JP2013258505A - 歩容計測装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】歩容を判定するために必要な計測動作を確実に行いつつ、消費電力を節約してバッテリ寿命の延長を図る。
【解決手段】携帯端末ＵＴにおいて計測判断部１３が、単位計測期間中に計測された加速度の絶対値を積算してしきい値と比較し、積算値がしきい値以下であればユーザＵは実質的に歩行停止状態にあると見なして、歩容計算処理を行わずに加速度データの取得・蓄積処理に戻る。また、加速度の積算値がしきい値を超えている場合には、速度計測部１２がユーザＵの位置情報の変化量と上記単位計測期間の長さをもとにユーザＵの移動速度を計算する。そして、計測判断部１３が、上記計算されたユーザＵの移動速度をしきい値と比較し、移動速度がしきい値を超える場合にはユーザＵが歩行以外の方法又は手段により移動していると見なして、歩容計算処理を行わずに加速度データの取得・蓄積処理に戻る。
【選択図】図４

Description

この発明は、歩行のテンポや規則正しさ、左右バランス等の人の歩容を計測する装置とこの装置で使用される歩容計測方法及びプログラムに関する。

人の歩容を計測するための方法として、人体に加速度計を取り付けて歩行時に生じる加速度を計測し、この加速度の計測値をもとに歩容を算出する方法が提案されている（例えば非特許文献１を参照）。この方法を用いると小型で安価な装置を提供することができる。しかし、この種の装置はバッテリにより動作する携帯端末により構成されるため、歩容を長期間に渡って計測しようとすると、バッテリの持続時間が問題となる。

一方、携帯端末のバッテリ寿命を延ばすための技術として、位置履歴を収集する場合に過去に検出された移動パターンと近似する移動パターンが検出された場合には位置情報の取得を停止することで消費電力を節約する技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１１−２５９０２０号公報

山田実他、「体幹感加速度由来歩容指標による歩容異常の評価」、理学療法学 第３３巻第１号 １４〜２１頁 ２００６年

しかし、歩容の計測では歩行の規則性を判定する必要があり、そのためにはある程度長期間に渡って加速度を計測する必要がある。ところが、特許文献１に記載された技術は近似する移動パターンが検出されると計測動作を停止するものであるため、先に述べたように歩行の規則性を判定する必要がある歩容の計測には不向きだった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、歩容情報の算出に必要な計測動作を確実に行いつつ、消費電力を節約してバッテリ寿命の延長を可能にする歩容計測装置、方法及びプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一観点は、ユーザの歩行動作の加速度を計測してその計測結果を表す加速度データを得ると共に、予め設定した単位計測期間ごとに前記ユーザの歩行速度に関する情報を得る。そして、上記単位計測期間ごとに、上記得られた歩行速度に関する情報に基づいてユーザの歩行速度が予め設定した適正範囲内であるか又は外れているか否かを判定し、ユーザの歩行速度が前記適正範囲内と判定された場合に、当該単位計測期間に得られた加速度データをもとに前記ユーザの歩行動作の特徴を表す歩容情報を算出する。一方、ユーザの歩行速度が前記適正範囲から外れていると判定された場合には、当該単位計測期間における前記歩容情報の算出処理を実行しないようにしたものである。
したがって、ユーザの歩行速度が適正範囲から外れている単位計測期間には歩容計算処理が行われない。このため、単位計測期間ごとに無条件に歩容計算処理を実行する場合に比べ、装置の消費電力を低減してバッテリ寿命を延ばすことが可能となる。

また、この発明の一観点は以下のような態様を備えることを特徴とする。
第１の態様は、前記単位計測期間に得られた加速度データの絶対値の積算値をユーザの歩行速度に関する情報として算出し、この算出された加速度データの絶対値の積算値を第１のしきい値と比較して、積算値が第１のしきい値以下の場合に、当該単位計測期間における歩容情報算出処理を実行しないようにするものである。
このようにすると、ユーザが実質的に歩行を停止している期間には歩容計算処理は行われない。このため、歩行を停止している期間における装置の消費電力を低減することができる。

