JP2018155635A - 位置推定装置、位置推定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ測位が実行できない状況でも、現在の位置を正確に同定する位置推定装置、位置推定方法及びプログラムを提供する。【解決手段】登山用位置表示装置１０は、気圧センサ２２と、標高情報を含む登山地図データ１５Ａから、地図領域の相対高度分布である第１の相対高度分布を取得し、移動した区間で気圧センサ２２で得た気圧情報に基づいて、移動した区間での相対高度分布である第２の相対高度分布を生成し、第１の相対高度分布と第２の相対高度分布の類似度に基づいて、移動した区間の位置を推定するＣＰＵ１３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば登山用の位置表示装置などに好適な位置推定装置、位置推定方法及びプログラムに関する。

ノード情報が設定されていない山道や野原であっても、方位情報と方向情報を組み合わせて、正確に進路を選択できることを目的とした地図表示システムの技術が提案されている。（例えば、特許文献１）

特開２０１４−０９２４６３号公報

上記特許技術に記載された技術を含めて、多くの地図表示システムにおいては、衛星航法システムとして普及している、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）衛星から到来電波を受信して現在位置を測定し、その測定位置に応じた地図表示を行なうものとなっている。

ところで、ＧＰＳ測位では、原理的に電波の伝搬時間や時計誤差、ＧＰＳ衛星位置の誤差に起因して一理測定結果にばらつきを生じることがある。

また、ビル等の建造物や山岳等の環境に起因して反射波によるマルチパスを生じ、誤った位置を算出することがある。

すなわち、ＧＰＳ測位による現在位置測定では、必ずしも現在の位置を正確に同定可能とは限らないという課題がある。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＧＰＳ測位が実行できない状況でも、現在の位置を正確に同定することが可能な位置推定装置、位置推定方法及びプログラムを提供することにある。

本発明の一態様は、地図における領域の相対高度分布である第１の相対高度分布を取得する相対高度分布取得手段と、気圧情報を取得する気圧取得手段と、移動した区間で上記気圧取得手段により得た気圧情報に基づいて、上記移動した区間での相対高度分布である第２の相対高度分布を生成する相対高度分布生成手段と、上記相対高度分布取得手段で得た上記第１の相対高度分布と上記相対高度分布生成手段で得た上記第２の相対高度分布の類似度に基づいて、上記領域における上記移動した区間の位置を推定する位置推定手段と、を備える。

本発明によれば、ＧＰＳ測位が実行できない状況でも、現在の位置を正確に同定することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る登山用位置表示装置の機能回路の構成を示すブロック図。 同実施形態に係る第１の動作例での登山地図データの例を示す図。 同実施形態に係る第１の動作例での図２の登山地図データ中の登山コースの１つの絶対高度変位と絶対相対高度変位の一部とを例示する図。 同実施形態に係る第１の動作例での登山コースに対応した相対高度変位と軌跡片の相対高度との対比を示す図。 同実施形態に係る第１の動作例での図４に対応した、実際の登山コース上の軌跡片に該当する区間を示す図。 同実施形態に係る第１の動作例でのコース上の標高データと、観測した標高データとを例示する図。 同実施形態に係る第１の動作例での現在位置推定のための処理内容を示すフローチャート。 同実施形態に係る第２の動作例での登山コース中の一部の相対高度の変位例を示す図。 同実施形態に係る第２の動作例での実際の移動に伴う相対高度の変位例を示す図。 同実施形態に係る第２の動作例での移動に伴う軌跡片の相対高度と、対応する累積相対高度とを例示する図。 同実施形態に係る第２の動作例でのコースの相対高度変位と、対応する累積相対高度、及び類似度算出により得た現在位置の関係を示す図。 同実施形態に係る第２の動作例でのコース上の標高データと符号反転累積高度とを例示する図。 同実施形態に係る第２の動作例での現在位置推定のための処理内容を示すフローチャート。 同実施形態に係る第３の動作例での移動に伴う軌跡片の相対高度と、対応するバイナリ符号化した相対高度符号とを例示する図。 同実施形態に係る第３の動作例での移動に伴う軌跡片の相対高度と、対応する記号符号化した相対高度符号とを例示する図。 同実施形態に係る第３の動作例でのコース上の標高データと観測標高データ、及び記号符号化変換テーブルを例示する図。 同実施形態に係る第３の動作例での現在位置推定のための処理内容を示すフローチャート。 同実施形態に係る第４の動作例での３次元軌跡配列と３次元地図配列との関係を示す図。 同実施形態に係る第４の動作例での現在位置推定のための処理内容を示すフローチャート。

以下、本発明を登山用装置に適用した場合の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［構成］
図１は、この登山用ナビゲーション装置１０の機能回路の構成を示すブロック図である。

この登山用位置表示装置１０において、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）アンテナ１１で受信した、図示しない複数、少なくとも４つ以上のＧＰＳ衛星からの到来電波に基づき、ＧＰＳ受信部１２が現在位置の３次元座標、すなわち、緯度、経度、及び高度と、現在時刻とを算出し、バスＢを介してＣＰＵ１３へ送出する。

なお上記ＧＰＳアンテナ１１及びＧＰＳ受信部１２は、上記ＧＰＳ以外の衛星測位システム、例えばＧＬＯＮＡＳＳ（ＧＬＯｂａｌ ＮＡｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）や我が国の地域航法衛星システムである準天頂衛星システムＱＺＳＳ（Ｑｕａｓｉ−Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等にも対応してそれらの衛星からの到来電波も受信し、より高い精度で現在位置の３次元座標と現在時刻とを算出できるものでも良い。

その場合、下記動作時の説明においてＧＰＳ測位を行なうと記述した際には、上記ＧＰＳ以外の衛星測位システムによる測位動作も合わせて実行するものとする。

ＣＰＵ１３は、この登山用位置表示装置１０全体の動作制御を、バスＢを介して接続されたメインメモリ１４及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）１５を使用して実行する。

