JP2002139340A

JP2002139340A - 歩行航行装置およびそれを用いたナビゲーションシステム

Info

Publication number: JP2002139340A
Application number: JP2000331210A
Authority: JP
Inventors: Senuu Ii; センウーイー; Kenji Mase; 健二間瀬
Original assignee: ATR Media Integration and Communication Research Laboratories
Current assignee: ATR Media Integration and Communication Research Laboratories
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2020-10-30
Also published as: JP3775779B2

Abstract

(57)【要約】【構成】歩行航行装置１０はコンピュータ１２を含
み、コンピュータ１２には入力装置１４が接続される。
入力装置１４は、被験者の人体のウエストに装着され、
被験者が歩行するとき、前進方向加速度計２６および上
方向加速度計２８によって前進方向および上方向の加速
度が検出される。コンピュータ１２に含まれるＣＰＵ１
８は、それらの検出結果から交差相関関数を算出し、予
めＨＤ２２のメモリエリア２２ａに記憶してある水平歩
行、上昇歩行および下降歩行の交差相関関数（交差相関
曲線）と比較し、いずれか１つの歩行行動を判別する。
したがって、階段を昇降するような高低差が低い経路を
被験者が歩いたことを容易に知ることができる。【効果】歩行航行の測定精度を向上することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は歩行航行装置およびそ
れを用いたナビゲーションシステムに関し、特にたとえ
ば屋内外を移動する人間の歩行航行を測定する、歩行航
行装置およびそれを用いたナビゲーションシステムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の歩行航行装置の一例が、
１９９６年１２月１０日に公開されたアメリカ特許第
５，５８３，７７６号に開示されている。この従来技術
のナビゲーションシステムでは、ＧＰＳ(Grobal Positi
oning System) を用いて、地上にいる人間の歩行航行を
測定していた。また、アンテナ陰影や電波干渉により、
ＧＰＳデータを正確に取得できない場合には、ＤＲ(Dea
d reckoning)ナビゲーションを用いて、つまり加速度セ
ンサおよび高度センサを用いて、人間の歩行航行を測定
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＧＰＳを用いた場合に
は、屋内に存在する人間の位置等を検出することができ
ないので、屋内におけるナビゲーションシステムには適
用できないという問題があった。また、ＤＲナビゲーシ
ョンを用いた場合には、人間の水平方向（２次元方向）
の移動については正確に検出することができるが、高度
センサの測定能力により、階段の昇降動作のような垂直
方向の移動については正確に検出することができなかっ
た。つまり、人間が１つ上の階や１つ下の階に移動した
かどうかを判断するのが困難であった。つまり、歩行航
行の測定精度が悪かった。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、測
定精度を高くすることができる、歩行航行装置およびそ
れを用いたナビゲーションシステムを提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、被験者の
前進方向の加速度を検出する前進方向加速度計、被験者
の上方向の加速度を検出する上方向加速度計、前進方向
加速度計および上方向加速度計の検出結果から交差相関
関数を算出する算出手段、および算出手段によって算出
された交差相関関数に基づいて水平歩行、上昇歩行およ
び下降歩行のいずれか１つを判別する判別手段を備え
る、歩行航行装置である。

【０００６】第２の発明は、第１の発明の歩行航行装置
を用いて相対的位置情報を得るナビゲーションシステム
であって、絶対位置情報を送信する送信手段を備え、歩
行航行装置は、送信手段から送信される絶対位置情報を
受信する受信手段、および受信手段によって受信された
絶対位置情報に従って相対的位置情報を補正する補正手
段を備える、ナビゲーションシステムである。

【０００７】

【作用】第１の発明の歩行航行装置は、たとえば被験者
の人体に装着され、歩行する被験者の前進方向および上
方向の加速度を検出して、その被験者の歩行航行を測定
する。つまり、前進方向加速度計によって前進方向の加
速度が検出され、上方向加速度計によって上方向の加速
度が検出される。交差相関算出手段は、それらの検出結
果から交差相関関数を算出し、判別手段がその算出結果
を用いて水平歩行、上昇歩行および下降歩行のいずれか
１つを判別する。したがって、階段を昇降するような高
低差が低い経路を被験者が歩いたことを容易に知ること
ができる。

【０００８】具体的には、予め試験等により測定した水
平歩行、上昇歩行および下降歩行のそれぞれの交差相関
関数の特徴値を記憶しておき、その特徴値と被験者が歩
行したときに得られる交差相関関数の特徴値とを比較す
ることによって、３つの歩行行動のいずれであるかを特
定することができる。

【０００９】たとえば、交差相関曲線のピーク値を特徴
値として記憶しておき、今回得られた交差相関関数のピ
ーク値と比較するようにすれば、簡単に特定することが
できる。

