JP2010525304A - 移動中の人の推移を測定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、物理測定に使用される測定装置に関し、特に、移動中の人の推移を測定するための方法および装置に関する。本発明による解決方法では、移動する人物の推移を表す量は、加速度センサにより測定された加速度値から得られた、歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋および歩周期別ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、その測定された時間と、に基づいて計算される。本発明は、従来の解決方法に比べてより良くより簡単な、移動中の人の推移を測定するための解決方法を提供することを目的とする。なお、前記解決方法は、異なる種類の移動のための、多くの測定解決方法の使用に適応可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理測定に使用される測定装置に関し、特に、移動中の人の推移を測定するための方法および装置に関する。本発明は、従来技術より優れより簡単な、移動中の人の推移を測定するための解決方法を提供することを目的とする。なお、前記解決方法は、異なる種類の移動のための、多くの測定解決方法の使用に適応可能である。

慣性センサ、例えば、加速度または角速度センサ、に基づくナビゲーション（慣性ナビゲーション）を行う際、センサ信号が統合されると、統合時間が極端に長引かないようにすることが重要である。長引くと、センサの誤差を測定することにより生じる位置または方向誤差が過剰に増加してしまう。この事態を防ぐため、十分な短さを有する定期的に繰り返される周期に動きを分割することが行われる。この方法は、ステップ・バイ・ステップ・ナビゲーションと呼ばれる。陸上競技の指導や競技それ自体、フィットネス運動、その他の野外活動において、このようなステップ・バイ・ステップ・ナビゲーションが重要となるのは、例えば、推移の速さ、歩行距離、方向、歩行率（歩調）、歩行時間、および歩幅が測定されるからである。移動方法の例として、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、競歩、クロスカントリースキー、滑降スポーツ、ローラースキー、ローラースケート、氷上スケート、水泳、漕艇、パドリングなどが挙げられる。どの場合も周期的な動きが存在する。

慣性ナビゲーションは単独で運用可能である。また衛星ナビゲーションと組み合わせた使用も可能である。後者の場合の目的は、衛星ナビゲーションの精度を改善することであり（特に、衛星信号の捕捉領域が乏しい領域に使用される）、そのために、誤差発生状況において衛星の位置決めを診断することを目的とする。また、衛星信号を受信する機会と機会との間隔を広げることによって、衛星ナビゲーションの消費電力を下げることもできる。

従来技術の、様々な解決方法が目指しているのは、加速度センサを使用して歩行距離を測定することである。慣性ナビゲーションでは、例えば、加速度センサが最も頻繁に使用され歩行距離が測定される。加速度センサを使用して、足の接触時間、つまり足が地面に当たる時間が測定可能である。例えば、特許文献１には、従来技術によるそのような解決方法が開示される。上記公報に説明される方法では高ランニング速度に対しては良い結果をもたらすが、ゆっくりとしたランニング速度やウォーキングなど足が地面から離れる場合が検出困難な場合、確固たる解決方法とは言えない。

加速度センサは単にスイッチなどでもよい。つまり、単純に歩数をカウントし、前記歩数に基づいて距離を推定し、歩調に基づいて速さを推定するものである。これらの装置は万歩計と呼ばれる。

従来技術による、若干進歩したシステムの解決方法では、歩行者の実際の動きが加速度センサにより足のところで測定可能である。従来技術によるそのような解決方法が、例えば、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に開示される。

上記特許公報では、多数の加速度センサおよび角運動センサからの測定信号が結合され、万歩計や接触時間測定の正確さと比べて飛躍的に改良された正確さが達成される。

しかしながら、従来技術のこれらの解決方法には欠点がある。それは地軸の傾きおよびその変動を通して引き起こされる、地球の重力により発生する誤差を補正するためのセンサ、線加速度センサ、および角運動センサの所要数が多いことと、システムの大きさに顕著に現れる、アルゴリズムの複雑さと、費用と、消費電力と、である。

上記測定システムを簡略化するため、従来技術による解決方法が開示される。この方法では、加速度センサは、足が着地している結果、足が不動になるが、その期間に蓄積される知識を利用する。よって、自動リセットを通して正確さを高めることを試みる。そのような技術の従来技術による解決方法が特許文献５に開示される。

しかしながら、前記特許公報に説明される方法では、動き中に傾きが変化すれば精度が悪化するという問題がある。この場合も算出が複雑であり、かつ電力とプログラム記憶容量とが必要とされる。

