JP5008200B2 - 加速度センサ及び地磁気センサを用いて進行向きの転換を判定する携帯端末、プログラム及び方法 - Google Patents
加速度センサ及び地磁気センサを用いて進行向きの転換を判定する携帯端末、プログラム及び方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、歩行者の進行向きの転換を判定する携帯端末及びプログラムに関する。特に、進行方向及び現在位置をリアルタイムに導出する自律航法技術に関する。
従来、加速度センサ及び方位センサを用いて、進行方向及び現在位置をリアルタイムに導出する自律航法技術がある。自律航法技術は、ＧＰＳ(Global Positioning System)技術と組み合わされて、主にカーナビゲーションシステム(Car Navigation System)に利用されている。カーナビゲーションシステムは、自動車の運転者に対して、正確な進行方向及び現在位置と、目的地への走行経路案内とを、ディスプレイに表示する。
カーナビゲーションシステムは、ＧＰＳによって測位した現在位置情報を、車速パルス又はジャイロのような自律航法技術によって補正する。また、道路地図情報を必要に応じて読み出し、現在の走行経路が道路上と一致するように、進行方向及び現在位置を補正する（投影法によるマップマッチング技術、例えば特許文献１参照）。これにより、センサの誤差によって、現在位置が、道路上でない位置になることを防ぐことができる。
これに対し、このようなナビゲーション技術を、歩行者の所持する携帯端末に適応したシステムもある。具体的には、検出した歩行者の「歩数」と、その歩行者の「歩幅」とを用いて、始点からの累積的な現在位置を導出する（例えば特許文献２参照）。自律航法技術を歩行者に適応した場合、水平方向の移動以外の加速度成分も検出される。従って、測定される距離は、単純に加速度センサの出力を積分するのではなく、歩数及び歩幅から導出される。
「歩数」は、携帯端末内の加速度センサによって検出された軸毎の加速度を二乗和の平方根とし（√(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)）、そのピーク−ピーク間を１歩として検出する（例えば特許文献３参照）。「歩幅」は、利用者が予め設定するか、若しくは利用者の身長から推定する。又は、他の技術によれば、歩行者に規定距離を歩行させることによって、その歩幅をキャリブレーションする技術もある（例えば非特許文献１参照）。
「進行方向」は、「方位センサ」によって検出される。方位センサとしては、一般に地磁気センサが利用される。地磁気センサを用いて検出した端末の姿勢及び方向を、ディスプレイに３次元表示する技術もある（例えば特許文献４参照）。また、進行方向に交差点を介して複数の道路が存在する場合、その交差点を、現在位置とする技術もある（例えば特許文献５参照）。
自律航法技術を用いた現在位置の決定について、センサデータの累積的誤差の影響を防ぐために、交差点での右折左折を検出した際に、その交差点を、現在位置の特定のための始点とする技術もある（例えば特許文献６参照）。即ち、方向転換が検出される毎に、センサデータの累積的誤差がリセットされることなり、その後の現在位置の特定に、先の累積的誤差が影響しない。
また、端末の鉛直方向を決定した後に、鉛直方向加速度と進行方向加速度との関係を用いて進行方向を決定する、自律航法技術もある(例えば特許文献７参照)。
特許文献４に記載された技術によれば、加速度センサ及び地磁気センサを用いて静止状態における方位を導出することができる。静止状態では、加速度センサによって検出される加速度ベクトルは、重力のみを表す。従って、その重力ベクトルとその地磁気ベクトルとを用いて導出される世界座標系から、方位を導出することができる。
しかしながら、実際に、歩行者に所持された携帯端末によって方位を導出する場合、手持ち状態のためにセンサによって検出される波形が乱れ、正しい方位を導出することはできない。特に、歩行時に生じる加速度ベクトルは、重力の他に、運動加速度や腕振り運動による遠心力などが合成されたものである。従って、重力方向を決定できないために世界座標系も導出できず、結局、方位を導出することもできない。また、歩行者が手持ちするような携帯端末については、サイズやコストの制約から、カーナビゲーションシステムに搭載されるジャイロセンサを用いることも難しい。
一方で、右折左折が検出できれば、地図と照らし合わせることで該当する交差点を、現在位置の特定のための始点とできることは知られている。したがって、右折左折を正しく検出することにより、地図と照らし合わせて交差点を特定し、また、交差点からの移動距離と組み合わせて位置を特定することができる。
そこで、本発明は、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合に、その携帯端末に搭載された加速度センサ及び地磁気センサを用いて、正確な進行方向を決定するまでもなく、歩行者の進行向きの転換を判定することができる携帯端末、プログラム及び方法を提供することを目的とする。
本発明によれば、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を有し、歩行者によって所持される携帯端末において、
歩行者の進行向きの転換を判定する方向転換判定手段を有し、
方向転換判定手段は、
加速度データからセンサの重力向き軸を決定する重力向き軸決定手段と、
地磁気データから移動平均値を算出する移動平均算出手段と、
重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する方向変化決定手段と
を有することを特徴とする。
歩行者の進行向きの転換を判定する方向転換判定手段を有し、
方向転換判定手段は、