【００１０】また、予め試験等によって得られる交差相
関曲線から下降歩行が水平歩行と上昇歩行とは簡単に区
別できるため、交差相関関数に時間遅れを規定しておけ
ば、その交差相関関数で得られた値が所定の条件を満た
すとき、下降歩行に特定することができる。

【００１１】第２の発明のナビゲーションシステムは、
第１の発明の歩行航行装置を適用して相対的位置情報を
取得する。このナビゲーションシステムは、絶対位置情
報を送信する送信手段を備えている。一方、歩行航行装
置は、そのような送信手段から送信される絶対位置情報
を受信する受信手段が設けられている。補正手段は、受
信手段によって絶対位置情報に従って相対的位置情報を
補正することができる。つまり、歩行航行装置に経時的
に蓄積される歩行距離や歩行方向の誤差を訂正すること
ができる。したがって、適切なナビゲーションを実現す
ることができる。

【００１２】また、マップデータを記憶し、マップを可
視表示すれば、被験者（ユーザ）はそのマップをたどっ
て目的地に達することができる。さらに、ユーザの現在
位置をマップ上に相対的に表示すれば、ユーザは現在位
置を容易に知ることができる。また、スタート位置から
ユーザが歩いた経路（歩行航行）を地図上に表示するよ
うにしておけば、展示会場やショッピングモールで見学
していない展示物や店舗を簡単に見つけることもでき
る。

【００１３】さらに、マップデータを送信手段から送信
するようにすれば、記憶手段は送信されたマップデータ
を記憶（ダウンロード）することもできる。つまり、ユ
ーザは記憶手段にマップデータを記憶しておかなくて
も、このような送信手段が設置された場所で適切なナビ
ゲーションを受けることができる。

【００１４】

【発明の効果】この発明によれば、被験者が階段のよう
な高低差が小さい経路を歩いたことを容易に知ることが
できるので、測定精度を向上することができる。

【００１５】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１６】

【実施例】図１を参照して、この実施例の歩行航行装置
１０は、コンピュータ１２を含み、コンピュータ１２に
はセンシングモジュール（以下、この実施例において、
「入力装置」という。）１４およびＣＲＴあるいはＬＣ
Ｄのような表示装置１６が接続される。

【００１７】コンピュータ１２はＣＰＵ１８を含み、内
部バス２０を介してハードディスク（ＨＤ）２２、ＲＡ
Ｍのようなメモリ２４およびカウンタＣ１〜Ｃ３のそれ
ぞれに接続される。また、入力装置１４は、前進方向加
速度計２６、上方向加速度計２８および３軸磁力計（デ
ィジタルコンパスモジュール）３０を含む。

【００１８】なお、図１では省略するが、前進方向加速
度計２６、上方向加速度計２８および３軸磁力計３０の
それぞれは、インターフェイス、Ａ／Ｄ変換器および内
部バス２０を介してＣＰＵ１８に接続される。

【００１９】また、同様に図示は省略するが、上述した
表示装置１６も、インターフェイス、ディスプレイドラ
イバおよび内部バス２０を介してＣＰＵ１８に接続され
る。ただし、携帯電話機、ＰＨＳあるいはＰＤＡのよう
な表示装置を有する携帯端末をコンピュータ１２に接続
するような場合には、インターフェイスおよび内部バス
２０を介してＣＰＵ１８に接続される。

【００２０】たとえば、この歩行航行装置１０はユーザ
（被験者）の人体に装着され、入力装置１４から入力さ
れる各種検出信号に基づいて、コンピュータ１２は被験
者が歩行したときの歩行航行（歩行経路）を測定するこ
とができる。つまり、サンプリング毎の人物の絶対位置
を測定することができる。

【００２１】ここで、被験者の歩行行動についての解析
は、信頼性のある歩行検出方法と特徴選択とを見つける
ことによって達成できる。また、平坦な地面や床などを
歩行する水平歩行、階段を昇降する上昇歩行および下降
歩行の３つの歩行行動を区別するための認識方法が必要
である。

【００２２】したがって、本願発明者等は試験により複
数人の歩行データを取得し、それを解析した結果から経
験的に得られた条件等を決定し、コンピュータ１２は、
その条件等を用いて、被験者が歩行しているかどうかを
判断するとともに、水平歩行、上昇歩行および下降歩行
のいずれか１つを特定して、被験者の歩行航行を測定し
ている。

【００２３】具体的には、発明者等は、以下に示すよう
な歩行航行装置１０を用いて試験を行った。まず、コン
ピュータ１２および表示装置１６としては、ノート型パ
ソコン（インテルペンティアム（登録商標）II２６６Ｍ
Ｈｚ) およびカードタイプのデータ獲得モジュールが用
いられる。このデータ獲得モジュール（ナショナルイン
スツルメント社のＤＡＱＣカードＡＩ−１６Ｅ−４）
は、１２ビット分解能の１６個のシングルエンディドの
アナログ入力端と、８つのＩ／Ｏラインと、２つの２４
ビットカウンタ／タイマとを有している。