メインメモリ１４は、例えばＳＤＲＡＭで構成され、ＣＰＵ１３がプログラムを実行する際のワークメモリとなる。ＳＳＤ１５は、不揮発性メモリで構成され、登山道の位置表示動作に必要な各種動作プログラムと、登山地図データ１５Ａを含む各種固定データ等を格納、記憶するもので、それらの記憶内容は適宜ＣＰＵ１３によって上記メインメモリ１４へ読出される。

上記ＳＳＤ１５に記憶される登山地図データ１５Ａは、各地点の３次元座標と関連付けた登山用の地形図データであり、当該地形図データ中には等高線と、道路情報として登山道の情報とを含む。

また上記バスＢはさらに、表示部１６、タッチ入力部１７、音声処理部１８、３軸地磁気センサ１９、３軸加速度センサ２０、３軸ジャイロセンサ２１、気圧センサ２２、キー操作部２３、近距離無線通信部２４、及び外部デバイスインタフェイス（Ｉ／Ｆ）２５と接続される。

表示部１６は、バックライト付きのカラー液晶パネルとそれらの駆動回路とで構成される。この表示部１６に対して、透明電極膜を用いたタッチ入力部１７が一体に構成される。タッチ入力部１７は、ユーザのタッチ操作に応じた時系列の座標信号をデジタル化し、タッチ操作信号として上記ＣＰＵ１３へ送出する。

音声処理部１８は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、与えられる音声データに応じてアナログの音声信号を発生し、スピーカ２６から拡声放音させる。

３軸地磁気センサ１９は、互いに直交する３軸方向それぞれの地磁気を検出するもので、磁北の方向に基づいてその時点でこの登山用位置表示装置１０を向けている方位が検出できる。

３軸加速度センサ２０は、互いに直交する３軸方向それぞれの加速度を検出するもので、重力加速度の方向により、登山用位置表示装置１０の姿勢を検出できる。

３軸ジャイロセンサ２１は、互いに直交する３軸方向に配置された振動型ジャイロスコープで構成され、上記３軸地磁気センサ１９、３軸加速度センサ２０の出力と組み合わせて、この登山用位置表示装置１０を所持、装着しているユーザの動作を解析して、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２からの出力による現在位置の認識ができない状態でも、３軸地磁気センサ１９、３軸加速度センサ２０との協働により自律航法による現在位置の更新動作を実行するために用いる。

気圧センサ２２は、その時点の気圧を検出するもので、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による現在位置の測定精度が高い場合の高度情報に基づいて気圧情報を高度情報に変換することで、その後の移動に伴ってＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２によるＧＰＳ測位が実行できない場合や、ＧＰＳ測位によって取得できる現在位置の位置精度が低下した場合でも、その時点で得られる気圧情報から、測定精度が高かった位置での気圧情報を基準として、相対的に現在位置の高度情報を算出することができる。

キー操作部２３は、この登山用位置表示装置１０の筐体に設けられる、電源キーや現在位置キー、目的地キー、カーソルキー、エンターキー等からなり、それらのキー操作に応じたキー操作信号をバスＢを介して上記ＣＰＵ１３へ送出する。

近距離無線通信部２４は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） ＳＭＡＲＴまたはＡＮＴ＋により、近距離通信アンテナ２７を介して、予めペアリング設定された外部の機器と無線接続する。

外部デバイスインタフェイス２５は、ヘッドホンジャック２８、マイクロＵＳＢ端子２９、及びメモリカードスロット３０を介して、例えばヘッドホンやイヤホン、ＵＳＢ機器、及びメモリカードをそれぞれ接続または装着可能とする。

［第１の動作例］
本動作例では、登山用位置表示装置１０のユーザが図２に示すような登山地図中の、破線で示す登山コースＳＣを踏破しているものとする。

図２に示すように、上記登山地図は各地点共に標高情報を含んだ三次元座標情報を有しており、上記登山コースＳＣから図３（Ａ）に示すような、横軸を水平方向の移動距離、縦軸を標高とした、コースＳＣの絶対高度変位を得ることができる。

この絶対高度変位を基に、コース出発地点での高度を「０（ゼロ）」に換算することで、図３（Ｂ）に示すような詳細な絶対高度変位を得ることができる。

実際の位置表示動作時には、上記図３（Ｂ）で示した詳細な相対高度変位に基づいて、登山用位置表示装置１０のユーザが直前の一定時間、例えば１０分分の移動による軌跡片の相対高度変位を取得して類似度を算出する。

図４は、この登山コースＳＣに対応した相対高度変位（Ａ）と、軌跡片の相対高度（Ｂ）との対比を示す図である。図４（Ｂ）では、その高度変化の内容から図中に「Ｎ」字状の形状となる軌跡片を、コースの相対高度変化（Ａ）中の各部位と対比させている状態を示す。この対比の過程において、それぞれ予め用意した演算式にしたがって類似度を算出することで、最も類似度が高かったコース中の部位を現在位置に該当するものとして特定する。

図５は、上記図４に対応して、実際の登山コースＳＣ上で上記軌跡片に該当する区間Ｐ１〜Ｐ４を示す。ここでは、例えば区間Ｐ３が最も算出した類似度が高く現在位置としての第１候補、次点として区間Ｐ１が第２候補であったものとする。

次に、上記ＣＰＵ１３が実行する、コース上の全ｎ区間分の標高データと、実際に登山用位置表示装置１０のユーザが観測した標高データとから、現在位置を特定する場合の処理内容を示す。

図６（Ａ）は、コース上の全ｎ＋１地点の標高データＣと、地点の変数ｉ＝１であるコース始点を「０（ゼロ）」とした各相対高度ｄＣとを例示する図である。

これに対して図６（Ｂ）は、観測のタイミング「ｔ−ｎ」〜「ｔ」の計「ｎ＋１」地点で登山用位置表示装置１０のユーザがコース上で観測した標高データＶとコース始点を「０（ゼロ）」とした各相対高度ｄＶとを例示する図である。

