移動体が移動する領域内に存在する所定形状の壁からの反射波に基づく点群データを得るステップと、
前記点群データに基づき、前記移動体の位置及び前記移動体の向きの推定結果の少なくともいずれか一方を補正するステップと、
を含む測位方法。 a step of transmitting electromagnetic waves or sound waves from a moving body at a constant rotational speed in a horizontal direction and in a plurality of directions at different times;
receiving the electromagnetic waves or sound waves at at least three different reference locations;
By calculating each rotation angle between the moving object and each reference position, or a reception pattern and estimating the position of the mobile object by comparing the generated reception pattern with a reference reception pattern ;
A positioning method comprising
The positioning method further includes arranging at least two adjacent reference positions among the at least three different reference positions at a specific interval, and based on the time at which the electromagnetic waves or sound waves are received at the adjacent reference positions, the adjacent reference positions. estimating an orientation of the moving object relative to a reference position ;
a step of obtaining point cloud data based on reflected waves from walls of a predetermined shape existing within the region in which the moving object moves;
a step of correcting at least one of estimation results of the position of the moving body and the orientation of the moving body based on the point cloud data;
Positioning method including.
前記電磁波又は音波を少なくとも3つの異なる基準位置で受信するステップと、
前記少なくとも3つの異なる基準位置と、前記少なくとも3つの異なる基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間とに基づき、前記移動体と各基準位置との各回転角を算出することにより、もしくは受信パターンを生成し、生成した該受信パターンと基準受信パターンとを比較することにより、前記移動体の位置を推定するステップと、
を含む測位方法であって、
前記測位方法はさらに、
前記移動体が移動する領域内に存在する所定形状の壁からの反射波に基づく点群データを得るステップと、
前記点群データに基づき、前記移動体の位置の推定結果を補正するステップと、
を含む測位方法。 a step of transmitting electromagnetic waves or sound waves from a moving body at a constant rotational speed in a horizontal direction and in a plurality of directions at different times;
receiving the electromagnetic waves or sound waves at at least three different reference locations;
By calculating each rotation angle between the moving object and each reference position, or a reception pattern and estimating the position of the mobile object by comparing the generated reception pattern with a reference reception pattern ;
A positioning method comprising
The positioning method further comprises:
a step of obtaining point cloud data based on reflected waves from walls of a predetermined shape existing within the region in which the moving object moves;
a step of correcting the estimation result of the position of the moving object based on the point cloud data ;
Positioning method including.
前記移動体が、一定の回転速度で水平方向かつ複数の方向へそれぞれ異なる時間に電磁波又は音波を送信し、
前記情報処理装置が、少なくとも3つの異なる基準位置と、前記少なくとも3つの異なる基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間とに基づき、前記移動体と各基準位置との各回転角を算出することにより、もしくは受信パターンを生成し、生成した該受信パターンと基準受信パターンとを比較することにより、前記移動体の位置を推定し、
前記少なくとも3つの異なる基準位置のうち少なくとも2つの隣接する基準位置を特定の間隔で配置し、前記情報処理装置は、該隣接する基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間に基づき、前記移動体の向きを推定し、
前記移動体が移動する領域内に存在する所定形状の壁からの反射波に基づく点群データを取得し、
前記点群データに基づき、前記移動体の位置及び前記移動体の向きの推定結果の少なくともいずれか一方を補正する測位システム。 A positioning system including a mobile body and an information processing device,
The moving body transmits electromagnetic waves or sound waves in a horizontal direction at a constant rotational speed and in a plurality of directions at different times,
The information processing device calculates each rotation angle between the moving object and each reference position based on at least three different reference positions and the times at which the electromagnetic waves or sound waves are received at the at least three different reference positions. or by generating a reception pattern and comparing the generated reception pattern with a reference reception pattern, estimating the position of the mobile body;
At least two adjacent reference positions out of the at least three different reference positions are arranged at a specific interval, and the information processing device determines, based on the time at which the electromagnetic waves or sound waves are received at the adjacent reference positions, the moving body Estimate the orientation of
Acquiring point cloud data based on reflected waves from walls of a predetermined shape existing in the area in which the moving object moves,
A positioning system that corrects at least one of a position of the moving body and an orientation of the moving body based on the point cloud data .
前記移動体が、一定の回転速度で水平方向かつ複数の方向へそれぞれ異なる時間に電磁波又は音波を送信し、
前記情報処理装置が、少なくとも3つの異なる基準位置と、前記少なくとも3つの異なる基準位置において前記電磁波又は音波を受信した時間とに基づき、前記移動体と各基準位置との各回転角を算出することにより、もしくは受信パターンを生成し、生成した該受信パターンと基準受信パターンとを比較することにより、前記移動体の位置を推定し、
前記移動体が移動する領域内に存在する所定形状の壁からの反射波に基づく点群データを取得し、
前記点群データに基づき、前記移動体の位置の推定結果を補正する、測位システム。 A positioning system including a mobile body and an information processing device,
The moving body transmits electromagnetic waves or sound waves in a horizontal direction at a constant rotational speed and in a plurality of directions at different times,
The information processing device calculates each rotation angle between the moving object and each reference position based on at least three different reference positions and the times at which the electromagnetic waves or sound waves are received at the at least three different reference positions. or by generating a reception pattern and comparing the generated reception pattern with a reference reception pattern, estimating the position of the mobile body;
Acquiring point cloud data based on reflected waves from walls of a predetermined shape existing in the area in which the moving object moves,
A positioning system that corrects a position estimation result of the moving object based on the point cloud data .
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