【００２４】また、入力装置１４としては、２軸加速度
計（アナログデバイセス社のＡＤＸＬ２０２ＥＢ）およ
びディジタルコンパスモジュール（ハネウェル社のＨＭ
Ｒ−３０００）が用いられる。

【００２５】ただし、入力装置１４は、前進方向の加速
度、上方向の加速度および進行方向を正確に測定するた
め、被験者のウエスト（腰に相当する）部分に装着され
る。このような装着位置を選択した理由は、ウエストが
人体の中心であると考えられるからである。

【００２６】なお、図１では前進方向加速度計２６と上
方向加速度計２８とが個別に設けられているように示し
たが、実験においては、それら２つ含む２軸加速度計が
用いられる。

【００２７】２軸加速度計は、被験者の前進方向の加速
度および上方向の加速度を計測する。ただし、交流成分
は、各サンプルデータから５０サンプルの平均値を減算
することによって計算された後、秒オーダーで５Ｈｚの
カットオフ周波数を有するエリプティックディジタルフ
ィルタを用いて平滑化される。すなわち、直流成分が除
去される。これは、使用する２軸加速度計（ＡＤＸ２０
２ＥＢ）が重力のような静止加速度の影響を受け、入力
装置１４の動きから抽出されるドリフト誤差が発生する
のを防止するためである。このような処理が施されたデ
ータは、５０Ｈｚのサンプリング周波数で、すなわち２
０ミリ秒毎に読み取られる。

【００２８】ただし、加速度計は進行方向と上下方向と
が各計測器の軸と合うように装着することを理想とす
る。しかし、実際には、多少ずれたり、適用範囲を広げ
るために自由な向きの装着方法が望ましい。したがっ
て、実際の装着状態で前後、左右あるいは上下に（階段
を）歩行してもらい、それらの計測値から数１で示す変
換係数行列Ｒを推定し、常に入力データを変換して処理
することが可能となる。

【００２９】

【数１】

【００３０】また、３軸磁力計３０は、ＲＳ−２３２シ
リアル通信チャネルを経由して、コンパス進行方向およ
びその３軸磁力計３０のローリング情報およびピッチ情
報を出力する。これらの情報（データ）のうち、５０ミ
リ秒毎に読み出される進行方向データのみが利用され
る。

【００３１】このような歩行航行装置１０は、たとえば
初期動作モードおよび通常動作モードの２つの動作モー
ドを有している。初期動作モードは、重要な歩行特徴、
通常歩行速度や一歩の大きさ（歩幅）を見つける校正プ
ロセスである。つまり、被験者が予め決定した領域中を
通常速度で歩行するとき、歩行航行装置１０は後述する
歩行検出および認識のそれぞれにおいて利用される特徴
値（特徴ベクトル）を引き出し、歩行数カウントと予め
分かっている距離とによって、平均した一歩の大きさを
計算する。

【００３２】また、通常動作モードでは、歩行航行装置
１０は、増加する変位（変位の単位は一歩である。）を
累積することによって、現在位置を予測または推測す
る。したがって、一歩が検出されると、歩行航行装置１
０は変位の進行方向および右成分を先の（直前の）位置
に加えることによって新しい（現在の）位置を計算す
る。

【００３３】たとえば、被験者が平坦な（水平な）床を
歩行したとき、前処理された２つの加速度（前進方向，
上方向加速度）の典型的な曲線は、図２のように示され
る。この図２を解析することによって、歩幅を容易に見
つけることができる。具体的には、歩行初期（時間
（ｔ）＝６０〜８０ミリ秒）においては、人体の中心は
下方向および前進方向に動き、一方の足が動き、動いて
いる一方の足が床（地面）に接触するとき、上方向の加
速度の正のピーク値が計測される。その接触後、他方の
足が動くとき、人体は減速され一時的に直立する。これ
が、前進方向の加速度の負のピーク値によって現れてい
る。

【００３４】また、歩幅と歩行速度との関係を把握する
ために、９人の歩行データを計測した。各人は、同じ距
離を３つの歩行速度すなわち低速、普通速度および高速
で歩行する。この測定から、被験者が高速で歩くと、歩
幅と歩数レート（歩数／秒）とが増大することが分かっ
た。さらに、一般モデルを構築するために、通常速度で
の歩幅および歩数レートと、低速歩行および高速歩行で
の歩幅および歩数レートとの比を用いる。この関係は、
図３のように示される。したがって、歩幅と歩数レート
との比の全体の平均は、数２で示される。

【００３５】

【数２】

【００３６】また、図３から分かるように、その関係は
ほぼ直線である。したがって、１次または２次の多項式
として簡単にモデル化することができる。ただし、この
実施例（試験）においては、２次多項式モデルを用いる
動的歩幅予測方法について説明する。

