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JP7224882B2 - SENSOR SYSTEM, SENSOR SYSTEM CONTROL METHOD, AND CONTROL DEVICE - Google Patents

SENSOR SYSTEM, SENSOR SYSTEM CONTROL METHOD, AND CONTROL DEVICE Download PDF

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JP7224882B2
JP7224882B2 JP2018228179A JP2018228179A JP7224882B2 JP 7224882 B2 JP7224882 B2 JP 7224882B2 JP 2018228179 A JP2018228179 A JP 2018228179A JP 2018228179 A JP2018228179 A JP 2018228179A JP 7224882 B2 JP7224882 B2 JP 7224882B2
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Description

本発明は、複数のセンサ端末から構成され、対象の位置を推定するセンサシステムに関する。 The present invention relates to a sensor system configured from a plurality of sensor terminals and estimating the position of an object.

社会環境において、都市計画及び交通計画、災害時の避難及び救出活動、並びにマーケティングの利用を目的として、人及び物等の対象の分布及び流動状況をリアルタイムに把握する技術が求められている。一方、公共空間における情報の取得においてはプライバシへの配慮が求められる。そのため、個人に関する情報を特定することなく、対象の位置情報の取得が可能な技術が必要とされている。 In the social environment, there is a demand for a technology for grasping the distribution and flow of objects such as people and goods in real time for the purposes of city planning and transportation planning, evacuation and rescue activities in the event of a disaster, and marketing. On the other hand, when acquiring information in public spaces, it is necessary to consider privacy. Therefore, there is a need for a technology capable of acquiring target position information without specifying information about an individual.

これらを実現する技術として、複数の振動センサ又は音響センサを用いて、対象が空間で発する振動及び音を計測することによって、対象の位置情報を取得するセンサシステムが考えられている。 As a technique for realizing these, a sensor system that acquires position information of a target by measuring vibrations and sounds emitted by the target in space using a plurality of vibration sensors or acoustic sensors has been considered.

センサシステムを利用して正確な対象の位置情報を取得するためには、予め、複数のセンサの位置をキャリブレーションしておく必要がある。センサシステムのキャリブレーションに関する技術として特許文献1及び特許文献2に記載の技術が知られている。 In order to obtain accurate target position information using a sensor system, it is necessary to calibrate the positions of a plurality of sensors in advance. Techniques described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are known as techniques related to sensor system calibration.

特許文献1には、「コンピュータは、各センサからの出力に基づいて、センサ毎に人観測点を検出し、その人観測点の時間変化から人間の移動軌跡を算出する。次に、各センサの出力に基づいて算出された移動軌跡を、センサ間で一致させる。一致させた移動軌跡上の2つの人観測点が所定のルールに従って抽出され、それらを用いてこの移動軌跡を生成したセンサ間の距離および相対的な角度についてのセンサ間の制約を、移動軌跡が一致されたセンサの組毎に算出する。そして、センサ間の制約を用いて、全センサの位置および向きを推定する」ことが記載されている。 In Patent Document 1, "A computer detects a human observation point for each sensor based on the output from each sensor, and calculates a human movement trajectory from the time change of the human observation point. Next, each sensor Two human observation points on the matched movement trajectory are extracted according to a predetermined rule, and are used to generate this movement trajectory. Inter-sensor constraints on the distance and relative angle of are computed for each set of sensors whose trajectories are matched, and the inter-sensor constraints are used to estimate the position and orientation of all sensors. is described.

特許文献2には、「センサ間の直接送受された超音波の伝搬距離と走査方向からセンサ間の相対位置を求め、検査対象からの反射波の伝搬距離と走査方向から検査対象上の超音波探傷センサの位置を求め、探傷が必要な個所に超音波を確実に送受信する」超音波探傷法が記載されている。 In Patent Document 2, "The relative position between the sensors is obtained from the propagation distance and the scanning direction of the ultrasonic waves directly transmitted and received between the sensors, and the ultrasonic waves on the inspection object are obtained from the propagation distance and the scanning direction of the reflected waves from the inspection object. An ultrasonic flaw detection method is described in which the position of a flaw detection sensor is obtained and ultrasonic waves are reliably transmitted and received to a location where flaw detection is required.

特開2012-88135号公報JP 2012-88135 A 特開2014-41067号公報JP 2014-41067 A

特許文献1に記載の技術は、人の移動を計測する必要である。また、特許文献2に記載の技術は、センサと検査対象との間の相対位置を評価するものであり、また、検査対象から反射した超音波を計測する必要がある。 The technique described in Patent Literature 1 needs to measure the movement of people. Further, the technique described in Patent Document 2 evaluates the relative position between the sensor and the inspection object, and it is necessary to measure the ultrasonic waves reflected from the inspection object.

したがって、従来技術では、任意のタイミング及び任意の空間において、センサの相対位置のキャリブレーションを実行できない。例えば、従来技術では、センサの設置場所及び設置環境の変化した場合に、センサの相対位置のキャリブレーションを実行できない。また、従来技術では、キャリブレーションの実行に要する時間及び計算量等のコストが高いという問題がある。 Therefore, the prior art cannot calibrate the relative positions of the sensors at arbitrary timing and arbitrary space. For example, with the conventional technology, it is not possible to calibrate the relative positions of the sensors when the installation location and installation environment of the sensors change. In addition, the prior art has a problem that the cost such as the time and amount of calculation required for executing the calibration is high.

本発明は、以上の問題点を解決するセンサシステムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a sensor system that solves the above problems.

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、センサシステムであって、三つ以上のセンサ端末、及び前記複数のセンサ端末の相対位置を管理し、検出対象の位置を推定する制御部を備え、前記複数のセンサ端末の各々は、信号を発生させる信号発生装置と、前記検出対象から発生した振動及び前記信号を計測するセンサと、を有し、計測した前記振動に関する情報を含む第1のセンサデータ、及び計測した前記信号に関する情報を含む第2のセンサデータの少なくともいずれかを前記制御部に送信し、前記制御部は、前記第1のセンサデータを受信した場合、前記複数のセンサ端末の相対位置及び前記第1のセンサデータに基づいて前記検出対象の位置を推定し、前記複数のセンサ端末の相対位置を算出する実行イベントを検出した場合、前記センサ端末のペアを構成して、前記ペアを構成する第1センサ端末と、前記ペアを構成する第2センサ端末との間の相対距離を、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の各々から取得した前記第2のセンサデータに基づいて算出する演算処理を実行し、複数の前記ペアに対する前記演算処理によって算出された前記相対距離に基づいて、前記複数のセンサ端末の相対位置を算出する。 A representative example of the invention disclosed in the present application is as follows. That is, the sensor system comprises three or more sensor terminals and a control unit that manages the relative positions of the plurality of sensor terminals and estimates the position of a detection target, and each of the plurality of sensor terminals receives a signal and a sensor for measuring the vibration generated from the detection target and the signal, the first sensor data including information about the measured vibration , and the information about the measured signal at least one of the second sensor data including at least one of the second sensor data is transmitted to the control unit, and when the control unit receives the first sensor data, the relative positions of the plurality of sensor terminals and the first sensor data When an execution event for estimating the position of the detection target based on and calculating the relative positions of the plurality of sensor terminals is detected, forming a pair of the sensor terminals, a first sensor terminal forming the pair; performing arithmetic processing for calculating the relative distance between the paired second sensor terminals based on the second sensor data obtained from each of the first sensor terminal and the second sensor terminal; Relative positions of the plurality of sensor terminals are calculated based on the relative distances calculated by the arithmetic processing for the plurality of pairs.

本発明の一形態によれば、コストを低減し、かつ、任意のタイミング及び任意の空間にいて、任意のタイミングでセンサ端末の相対位置を算出できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to one form of this invention, cost can be reduced and the relative position of a sensor terminal can be calculated at arbitrary timing, in arbitrary space, and arbitrary timing. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

実施例1のセンサシステムの構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of a sensor system of Example 1; FIG. 実施例1のセンサ端末の構成例を示す図である。4 is a diagram illustrating a configuration example of a sensor terminal of Example 1; FIG. 実施例1のセンサ端末の構成例を示す図である。4 is a diagram illustrating a configuration example of a sensor terminal of Example 1; FIG. 実施例1のセンサ端末が発生させる信号のパターンの一例を示す図である。4 is a diagram showing an example of a signal pattern generated by the sensor terminal of Example 1. FIG. 実施例1のセンサシステムにおける計測アルゴリズムの一例を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a measurement algorithm in the sensor system of Example 1; 実施例1のセンサシステムにおける計測アルゴリズムの一例を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a measurement algorithm in the sensor system of Example 1; 実施例1のセンサ端末が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the sensor terminal of Example 1; 実施例1の制御装置が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the control device of the first embodiment; 実施例1のキャリブレーション処理の一例を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of calibration processing according to the first embodiment; FIG.