第２の態様は、前記単位計測期間におけるユーザの移動速度を計測し、この計測されたユーザの移動速度を第２のしきい値と比較し、移動速度が第２のしきい値を超える場合には、当該単位計測期間における歩容情報算出処理を実行しないようにするものである。
このようにすると、ユーザが歩行速度を超える速度で高速に移動している期間には歩容計算処理は行われない。このため、ユーザが歩行以外の手段で移動している期間における装置の消費電力を低減することが可能となる。

すなわちこの発明によれば、歩容情報を算出するために必要な計測動作を確実に行いつつ、消費電力を節約してバッテリ寿命の延長を可能にする歩容計測装置、方法及びプログラムを提供することができる。

この発明の一実施形態に係る歩容計測システムの全体構成を示す図。 図１に示したシステムにおいて歩容計測装置として使用される携帯端末の構成を示すブロック図。 図１に示したシステムにおいて歩容計測装置により計測された歩容データを蓄積し管理するために使用されるサーバ装置の構成を示すブロック図。 図２に示した携帯端末による歩容計測処理の手順と処理内容を示すフローチャート。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［一実施形態］
（構成）
図１は、この発明の一実施形態に係わる歩容計測システムの全体構成を示す図であり、ＵＴは歩容計測装置としての機能を有する携帯端末を示している。このシステムは、計測対象となるユーザＵが所持する携帯端末ＵＴと歩容管理サーバＳＶとの間でネットワークＮＷを介してデータ通信を可能にしたものである。

なお、ネットワークＮＷは、例えばインターネットに代表されるＩＰ（Internet Protocol）網と、このＩＰ網に対しアクセスするための複数のアクセス網とから構成される。アクセス網としては、３Ｇ等の携帯電話網や無線ＬＡＮ（Local Area Network）等が用いられる。

ところで、上記携帯端末ＵＴは以下のような機能を備えている。図２はその機能構成を示すブロック図である。
携帯端末ＵＴは例えばスマートホンからなり、制御ユニット１と、記憶ユニット２と、無線ユニット３とを備え、さらに加速度センサ４及びＧＰＳ（Global Positioning System）受信機５を備えている。無線ユニット３は、ネットワークＮＷが備えるアクセスポイント等の基地局に無線接続され、この基地局からＩＰ網を介して歩容管理サーバＳＶとの間でデータ通信を行う。

加速度センサ４は三軸加速度センサからなり、三軸それぞれの加速度を検出してその検出信号をディジタル化したのち制御ユニット１へ出力する。ＧＰＳ受信機５は、複数のＧＰＳ衛星からそれぞれ送信されるＧＰＳ信号を受信し、この受信したＧＰＳ信号をディジタル化したのち制御ユニット１へ出力する。

記憶ユニット２は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の随時書込み読出しが可能な不揮発性メモリを用いたもので、この発明の一実施形態を実現する上で必要な記憶部として、加速度データ記憶部２１及び歩容データ記憶部２２を備えている。加速度データ記憶部２１は、後述する加速度計測部１１により得られる加速度データを記憶するために使用される。歩容データ記憶部２２は、後述する歩容計算部１４により計算された歩容データを記憶するために用いられる。

制御ユニット１は中央処理ユニット（ＣＰＵ）を有し、この発明の一実施形態を実現するために必要な制御機能として、加速度計側部１１と、速度計測部１２と、計測判断部１３と、歩容計算部１４と、歩容データ送信部１５を備えている。これらの加速度計側部１１、速度計測部１２、計測判断部１３、歩容計算部１４及び歩容データ送信部１５は、図示しないプログラムメモリに格納されたアプリケーション・プログラムを上記ＣＰＵに実行させることにより実現される。