【００３７】歩行検出は、スケールファクタによって直
接距離を決定するのを許容する。そこで、リアルタイム
に処理でき、かつ信頼性のある検出方法を考えた。数３
で示される値が基本特徴ベクトルとして用いられる。

【００３８】

【数３】

【００３９】この正のピーク値および負のピーク値の検
出によって、一歩のプロセスを認識することができる。
具体的には、特徴値を検出するために、ｘおよびｚの過
去の２５サンプルを保持しているスライドウィンドウを
用いる。従来のピーク検出アルゴリズムを用いると、歩
行航行装置１０は、サンプリングタイム毎にピーク値を
見つけようとする。４つのすべてのピーク値を見つけた
とき、歩行航行装置１０は、新しいステップ（一歩）を
判断するために、次の条件をテストする。＜条件１＞検出した４つのピーク値は最小閾値より大き
くなければならない。すなわち、特徴ベクトルのｉ番目
の要素ａｉ（ｔ）は所定の閾値より大きくなければなら
ない。つまり、数４を満たす必要がある。

【００４０】

【数４】

【００４１】ただし、図２で得られた結果から、この実
施例では、１番目のピーク値の最小閾値，２番目のピー
ク値の最小閾値，３番目のピーク値の最小閾値および４
番目のピーク値の最小閾値を−０．１６７，０．００
３，−０．１および０．１６７のそれぞれに設定した。＜条件２＞直前の歩行検出からの時間は、或る最小時間
（この実施例では、３．３３歩数／秒）より大きくなけ
ればならない。すなわち、最大歩数レートが制限され
る。＜条件３＞立ち歩きのような身体の他の動きによる誤検
出を防止するために、数５で示される上方向の加速度の
自己相関関数に基づく時間遅れｊ_zz,minの大きさは、閾
値（この実施例では、５）より大きくなければならな
い。

【００４２】

【数５】

【００４３】上述の条件１〜条件３が真であれば、歩行
航行装置１０は、歩数カウントをインクリメントし、動
的歩幅予測（通常動作モード）を行う。

【００４４】なお、試験においては、被験者が歩行中に
立ち止まったり、立ち歩きをしたりするようなことがな
いため、つまり被験者が常に歩行しているような場合に
は条件３は必要でないと考えられる。

【００４５】また、現在の歩幅を予測するために、数６
で示され、かつ図３の点線で示した関係から抽出した２
次多項式モデルを用いる。

【００４６】

【数６】

【００４７】ここで、現在の歩数レートは、上方向の加
速度の自己相関関数を用いて計算される。この方法を用
いることによって、歩行速度に基づいて歩幅が動的に予
測または推定される。

【００４８】また、このような歩行航行装置１０におい
ては、階段の検出が相対位置誤差を補償するのに重要で
ある。この認識方法は、数７で示すような特徴空間にお
ける所定の中心点ａ／ⁱ（ｔ₀）（／はベクトルを意味
する。）と現在の特徴ベクトルとの距離の比較に基づい
ている。

【００４９】

【数７】

【００５０】ここで、２重縦線記号はユークリッドノル
ムであり、インデックスｉ＝｛ｓ，ｎ，ｆ，ｕ，ｄ｝
は、水平床上での低速，通常，高速，および階段の上
昇，下降を表している。低速，通常，高速歩行は１つの
行動、すなわち水平歩行と考えられるが、ここでは、認
識性能を上げるために、それぞれを分離している。中心
点ａ／ⁱ（ｔ０）は、校正モードでの通常歩行の平均特
徴値および通常歩行についての各歩行特徴値の平均値と
ともに計算される。中心点の各要素は、数８に従って計
算される。

【００５１】

【数８】

【００５２】ただし、ｊ＝｛１，…，４｝、ｉ＝｛ｓ，
ｆ，ｕ，ｄ｝である。

【００５３】また、６人の歩行データからの平均の比の
値を表１に示す。

【００５４】

【表１】

【００５５】この単純な方法による性能を表１に示した
６人の歩行データで評価してみると、水平歩行時は３５
４歩であり、階段昇降時は７２歩であった。それぞれの
場合の認識率は、９７．５％（水平歩行）、５５．６％
（上昇歩行）および６９．４％（下降歩行）であった。
つまり、水平歩行時と階段昇降時とを区別するために別
の特徴を用いる必要がある。

【００５６】図４を参照して、３つの行動（水平歩行、
上昇歩行および下降歩行）についての一歩を検出した場
合の前進方向の加速度および上方向の加速度間の典型的
な交差相関曲線が示される。この図４から分かること
は、下降歩行（down）の交差相関は水平歩行（nomal)お
よび上昇歩行(up)とは、非常に簡単に区別できるという
ことである。このことから、数９に示すような交差相関
関数ｒ_xz（ｊ）上での時間遅れを規定することにした。