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention should not be construed as being limited to the contents of the examples described below. Those skilled in the art will easily understand that the specific configuration can be changed without departing from the idea or gist of the present invention.

以下に説明する発明の構成において、同一又は類似する構成又は機能には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 In the configurations of the invention described below, the same or similar configurations or functions are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.

本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」等の表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数又は順序を限定するものではない。 The notations such as “first”, “second”, “third”, etc. in this specification and the like are attached to identify the constituent elements, and do not necessarily limit the number or order.

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、及び範囲等は、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、及び範囲等を表していない場合がある。したがって、本発明では、図面等に開示された位置、大きさ、形状、及び範囲等に限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc. in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not limited to the positions, sizes, shapes, ranges, etc. disclosed in the drawings and the like.

図1は、実施例1のセンサシステムの構成例を示す図である。図2A及び図2Bは、実施例1のセンサ端末110の構成例を示す図である。図3は、実施例1のセンサ端末110が発生させる信号のパターンの一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a sensor system according to a first embodiment. 2A and 2B are diagrams illustrating configuration examples of the sensor terminal 110 according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing an example of a signal pattern generated by the sensor terminal 110 of the first embodiment.

センサシステム10は、制御装置100、複数のセンサ端末110、及びユーザ端末120から構成される。 The sensor system 10 includes a control device 100 , a plurality of sensor terminals 110 and a user terminal 120 .

制御装置100及び複数のセンサ端末110は、ネットワークを介して接続され、制御装置100及びユーザ端末120は、ネットワークを介して接続される。ネットワークは例えば、LAN(Local Area Network)及びWAN(Wide Area Network)等である。接続方式は有線又は無線のいずれでもよい。 The control device 100 and the plurality of sensor terminals 110 are connected via a network, and the control device 100 and the user terminals 120 are connected via the network. The networks are, for example, LANs (Local Area Networks) and WANs (Wide Area Networks). The connection method may be wired or wireless.

なお、制御装置100及び複数のセンサ端末110は直接接続されてもよいし、また、制御装置100及びユーザ端末120は直接されてもよい。 Note that the control device 100 and the plurality of sensor terminals 110 may be directly connected, or the control device 100 and the user terminals 120 may be directly connected.

センサ端末110は、空間に設置され、当該空間に存在する検出対象(例えば、人及び物)から発生した振動等の信号を計測し、計測結果を含むセンサデータを制御装置100に送信する。 The sensor terminal 110 is installed in a space, measures a signal such as vibration generated from a detection target (for example, a person or an object) existing in the space, and transmits sensor data including the measurement result to the control device 100.

センサ端末110は、例えば、床、通路、壁、硝子等に固定された状態で設置される。また、計測される振動は、例えば、空気の振動(音)、及び、検出対象の振動等である。計測結果には、計測時刻、信号のパターン、及び信号の強度等が含まれる。なお、センサデータには、後述するキャリブレーション信号を出力した時刻等が含まれてもよい。なお、センサ端末110の詳細な構成については後述する。 The sensor terminal 110 is installed, for example, in a state of being fixed to a floor, passageway, wall, glass, or the like. Vibrations to be measured are, for example, air vibrations (sounds), vibrations to be detected, and the like. The measurement result includes measurement time, signal pattern, signal intensity, and the like. Note that the sensor data may include the time when a calibration signal, which will be described later, is output. A detailed configuration of the sensor terminal 110 will be described later.

制御装置100は、センサデータの収集及び蓄積を行い、また、センサデータを解析することによって、空間内の検出対象の位置を推定する。制御装置100は、検出対象の位置を推定するための情報として、複数のセンサ端末110の相対位置を管理する。また、制御装置100は、キャリブレーションの実行時にセンサデータを解析することによって、センサ端末110の相対位置を算出し、また、時刻を調整するための補正値を算出する。 The control device 100 collects and accumulates sensor data and analyzes the sensor data to estimate the position of the detection target in space. The control device 100 manages the relative positions of the multiple sensor terminals 110 as information for estimating the position of the detection target. Further, the control device 100 calculates the relative position of the sensor terminal 110 by analyzing the sensor data during execution of the calibration, and also calculates a correction value for adjusting the time.

制御装置100は、演算装置101、記憶装置102、及び通信装置103を有する。 The control device 100 has an arithmetic device 101 , a storage device 102 and a communication device 103 .

演算装置101は、制御装置100全体を制御する装置であり、例えば、CPU及びマイコン等である。演算装置101は、記憶装置102に格納されるプログラムを実行する。演算装置101は、プログラムを実行することによって、所定の機能を実現するモジュールとして動作する。 The arithmetic device 101 is a device that controls the entire control device 100, and is, for example, a CPU and a microcomputer. The computing device 101 executes programs stored in the storage device 102 . Arithmetic device 101 operates as a module that implements a predetermined function by executing a program.

記憶装置102は、メモリ等であり、演算装置101が実行するプログラム及びプログラムが使用する情報を格納する。実施例1の記憶装置102には、センサデータ、検出対象の位置、センサ端末110の相対位置、及び補正値等が格納される。なお、記憶装置102に格納されるデータは、ユーザ端末120がアクセスできるように管理されているものとする。 The storage device 102 is a memory or the like, and stores programs executed by the arithmetic device 101 and information used by the programs. The storage device 102 of the first embodiment stores sensor data, positions of detection targets, relative positions of the sensor terminals 110, correction values, and the like. It is assumed that the data stored in the storage device 102 is managed so that the user terminal 120 can access it.

通信装置103は、ネットワークインタフェース等であり、ネットワークを介して、外部装置と通信する。実施例1の通信装置103は、通信装置103を介して、複数のセンサ端末110及びユーザ端末120に接続される。 A communication device 103 is a network interface or the like, and communicates with an external device via a network. The communication device 103 of Example 1 is connected to a plurality of sensor terminals 110 and user terminals 120 via the communication device 103 .

ユーザ端末120は、制御装置100を操作するための端末である。ユーザ端末120は、図示しない演算装置、記憶装置、及び通信装置を有する。なお、制御装置100にキーボード及びマウス等の入力装置、並びに、ディスプレイ等の出力装置が接続されている場合、センサシステム10はユーザ端末120を含まなくてもよい。 A user terminal 120 is a terminal for operating the control device 100 . The user terminal 120 has an arithmetic device, a storage device, and a communication device (not shown). Note that the sensor system 10 may not include the user terminal 120 when an input device such as a keyboard and a mouse and an output device such as a display are connected to the control device 100 .

なお、図1では、センサシステム10を制御する構成として制御装置100を説明したが、IoTゲートウェイ及び解析サーバ化構成される制御システムに置き換えてもよい。例えば、センサ端末110の近傍にIoTゲートウェイを設置し、クラウド又は遠隔地に解析サーバを設置するシステム構成が考えられる。 In FIG. 1, the control device 100 has been described as a configuration for controlling the sensor system 10, but it may be replaced with a control system configured as an IoT gateway and an analysis server. For example, a system configuration can be considered in which an IoT gateway is installed near the sensor terminal 110 and an analysis server is installed in the cloud or at a remote location.

なお、少なくとも一つのセンサ端末110が、制御装置100が有する機能を有するようにしてもよい。この場合、センサシステム10はセンサ端末110のみから構成される。 Note that at least one sensor terminal 110 may have the functions of the control device 100 . In this case, the sensor system 10 is composed only of the sensor terminal 110 .

ここで、図2A及び図2Bを用いて、センサ端末110の構成について説明する。 Here, the configuration of the sensor terminal 110 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.

図2Aは、全てのハードウェア構成が内蔵されたセンサ端末110の構成例を示す。センサ端末110は、演算装置200、センサ201、信号発生装置202、及び通信装置203を有する。演算装置200及び通信装置203は、演算装置101及び通信装置203と同一の構成である。 FIG. 2A shows a configuration example of a sensor terminal 110 in which all hardware configurations are built. The sensor terminal 110 has an arithmetic device 200 , a sensor 201 , a signal generator 202 and a communication device 203 . The arithmetic device 200 and the communication device 203 have the same configuration as the arithmetic device 101 and the communication device 203 .

センサ201は、振動を計測する装置である。検出対象の振動を計測するセンサ201としては、例えば、加速度センサ及び変位計等が挙げられる。音を計測するセンサ201としては、例えば、マイクロホン及び超音波センサ等が挙げられる。 The sensor 201 is a device that measures vibration. Examples of the sensor 201 that measures the vibration to be detected include an acceleration sensor and a displacement meter. Examples of the sensor 201 that measures sound include a microphone and an ultrasonic sensor.

