JP2013533481A - 歩行者の歩幅を推定する方法及びそのための携帯端末 - Google Patents

歩行者の歩幅を推定する方法及びそのための携帯端末 Download PDF

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Abstract

携帯端末の装置及び方法は、歩行者の歩幅を推定する。加速度計は、上記携帯端末を携帯する歩行者の歩行に従い上記携帯端末の移動による加速度を検出する。ジャイロスコープは、上記歩行者が歩行に従い上記携帯端末の移動による角速度を検出する。制御部は、上記検出された加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて上記携帯端末のスイング動作の大きさを判定し、前記スイング動作の大きさが所定の値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記スイング動作を行うものと判定し、上記検出された加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて前記歩行者の身体における前記携帯端末の携帯位置を判定し、前記判定された前記携帯端末の携帯位置に従って前記歩行者の歩幅を推定する。

Description

本発明は、携帯端末に関し、特に、歩行者の歩幅を推定する方法及びそのための携帯端末に関する。
最近では、歩行者中心の経路案内を実行することができるパーソナルナビゲーションシステム（Personal Navigation System）は、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、及びＭＰ３プレーヤーなどのような携帯端末に幅広く搭載される。パーソナルナビゲーションシステムは、経路案内対象である歩行者の位置を把握し、歩行者のために経路を案内するシステムを意味する。
通常、歩行者のナビゲーションを実行するパーソナルナビゲーションシステムは、ＧＰＳ受信器、加速度計、及びジャイロスコープなどを携帯端末に装着することにより実現することができる。このようなパーソナルナビゲーションシステムは、歩行者の歩幅を推定し、推定された歩幅を用いてナビゲーションソリューションを生成することによりナビゲーションサービスを提供する。したがって、正確なナビゲーションサービスを提供するためには、歩行者の歩幅を正確に測定しなければならない。
従来技術では、携帯端末は、歩行者の移動中に歩行者の身体のどの部分に持ち運ぶかを考慮せず歩幅を推定する。このように歩幅を推定する過程において、身体の異なる部分に位置した携帯端末の位置に依存して多数のエラーが発生する場合があるので、最悪の場合、歩幅推定性能が大きく低下するという結果が生じる。
本発明の目的は、少なくとも上述した問題点及び／又は不都合に取り組み、少なくとも以下の便宜を提供することにある。すなわち、本発明の目的は、加速度計及びジャイロスコープを用いて携帯端末が歩行者の身体に携帯される位置を判定し、判定された携帯端末の携帯位置に基づく歩幅推定アルゴリズムを適用することにより、歩行者により正確な経路を提供することができる歩幅を推定する方法及びそのための携帯端末を提供することにある。
上記のような目的を達成するために、本発明の実施形態の一態様による携帯端末は、加速度計と、ジャイロスコープと、制御部とを含む。上記加速度計は、上記携帯端末を携帯する歩行者の歩行に従い、上記携帯端末に組み込まれた加速度計を用いて上記携帯端末の移動による加速度を検出する。上記ジャイロスコープは、上記携帯端末を携帯する歩行者の歩行に従い、上記携帯端末に組み込まれたジャイロスコープを用いて上記携帯端末の移動による角速度を検出する。上記制御部は、検出された上記加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて上記携帯端末のスイング動作の大きさを決定し、上記スイング動作のサイズが予め設定された値より大きいか又は同一である場合に上記携帯端末が上記スイング動作を行うものと判定し、検出された上記加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて上記歩行者の身体における上記携帯端末の携帯位置を判定し、上記携帯端末の決定された上記携帯位置に基づいて上記歩行者の歩幅を異なって推定することを特徴とする。
本発明の実施形態の他の態様による歩幅推定方法は、携帯端末を携帯する歩行者が歩行に従い、上記携帯端末に組み込まれた加速度計を用いて上記携帯端末の移動による加速度を検出するステップと、上記携帯端末を携帯する歩行者の歩行に従い、上記携帯端末に組み込まれたジャイロスコープを用いて上記携帯端末の移動による角速度を検出するステップと、検出された上記加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて上記携帯端末のスイング動作の大きさを決定するステップと、上記スイング動作のサイズが予め設定された値より大きいか又は同一である場合に上記携帯端末が上記スイング動作を行うものと判定するステップと、上記検出された加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて上記歩行者の身体における上記携帯端末の携帯位置を判定するステップと、上記携帯端末の決定された上記携帯位置に基づいて上記歩行者の歩幅を異なって推定するステップとを特徴とする。
本発明のさらに他の態様による携帯端末は、加速度計と、ジャイロスコープと、制御部とを含む。加速度計は、携帯端末の移動による加速度を検出する。ジャイロスコープは、上記携帯端末の移動に対する方向情報を検出する。上記制御部は、検出された上記加速度及び上記方向情報を用いて上記携帯端末のスイング動作の大きさを判定し、上記スイング動作の大きさに従って対応する歩行者歩幅推定アルゴリズムを適用する。