【００５７】

【数９】

【００５８】さらに、数１０を満たす場合には、歩行航
行装置１０は、現在の歩行を下降歩行として認識する。

【００５９】

【数１０】

【００６０】これら２つの弁別方法（数９および数１
０）の組み合わせを用いることによって、３つの行動の
認識率は、９８．３％（水平歩行）、５６．９％（上昇
歩行）および１００％（下降歩行）にそれぞれ上昇し
た。

【００６１】このように、歩行航行装置１０は、歩数を
カウントし、かつ進行方向を検出することによって、既
知のスタート点からのトータル距離を予測する。つま
り、スタート位置からの絶対位置を測定することができ
る。また、水平歩行が検出されたとき、歩行航行装置１
０は、歩数レートｆ（ｋ）を用いて歩幅ｄ（ｔ）を決定
し、次いで、数１１および数１２を用いて、この変位の
前進方向および右成分をトータルの前進方向および右成
分に加える。つまり、現在位置が更新される。

【００６２】

【数１１】

【００６３】

【数１２】

【００６４】ただし、進行方向θ（ｔ）は、スタート時
の進行方向を基準として、計算される。

【００６５】また、昇降歩行（上昇歩行あるいは下降歩
行）の場合には、歩行航行装置１０は、距離を累算する
ことはせず、代わりに、歩数カウントだけで地図上のユ
ーザ位置を更新する。たとえば、下降歩行が検出される
と、歩行航行装置１０は、近くの階段の第１段目（最上
段）にユーザ位置を設定することによって、誤差を補償
する。

【００６６】このように、昇降歩行の場合には、地図情
報（マップデータ）を用いることにより、相対的な現在
位置を更新することができる。

【００６７】また、実際に種々の経路で実験を重ねるこ
とによって、性能を検証した。最初の試験では、被験者
はトータル１３．２メートルの直線経路上を異なる歩行
速度、「通常速度」、「高速」および「混合速度」で歩
行する。表２は、真の指定位置（目的位置）からの全平
均の前進方向誤差および右誤差を示している。

【００６８】

【表２】

【００６９】この表２から分かるように、動的歩幅補正
方法が妥当な性能をもたらしていると言える。

【００７０】図５は、歩行航行装置１０とマップデータ
と調和を検証するために被験者が大きな部屋のまわりを
歩行したときの試験結果（歩行航行）を示す。３回の計
測における平均の前進方向および右誤差は、それぞれ、
−０．４６メートルおよび−０．０３メートルであっ
た。これは、非常に正確な回帰性能を示している。

【００７１】また、図６に示すような階段を有する経路
での試験を行った。相対位置計測は、この図６に示すよ
うな進行方向誤差に基づく誤差を持っていた。しかし、
この誤差は、上述したように、マップデータから階段を
検出することにより、相対的位置を補正することができ
る。

【００７２】このような試験により得られた条件等を用
いて、図１で示したＣＰＵ１８は、図７および図８に示
すような処理を実行し、被験者の歩行航行を検出し、地
図上の現在位置を更新している。つまり、ＨＤ２２のメ
モリエリア２２ａには、通常速度での歩幅、歩数レート
および水平歩行および上昇歩行の特徴値（４つのピーク
値）が予め記憶されており、これらを用いて処理を実行
している。

【００７３】図７に示すように、ＣＰＵ１８は処理を開
始すると、まず、ステップＳ１で初期化を実行する。具
体的には、種々の内部変数、たとえば前進方向の加速度
および上方向の加速度についての種々のスライドウィン
ドウ、交差相関関数およびカウンタＣ１〜Ｃ３のカウン
ト値を利用して、ワーキングエリア２４ａを用いて展開
した地図上のスタート位置を取得する。また、通常速度
での歩幅および歩数レートをデフォルト値として設定す
る。

【００７４】続くステップＳ３では、前進方向加速度計
２６、上方向加速度計２８および３軸磁力計３０から入
力されるデータを読み込む。つまり、ＣＰＵ１２は、前
進方向の加速度、上方向の加速度および現在の進行方向
を取得する。そして、ステップＳ５では、上述したよう
な前処理を実行する。つまり、各サンプリングデータか
ら５０サンプルの平均を減算することにより、加速度の
交流成分を計算する。ただし、エリプティックディジタ
ルフィルタで平滑化することによって、直流成分が除去
される。また、３軸磁力計３０から得られる進行方向デ
ータのみを取得する。ただし、３軸磁力計３０からの地
磁気信号をディジタル的に処理することにより、人体変
位に伴うノイズや他の磁気源からのノイズが除去され
る。

【００７５】次にステップＳ７では、ＣＰＵ１８は、ス
テップＳ３で得た進行方向の加速度および上方向の加速
度の交流成分をメモリエリア２４ａに記憶しておき、ス
ライドウィンドウによって正のピーク値および負のピー
ク値を検出（サーチ）する。

