JP2010271167A - 加速度センサ及び地磁気センサを用いて歩行者の進行方向を決定する携帯端末、プログラム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】携帯端末は、腕振りに基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、重力ベクトルとそれに対応する地磁気ベクトルとを導出し、両ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、両ベクトルに基づいて進行方向の方位角を算出する方位角算出手段とを有する。歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較し、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表す。
【選択図】図5
Description
進行方向決定手段は、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、
加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、重力ベクトル及び地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、
歩行基準ベクトル及び方位基準ベクトルに基づいて、進行方向の方位角を算出する方位角算出手段と
を有し、
歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表すことを特徴とする。
歩行基準ベクトル算出手段は、歩行基準ベクトルRを、加速度面後方を示す極小点での加速度ベクトルBと、加速度面前方を示す極小点での加速度ベクトルFとの外積(R=B×F(又はF×B))によって算出し、
方位基準ベクトル算出手段は、方位基準ベクトルEを、重力ベクトルGと、地磁気ベクトルMとの外積(E=G×M(又はM×G))によって算出し、
方位角算出手段は、方位基準ベクトルE及び歩行基準ベクトルRを用いて、内積とノルム(ベクトルの大きさ)積から、両ベクトルのなす角αを以下の式によって算出し、そのなす角αから方位角θを導出する
α=arccos((E・R)/(|E||R|))
ことも好ましい。
方位角算出手段は、方位基準ベクトルEと歩行基準ベクトルRの外積ベクトル(E×R)を算出し、方位角θを外積ベクトルと重力ベクトルGのなす角βとなす角αから以下の式によって導出する
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
ことも好ましい。
加速度センサから入力された加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に区分し、進行方向決定手段へ出力する歩行タイミング決定手段と、
進行方向決定手段から出力された、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎の進行方向について、方向転換がなされたか否かを判定する方向転換判定手段と
を更に有することも好ましい。
進行方向決定手段は、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、
加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、重力ベクトル及び地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、
歩行基準ベクトル及び方位基準ベクトルに基づいて、進行方向の方位角を算出する方位角算出手段と
を有し、
歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表すようにコンピュータを機能させることを特徴とする。
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する第1のステップと、
加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、重力ベクトル及び地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する第2のステップと、
歩行基準ベクトル及び方位基準ベクトルに基づいて、進行方向の方位角を算出する第3のステップと
を有し、
第1のステップは、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表す
ことを特徴とする。
加速度面前方を示す極小点での加速度ベクトル:F=(xF,yF,zF)
加速度面後方を示す極小点での加速度ベクトル:B=(xB,yB,zB)
加速度面の右方を示す歩行基準ベクトル :R=(xR,yR,zR)
R=B×F
=(yBzF−zByF,zBxF−xBzF,xByF−yBxF)式(1)
R=(20300, 114660, −749115)
以下の式(2)によって、方位基準ベクトルを算出する。
重力ベクトル :G=(xG,yG,zG)
地磁気ベクトル :M=(xM,yM,zM)
歩行基準ベクトル:E=(xE,yE,zE)
E=G×M
=(yGzM−zGyM,zGxM−xGzM,xGyM−yGxM)式(2)
重力ベクトル :G=(40.5, 907.5, 140)
地磁気ベクトル :M=(534.7, 351, 126. 7)
方位基準ベクトル:E=(65810, 69723.3, −470994.5)
α=arccos((E・R)/(|E||R|)) 式(3)
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
α=6.3(deg)
E×R=(1773434520 , 39738069800, −6130390933)
cosβ=1
結果的に、方位角θは、以下のように算出される。
θ=α=6.3(deg)
10 プロセッサ・メモリ
101 歩行タイミング決定部
102 進行方向決定部
1021 フィルタ部
1022 歩行基準ベクトル算出部