加速度データからセンサの重力向き軸を決定する重力向き軸決定手段と、
地磁気データから移動平均値を算出する移動平均算出手段と、
重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する方向変化決定手段と
を有することを特徴とする。
判定基準ｙ軸の上から見たときに、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸は、判定基準ｘ軸の向きを９０度時計回り（右回り）に回転させた向きが、判定基準ｚ軸の向きになるように決定されることも好ましい。
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、方向変化決定手段は、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、右回りに方向転換したと判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、左回りに方向転換したと判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、折り返しで方向転換したと判定する
ことも好ましい。
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、右回りに方向転換したと判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、左回りに方向転換したと判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、折り返しで方向転換したと判定する
ことも好ましい。
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、移動平均算出手段は、加速度センサ及び地磁気センサの検出時刻毎に、当該検出時刻から以前の、所定時間範囲における複数の地磁気データの平均値を算出することも好ましい。
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
地図情報を記憶した地図情報記憶手段と、
方向転換判定手段が、歩行者の進行に伴う方向転換を検出した際に、地図情報における近傍の交差点の位置を現在位置として決定する現在位置決定手段と
を更に有することも好ましい。
地図情報を記憶した地図情報記憶手段と、
方向転換判定手段が、歩行者の進行に伴う方向転換を検出した際に、地図情報における近傍の交差点の位置を現在位置として決定する現在位置決定手段と
を更に有することも好ましい。
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
加速度センサから入力された加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に区分する歩行タイミング決定手段と、
歩数毎の加速度データを受け取り、歩数毎の歩幅を決定する歩幅決定手段と、
１歩分の歩幅を積算して、移動量を決定する移動量積算手段と
を更に有し、
現在位置決定手段は、移動量積算手段から出力された移動量と、方向転換判定手段から出力された方向転換とに基づいて、地図情報にマップマッチングをして現在位置を決定することも好ましい。
加速度センサから入力された加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に区分する歩行タイミング決定手段と、
歩数毎の加速度データを受け取り、歩数毎の歩幅を決定する歩幅決定手段と、
１歩分の歩幅を積算して、移動量を決定する移動量積算手段と
を更に有し、
現在位置決定手段は、移動量積算手段から出力された移動量と、方向転換判定手段から出力された方向転換とに基づいて、地図情報にマップマッチングをして現在位置を決定することも好ましい。
本発明によれば、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を有し、歩行者によって所持される携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、
歩行者の進行向きの転換を判定する方向転換判定手段を有し、
方向転換判定手段は、
加速度データからセンサの重力向き軸を決定する重力向き軸決定手段と、
地磁気データから移動平均値を算出する移動平均算出手段と、
重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する方向変化決定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
歩行者の進行向きの転換を判定する方向転換判定手段を有し、
方向転換判定手段は、
加速度データからセンサの重力向き軸を決定する重力向き軸決定手段と、
地磁気データから移動平均値を算出する移動平均算出手段と、
重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する方向変化決定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
本発明によれば、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を有し、歩行者によって所持される携帯端末によって、歩行者の進行向きの転換を判定する方向転換判定方法であって、
加速度データからセンサの重力向き軸を決定する第１のステップと、
地磁気データから移動平均値を算出する第２のステップと、
重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する第３のステップと
を特徴とする。
加速度データからセンサの重力向き軸を決定する第１のステップと、