【００７６】なお、この方法は、アメリカ特許第５，５
８３，７７６号に詳細に記載されている。

【００７７】続くステップＳ９では、ピーク値を検出し
たかどうかを判断する。ステップＳ９で“ＮＯ”であれ
ば、つまりピーク値を検出しなければ、被験者が歩行を
開始していないと判断し、そのままステップＳ３に戻
る。一方、ステップＳ９で“ＹＥＳ”であれば、つまり
ピーク値を検出すれば、ステップＳ１１で４つのピーク
値を検出したかどうかを判断する。

【００７８】なお、ピーク値を検出した場合には、４つ
のピーク値が見つかるまで、検出したピーク値をメモリ
２４のメモリエリア（図示せず）に記憶する。これが、
数３でいう、「特徴ベクトル」である。

【００７９】ステップＳ１１で“ＮＯ”であれば、つま
り４つのピーク値を検出しなければ、誤検出であると判
断して、そのままステップＳ３に戻る。一方、ステップ
Ｓ１１で“ＹＥＳ”であれば、つまり４つのピーク値を
検出すれば、一歩を検出したと判断して、ステップＳ１
３で歩行かどうかを判断する。つまり、数２を用いて計
算した特徴値、現在の歩数レートおよび数３を用いて計
算した上方向の加速度の自己相関関数の最小時間遅れが
条件１〜３を満たすかどうかを判断する。

【００８０】ステップＳ１３で“ＮＯ”であれば、つま
り条件１〜３の内一つでも満たさなければ、歩行でない
と判断し、そのままステップＳ３に戻る。一方、ステッ
プＳ１３で“ＹＥＳ”であれば、つまり条件１〜３をす
べて満たせば、歩行であると判断し、図８に示すステッ
プＳ１５で前進方向の加速度および上方向の加速度の交
差相関関数を数９に従って計算する。

【００８１】続いて、ステップＳ１７では、数９で得ら
れた結果から負のピーク値（最小ピーク値）および正の
ピーク値（最大ピーク値）を検出（取得）する。そし
て、ステップＳ１９で数１０に従って下降歩行かどうか
を判断する。ステップＳ１９で“ＮＯ”であれば、つま
り数１０の条件を満たさない場合には、下降歩行でない
と判断し、ステップＳ２１で予めＨＤ２２のメモリエリ
ア２２ａに記録しておいた上昇歩行の特徴値（４つのピ
ーク値）および水平歩行の特徴値のそれぞれと今回得ら
れた特徴値とを比較する。

【００８２】そして、ステップＳ２３で近似する歩行行
動を検出する。つまり、比較した結果、特徴値が一致ま
たは近似する歩行行動（水平歩行あるいは上昇歩行）を
検出する。続くステップＳ２５では、水平歩行かどうか
を判断する。ステップＳ２５で“ＹＥＳ”であれば、つ
まり水平歩行であれば、ステップＳ２７でカウンタＣ１
をインクリメントしてからステップＳ２９に進む。ステ
ップＳ２９では、現在位置を更新してからステップＳ３
に戻る。つまり、前回の（直前の）位置情報にステップ
Ｓ５で得られた進行方向に向けて歩数レートから算出し
た歩幅を加算する。

【００８３】このように、現在位置を更新すると、ＣＰ
Ｕ１８は、スタート位置から現在位置（絶対位置）まで
の経路を表示装置１６に表示する。つまり、被験者の経
路がリアルタイムで更新される。

【００８４】一方、ステップＳ２５で“ＮＯ”であれ
ば、つまり上昇歩行であれば、ステップＳ３３でカウン
タＣ２をインクリメントしてから、ステップＳ３に戻
る。

【００８５】また、ステップＳ１９において“ＹＥＳ”
であれば、つまり数１０の条件を満たす場合には、下降
歩行であると判断し、ステップＳ３１でカウンタＣ３を
インクリメントしてからステップＳ３に戻る。

【００８６】なお、上昇歩行および下降歩行の場合に
は、現在位置を更新しないようにしたが、マップデータ
を用いて相対位置を表示する場合には、マップデータか
ら最も近い場所にある階段を検出し、その階段の最下段
あるいは最上段に現在位置を更新することができる。

【００８７】この実施例によれば、予め取得した特徴値
を用いて水平歩行、上昇歩行および下降歩行の１つを容
易に特定することができるので、階段の昇降のような高
低差の低い経路を被験者が歩いた場合であっても正確に
歩行航行を測定することができる。すなわち、測定精度
が高い。

【００８８】なお、この実施例では、所定の条件すなわ
ち数１０を満たすかどうかで下降歩行を判別するように
したが、水平歩行および上昇歩行を判別する場合と同様
に、下降歩行の特徴値を比較するようにしてもよい。

