JP5695436B2 - Portable terminal, program and method for determining direction of travel of pedestrian using acceleration data during swing phase - Google Patents

Portable terminal, program and method for determining direction of travel of pedestrian using acceleration data during swing phase Download PDF

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Description

本発明は、加速度センサ及び地磁気センサを用いて歩行者の進行方向を決定する技術に関する。特に、進行方向をリアルタイムに導出する自律航法技術に関する。   The present invention relates to a technique for determining a traveling direction of a pedestrian using an acceleration sensor and a geomagnetic sensor. In particular, the present invention relates to an autonomous navigation technique for deriving a traveling direction in real time.

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、ディスプレイ部に表示する。   Conventionally, there is an autonomous navigation technique that derives a traveling direction and a current position in real time using an acceleration sensor and a direction sensor. Autonomous navigation technology is combined with GPS (Global Positioning System) technology and is mainly used for a car navigation system. The car navigation system displays an accurate traveling direction and current position and driving route guidance to a destination on a display unit for a driver of a car.

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。   The car navigation system corrects the current position information measured by the GPS by an autonomous navigation technique such as a vehicle speed pulse or a gyro. Further, the road map information is read out as necessary, and the traveling direction and the current position are corrected so that the current travel route coincides with the road (refer to map matching technology based on a projection method, for example, Patent Document 1). As a result, it is possible to prevent the current position from being a position not on the road due to a sensor error.

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。   On the other hand, there is a system in which such navigation technology is applied to a portable terminal possessed by a pedestrian. Specifically, a cumulative current position from the starting point is derived using the detected “number of steps” of the pedestrian and the “step length” of the pedestrian (see, for example, Patent Document 2). When the autonomous navigation technology is applied to a pedestrian, acceleration components other than horizontal movement are also detected. Thus, the measured distance is derived from the number of steps and the step length, rather than simply integrating the output of the acceleration sensor.

「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(√(x+y+z))、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)。 The “number of steps” is detected by taking the acceleration for each axis detected by the acceleration sensor in the mobile terminal as the square root of the sum of squares (√ (x 2 + y 2 + z 2 )) and taking the peak-to-peak as one step (for example, (See Patent Document 3). The “step length” is preset by the user or estimated from the height of the user. Alternatively, according to another technique, there is a technique of calibrating the stride by causing a pedestrian to walk a specified distance (see, for example, Non-Patent Document 1).

「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。端末の姿勢を導出するべく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利用して、歩行者の進行方向を決定する技術がある(例えば特許文献4参照)。また、特定時点の端末の姿勢から進行方向を決定する技術もある(例えば特許文献5参照)。更に、水平方向の加速度の分布に基づいて進行方向を決定する技術もある(例えば特許文献6、7参照)。更に、歩行者の腕振りの特徴から進行方向を決定する技術もある(例えば特許文献8参照)。   The “traveling direction” is detected by the “direction sensor”. As the direction sensor, a geomagnetic sensor is generally used. There is a technique for determining the traveling direction of a pedestrian using the relationship between the vertical acceleration and the traveling direction acceleration after determining the vertical direction to derive the terminal posture (see, for example, Patent Document 4). There is also a technique for determining the traveling direction from the attitude of the terminal at a specific time (see, for example, Patent Document 5). Furthermore, there is a technique for determining the traveling direction based on the horizontal acceleration distribution (see, for example, Patent Documents 6 and 7). Further, there is a technique for determining the traveling direction from the characteristics of the pedestrian's arm swing (see, for example, Patent Document 8).

尚、本願と同一の出願人における過去の発明として、腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトル(方向基準ベクトル)と、重力ベクトル及び地磁気ベクトルに基づく方位基準面に対する法線ベクトル(方位基準ベクトル)とから、進行方向の方位角を算出する技術がある(特許文献9参照)。   As a past invention by the same applicant as the present application, a normal vector (direction reference vector) for an acceleration plane based on arm swing motion and a normal vector (direction reference vector) for an azimuth reference plane based on a gravity vector and a geomagnetic vector. ) To calculate the azimuth angle in the traveling direction (see Patent Document 9).