上記図６（Ｂ）に示したような観測が行なわれる過程で、登山用位置表示装置１０では随時、図７に示すような処理が実行される。

図７は、コースＳＣの始端から出発した後に、登山用位置表示装置１０のＣＰＵ１３が、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による絶対的な現在位置の測定と平行して随時実行する、気圧センサ２２の検出出力に基づいた現在位置推定のための処理内容を示すフローチャートである。

この処理は、ＣＰＵ１３がＳＳＤ１５に格納、記憶される動作プログラム及び登山地図データ１５Ａ等を読出し、メインメモリ１４上に展開して記憶させることで、予めユーザによって設定された時間間隔、例えば６０［秒］毎に実行される。

その当初にＣＰＵ１３は、現在の時点ｔに基づいて、現在時刻から一定時間分の直前の過去、例えば１０分間分の、上記図４（Ｂ）で示したような相対高度配列ｄＶｔで示される軌跡片を生成する（ステップＳ１０１）。

次にＣＰＵ１３は、登山コースＳＣの地点を示す変数ｉに初期値「２」を設定する（ステップＳ１０２）。ＣＰＵ１３は、その変数ｉに基づいて、地点ｉを先頭位置とする、上記一定時間分に対して充分余裕を持った直前の一定水平距離分のコース上の相対高度配列ｄＣｉを生成する（ステップＳ１０３）。

ここでＣＰＵ１３は、上記生成した相対高度配列ｄＶｔと相対高度配列ｄＣｉ間の類似度Ｓｉを、予め設定されている演算式により算出する（ステップＳ１０４）
ここで用いる演算式としては、例えば差分二乗和法などが考えられるが、この登山用位置表示装置１０のユーザの移動速度の個人差による、時間方向の伸縮を考慮すると、ＤＴＷ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｉｍｅ Ｗａｒｐｉｎｇ：動的時間伸縮法）等の時間伸縮法が、より適しているものと考えられる。

上記ステップＳ１０４で算出した類似度Ｓｉを地点ｉに対応するものとしてメインメモリ１４で一旦格納した上で（ステップＳ１０５）、次の地点での同類似度を算出するべく、変数ｉの値を「＋１」更新する（ステップＳ１０６）。

この更新設定した地点の変数ｉが、コースの終端を超えているか否か、具体的には上記図６（Ａ）に示すようにコースがｎ区間であった場合に、その最終地点「ｎ＋１」を超えた「ｎ＋２」となったか否かにより判断する（ステップＳ１０７）。

ここで、まだコースの終端を超えていないと判断した場合（ステップＳ１０７のＮｏ）、ＣＰＵ１３は上記ステップＳ１０３からの処理に戻って、同様の処理を続行する。

こうしてステップＳ１０３〜Ｓ１０７の処理を繰返し実行し、順次その時点の変数ｉに基づいた類似度Ｓｉをメインメモリ１４に格納していく。

そして、上記ステップＳ１０７において、変数ｉが登山コースＳＣ上の終端地点に達したと判断した時点で（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、ＣＰＵ１３は一旦この図７の処理を終了すると共に、それまでメインメモリ１４に格納した類似度の中で最も高かった地点を現在位置として特定し、表示部１６で表示している登山コースＳＣ上の該当地点に現在位置を表示させる。

なお、この現在位置の特定に関しては、上記のように気圧センサ２２の出力に基づいた相対高度検出のみによる一意の処理ではなく、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による絶対的な位置測定等の他の要因も含めて、後段の位置同定処理に渡す１つの指標としても用いるものとしても良い。

この場合、あえてＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２によるＧＰＳ測位を用いずに位置推定を行なうことで、気圧センサ２２の出力する気圧情報から相対高度を検出するものとした場合の気圧の変動や、水平位置での誤差等の誤差要因に対するロバスト性を向上できる。

また反対に、登山用位置表示装置１０の移動により得られる相対高度の軌跡片のデータに対し、移動時間と経過時間とを用いて正規化することで、登山地図データ１５Ａから読出す登山コースＳＣとの水平距離方向のスケールをあわせることも考えられる。

この処理によって、上記水平方向のスケールを考慮せずに処理する方法に比して、さらにロバスト性を向上して、より確実に現在位置を推定可能となる。

以上詳述した如く本動作例によれば、ＧＰＳ測位が実行できない状況でも、現在の位置を正確に同定することが可能となる。

また上記動作例では、登山地図データ１５Ａから読出した領域の登山データ中の登山コースＳＣに沿った相対高度分布を生成するものとしたので、予め移動するコースがわかっている場合の計算量を大幅に減らして、ＣＰＵ１３による演算処理の負担を軽減すると共に、この登山用位置表示装置１０が、電源容量が制限されている電池電源で動作する場合の電力消費を削減できる。

［第２の動作例］
本動作例では、上記図２で説明した登山地図中の登山コースＳＣに対し、その水平方向の距離の成分をあえて除外した上で、登山用位置表示装置１０の移動時の位置推定の動作を行なう場合について説明する。

図８（Ａ）は、登山コースＳＣ中の一部の行程移動時におけるアップ／ダウンを、横軸を水平距離ｈ、縦軸をコースの相対高度Δｖとして例示した図である。同図（Ａ）中、端点及びアップ／ダウンの変化点を丸記号ＣＰで示している。この行程における各アップダウンの行程区間ａ〜ｅを、単純にその区間の高度のプラス／マイナスにより区間で累積した高度が図８（Ｂ）に示すようになる。

一方で、実際に登山用位置表示装置１０のユーザが登山コースＳＣに沿って移動する場合を考えると、当該ユーザの登山者としての熟練度や基礎体力、当日の体調や天候等の様々な要因によって、実際に得られる移動の軌跡は上記図８（Ａ）の内容と大きく異なることものとなる可能性が高い。