信号発生装置202は、キャリブレーションに使用する信号(キャリブレーション信号)を発生させるための装置である。信号発生装置202は、物体の振動を発生させる振動発生装置、及び音を発生させる音発生装置等である。振動発生装置としては、振幅、周波数、及び位相を制御可能な振動モータ、インパルスの出力が可能なメカニカルリレー等が挙げられる。音発生装置としては、圧電スピーカ及び超音波発生器等が挙げられる。 The signal generator 202 is a device for generating a signal (calibration signal) used for calibration. The signal generator 202 is a vibration generator that generates vibration of an object, a sound generator that generates sound, or the like. Vibration generators include vibration motors capable of controlling amplitude, frequency, and phase, mechanical relays capable of outputting impulses, and the like. Examples of sound generators include piezoelectric speakers and ultrasonic generators.

信号発生装置202は、図3に示すようにパターンの異なるキャリブレーション信号を発生させてもよい。 The signal generator 202 may generate calibration signals with different patterns as shown in FIG.

例えば、信号発生装置202は、信号300-1を基準のキャリブレーション信号として生成する。信号発生装置202は、信号300-1を変調することによって、信号300-1と周波数成分が異なる信号300-2、信号300-1と時間成分が異なる信号300-3を生成する。また、信号発生装置202は、信号300-1を変調することによって、複雑なパターンの信号300-4を生成してもよい。 For example, signal generator 202 generates signal 300-1 as a reference calibration signal. The signal generator 202 modulates the signal 300-1 to generate a signal 300-2 having a frequency component different from that of the signal 300-1 and a signal 300-3 having a time component different from that of the signal 300-1. Signal generator 202 may also modulate signal 300-1 to generate complex pattern signal 300-4.

信号発生装置202は、特定の周波数帯域が減数又は増幅する等の空間の特性に基づいて、キャリブレーション信号のパターンを選択してもよい。 The signal generator 202 may select the pattern of the calibration signal based on spatial characteristics, such as attenuating or amplifying certain frequency bands.

演算装置200は、センサ201が計測した信号に対するデジタル処理を実行することによってセンサデータを生成し、通信装置203を介してセンサデータを制御装置100に送信する。 The computing device 200 generates sensor data by performing digital processing on signals measured by the sensor 201 and transmits the sensor data to the control device 100 via the communication device 203 .

図2Bは、一部のハードウェア構成が外付けされたセンサ端末110の構成例を示す。センサ端末110は、演算装置200、信号発生装置202、通信装置203、及び接続装置204を有する。 FIG. 2B shows a configuration example of the sensor terminal 110 to which part of the hardware configuration is externally attached. The sensor terminal 110 has an arithmetic device 200 , a signal generator 202 , a communication device 203 and a connection device 204 .

接続装置204は、外部装置と接続する装置であり、例えば、IOインタフェースである。接続装置204は、配線を介してセンサ201及び信号発生装置202と接続する。配線を介して、センサ201及び信号発生装置202への給電及びデータ通信が行われる。 The connection device 204 is a device that connects with an external device, such as an IO interface. The connection device 204 connects with the sensor 201 and the signal generator 202 via wiring. Power supply and data communication to the sensor 201 and the signal generator 202 are performed via the wiring.

センサ201は、治具210を介して、床、通路、壁、及び硝子等に固定される。また、信号発生装置202は、治具211を介して、床、通路、壁、及び硝子等に固定される。 The sensor 201 is fixed to the floor, passageway, wall, glass, etc. via a jig 210 . Also, the signal generator 202 is fixed to the floor, passageway, wall, glass, etc. via a jig 211 .

センサ端末110からセンサ201及び信号発生装置202を分離することによって、設置空間が狭い場合でもセンサ201及び信号発生装置202を設置することができる。 By separating the sensor 201 and the signal generator 202 from the sensor terminal 110, the sensor 201 and the signal generator 202 can be installed even if the installation space is narrow.

なお、センサ201及び信号発生装置202のいずれか一方のみがセンサ端末110に外付けされてもよい。 Note that either one of the sensor 201 and the signal generator 202 may be externally attached to the sensor terminal 110 .

なお、信号発生装置202による振動以外の振動は外乱信号となるため、当該振動の発生を抑制する必要がある。そのため、外乱信号となる振動を発生する機構を搭載しない、又は、振動の発生を低減するように制御することが望ましい。例えば、排熱用の冷却ファンの振動は外乱信号となり得る。発熱の抑制はセンサ端末110の消費電力の削減効果と、外乱信号となる振動の発生の抑止効果とを考慮し、ファンの回転速度を調整すればよい。また、一定の強度の振動を計測するように制御する。 Vibration other than the vibration caused by the signal generator 202 becomes a disturbance signal, so it is necessary to suppress the occurrence of the vibration. For this reason, it is desirable not to mount a mechanism that generates vibration, which is a disturbance signal, or to control the generation of vibration to reduce it. For example, vibration of a cooling fan for exhaust heat can be a disturbance signal. Heat generation can be suppressed by adjusting the rotation speed of the fan in consideration of the effect of reducing the power consumption of the sensor terminal 110 and the effect of suppressing the generation of vibrations that cause disturbance signals. In addition, control is performed to measure vibration with a constant intensity.

図4A及び図4Bは、実施例1のセンサシステム10における計測アルゴリズムの一例を説明する図である。 4A and 4B are diagrams illustrating an example of a measurement algorithm in the sensor system 10 of Example 1. FIG.

まず、図4Aに示すような1次元空間の計測アルゴリズムについて説明する。 First, a measurement algorithm for a one-dimensional space as shown in FIG. 4A will be described.

二つのセンサ端末110-1、110-2を結ぶ直線上に検出対象400-1、400-2が存在しているものとする。ここで、センサ端末110-1と検出対象400-1との間の距離をX1、センサ端末110-1と検出対象400-2との間の距離をX’1、センサ端末110-2と検出対象400-1との間の距離をX2、センサ端末110-2と検出対象400-2との間の距離をX’2とする。センサ端末110-1に対する検出対象400-1の振動の伝播時間をt1、センサ端末110-2に対する検出対象400-1の振動の伝播時間をt2、センサ端末110-1に対する検出対象400-2の振動の伝播時間をt’1、センサ端末110-2に対する検出対象400-2の振動の伝播時間をt’2とする。また、検出対象400-1、400-2において発生した振動の空間内における伝播速度をCとする。 It is assumed that detection targets 400-1 and 400-2 are present on a straight line connecting two sensor terminals 110-1 and 110-2. Here, the distance between sensor terminal 110-1 and detection target 400-1 is X1, the distance between sensor terminal 110-1 and detection target 400-2 is X'1, and sensor terminal 110-2 is detected. The distance between the target 400-1 is X2, and the distance between the sensor terminal 110-2 and the detection target 400-2 is X'2. Propagation time t1 of vibration of detection target 400-1 with respect to sensor terminal 110-1, propagation time t2 of vibration of detection target 400-1 with respect to sensor terminal 110-2, and propagation time of detection target 400-2 with respect to sensor terminal 110-1. Let t′1 be the propagation time of the vibration, and t′2 be the propagation time of the vibration of the detection target 400-2 with respect to the sensor terminal 110-2. Let C be the propagation velocity in the space of the vibrations generated in the detection targets 400-1 and 400-2.

このとき、距離X1、X2、X’1、X’2は式(1)、(2)、(3)、(4)で与えられる。なお、計測した振動が音声の場合、Cは音速となる。音速は式(5)に示すように、振動が伝播する媒体の密度ρおよび体積弾性率κに依存する。 At this time, distances X1, X2, X'1 and X'2 are given by equations (1), (2), (3) and (4). Note that when the measured vibration is sound, C is the speed of sound. The speed of sound depends on the density ρ and the bulk elastic modulus κ of the medium in which the vibration propagates, as shown in Equation (5).

Figure 0007224882000001
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Figure 0007224882000002
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Figure 0007224882000003
Figure 0007224882000003

Figure 0007224882000004
Figure 0007224882000004

Figure 0007224882000005
Figure 0007224882000005

このとき、センサ端末110-1とセンサ端末110-2の中点と、検出対象400-1の位置とのズレΔXは式(6)で与えられる。 At this time, the deviation ΔX between the midpoint between sensor terminals 110-1 and 110-2 and the position of detection target 400-1 is given by equation (6).

Figure 0007224882000006
Figure 0007224882000006

式(6)に示すように、伝播時間の差に基づいて、センサ端末110間の中点からの検出対象の位置を求めることができる。 As shown in Equation (6), the position of the detection target from the midpoint between the sensor terminals 110 can be obtained based on the difference in propagation times.

同様に、センサ端末110-1とセンサ端末110-2の中点と、検出対象400-2の位置とのズレΔX’は式(7)で与えられる。 Similarly, the deviation ΔX' between the midpoint between sensor terminals 110-1 and 110-2 and the position of detection target 400-2 is given by equation (7).