特開平5−061408号公報JP-A-5-061408 特開平9−089584号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-089584 特開2005−038018号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-038018 特開2008−039619号公報JP 2008-039619 A WO2006/104140WO2006 / 104140 特許第4126388号公報Japanese Patent No. 4126388 特開2008−116315号公報JP 2008-116315 A 特開2010−271167号公報JP 2010-271167 A 特開2010−008103号公報JP 2010-008103 A

「Nike+iPodユーザーズガイド」、第27頁、「online」、[平成21年2月3日検索]、インターネット<URL:http://manuals.info.apple.com/ja/nikeipod_users_guide.pdf>"Nike + iPod User's Guide", page 27, "online", [Search February 3, 2009], Internet <URL: http://manuals.info.apple.com/en/nikeipod_users_guide.pdf>

特許文献4に記載された技術によれば、所定閾値を超える加速度が検出された方向を、進行方向の候補とする。しかしながら、加速度の分布が、直線状ではなく幅をもつ場合、多数の進行方向の候補に対する評価が必要となり、演算量が膨大になる。   According to the technique described in Patent Document 4, a direction in which acceleration exceeding a predetermined threshold is detected is set as a traveling direction candidate. However, when the acceleration distribution has a width rather than a straight line, it is necessary to evaluate a large number of candidates in the traveling direction, and the amount of calculation becomes enormous.

また、特許文献5、6、7に記載された技術によれば、歩行者の身に着けられた携帯端末の姿勢が大凡一定であることを想定し、歩行の際に検出される水平方向の加速度が、進行方向に分布することを利用している。しかしながら、実際には、歩行者が所持している携帯端末の姿勢が、大凡一定となるとは限らない。そのために、水平方向の加速度が、進行方向に分布しないことも多い。   Further, according to the techniques described in Patent Documents 5, 6, and 7, assuming that the posture of the mobile terminal worn by the pedestrian is approximately constant, the horizontal direction detected during walking It utilizes the fact that acceleration is distributed in the direction of travel. However, in practice, the posture of the mobile terminal carried by the pedestrian is not always constant. For this reason, the acceleration in the horizontal direction is often not distributed in the traveling direction.

更に、特許文献8に記載された技術によれば、歩行者が携帯端末を把持した腕振りによって進行方向を決定するものであるが、携帯端末が腕振り運動に伴って動くことを想定しており、歩行者が、携帯端末を例えばズボンのポケットに入れている場合には、進行方向を決定することができない。   Furthermore, according to the technique described in Patent Document 8, the pedestrian determines the traveling direction by swinging the arm holding the mobile terminal, but it is assumed that the mobile terminal moves with the arm swing motion. In the case where the pedestrian is putting the portable terminal in, for example, a pocket of trousers, the traveling direction cannot be determined.

尚、特許文献4から7のいずれに記載された技術についても、センサによって検出されたセンサ座標系の加速度データから、進行方向の座標系の加速度を算出する処理を要する。即ち、センサによって検出された個々の加速度データについて、座標変換処理を要する。これは、結果として、演算量の増大を招く。   Note that any of the techniques described in Patent Documents 4 to 7 requires processing for calculating the acceleration in the traveling direction coordinate system from the acceleration data in the sensor coordinate system detected by the sensor. That is, coordinate conversion processing is required for each piece of acceleration data detected by the sensor. This results in an increase in the amount of calculation.

そこで、本発明は、歩行者が、携帯端末をズボンのポケットのような衣服に入れている場合であっても、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、歩行者の進行方向をできる限り正確に決定する携帯端末、プログラム及び方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention uses the acceleration sensor and the geomagnetic sensor mounted on the portable terminal even when the pedestrian puts the portable terminal in clothes such as a pants pocket. It is an object of the present invention to provide a portable terminal, a program, and a method for determining a direction as accurately as possible.