加速度計側部１１は、予め設定された単位計測期間において一定の周期で上記加速度センサ４から三軸それぞれの加速度検出データを取り込み、この取り込んだ加速度データをその計測時刻を表す情報と関連付けて記憶ユニット２の加速度データ記憶部２１に順次格納する処理を行う。上記計測周期は、例えば２０msec、つまりサンプリングレート５０Hzの時間間隔で、一定時間（１０秒間）連続的に計測するように設定される。

速度計測部１２は、例えば上記単位計測期間の開始タイミングと終了タイミングにおいて、上記ＧＰＳ受信機５により受信されたＧＰＳ信号をもとに緯度及び経度により表される位置情報をそれぞれ算出する。そして、この算出された位置情報の変化量、つまり移動距離と、上記単位計測期間の長さとから、携帯端末ＵＴの速度を計算する処理を行う。なお、上記速度は、上記単位計測期間内において一定の時間間隔で複数回算出して、この算出された複数の速度の平均値を算出するようにしてもよい。また、位置情報の計測手段としては、ＧＰＳを利用するもの以外に、移動通信システムの基地局の位置に基づくものや、無線ＬＡＮ（Local Area Network）のアクセスポイントの設置場所に基づくもの等を利用してもよく、さらにはこれら複数の計測手段を適宜組み合わせてもよい。

計測判断部１３は、上記単位計測期間が経過するごとに上記加速度データ記憶部２１から当該単位計測期間における三軸それぞれの加速度データを読み込み、三軸それぞれの加速度の絶対値を積算する。そして、その積算値を予め設定したしきい値と比較し、その結果からユーザＵが歩行中であるか停止中であるかを判定する。またそれと共に計測判断部１３は、上記速度計測部１２により計算された上記単位計測期間におけるユーザＵの速度をもとに、ユーザＵが歩行と見なせる適切な速度を超える速度で移動しているか否かを判定する。

歩容計算部１４は、上記計測判断部１３においてユーザＵが歩行中であると判定され、かつその歩行速度が適切な歩行速度の範囲内と判定された場合にのみ起動する。そして、起動すると上記加速度データ記憶部２１から計測時刻ごとに加速度データを読み出し、この加速度データに対しデータ解析処理を施して歩容情報を算出する処理を実行する。そして、この算出された歩容情報を歩容データ記憶部２２に格納する。

歩容情報は、例えばｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向のそれぞれの加速度計測値に対し、高速フーリエ変換による周波数解析、自己相関解析、ＲＭＳ（Root Mean Square）値の算出、積分値の算出の各処理を行うことによって算出される。ただし、これらの処理以外にも歩容の特徴を定量的に表すための算出処理があれば、上記処理に加えるか或いは代えてもよい。

なお、ユーザの歩行中の体の動きを的確に計測するには、加速度センサ４はユーザＵの体の重心、例えば腰部に装着することが望ましいが、歩容を算出可能であれば腰部に限ることなく他の位置に取り付けてもよい。

歩容データ送信部１５は、定期的又は任意のタイミングで上記歩容データ記憶部２２から未送信の歩容情報を読み出し、この読み出した歩容情報を無線ユニット３から歩容管理サーバＳＶへ送信する処理を行う。なお、歩容情報は、上記単位計測期間における歩容情報が算出されるごとにその都度歩容管理サーバＳＶへ送信するようにしてもよい。

一方、歩容管理サーバＳＶは以下のような機能を備えている。図３はその構成を示す機能ブロック図である。
すなわち、歩容管理サーバＳＶは、制御ユニット６と、記憶ユニット７と、通信ユニット８を備えている。通信ユニット８は、ネットワークＮＷを介して携帯端末ＵＴとの間でデータ通信を行うために使用される。