Figure 0007224882000007
Figure 0007224882000007

このように、センサシステムは、伝播時間の違いから、検出対象400の位置を推定できる。なお、検出対象400-1、400-2が同じ位置に存在する場合、センサシステムは、振動の特性(大きさ、周波数等)の違いに基づいて、二つの検出対象400-1、400-2を区別することができる。 Thus, the sensor system can estimate the position of the detection target 400 from the difference in propagation times. Note that when the detection targets 400-1 and 400-2 exist at the same position, the sensor system detects the two detection targets 400-1 and 400-2 based on the difference in vibration characteristics (magnitude, frequency, etc.). can be distinguished.

検出対象400の位置を推定するためには必要な中点を求めるためには、センサ端末110-1、110-2の相対位置を算出する必要がある。センサ端末110-1、110-2の相対位置は相対距離に基づいて算出できる。 In order to obtain the midpoint necessary for estimating the position of the detection target 400, it is necessary to calculate the relative positions of the sensor terminals 110-1 and 110-2. The relative positions of sensor terminals 110-1 and 110-2 can be calculated based on the relative distances.

また、伝播時間を求めるためには、センサ端末110-1、110-2の時刻を同期する必要がある。時刻の誤差は信号の計測時刻に基づいて算出できる。 Also, in order to obtain the propagation time, it is necessary to synchronize the times of the sensor terminals 110-1 and 110-2. The time error can be calculated based on the measurement time of the signal.

次に、図4Bに示すような2次元空間の計測アルゴリズムについて説明する。三つのセンサ端末110-1、110-2、110-3から定まる三角形の領域410の内部に検出対象400が存在するものとする。 Next, a measurement algorithm for a two-dimensional space as shown in FIG. 4B will be described. Assume that a detection target 400 exists inside a triangular area 410 defined by three sensor terminals 110-1, 110-2, and 110-3.

センサシステムは、各センサ端末110-1、110-2、110-3との間の距離が同一である位置、すなわち、三角形の領域410の外心と、検出対象400の位置のズレを基準として、領域410内の検出対象400の位置を推定する。検出対象400と外心との間のズレは、振動の伝播時間の差として得られる。 The sensor system is based on the position where the distances between the sensor terminals 110-1, 110-2, and 110-3 are the same, that is, the deviation between the circumcenter of the triangular area 410 and the position of the detection target 400. , to estimate the position of the detection target 400 within the region 410 . The deviation between the detection target 400 and the circumcenter is obtained as a difference in propagation time of vibration.

検出対象400の位置を推定するために必要な領域410の外心を求めるためには、センサ端末110-1、110-2、110-3の相対位置を算出する必要がある。センサ端末110-1、110-2、110-3の相対位置は、各センサ端末110の相対距離に基づいて算出できる。なぜならば、三つの辺の長さから領域410の形状を求めることができるためである。 In order to obtain the circumcenter of area 410 necessary for estimating the position of detection target 400, it is necessary to calculate the relative positions of sensor terminals 110-1, 110-2, and 110-3. The relative positions of the sensor terminals 110-1, 110-2, 110-3 can be calculated based on the relative distance of each sensor terminal 110. FIG. This is because the shape of the region 410 can be obtained from the lengths of the three sides.

また、伝播時間を求めるためには、センサ端末110-1、110-2、110-3の時刻を同期する必要がある。時刻の誤差は信号の計測時刻に基づいて算出できる。 Also, in order to obtain the propagation time, it is necessary to synchronize the times of the sensor terminals 110-1, 110-2, and 110-3. The time error can be calculated based on the measurement time of the signal.

図4A及び図4Bを用いて説明したように、検出対象400の位置は、センサ端末110の相対位置及び振動の伝播時間に基づいて推定される。そのため、センサ端末110間の相対位置及び時刻の誤差を求めるキャリブレーションを実行する必要がある。 As described with reference to FIGS. 4A and 4B, the position of detection target 400 is estimated based on the relative position of sensor terminal 110 and the propagation time of vibration. Therefore, it is necessary to perform calibration to obtain relative position and time errors between the sensor terminals 110 .

図5は、実施例1のセンサ端末110が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the sensor terminal 110 according to the first embodiment.

センサ端末110は、通常、検出対象400から発生した振動を計測する位置検出モードで稼働しているものとする。 It is assumed that the sensor terminal 110 normally operates in a position detection mode in which vibration generated from the detection target 400 is measured.

センサ端末110は、検出対象400から発生した振動の計測を実行する(ステップS101)。 The sensor terminal 110 measures vibration generated from the detection target 400 (step S101).

具体的には、センサ端末110は、検出対象から発生した振動を検出した場合、センサデータを制御装置100に送信する。 Specifically, the sensor terminal 110 transmits sensor data to the control device 100 when detecting vibration generated from the detection target.

センサ端末110は、キャリブレーションの実行イベントを検出したか否かを判定する(ステップS102)。 The sensor terminal 110 determines whether or not a calibration execution event has been detected (step S102).

キャリブレーションの実行イベントは、センサ端末110自身が検出してもよいし、制御装置100が検出してもよい。 The calibration execution event may be detected by the sensor terminal 110 itself, or may be detected by the control device 100 .

センサ端末110自身が検出するキャリブレーションの実行イベントは、例えば、センサ端末110の初期起動又は再起動、実行周期を表すタイマの経過、異常信号の検出、及び気温等の環境の変化等が考えられる。 Calibration execution events detected by the sensor terminal 110 itself include, for example, the initial startup or restart of the sensor terminal 110, the elapse of a timer indicating the execution cycle, the detection of an abnormal signal, and changes in the environment such as temperature. .

また、制御装置100が検出するキャリブレーションの実行イベントは、例えば、実行周期の経過、センサ端末110の異常の検出、空間内におけるセンサ端末110の増減等が考えられる。制御装置100がキャリブレーションの実行イベントを検出した場合、キャリブレーション実行指示が各センサ端末110に送信される。この場合、センサ端末110は、キャリブレーション実行指示の受信を、キャリブレーションの実行イベントとして検出する。 Further, the calibration execution event detected by the control device 100 can be, for example, the passage of an execution cycle, detection of an abnormality in the sensor terminal 110, increase or decrease in the number of sensor terminals 110 in space, and the like. When the control device 100 detects a calibration execution event, a calibration execution instruction is transmitted to each sensor terminal 110 . In this case, the sensor terminal 110 detects reception of the calibration execution instruction as a calibration execution event.

キャリブレーションの実行イベントを検出していない場合、センサ端末110は、ステップS101に戻り、位置検出モードでの稼働を継続する。 If the calibration execution event is not detected, the sensor terminal 110 returns to step S101 and continues operating in the position detection mode.

キャリブレーションの実行イベントを検出した場合、センサ端末110は、キャリブレーションモードに移行し、キャリブレーション信号の出力、及び、他のセンサ端末110が出力したキャリブレーション信号の検出を行う(ステップS103)。キャリブレーション信号の出力タイミングは、予め設定されてもよいし、制御装置100が指定してもよい。 When a calibration execution event is detected, the sensor terminal 110 shifts to the calibration mode, outputs a calibration signal, and detects a calibration signal output by another sensor terminal 110 (step S103). The output timing of the calibration signal may be set in advance, or may be designated by the control device 100 .

なお、キャリブレーションモードでは、キャリブレーション信号以外の信号が検出される可能性があるが、特徴的なキャリブレーション信号のパターンを予め設定することによって、センサ端末110はキャリブレーション信号を識別することができる。 In the calibration mode, signals other than the calibration signal may be detected, but by presetting a characteristic calibration signal pattern, the sensor terminal 110 can identify the calibration signal. can.

センサ端末110は、制御装置100から補正値を受信した場合(ステップS104)、補正値に基づいて相対時刻を補正するための適用処理を実行する(ステップS105)。 When the sensor terminal 110 receives the correction value from the control device 100 (step S104), the sensor terminal 110 executes application processing for correcting the relative time based on the correction value (step S105).

次に、センサ端末110は、キャリブレーションの終了条件を満たすか否かを判定する(ステップS106)。 Next, the sensor terminal 110 determines whether or not conditions for ending calibration are satisfied (step S106).

例えば、センサ端末110は、前回受信した補正値と今回受信した補正値とが同一である場合、キャリブレーションの終了条件を満たすと判定する。 For example, when the correction value received last time and the correction value received this time are the same, the sensor terminal 110 determines that the calibration end condition is satisfied.

キャリブレーションの終了条件を満たさないと判定された場合、センサ端末110は、ステップS103に戻り、同様の処理を実行する。なお、制御装置100からシステム異常を通知する信号を受信した場合、センサ端末110は異常処理を実行する。例えば、センサ端末110の停止及び再起動等を行う。 If it is determined that the calibration end condition is not satisfied, the sensor terminal 110 returns to step S103 and performs similar processing. When receiving a signal notifying of system abnormality from the control device 100, the sensor terminal 110 executes abnormality processing. For example, the sensor terminal 110 is stopped and restarted.

