JP2021143881A - 進行方向判定装置、携帯端末装置、および進行方向判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度センサの出力を用いて、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を加速度信号の搭載方向に関わらず簡易に判定することができる進行方向判定装置、携帯端末装置、および進行方向判定方法を提供すること。
【解決手段】３軸方向の加速度を該加速度の向きとともに示す加速度信号を生成する加速度センサを用い、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を判定する進行方向判定装置であって、３軸方向の加速度信号を用いて３軸のいずれかを実際の移動体の重力方向に最も近い重力軸として選択し、該移動体の重力方向と判定する第１の判定、および３軸のうち重力軸と選択された軸を除く２軸のいずれかを加速度信号の移動平均値に基づいて実際の該移動体の進行方向に最も近い進行軸として選択し、該移動体の進行方向と判定する第２の判定を実行する判定部を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、進行方向判定装置、携帯端末装置、および進行方向判定方法に関する。

従来、携帯端末装置を応用した技術として、歩行者測位技術（PDR：Pedestrian Dead Reckoning)が知られている。歩行者測位技術においては、人の移動距離を正確に測位する技術が必要となる。例えば、ナビゲーション技術の分野では、携帯端末装置の一例であるスマートフォン（以下、「携帯電話端末」という。）が備えている加速度、地磁気、角速度などのセンサ機能を活用し、歩行者の移動方向と移動量を算出し、該歩行者の位置を地図上に表示する。携帯端末装置を用いたこのような技術分野においては、携帯端末装置の向き、あるいは当該携帯端末装置を装着した人の移動方向等の方向を判定する技術が必須の技術となっている。

携帯端末装置の応用における方向を判定する技術に関連し、特許文献１には、３次元空間を構成する３軸のうちの１つを重力軸と判定検出する重力軸判定装置であって、３軸のうちの少なくとも２軸方向における加速度を各々が表す少なくとも２つの軸加速度信号を生成する信号生成部と、軸加速度信号の各々を少なくとも２つの軸加速度データ列として取り込む取り込み部と、同一時間帯における軸加速度データ列ごとのデータ値同士を比較して、３軸のうちのいずれか１を重力軸と判定してこれを表す検出信号を生成する判定検出部と、を含み、判定検出部は、同一時間帯において軸加速度データ列のうちの１のデータ値が当該１の軸加速度データ列以外の軸加速度データ列のデータ値よりも大きいと経時的に複数回に亘って判別した場合に１の軸加速度データ列に対応する軸を重力軸と判定することを特徴とする重力軸判定装置が開示されている。

また、移動体の方向を判断する技術に関連して、特許文献２には、互いに９０°の方向である２方向に感知方向を持ち、移動体の加速度を検出する加速度検出手段と、移動体が前進しているか否かを判断する判断手段と、判断手段によって移動体が前進していると判断された場合の加速度検出手段の出力によって加速度検出手段の前後方向および左右方向の極性を設定する設定手段と、を有することを特徴とするナビゲーションシステムが開示されている。

さらに、歩行者の進行方向を算出する技術として、特許文献３には、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、加速度データおよび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、進行方向決定手段は、各軸加速度データと、全ての軸の加速度データの二乗和平方根となる合成加速度とを用いて、遊脚期の加速度データを抽出する遊脚期抽出手段と、遊脚期の加速度データの中から、指定数分の加速度データを取得する指定数分加速度取得手段と、指定数分の遊脚期の加速度データに基づいて、右／左向きベクトルＵを算出する右／左向きベクトル算出手段と、右／左向きベクトルＵと、重力ベクトルＧと、地磁気ベクトルＭとを用いて、進行方向を算出する進行方向算出手段とを有することを特徴とする携帯端末が開示されている。

特許第５１５５１１７号公報 特開２００５−０１７３０８号公報 特開２０１２−１６８００４号公報

ここで、歩行者測位技術においては、歩行者が携帯端末装置をどのように装着するか（例えば、地面に対する携帯端末装置の向きで表現される）により、携帯端末装置から見た進行方向が変わってくる。携帯端末装置に備えられたセンサ等を用い、何らかの方法を用いて携帯端末装置の進行方向を判定したとしても、歩行者の携帯端末装置の装着方向を考慮しなければ、例えば実際の歩行者の進行方向とは反対の方向に判定するなど、歩行者の進行方向を誤って判定している可能性を排除できない。このような場合は、正確な歩行者測位はできないという問題がある。従って、携帯端末装置を携行する歩行者（一般に移動体）の進行方向をより正確に判定可能な進行方向判定装置が求められていた。また、該進行方向の判定は、携帯端末装置が搭載する加速度センサ等を用いて簡易に行うことができれば至便である。