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、加速度データ及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、歩行者の進行方向に対する右方又は左方を示す右/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、加速度データに基づく重力ベクトルGと、地磁気データに基づく地磁気ベクトル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。
According to the present invention, the acceleration sensor that outputs the triaxial acceleration data, the geomagnetic sensor that outputs the triaxial geomagnetic data, and the traveling direction determination means that determines the traveling direction of the pedestrian from the acceleration data and the geomagnetic data. A portable terminal possessed by a pedestrian,
The direction of travel determination means is
The swing period extraction means for extracting the acceleration data of the swing period using each axis acceleration data and the combined acceleration that is the square sum of squares of the acceleration data of all axes,
A specified number of acceleration acquisition means for acquiring a specified number of acceleration data from the acceleration data of the swing phase,
A right / left direction vector calculating means for calculating a right / left direction vector U indicating the right direction or the left direction with respect to the traveling direction of the pedestrian based on the acceleration data of the specified number of swing periods;
It has a traveling direction calculation means for calculating a traveling direction using a right / left direction vector U , a gravity vector G based on acceleration data, and a geomagnetic vector M based on geomagnetic data .

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、遊脚期抽出手段は、
合成加速度から、連続する極大点を検出し、
連続する極大点と極大点との間における合成加速度の極小点について、合成加速度が「大」「小」と交互に続くことを検出し、
合成加速度「小」の前後の極大点間を、遊脚期として検出することも好ましい。
According to another embodiment of the portable terminal of the present invention, the swing phase extraction means is
Detects continuous maximum points from the resultant acceleration,
For the minimum point of the combined acceleration between consecutive local maximum points, it is detected that the combined acceleration continues alternately with “large” and “small”
It is also preferable to detect a point between the maximum points before and after the combined acceleration “small” as the swing leg period.

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、右/左向きベクトル算出手段は、遊脚期の終了を示す加速度ベクトルBと、遊脚期の開始を示す加速度ベクトルFとの外積(U=B×F(又はF×B))によって、右/左向きベクトルUを算出することも好ましい。   According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention, the right / left direction vector calculating means is an outer product (U = U) of the acceleration vector B indicating the end of the swing phase and the acceleration vector F indicating the start of the swing phase. It is also preferable to calculate the right / left direction vector U by B × F (or F × B).

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
右/左向きベクトル算出手段は、
指定数分の遊脚期の加速度データに基づいて、歩行者の歩行動作によって生じる加速度面を推定する加速度面推定手段と、
指定数分の遊脚期の加速度データから、鉛直方向加速度を算出する鉛直方向加速度算出手段と、
加速度面及び鉛直方向加速度から、当該加速度面における法線ベクトル LR (右/左向きベクトル)と、前後方向加速度とを算出する前後方向加速度算出手段と
を有することも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
The right / left direction vector calculating means is:
Acceleration surface estimation means for estimating an acceleration surface generated by a walking motion of a pedestrian based on the specified number of swing phase acceleration data;
Vertical acceleration calculation means for calculating vertical acceleration from the specified number of swing phase acceleration data;
It is also preferable to have a longitudinal acceleration calculation means for calculating a normal vector V LR (right / left direction vector) on the acceleration surface and a longitudinal acceleration from the acceleration surface and the vertical acceleration.

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
前後方向加速度算出手段は、
加速度センサから出力された軸毎の加速度に基づいて、重力ベクトルGを算出し、
加速度面における法線ベクトルVLR及び重力ベクトルGから、前向き又は後向きの前後方向ベクトルVFGを算出し、
前後方向ベクトルVFG及び遊脚期の終了を示す加速度に基づいて、前後方向ベクトルVFGが前向きである場合、法線ベクトルVLRを右向きとし、前後方向ベクトルVFGが後向きである場合、法線ベクトルVLRを左向きとすることも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
The longitudinal acceleration calculation means is
Based on the acceleration for each axis output from the acceleration sensor, the gravity vector G is calculated,
From the normal vector V LR and the gravity vector G on the acceleration surface, a forward or backward front-rear direction vector V FG is calculated,
Based on the longitudinal vector V FG and the acceleration indicating the end of the swing leg period, when the longitudinal vector V FG is forward, the normal vector V LR is directed right, and when the longitudinal vector V FG is backward, It is also preferable that the line vector VLR is leftward.