キャリブレーションの終了条件を満たすと判定された場合、センサ端末110は、位置検出モードに移行した後、ステップS101に戻る。 If it is determined that the calibration end condition is satisfied, the sensor terminal 110 shifts to the position detection mode and then returns to step S101.

図6は、実施例1の制御装置100が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the control device 100 of the first embodiment.

制御装置100は、通常、センサデータに基づいて検出対象400の位置を推定する位置検出モードで稼働しているものとする。 Assume that the control device 100 normally operates in a position detection mode in which the position of the detection target 400 is estimated based on sensor data.

制御装置100は、センサデータを受信し、当該センサデータを用いて検出対象400の位置を推定する(ステップS201)。制御装置100は、受信したセンサデータ、及び検出対象400の位置に関する情報を記憶装置102に格納する。 The control device 100 receives the sensor data and estimates the position of the detection target 400 using the sensor data (step S201). The control device 100 stores the received sensor data and information about the position of the detection target 400 in the storage device 102 .

制御装置100は、キャリブレーションの実行イベントを検出したか否かを判定する(ステップS202)。 The control device 100 determines whether or not a calibration execution event has been detected (step S202).

キャリブレーションの実行イベントは、センサ端末110が検出してもよいし、制御装置100自身が検出してもよい。なお、センサ端末110がキャリブレーションの実行イベントを検出した場合、制御装置100は、当該センサ端末110から送信されたキャリブレーションの実行要求を受信する。この場合、制御装置100は、キャリブレーションの実行要求の受信を、キャリブレーションの実行イベントとして検出する。 The calibration execution event may be detected by the sensor terminal 110 or may be detected by the control device 100 itself. Note that when the sensor terminal 110 detects a calibration execution event, the control device 100 receives the calibration execution request transmitted from the sensor terminal 110 . In this case, the control device 100 detects reception of the calibration execution request as a calibration execution event.

キャリブレーションの実行イベントを検出していない場合、制御装置100は、ステップS201に戻り、位置検出モードでの稼働を継続する。 If the calibration execution event is not detected, the control device 100 returns to step S201 and continues to operate in the position detection mode.

キャリブレーションの実行イベントを検出した場合、制御装置100は、キャリブレーションモードに移行し、キャリブレーション実行指示を各センサ端末110に送信する(ステップS203)。なお、キャリブレーション実行指示には、キャリブレーション信号のパターン及び発生タイミング等を指定する情報が含まれてもよい。 When the calibration execution event is detected, the control device 100 shifts to the calibration mode and transmits a calibration execution instruction to each sensor terminal 110 (step S203). Note that the calibration execution instruction may include information specifying the pattern of the calibration signal, the generation timing, and the like.

制御装置100は、センサ端末110からセンサデータを受信し、当該センサデータを用いてキャリブレーション処理を実行する(ステップS204)。これによって、センサ端末110の相対位置及び時刻の誤差が算出され、また、時刻の誤差を調整するための補正値が算出される。キャリブレーション処理の詳細は図6を用いて説明する。 The control device 100 receives the sensor data from the sensor terminal 110 and uses the sensor data to perform calibration processing (step S204). As a result, the relative position and time error of the sensor terminal 110 are calculated, and a correction value for adjusting the time error is calculated. Details of the calibration process will be described with reference to FIG.

制御装置100は、各センサ端末110に補正値を送信する(ステップS205)。なお、補正値を送信する必要がない場合、ステップS205の処理は省略されてもよい。また、制御装置100は、補正値とともに、センサ端末110の相対位置に関する情報を送信してもよい。 The control device 100 transmits the correction value to each sensor terminal 110 (step S205). Note that if there is no need to transmit the correction value, the process of step S205 may be omitted. Also, the control device 100 may transmit information about the relative position of the sensor terminal 110 along with the correction value.

制御装置100は、キャリブレーションの終了条件を満たすか否かを判定する(ステップS206)。 The control device 100 determines whether or not conditions for ending calibration are satisfied (step S206).

例えば、制御装置100は、全てのセンサ端末110について、前回算出した補正値と今回算出した補正値とが同一である場合、キャリブレーションの終了条件を満たすと判定する。 For example, when the correction value calculated last time and the correction value calculated this time are the same for all the sensor terminals 110, the control device 100 determines that the calibration end condition is satisfied.

キャリブレーションの終了条件を満たさないと判定された場合、制御装置100は、ステップS204に戻り、同様の処理を実行する。なお、制御装置100は、キャリブレーション処理の実行回数が閾値より大きい場合、システム異常と判定し、各センサ端末110にシステム異常を通知する信号を送信してもよい。 When it is determined that the end condition of calibration is not satisfied, the control device 100 returns to step S204 and performs similar processing. Note that the control device 100 may determine that the system is abnormal when the number of times the calibration process is executed is greater than a threshold value, and may transmit a signal to notify each sensor terminal 110 of the system abnormality.

キャリブレーションの終了条件を満たすと判定された場合、制御装置100は、位置検出モードに移行した後、ステップS201に戻る。 If it is determined that the calibration end condition is satisfied, the control device 100 shifts to the position detection mode and then returns to step S201.

図7は、実施例1のキャリブレーション処理の一例を説明する図である。ここでは、説明の簡単のために、センサ端末110は2次元空間に配置されるものとする。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of calibration processing according to the first embodiment. Here, for simplicity of explanation, it is assumed that the sensor terminals 110 are arranged in a two-dimensional space.

(処理1)制御装置100は、三つのセンサ端末110の組を生成する。なお、四つ以上のセンサ端末110の組を生成してもよい。 (Processing 1) The control device 100 creates a set of three sensor terminals 110 . Note that a set of four or more sensor terminals 110 may be generated.

(処理2)制御装置100は、一つの組を選択し、当該組に含まれるセンサ端末110から、二つのセンサ端末110のペアを生成する。 (Process 2) The control device 100 selects one set and creates a pair of two sensor terminals 110 from the sensor terminals 110 included in the set.

(処理3)制御装置100は、一つペアを選択し、一つのセンサ端末110がキャリブレーション信号を出力し、もう一つのセンサ端末110が当該キャリブレーション信号を検出した後にキャリブレーション信号を出力するように制御する。制御装置100は、キャリブレーション信号の計測結果を含むセンサデータを受信した場合、二つのセンサ端末110間の距離及び時刻差を算出する。なお、制御装置100は、全てのペアについて同様の処理を実行する。 (Process 3) The control device 100 selects one pair, one sensor terminal 110 outputs a calibration signal, and another sensor terminal 110 outputs a calibration signal after detecting the calibration signal. to control. The control device 100 calculates the distance and the time difference between the two sensor terminals 110 when the sensor data including the measurement result of the calibration signal is received. Note that the control device 100 executes the same processing for all pairs.

(処理4)制御装置100は、一つの組を構成する三つのセンサ端末110の各々の相対距離に基づいて、三つのセンサ端末110の相対位置を算出する。 (Process 4) The control device 100 calculates the relative positions of the three sensor terminals 110 based on the respective relative distances of the three sensor terminals 110 forming one set.

なお、パターンが異なるキャリブレーション信号を用いることによって、同時に複数のキャリブレーション信号を出力できる。これによって、キャリブレーション処理に要する処理時間を短縮することができる。また、パターンが異なるキャリブレーション信号の計測結果に基づいて、センサ端末110間の距離及び時刻差が算出されてもよい。 By using calibration signals with different patterns, it is possible to output a plurality of calibration signals at the same time. This makes it possible to shorten the processing time required for the calibration processing. Further, the distance and time difference between the sensor terminals 110 may be calculated based on the measurement results of the calibration signals with different patterns.

ここで、二つのセンサ端末110の相対距離及び時刻差の算出方法の具体例を説明する。制御装置100は、図7に示すように、センサ端末110-1がキャリブレーション信号を出力し、センサ端末110-2がキャリブレーション信号を検出した後にキャリブレーション信号を出力するように制御しているものとする。 Here, a specific example of a method of calculating the relative distance and time difference between the two sensor terminals 110 will be described. As shown in FIG. 7, control device 100 controls sensor terminal 110-1 to output a calibration signal and sensor terminal 110-2 to output a calibration signal after detecting the calibration signal. shall be

ここで、センサ端末110間のキャリブレーション信号の伝播時間をtとし、センサ端末110-1、110-2間の距離をX12とする。センサ端末110-1がキャリブレーション信号を出力し、センサ端末110-2から出力されたキャリブレーション信号を検出するまでの時間をt12とする。センサ端末110-2がセンサ端末110-1から出力されたキャリブレーション信号を検出してからキャリブレーション信号を出力するまでの時間をt21とする。また、センサ端末110-1、110-2の時刻差をdtとする。 Let t be the propagation time of the calibration signal between the sensor terminals 110, and let X12 be the distance between the sensor terminals 110-1 and 110-2. Let t12 be the time from sensor terminal 110-1 outputting a calibration signal to detecting the calibration signal output from sensor terminal 110-2. Let t21 be the time from sensor terminal 110-2 detecting the calibration signal output from sensor terminal 110-1 to outputting the calibration signal. Let dt be the time difference between the sensor terminals 110-1 and 110-2.