従来技術による１つの解決方法は、動きの検出および運動期間を測定するためのものであるが、開示されるこの方法は加速度センサに基づく。このような解決方法は、例えば、特許文献６に開示される。

従来技術によるその他の解決方法は、競技者の運動を測定するための一般的な装置であるが、例えば、特許文献７および特許文献８に開示される。

米国特許公報４，５７８，７６９ 米国特許出願２００２／００４０６０１ 米国特許公報５，９５５，６６７ カナダ特許公報２，２１８，２４２ 米国特許公報６，３５６，８５６ 米国特許公報６，２９８，３１４ 米国特許公報７，０９２，８４６ 国際公開第００／２０８７４号パンフレット

本発明の目的は、移動中の人の推移を測定するための、改良された方法および装置である。本発明による上記方法および装置により、上記に提示した最良の方法に匹敵する正確さが達成される。ただし、本発明における実施解決方法では、複雑さが飛躍的に減少し、傾きを補正することなく１つの加速度センサが使用される。本発明によるセンサ解決方法は、異なる種類の移動を測定するための多数の解決方法に適応可能である。

本発明の第１の観点によれば、移動中の人の推移を測定するための方法であって、前記移動中の人の推移を表す、速さ、歩行率、歩数、歩幅、距離、推移方法などの量のうち少なくとも１つは、加速度センサによって測定された加速度値から得られた歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋およびブレーキ段階特徴加速度ａ−と、前記測定された時間と、によって計算される。

好ましくは、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋が測定された加速度値の最大値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−が歩周期別に測定された加速度値の最小値として得られる。

また、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋がアナログフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−がアナログフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として得られる。

さらに、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋がデジタルフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−がデジタルフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として得られる。

さらに、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋がデジタルフィルタリングされた、正の半サイクル中に渡って何度も選択された、加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−がデジタルフィルタリングされた、負の半サイクル中に渡って何度も選択された、加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期別平均値として得られる。さらに、好ましくは、前記デジタルフィルタリングに使用された関数は、

であって、なお、ｆは周波数であり、ｆ_０は適切に選択された周辺周波数である。

さらに、また、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋がデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサからの信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−がデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサからの信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として得られることを特徴とする。

さらに、また、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋が正の半サイクル中に渡って何度も選択されたデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサから信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−が負の半サイクル中に渡って何度も選択されたデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサから信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として得られる。さらに、好ましくは、前記デジタル重み付けフィルタリングに使用される関数は、

であって、なお、ｎはｎ番目のサンプルを示し、ｋは重み係数である。

好ましくは、速さｖは前記特徴加速度値ａ＋および／またはａ−に基づいて算出され、その際の数式は、

であって、なお、ｋは定数である。

好ましくは、前記移動中の人の推移を表す量を計算するにあたって、１歩対に消費される時間Δｔ_ｐｏｓは最大値、最小値、または特定値を上回るまたは下回るポイントなどの２つの当量点の間の時間間隔として、前記測定された加速度値により与えられる加速度グラフ上に得られる。

好ましくは、歩幅ｓ_ｓｔｅｐまたは１歩対幅ｓ_ｐｏｓの長さを計算する数式が

である。

好ましくは、複歩行率ｆ_ｐｏｓまたは歩行率ｆ_ｓｔｅｐを計算する数式が、

である。

さらに、好ましくは、歩対の歩数ｎは、前記測定された加速度値により与えられる加速度グラフ上に、最大値、最小値、またはグラフが特定値を上回るまたは下回る点などの当量点の数ｎに基づき計算される。

また、好ましくは、歩行距離ｓは歩幅または歩対幅の合計として計算され、前記歩行距離ｓは、

で求められる。

好ましくは、前記方法はウォーキング、ランニング、スキーなどの移動方法を、加速度最大値および最小値、特徴加速度値ａ＋およびａ−、および／または歩行率に基づいて、区別する。好ましくは、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、またはクロスカントリースキーなどの移動方法ごとに個別較正を行う。好ましくは、前記方法がステップ・バイ・ステップ式ナビゲーションの使用に適応される

本発明の第２の観点によれば、移動中の人の推移を測定するための装置であって、前記移動中の人の推移を表す、速さ、歩行率、歩数、歩幅、距離、推移方法などの量のうち少なくとも１つは、加速度センサによって測定された加速度値から得られた歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋およびブレーキ段階特徴加速度ａ−と、前記測定された時間と、に基づいて計算されるように、前記装置が加速度と時間とを測定するように構成される。