【００８９】図９に示す他の実施例のナビゲーションシ
ステム（以下、単に「システム」という。）４０は、図
１実施例で示した歩行航行装置１０を適用したものであ
る。

【００９０】なお、歩行航行装置１０は、図１実施例と
ほぼ同様であるため、重複した説明は省略する。

【００９１】このシステム４０では、歩行航行装置１０
の入力装置１４内に赤外線信号受信装置３２が設けら
れ、その赤外線信号受信装置３２に赤外線信号を送信す
る赤外線信号送信装置３４が歩行航行装置１０と隔離さ
れて設けられる。

【００９２】赤外線信号送信装置３４は、予め記憶され
ている正確な位置情報（絶対位置情報）を赤外線信号で
送信し、その赤外線信号が赤外線信号受信装置３２で受
信される。つまり、ＣＰＵ１８は赤外線信号受信装置３
２から絶対位置情報を受け取る。

【００９３】また、ＨＤ２２に設けられたメモリエリア
２２ｂには地図情報（マップデータ）が記憶される。こ
のマップデータは、ＣＰＵ１８の指示に従って、メモリ
２４に設けられたワーキングエリア２４ｂに展開され、
表示装置１６に出力される。したがって、地図が表示装
置１６の画面に表示される。

【００９４】たとえば、この地図上に被験者（ユーザ）
が歩行した経路すなわち歩行航行装置１０で測定した歩
行航行を表示することにより、相対的な現在位置（相対
的位置）をユーザに提示し、適切にユーザをナビゲーシ
ョンすることができる。

【００９５】また、ＣＰＵ１８は、赤外線信号送信装置
３４から取得した絶対位置情報と現在位置とにずれがあ
る場合には、その絶対位置情報に従って地図上での相対
的位置（情報）を補正することができる。

【００９６】たとえば、システム４０は、展示会場やシ
ョッピングモールのような特定の場所（屋内）あるいは
地域に適用され、現在位置からマップデータ上の展示物
やショップ（店舗）を特定し、その展示物に関する情報
や店舗に関する情報を文字や音声でナビゲーションする
ことができる。

【００９７】ただし、情報を文字で表示する場合には、
表示装置１６の地図上に上書きすればよいが、情報を音
声で出力する場合には、音声出力のためのデータおよび
装置が別途必要である。

【００９８】なお、表示装置１６に換えて携帯電話機や
ＰＨＳなどの携帯端末を接続した場合には、通話に使用
されるスピーカ等を使用することができる。

【００９９】また、ユーザが歩いた経路を記憶すること
により、最短時間で展示会場やショッピングモールを回
れるようにナビゲーションしたり、まだ見ていない展示
物や店舗をナビゲーションしたりすることもできる。

【０１００】さらに、複数のエリア（領域）に区切られ
た１つの階（フロア）を用いているような展示会場で
は、各領域の出入り口近傍に赤外線信号送信装置３４を
設けておき、歩行航行装置１０を装着したユーザが各領
域を出入りする度に現在位置を補正することができる。
これは、ショッピングモールを複数の領域（店舗）に分
けた場合についても同様のことが言える。

【０１０１】なお、ＣＰＵ１８はＨＤ２２のメモリエリ
ア２２ｂに記憶されたマップデータはフロア全体（また
はショッピングモール全体）を含む１つのデータであっ
てもよく、各領域に分けられた複数のデータであっても
よい。ただし、複数のマップデータの場合には、現在位
置を参照して、適宜マップデータを更新する必要があ
る。

【０１０２】また、ユーザが各領域に入る時に、赤外線
信号送信装置３４が絶対位置情報とともに各領域に対応
するマップデータを送信し、ＨＤ２２のメモリエリア２
２ｂに記憶（ダウンロード）するようにしてもよい。

【０１０３】さらに、複数のフロアを有する展示会場や
百貨店のような建物内をナビゲーションする場合には、
フロア毎のマップデータをＨＤ２２ｂに記憶しておき、
階段の昇降を確認したときに、現在のフロアのマップデ
ータに更新すればよい。この場合には、たとえば階段の
最上段あるいは最下段近傍に赤外線信号送信装置３４を
設けておき、マップデータをダウンロードできるように
しておけばよい。

【０１０４】さらにまた、図１実施例で示したように、
歩行航行装置１０の精度は高いため、すべての領域に赤
外線信号送信装置３４を設置する必要はないと考えられ
る。たとえば、２〜３領域おきに設置するようにすれば
よい。すなわち、安価なシステム４０を提供することが
できる。

【０１０５】他の実施例によれば、赤外線信号送信装置
から正確な位置情報を送信するので、その位置情報に基
づいて測定誤差（相対誤差）を補正することができる。
したがって、正確なナビゲーションを実行することがで
きる。