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
加速度面推定手段は、
指定数分加速度について、各軸の分散Vxx、Vyy及びVzzを算出し、
分散が最小となる軸について、最小二乗法に基づいて加速度面を推定することも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
The acceleration surface estimation means is
Calculate the variance Vxx, Vyy and Vzz of each axis for the specified number of accelerations,
It is also preferable to estimate the acceleration plane based on the method of least squares for the axis having the minimum variance.

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
右/左向きベクトル算出手段は、遊脚期の終了を示す加速度ベクトルBと、遊脚期の開始を示す加速度ベクトルFとの外積(U=B×F(又はF×B))によって、右/左向きベクトルUを算出し、
加速度面推定手段は、3軸の中で、右/左向きベクトルUの方向に最も近い軸について、最小二乗法に基づいて加速度面を推定することも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
The right / left direction vector calculation means calculates the right / left by the outer product (U = B × F (or F × B)) of the acceleration vector B indicating the end of the swing phase and the acceleration vector F indicating the start of the swing phase Calculate the leftward vector U,
It is also preferable that the acceleration plane estimation means estimates the acceleration plane based on the least square method for the axis closest to the direction of the right / left direction vector U among the three axes.

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
進行方向算出手段は、
重力ベクトルG及び地磁気ベクトルMを用いて、G×M/|G×M|によって東向き単位ベクトルeEastを算出し、
右/左向きベクトルUにおける右向き単位ベクトルeRightと、東向き単位ベクトルeEastとの成す角αを算出し、
東向き単位ベクトルeEastと右向き単位ベクトルeRightとの外積ベクトル(eEast×eRight)と、重力ベクトルGとの成す角βに基づいて、東向き単位ベクトルeEastに対する方向角θを算出することも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
The traveling direction calculation means is
Using the gravity vector G and the geomagnetic vector M, the eastward unit vector e East is calculated by G × M / | G × M |
Calculate the angle α between the rightward unit vector e Right and the eastward unit vector e East in the right / left vector U ,
Based on the angle β formed by the outer product vector (e East × e Right ) of the eastward unit vector e East and the rightward unit vector e Right and the gravity vector G, the direction angle θ with respect to the eastward unit vector e East is calculated. It is also preferable.

本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
進行方向算出手段について、
成す角αは、以下の式によって算出され、
α=arccos((eEast・eRight)/(|eEast||eRight|))
方位角θは、成す角αと、外積ベクトル(e East ×e Right と重力ベクトルGの成す角βとを用いて、以下の式によって導出される
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
ことも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
About the direction of travel calculation means
The formed angle α is calculated by the following formula:
α = arccos ((e East · e Right ) / (| e East || e Right |))
The azimuth angle θ is derived by the following equation using the formed angle α, the outer product vector (e East × e Right ) and the angle β formed by the gravity vector G: cos β ≧ 0: θ = α
cos β <0: θ = 360−α
It is also preferable.

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する携帯端末に搭載されたコンピュータを、加速度データ及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して機能させるプログラムであって、
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、歩行者の進行方向に対する右方又は左方を示す右/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、加速度データに基づく重力ベクトルGと、地磁気データに基づく地磁気ベクトルMとを用いて、進行方向を算出する進行方向算出手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
According to the present invention, a computer mounted on a portable terminal having an acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data and a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data can be used as a pedestrian's progression from acceleration data and geomagnetic data. A program that functions as a traveling direction determination means for determining a direction,
The direction of travel determination means is
The swing period extraction means for extracting the acceleration data of the swing period using each axis acceleration data and the combined acceleration that is the square sum of squares of the acceleration data of all axes,
A specified number of acceleration acquisition means for acquiring a specified number of acceleration data from the acceleration data of the swing phase,
A right / left direction vector calculating means for calculating a right / left direction vector U indicating the right direction or the left direction with respect to the traveling direction of the pedestrian based on the acceleration data of the specified number of swing periods;
Using the right / left direction vector U, the gravity vector G based on the acceleration data, and the geomagnetic vector M based on the geomagnetic data, the computer is caused to function as a traveling direction calculation means for calculating the traveling direction.