好ましくは、前記装置が、前記歩周期別に測定された加速度値の最大値として前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、前記歩周期別に測定された加速度値の最小値として前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成される。

また、前記装置が、アナログフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、アナログフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成される。

さらに、また、前記装置が、デジタルフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、デジタルフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成される。

さらに、また、前記装置が、デジタルフィルタリングされた、正の半サイクル中に渡って何度も選択された、加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、デジタルフィルタリングされた、負の半サイクル中に渡って何度も選択された、加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成される。さらに、好ましくは、前記装置がデジタルフィルタリングを行うとき次の関数を使用するように構成される。

なお、ｆは周波数であり、ｆ_０は適切に選択された周辺周波数である。

さらに、また、前記装置が、デジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサからの信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、デジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサからの信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として前記ブレーキ段階特徴加速度と、を判断するように構成される。

さらに、また、前記装置が、正の半サイクル中に渡って何度も選択されたデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサから信号ａ_ｉｎの歩周期ごとに平均値として前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、負の半サイクル中に渡って何度も選択されたデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサから信号ａ_ｉｎの歩周期ごとに平均値として前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成される。さらに、好ましくは、前記装置がデジタル重み付けフィルタリングを行うとき次の関数を使用するように構成される。

なお、ｎはｎ番目のサンプルを示し、ｋは重み係数である。

好ましくは、前記装置が、特徴加速度ａ＋および／またはａ−に基づいて速さｖを計算するように構成され、その際の数式が、

であって、なお、ｋは定数である。

好ましくは、前記装置が、前記測定された加速度値により与えられる加速度グラフ上の、１歩対に消費される時間Δｔ_ｐｏｓを、最大値、最小値、またはグラフが特定値を上回るまたは下回るポイントなどの２つの当量点の間の時間間隔として、判断するように構成される。

好ましくは、前記装置が歩幅ｓ_ｓｔｅｐまた１歩対幅ｓ_ｐｏｓを計算するが、その際の数式が、

である。

好ましくは、前記装置が複歩行率ｆ_ｐｏｓまたは歩行率ｆ_ｓｔｅｐを計算するが、その際の数式が、

である。

さらに、好ましくは、前記装置が、前記測定された加速度値により与えられる加速度グラフ上の、最大値、最小値、またはグラフが特定値を上回るまたは下回る点などの当量点の数ｎに基づいて、ステップ対カウントｎを計算するように構成される。

また、好ましくは、前記装置が、歩行距離ｓを歩幅または歩対幅の合計として、歩行距離ｓを計算するが、前記歩行距離ｓが、

で求めることができる。

好ましくは、前記装置が、ウォーキング、ランニング、スキーなどの推移方法を、加速度最大値および最小値、特徴加速度値ａ＋およびａ−、および／または歩行率に基づいて、区別するように構成される。好ましくは、前記装置が、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、またはクロスカントリースキーなどの推移方法ごとに個別較正を行うように構成される。

好ましくは、前記装置がステップ・バイ・ステップ式ナビゲーションに使用されるように構成される。また、好ましくは、前記装置が、高度計、衛星ナビゲーション装置、および／または磁気探知器と協働するように構成される。さらに、好ましくは、前記装置が、地図データベースのデータおよび／または地形傾きデータを受信および／または利用するように構成される。

本発明の第３の観点によれば、履物であって、前記履物が、移動する人物の推移を測定するための、上記記載のような装置を備える。

本発明の第４の観点によれば、移動する人物の胴に位置される装置であって、前記装置が、移動する人物の推移を測定するための、上記記載のような装置を備える。

本発明の第５の観点によれば、移動する人物の腕に位置される装置であって、前記装置が、移動する人物の推移を測定するための、上記記載のような装置を備える。

本発明の第６の観点によれば、前記移動する人物のための表示部が、移動する人物の推移を測定するための、上記記載のような装置と協働する。

本発明の第７の観点によれば、前記システムが、移動する人物の推移を測定するための、上記記載のような装置と、前記装置と協働するように構成された、移動する人物のための表示部と、を備える。