地磁気データから移動平均値を算出する第２のステップと、
重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する第３のステップと
を特徴とする。
本発明の携帯端末、プログラム及び方法によれば、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合に、その携帯端末に搭載された加速度センサ及び地磁気センサを用いて、正確な進行方向を決定するまでもなく、歩行者の進行向きの転換を判定することができる。
以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、歩行者の歩行態様と、地磁気変動方向とを表す説明図である。
図１によれば、歩行者は、携帯端末を手持ちにし、その手を前後に振りながら歩行している。このような一般的な歩行態様を横方向から見れば、携帯端末の位置は、円弧を描きながら振り子状に前後に変動している。図１によれば、歩行者に把持された携帯端末の位置として、位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃが表されている。位置Ｂは、歩行者の手が真下にある時（最下点）である。また、進行方向から見れば、携帯端末の位置は、上下に変動している。
携帯端末は、加速度センサ及び地磁気センサを搭載している。２つのセンサは、携帯端末内部で固定されており、携帯端末の向きが決まれば、センサの軸の向きも決まる。また、携帯端末を手持ちした腕における肩部分は、携帯端末の位置変動が描く円弧の回転軸となる。この曲線の変動は、携帯端末に搭載された加速度センサ又は地磁気センサによって検出される。
更に、歩行者及び携帯端末に対しては、南から地磁気が到来している。歩行者が、端末を一定の姿勢で保持し、一方向に真っ直ぐ進行している限り、その地磁気のセンサ座標系における到来方向は同じである。
図２は、歩行者の把持する携帯端末におけるセンサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を表す説明図である。
図２（ａ）によれば、携帯端末の姿勢に対応したセンサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸が表されている。ここで、歩行者によって把持された携帯端末は、手振りによって常に姿勢が変化している状態にある。携帯端末の姿勢が決定されない限り、地磁気に基づいて方位を決定することもできない。
図２（ｂ）によれば、携帯端末の姿勢が不明であっても、重力向き軸が特定されている。携帯端末が、歩行者の手が真下にある時（位置Ｂ、最下点）、その位置Ｂにおける重力向き軸を決定する。
この重力向き軸は、加速度センサによって検出される加速度データを用いる。所定時間範囲に検出された加速度ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の加速度データについて、各軸の加速度の平均の絶対値が最も大きな軸が、重力方向の軸となる。また、重力は、下向きに検出されるため、重力方向の軸の加速度の平均値が「正」の場合には、下向きが「正」となり、加速度の平均値が「負」の場合には、下向きが「負」（上向きが「正」）となる。
ここで、重力向き軸が、センサのｙ軸で、そのｙ軸の上向きが「正」であったとする。このときセンサのｙ軸を判定基準ｙ軸に割り当てる。これによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸に割り当てられるセンサの軸が決定される。
図２（ｃ）は、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸の位置関係を表す。判定基準ｙ軸の上から見たときに、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸は、判定基準ｘ軸の向きを９０度時計回り（右回り）に回転させた向きが、判定基準ｚ軸の向きになるように決定される。従って、判定基準ｘ軸には、センサｘ軸が割り当てられ、判定基準ｚ軸には、センサｚ軸が割り当てられる。
前述の例では、重力向き軸が、携帯端末のセンサｙ軸（上向きが「正」）に対応するものとして説明した。しかしながら、携帯端末の姿勢によっては、重力向き軸が、下向きが「正」となる場合もあるし、センサｘ軸になる場合もあるし、センサｚ軸になる場合もある。重力向き軸が、センサｙ軸（下向きが「正」）に対応する場合、判定基準ｘ軸は、センサｚ軸が割り当てられ、判定基準ｚ軸は、センサｘ軸が割り当てられる。センサｘ軸（上向きが「正」）に対応する場合、判定基準ｘ軸は、センサｚ軸が割り当てられ、判定基準ｚ軸は、センサｙ軸が割り当てられる。センサｘ軸（下向きが「正」）に対応する場合、判定基準ｘ軸は、センサｙ軸が割り当てられ、判定基準ｚ軸は、センサｚ軸が割り当てられる。センサｚ軸（上向きが「正」）に対応する場合、判定基準ｘ軸は、センサｙ軸が割り当てられ、判定基準ｚ軸は、センサｘ軸が割り当てられる。センサｚ軸（下向きが「正」）に対応する場合、判定基準ｘ軸は、センサｘ軸が割り当てられ、判定基準ｚ軸は、センサｙ軸が割り当てられる。
尚、ここでは、携帯端末内部に搭載された加速度センサと地磁気センサとの配置構成について、加速度センサのｘ軸と地磁気センサのｘ軸は同じ向きであるとする。同様に、加速度センサのｙ軸と地磁気センサのｙ軸とは同じ向きであり、加速度センサのｚ軸と地磁気センサのｚ軸とは同じ向きである。
図３は、地磁気に対する判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を表す説明図である。