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する携帯端末によって、加速度データ及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方法であって、
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第1のステップと、
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第2のステップと、
指定数分の遊脚期の加速度データに基づいて、歩行者の進行方向に対する右方又は左方を示す右/左向きベクトルUを算出する第3のステップと、
右/左向きベクトルUと、加速度データに基づく重力ベクトルGと、地磁気データに基づく地磁気ベクトルMとを用いて、進行方向を算出する第4のステップと
を有することを特徴とする。
According to the present invention, a portable terminal having an acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data and a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data is used to determine a pedestrian's direction of travel from acceleration data and geomagnetic data. A direction determination method,
A first step of extracting the acceleration data of the swing phase using each axis acceleration data and a combined acceleration that is a square sum of squares of the acceleration data of all axes;
A second step of acquiring a specified number of acceleration data from the acceleration data during the swing phase;
A third step of calculating a right / left direction vector U indicating right or left with respect to the direction of travel of the pedestrian based on acceleration data of a specified number of swing periods;
And a fourth step of calculating a traveling direction using a right / left direction vector U , a gravity vector G based on acceleration data, and a geomagnetic vector M based on geomagnetic data .

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、携帯端末をズボンのポケットのような衣服に入れている場合であっても、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、歩行者の進行方向をできる限り正確に決定することができる。特に、携帯端末が、歩行者の下半身部分の衣服に身につけられた際に、歩行者の進行方向をできる限り決定することができる。   According to the portable terminal, the program, and the method of the present invention, even when a pedestrian puts the portable terminal in clothes such as a pants pocket, the acceleration sensor and the geomagnetic sensor mounted on the portable terminal are used. It is possible to determine the traveling direction of the pedestrian as accurately as possible. In particular, when the mobile terminal is worn on the clothes of the lower part of the pedestrian, the traveling direction of the pedestrian can be determined as much as possible.

歩行者の下半身のポケットに入れられた携帯端末の態様を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the aspect of the portable terminal put into the pocket of the lower body of a pedestrian. 本発明における携帯端末の機能構成図である。It is a functional block diagram of the portable terminal in this invention. 各軸加速度及び合成加速度から遊脚期の抽出を表すグラフである。It is a graph showing extraction of a free leg period from each axial acceleration and synthetic acceleration. 経過時間に応じた鉛直方向加速度及び水平方向加速度の推移を表すグラフである。It is a graph showing transition of the vertical direction acceleration according to elapsed time, and a horizontal direction acceleration. 現実に発生する加速度面及び右/左向きベクトルを表す図である。It is a figure showing the acceleration surface and right / left direction vector which actually generate | occur | produce. 重力G及び地磁気Mに対する方位の関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship of the direction with respect to gravity G and geomagnetism M. FIG. 成す角と方位角の関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship between the angle | corner formed and an azimuth angle.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、歩行者の下半身のポケットに入れられた携帯端末の態様を表す説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing an aspect of a mobile terminal placed in a pocket of a pedestrian's lower body.

図1によれば、携帯端末が歩行者のズボンのポケットに挿入された状態では、携帯端末の姿勢は、一定とならない。また、このような状態は、ユーザが携帯端末に対して操作しておらず、携帯端末自体が、何らかのアプリケーションによって進行方向を検出している場合である。尚、本発明によれば、携帯端末が歩行者のズボンのポケットに挿入された状態を想定しているが、勿論、それに限られるものではない。但し、本発明によれば、携帯端末が、特に歩行者の身体の中心から見て、左右のいずれかの側に寄っていて、且つ、下半身部分に位置していることが好ましい。   According to FIG. 1, the posture of the mobile terminal is not constant when the mobile terminal is inserted into the pocket of the pedestrian's pants. Further, such a state is a case where the user is not operating the mobile terminal and the mobile terminal itself detects the traveling direction by some application. In addition, according to this invention, although the state which the portable terminal was inserted in the pocket of the pants of a pedestrian is assumed, of course, it is not restricted to it. However, according to the present invention, it is preferable that the mobile terminal is located on either the left or right side and located on the lower body portion, particularly when viewed from the center of the pedestrian's body.