好ましくは、前記移動する人物の推移を測定するための装置と前記移動する人物のための表示部とが１つの装置に統合される。

以下、本発明およびその好ましい実施例を添付の図面を例示的に参照して詳細に説明する。なお、
本発明による測定装置のブロック図を示す。 本発明による測定部の図を示す。 本発明による測定部を履物に位置決めをする概略図を示す。 本発明によるその他の測定部のブロック図を示す。 本発明による加速度測定の図を示す。

図１は、本発明による測定装置のブロック図を示す。前記測定装置は、測定部１と、記憶部２と、表示部３とから形成され得る。これらの構成要素は、無線または有線接続により互いに通信可能である。いくつかの構成要素またはそれら全ては、同じ筐体またはユニットに統合可能である。前記測定部は、例えば、肢または胴など、人体に取り付けられる。典型的には、前記測定部１は、足に位置されたり、靴に統合されたり、または靴ひもに取り付けられたりする。前記表示部３は、典型的には、はっきりと目視できる場所に位置する。例えば、前記表示部３は、前記測定部１または記憶部２に統合されたり、別体として用意されたりする。前記表示部３は、腕時計、衛星ナビゲータ、モバイル端末、無線受信機、プレーヤなどの一部となり得る。前記測定装置用の較正データはどのようなものでも１つのユニットまたは複数のユニットに記憶される。

図２は、本発明による測定部１の図を示す。前記測定部１は、１〜３の軸の加速度センサ４と、加速度データ分析／診断用部５と、揮発および不揮発メモリ６と、通信部７と、蓄電池（例えば、電池、アキュミュレータ、ハーベスタ）である電源部８と、を備えることができる。前記分析部５は、例えば、マイクロプロセッサまたはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（デジタル信号処理プロセサ））に基づくことができる。前記メモリ６は、例えば、ユーザデータ、較正データ、測定データ、その他ログデータを記憶する。前記通信部７は、例えば、転送プロトコルジェネレータ、所要のインターフェース、または無線送信機、受信機、およびアンテナを備える。

図３は、本発明による測定部１を履物に位置決めする概略図である。前記測定部１は、例えば、靴ひも９に取り付けられ、または前記測定部１のサイズが小さいため、履物の内側または底部１０に設置される。

図４は、本発明による代替測定部１を示すブロック図である。速度および歩行距離に加えて、走行経路を知りたいとしたら、２〜３の軸の磁気探知器１１を代替測定部１に加えれば、一歩ごとまたは途中の歩行の読み取りが判別できる。

本発明による解決方法によれば、推移の周期的な動きの加速度が１つ以上の方向において測定される。各歩周期間に測定される加速度値から、正の半サイクル中に発生する加速段階特徴加速度ａ＋および負の半サイクル中に発生するブレーキ段階特徴加速度ａ−が互いに求められる。

加速段階特徴加速度ａ＋およびブレーキ段階特徴加速度ａ−の値は定義された加速度（両者がゼロ値ではないのは明白である）であるので、傾きにより発生する、加速度センサのゼロ点誤差や重力連結の影響は計器信号としては最少である。なぜならこれらの値は値ａ＋およびａ−より明白に低いからである。

本発明による解決方法では、加速段階特徴加速度ａ＋およびブレーキ段階特徴加速度ａ−の定義は、例えば、加速度センサの生データから測定される最大および最少加速度値として、直接行うことが可能である。また、本発明による解決方法では、値ａ＋およびａ−の定義は、例えば、加速度センサ信号ａ_ｉｎを機械的減衰によって加速度センサ信号ａ_ｉｎをアナログフィルタリングすることにより行うことが可能である。

さらに、また、本発明による解決方法では、値ａ＋およびａ−の定義は、例えば、ＲＣフィルタにより加速度センサ信号ａ_ｉｎをデジタルフィルタリングすることにより行うことが可能である。この場合、第１段階フィルタリングに使用される関数は、例えば、以下である。

なお、ｆは周波数を示し、ｆ_０は−３ｄＢの周辺周波数を示し、値ａ＋およびａ−の定義は、例えば、フィルタリングされた加速度値の最大値および／または最小値として、このフィルタリングされた信号に基づいて行うことが可能である。

さらに、また、本発明による解決方法では、値ａ＋およびａ−の定義は、デジタル重み付けにより、加速度センサ信号ａ_ｉｎをフィルタリングすることにより行うことが可能である。