判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する。地磁気は、南から北に向かって検出される。従って、判定基準の軸（ｘ軸又はｚ軸）が北に向いている場合、地磁気は「正」の値として検出され、南に向いている場合、地磁気は「負」の値として検出される。図３によれば、以下（１）〜（３）のように、方向転換をしている。但し、歩行者が携帯端末をどのような端末姿勢で把持しているのかは不明であるので、進行方位までは特定できない。あくまで、右回り、左回り又は折り返しの方向転換を検出できるのみである。
（１）［右回りに方向転換した場合］
（Ｒ１）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｒ２）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｒ３）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｒ４）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｒ１）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｒ２）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｒ３）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｒ４）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（２）［左回りに方向転換した場合］
（Ｌ１）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｌ２）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｌ３）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｌ４）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｌ１）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｌ２）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｌ３）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｌ４）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（３）［折り返しで方向転換した場合］
（Ｂ１）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｂ２）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｂ３）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｂ４）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｂ１）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｂ２）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合
（Ｂ３）判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
（Ｂ４）判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合
右回りに９０度ずつ方向転換した場合、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸の地磁気の値の符号（正／負）は、例えば、以下の順に変化する。
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ３） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ４） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ３） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ４） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝正）
また、例えば、（判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）のときに、「右折」−＞「折り返し（反転）」−＞「左折」と方向転換した場合、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸の地磁気の値の符号（正／負）は、以下のように変化する。
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝負） 「右折」
（Ｓ３） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ４） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝正） 「折り返し」
（Ｓ５） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝正） 「左折」
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝負） 「右折」
（Ｓ３） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ４） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝正） 「折り返し」