特許文献２と３ではそれぞれ次のような問題がある。特許文献２は、一方が進行方向であり他方がその９０°回転した方向である２方向に感知方向をもつ加速度センサを搭載した移動体において、発進した直後に加速度を検出した方向を進行方向と判断することを開示している。しかし、加速度センサの出力が１方向のみ検出されたときは進行方向が判断できるが、加速度センサの出力が２方向双方に検出されたときは進行方向が判断できないため、進行方向を判断できる加速度センサの搭載方向が限定されてしまう。特許文献３は、加速度センサの出力信号に基づいて算出した合成加速度を用いて進行方向を演算して出力するため、演算量が多くなる。

本発明は、上記の事情を踏まえ、加速度センサの出力を用いて、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を加速度センサの搭載方向に関わらず簡易に判定することができる進行方向判定装置、携帯端末装置、および進行方向判定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る進行方向判定装置は、３軸方向の加速度を該加速度の向きとともに示す加速度信号を生成する加速度センサを用い、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を判定する進行方向判定装置であって、前記３軸方向の前記加速度信号を用いて３軸のいずれかを実際の前記移動体の重力方向に最も近い重力軸として選択し、該移動体の重力方向と判定する第１の判定、および前記３軸のうち前記重力軸と選択された軸を除く２軸のいずれかを加速度信号の移動平均値に基づいて実際の該移動体の進行方向に最も近い進行軸として選択し、該移動体の進行方向と判定する第２の判定を実行する判定部を含むものである。

上記課題を解決するため、本発明に係る携帯端末装置は、３軸方向の加速度を該加速度の向きとともに示す加速度信号を生成する加速度センサと、上記進行方向判定装置と、を含むものである。

上記課題を解決するため、本発明に係る進行方向判定方法は、３軸方向の加速度を該加速度の向きとともに示す加速度信号を生成する加速度センサを用い、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を判定する進行方向判定方法であって、前記移動体が所定の挙動を行った際の前記加速度センサからの前記加速度信号を用いて３軸のいずれかを重力軸として選択し、該移動体の重力方向と判定する第１のステップと、前記３軸のうち選択された前記重力軸を除く２軸のいずれかを加速度信号の移動平均値に基づいて前記加速度信号を用いて進行軸として選択し、該移動体の進行方向と判定する第２のステップとを備えたものである。

本発明によれば、加速度センサの出力を用いて、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を加速度センサの搭載方向に関わらず簡易に判定することができる進行方向判定装置、携帯端末装置、および進行方向判定方法を提供することが可能となる、という効果を奏する。

実施の形態に係る、（ａ）は進行方向判定装置の構成の一例を示すブロック図、（ｂ）は携帯端末装置における加速度センサの検知方向を示す図、（ｃ）は人の動作における特徴を説明する図である。 （ａ）から（ｃ）は、加速度センサを搭載した携帯端末装置を装着した人の、挙動の違いによる加速度信号を示したグラフである。 実施の形態に係る進行方向判定装置が実行する、進行方向判定処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は、加速度センサの出力と移動平均値の関係を説明するグラフ、（ｂ）は、合成ベクトルの変動を説明するグラフである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下に説明では、本発明に係る進行方向判定装置を、人が携行する携帯端末装置に搭載した形態を例示して説明する。本実施の形態に係る進行方向判定装置、携帯端末装置、および進行方向判定方法では、携帯端末装置内に搭載されている加速度センサを利用して、人が携帯端末装置をどのように装着しているかを判定し、携帯端末装置と人の進行方向を合わせることにより、歩行者測位技術の精度を向上させている。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る進行方向判定装置１０の構成の一例を、加速度センサ２０とともに示したブロック図である。図１（ａ）に示すように、進行方向判定装置１０は、フィルタ１１、加速度データ取り込み部１２、第１判定部１３、および第２判定部１４を含んで構成されている。進行方向判定装置１０は、例えば携帯端末装置等に内蔵され、当該携帯端末装置自体の向きや傾きに応じて移動体の進行方向を判定する。本実施の形態に係る進行方向判定装置１０は、例えばマイクロプロセッサを用いて構成することができるが、これに限られず、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、あるいは個別部品等を用いて構成してもよい。なお、本実施の形態において、「携帯端末装置」は、携帯電話端末、モバイルＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の携帯型情報端末一般を意味する。また、「第１判定部１３」および「第２判定部１４」は、本発明に係る「判定部」の一例である。