ここでは、デジタル重み付けに使用される関数は、例えば、以下であり得る。

なお、ｎはｎ番目のサンプルを示し、ｋは重み係数である。

さらに、また、本発明による解決方法では、値ａ＋およびａ−の定義は、例えば、正および／または負の半サイクル中に渡って何度も選択された、測定された加速度値から計算される平均値を使用することによって行うことが可能である。

図５は、本発明による加速度測定の図を示す。本発明による解決方法では、移動に関する周期的な動きの１つまたは複数の方向への加速度が測定される。本発明による解決方法では、推移速度が加速段階特徴加速度ａ＋およびブレーキ段階特徴加速度ａ−によって算出される。加速度信号は、機械的に、電子的に、アナログ的に、および／またはデジタル的に適切にフィルタリングすることができる。こうして、信用度が高く厳密な速さデータが得られる。図５に示す例では、足または体のそれ以外の箇所の特徴加速度値ａ＋およびａ−を推移に関する速さの基準として使用できる。

本発明による解決方法では、以下のような簡単な演算により、前記速さが特徴加速度ａ＋および／またはａ−から計算できる。

本発明による解決方法では、例えば、速さを計算する際に用いられる、最も簡単な多項式は、以下の通りである。

なお、ｋは定数である。

１本の足に対して測定される１歩行または歩対に消費される時間Δｔ_ｐｏｓが得られるのは、２つの当量点の間の時間間隔としてである。これらの値は、測定加速度値から導出される加速度グラフ上の、例えば、最大値、最小値、または特定値を上回るまたは下回るポイント間である。

本発明による解決方法において、このように、歩幅ｓ_ｓｔｅｐまたは歩対幅ｓ_ｐｏｓは、以下の数式を使用して計算できる。

これに対応して、複歩行率ｆ_ｐｏｓまたは歩行率ｆ_ｓｔｅｐは以下の数式を使用して計算できる。

本発明による解決方法では、歩数または歩対数ｎは、これらの値は、測定加速度値から導出される加速度グラフ上の、最大値、最小値、または特定値を上回るまたは下回る点などの当量点の数ｎに基づいて計算できる。また、本発明による解決方法では、歩行距離ｓは歩幅または歩対幅の合計として、以下の数式により計算することができる。

本発明による解決方法では、速さ推定は最小限の効果を受けるだけであるが、その影響の原因として挙げられるのは、加速度センサのゼロ点誤差、または傾きにより生じる、計器信号の重力結合である。本発明による解決方法では、特徴加速度値ａ＋およびａ−が使用されるが、その値は上記干渉に比べて大量である。また、移動方法、例えば、ウォーキング、ランニング、スキーは、加速度最大値および最小値、特徴加速度値ａ＋およびａ−、および／または歩行率に基づいて互いに区別できる。

本発明による解決方法において、歩周期、歩周期別特徴加速度値ａ＋およびａ−が定義される間に測定される加速度値に基づいて、速さ、歩行率、歩幅、距離が前記加速度値を用いて計算できるが、その間は、簡単な演算を使用するので消費電力を抑えることができる。

本システムは、較正されなくとも、高い正確さを提供する。正確さを高めるため、異なる移動態様に対して個別較正が行われる。移動態様としては、例えば、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、またはクロスカントリースキーが挙げられる。較正は、１つの速度または多数の速度を使用して周知の距離を対象として行われる。前記較正を繰り返すことにより、確率論的誤差により発生する速度および距離に関する誤差が減少される。よって、正確さがさらに改良される。新較正データの旧データへの追加は、適切なデジタルフィルタリングをすることによって行う。さらに、正確さをそれ以上に高めるため、最大および／または最小加速度データを、接触時間データ、高度計から得られた高度および地形傾き変化データ、および／または衛星ナビゲーションと組み合わせることができる。

完全ステップ・バイ・ステップ式ナビゲーション部の提供は、磁気探知器から得られたコンパス方向を歩行データに加えることにより行われる。前記磁気探知器の較正は、例えば、垂直軸を中心に回転させることによって行われる。設置における方向誤差の較正は、例えば、選択された較正経路を前後して歩くなどして行われる。絶対座標データを得る場合は、前記ナビゲーション部と衛星ナビゲーションとを組み合わせる。正確さをさらに改良できるが、その際は、ナビゲーション部と地図データベースおよび高度計とを組み合わせる。なぜなら座標および運動がどれほど妥当性があるかのチェックは高度および高度変化に基づいてなされるからである。