（Ｓ５） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝正） 「左折」
図４は、本発明における携帯端末の機能構成図である。
図４によれば、携帯端末１は、マイクロプロセッサ部１０と、地磁気センサ１１と、加速度センサ１２と、ＧＰＳ部１３と、地図情報記憶部１４と、ディスプレイ部１５とを有する。
地磁気センサ１１は、３軸方向（前後方向、左右方向及び上下方向）の地磁気の方向を測定する。地磁気センサ１１は、ホール素子を分離し、分離したホール素子からそれぞれ検出された値を出力する。
加速度センサ１２は、加速度、即ち単位時間当たりの速度の変化を検出する。携帯端末の傾きを検出することができる３軸タイプの場合、３次元の加速度を検出でき、地球の重力（静的加速度）の計測にも対応できる。
ＧＰＳ部１３は、基準の現在位置となる緯度経度情報を測位する。測位された現在位置を基準点として、歩行者の現在位置を、歩数、歩幅及び進行方向によって積算することができる。
地図情報記憶部１４は、例えば道路地図のような走行経路を表す地図情報を記憶する。また、ディスプレイ部１５は、マイクロプロセッサ部１０から出力された進行方向及び現在位置を、地図情報と共に表示する。これにより、歩行者に対してナビゲーション機能を提供する。
マイクロプロセッサ部１０は、方向転換判定部１０１と、歩行タイミング決定部１０２と、歩幅決定部１０３と、移動量積算部１０４と、現在位置決定部１０５として機能させるプログラムを実行する。
方向転換判定部１０１は、加速度データ及び地磁気データを時間経過と共に記憶しつつ、記憶されたその時間範囲のデータについて、進行向きの転換を判定する。本発明は、この方向転換判定部１０１における進行向きの方向転換の判定方法に基づく。
歩行タイミング決定部１０２は、加速度センサ１２から出力された加速度データ列を、所定時間毎、例えば歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎の、加速度データに分割する。例えば、合成加速度の変化、即ち移動時の揺れ具合から歩数を算出することもできる。
歩幅決定部１０３は、歩行タイミング決定部１０２から１歩分の加速度データを受け取り、１歩毎の歩幅を決定する。決定された歩幅は、移動量積算部１０４へ出力される。歩幅は、合成加速度の変化、即ち移動時の揺れ具合と、歩行者の体型とによって決定される。
移動量積算部１０４は、歩幅決定部１０３から１歩分の歩幅の情報を受け取り、それら１歩分の歩幅を積算して、移動量を決定する。移動量は、現在位置決定部１０５へ出力される。
現在位置決定部１０５は、地図情報記憶部１４から地図情報を取得し、積算された移動量から現在位置を特定する。現在位置決定部１０５は、方向転換判定部１０１が方向転換したと判定すれば、地図情報における近傍の交差点の位置を現在位置として決定する。また、現在位置決定部１０５は、移動量積算部１０４から出力された移動量と、方向転換判定部１０１から出力された方向転換とに基づいて、地図情報にマップマッチングをして現在位置を決定する。
本発明の特徴となる方向転換判定部１０１は、重力向き軸決定部１０１１と、移動平均算出部１０１２と、方向変化決定部１０１３とを有する。
重力向き軸決定部１０１１は、加速度データから重力向き軸を決定する。重力向き軸決定部１０１１は、所定時間範囲について、複数の加速度センサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の平均値を算出する。加速度の平均の絶対値が最も大きい軸が、重力方向の軸とする。また、その重力方向の軸の平均値が「正」又は「負」によって、重力向き軸が決定される。その重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸に割り当てられるセンサの軸も決定される。
移動平均算出部１０１２は、地磁気データから移動平均値を算出する。移動平均値は、加速度センサ及び地磁気センサの検出時刻毎に、当該検出時刻から以前の、所定時間範囲における複数の地磁気データの平均値である。
方向変化決定部１０１３は、重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸に割り当てられるセンサの軸を決定する。携帯端末の姿勢によっては、重力向き軸が、センサｘ軸になる場合もあるし、センサｙ軸になる場合もあるし、センサｚ軸になる場合もある。そして、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する。
図５は、加速度センサ及び地磁気センサによって実際に検出された第１の数値例である。尚、センサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の関係は、図２（ａ）に示したものと同じである。
図５によれば、加速度センサ及び地磁気センサが、１秒間に１６個のデータを出力した数値例であって、携帯端末を把持した歩行者が、北東から南東へ「右折」した時間範囲のものである。図５によれば、黒太線で囲まれた時間範囲について、加速度センサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の平均値を算出する。
加速度センサｘ軸：−２１２．６
加速度センサｙ軸：−７４９．９
加速度センサｚ軸： ９３．４
このとき、加速度の平均の絶対値が最も大きい軸は、ｙ軸である。即ち、ｙ軸は、重力方向の軸となる。また、ｙ軸の平均値は「負」となっているので、ｙ軸は、上向き、即ち重力と反対向きであることが判定できる。重力向き軸を判定基準ｙ軸に割り当てることよって、各センサ軸を、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸に割り当てる。ここでは、センサｘ軸が判定基準ｘ軸に割り当てられ、センサｚ軸が判定基準ｚ軸に割り当てられる。