図９（Ａ）は、上記図８（Ａ）で示した登山コースＳＣ中の一部の行程移動時におけるアップ／ダウンを、横軸を水平距離ｈおよび時間ｔ、縦軸を軌跡の相対高度Δｖとして例示した図である。

同図（Ａ）中、本来のコースの行程区間ａに対して、軌跡の行程区間ａ′では、スローペースＳ１と示すように、横軸方向が大幅に伸びた軌跡となっている。

同様に、コースの行程区間ｂに対して、軌跡の行程区間ｂ′では、休憩Ｓ２により相対高度が変化しない区間が含まれている。さらにコースの行程区間ｃに対して、軌跡の行程区間ｃ′では、スローペースＳ３及び休憩Ｓ４を含んでいる。

そして最後のコースの行程区間ｅに対して、軌跡の行程区間ｅ′では、それまでの遅れを少しでも取り戻すべく、ハイペースＳ５により短時間で移動が行なわれている。

しかしながら、上記横軸方向の成分を除外して考え、上記各行程区間ａ′〜ｅ′を、単純にその区間のプラス／マイナスにより区間で累積した高度として算出すると、図９（Ｂ）に示すように、上記図８（Ｂ）と同様の情報が算出されることとなる。

以上の考え方に基づいて、本動作例では、各行程区間のアップ／ダウンにより水平距離及び時間の成分を除去して、軌跡片を単純化するものとする。

図１０は、上記の考え方を用いて実際に位置を推定する場合を説明するための図である。例えば移動に伴う軌跡片の相対高度が図１０（Ａ）に示すような、アップ／ダウン／アップが連続する形状となる場合、これを累積相対高度として捉えると、図１０（Ｂ）に示すような変位として捉えることができる。

なお、このようなアップとダウンの符号反転に際し、微小な符号反転による影響を受けないように、前処理として線形／非線形の別に基づく平滑化を行なうものとしても良い。

図１１（Ａ）は、上記図４（Ａ）と同様のコースの相対高度変位を例示するものであり、これを累積相対高度として置換したものが図１１（Ｂ）に示すようになる。

したがって、この図１１（Ｂ）に示す累積高度変位の中で、上記図１０（Ｂ）に示した軌跡片の累積高度変位をマッチング処理により類似度を算出しながら検索することで、図１１（Ｃ）に示すように、きわめて少ない演算処理量で現在位置の推定を行なうことができるものとなる。
具体的な類似度の算出に際しては、次式

の式（１）中、右辺の大括弧中の第１項の相関関数ｆを用いるが、同大括弧中の第２項にあるように、コースと軌跡片との絶対高度差と予め用意した係数との積を勘案することで、より最適な類似度を得ることができる。

次に、上記ＣＰＵ１３が実行する、コース上の全ｎ区間分の標高データと、実際に登山用位置表示装置１０のユーザが観測した標高データとから、現在位置を特定する場合の処理内容を示す。

図１２（Ａ）は、コース上の全ｎ＋１地点の標高データＣと、地点の変数ｉ＝１であるコース始点を「０（ゼロ）」とした各相対高度ｄＣとを例示する図である。

これに対して図１２（Ｂ）は、アップ／ダウンに対応した符号反転位置で区切った区間ｊ〜ｊ＋ｍにおける各累積高度σＣである。

図１３は、コースＳＣの始端から出発した後に、登山用位置表示装置１０のＣＰＵ１３が、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による絶対的な現在位置の測定と平行して随時実行する、気圧センサ２２の検出出力に基づいた現在位置推定のための処理内容を示すフローチャートである。

この処理は、ＣＰＵ１３がＳＳＤ１５に格納、記憶される動作プログラム及び登山地図データ１５Ａ等を読出し、メインメモリ１４上に展開して記憶させることで、予めユーザによって設定された時間間隔、例えば６０［秒］毎に実行される。

その当初にＣＰＵ１３は、現在の時点ｔに基づいて、現在時刻から一定時間分の直前の過去、例えば１０分間分の、上記図１０（Ｂ）で示したような符号反転累積高度配列σＶｔで示される軌跡片を生成する（ステップＳ２０１）。

次にＣＰＵ１３は、登山コースＳＣの地点を示す変数ｉに初期値「２」を設定する（ステップＳ２０２）。ＣＰＵ１３は、その変数ｉに基づいて、地点ｉを先頭位置とする、上記一定時間分に対して充分余裕を持った直前の一定水平距離分のコース上の符号反転累積高度配列σＣｉを生成する（ステップＳ２０３）。

ここでＣＰＵ１３は、上記生成した符号反転累積高度配列σＶｔと符号反転累積高度配列σＣｉ間の類似度Ｓｊを、例えば上記式（１）で示した演算式により算出する（ステップＳ２０４）。

上記ステップＳ２０４で算出した類似度Ｓｊを地点ｉに対応するものとしてメインメモリ１４で一旦格納した上で（ステップＳ２０５）、次の地点での同類似度を算出するべく、変数ｉの値を「＋１」更新する（ステップＳ２０６）。

この更新設定した地点の変数ｉが、コースの終端を超えているか否か、具体的には上記図１２（Ａ）に示すようにコースがｎ区間であった場合に、その最終地点「ｎ＋１」を超えた「ｎ＋２」となったか否かにより判断する（ステップＳ２０７）。

ここで、まだコースの終端を超えていないと判断した場合（ステップＳ２０７のＮｏ）、ＣＰＵ１３は上記ステップＳ２０３からの処理に戻って、同様の処理を続行する。

こうしてステップＳ２０３〜Ｓ２０７の処理を繰返し実行し、順次その時点の変数ｉに基づいた類似度Ｓｊをメインメモリ１４に格納していく。

そして、上記ステップＳ２０７において、変数ｉが登山コースＳＣ上の終端地点に達したと判断した時点で（ステップＳ２０７のＹｅｓ）、ＣＰＵ１３は一旦この図１３の処理を終了すると共に、それまでメインメモリ１４に格納した類似度の中で最も高かった地点を現在位置として特定し、表示部１６で表示している登山コースＳＣ上の該当地点に現在位置を表示させる。