本発明は、加速度計及びジャイロスコープを用いて携帯端末を歩行者の身体につける位置を判定し、判定された携帯端末の携帯位置に基づく歩幅推定アルゴリズムを適用することにより歩行者により正確な経路を提供することができる歩幅を推定する方法及びそのための携帯端末を提供することにある。
本発明のより完全な理解及びそれに従う利点は、添付された図面とともに考慮すれば、後述する詳細な説明を参照してより容易に理解できる。また、図面中、同一の参照符号は、同一であるか又は類似した構成要素を示す。
歩行周波数と歩幅との間の関係及び加速度分散と歩幅との間の関係を示すグラフである。 歩行周波数と歩幅との間の関係及び加速度分散と歩幅との間の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態による携帯端末の構成を示すブロック図である。 本発明で考慮する携帯端末の４タイプの携帯位置を示す図である。 本発明で考慮する携帯端末の４タイプの携帯位置を示す図である。 本発明で考慮する携帯端末の４タイプの携帯位置を示す図である。 本発明で考慮する携帯端末の４タイプの携帯位置を示す図である。 本発明の一実施形態による歩幅推定過程を示す図である。 本発明の一実施形態による携帯位置を判定する過程を示す図である。
本発明を詳細に説明するのに先立って、本明細書の全般にわたって使用される特定の単語及び語句の定義を開示することが望ましい。“含む”及び “備える”という語句だけではなく、その派生語は、限定ではなく、包含を意味する。“又は”という用語は、“及び／又は”の意味を包含する。“関連した”及び“それと関連した”という語句だけではなく、その派生語句は、“含む”、“含まれる”、“相互に連結する”、“包含する”、“包含される”、“連結する”、“結合する”、“疎通する”、“協力する”、“相互配置する”、“並置する”、“近接する”、“接する”、“有する”、及び“特性を有する”などを意味することができる。制御部は、少なくとも１つの動作を制御する装置、システム又はその部分を意味するもので、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらのうちの２つ以上の組合せで実現することができる。特定の制御部に関連する機能は、集中しているか、あるいは近距離、または遠距離に分散されることもあることに留意すべきである。特定の単語及び語句に関するこのような定義は、本明細書の全般にわたって規定されるもので、当業者には、大部分の場合ではなくても、多くの場合において、このような定義がそのように定義された単語及び語句の先行使用にはもちろん、将来の使用にも適用されるものであることが自明である。
以下に説明する図１乃至図９及び本明細書において本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものであると解釈されてはならない。当業者であれば、本発明の原理が適切に配置された任意の携帯端末で実現することができるものであることは自明である。下記の説明において、同一の構成要素に対してはできるだけ同一の参照符号及び参照番号を付して説明する。また、パケット識別の特定値、ディスプレイ情報のコンテンツのように、次の説明における様々な特定の定義は、本発明の一般的な理解を助けるために提供されるだけであって、上記のような定義なしでも本発明が実現できることは当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。さらに、本発明の下記の説明において、明瞭性と簡潔性の観点から、当業者に良く知られている機能や構成に関する具体的な説明は、省略する。
図１及び図２は、歩行周波数と歩幅間の関係及び加速度分散と歩幅間の関係を示す図である。
図１及び図２に示すように、歩行周波数及び加速度分散は、歩行パターンに従う歩幅変化の特性を適切に反映する歩幅（step length）推定を計算するために使用されるパラメートとして機能する。図１は、歩幅と歩行周波数間の関係を示すグラフであり、図２は、歩幅と加速度分散間の関係を示すグラフである。図１及び図２に示すように、歩幅が歩行周波数及び加速度分散のそれぞれと線形的な関係を有することがわかる。したがって、歩幅は、下記の数式１に示すように、これらの２つのパラメータ、すなわち、歩行周波数及び加速度分散の線形結合（linear combination）で示すことができる。
数式１において、ａ１は、歩行周波数の加重値であり、ａ２は、加速度分散の加重値である。ｂは、定数項であり、ＷＦは、歩行周波数であり、ＡＶは、加速度分散である。
したがって、下記の数式のように、歩行者が１回歩行する瞬間の歩行周波数及び加速度計出力の分散値を計算することができるので、総歩行距離（walking distance）は、歩行者が幾つかの歩行後の各歩行の歩幅を合算することにより計算することができる。
数式２において、ｎは、検出された歩数である。係数ａ１、ａ２、及びｂは、歩行周波数及び加速度分散の線形結合でそれぞれの変数の加重値であり、これは、線形回帰（linear regression）により計算される。この時に、歩幅推定パラメータ係数は、歩幅と歩行周波数との関係及び歩幅と加速度分散間の関係をモデリングすることにより得られる。
以下では、数１の歩幅を推定する方法及び装置、すなわち、パラメータ係数ａ１、ａ２、及びｂを設定するための方法及び装置について説明する。
図３は、本発明の実施形態による携帯端末の構成を示すブロック図である。