加速度センサｘ軸：−２１２．６
加速度センサｙ軸：−７４９．９
加速度センサｚ軸： ９３．４
このとき、加速度の平均の絶対値が最も大きい軸は、ｙ軸である。即ち、ｙ軸は、重力方向の軸となる。また、ｙ軸の平均値は「負」となっているので、ｙ軸は、上向き、即ち重力と反対向きであることが判定できる。重力向き軸を判定基準ｙ軸に割り当てることよって、各センサ軸を、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸に割り当てる。ここでは、センサｘ軸が判定基準ｘ軸に割り当てられ、センサｚ軸が判定基準ｚ軸に割り当てられる。
図６は、第１の数値例について、時間経過における地磁気変化を表したグラフである。
●が、地磁気ｘ軸（判定基準ｘ軸）の変化を表し、▲が、地磁気ｚ軸（判定基準ｚ軸）の変化を表す。図６によれば、手振りの影響によって、地磁気センサで検出される地磁気の値は、大きく変動している。
図７は、第１の数値例について、時間経過における地磁気変化の移動平均を表したグラフである。
本発明によれば、地磁気データに対して移動平均を用いて変動を抑えている。図７によれば、携帯端末を把持した歩行者が、北東から南東へ「右折」した時間範囲のものである。判定基準ｘ軸及びｚ軸の地磁気の値の符号（正／負）は、以下のように変化している。
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝正）
進行向きが、「右折」したことを意味する。最初に、進行向きが北と東との間ということが分かれば、次の進行向きは南と東との間と分かり、北と東との間から、南と東との間へ、「右折」したことが分かる。
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝正）
進行向きが、「右折」したことを意味する。最初に、進行向きが北と東との間ということが分かれば、次の進行向きは南と東との間と分かり、北と東との間から、南と東との間へ、「右折」したことが分かる。
図８は、第２の数値例と、その時間経過における地磁気変化の移動平均を表したグラフである。尚、歩行者は第１の数値例と同じ姿勢で携帯端末を把持している。即ち、センサｘ軸が判定基準ｘ軸に割り当てられ、センサｚ軸が判定基準ｚ軸に割り当てられている。
図８によれば、携帯端末を把持した歩行者が、南東から北西へ「折り返し」た時間範囲のものである。判定基準ｘ軸及びｚ軸の地磁気の値の符号（正／負）は、以下のように変化している。
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ３） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝負）
進行向きが、南と東との間から、グルッと回って「折り返し」たことを意味する。最初に、進行向きが南と東との間ということが分かれば、次の進行向きは北と東との間、次の進行向きは北と西との間と分かり、南と東との間から、北と西との間へ、グルッと回って「折り返し」たことが分かる。
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝正）
（Ｓ３） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝負）
進行向きが、南と東との間から、グルッと回って「折り返し」たことを意味する。最初に、進行向きが南と東との間ということが分かれば、次の進行向きは北と東との間、次の進行向きは北と西との間と分かり、南と東との間から、北と西との間へ、グルッと回って「折り返し」たことが分かる。
図９は、第３の数値例と、その時間経過における地磁気変化の移動平均を表したグラフである。尚、歩行者は第１の数値例と同じ姿勢で携帯端末を把持している。即ち、センサｘ軸が判定基準ｘ軸に割り当てられ、センサｚ軸が判定基準ｚ軸に割り当てられている。
図９によれば、携帯端末を把持した歩行者が、北西から南西に「左折」した時間範囲のものである。判定基準ｘ軸及びｚ軸の地磁気の値の符号（正／負）は、以下のように変化している。
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）
進行向きが、「左折」したことを意味する。最初に、進行向きが北と西との間ということが分かれば、次の進行向きは南と西との間と分かり、北と西との間から、南と西との間へ、「左折」したことが分かる。
（Ｓ１） （判定基準ｘ軸＝負、判定基準ｚ軸＝負）
（Ｓ２） （判定基準ｘ軸＝正、判定基準ｚ軸＝負）
進行向きが、「左折」したことを意味する。最初に、進行向きが北と西との間ということが分かれば、次の進行向きは南と西との間と分かり、北と西との間から、南と西との間へ、「左折」したことが分かる。
以上、詳細に説明したように、本発明の携帯端末、プログラム及び方法によれば、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合に、その携帯端末に搭載された加速度センサ及び地磁気センサを用いて、正確な進行方向を決定するまでもなく、歩行者の進行向きの転換を判定することができる。
前述した本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
１ 携帯端末
１０ マイクロプロセッサ部
１０１ 方向転換判定部
１０１１ 重力向き軸決定部
１０１２ 移動平均算出部
１０１３ 方向変化決定部
１０２ 歩行タイミング決定部
１０３ 歩幅決定部
１０４ 移動量積算部
１０５ 現在位置決定部
１１ 地磁気センサ
１２ 加速度センサ
１３ ＧＰＳ部
１４ 地図情報記憶部