なお、この現在位置の特定に関しては、上記のように気圧センサ２２の出力に基づいた相対高度検出のみによる一意の処理ではなく、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による絶対的な位置測定等の他の要因も含めて、後段の位置同定処理に渡す１つの指標としても用いるものとしても良い。

このように本動作例においては、登山用位置表示装置１０のユーザが移動する際の水平方向の距離と移動時間とを除外して相対高度の変位分布により類似度を算出することで、演算内容を大幅に簡略化してＣＰＵ１３での処理に負担を軽減し、より迅速に現在位置の推定を行なうことが可能となる。

［第３の動作例］
本動作例では、上記第２の動作例での考え方をさらに発展させ、上記図２で説明した登山地図中の登山コースＳＣに対し、その水平方向の距離の成分を除外した上で、さらに勾配の程度を加味した符号化を行なった上で、登山用位置表示装置１０の移動時の位置推定の動作を行なう場合について説明する。

図１４は、上記の考え方を用いて実際に位置を推定する場合を説明するための図である。例えば移動に伴う軌跡片の相対高度が図１４（Ａ）に示すような、アップ／ダウン／アップが連続する形状となる場合、これを「アップ」を「１」、「ダウン」を「０」として、図１４（Ｂ）に示すように、「１，１，０，０，１，１，１」となるバイナリ符号化した相対高度符号とする。

また上記のようなバイナリ符号化に代えて、勾配の上昇を意味する符号「１（＝アップ）」をその変位の度合いに応じてＵ１（〜＋１０ｍ）／Ｕ２（〜＋２０ｍ）／Ｕ３（〜＋３０ｍ）／‥‥、同様に勾配の下降を意味する符号「０（＝ダウン）」をその変位の度合いに応じてＤ１（〜−１０ｍ）／Ｄ２（〜−２０ｍ）／Ｄ３（〜−３０ｍ）／‥‥とし、図１５（Ｂ）に示すような、変位の方向と度合いに応じた「Ｕ１，Ｕ１，Ｄ１，Ｄ１，Ｕ２，Ｕ２，Ｕ２」となる記号符号化した相対高度符号を取得しても良い。

こうして、コース全体の相対高度変位を、バイナリ符号化、または記号符号化した相対高度符号に置換した上で、実際の移動に伴う軌跡片の相対高度も、バイナリ符号化、または記号符号化した相対高度符号に置換し、これらのマッチング処理により類似度を算出しながら検索することで、きわめて少ない演算処理量で現在位置の推定を行なうことができる。
次に、上記ＣＰＵ１３が実行する、コース上の全ｎ区間分の標高データと、実際に登山用位置表示装置１０のユーザが観測した標高データとから、現在位置を特定する場合の処理内容を示す。

図１６（Ａ）は、コース上の全ｎ＋１地点の標高データＣと、地点の変数ｉ＝１であるコース始点を「０（ゼロ）」とした各相対高度ｄＣ、バイナリ符号、及び記号符号を例示する図である。

これに対して図１６（Ｂ）は、実際のコース上を移動して踏破した際に観測された、コース上の全ｎ＋１地点の標高データＶと、コースの始点「ｔ−ｎ」地点を「０（ゼロ）」とした各相対高度ｄＣ、バイナリ符号、及び記号符号を例示する図である。

加えて図１６（Ｃ）は、相対高度から上記記号符号を得るための変換テーブルである。

図１７は、コースＳＣの始端から出発した後に、登山用位置表示装置１０のＣＰＵ１３が、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による絶対的な現在位置の測定と平行して随時実行する、気圧センサ２２の検出出力に基づいた現在位置推定のための処理内容を示すフローチャートである。

この処理は、ＣＰＵ１３がＳＳＤ１５に格納、記憶される動作プログラム及び登山地図データ１５Ａ等を読出し、メインメモリ１４上に展開して記憶させることで、予めユーザによって設定された時間間隔、例えば６０［秒］毎に実行される。

その当初にＣＰＵ１３は、現在の時点ｔに基づいて、現在時刻から一定時間分の直前の過去、例えば１０分間分の、上記図１６（Ｂ）で示したような相対高度ｄＶｔと対応する記号符号の配列で示される軌跡片を生成する（ステップＳ４０１）。

次にＣＰＵ１３は、登山コースＳＣの地点を示す変数ｉに初期値「２」を設定する（ステップＳ４０２）。ＣＰＵ１３は、その変数ｉに基づいて、地点ｉを先頭位置とする、上記一定時間分に対して充分余裕を持った直前の一定水平距離分のコース上の相対高度ｄＣｉと対応する記号符号の配列を生成する（ステップＳ４０３）。

ここでＣＰＵ１３は、上記生成した高度配列σＶｔの符号列と相対高度配列ｄＣｉの符号列との間の類似度Ｓｉを算出する（ステップＳ４０４）。

なお、この類似度Ｓｉは、例えば、ハミング距離や編集距離（レーベンシュタイン距離）を用いることにより算出できる。

上記ステップＳ４０４で算出した類似度Ｓｉを地点ｉに対応するものとしてメインメモリ１４で一旦格納した上で（ステップＳ４０５）、次の地点での同類似度を算出するべく、変数ｉの値を「＋１」更新する（ステップＳ４０６）。

この更新設定した地点の変数ｉが、コースの終端を超えているか否か、具体的には上記図１６（Ａ）に示すようにコースがｎ区間であった場合に、その最終地点「ｎ＋１」を超えた「ｎ＋２」となったか否かにより判断する（ステップＳ４０７）。