加速度センサ２０は、３次元空間を構成するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の軸ごとにその加速度の大きさおよび方向を表す３つの軸加速度信号を生成する３軸加速度センサである。加速度センサ２０は、例えば加速度検知機構を半導体プロセスで作製したＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）加速度センサである。ＭＥＭＳ加速度センサの検知機構はピエゾ抵抗型、静電容量型または熱検知型のいずれでもよい。その性能は、例えば±数ｇの範囲を測定でき、０Ｈｚから数百Ｈｚ程度までの加速度変動に追従できるものである。

加速度センサ２０は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々について例えば信号レベルを±１の範囲で示す軸加速度信号を生成する。つまり、±で加速度の方向を表し、その絶対値で加速度の大きさを表す。進行方向判定装置１０は、例えば図１（ｂ）に示すような携帯電話端末１００に内蔵されている。図１（ｂ）においてＸ軸とＹ軸とは互いに直交し、Ｙ軸が携帯電話端末１００の縦方向（長手方向）、Ｘ軸が横方向（短手方向）に各々対応している。Ｚ軸は、携帯電話端末１００の厚み方向（Ｘ−Ｙ平面と直交する方向）に対応している。図１（ｂ）に示すように、携帯電話端末１００は情報等の表示用のモニタ画面Ｓを有し、モニタ画面Ｓに対する法線の方向がＺ軸となっている。

加速度センサ２０は、携行者Ｐが携行する携帯電話端末１００の向き（傾き）に応じた信号レベルの軸加速度信号を出力する。Ｘ軸においては、携帯電話端末１００の右側が図１（ｂ）＜１＞に示す地面ＧＤに向いたときに−の信号レベル、左側が地面ＧＤに向いたときに＋の信号レベルを示す。Ｙ軸においては、携帯電話端末１００の上側が地面ＧＤに向いたときに−の信号レベル、下側が地面ＧＤに向いたときに＋の信号レベルを示す。Ｚ軸においては、携帯電話端末１００の表側（モニタ画面Ｓのある側）に地面ＧＤに向いたときが−の信号レベル、裏側が地面ＧＤに向いたときに＋の信号レベルを示す。

例えば、図１（ｂ）＜１＞に示されたように携帯電話端末１００の下側が地面ＧＤに向けられて固定されている場合、Ｘ軸およびＺ軸の各々の信号レベルは０、Ｙ軸の信号レベルは＋１となる。また、携帯電話端末１００が図１（ｂ）＜１＞に示される向きから時計回りに９０度だけ回転させて固定した場合には、Ｙ軸およびＺ軸の各々の信号レベルは０、Ｘ軸の信号レベルは−１となる。その他、携帯電話端末１００の向き（傾き）に応じて加速度センサ２０は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々について信号レベルを±１の範囲で示す軸加速度信号を生成および出力する。

フィルタ１１は、加速度センサ２０からのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸の軸加速度信号に含まれる例えば２００Ｈｚ以上の周波数成分を除去するローパスフィルタである。携帯電話端末１００の携行者Ｐが例えば歩行やランニングをしながらモニタ画面Ｓに表示される画像を見る場合がある。歩行等の運動中においては、携帯電話端末１００が上下左右に小刻みに振動したり回転したりするので、軸加速度信号に高周波成分が含まれてくる。高周波成分を含む軸加速度信号に基づいて画面の表示方向を切り替えた場合、その画面の表示方向が頻繁に切り替わって見づらくなるので、それを回避するために高周波成分を除去するものである。なお、本実施の形態ではフィルタ１１が進行方向判定装置１０に内蔵する形態を例示して説明するが、これに限られず、フィルタ１１はマイクロプロセッサによってソフトウェア的に実現してもよいし、進行方向判定装置１０の外部に設けてもよい。

加速度データ取り込み部１２は、フィルタ１１により高周波成分が除去された、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸についての軸加速度信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングして得られた軸加速度データからなる軸加速度データ列として取り込む。換言すれば、加速度データ取り込み部１２は、各軸の加速度の瞬時値を所定のサンプリング間隔でサンプリングして各軸についての軸加速度データ列を得る。ここで、軸加速度データは、データ値として、その取り込み時点における加速度の大きさおよび方向を例えば±１の範囲で表す。つまり、±で加速度の方向を表し、その絶対値で加速度の大きさを表す。軸加速度データ列は、複数の軸加速度データからなるデータ列である。