記憶ユニット７は、ＨＤＤ等の大容量の記憶装置を備えたもので、この発明の一実施形態を実施するために必要な記憶領域として、歩容データ記憶部７１と、歩容統計情報データベース７２を備えている。歩容データ記憶部７１は、後述する歩容データ受信処理部６１により受信された歩容情報を記憶するために使用される。歩容統計情報データベース７２は、後述する歩容統計情報計算部６２により計算された歩容統計情報を記憶するために使用される。

制御ユニット６はコンピュータからなり、この発明の一実施形態に係る制御機能として、歩容データ受信処理部６１と、歩容統計情報計算部６２を備えている。これらの処理機能は、何れも図示しないプログラムメモリに格納されたアプリケーション・プログラムを上記コンピュータに実行させることにより実現される。

歩容データ受信処理部６１は、携帯端末ＵＴから歩容情報が送信されるごとに、この歩容情報を通信ユニット８を介して受信し、この受信した歩容情報を送信元の携帯端末ＵＴ又はその所持者であるユーザＵの識別情報（端末ＩＤ又はユーザＩＤ）と関連付けて歩容データ記憶部７１に格納する処理を行う。

歩容統計情報計算部６２は、上記歩容データ記憶部７１に記憶されたユーザの歩容情報をもとに、例えば日付別の歩数や歩行時間や、歩行テンポ、規則正しさ、左右バランスの変化等を算出し、これを歩容統計情報として歩容統計情報データベース７２に格納する処理を行う。

（動作）
次に、以上のように構成されたシステムの動作を説明する。
携帯端末ＵＴでは、歩容情報の計測動作が以下のように実行される。図４はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
すなわち、携帯端末ＵＴでは、先ずステップＳ１において加速度計側部１１が起動し、この加速度計測部１１の制御の下で、加速度センサ４から一定の周期（例えば２０msec）で三軸それぞれの加速度検出データが取り込まれ、この取り込まれた三軸それぞれの加速度データが計測時刻を表す情報と関連付けられて加速度データ記憶部２１に順次格納される。この加速度データの取得・蓄積処理は、予め設定された単位計測期間（例えば１０秒間）が経過するまで繰り返し実行される。

さて、上記単位計測期間の経過がステップＳ２で検出されると計測判断部１３が起動し、この計測判断部１３の制御の下で、先ずステップＳ３により上記加速度データ記憶部２１から当該単位計測期間における三軸それぞれの加速度データが読み出され、この読み出された三軸それぞれの加速度についてその絶対値の積算が行われる。そして、ステップＳ４において、上記算出された加速度の積算値が予め設定されたしきい値と比較される。この比較の結果、加速度の積算値がしきい値以下であれば、ユーザＵは実質的に歩行停止状態にあると判定され、歩容計算処理を行わずに上記ステップＳ１による加速度データの取得・蓄積処理に戻る。

一方、加速度の積算値がしきい値を超えていると、ユーザＵは歩行中であると判定され、ステップＳ５により歩行速度の判定が以下のように行われる。すなわち、速度計測部１２により算出され保存されていた、上記単位計測期間の開始タイミングと終了タイミングにおけるユーザＵの位置情報がそれぞれ読み出され、この読み出された位置情報の変化量、つまり移動距離が算出される。そして、この算出された移動距離と上記単位計測期間の長さとをもとにユーザＵの移動速度が計算される。続いて計測判断部１３により、上記算出されたユーザＵの移動速度をしきい値と比較することで、ユーザＵが歩行していると見なせる速度で移動しているか、或いは歩行しているとは見なせないほど速い速度で移動しているかが判定される。そして、ユーザＵが歩行していると見なすことができないほど速い速度で移動していると判定された場合には、歩容計算処理を行わずに上記ステップＳ１による加速度データの取得・蓄積処理に戻る。