主計器方向に対して直交する加速度センサ信号を使用することにより、推移効率の測定単位が得られる。

本発明による解決方法では、１つ以上の軸の加速度センサから得られた、特徴加速度値ａ＋およびａ−、および／または最大および／または最小加速度値を使用して、人物の推移の速さを推定できる。加速度センサの信号に対して、機械的、電子的、アナログ、および／またはデジタルフィルタリングを適切に施すことができるので、速さの推定は可能な限り厳格な信用度が高いものとなる。本発明による解決方法では、歩行時間、歩行率、歩幅、歩行から蓄積された距離の計算は、連続する最大値または最小値間の速さおよび時間間隔に基づいて行われる。

本発明による解決方法では、ウォーキング、ランニング、スキー、またはその他の推移方法は、足の最大および最少加速度、特徴加速度値ａ＋およびａ−、および／または歩行率に基づいて互いに区別できる。

本発明による解決方法では、平均的な人のランニングおよびウォーキング用のパラメータを利用できるが、測定システムの個別の較正は必要ない。前記測定システムの較正は、例えば、ランニングまたはウォーキングなどのある推移方法について１つまたは多数の速さに対する個別の較正によってなされる。本発明による解決方法では、新しいデータをデジタルフィルタリングにより古いデータと組み合わせるように測定システムの較正は繰り返し行うことができる。測定システムの正確さを改良できるが、これは接触時間データを最大および最少加速度データに組み合わせることにより行う。

本発明による解決方法では、各歩行の方向、または随時観察される歩行距離の判別は、速さ推定を２〜３の軸の磁気探知器から得られるコンパス方向に組み合わせることにより行われる。磁気探知器および設置方向誤差の補正は、垂直軸を中心に回転させたり、選択された較正経路を前後に歩いたりすることにより行われる。

本発明による解決方法では、推移効率の推定は、特徴加速度値ａ＋およびａ−、および／または、最大および／または最小加速度値データ、これらに対して直角に測定される加速度を組み合わせることにより行うことができる。

本発明による方法および装置により、上記に提示した最良の方法に等しい正確さが得られるのは、格段と簡単になった実施解決方法が使用されることによる。この場合、傾き補正なしに１つの加速度センサが利用される。

本発明による方法および装置により、従来システムの複雑なアルゴリズムを避けることができ、かつ低コスト、低消費電力、小型化が達成できる。

本発明による方法および装置が低消費電力であるので、電池サイズが小さくなりまたその寿命を延ばすことができる。また電池なしの解決方法も可能であるが、これは、例えば、測定装置に発生する動力学的エネルギーの回復（つまり、発電技術）に基づく。

本発明による方法および装置の簡単な算術アルゴリズムにより、測定部１の全体に対して算出を施すことが可能になる。その結果、測定部１からのデータ転送の必要性を削減できるので、無線交信を利用しているデータ送信の消費電力も削減できる。

本発明による解決方法の測定部１が小さいため、前記装置自体を例えば履物の内側に配置したり、靴ひもに取り付けたり、わずかな大きさおよび重さしか求めないような場所または方法で取り付けたりできる。

本発明による方法が適応可能分野は、例えば、速いおよび遅いランニング、様々な速度でのウォーキング、ポールウォーキング、クロスカントリースキー、滑降スポーツ、ローラースキー、ローラースケート、氷上スケート、水泳、ボート漕ぎ、パドリングである。

１ 測定部
２ 記憶部
３ 表示部
４ 加速度センサ
５ 分析および診断用部
６ メモリ
７ 通信部
８ 電源部
１１ 磁気探知器

Claims (44)

1. 移動中の人の推移を測定するための方法であって、前記移動中の人の推移を表す、速さ、歩行率、歩数、歩幅、距離、推移方法などの量のうち少なくとも１つは、加速度センサによって測定された加速度値から得られた歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋およびブレーキ段階特徴加速度ａ−と、前記測定された時間と、に基づいて計算されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋が歩周期別に測定された加速度値の最大値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−が歩周期別に測定された加速度値の最小値として得られることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋がアナログフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−がアナログフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として得られることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋がデジタルフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−がデジタルフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として得られることを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋がデジタルフィルタリングされた、正の半サイクル中に渡って何度も選択された、加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−がデジタルフィルタリングされた、負の半サイクル中に渡って何度も選択された、加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として得られることを特徴とする方法。
6. 請求項４または５に記載の方法であって、前記デジタルフィルタリングに使用された関数は、
   