図３を参照すると、本発明の一実施形態による携帯端末は、加速度計２１、ジャイロスコープ２２、及び制御部２６を含む。また、図３に示すように、携帯端末は、表示部２３、記憶部２４、及び通信部２５をさらに含むことができる。
具体的に、加速度計２１は、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、又はＭＰ３プレーヤーのような携帯端末の加速度を測定するセンサーである。本発明による携帯端末において、加速度計２１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型加速度計、すなわち、超小型加速度計２１として携帯端末内に組み込まれることができる。加速度計２１は、３個の軸で携帯端末の加速度を感知することができるように設計することができる。本発明の実施形態によると、加速度計２１は、３軸加速度計又は３つの１軸加速度計を用いて実現することができる。
加速度計２１は、３個の軸が側面（lateral）方向（左側又は右側方向）、進行（forward）方向、及び重力（downward）方向（例えば、デカルト座標系上のｘ、ｙ、及びｚ軸）に配置されるように携帯端末に装着される。この時に、加速度計２１の各軸が正確に配置されることが好ましい。しかしながら、本発明の実施形態では、歩行による加速度成分が方向よりさらに重要であるので、加速度計２１は、各軸が加速度信号検出に影響を及ぼさない範囲内で各方向から若干外れている場合にもその特性（例えば、方向）を保持することができる。また、姿勢が非常に歪められている場合にも、加速度計平均により姿勢角を推定することができる。したがって、加速度計２１は、常に、側面、進行、及び重力方向に対する加速度を測定することができる。加速度計２１は、歩行者の側面方向、進行方向、及び重力方向に対する直線運動を感知し、各感知結果に対応する加速度信号を出力する。
ジャイロスコープ２２は、基準方向に対して回転方向を測定するセンサーである。すなわち、基準方向が０度方向に設定される場合に、ジャイロスコープ２２は、現在の方向が基準方向から何度回転したかを測定する。また、ジャイロスコープ２２は、ＭＥＭＳ型ジャイロスコープのような超小型センサーであり、携帯端末内に組み込まれることができる。ジャイロスコープ２２は、３つの軸で携帯端末の角速度を感知することができるように設計する。
加速度計２１及びジャイロスコープ２２を用いて物体の移動経路を表示することができる。まず、開始点の位置を設定した後に、ジャイロスコープ２２を用いて現在の方向を測定する。その後に、加速度計２１を用いて加速度値を測定し、測定された加速度値を２回積分することにより距離を計算する。このように、開始点から距離及び方向を用いて現在の位置を判定することができる。あるいは、地磁気センサーを用いて移動方向を推定し、加速度計から得られた歩行検出に基づく歩幅推定アルゴリズムを介して移動距離を推定することにより現在の位置を判定することもできる。
表示部２３は、携帯端末の一般的な駆動状態を表示し、本発明に従って判定された携帯端末の携帯位置を表示することができる。表示部２３は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）又は有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diodes：ＯＬＥＤ）を含むことができる。
記憶部２４は、携帯端末の駆動のための一般的なプログラム及びアプリケーションを記憶することができる。また、記憶部２４は、本発明の実施形態に従って歩幅推定アルゴリズムなどを記憶することができる。
通信部２５は、音声データ、テキストデータ、映像データ、及び制御データの送受信を担当する。このために、通信部２５は、送信される信号の周波数のアップコンバーティング及び増幅のためのＲＦ送信器と、受信される信号の低雑音増幅及びダウンコンバーティングのためのＲＦ受信器と、信号の送受信のためのアンテナとを含む。通信部２５を用いて携帯端末の携帯位置又は推定された歩幅を携帯端末に組み込まれた記憶部又は外部の記憶部に記憶することができる。
制御部２６は、携帯端末の駆動のために、加速度計２１、ジャイロスコープ２２、表示部２３、記憶部２４、及び通信部２５を制御する。本発明の一実施形態によると、制御部２６は、加速度計２１により検出された加速度又はジャイロスコープ２２により検出された角速度を用いて携帯端末のスイング動作の大きさを決定する。この後に、制御部２６は、スイング動作の大きさを予め定められた値と比較することにより、携帯端末がスイング動作を行うか否かを判定し、その判定の結果に基づいて携帯端末が歩行者の身体部位のどの部分に携帯されるかを判定する。
図４及び図５と図６及び図７は、本発明で考慮する携帯端末の４タイプの携帯位置を示す図である。
図４及び図５と図６及び図７に示すように、本発明で考慮する携帯端末の携帯位置は、携帯端末がスイングするか否かに従って２つのカテゴリーでグルーピングする。１番目のカテゴリーは、図４及び図５に示すように携帯端末がスイングする場合であり、２番目のカテゴリーは、図６及び図７に示すように携帯端末のスイング動作が微小な場合、すなわち、携帯端末がスイングしない場合である。
図４及び図５において、携帯端末がスイングする場合は、歩行者の手に携帯されてスイングする場合（図４）及び歩行者のポケットに携帯されてスイングする場合（図５）に区分する。また、図６及び図７において、携帯端末がスイングしない場合は、歩行者の腰のポケットに携帯される場合（図６）及びスイング動作なしに歩行者の手に携帯される場合（図７）に区分される。