これに対し、ユーザＵが歩行していると見なせる速度で移動していると判定されたとする。この場合には、ステップＳ６において歩容計算部１４が起動し、この歩容計算部１４により歩容を算出するための計算処理が以下のように行われる。すなわち、上記加速度データ記憶部２１から計測時刻ごとにｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向のそれぞれの加速度計測値が読み出され、この読み出された加速度計測値に対し高速フーリエ変換による周波数解析、自己相関解析、ＲＭＳ（Root Mean Square）値の算出、積分値の算出等のデータ解析処理が実行される。そして、この解析処理により得られた歩容情報は歩容データ記憶部２２に保存される。なお、この歩容情報の算出処理例は非特許文献１に詳しく記載されている。

最後に携帯端末ＵＴでは、送信タイミングになるとステップＳ７において歩容データ送信部１５が起動し、この歩容データ送信部１５の制御の下で、上記歩容データ記憶部２２から未送信の歩容情報が読み出され、無線ユニット３から歩容管理サーバＳＶへ向け送信される。

一方、歩容管理サーバＳＶでは、携帯端末ＵＴから歩容情報が送信されると、歩容データ受信処理部６１の制御の下、上記歩容情報の受信処理が行われる。そしてこの受信され歩容情報が、送信元の携帯端末ＵＴの端末ＩＤ又はその所持者であるユーザＵのユーザＩＤと関連付けられて歩容データ記憶部７１に格納される。そして、歩容統計情報計算部６２により、上記歩容データ記憶部７１に記憶された各ユーザの歩容情報をもとに、例えば日付別の歩数や歩行姿勢の変化、歩容の特徴等が算出されて歩容統計情報データベース７２に格納される。

（効果）
以上詳述したように一実施形態では、携帯端末ＵＴにおいて計測判断部１３が、単位計測期間中に計測された加速度の絶対値の積算値を算出してしきい値と比較し、積算値がしきい値以下であればユーザＵは実質的に歩行停止状態にあると見なして、歩容計算処理を行わずに加速度データの取得・蓄積処理に戻るようにしている。また、加速度の積算値がしきい値を超えている場合には、速度計測部１２がユーザＵの位置情報の変化量と上記単位計測期間の長さとをもとにユーザＵの移動速度を計算する。そして、計測判断部１３が、上記計算されたユーザＵの移動速度をしきい値と比較し、移動速度がしきい値を超える場合にはユーザＵが歩行以外の方法又は手段により移動していると見なして、歩容計算処理を行わずに加速度データの取得・蓄積処理に戻るようにしている。

したがって、ユーザＵが実質的に歩行を停止している期間と、歩行を超える速度で高速に移動している期間には、歩容計算処理は行われない。このため、単位計測期間ごとに無条件に歩容計算処理を実行する場合に比べ、携帯端末ＵＴにおける消費電力を低減してバッテリ寿命を延ばすことができる。

［他の実施形態］
前記一実施形態では、加速度の絶対値の積算値がしきい値以下の場合にも、また移動速度がしきい値を超える場合にも、歩容計算処理を行わずに加速度データの取得・蓄積処理に戻るようにした。しかし、それに限らず、上記２つの条件のいずれか一方に該当した場合にのみ、歩容計算処理を行わずに加速度データの取得・蓄積処理に戻るようにしてもよい。

その他、加速度の検出手段、速度の検出手段、歩容情報の算出方法、歩容計測装置として使用する端末の種類や構成等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

Ｕ…ユーザ、ＵＴ…携帯端末、ＳＶ…歩容管理サーバ、ＮＷ…ネットワーク、１，６…制御ユニット、２，７…記憶ユニット、３…無線ユニット、４…加速度センサ、５…ＧＰＳ受信機、８…通信ユニット、１１…加速度計側部、１２…速度計測部、１３…計測判断部、１４…歩容計算部、１５…歩容データ送信部、２１…加速度データ記憶部、２２…歩容データ記憶部、６１…歩容データ受信処理部、６２…歩容統計情報計算部、７１…歩容データ記憶部、７２…歩容統計情報記憶部。

Claims (7)