加速度データ取り込み部１２が軸加速度データ列を取得するサンプリング間隔は、進行方向判定装置１０を搭載する端末の用途や機能に応じて適宜設定可能である。例えば、進行方向判定装置１０を携帯電話端末１００に搭載し、歩数計と共用した場合、携行者Ｐは携帯電話端末１００を持ち歩くことから、歩く速さに基づいてサンプリング間隔を設定する。仮に徒歩の最大周波数を４Ｈｚとした場合、一歩の間隔は２５０ミリ秒となるので、加速度データ取り込み部１２はこれよりも短い間隔で軸加速度データ列を取得する。さらに正確に歩数を計測する場合には、一歩歩く動作中のいくつかの時点での加速度の変化を検出して計測を行うことが好ましい。そのため、例えば一歩の動作中の加速度の変化を４点において検出して歩数を計測する場合には６２．５ミリ秒の間隔で軸加速度データ列を取得する必要があり、さらに短い間隔で計測することで一歩あたりの加速度の変化をより多く取得できるため、より正確な歩数を計測することができ、３０ミリ秒間隔で計測することが好適である。

第１判定部１３は、加速度データ取り込み部１２によって取得された、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の軸ごとの軸加速度データ列に基づいて移動体の重力方向に最も近い重力軸を選択し、移動体の重力方向と判定する。第１判定部１３は、加速度データ取り込み部１２からのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸の軸加速度データが表す加速度の大きさを相互に比較（以下、「加速度比較」という場合がある）して、これらの軸のうちのいずれか１つを重力軸として選択する。第１判定部１３は、少なくとも１回の加速度比較の結果に基づいて重力軸を選択する。しかしながら、これに限られず重力軸を選択するための加速度比較の回数は設定自在である。

１回の加速度比較の結果に基づいて重力軸を選択する設定をした場合、第１判定部１３は、同一時間帯における加速度データ取り込み部１２からのＸ軸加速度データが表すＸ軸の加速度の絶対値、Ｙ軸加速度データが表すＹ軸の加速度の絶対値およびＺ軸加速度データが表すＺ軸の加速度の絶対値を相互に比較し、最も大きい絶対値の加速度に対応する軸を重力軸であると選択する。例えば、加速度データ取り込み部１２からの軸加速度データが示す加速度の大きさについてそれぞれＸ軸が−０．９９、Ｙ軸が０．０５、Ｚ軸が０．０７であった場合、その絶対値の最も大きいＸ軸を重力軸であると選択し、移動体の重力方向と判定する。

複数回の加速度比較の結果に基づいて重力軸を選択する設定をした場合、第１判定部１３は、所定判定期間内における加速度データ取り込み部１２からのＸ軸加速度データ列、Ｙ軸加速度データ列およびＺ軸加速度データ列同士を比較してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれか１つを重力軸として選択する。より詳細には、所定判定期間内においてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちのいずれか１の軸についての加速度の絶対値が、他の軸の加速度の絶対値よりも大きいと経時的に所定判定回数だけ判定した場合に、その１の軸を重力軸として選択し、移動体の重力方向と判定する。

第２判定部１４は、第１判定部１３で選択された重力軸を使用して、携行者Ｐの進行方向を判定する。携行者Ｐの進行方向は、携行者Ｐが携帯電話端末１００をどのような態様（向き、傾き等）で保持しているかにも依存するので、一般に判定することが難しい。本実施の形態に係る第２判定部１４では、第１判定部１３において選択した重力軸を勘案して進行方向を判定しているが、さらに人の挙動に関する以下のような知見を考慮している。
ここで、携帯電話端末１００は、図１（ｂ）＜３＞に示すように、衣服のポケットなどを利用し携行者Ｐが身に着けている状態にあるものとする。

すなわち、携帯電話端末１００を携行する携行者Ｐの動作に関し、以下のような傾向があるという知見である。
人は、身体の構造上前に曲がりやすくなっているので、身体を前に傾けることが多い。
つまり、日常生活においては、左、右、後ろに曲げる（傾ける）動きよりも前に体を曲げる動きのほうが大きく、かつ頻度が多いという傾向である。本実施の形態は、人の挙動におけるこのような性質を利用している。身体を前に傾ける動作の具体的な例としては、以下のような動作を挙げることができる。
［動作１］図１（ｃ）＜１＞に示すような、椅子から立ち上がるとき、椅子に座るときの動作。
［動作２］図１（ｃ）＜２＞に示すような、床の物を持ち上げるときの動作。
［動作３］図１（ｃ）＜３＞に示すような、立った状態で靴を履くときの動作。