歩行者が携帯端末を携帯する一般的な方法は、上記のような４つのタイプに大別され、この４つのタイプの携帯位置以外の場合は、スイング動作の大きさなどに従ってもっとも近接した携帯位置に含ませることができる。例えば、携帯端末を歩行者のハンドバッグに入れて持ち運ぶ場合は、ハンドバッグがスイング動作を行うか否かに従って手に携帯されてスイングする場合又は歩行者の腰のポケットに携帯される場合に含ませることができるのであろう。
上記の４タイプの携帯方法のうちで、前者の２タイプの場合（図４及び図５）、すなわち、歩行者の手に携帯されてスイングする場合（図４）及び歩行者のズボンのポケットに携帯されてスイングする場合（図５）は、歩行者の歩行に従い携帯端末にスイング動作が加えられる場合に対応する。他方、後者の２タイプの場合（図６及び図７）、すなわち、携帯端末が歩行者の腰に携帯される場合（図６）及び携帯端末がスイング動作なしに歩行者の手に携帯される場合（図７）は、歩行者の歩行にもかかわらずスイング動作が携帯端末に相対的に非常に弱く加えられるか、又はスイング動作が携帯端末に加えられない場合に対応する。
携帯端末がスイングするか否かは、スイング動作の大きさにより識別される。スイング動作の大きさは、加速度計２１及びジャイロスコープ２２により検出された加速度及び角速度を用いて、加速度の大きさ（magnitude of acceleration）、ピッチ変化量（pitch variation）、又はこれらを組み合せた値を使用する。加速度の大きさ及びピッチ変化量は、次の数式により計算される。
加速度の大きさ又はピッチ変化量がしきい値に対応する所定の値より大きいか又は同一である場合にスイング動作があるものと判定する。そうではない場合には、スイング動作がないものと判定する。また、加速度の大きさ及びピッチ変化量を同時に使用する場合に、加速度の大きさ及びピッチ変化量のそれぞれに対して予め定められた値に従ってそれぞれの加重値を設定する。この設定された加重値の合計が予め定められた値より大きいか又は同一である場合には、スイング動作があるものと判定する。そうではない場合には、スイング動作がないものと判定する。
上記のような判定手順の結果として、携帯端末がスイング動作を実行するものと判定される場合に、水平加速度の大きさ（magnitude of horizontal acceleration）、ピッチ変化量、又はこれらの組み合せを用いて携帯端末がスイングする手に携帯されるか又は歩行者のポケットに携帯されるかを判定する。水平加速度の大きさは、地面に平行である水平面に対して北方向（north direction）の加速度の大きさ及び東方向（east direction）の加速度の大きさとして表現され、次の数式５により計算される。
水平加速度の大きさ又はピッチ変化量がしきい値に対応する所定の値より大きいか又は同一である場合に、歩行者がスイングする手に携帯されるものと判定する。そうでない場合には、歩行者のズボンのポケットに携帯されるものと判定する。また、水平加速度の大きさ及びピッチ変化量を同時に使用する場合に、水平方向加速度の大きさ及びピッチ変化量に対して予め設定された値に従ってそれぞれの加重値を設定する。この設定された加重値の合計が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、歩行者がスイングする手に携帯されるものと判定する。そうでない場合には、歩行者のズボンのポケットに携帯されるものと判定する。
携帯端末がスイング動作を行うか否かを判定する上記のような手順の結果として、携帯端末がスイング動作を行わないものと判定する場合に、携帯端末が歩行者のスイングしない手（固定された手）に携帯されるか又は歩行者の腰に携帯されるかを角速度の大きさ（magnitude of angular rate）、ヨーレートの大きさの分散（variance of magnitude of yaw rate）、ヨーの分散（variance of yaw）、又はこれらの組み合せを用いて判定する。角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、及びヨーの分散は、次のような数式により計算される。
角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、又はヨーの分散がしきい値に対応する予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されるものと判定する。そうでない場合には、携帯端末は、歩行者のスイングしない手に携帯されるものと判定する。また、角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、又はヨーの分散を同時に使用する場合に、角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、又はヨーの分散に対して予め定められた値に従ってそれぞれの加重値を設定する。設定された加重値の合計が予め定められた値より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されるものと判定する。そうでない場合には、携帯端末は、歩行者のスイングしない手に携帯されるものと判定する。
角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、又はヨーの分散が予め定められた値より小さい場合に、携帯端末が歩行者のスイングしない手に携帯されるものと判定する理由は、歩行者のボディーを接続させる腕の関節及び手が歩行者の移動に対するダンパーとして機能するために、携帯端末の角速度は、歩行者がスイングしない手に携帯される場合が歩行者の腰に携帯される場合より角速度値が小さい。