１５ ディスプレイ部
１０ マイクロプロセッサ部
１０１ 方向転換判定部
１０１１ 重力向き軸決定部
１０１２ 移動平均算出部
１０１３ 方向変化決定部
１０２ 歩行タイミング決定部
１０３ 歩幅決定部
１０４ 移動量積算部
１０５ 現在位置決定部
１１ 地磁気センサ
１２ 加速度センサ
１３ ＧＰＳ部
１４ 地図情報記憶部
１５ ディスプレイ部
Claims (8)
- 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を有し、歩行者によって所持される携帯端末において、
前記歩行者の進行向きの転換を判定する方向転換判定手段を有し、
前記方向転換判定手段は、
前記加速度データからセンサの重力向き軸を決定する重力向き軸決定手段と、
前記地磁気データから移動平均値を算出する移動平均算出手段と、
前記重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における前記移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する方向変化決定手段と
を有することを特徴とする携帯端末。 - 前記判定基準ｙ軸の上から見たときに、前記判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸は、前記判定基準ｘ軸の向きを９０度時計回り（右回り）に回転させた向きが、前記判定基準ｚ軸の向きになるように決定されることを特徴とする請求項１に記載の携帯端末。
- 前記方向変化決定手段は、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、右回りに方向転換したと判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、左回りに方向転換したと判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態に変化した場合、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、又は、判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である状態から、判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である状態に変化した場合、折り返しで方向転換したと判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の携帯端末。 - 前記移動平均算出手段は、前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検出時刻毎に、当該検出時刻から以前の、所定時間範囲における複数の地磁気データの平均値を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の携帯端末。
- 地図情報を記憶した地図情報記憶手段と、
前記方向転換判定手段が、歩行者の進行に伴う方向転換を検出した際に、前記地図情報における近傍の交差点の位置を現在位置として決定する現在位置決定手段と
を更に有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の携帯端末。 - 前記加速度センサから入力された前記加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に区分する歩行タイミング決定手段と、
歩数毎の加速度データを受け取り、歩数毎の歩幅を決定する歩幅決定手段と、
１歩分の歩幅を積算して、移動量を決定する移動量積算手段と
を更に有し、
前記現在位置決定手段は、前記移動量積算手段から出力された前記移動量と、前記方向転換判定手段から出力された前記方向転換とに基づいて、前記地図情報にマップマッチングをして現在位置を決定する
ことを特徴とする請求項５に記載の携帯端末。 - 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を有し、歩行者によって所持される携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記歩行者の進行向きの転換を判定する方向転換判定手段を有し、
前記方向転換判定手段は、
前記加速度データからセンサの重力向き軸を決定する重力向き軸決定手段と、
前記地磁気データから移動平均値を算出する移動平均算出手段と、
前記重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における前記移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する方向変化決定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする携帯端末用のプログラム。 - 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を有し、歩行者によって所持される携帯端末によって、歩行者の進行向きの転換を判定する方向転換判定方法であって、
前記加速度データからセンサの重力向き軸を決定する第１のステップと、
前記地磁気データから移動平均値を算出する第２のステップと、
前記重力向き軸を、判定基準ｙ軸に割り当てることによって、水平方向の判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における前記移動平均値の変化に応じて、９０度単位で右回り又は左回りを判定する第３のステップと
を特徴とする方向転換判定方法。
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