屋内測位における見通しの要件 | Marvelmind

0:01 皆さん、こんにちは。今回は、見通し（超音波が直接届く経路）と見通し外という、非常に特殊な問題を取り上げたいと思います。前回のプレゼンテーションでもすでに触れましたが、そこでは多くのトピックを扱ったので、見通しと見通し外についてもう一度まとめてお話しします。見通しは、あらゆる高精度ナビゲーションシステム、特に産業用途では必須です。なぜでしょうか。システムの仕組みはこうです。システムは、固定ビーコンとモバイルビーコンの間の距離を、飛行時間（Time of Flight）を使って測定しています。私たちの場合は、超音波の飛行時間です。つまり、音を通さない障害物があると、音は伝わることができません。たとえば当社のシステムではなく、

1:01 超広帯域（UWB）を使う場合です。UWBは優れたシステムで、無線パルスの飛行時間を利用しています。ただし、そこには大きな前提が一つあります。その前提とは、飛行時間を測定する際に、伝搬速度は一定で、真空中と同じだと仮定していることです。しかし途中に壁があると、たとえ電波を通す壁であっても、壁の内部での伝搬距離は壁の厚さとは一致しません。壁の性質は、空気や真空の性質とはまったく異なるからです。つまり、実際の距離は厚さと同じにはなりません。ということは、2点間で数ナノ秒を測定しても、それが実際にどれだけの距離だったのかはわからないのです。空気中なら、たとえば1ナノ秒で通過したとしても、

2:00 コンクリートの壁なら2ナノ秒かかるかもしれません。つまり、実質的な距離はこれだけ長くなったことになります。このように余分な飛行時間が加わるため、遮るもののない直接の見通しがなければ、高精度なナビゲーションシステムはまったく構築できません。直接の見通しは必須です。2つ目は、どちらかというと注意喚起です。このオフィスのように、ごく簡素な壁であれば、たとえばUWBの電波なら通り抜けるだろうと思い込みがちだからです。Marvelmindのナビゲーションシステムのような超音波ベースのシステムでは、その心配は関係ありません。これでさえ見通しを遮るからです。私の服なら見通しは保たれます。つまり音が聞こえる経路があり、音は服を通り抜けます。しかし、これでさえ、あるいはごく普通の段ボールでさえ、超音波信号を遮ってしまいます。ですから見通しを確保しなければなりません。ところが電波の場合は、

3:00 壁を問題なく通り抜けると、つい思い込んでしまいます。オフィスで測定すると、なんとなくうまくいっているように見えるからです。しかし実際の環境、つまり倉庫や組立工場など、コンクリート、レンガ、金属でできた本当に厚い壁がある場所に行くと、事情が変わります。あるいは金属でいっぱいの棚があると、電波は通り抜けられず、さまざまな反射が生じます。さまざまな方向から散乱した電波を受けることになり、高精度なトラッキングはできません。まとめ、注意、そして推奨事項は、要するにこうです。見通しのない状態で、高精度な屋内ナビゲーションシステムを構築しようとしないでください。遅かれ早かれ、うまくいかなくなります。特に産業用途で、

3:58 厚い壁や金属の壁など、通り抜けられないものがある場合はそうです。そして実際の環境、つまりオフィス環境ではなく実際の産業環境にある壁や障害物の大半は、このようなものです。電波を通しません。そしてもちろん超音波もです。超音波は、この点ではさらに条件が厳しいと言えます。そのため当社では、見通し外での構築はそもそも試みていません。当社の配置マニュアルに載っている推奨事項がもっぱら、ビーコンの設置方法、つまり常にビーコンから良好なカバレッジが得られるようにする方法なのは、そのためです。そして良好なカバレッジが得られるのは、通常、固定ビーコンを高い位置に設置し、モバイルビーコンも高い位置、たとえばヘルメットの上やロボットの上、あるいはこの例のようにドローンの上に取り付けた場合です。たとえば、これがドローンだとします。良好なカバレッジを確保するには、

4:58 モバイルビーコンがこのように超音波を発信し、固定ビーコンがこのように受信して、その間に何もない状態にします。間に何かあるなら、固定ビーコンを追加で設置し、こちらが遮られてもそちらで引き続き測位できるようにします。これがN+1または2Nの冗長性という考え方です。改めて要点をまとめると、直接の見通しがない状態で、高精度な屋内ナビゲーションシステムを構築しようとしないでください。ありがとうございました。