携帯端末の携帯位置を識別した後に、数式１を用いて歩幅を推定する。歩行者の歩幅推定アルゴリズムは、数式１のパラメータ（ａ１、ａ２、ｂ）が４タイプの携帯位置に従って異なる値に設定される方式で適用される。例えば、４タイプの携帯位置に従うパラメータの値は、表１に示す。
表１から得られたａ１、ａ２、及びｂ、歩行周波数（約２Ｈｚ）及び加速度分散を用いて、歩行者の歩幅を数式１を用いて推定することができる。
図８は、本発明の一実施形態による歩幅推定方法の各ステップを示す図である。
図８に示すように、本発明の一実施形態による歩幅推定方法は、加速度検出動作（ブロックＳ５１）、角速度検出動作（ブロックＳ５２）、スイング動作の大きさを決定するステップ（ブロックＳ５３）、スイング動作が行われるか否かを判定するステップ（ブロックＳ５４）、携帯端末の携帯位置を判定するステップ（ブロックＳ５５）、及び歩幅推定アルゴリズムを使用するステップ（ブロックＳ５６）を含む。
具体的に、加速度検出動作（ブロックＳ５１）において、歩行者が携帯端末を携帯すると、携帯端末の移動による加速度が、携帯端末に組み込まれた加速度計を用いて検出される。この時に、加速度計は、携帯端末に組み込まれるのに十分小型であるＭＥＭＳ型加速度計であることができる。
角速度検出動作（ブロックＳ５２）において、携帯端末を携帯する歩行者の歩行に従い、携帯端末の移動による角速度は、携帯端末に組み込まれたジャイロスコープを用いて検出される。この時に、ジャイロスコープは、３軸方向の角速度を測定し、携帯端末に組み込まれるのに十分小型であるＭＥＭＳ型ジャイロスコープであることができる。
スイング動作の大きさを決定する場合に(ブロックＳ５３)、検出された加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて携帯端末のスイング動作の大きさを決定する。スイング動作の大きさは、加速度の大きさ、ピッチ変化量、又はこれらの組み合せを用いて決定する。特に、本発明の一実施形態によると、スイング動作の大きさは、加速度の大きさとピッチ変化量との組み合せを用いて決定することができる。この状況において、加速度の大きさ及びピッチ変化量に対する加重値をそれぞれ設定し、設定された加重値の合計でスイング動作の大きさを決定する。
スイング動作が行われるか否かを判定する場合に（ブロックＳ５４）、この決定されたスイング動作の大きさを予め定められた値（α１又はα２）と比較することにより携帯端末のスイング動作が行われるか否かを判定する。すなわち、スイング動作の大きさが予め定められた値（α１又はα２）より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、スイング動作を行うものと判定する。他方、携帯端末はスイング動作を実行しないものと判定する。
携帯端末の携帯位置を判定する場合に（ステップＳ５５）、検出された加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて歩行者の身体における携帯端末の携帯位置を判定する。
本発明の一実施形態によると、ステップＳ５４において、携帯端末がスイング動作を行うものと判定する場合に、携帯端末のスイング動作に従う水平加速度の大きさを決定するステップと水平加速度の大きさを予め設定された値（β１）と比較するステップとをさらに含む。水平加速度の大きさが予め設定された値（β１）より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の手に携帯されている間にスイング動作を行うものと判定する。他方、水平加速度の大きさが予め設定された値（β１）より小さい場合に、携帯端末は、歩行者のポケットに携帯されている間にスイング動作を行うものと判定する。
本発明の他の実施形態によると、ステップＳ５４において、携帯端末がスイング動作を行うものと判定する場合に、歩幅推定方法は、携帯端末のスイング動作に従うピッチ変化量を決定するステップ及びピッチ変化量を予め設定された値（β２）と比較するステップをさらに含む。ピッチ変化量が予め設定された値（β２）より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の手に携帯されている間にスイング動作を行うものと判定する。他方、ピッチ変化量が予め設定された値（β２）より小さい場合に、携帯端末は、歩行者のポケットに携帯されている間にスイング動作を行うものと判定する。
また、本発明のもう１つの実施形態によると、ステップＳ５４において、携帯端末がスイング動作を行うものと判定する場合に、携帯端末のスイング動作に従う水平加速度の大きさ及びピッチ変化量を決定するステップと、水平加速度の大きさ及びピッチ変化量によるそれぞれの加重値を設定するステップと、加重値の合計を予め設定された値と比較するステップとをさらに含む。加重値の合計が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の手に携帯されている間にスイング動作を行うものと判定する。他方、加重値の合計が予め設定された値より小さい場合に、携帯端末は、歩行者のポケットに携帯されている間にスイング動作を行うものと判定する。
本発明の一実施形態によると、ステップＳ５４において、携帯端末がスイング動作を行わないものと判定する場合に、歩幅推定過程は、携帯端末の角速度の大きさを決定するステップ及び角速度の大きさを予め設定された値（γ１）と比較するステップをさらに含む。携帯端末の角速度の大きさが予め設定された値（γ１）より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されるものと判定する。他方、携帯端末の角速度の大きさが予め設定された値（γ１）より小さい場合に、携帯端末は、スイング動作なしに歩行者の手に携帯されるものと判定する。