例えば、携行者Ｐが携帯電話端末１００を胸ポケットに入れていた場合、上記の動作を行うと、第１判定部１３で選択された重力軸を除く２軸のうち、携行者Ｐの前向きの方向に最も近い軸が大きく変化する。第２判定部１４は、この変化から、携行者Ｐの前向きの方向に最も近い携帯電話端末１００の方向を選択し、携行者Ｐの進行方向と判定する。

次に、本実施の形態に係る進行方向判定装置１０において実行される進行方向判定の手順（以下、「進行方向判定処理」という場合がある）について説明する。本実施の形態に係る進行方向判定処理の基本的な手順は以下のとおりである。
［手順１］重力方向の判定を行う。本判定は第１判定部１３によって行う。
加速度センサ２０の各軸の値を、フィルタ１１によってローパスフィルタ処理する。上述したように、フィルタ処理後のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度信号のうち絶対値の最も大きい値に対応する軸を重力軸として選択し、さらにその軸の「＋」「−」により極性を判定し重力方向と判定する。
［手順２］進行方向の判定を行う。本判定は第２判定部１４によって行う。
手順１で選択された重力軸を除く２軸のうち、各軸の加速度信号の現在の値（以下、「現在値」という場合がある）と移動平均値の差の絶対値が大きい軸を選択する。選択された軸を携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の軸（以下、「進行軸」という場合がある）として扱う。さらに、進行軸（現在値−移動平均値）の符号が「＋」か「−」かによって当該軸の方向がプラス方向なのかマイナス方向なのかを判断し、携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向を選択する。携帯電話端末１００の方向は、Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−、Ｚ＋、Ｚ−の６方向のいずれかで選択され、選択された携帯電話端末１００の方向を携行者Ｐの進行方向と判定される。判定された進行方向は進行方向判定装置１０から検出信号として出力される。

なお、上記［手順２］において現在値と移動平均値の差の絶対値が大きい方の値に対応する軸を進行軸とするに際し、さらに絶対値が大きい方となる頻度を加味し、該頻度の多い軸を進行軸とするようにしてもよい。また、進行方向の判定に際し、傾きをできるだけ正確に判断するために、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度信号の合成ベクトル（以下、「合成ベクトル」という場合がある）の値（合成値、各軸の値の２乗和の平方根）が、平均値に対して許容範囲内であることを確認してもよい。さらに、第１判定部１３で選択した重力軸が変化した場合には、携行者Ｐが携帯電話端末１００の装着場所もしくは装着方向が変化した可能性があるので、手順１から再度判定をやり直してもよい。

次に、図２および図４を参照して、実際に行った進行方向の判定の実施例について説明する。

図２は、上記の［動作１］から［動作３］の各々の動作を行った場合の進行方向の判定結果を示すグラフであり、図２（ａ）が［動作１］の判定結果を、図２（ｂ）が［動作２］の判定結果を、図２（ｃ）が［動作３］の判定結果を、各々示している。図２に示すグラフの取得時における、携帯電話端末１００と加速度センサ２０の配置関係、および携帯電話端末１００の装着状態は図１（ｂ）に示したとおりである。図２の各図は、各動作にともなって加速度センサ２０から出力されるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度信号を、予め定められたサンプリング間隔（本実施例では３０ｍｓ）でサンプリングした結果を示しており、横軸はサンプリング回数、縦軸は加速度の大きさを示している。加速度の値が正の場合は加速度は「＋」方向を、負の場合は「−」方向を各々示している。なお、図２では、予め「Ｙ＋」方向が重力方向と判定されている。従って、携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向は、Ｘ軸方向（Ｘ＋またはＸ−）か、Ｚ軸方向（Ｚ＋またはＺ−）となる。

図２（ａ）は、［動作１］として、携行者Ｐが椅子から立ち上がった後、椅子に座るという動作を行った場合の各軸の加速度信号を示しており、各々の動作に伴って各軸の加速度信号の値には２つの山が発生していることがわかる。図２（ａ）に示すように、本動作に付随する姿勢の変化に起因して、Ｘ軸の加速度信号も０を境に正負に触れているが、絶対値の変化はＺ軸の方が大きい。従って、Ｚ軸が進行軸と選択される。さらに、Ｚ軸の加速度信号の符号は正（値が０以上）であるので、携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向はＺ＋方向と選択され、進行方向はＺ＋方向と判定される。