1. ユーザの歩行動作の加速度を計測してその計測結果を表す加速度データを得る加速度計測手段と、
   予め設定した単位計測期間ごとに、当該単位計測期間に前記加速度計測手段により得られた加速度データをもとに前記ユーザの歩行動作の特徴を表す歩容情報を算出する歩容情報算出手段と、
   前記単位計測期間ごとに、前記ユーザの歩行速度に関する情報を得る歩行速度情報取得手段と、
   前記単位計測期間ごとに、前記歩行速度情報取得手段により得られた歩行速度に関する情報に基づいて前記ユーザの歩行速度が予め設定した適正範囲から外れているか否かを判定し、外れていると判定された場合には当該単位計測期間における歩容情報算出処理を実行させないように前記歩容情報算出手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする歩容計測装置。
2. 前記歩行速度情報取得手段は、前記単位計測期間に前記加速度計測手段により得られた加速度データの絶対値の積算値を前記ユーザの歩行速度に関する情報として算出し、
   前記制御手段は、前記算出された加速度データの絶対値の積算値を予め設定した第１のしきい値と比較し、積算値が第１のしきい値以下の場合に、当該単位計測期間における歩容情報算出処理を実行させないように前記歩容情報算出手段を制御することを特徴とする請求項１記載の歩容計測装置。
3. 前記歩行速度情報取得手段は、前記単位計測期間におけるユーザの移動速度を計測し、
   前記制御手段は、前記計測されたユーザの移動速度を予め設定した第２のしきい値と比較し、移動速度が第２のしきい値を超える場合に、当該単位計測期間における歩容情報算出処理を実行させないように前記歩容情報算出手段を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の歩容計測装置。
4. ユーザの歩行動作の加速度をもとに当該ユーザの歩容情報を算出する装置で実行される歩容計測方法において、
   ユーザの歩行動作の加速度を計測してその計測結果を表す加速度データを得る過程と、
   予め設定した単位計測期間ごとに、前記ユーザの歩行速度に関する情報を得る過程と、
   前記単位計測期間ごとに、前記得られた歩行速度に関する情報に基づいて前記ユーザの歩行速度が予め設定した適正範囲内であるか又は外れているか否かを判定する過程と、
   前記ユーザの歩行速度が前記適正範囲内と判定された場合に、当該単位計測期間に得られた加速度データをもとに前記ユーザの歩行動作の特徴を表す歩容情報を算出し、前記ユーザの歩行速度が前記適正範囲から外れていると判定された場合には、当該単位計測期間における前記歩容情報の算出処理を実行しないように制御する過程と
   を具備することを特徴とする歩容計測方法。
5. 前記歩行速度に関する情報を取得する過程は、前記単位計測期間に得られた加速度データの絶対値の積算値を前記ユーザの歩行速度に関する情報として算出し、
   前記判定する過程は、前記算出された加速度データの絶対値の積算値を予め設定した第１のしきい値と比較して、積算値が第１のしきい値以下であるか否かを判定し、
   前記制御する過程は、前記積算値が第１のしきい値以下であると判定された場合には、当該単位計測期間における歩容情報算出処理を実行しないように制御することを特徴とする請求項４記載の歩容計測方法。
6. 前記歩行速度に関する情報を取得する過程は、前記単位計測期間におけるユーザの移動速度を計測し、
   前記判定する過程は、前記計測されたユーザの移動速度を予め設定した第２のしきい値と比較し、移動速度が第２のしきい値を超えるか否かを判定し、
   前記制御する過程は、前記移動速度が第２のしきい値を超えると判定された場合には、当該単位計測期間における歩容情報算出処理を実行しないように制御することを特徴とする請求項４又は５記載の歩容計測方法。
7. 請求項１乃至３のいずれかに記載の歩容計測装置が具備する各手段の処理機能を、当該歩容計測装置が備えるコンピュータに実行させるプログラム。

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