本発明の他の実施形態によると、ステップＳ５４において、携帯端末がスイング動作を行わないものと判定される場合に、歩幅推定過程は、携帯端末のヨーレートの大きさの分散を決定するステップ及び携帯端末のヨーレートの大きさの分散を予め設定された値（γ２）と比較するステップをさらに含む。携帯端末のヨーレートの大きさの分散が予め設定された値（γ２）より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されるものと判定される。他方、携帯端末のヨーレートの大きさの分散が予め設定された値（γ２）より小さい場合に、携帯端末は、スイング動作なしに歩行者の手に携帯されるものと判定される。
本発明のもう１つの実施形態によると、ステップＳ５４において、携帯端末がスイング動作を行わないものと判定する場合に、携帯端末のヨーの分散を決定するステップ及び携帯端末のヨーの分散を予め設定された値（γ３）と比較するステップをさらに含む。携帯端末のヨーの分散が予め設定された値（γ３）より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されるものと判定される。他方、携帯端末のヨーの分散が予め設定された値（γ３）より小さい場合に、携帯端末は、スイング動作なしに歩行者の手に携帯されるものと判定する。
また、本発明のもう１つの実施形態によると、ステップＳ５４において、携帯端末がスイング動作を行わないものと判定する場合に、歩幅推定過程は、携帯端末の角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、及びヨーの分散をそれぞれ決定するステップと、携帯端末の角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、及びヨーの分散によるそれぞれの加重値を決定するステップと、加重値の合計を予め設定された値と比較するステップとをさらに含む。加重値の合計が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されるものと判定され、加重値の合計が予め設定された値より小さい場合に、携帯端末は、スイング動作なしに歩行者の手に携帯されるものと判定する。
歩幅推定アルゴリズムを使用するステップＳ５６では、携帯端末の携帯位置に基づいて異なるように歩行者の歩幅を推定する。すなわち、携帯端末の４タイプの携帯位置のそれぞれに対する最適のパラメータ（数１及び数２でのａ１、ａ２、及びｂ）を適用することにより歩行者の歩幅を推定する。最適のパラメータは、予め実験的に得られることができ、又は携帯端末の学習を介して得られることもできる。
図９は、本発明の一実施形態による携帯位置を決定する過程を示す図である。
歩行者の歩幅を推定する過程の一例は図９を介して例を挙げる。歩幅推定のための信号が入力される場合に、まず、携帯端末がスイングするか否かを判定する必要がある。携帯端末がスイングするか否かを判定するために携帯端末の加速度計により検出される加速度を使用することができる。加速度の大きさは、３軸方向の加速度に対するサイズを求めた後に、予め設定された値α１と比較する。加速度の大きさがα１より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、スイング動作を行うものと判定される。あるいは、ピッチ変化量を求めた後に他の予め設定された値α２と比較する。同様に、ピッチ変化量がα２より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、スイング動作を行うものと判定される。
携帯端末がスイング動作を行うものと判定した後に、携帯端末が歩行者の手に携帯されているか又は歩行者のズボンのポケットに携帯されている間に携帯端末がスイング動作を行うか否かを判定する。このような判定のために、水平加速度の大きさ、ピッチ変化量、又はこれらの組み合せが使用されることができる。水平加速度の大きさが予め設定された値β１より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の手に携帯されている間にスイング動作を行うものと判定する。また、ピッチ変化量が予め設定された値β２より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の手に携帯されている間にスイング動作を行うものと判定する。
携帯端末がスイング動作を行わないものと判定した後に、携帯端末が歩行者の腰に携帯されているか又はスイングしない歩行者の手に携帯されているか（例えば、通話中である歩行者の手に携帯されている場合）を判定する。このような判定のために、角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、ヨーの分散又はこれらの組み合せが使用されることができる。角速度の大きさが予め設定された値γ1より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されているものと判定する。また、ヨーレートの大きさの分散が予め設定された値γ２より大きいか又は同一である場合にも、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されているものと判定する。さらに、ヨーの分散が予め設定された値γ３より大きいか又は同一である場合に、携帯端末は、歩行者の腰に携帯されているものと判定する。
本発明による歩行者の歩幅推定方法及び携帯端末において、歩幅推定アルゴリズムを検証するための一連のテストを行い、以下では、テスト結果を説明する。