図２（ｂ）は、［動作２］として、携行者Ｐが床の物を持ち上げるという動作を行った場合の各軸の加速度信号を示しており、各々の動作に伴って各軸の加速度信号の値が変化していることがわかる。図２（ｂ）に示すように、本動作に付随する姿勢の変化に起因して、Ｘ軸の加速度信号も０を境に正負に触れているが、絶対値の変化はＺ軸の方が大きい。従って、Ｚ軸が進行軸と選択される。さらに、Ｚ軸の加速度信号の符号は正（値が０以上）であるので、携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向はＺ＋方向と選択され、進行方向はＺ＋方向と判定される。

図２（ｃ）は、［動作３］として、携行者Ｐが立った状態で靴を履くという動作を行った場合の各軸の加速度信号を示しており、各々の動作に伴って各軸の加速度信号の値が変化していることがわかる。図２（ｃ）に示すように、本動作に付随する姿勢の変化に起因して、Ｘ軸の加速度信号も０を境に正負に触れているが、絶対値の変化はＺ軸の方が大きい。従って、Ｚ軸が進行軸と選択される。さらに、Ｚ軸の加速度信号の符号は正（値が０以上）であるので、携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向はＺ＋方向と選択され、進行方向はＺ＋方向と判定される。

図２に示す結果から、上記手順による本実施の形態に係る進行方向判定処理の前提が妥当なものであることがわかる。本実施の形態でいう「携行者Ｐの進行方向」は、実際の携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向を指し、実際の携行者Ｐの進行方向は携帯電話端末１００の方向と一致している場合もある。また、本実施の形態に係る「進行方向」には、未だ進行はしていないが、ある動作を行った後、次の動作として進行した場合に進行方向となる蓋然性が高い方向も含む。

次に、図３を参照して、本実施の形態に係る進行方向判定装置１０において実行される進行方向判定処理について説明する。図３は当該進行方向判定処理において実行される進行方向判定処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本進行方向判定処理プログラムは、進行方向判定装置１０を実現しているマイクロプロセッサが実行するようにしてもよいし、あるいは、進行方向判定装置１０を搭載する携帯電話端末１００の制御部が実行するようにしてもよい。いずれにしろ、本進行方向判定処理プログラムは図示しないＲＯＭ等の記憶手段に記憶されており、ユーザインタフェース（例えば、携帯電話端末１００のモニタ画面Ｓ）等を介して実行開始の指示を受け付けると、図示しないＣＰＵがＲＯＭ等の記憶手段から本進行方向判定処理プログラムを読み込み、ＲＡＭ等に展開して実行する。

ステップＳ１００で、加速度センサ２０からの加速度信号を受信して、加速度の測定を開始する。本実施の形態では、本測定を３０ｍｓの間隔でサンプリングして行う。

ステップＳ１０１で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々の加速度の移動平均値、および合成ベクトルの合成値の平均値を算出する平均処理を実行する。

ステップＳ１０２で、予定したサンプリング数終了したか否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合は次のステップＳ１０３に移行する一方、否定判定となった場合はステップＳ１００に戻ってサンプリングを継続する。

ステップＳ１０３で、上述した手順によって重力方向の判定を行う。

次のステップＳ１０４で、ステップＳ１０３で選択した重力軸が変化したか否か判定する。当該判定は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度信号のうち絶対値の最も大きい値に対応する軸が変化したか否かによって判定する。当該判定が肯定判定となった場合はステップＳ１００に戻り、サンプリングを継続する。なお、上述したように、本ステップは必須の処理ではなく、省略してもよい。

ステップＳ１０５で、以下のパラメータの平均値からの変化量を算出する。
[１]合成変化量=合成ベクトルの現在値-合成ベクトルの平均値
[２]Ｘ軸変化量=Ｘ軸の現在値-Ｘ軸の移動平均値
[３]Ｙ軸変化量=Ｙ軸の現在値-Ｙ軸の移動平均値
[４]Ｚ軸変化量=Ｚ軸の現在値-Ｚ軸の移動平均値
各移動平均値の算出は、移動平均をとるサンプリング数（回数）を予め定めて行う。なお、本ステップで算出する変化量は絶対値である。また、本ステップにおいては、各軸の加速度信号の変化量の基準値として移動平均値を用いているが、これに限られず他の形式の平均値、あるいは基準となる値を用いてもよい。