携帯端末には、加速度センサ及び地磁気センサが、固定的に内蔵されている。そのために、携帯端末の向きに応じて、センサのx、y、z軸(センサ座標系)の向きも決まる。例えば、図1によれば、x軸は携帯端末の上から下へ向けて、y軸は携帯端末の左から右へ向けて、z軸は携帯端末の裏から表へ向けて、割り当てられている。勿論、センサの座標系の割り当ては、これに限られない。また、歩行者の進行方向に対しては、前向き(後向き)、右向き(左向き)、鉛直方向の座標系が決まる。尚、ズボンのポケットに挿入された携帯端末の向きまでは、想定できない。   The mobile terminal has a built-in acceleration sensor and geomagnetic sensor fixedly. Therefore, the orientation of the x, y, and z axes (sensor coordinate system) of the sensor is also determined according to the orientation of the mobile terminal. For example, according to FIG. 1, the x-axis is assigned from the top to the bottom of the mobile terminal, the y-axis is from the left to the right of the mobile terminal, and the z-axis is assigned from the back of the mobile terminal to the front. Yes. Of course, the assignment of the coordinate system of the sensor is not limited to this. Further, forward (backward), right (leftward), and vertical coordinate systems are determined for the direction of travel of the pedestrian. Note that the orientation of the portable terminal inserted into the pants pocket cannot be assumed.

図2は、本発明における携帯端末の機能構成図である。   FIG. 2 is a functional configuration diagram of the mobile terminal according to the present invention.

図2によれば、携帯端末1は、利用者の衣服のポケットに挿入可能な端末であって、例えば携帯電話機やスマートフォンである。携帯端末1は、進行方向決定部10と、加速度センサ11と、地磁気センサ12と、測位部13と、地図情報記憶部14と、表示制御部15と、ディスプレイ部16とを有する。進行方向決定部10、地図情報記憶部14及び表示制御部15は、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を実行することによって実現される。   According to FIG. 2, the mobile terminal 1 is a terminal that can be inserted into a pocket of a user's clothes, for example, a mobile phone or a smartphone. The mobile terminal 1 includes a traveling direction determination unit 10, an acceleration sensor 11, a geomagnetic sensor 12, a positioning unit 13, a map information storage unit 14, a display control unit 15, and a display unit 16. The traveling direction determination unit 10, the map information storage unit 14, and the display control unit 15 are realized by executing a program that causes a computer mounted on the portable terminal to function.

加速度センサ11は、x軸、y軸及びz軸毎の加速度(センサ座標系)を検出する。既存の一般的な携帯電話機やスマートフォンの場合、加速度センサを一般的に搭載している。検出された加速度データは、進行方向決定部10へ出力される。加速度センサ11は、携帯端末1に固定的に内蔵されており、携帯端末1の向きが決まれば、加速度センサ11の軸の向きも決まる。   The acceleration sensor 11 detects acceleration (sensor coordinate system) for each of the x-axis, y-axis, and z-axis. In the case of an existing general mobile phone or smartphone, an acceleration sensor is generally mounted. The detected acceleration data is output to the traveling direction determination unit 10. The acceleration sensor 11 is fixedly incorporated in the mobile terminal 1, and if the orientation of the mobile terminal 1 is determined, the direction of the axis of the acceleration sensor 11 is also determined.

地磁気センサ12は、南から北へ向かう地球の磁力線である地磁気を検出する。検出された地磁気の水平面に対する正射影の向きが、「北」となる。3軸の地磁気センサの場合、水平でなくても傾きを検出することによって、方位を検出することができる。検出された地磁気データは、進行方向決定部10へ出力される。   The geomagnetic sensor 12 detects geomagnetism, which is the magnetic field lines of the earth from south to north. The direction of the orthogonal projection of the detected geomagnetism with respect to the horizontal plane is “north”. In the case of a triaxial geomagnetic sensor, the orientation can be detected by detecting the tilt even if it is not horizontal. The detected geomagnetic data is output to the traveling direction determination unit 10.