まず、テスト条件は次の通りである。歩行者は、直線５０ｍの距離を歩行し、このような５０ｍ歩行テストは、歩行者の腰、歩行者の手（固定）、歩行者のポケット、及び歩行者の手（スイング）に携帯されている携帯端末で行われる。携帯位置を手（スイング）、手（固定）、ポケットの順序に変更させつつ５０ｍを歩行した後に携帯位置を認識する結果を確認した。また、同一の試験を異なる３人の歩行者に対しても実行した。
歩行者の手（固定）に対応する携帯位置を認識する結果は、歩行者の腰に対応する携帯位置を認識する結果より相対的に高い。このような理由は、実際の状況において、携帯端末の携帯位置が手（固定）である場合が多いものと判定されるために、歩幅推定アルゴリズムは、歩行者の手（固定）のエラー率を最小にする方向にアルゴリズムを設定したためである。
表２は、携帯端末の携帯位置を認識する上述したアルゴリズムを適用することにより得られた結果を示す。各場合に対して、４タイプの携帯位置のエラーレートは、実質的にほぼ１から３％にわたる。携帯位置を認識するアルゴリズムを用いて各携帯位置別にそれに適合した歩幅推定パラメータ（数式１及び数式２のａ１、ａ２、及びｂ）を適用することによりさらに正確な歩行者の歩行距離を推定することができる。
表３は、それぞれの場合に対して歩幅推定アルゴリズムを適用した場合に、従来技術に適用した既存の歩幅推定の最悪の場合（worst case）及び本発明を適用した歩幅推定の最悪の場合に対するエラーレートを％で示す。表３の結果を介して、本発明の歩幅推定方法が従来技術に比べて相当に改善した効果を有することがわかる。
以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく様々な変更が可能であるということは、当業者には明らかであり、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で定められるべきである。
２１ 加速度計
２２ ジャイロスコープ
２３ 表示部
２４ 記憶部
２５ 通信部
２６ 制御部

Claims (15)

  1. 携帯端末の移動による加速度を検出する加速度計と、
    前記携帯端末の移動に対する方向情報を検出するジャイロスコープと、
    検出された前記加速度及び前記方向情報を用いて前記携帯端末のスイング動作の大きさを判定し、前記スイング動作の大きさに従って、対応する歩行者歩幅推定アルゴリズムを適用する制御部と
    を有することを特徴とする携帯端末。
  2. 前記制御部は、検出された前記加速度及び前記方向情報を用いて前記携帯端末の位置を判定し、前記位置を前記スイング動作の大きさと比較することにより、対応する歩行者歩幅推定アルゴリズムを適用することを特徴とする請求項１に記載の携帯端末。
  3. 前記制御部は、検出された前記加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて前記携帯端末のスイング動作の大きさを決定し、前記スイング動作の大きさが予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末はスイング動作を行うものと判定し、検出された前記加速度及び角速度のうちの少なくとも１つを用いて前記歩行者の身体における前記携帯端末の携帯位置を判定し、前記携帯端末の決定された前記携帯位置に基づいて前記歩行者の歩幅を異なって推定することを特徴とする請求項２に記載の携帯端末。
  4. 前記スイング動作の大きさは、前記加速度の大きさ、ピッチ変化量、又は前記加速度の大きさ、及びピッチ変化量を用いて決定され、
    前記加速度の大きさ及びピッチ変化量を用いて前記スイング動作の大きさを決定する場合に、前記加速度の大きさ及び前記ピッチ変化量に対して予め設定された値に従ってそれぞれの加重値を設定し、設定された前記加重値の合計で前記スイング動作の大きさを決定することを特徴とする請求項３に記載の携帯端末。
  5. 前記制御部は、前記携帯端末がスイング動作を行うものと決定した場合に、前記携帯端末のスイング動作に従う水平加速度の大きさを決定し、前記水平加速度の大きさが予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記歩行者の手に携帯されている間にスイング動作を行うものと判定し、前記水平加速度の大きさが前記予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は、前記歩行者のズボンのポケットに携帯されている間にスイング動作を行うものと判定することを特徴とする請求項３に記載の携帯端末。
  6. 前記制御部は、前記携帯端末がスイング動作を行うものと決定した場合に、前記携帯端末のスイング動作に従うピッチ変化量を決定し、前記ピッチ変化量が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記歩行者の手に携帯されている間にスイング動作を行うものと判定し、前記ピッチ変化量が前記予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は、前記歩行者のズボンのポケットに携帯されている間に前記スイング動作を行うものと判定することを特徴とする請求項３に記載の携帯端末。
  7. 前記制御部は、前記携帯端末が前記スイング動作を行うものと決定する場合に、前記携帯端末のスイング動作に従う水平加速度の大きさ及びピッチ変化量によるそれぞれの加重値を設定し、前記加重値の合計が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記歩行者の手に携帯されている間に前記スイング動作を行うものと判定し、前記加重値の合計が前記予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は、前記歩行者のズボンのポケットに携帯されている間にスイング動作を行うものと判定することを特徴とする請求項３に記載の携帯端末。