【０１０６】また、赤外線信号送信装置がマップデータ
を送信する場合には、赤外線信号送信装置が設置されて
いる場所にユーザが出向いたとき、その場所のマップデ
ータを取得してナビゲーションを受けることができるの
で、操作性を向上することができる。

【０１０７】なお、他の実施例では、正確な位置情報を
送受信するため、いわゆるビーコンシステムを用いるよ
うにしたが、位置情報は電波等で送受信するようにして
もよい。つまり、赤外線信号受信装置および赤外線信号
送信装置を用いたシステムに限定されることはない。

【０１０８】また、他の実施例では、図１実施例の歩行
航行装置をナビゲーションシステムに利用した場合につ
いてのみ示したが、歩行するユーザ（被験者）の絶対位
置あるいはスタート位置から絶対位置（現在位置）まで
の経路（歩行航行）を用いるようなアプリケーションを
組み込んだ他の装置あるいはシステムなどにも適用でき
ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の歩行航行装置の構成の一例を図解図
である。

【図２】被験者が水平歩行したときの前進方向の加速度
および上方向の加速度の変化を示すグラフである。

【図３】歩幅と歩行速度との関係を示すグラフである。

【図４】水平歩行、上昇歩行および下降歩行の交差相関
曲線を示すグラフである。

【図５】図１実施例の歩行航行装置を用いて検証実験し
た場合の地図および被験者の歩行経路の一例を示す図解
図である。

【図６】図１実施例の歩行航行装置を用いて検証実験し
た場合の地図および被験者の歩行経路の他の一例を示す
図解図である。

【図７】図１実施例に示すＣＰＵの歩行航行測定処理の
一部を示すフロー図である。

【図８】図１実施例に示すＣＰＵの歩行航行測定処理の
他の一部を示すフロー図である。

【図９】図１実施例に示す歩行航行装置を用いたナビゲ
ーションシステムを示す図解図である。

【符号の説明】

１０ …歩行航行装置１２ …コンピュータ１４ …入力装置１６ …表示装置１８ …ＣＰＵ２２ …ＨＤ２４ …メモリ２６ …前進方向加速度計２８ …上方向加速度計３０ …３軸磁力計３２ …赤外線信号受信装置３４ …赤外線信号送信装置４０ …ナビゲーションシステム

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｂ 29/10 Ｇ０１Ｐ 15/00 Ｋ (72)発明者間瀬健二京都府相楽郡精華町光台二丁目２番地２株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内Ｆターム(参考） 2C032 HB25 HC11 HD03 2F029 AA07 AB03 AC03 AC18 AD04 5H180 AA21 BB05 CC02 FF04 FF05 FF07 FF10 FF22 FF25 FF27 FF33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被験者の前進方向の加速度を検出する前進
方向加速度計、前記被験者の上方向の加速度を検出する上方向加速度
計、前記前進方向加速度計および前記上方向加速度計の検出
結果から交差相関関数を算出する算出手段、および前記
算出手段によって算出された前記交差相関関数に基づい
て水平歩行、上昇歩行および下降歩行のいずれか１つを
判別する判別手段を備える、歩行航行装置。
【請求項２】予め測定した水平歩行、上昇歩行および下
降歩行のそれぞれの交差相関関数の特徴値を記憶する記
憶手段をさらに備え、前記判別手段は、前記記憶手段に記憶された前記特徴値
と前記算出手段によって算出された交差相関関数の特徴
値とを比較する比較手段、および前記比較手段の比較結
果から水平歩行、上昇歩行および下降歩行のいずれか１
つを特定する特定手段を含む、請求項１記載の歩行航行
装置。
【請求項３】前記特徴値は前記相関関数のピーク値を含
む、請求項２記載の歩行航行装置。
【請求項４】前記判別手段は、前記記憶手段に記憶され
た前記交差相関関数に時間遅れを規定する規定手段を含
み、前記特定手段は、前記算出手段によって算出された前記
時間遅れが規定された前記交差相関関数が所定の条件を
満たすとき前記下降歩行を特定する、請求項２または３
記載の歩行航行装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の歩行
航行装置を用いて相対的位置情報を得るナビゲーション
システムであって、絶対位置情報を送信する送信手段を備え、前記歩行航行装置は、前記送信手段から送信される前記
絶対位置情報を受信する受信手段、および前記受信手段
によって受信された前記絶対位置情報に従って前記相対
的位置情報を補正する補正手段を備える、ナビゲーショ
ンシステム。
【請求項６】前記歩行航行装置は、マップデータを記憶
する記憶手段、前記マップデータを可視表示するマップ
表示手段、および前記相対的位置情報を可視表示する位
置表示手段をさらに備える、請求項５記載のナビゲーシ
ョンシステム。
【請求項７】前記送信手段は前記マップデータを送信す
る、請求項６記載のナビゲーションシステム。