このとき、距離X12は、式(8)で与えられる。また、伝播時間tは式(9)で与えられる。 At this time, the distance X12 is given by Equation (8). Also, the propagation time t is given by Equation (9).

Figure 0007224882000008
Figure 0007224882000008

Figure 0007224882000009
Figure 0007224882000009

制御装置100は、センサ端末110-1から受信したセンサデータから、キャリブレーション信号の出力時刻及びキャリブレーション信号の検出時刻を取得することによってt12を算出できる。また、t21は、演算装置200の動作タイミングで決まるため一定値とみなせる。したがって、制御装置100はt12を算出し、t12及びt21を式(9)に代入することによって伝播時間tを算出する。さらに、制御装置100は、伝播時間tを式(8)に代入することによって、センサ端末110-1、110-2間の距離X12を算出する。 The control device 100 can calculate t12 by acquiring the output time of the calibration signal and the detection time of the calibration signal from the sensor data received from the sensor terminal 110-1. Also, t21 is determined by the operation timing of the arithmetic unit 200 and can be regarded as a constant value. Therefore, the control device 100 calculates t12, and calculates the propagation time t by substituting t12 and t21 into equation (9). Further, control device 100 calculates distance X12 between sensor terminals 110-1 and 110-2 by substituting propagation time t into equation (8).

さらに、制御装置100は、センサ端末110間の距離に基づいて、センサ端末110の相対位置を算出する。また、制御装置100は、伝播時間tからセンサ端末110-1、110-2の時刻差dtを算出する。制御装置100は時刻差dtを補正値としてセンサ端末110-1及びセンサ端末110-2に送信する。 Furthermore, the control device 100 calculates the relative positions of the sensor terminals 110 based on the distance between the sensor terminals 110 . Control device 100 also calculates time difference dt between sensor terminals 110-1 and 110-2 from propagation time t. The control device 100 transmits the time difference dt as a correction value to the sensor terminals 110-1 and 110-2.

例えば、センサ端末110-1がキャリブレーション信号を出力した時刻をT0とし、センサ端末110-2がセンサ端末110-1から出力されたキャリブレーション信号を検出した時刻をT2とする。センサ端末110-1、110-2の時刻が同期している場合、T2は式(10)で算出される。しかし、センサ端末110-1、110-2の時刻が同期していない場合、時刻差dtは式(11)で与えられる。 For example, the time when the sensor terminal 110-1 outputs the calibration signal is T0, and the time when the sensor terminal 110-2 detects the calibration signal output from the sensor terminal 110-1 is T2. When the times of sensor terminals 110-1 and 110-2 are synchronized, T2 is calculated by equation (10). However, if the times of the sensor terminals 110-1 and 110-2 are not synchronized, the time difference dt is given by equation (11).

Figure 0007224882000010
Figure 0007224882000010

Figure 0007224882000011
Figure 0007224882000011

なお、図7を用いて説明したキャリブレーション処理は一例であって、これに限定されない。 Note that the calibration process described using FIG. 7 is an example, and the present invention is not limited to this.

なお、空間におけるセンサ端末110の絶対位置及び絶対時刻に対する誤差を把握するために、空間内の特定の位置にキャリブレーション信号を発生させる信号源を設けてもよい。信号源は、例えば、時報又はチャイムを発するスピーカが考えられる。この場合、制御装置100は、信号源から発生したキャリブレーション信号を計測したセンサ端末110からセンサデータを取得し、信号源とセンサ端末110との間の距離、及び絶対時刻とセンサ端末110のシステム時刻との誤差を算出する。 A signal source that generates a calibration signal may be provided at a specific position in space in order to ascertain the error with respect to the absolute position and absolute time of the sensor terminal 110 in space. A signal source may be, for example, a speaker emitting a time signal or a chime. In this case, the control device 100 acquires sensor data from the sensor terminal 110 that has measured the calibration signal generated from the signal source, the distance between the signal source and the sensor terminal 110, the absolute time, and the system of the sensor terminal 110 Calculate the error from the time.

なお、制御装置100は、地震又は建物の振動を検出した場合、当該振動をキャリブレーション信号として用いてもよい。 Note that when an earthquake or vibration of a building is detected, the control device 100 may use the vibration as the calibration signal.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. Further, for example, the above-described embodiments are detailed descriptions of the configurations for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

以上で説明したように、センサシステム10は、任意のタイミングで発生するキャリブレーションの実行イベントを検出した場合、センサ端末110の相対位置のキャリブレーションを実行することができる。キャリブレーションの実行時では、センサ端末110は、キャリブレーション信号の出力及び受信を行うだけでよいため、処理に要する時間及び計算量が少ない。 As described above, the sensor system 10 can execute calibration of the relative position of the sensor terminal 110 when detecting a calibration execution event that occurs at arbitrary timing. When performing calibration, the sensor terminal 110 only needs to output and receive a calibration signal, so the time and amount of calculation required for processing are small.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、本発明は、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をコンピュータに提供し、そのコンピュータが備えるプロセッサが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM、DVD-ROM、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)、光ディスク、光磁気ディスク、CD-R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。 Further, each of the above configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them using an integrated circuit. The present invention can also be implemented by software program code that implements the functions of the embodiments. In this case, a computer is provided with a storage medium recording the program code, and a processor included in the computer reads the program code stored in the storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium implements the functions of the above-described embodiments, and the program code itself and the storage medium storing it constitute the present invention. Examples of storage media for supplying such program code include flexible disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, hard disks, SSDs (Solid State Drives), optical disks, magneto-optical disks, CD-Rs, magnetic tapes, A nonvolatile memory card, ROM, or the like is used.

また、本実施例に記載の機能を実現するプログラムコードは、例えば、アセンブラ、C/C++、perl、Shell、PHP、Python、Java(登録商標)等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。 Also, the program code that implements the functions described in this embodiment can be implemented in a wide range of programs or script languages such as assembler, C/C++, perl, Shell, PHP, Python, and Java (registered trademark).

さらに、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することによって、それをコンピュータのハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD-RW、CD-R等の記憶媒体に格納し、コンピュータが備えるプロセッサが当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしてもよい。 Furthermore, by distributing the program code of the software that implements the functions of the embodiment via a network, it can be stored in storage means such as a hard disk or memory of a computer, or in a storage medium such as a CD-RW or CD-R. Alternatively, a processor provided in the computer may read and execute the program code stored in the storage means or the storage medium.

上述の実施例において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。 In the above-described embodiments, the control lines and information lines indicate those considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines are necessarily indicated on the product. All configurations may be interconnected.

10 センサシステム
100 制御装置
101、200 演算装置
102 記憶装置
103、203 通信装置
110 センサ端末
120 ユーザ端末
201 センサ
202 信号発生装置
204 接続装置
210、211 治具
10 sensor system 100 control device 101, 200 arithmetic device 102 storage device 103, 203 communication device 110 sensor terminal 120 user terminal 201 sensor 202 signal generator 204 connection device 210, 211 jig

Claims (15)