測位部13は、GPS(Global Positioning System)衛星からの測位電波を受信し、現在位置の緯度経度データを取得する。その緯度経度データは、表示制御部15へ出力される。   The positioning unit 13 receives a positioning radio wave from a GPS (Global Positioning System) satellite and acquires latitude and longitude data of the current position. The latitude / longitude data is output to the display control unit 15.

地図情報記憶部14は、地図情報を蓄積する。表示制御部15から指示された現在位置に基づいて、その地図情報を表示制御部15へ出力する。   The map information storage unit 14 accumulates map information. Based on the current position instructed from the display control unit 15, the map information is output to the display control unit 15.

表示制御部15は、進行方向決定部10から進行方向データを入力し、測位部13から現在位置情報を入力する。また、表示制御部15は、現在位置情報を地図情報記憶部14へ出力し、現在位置の地図情報を取得する。そして、表示制御部15は、地図の上に現在位置を表示すると共に、その進行方向を矢印で表示した画像を生成する。その画像は、ディスプレイ部16へ出力される。例えば、歩行者用のナビゲーションシステムに用いられる。   The display control unit 15 receives the traveling direction data from the traveling direction determination unit 10 and the current position information from the positioning unit 13. Further, the display control unit 15 outputs the current position information to the map information storage unit 14 and acquires the map information of the current position. And the display control part 15 produces | generates the image which displayed the present position on the map, and displayed the advancing direction with the arrow. The image is output to the display unit 16. For example, it is used for a navigation system for pedestrians.

ディスプレイ部16は、表示制御部15からの画像を表示することによって、歩行中のユーザに対してその画像を視認させる。   The display unit 16 displays the image from the display control unit 15 so that the walking user can visually recognize the image.

次に、本発明の特徴部分である進行方向決定部10について、詳細に説明する。進行方向決定部10は、遊脚期抽出部101と、指定数分加速度取得部102と、右/左向きベクトル推定部103と、進行方向算出部104とを有する。以下では、これら機能構成部について、詳細に説明する。   Next, the traveling direction determination unit 10 which is a characteristic part of the present invention will be described in detail. The traveling direction determination unit 10 includes a swing period extraction unit 101, an acceleration acquisition unit 102 for a specified number, a right / left direction vector estimation unit 103, and a traveling direction calculation unit 104. Hereinafter, these functional components will be described in detail.

<遊脚期抽出部101>
遊脚期抽出部101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。
<Swing period extraction unit 101>
The free leg period extraction unit 101 extracts acceleration data of the “free leg period” by using the acceleration data of each axis and the combined acceleration that is the square root sum of the acceleration data of all the axes.

図3は、各軸加速度及び合成加速度から遊脚期の抽出を表すグラフである。   FIG. 3 is a graph showing extraction of the swing leg period from each axis acceleration and combined acceleration.

加速度は、小さな一歩の変動と、大きな一歩の変動とが、交互に観測される。図3によれば、歩行者のズボンのポケットに挿入された携帯端末について、歩行中に検出されたx軸加速度、y軸加速度、z軸加速度及び合成加速度が表されている。合成加速度は、3軸加速度の二乗和の平方根である。尚、ズボンのポケットに挿入された携帯端末の姿勢は不明である。   As for the acceleration, a small one-step variation and a large one-step variation are alternately observed. According to FIG. 3, the x-axis acceleration, the y-axis acceleration, the z-axis acceleration, and the combined acceleration detected during walking are shown for the portable terminal inserted in the trouser pocket of the pedestrian. The resultant acceleration is the square root of the sum of squares of triaxial acceleration. Note that the posture of the mobile terminal inserted in the pants pocket is unknown.