ここで、まだコースの終端を超えていないと判断した場合（ステップＳ４０７のＮｏ）、ＣＰＵ１３は上記ステップＳ４０３からの処理に戻って、同様の処理を続行する。

こうしてステップＳ４０３〜Ｓ４０７の処理を繰返し実行し、順次その時点の変数ｉに基づいた類似度Ｓｉをメインメモリ１４に格納していく。

そして、上記ステップＳ４０７において、変数ｉが登山コースＳＣ上の終端地点に達したと判断した時点で（ステップＳ４０７のＹｅｓ）、ＣＰＵ１３は一旦この図１７の処理を終了すると共に、それまでメインメモリ１４に格納した類似度の中で最も高かった地点を現在位置として特定し、表示部１６で表示している登山コースＳＣ上の該当地点に現在位置を表示させる。

なお、この現在位置の特定に関しては、上記のように気圧センサ２２の出力に基づいた相対高度検出のみによる一意の処理ではなく、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による絶対的な位置測定等の他の要因も含めて、後段の位置同定処理に渡す１つの指標としても用いるものとしても良い。

このように本動作例においては、登山用位置表示装置１０のユーザが移動する際の水平方向の距離と移動時間とを除外し、さらに相対高度の変位分布を記号符号化した上で類似度を算出することで、ＣＰＵ１３が実行する演算内容をさらに大幅に簡略化してその処理負担を軽減し、より短時間に現在位置の推定を行なうことが可能となる。

なお上記実施形態においては、登山用位置表示装置１０において、標高情報を含んだ登山地図から相対高度変位を生成するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、事前に、例えば、外部のＰＣにおいて相対高度変位を生成し、この生成した相対高度変位のデータを登山用位置表示装置１０に取込むようにしてもよい。

［第４の動作例］
本動作例では、予め移動することがわかっている登山コース上での、水平距離及び移動時間と相対高度とによる２次元的な位置推定ではなく、３次元情報で表現される地図データ上で、移動に伴う３次元座標配列による軌跡片を用いて位置推定を行なう場合について説明する。

図１８は、３次元軌跡配列と３次元地図配列との関係を示す図である。登山用位置表示装置１０のユーザの移動により上記気圧センサ２２で得られる、当初は登山コース入口での気圧を基準とした相対高度情報に加え、上記３軸地磁気センサ１９、３軸加速度センサ２０、及び３軸ジャイロセンサ２１による各検出出力に基づいた３次元空間中での自律航法手法による移動軌跡配列を生成する。

図１８（Ａ）は、一定時間分、例えば現在時刻から過去１０分間分の、相対高度情報と３次元地磁気情報、３次元移動軌跡に基づいて生成した３次元軌跡配列による軌跡片テンプレートＴＰ１を例示する。

ここでは３次元地磁気情報を含めることで、移動方向の絶対的な方位を特定することができる。そのため、後述するパターンブロックのマッチング処理に際して、この軌跡片テンプレートＴＰ１を水平平面に沿って３６０°の範囲内で回転処理してそれぞれの方位角度で３次元地図配列に対する類似度を算出する処理を省略することができ、メインメモリ１４の演算処理量を大幅に低減できる。

図１８（Ｂ）は、相対高度情報に基づいて生成した３次元地図配列Ｍ中で、上記軌跡片テンプレートＴＰ１のパターンブロックのマッチング処理を水平面に沿ってラスタスキャン状に実施する過程を例示する図である。同図（Ｂ）に示す如く、３次元空間中の水平面に沿った２次元座標範囲をＨ（例えば東西方向），Ｖ（例えば南北方向）により表現するものとする。

図１８（Ｃ）は、上記３次元地図配列Ｍ中で、上記軌跡片テンプレートＴＰ１によるパターンブロックのマッチング処理を行なった結果、最も類似度が高いと判断した位置に軌跡片テンプレートＴＰ１を嵌め合せた場合を例示する図である。

図１９は、上記図１８（Ｂ）で示した地図データの領域内を移動している間に、登山用位置表示装置１０のＣＰＵ１３が、上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による絶対的な現在位置の測定と平行して随時実行する、３軸地磁気センサ１９、３軸加速度センサ２０、３軸ジャイロセンサ２１、及び気圧センサ２２の検出出力の各検出出力に基づいた現在位置推定のための処理内容を示すフローチャートである。

この処理は、ＣＰＵ１３がＳＳＤ１５に格納、記憶される動作プログラム及び登山地図データ１５Ａ等を読出し、メインメモリ１４上に展開して記憶させることで、予めユーザによって設定された時間間隔、例えば６０［秒］毎に実行される。

その当初にＣＰＵ１３は、登山地図データ１５Ａから現在位置を含む、予め設定された領域の地図データを読出して、３次元空間内での地表面形状を示す３次元地図配列Ｍを生成する（ステップＳ３０１）。

次いでＣＰＵ１３は、現在時刻から一定時間分の直前の過去、例えば１０分間分の、上記図１８（Ａ）に軌跡片テンプレートＴＰ１で示したような３次元軌跡配列Ｔを生成する（ステップＳ３０２）。

次にＣＰＵ１３は、地図配列中の水平面での２次元座標地点を示す変数ｉ，ｊにそれぞれ初期値「２」を設定する（ステップＳ３０３）。ＣＰＵ１３は、その時点の変数ｉ，ｊに基づいて、地点座標（ｉ，ｊ）における３次元軌跡配列Ｔijと３次元地図配列Ｍij間の類似度Ｓｊを演算により算出する（ステップＳ３０４）。

ここで類似度の演算に関しては、例えばパーティクルと呼ばれる粒子を用いて確率分布を求めるモンテカルロ位置推定法（Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）を用いることが考えられる。

上記ステップＳ３０４で算出した類似度Ｓijを地点座標（ｉ，ｊ）に対応するものとしてメインメモリ１４で一旦格納した上で（ステップＳ３０５）、次の地点での同類似度を算出するべく、一方の座標変数ｉの値を「＋１」更新する（ステップＳ３０６）。