  8. 前記制御部は、前記携帯端末が前記スイング動作を行わないものと判定した場合に、前記携帯端末の角速度の大きさを決定し、前記角速度の大きさが予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記歩行者の腰に携帯されるものと判定し、前記角速度の大きさが前記予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は、前記歩行者のスイングしない手に携帯されるものと判定することを特徴とする請求項３に記載の携帯端末。
  9. 前記制御部は、前記携帯端末が前記スイング動作を行わないものと判定する場合に、前記携帯端末のヨーレートの大きさの分散を決定し、前記ヨーレートの大きさの分散が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は前記歩行者の腰に携帯されるものと判定し、前記ヨーレートの大きさの分散が前記予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は前記歩行者のスイングしない手に携帯されるものと判定することを特徴とする請求項３に記載の携帯端末。
  10. 前記制御部は、前記携帯端末が前記スイング動作を行わないものと判定した場合に、前記携帯端末のヨーの分散を決定し、前記ヨーの分散が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記歩行者の腰に携帯されるものと判定し、前記ヨーの分散が前記予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は、前記歩行者のスイングしない手に携帯されるものと判定することを特徴とする請求項３に記載の携帯端末。
  11. 前記制御部は、前記携帯端末がスイング動作を行わないものと判定した場合に、前記携帯端末の角速度の大きさ、ヨーレートの大きさの分散、及びヨーの分散によるそれぞれの加重値を設定し、前記加重値の合計が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記歩行者の腰に携帯されるものと判定し、前記加重値の合計が前記予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は、前記歩行者のスイングしない手に携帯されるものと判定することを特徴とする請求項３に記載の携帯端末。
  12. 携帯端末を携帯する歩行者の歩行に従い、前記携帯端末に組み込まれた加速度計を用いて前記携帯端末の移動による加速度を検出するステップと、
    前記携帯端末を携帯する歩行者の歩行に従い、前記携帯端末に組み込まれたジャイロスコープを用いて前記携帯端末の移動による角速度を検出するステップと、
    検出された前記加速度及び前記角速度のうちの少なくとも１つを用いて前記携帯端末のスイング動作の大きさを決定するステップと、
    前記スイング動作の大きさが予め設定された値より大きいか又は同一である場合に前記携帯端末が前記スイング動作を行うものと判定するステップと、
    検出された前記加速度及び前記角速度のうちの少なくとも１つを用いて前記歩行者の身体における前記携帯端末の携帯位置を判定するステップと、
    判定された前記携帯端末の前記携帯位置に基づいて前記歩行者の歩幅を異なって推定するステップと
    を有することを特徴とする歩幅推定方法。
  13. 前記スイング動作の大きさは、前記加速度の大きさ、ピッチ変化量、又は前記加速度の大きさ、及び前記ピッチ変化量を用いて決定され、
    前記加速度の大きさ及び前記ピッチ変化量を用いて前記スイング動作の大きさを決定する場合に、前記加速度の大きさ及び前記ピッチ変化量に対して予め設定された値に従ってそれぞれの加重値を設定し、設定された前記加重値の合計で前記スイング動作の大きさを決定することを特徴とする請求項１２に記載の歩幅推定方法。
  14. 前記携帯端末が前記スイング動作を行うものと判定する場合に、
    前記携帯端末のスイング動作に従う水平加速度の大きさを決定するステップと、
    前記水平加速度の大きさを予め設定された値と比較するステップとをさらに有し、
    前記水平加速度の大きさが予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記歩行者の手に携帯されている間に前記スイング動作を行うものと判定し、前記水平加速度の大きさが予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は、前記歩行者のズボンのポケットに携帯されている間に前記スイング動作を行うものと判定することを特徴とする請求項１２に記載の歩幅推定方法。
  15. 前記携帯端末が前記スイング動作を行うものと判定する場合に、
    前記携帯端末のスイング動作に従うピッチ変化量を決定するステップと、
    前記ピッチ変化量を予め設定された値と比較するステップとをさらに有し、
    前記ピッチ変化量が予め設定された値より大きいか又は同一である場合に、前記携帯端末は、前記歩行者の手に携帯されている間に前記スイング動作を行うものと判定し、
    前記ピッチ変化量が予め設定された値より小さい場合に、前記携帯端末は、前記歩行者のズボンのポケットに携帯されている間に前記スイング動作を行うものと判定することを特徴とする請求項１２に記載の歩幅推定方法。
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