ここで、図４（ａ）を参照し、各軸の変化量についてより具体的に説明する。図４（ａ）は、上記［動作２］の場合を例示して、Ｘ軸の現在値Ｘと移動平均値Ａｘとの関係、およびＺ軸の現在値Ｚと移動平均値Ａｚとの関係を示している。この場合、Ｘ軸の変化量は図４（ａ）に示すΔＸとなり、Ｚ軸の変化量はΔＺとなる。図４（ａ）に示す例では、所定の時刻（タイミング）におけるΔＺ、ΔＸについて、｜ΔＺ｜＞｜ΔＸ｜が成立しているので、進行軸はＺ軸と選択される。このように、本実施の形態において、移動平均値は、各軸の変化量を算出する上での基準値となっている。なお、図４（ａ）では、移動平均のサンプリング回数を、一例として３２回としている。

ステップＳ１０６で、ステップＳ１０５で算出した合成変化量が予め定めた許容値の範囲内に収まっているか否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合は次のステップＳ１０７に移行し、否定判定となった場合はステップＳ１００に戻る。上記許容値の値に特に制限はなく、進行方向判定装置の精度等を勘案して適切に設定すればよい。本実施の形態では、一例として０．２ｇとしている。

ここで、図４（ｂ）を参照し、合成変化量についてより詳細に説明する。図４（ｂ）は、上記［動作３］の場合を例示して、合成値の変動を示している。図４（ｂ）に示すように、合成値は、例えば平均値＝１を中心として正負の方向に変化する。この場合許容値ΔＴは、「１」を中心とし正負方向に設定される。つまり、合成変化量の絶対値≦ΔＴであればステップＳ１０６で肯定判定となり、合成変化量の絶対値＞ΔＴであれば否定判定となる。ステップＳ１０６は、携行者Ｐが突然走り始める等の想定外の挙動をとることを除外する主旨であり、上述したように必須の処理ではない。

ステップＳ１０７で、ステップＳ１０３で選択した重力軸が平均値より０ｇ方向に近づいているか否かを判定する。当該判定は、例えば平均値とステップＳ１０３で選択した重力軸の現在値の差の絶対値である乖離量に対する閾値を設定し、乖離量が該閾値以上であるか否かによって判定する。すなわち、乖離量が当該閾値未満の場合に否定判定となる。
図２の例で説明すれば、重力軸であるＹ軸が平均値＝１ｇより０ｇに近づいているか否か判定する。当該判定が肯定となった場合は次のステップＳ１０８に移行し、否定判定となった場合はＳ１００に戻る。本ステップは、図２の各図に示すように、進行軸（図２の例ではＺ軸）の値が増加すると、重力軸（図２の例ではＹ軸）の値が減少する（０に近づく）傾向にあることを確認する処理である。例えば加速度センサを手に持った状態で振るなど、加速度センサに追加の力が加わった状態では進行軸の値が増加したとしても、重力軸の値が減少しない場合がある。したがって、ステップＳ１０７は、異常な外力が加わった状態で測定されたか否か確認するための処理であり、省略しても差し支えない。

ステップＳ１０８で、上述した手順に基づき、重力軸を除く２軸について、変化量の絶対値の大きい方を進行軸として選択し、進行軸の変化の符号で携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向を仮選択する。

ステップＳ１０９で、携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向が予め定められた回数連続したか否か判定する。すなわち、１つの方向について連続して携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向と選択された回数が予め定められた回数未満である場合に否定判定となる。当該判定が肯定判定となった場合はステップＳ１１０に移行する一方、否定判定となった場合はステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１１０で、携行者Ｐの進行方向に最も近い携帯電話端末１００の方向の選択を確定し、進行方向と確定する。

ステップＳ１１１で、終了指示があったか否か判定し、当該判定が否定判定となった場合はステップＳ１００に戻り、肯定判定となった場合は、本進行方向判定処理プログラムを終了する。終了指示があったか否かの判定は、例えばモニタ画面Ｓを介して携行者Ｐが終了の指示をしたか否かを判定して行う。

ここで、本実施の形態では、ステップＳ１００からステップＳ１０４までの処理が第１判定部１３の処理であり、ステップＳ１０８からステップＳ１１１までの処理が第２判定部１４による処理となっている。ステップＳ１０５からステップＳ１０７までの処理は、第１判定部１３、第２判定部１４のいずれが実行してもよいが、本実施の形態では一例として第２判定部１４が行うものとしている。