この更新設定した一方の座標変数ｉが、上記図１８（Ｂ）で示した地図範囲の水平方向を示す、一方の終端Ｈを超えているか否かを判断する（ステップＳ３０７）。

ここで、まだ一方の座標変数ｉが地図範囲の一方の終端Ｈを超えていないと判断した場合（ステップＳ３０７のＮｏ）、ＣＰＵ１３は上記ステップＳ３０３からの処理に戻って、同様の処理を続行する。

こうしてステップＳ３０３〜Ｓ３０７の処理を繰返し実行し、順次一方の座標ｊに対応する走査線に沿った類似度Ｓijを順次メインメモリ１４に格納していく。

そして、上記ステップＳ３０７において、一方の座標変数ｉが終端Ｈを超えたと判断した時点で（ステップＳ３０７のＹｅｓ）、走査線の垂直方向の座標を更新するべく、一方の座標変数ｉに初期値「２」を設定すると共に、もう一方の座標変数ｊを「＋１」更新設定する（ステップＳ３０８）。

ここで、更新設定した座標変数ｊが、上記図１８（Ｂ）で示した地図範囲の垂直方向を示す、もう一方の終端Ｖを超えているか否かを判断する（ステップＳ３０９）。

ここで、まだもう一方の座標変数ｊが地図範囲のもう一方の終端Ｖを超えていないと判断した場合（ステップＳ３０９のＮｏ）、ＣＰＵ１３は上記ステップＳ３０３からの処理に戻って、同様の処理を続行する。

こうして上記ステップＳ３０３〜Ｓ３０９の処理を適宜繰返し実行することにより、地図範囲の全体をラスタスキャン状に走査して順次類似度Ｓijをメインメモリ１４に格納していく。

そして、上記ステップＳ３０９において、もう一方の座標変数ｊが地図範囲のもう一方の終端Ｖを超えたと判断した時点で（ステップＳ３０９のＹｅｓ）、ＣＰＵ１３は一旦この図１９の処理を終了すると共に、それまでメインメモリ１４に格納した類似度の中で最も高かった座標位置を現在位置として特定し、表示部１６で表示している登山地図上の該当地点に現在位置を表示させる。

なお、この現在位置の特定に関しては、上記のように気圧センサ２２の出力に基づいた相対高度と、３軸地磁気センサ１９、３軸加速度センサ２０、及び３軸ジャイロセンサ２１による自律航法処理による３次元軌跡配列のみによる一意の処理ではなく、さらに上記ＧＰＳアンテナ１１、ＧＰＳ受信部１２による絶対的な位置測定等の他の要因も含めて、後段の位置同定処理に渡す１つの指標としても用いるものとしても良い。

このように本動作例においては、予め設定されている登山コース等に限定されることなく、３次元空間内での移動により得られる軌跡配列にしたがって、地図の図形から現在位置を推定することが可能となる。

なお上記実施形態は、本発明を登山用位置表示装置に適用した場合の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、標高情報を含む地図データを用いた位置表示用のアプリケーションプログラムをインストールしたスマートフォンやタブレット端末等の情報端末機器、及びこれらの情報端末機器と協働した動作するウェアラブルデバイス等に適用することも考えられる。

その他、本発明は、上記実施形態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種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［請求項１］
地図における領域の相対高度分布である第１の相対高度分布を取得する相対高度分布取得手段と、
気圧情報を取得する気圧取得手段と、
移動した区間で上記気圧取得手段により得た気圧情報に基づいて、上記移動した区間での相対高度分布である第２の相対高度分布を生成する相対高度分布生成手段と、
上記相対高度分布取得手段で得た上記第１の相対高度分布と上記相対高度分布生成手段で得た上記第２の相対高度分布の類似度に基づいて、上記領域における上記移動した区間の位置を推定する位置推定手段と、
を備える位置推定装置。
［請求項２］
上記相対高度分布生成手段は、所定の時間移動した区間で上記気圧取得手段により得た気圧情報に基づいて、上記所定の時間移動した区間での相対高度分布である上記第２の相対高度分布を生成する、請求項１記載の位置推定装置。
［請求項３］
上記相対高度分布取得手段は、標高情報を含む地図データから、当該標高情報に基づいて当該地図における領域の相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得する、請求項１または２記載の位置推定装置。
［請求項４］
上記相対高度分布取得手段は、当該地図における領域内を移動するための経路に沿った相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得する、請求項３記載の位置推定装置。
［請求項５］
上記相対高度分布生成手段は、移動した区間で検出した気圧情報と移動時間、及び移動距離とを正規化して、上記第２の相対高度分布を生成する、請求項１乃至４のいずれかに記載の位置推定装置。
［請求項６］
上記相対高度分布取得手段は、水平方向の距離情報を除外した当該地図における領域の相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得し、
上記相対高度分布生成手段は、移動した区間での水平方向の距離情報及び移動時間を除外した上記第２の相対高度分布を生成する、
請求項１乃至４のいずれかに記載の位置推定装置。
［請求項７］
上記相対高度分布取得手段は、当該地図における領域の高度の変位の度合いを符号化した相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得し、
上記相対高度分布生成手段は、移動した区間での高度の変位の度合いを符号化した上記第２の相対高度分布を生成する、
請求項１乃至４のいずれかに記載の位置推定装置。
［請求項８］
上記相対高度分布取得手段は、当該地図における領域の３次元空間内での相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得し、
上記相対高度分布生成手段は、移動した区間で検出した気圧情報と自律航法による移動軌跡とに基づいて、移動した３次元空間内の区間での相対高度分布である上記第２の相対高度分布を生成する、
請求項１乃至４のいずれかに記載の位置推定装置。
［請求項９］
移動する方位を検出する方位検出手段をさらに備え、
上記相対高度分布生成手段は、移動した区間で検出した気圧情報と自律航法による上記方位検出手段で検出した方位情報を含んだ移動軌跡とに基づいて、移動した３次元空間内の区間での相対高度分布である上記第２の相対高度分布を生成する、
請求項８記載の位置推定装置。
［請求項１０］
気圧情報を取得する気圧取得部を備える装置での位置推定方法であって、
地図における領域の相対高度分布である第１の相対高度分布を取得する相対高度分布取得工程と、
移動した区間で上記気圧取得部により得た気圧情報に基づいて、上記移動した区間での相対高度分布である第２の相対高度分布を生成する相対高度分布生成工程と、
上記相対高度分布取得工程で得た上記第１の相対高度分布と上記相対高度分布生成工程で得た上記第２の相対高度分布の類似度に基づいて、上記領域における現在位置を推定する位置推定工程と、
を有する位置推定方法。
［請求項１１］
気圧情報を取得する気圧取得部を備える装置が内蔵したコンピュータが実行するプログラムであって、上記コンピュータを、
地図における領域の相対高度分布である第１の相対高度分布を取得する相対高度分布取得手段、
移動した区間で上記気圧取得部により得た気圧情報に基づいて、上記移動した区間での相対高度分布である第２の相対高度分布を生成する相対高度分布生成手段、及び
上記相対高度分布取得手段で得た上記第１の相対高度分布と上記相対高度分布生成手段で得た上記第２の相対高度分布の類似度に基づいて、上記領域における現在位置を推定する位置推定手段、
として機能させるプログラム。