1023 方位基準ベクトル算出部
1024 方位角算出部
1025 補正部
103 方向転換判定部
104 歩幅決定部
105 移動量積算部
106 現在位置決定部
11 地磁気センサ
12 加速度センサ
13 GPS部
14 地図情報記憶部
15 ディスプレイ部
Claims (8)
- 3軸の加速度データを出力する加速度センサと、3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、前記加速度データ及び前記地磁気データから歩行者の進行方向を決定する進行方向決定手段とを有し、歩行者によって所持される携帯端末であって、
前記進行方向決定手段は、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、
前記加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、前記重力ベクトル及び前記地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、
前記歩行基準ベクトル及び前記方位基準ベクトルに基づいて、前記進行方向の方位角を算出する方位角算出手段と
を有し、
前記歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表すことを特徴とする携帯端末。 - 前記歩行基準ベクトル算出手段は、前記歩行基準ベクトルRを、加速度面後方を示す極小点での加速度ベクトルBと、加速度面前方を示す極小点での加速度ベクトルFとの外積(R=B×F(又はF×B))によって算出し、
前記方位基準ベクトル算出手段は、前記方位基準ベクトルEを、重力ベクトルGと、地磁気ベクトルMとの外積(E=G×M(又はM×G))によって算出し、
前記方位角算出手段は、方位基準ベクトルE及び歩行基準ベクトルRを用いて、内積とノルム(ベクトルの大きさ)積から、両ベクトルのなす角αを以下の式によって算出し、そのなす角αから方位角θを導出する
α=arccos((E・R)/(|E||R|))
ことを特徴とする請求項1に記載の携帯端末。 - 前記方位角算出手段は、前記方位基準ベクトルEと前記歩行基準ベクトルRの外積ベクトル(E×R)を算出し、方位角θを前記外積ベクトルと前記重力ベクトルGのなす角βと前記なす角αから以下の式によって導出する
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
ことを特徴とする請求項2に記載の携帯端末。 - 前記加速度センサから入力された前記加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に区分し、前記進行方向決定手段へ出力する歩行タイミング決定手段と、
前記進行方向決定手段から出力された、前記歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎の進行方向について、方向転換がなされたか否かを判定する方向転換判定手段と
を更に有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の携帯端末。 - 前記基準ベクトル導出手段に入力される前記加速度データ及び前記地磁気データについて、
所定時間範囲のデータをメモリし、最大値及び最小値から所定割合のデータを除去するフィルタ手段を更に有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の携帯端末。 - 前記方向角算出手段から出力された前記方向角θについて、
所定時間範囲の方向角θをメモリし、当該方向角θの前後の変化が所定角度閾値以上となっている方向角θを除去する補正手段を更に有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の携帯端末。 - 3軸の加速度データを出力する加速度センサと、3軸の地磁気データを出力する地磁気センサとを有し、歩行者によって所持される携帯端末に搭載されたコンピュータを、前記加速度データ及び前記地磁気データから前記歩行者の進行方向を決定する進行方向決定手段として機能させる携帯端末用のプログラムであって、
前記進行方向決定手段は、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、
前記加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、前記重力ベクトル及び前記地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、
前記歩行基準ベクトル及び前記方位基準ベクトルに基づいて、前記進行方向の方位角を算出する方位角算出手段と
を有し、
前記歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表すようにコンピュータを機能させることを特徴とする携帯端末用のプログラム。 - 3軸の加速度データを出力する加速度センサと、3軸の地磁気データを出力する地磁気センサとを有し、歩行者によって所持される携帯端末について、前記加速度データ及び前記地磁気データから前記歩行者の進行方向を決定する進行方向決定方法であって、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する第1のステップと、
前記加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、前記重力ベクトル及び前記地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する第2のステップと、
前記歩行基準ベクトル及び前記方位基準ベクトルに基づいて、前記進行方向の方位角を算出する第3のステップと
を有し、
第1のステップは、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表す
ことを特徴とする携帯端末の進行方向決定方法。
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