センサシステムであって、
三つ以上のセンサ端末、及び前記複数のセンサ端末の相対位置を管理し、検出対象の位置を推定する制御部を備え、
前記複数のセンサ端末の各々は、
信号を発生させる信号発生装置と、前記検出対象から発生した振動及び前記信号を計測するセンサと、を有し、
計測した前記振動に関する情報を含む第1のセンサデータ、及び計測した前記信号に関する情報を含む第2のセンサデータの少なくともいずれかを前記制御部に送信し、
前記制御部は、
前記第1のセンサデータを受信した場合、前記複数のセンサ端末の相対位置及び前記第1のセンサデータに基づいて前記検出対象の位置を推定し、
前記複数のセンサ端末の相対位置を算出する実行イベントを検出した場合、前記センサ端末のペアを構成して、前記ペアを構成する第1センサ端末と、前記ペアを構成する第2センサ端末との間の相対距離を、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の各々から取得した前記第2のセンサデータに基づいて算出する演算処理を実行し、複数の前記ペアに対する前記演算処理によって算出された前記相対距離に基づいて、前記複数のセンサ端末の相対位置を算出することを特徴とするセンサシステム。
A sensor system,
A control unit that manages three or more sensor terminals and the relative positions of the plurality of sensor terminals and estimates the position of a detection target,
each of the plurality of sensor terminals,
a signal generator that generates a signal ; and a sensor that measures vibration generated from the object to be detected and the signal ;
transmitting at least one of first sensor data including information about the measured vibration and second sensor data including information about the measured signal to the control unit;
The control unit
When receiving the first sensor data, estimating the position of the detection target based on the relative positions of the plurality of sensor terminals and the first sensor data,
When an execution event for calculating the relative positions of the plurality of sensor terminals is detected, a pair of the sensor terminals is configured, and a first sensor terminal that configures the pair and a second sensor terminal that configures the pair. Calculating the relative distance between each based on the second sensor data obtained from each of the first sensor terminal and the second sensor terminal, and calculating the relative distance between the plurality of pairs based on the second sensor data. and calculating the relative positions of the plurality of sensor terminals based on the relative distances.
請求項1に記載のセンサシステムであって、
前記第1のセンサデータは、前記振動を計測した時刻を含み、
前記第2のセンサデータは、前記信号を出力した時刻及び前記信号を計測した時刻の少なくともいずれかを含み、
前記演算処理では、前記制御部は、
前記第2センサ端末に前記信号を出力するように前記第1センサ端末を制御し、かつ、前記第1センサ端末から前記信号を受信した後に前記第1センサ端末に前記信号を出力するように前記第2センサ端末を制御し、
前記第1センサ端末から取得した前記第2のセンサデータを用いて、前記第1センサ端末が前記第2センサ端末に前記信号を出力してから前記第2センサ端末が送信した前記信号を計測するまでの第1時間を算出し、
前記第2センサ端末が前記第1センサ端末から前記信号を受信してから前記第1センサ端末に前記信号を出力するまでの第2時間と、前記第1時間とを用いて、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の間の前記信号の伝搬時間を算出し、
前記信号の伝搬時間を用いて、前記相対距離を算出することを特徴とするセンサシステム。
The sensor system of claim 1, wherein
The first sensor data includes the time when the vibration was measured,
The second sensor data includes at least one of the time when the signal was output and the time when the signal was measured,
In the arithmetic processing, the control unit
controlling the first sensor terminal to output the signal to the second sensor terminal, and outputting the signal to the first sensor terminal after receiving the signal from the first sensor terminal; controlling the second sensor terminal;
Using the second sensor data acquired from the first sensor terminal, measure the signal transmitted by the second sensor terminal after the first sensor terminal outputs the signal to the second sensor terminal Calculate the first hour to
Using the first time and the second time from when the second sensor terminal receives the signal from the first sensor terminal to when it outputs the signal to the first sensor terminal, the first sensor calculating the propagation time of the signal between the terminal and the second sensor terminal;
A sensor system, wherein the relative distance is calculated using the propagation time of the signal .
請求項2に記載のセンサシステムであって、
前記制御部は、前記演算処理において、前記第1センサ端末が前記第2センサ端末に前記信号を出力した時刻に前記信号の伝搬時間を加算した時刻から、前記第2センサ端末が前記第1センサ端末から送信された前記信号を計測した時刻を減算することによって、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の間の時刻差を算出し、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末に、前記時刻差を補正値として送信し、
前記センサ端末は、前記補正値を受信した場合、前記補正値を用いて当該センサ端末が管理する時刻を補正することを特徴とするセンサシステム。
A sensor system according to claim 2 , wherein
In the arithmetic processing , the control unit determines that the second sensor terminal is connected to the first sensor from a time obtained by adding a propagation time of the signal to a time at which the first sensor terminal outputs the signal to the second sensor terminal. By subtracting the time when the signal transmitted from the terminal is measured, the time difference between the first sensor terminal and the second sensor terminal is calculated, and the first sensor terminal and the second sensor terminal, transmitting the time difference as a correction value;
The sensor system according to claim 1, wherein the sensor terminal, when receiving the correction value, corrects the time managed by the sensor terminal using the correction value.
請求項2に記載のセンサシステムであって、
前記信号発生装置は、パターンが異なる前記信号を発生させることができ、
前記制御部は、前記複数のセンサ端末の各々が発生させる前記信号のパターンを指定することを特徴とするセンサシステム。
A sensor system according to claim 2, wherein
The signal generator is capable of generating the signals with different patterns,
The sensor system, wherein the control unit designates a pattern of the signal generated by each of the plurality of sensor terminals.
請求項2に記載のセンサシステムであって、
前記実行イベントは、タイマの経過、前記センサ端末による任意のパターンの振動の計測、前記センサ端末の起動、前記センサシステムにおける前記センサ端末の構成の変更、及び前記センサシステムにおける環境の変化の少なくともいずれかであることを特徴とするセンサシステム。
A sensor system according to claim 2, wherein
The execution event is at least one of elapse of a timer, measurement of arbitrary pattern vibration by the sensor terminal, activation of the sensor terminal, change in configuration of the sensor terminal in the sensor system, and change in environment in the sensor system. A sensor system characterized by:
請求項1に記載のセンサシステムであって、
少なくとも一つの前記センサ端末が、前記制御部を有することを特徴とするセンサシステム。
The sensor system of claim 1, wherein
A sensor system, wherein at least one of the sensor terminals has the control unit.
センサシステムの制御方法であって、
前記センサシステムは、三つ以上のセンサ端末、及び前記複数のセンサ端末の相対位置を管理し、検出対象の位置を推定する制御部を有し、
前記複数のセンサ端末の各々は、信号を発生させる信号発生装置と、前記検出対象から発生した振動及び前記信号を計測するセンサと、を有し、
前記センサシステムの制御方法は、
前記複数のセンサ端末の各々が、計測した前記振動に関する情報を含む第1のセンサデータ、及び計測した前記信号に関する情報を含む第2のセンサデータの少なくともいずれかを前記制御部に送信する第1のステップと、
前記制御部が、前記第1のセンサデータを受信した場合、前記複数のセンサ端末の相対位置及び前記第1のセンサデータに基づいて前記検出対象の位置を推定する第2のステップと、
前記制御部が、前記複数のセンサ端末の相対位置を算出する実行イベントを検出した場合、前記センサ端末のペアを構成して、前記ペアを構成する第1センサ端末と、前記ペアを構成する第2センサ端末との間の相対距離を、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の各々から取得した前記第2のセンサデータに基づいて算出する演算処理を実行し、複数の前記ペアに対する前記演算処理によって算出された前記相対距離に基づいて、前記複数のセンサ端末の相対位置を算出する第3のステップと、を含むことを特徴とするセンサシステムの制御方法。
A control method for a sensor system, comprising:
The sensor system has three or more sensor terminals and a control unit that manages the relative positions of the plurality of sensor terminals and estimates the position of a detection target,
Each of the plurality of sensor terminals has a signal generator that generates a signal , and a sensor that measures the vibration generated from the detection target and the signal ,
The method for controlling the sensor system includes:
Each of the plurality of sensor terminals transmits at least one of first sensor data including information about the measured vibration and second sensor data including information about the measured signal to the control unit. a step of
a second step of estimating the position of the detection target based on the relative positions of the plurality of sensor terminals and the first sensor data when the control unit receives the first sensor data;
When the control unit detects an execution event for calculating the relative positions of the plurality of sensor terminals, a pair of the sensor terminals is configured, and a first sensor terminal that configures the pair and a second sensor terminal that configures the pair. calculating a relative distance between two sensor terminals based on the second sensor data obtained from each of the first sensor terminal and the second sensor terminal; and a third step of calculating the relative positions of the plurality of sensor terminals based on the relative distances calculated by arithmetic processing.
請求項7に記載のセンサシステムの制御方法であって、
前記第1のセンサデータは、前記振動を計測した時刻を含み、
前記第2のセンサデータは、前記信号を出力した時刻及び前記信号を計測した時刻の少なくともいずれかを含み、
前記第3のステップは、
前記制御部が、前記第2センサ端末に前記信号を出力するように前記第1センサ端末を制御し、かつ、前記第1センサ端末から前記信号を受信した後に前記第1センサ端末に前記信号を出力するように前記第2センサ端末を制御する第4のステップと、
前記制御部が、前記第1センサ端末から取得した前記第2のセンサデータを用いて、前記第1センサ端末が前記第2センサ端末に前記信号を出力してから前記第2センサ端末が送信した前記信号を計測するまでの第1時間を算出する第5のステップと、
前記制御部が、前記第2センサ端末が前記第1センサ端末から前記信号を受信してから前記第1センサ端末に前記信号を出力するまでの第2時間と、前記第1時間とを用いて、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の間の前記信号の伝搬時間を算出する第6のステップと、
前記制御部が、前記信号の伝搬時間を用いて、前記相対距離を算出する第7のステップと、を含むことを特徴とするセンサシステムの制御方法。
A control method for a sensor system according to claim 7,
The first sensor data includes the time when the vibration was measured,