１０…登山用位置表示装置
１１…ＧＰＳアンテナ
１２…ＧＰＳ受信部
１３…ＣＰＵ
１４…メインメモリ
１５…ＳＳＤ
１５Ａ…登山地図データ
１６…表示部
１７…タッチ入力部
１８…音声処理部
１９…３軸地磁気センサ
２０…３軸加速度センサ
２１…気圧センサ
２２…気圧センサ
２３…キー操作部
２４…近距離無線通信部
２５…外部デバイスインタフェイス（Ｉ／Ｆ）
２６…スピーカ
２７…近距離通信アンテナ
２８…ヘッドホンジャック
２９…マイクロＵＳＢ端子
３０…メモリカードスロット
Ｂ…バス

Claims (11)

1. 地図における領域の相対高度分布である第１の相対高度分布を取得する相対高度分布取得手段と、
   気圧情報を取得する気圧取得手段と、
   移動した区間で上記気圧取得手段により得た気圧情報に基づいて、上記移動した区間での相対高度分布である第２の相対高度分布を生成する相対高度分布生成手段と、
   上記相対高度分布取得手段で得た上記第１の相対高度分布と上記相対高度分布生成手段で得た上記第２の相対高度分布の類似度に基づいて、上記領域における上記移動した区間の位置を推定する位置推定手段と、
   を備える位置推定装置。
2. 上記相対高度分布生成手段は、所定の時間移動した区間で上記気圧取得手段により得た気圧情報に基づいて、上記所定の時間移動した区間での相対高度分布である上記第２の相対高度分布を生成する、請求項１記載の位置推定装置。
3. 上記相対高度分布取得手段は、標高情報を含む地図データから、当該標高情報に基づいて当該地図における領域の相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得する、請求項１または２記載の位置推定装置。
4. 上記相対高度分布取得手段は、当該地図における領域内を移動するための経路に沿った相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得する、請求項３記載の位置推定装置。
5. 上記相対高度分布生成手段は、移動した区間で検出した気圧情報と移動時間、及び移動距離とを正規化して、上記第２の相対高度分布を生成する、請求項１乃至４のいずれかに記載の位置推定装置。
6. 上記相対高度分布取得手段は、水平方向の距離情報を除外した当該地図における領域の相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得し、
   上記相対高度分布生成手段は、移動した区間での水平方向の距離情報及び移動時間を除外した上記第２の相対高度分布を生成する、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の位置推定装置。
7. 上記相対高度分布取得手段は、当該地図における領域の高度の変位の度合いを符号化した相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得し、
   上記相対高度分布生成手段は、移動した区間での高度の変位の度合いを符号化した上記第２の相対高度分布を生成する、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の位置推定装置。
8. 上記相対高度分布取得手段は、当該地図における領域の３次元空間内での相対高度分布である上記第１の相対高度分布を取得し、
   上記相対高度分布生成手段は、移動した区間で検出した気圧情報と自律航法による移動軌跡とに基づいて、移動した３次元空間内の区間での相対高度分布である上記第２の相対高度分布を生成する、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の位置推定装置。
9. 移動する方位を検出する方位検出手段をさらに備え、
   上記相対高度分布生成手段は、移動した区間で検出した気圧情報と自律航法による上記方位検出手段で検出した方位情報を含んだ移動軌跡とに基づいて、移動した３次元空間内の区間での相対高度分布である上記第２の相対高度分布を生成する、
   請求項８記載の位置推定装置。
10. 気圧情報を取得する気圧取得部を備える装置での位置推定方法であって、
    地図における領域の相対高度分布である第１の相対高度分布を取得する相対高度分布取得工程と、
    移動した区間で上記気圧取得部により得た気圧情報に基づいて、上記移動した区間での相対高度分布である第２の相対高度分布を生成する相対高度分布生成工程と、
    上記相対高度分布取得工程で得た上記第１の相対高度分布と上記相対高度分布生成工程で得た上記第２の相対高度分布の類似度に基づいて、上記領域における現在位置を推定する位置推定工程と、
    を有する位置推定方法。
11. 気圧情報を取得する気圧取得部を備える装置が内蔵したコンピュータが実行するプログラムであって、上記コンピュータを、
    地図における領域の相対高度分布である第１の相対高度分布を取得する相対高度分布取得手段、
    移動した区間で上記気圧取得部により得た気圧情報に基づいて、上記移動した区間での相対高度分布である第２の相対高度分布を生成する相対高度分布生成手段、及び
    上記相対高度分布取得手段で得た上記第１の相対高度分布と上記相対高度分布生成手段で得た上記第２の相対高度分布の類似度に基づいて、上記領域における現在位置を推定する位置推定手段、
    として機能させるプログラム。