   

   であって、なお、ｆは周波数であり、ｆ_０は適切に選択された周辺周波数であることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋がデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサからの信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−がデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサからの信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として得られることを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋が正の半サイクル中に渡って何度も選択されたデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサから信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として得られ、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−が負の半サイクル中に渡って何度も選択されたデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサから信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として得られることを特徴とする方法。
9. 請求項７または８に記載の方法であって、前記デジタル重み付けフィルタリングに使用される関数は、
   

   

   であって、なお、ｎはｎ番目のサンプルを示し、ｋは重み係数であることを特徴とする方法。
10. 請求項１乃至９いずれか一項に記載の方法であって、速さｖは前記特徴加速度値ａ＋および／またはａ−に基づいて算出され、その際の数式は、
    

    

    であって、なお、ｋは定数である方法。
11. 請求項１乃至１０いずれか一項に記載の方法であって、前記移動中の人の推移を表す量を計算するにあたって、１歩対に消費される時間Δｔ_ｐｏｓは最大値、最小値、または特定値を上回るまたは下回るポイントなどの２つの当量点の間の時間間隔として、前記測定された加速度値により与えられる加速度グラフ上に得られることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、歩幅ｓ_ｓｔｅｐまたは歩対幅ｓ_ｐｏｓを計算する数式が
    

    

    であることを特徴とする方法。
13. 請求項１１または１２に記載の方法であって、複歩行率ｆ_ｐｏｓまたは歩行率ｆ_ｓｔｅｐを計算する数式が
    

    

    であることを特徴とする方法。
14. 請求項１２または１３に記載の方法であって、歩数ｎは、前記測定された加速度値により与えられる加速度グラフ上に、最大値、最小値、または特定値を上回るまたは下回る点などの当量点の数ｎに基づき計算されることを特徴とする方法。
15. 請求項１２、１３または１４に記載の方法であって、歩行距離ｓは歩幅または歩対幅の合計として計算され、前記歩行距離ｓは
    

    

    で求められることを特徴とする方法。
16. 請求項１乃至１５いずれか一項に記載の方法であって、前記方法はウォーキング、ランニング、スキーなどの推移方法を、加速度最大値および最小値、特徴加速度値ａ＋およびａ−、および／または歩行率に基づいて、区別することを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、またはクロスカントリースキーなどの移動方法ごとに個別較正を行うことを特徴とする方法。
18. 請求項１乃至１７いずれか一項に記載の方法であって、前記方法がステップ・バイ・ステップ式ナビゲーションの使用に適応されることを特徴とする方法。
19. 移動中の人の推移を測定するための装置であって、前記移動中の人の推移を表す、速さ、歩行率、歩数、歩幅、距離、移動様態などの量のうち少なくとも１つは、加速度センサによって測定された加速度値から得られた歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋およびブレーキ段階特徴加速度ａ−と、前記測定された時間と、に基づいて計算されるように、前記装置が加速度と時間とを測定するように構成されることを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の装置であって、前記装置が、前記測定された加速度値の歩周期ごとの最大値として前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、前記測定された加速度値の歩周期ごとの最小値として前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成されることを特徴とする方法。
21. 請求項１９に記載の装置であって、前記装置が、アナログフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、アナログフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成されることを特徴とする方法。
22. 請求項１９に記載の装置であって、前記装置が、デジタルフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、デジタルフィルタリングされた加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成されることを特徴とする方法。
23. 請求項１９に記載の装置であって、前記装置が、デジタルフィルタリングされた、正の半サイクル中に渡って何度も選択された、加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、デジタルフィルタリングされた、負の半サイクル中に渡って何度も選択された、加速度センサ信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの平均値として、前記ブレーキ段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成されることを特徴とする方法。
24. 請求項２２または２３に記載の装置であって、前記装置がデジタルフィルタリングを行うとき次の関数を使用するように構成され、
    

    