The second sensor data includes at least one of the time when the signal was output and the time when the signal was measured,
The third step is
The control unit controls the first sensor terminal to output the signal to the second sensor terminal, and outputs the signal to the first sensor terminal after receiving the signal from the first sensor terminal. a fourth step of controlling the second sensor terminal to output
The control unit uses the second sensor data acquired from the first sensor terminal, and the second sensor terminal transmits the signal after the first sensor terminal outputs the signal to the second sensor terminal a fifth step of calculating a first time to measure the signal ;
The control unit uses a second time from when the second sensor terminal receives the signal from the first sensor terminal to when the signal is output to the first sensor terminal, and the first time , a sixth step of calculating the propagation time of the signal between the first sensor terminal and the second sensor terminal;
and a seventh step in which the controller calculates the relative distance using the propagation time of the signal .
請求項8に記載のセンサシステムの制御方法であって、
前記第3のステップは
前記制御部が、前記第1センサ端末が前記第2センサ端末に前記信号を出力した時刻に前記信号の伝搬時間を加算した時刻から、前記第2センサ端末が前記第1センサ端末から送信された前記信号を計測した時刻を減算することによって、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の間の時刻差を算出するステップと、
前記制御部が、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末に、前記時刻差を補正値として送信するステップと、を含み、
前記センサシステムの制御方法は、前記複数のセンサ端末が、前記補正値を受信した場合、前記補正値を用いて当該センサ端末が管理する時刻を補正するステップを含むことを特徴とするセンサシステムの制御方法。
A control method for the sensor system according to claim 8 ,
The third step is
The second sensor terminal is transmitted from the first sensor terminal from the time when the control unit adds the propagation time of the signal to the time when the first sensor terminal outputs the signal to the second sensor terminal. calculating a time difference between the first sensor terminal and the second sensor terminal by subtracting the time when the signal was measured ;
the control unit transmitting the time difference as a correction value to the first sensor terminal and the second sensor terminal;
The control method of the sensor system includes, when the plurality of sensor terminals receive the correction value, correcting the time managed by the sensor terminal using the correction value. control method.
請求項8に記載のセンサシステムの制御方法であって、
前記信号発生装置は、パターンが異なる前記信号を発生させることができ、
前記第4のステップは、前記制御部が、前記複数のセンサ端末の各々が発生させる前記信号のパターンを指定するステップを含むことを特徴とするセンサシステムの制御方法。
A control method for the sensor system according to claim 8,
The signal generator is capable of generating the signals with different patterns,
The method of controlling a sensor system, wherein the fourth step includes a step of designating a pattern of the signal generated by each of the plurality of sensor terminals.
請求項8に記載のセンサシステムの制御方法であって、
前記実行イベントは、タイマの経過、前記センサ端末による任意のパターンの振動の計測、前記センサ端末の起動、前記センサシステムにおける前記センサ端末の構成の変更、及び前記センサシステムにおける環境の変化の少なくともいずれかであることを特徴とするセンサシステムの制御方法。
A control method for the sensor system according to claim 8,
The execution event is at least one of elapse of a timer, measurement of arbitrary pattern vibration by the sensor terminal, activation of the sensor terminal, change in configuration of the sensor terminal in the sensor system, and change in environment in the sensor system. A control method for a sensor system, characterized in that:
請求項7に記載のセンサシステムの制御方法であって、
少なくとも一つの前記センサ端末が、前記制御部を有することを特徴とするセンサシステムの制御方法。
A control method for a sensor system according to claim 7,
A control method for a sensor system, wherein at least one of the sensor terminals has the control unit.
センサシステムを構成する、三つ以上のセンサ端末と接続され、前記複数のセンサ端末の相対位置を管理し、検出対象の位置を推定する制御装置であって、
前記複数のセンサ端末の各々は、信号を発生させる信号発生装置及び前記検出対象から発生した振動及び前記信号を計測するセンサを有し、
前記制御装置は、
演算装置、前記演算装置に接続される記憶装置、及び、前記演算装置に接続されるネットワークインタフェースを備え、
前記センサ端末によって計測された前記振動に関する情報を含む第1のセンサデータ及び前記センサ端末によって計測された前記信号に関する情報を含む第2のセンサデータの少なくともいずれかを受信し、
前記第1のセンサデータを受信した場合、前記複数のセンサ端末の相対位置及び前記第1のセンサデータに基づいて前記検出対象の位置を推定し、
前記複数のセンサ端末の相対位置を算出する実行イベントを検出した場合、
前記センサ端末のペアを構成して、前記ペアを構成する第1センサ端末と、前記ペアを構成する第2センサ端末との間の相対距離を、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の各々から取得した前記第2のセンサデータに基づいて算出する演算処理を実行し、複数の前記ペアに対する前記演算処理によって算出された前記相対距離に基づいて、前記複数のセンサ端末の相対位置を算出する処理と、
前記複数のセンサ端末の各々が管理する時刻を調整するための補正値を算出する処理と、
前記複数のセンサ端末に、前記補正値を送信する処理と、を実行することを特徴とする制御装置。
A control device connected to three or more sensor terminals constituting a sensor system, managing the relative positions of the plurality of sensor terminals, and estimating the position of a detection target,
Each of the plurality of sensor terminals has a signal generator that generates a signal and a sensor that measures vibration generated from the detection target and the signal ,
The control device is
A computing device, a storage device connected to the computing device, and a network interface connected to the computing device,
receiving at least one of first sensor data including information about the vibration measured by the sensor terminal and second sensor data including information about the signal measured by the sensor terminal;
When receiving the first sensor data, estimating the position of the detection target based on the relative positions of the plurality of sensor terminals and the first sensor data,
When an execution event for calculating the relative positions of the plurality of sensor terminals is detected,
forming a pair of the sensor terminals, and determining the relative distance between the first sensor terminal forming the pair and the second sensor terminal forming the pair; Calculating the relative positions of the plurality of sensor terminals based on the relative distances calculated by the arithmetic processing for the plurality of pairs by executing arithmetic processing for calculating based on the second sensor data acquired from each and
A process of calculating a correction value for adjusting the time managed by each of the plurality of sensor terminals;
and transmitting the correction value to the plurality of sensor terminals.
請求項13に記載の制御装置であって、
前記演算処理では、
前記第2センサ端末に前記信号を出力するように前記第1センサ端末を制御し、かつ、前記第1センサ端末から前記信号を受信した後に前記第1センサ端末に前記信号を出力するように前記第2センサ端末を制御し、
前記第1センサ端末から取得した前記第2のセンサデータを用いて、前記第1センサ端末が前記第2センサ端末に前記信号を出力してから前記第2センサ端末が送信した前記信号を計測するまでの第1時間を算出し、
前記第2センサ端末が前記第1センサ端末から前記信号を受信してから前記第1センサ端末に前記信号を出力するまでの第2時間と、前記第1時間とを用いて、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の間の前記信号の伝搬時間を算出し、
前記信号の伝搬時間を用いて、前記相対距離を算出し、
前記第1センサ端末が前記第2センサ端末に前記信号を出力した時刻に前記信号の伝搬時間を加算した時刻から、前記第2センサ端末が前記第1センサ端末から送信された前記信号を計測した時刻を減算することによって、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末の間の時刻差を算出し、前記第1センサ端末及び前記第2センサ端末に前記補正値として前記時刻差を送信し、
前記制御では、前記複数のセンサ端末の各々が発生させる前記信号のパターンを指定することを特徴とする制御装置。
14. A control device according to claim 13,
In the arithmetic processing,
controlling the first sensor terminal to output the signal to the second sensor terminal, and outputting the signal to the first sensor terminal after receiving the signal from the first sensor terminal; controlling the second sensor terminal;
Using the second sensor data acquired from the first sensor terminal, measure the signal transmitted by the second sensor terminal after the first sensor terminal outputs the signal to the second sensor terminal Calculate the first hour to
Using the first time and the second time from when the second sensor terminal receives the signal from the first sensor terminal to when it outputs the signal to the first sensor terminal, the first sensor calculating the propagation time of the signal between the terminal and the second sensor terminal;
calculating the relative distance using the propagation time of the signal ;
The second sensor terminal measures the signal transmitted from the first sensor terminal from the time when the first sensor terminal outputs the signal to the second sensor terminal plus the propagation time of the signal. calculating the time difference between the first sensor terminal and the second sensor terminal by subtracting the time, transmitting the time difference as the correction value to the first sensor terminal and the second sensor terminal;
The control device, wherein the control designates a pattern of the signal generated by each of the plurality of sensor terminals.
請求項14に記載の制御装置であって、
前記実行イベントは、タイマの経過、前記センサ端末による任意のパターンの振動の計測、前記センサ端末の起動、前記センサシステムにおける前記センサ端末の構成の変更、及び前記センサシステムにおける環境の変化の少なくともいずれかであることを特徴とする制御装置。
15. A control device according to claim 14,
The execution event is at least one of elapse of a timer, measurement of arbitrary pattern vibration by the sensor terminal, activation of the sensor terminal, change in configuration of the sensor terminal in the sensor system, and change in environment in the sensor system. A control device characterized by:
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