以上詳述したように、本実施の形態に係る進行方向判定装置、携帯端末装置、および進行方向判定方法によれば、加速度センサの出力を用いて、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を簡易に判定することが可能となる。すなわち、本実施の形態に係る進行方向判定装置、携帯端末装置、および進行方向判定方法は、加速度センサのみを用いて進行方向を判定しており、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の専用システムを用いた構成に比べて簡便な構成で実現でき、さらにはコストの低減にも寄与する。

なお、上記実施の形態では、加速度センサのみを用いて進行方向を判定する形態を例示して説明したが、例えば携帯電話端末が、地磁気センサ、角速度センサ等を搭載している場合には、これらのセンサを用いて進行方向の判定の補助としてもよい。つまり、加速度センサの各軸と、地磁気センサ、あるいは角速度センサの各軸の対応関係は携帯電話端末の製造時点で分かっているので、本実施の形態に係る進行方向判定装置で判定した進行方向（装着状態）と対応させることにより進行方向を判定の補助とすることができる。

１０ 進行方向判定装置
１１ フィルタ
１２ 加速度データ取り込み部
１３ 第１判定部
１４ 第２判定部
１００ 携帯電話端末
Ａｘ、Ａｚ 移動平均値
ＧＤ 地面
Ｐ 携行者
Ｓ モニタ画面
ΔＴ 許容値

Claims (9)

1. ３軸方向の加速度を該加速度の向きとともに示す加速度信号を生成する加速度センサを用い、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を判定する進行方向判定装置であって、
   前記３軸方向の前記加速度信号を用いて３軸のいずれかを実際の前記移動体の重力方向に最も近い重力軸として選択し、該移動体の重力方向と判定する第１の判定、および前記３軸のうち前記重力軸と選択された軸を除く２軸のいずれかを加速度信号の移動平均値に基づいて実際の該移動体の進行方向に最も近い進行軸として選択し、該移動体の進行方向と判定する第２の判定を実行する判定部を含む
   進行方向判定装置。
2. 前記判定部は、前記３軸方向の加速度信号のうち絶対値の最も大きい加速度信号に対応する軸を前記重力軸として選択し、選択された前記重力軸に対応する前記加速度信号の符号により前記重力方向を判定して前記第１の判定を実行する
   請求項１に記載の進行方向判定装置。
3. 前記判定部は、前記第１の判定で選択された前記重力軸を除く２軸の各々について、所定のタイミングにおける前記加速度信号の現在値と予め定められた回数の移動平均値との差の絶対値の大きい方の軸を前記進行軸として選択し、選択された前記進行軸に対応する前記加速度信号の符号により前記進行方向を判定して前記第２の判定を実行する
   請求項１または請求項２に記載の進行方向判定装置。
4. 前記判定部は、前記移動体が所定の挙動を行った際の前記加速度センサからの前記加速度信号を用いて前記第１の判定、および前記第２の判定を実行する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の進行方向判定装置。
5. 前記判定部は、前記移動体が前記所定の挙動を行った際に、平均値と前記第１の判定で選択された重力軸の加速度信号の値の現在値の０方向の差の絶対値である乖離量が、予め定められた値未満である場合に、前記第１の判定から実行し直す
   請求項４に記載の進行方向判定装置。
6. 前記判定部は、前記３軸方向の前記加速度信号をベクトル的に合成した合成ベクトルの平均値からの変化量を算出し、該変化量が前記平均値を中心とする予め定められた範囲を外れた場合に、前記第１の判定から実行し直す
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の進行方向判定装置。
7. 前記判定部は、前記第２の判定において連続して前記進行方向と判定された回数が予め定めた回数未満である場合に前記第１の判定から実行し直す
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の進行方向判定装置。
8. ３軸方向の加速度を該加速度の向きとともに示す加速度信号を生成する加速度センサと、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の進行方向判定装置と、を含む
   携帯端末装置。
9. ３軸方向の加速度を該加速度の向きとともに示す加速度信号を生成する加速度センサを用い、当該加速度センサを搭載した移動体の進行方向を判定する進行方向判定方法であって、
   前記移動体が所定の挙動を行った際の前記加速度センサからの前記加速度信号を用いて３軸のいずれかを重力軸として選択し、該移動体の重力方向と判定する第１のステップと、
   前記３軸のうち選択された前記重力軸を除く２軸のいずれかを加速度信号の移動平均値に基づいて進行軸として選択し、該移動体の進行方向と判定する第２のステップと、
   を備えた進行方向判定方法。

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