    なお、ｆは周波数であり、ｆ_０は適切に選択された周辺周波数であることを特徴とする方法。
25. 請求項１９に記載の装置であって、前記装置が、デジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサからの信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最大値として、前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、デジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサからの信号ａ_ｉｎの歩周期ごとの最小値として前記ブレーキ段階特徴加速度と、を判断するように構成されることを特徴とする方法。
26. 請求項１９に記載の装置であって、前記装置が、正の半サイクル中に渡って何度も選択されたデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサから信号ａ_ｉｎの歩周期ごとに平均値として前記歩周期別加速段階特徴加速度ａ＋と、負の半サイクル中に渡って何度も選択されたデジタル重み付けをフィルタリングされた加速度センサから信号ａ_ｉｎの歩周期ごとに平均値として前記加速度段階特徴加速度ａ−と、を判断するように構成されることを特徴とする方法。
27. 請求項２５または２６に記載の装置であって、前記装置がデジタル重み付けフィルタリングを行うとき次の関数を使用するように構成されることを特徴とし、
    

    

    なお、ｎはｎ番目のサンプルを示し、ｋは重み係数である方法。
28. 請求項１９乃至２７のいずれか一項に記載の装置であって、前記装置が、特徴加速度ａ＋および／またはａ−に基づいて速さｖを計算するように構成されることを特徴とし、その際の数式が、
    

    

    であって、なお、ｋは定数である方法。
29. 請求項１９乃至２８いずれか一項に記載の装置であって、前記装置が、前記測定された加速度値により与えられる加速度グラフ上の、１歩対に消費される時間Δｔ_ｐｏｓを、最大値、最小値、または特定値を上回るまたは下回るポイントなどの２つの当量点の間の時間間隔として、判断するように構成されることを特徴とする方法。
30. 請求項２９に記載の装置であって、前記装置が歩幅ｓ_ｓｔｅｐまた１歩対幅ｓ_ｐｏｓを計算するが、その際の数式が、
    

    

    であることを特徴とする方法。
31. 請求項２９または３０に記載の装置であって、前記装置が複歩行率ｆ_ｐｏｓまたは歩行率ｆ_ｓｔｅｐを計算するが、その際の数式が、
    

    

    であることを特徴とする方法。
32. 請求項３０または３１に記載の装置であって、前記装置が、前記測定された加速度値により与えられる加速度グラフ上の、最大値、最小値、または特定値を上回るまたは下回る点などの当量点の数ｎに基づいて、ステップカウントｎを計算するように構成されることを特徴とする方法。
33. 請求項３０、３１または３２に記載の装置であって、前記装置が、歩行距離ｓを歩幅または歩対幅の合計として、歩行距離ｓを計算するが、前記歩行距離ｓが
    

    

    で求められることを特徴とする方法。
34. 請求項１９乃至３３の一項に記載の装置であって、前記装置が、ウォーキング、ランニング、スキーなどの推移方法を、加速度最大値および最小値、特徴加速度値ａ＋およびａ−、および／または歩行率に基づいて、区別するように構成されることを特徴とする方法。
35. 請求項３４に記載の装置であって、前記装置が、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、またはクロスカントリースキーなどの推移方法ごとに個別較正を行うように構成されることを特徴とする方法。
36. 請求項１９乃至３５のいずれか一項に記載の装置であって、前記装置がステップ・バイ・ステップ式ナビゲーションで使用されるように構成されることを特徴とする方法。
37. 請求項３６に記載の装置であって、前記装置が、高度計、衛星ナビゲーション装置、および／または磁気探知器と協働するように構成されることを特徴とする方法。
38. 請求項３６または３７に記載の装置であって、前記装置が、地図データベースのデータおよび／または地形傾きデータを受信および／または利用するように構成されることを特徴とする方法。
39. 履物であって、前記履物が、移動する人物の推移を測定するための、請求項１９乃至３８のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする方法。
40. 移動する人物の胴に位置される装置であって、前記装置が、移動する人物の推移を測定するための、請求項１９乃至３８のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする方法。
41. 移動する人物の腕に位置される装置であって、前記装置が、移動する人物の推移を測定するための、請求項１９乃至３８のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする方法。
42. 移動する人物のための表示部であって、前記移動する人物のための表示部が、移動する人物の推移を測定するための、請求項１９乃至３８のいずれか一項に記載の装置と協働するように構成されたことを特徴とする方法。
43. 移動する人物の推移を測定するためのシステムであって、前記システムが、移動する人物の推移を測定するための、請求項１９乃至３８のいずれか一項に記載の装置と、前記装置と協働するように構成された、移動する人物のための表示部と、を備えることを特徴とする方法。
44. 請求項４３に記載のシステムであって、前記移動する人物の推移を測定するための装置と前記移動する人物のための表示部とが１つの装置に統合されることを特徴とする方法。

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