人の歩行は「歩行周期」で表される。「歩行周期」とは、同側の足の初期接地から、次の初期接地までの時間をいい、この時間は、「立脚期」と「遊脚期」とに区分される。
「立脚期」:足が地面に付いている期間
「遊脚期」:足が地面を離れ、スイングによって脚が前に運ばれている期間
A human walk is represented by a “walking cycle”. The “walking cycle” refers to the time from the initial contact of the foot on the same side to the next initial contact, and this time is divided into a “standing phase” and a “swing phase”.
“Standing period”: period when the foot is on the ground “Swinging period”: period when the foot leaves the ground and the leg is carried forward by the swing

例えばズボンのポケットの側の足に着目したとする。ここで、ポケットの側の足が地面についているのが「立脚期」であり、ポケットの側の脚が前に運ばれているのが「遊脚期」である。「立脚期」については脚の動きが小さく、「遊脚期」については脚の動きが大きい。人の歩行は、左右の脚を交互に前に運ぶため、「立脚期」と「遊脚期」とが交互に繰り返される。従って、加速度によれば、小さな一歩の変動と、大きな一歩の変動とが、交互に観測される。   For example, suppose that attention is paid to the foot on the pocket side of the pants. Here, it is the “stance phase” that the foot on the pocket side is on the ground, and “the leg phase” is that the leg on the pocket side is carried forward. In the “Standing Period”, the movement of the legs is small, and in the “Standing Period”, the movement of the legs is large. In human walking, the left and right legs are alternately carried forward, so that the “stance phase” and the “free leg phase” are repeated alternately. Therefore, according to the acceleration, a small one-step variation and a large one-step variation are alternately observed.

「遊脚期」は、合成加速度が極大点となる2つの時点の間にある。また、図3によれば、遊脚期に含まれる極小点の合成加速度が、遊脚期に含まれない極小点の合成加速度よりも小さくなっていることが理解できる。従って、合成加速度の極小点を検出し、連続する極小点の合成加速度が、小→大となる小の側を含む連続する極大点の区間を検出することによって、遊脚期を検出する。   The “swing leg period” is between two time points at which the resultant acceleration becomes a maximum point. Moreover, according to FIG. 3, it can be understood that the combined acceleration of the minimum points included in the swing leg period is smaller than the combined acceleration of the minimum points not included in the swing leg period. Therefore, the swing point period is detected by detecting the minimum point of the combined acceleration and detecting the section of the continuous maximum point including the small side where the combined acceleration of the continuous minimum points is small → large.

具体的には、「遊脚期」は、以下の3つのステップによって抽出される。
(S1)合成加速度から、連続する極大点を検出する。
(S2)連続する極大点と極大点との間における合成加速度の極小点について、合成加速度が「大」「小」と交互に続くことを検出する。
(S3)合成加速度「小」の前後の極大点間を、「遊脚期」として検出する。
Specifically, the “swing leg period” is extracted by the following three steps.
(S1) A continuous maximum point is detected from the resultant acceleration.
(S2) For the minimum point of the combined acceleration between successive maximum points, it is detected that the combined acceleration continues alternately “large” and “small”.
(S3) The point between the maximum points before and after the combined acceleration “small” is detected as the “free swing period”.

<指定数分加速度取得部102>
指定数分加速度取得部102は、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。指定数分の加速度データ毎に、右/左向きベクトル推定部103へ出力される。ここでの指定数分の加速度は、例えば、2秒間(およそ4歩に相当)分程度が好ましい。
<Specified number of acceleration acquisition units 102>
The specified number of accelerations acquisition unit 102 acquires the specified number of acceleration data from the acceleration data in the swing phase. Every specified number of acceleration data is output to the right / left direction vector estimation unit 103. The acceleration for the designated number here is preferably about 2 seconds (corresponding to about 4 steps), for example.

<右/左向きベクトル推定部103>
右/左向きベクトル推定部103は、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を推定する。「右/左向きベクトルU」は、歩行者の進行方向に対する右方又は左方を示すベクトルをいう。
<Right / Left Direction Vector Estimation Unit 103>
The right / left direction vector estimation unit 103 estimates the right / left direction vector U based on the specified number of swing phase acceleration data. The “right / left direction vector U” refers to a vector indicating the right side or the left side with respect to the traveling direction of the pedestrian.

ここで、右/左向きベクトル推定部103には、2つの処理方法がある。
[a]遊脚期の加速度ベクトルの外積から、右/左向きベクトルを算出する方法
[b]遊脚期の加速度ベクトルの加速度面から、右/左向きベクトルを算出する方法
Here, the right / left direction vector estimation unit 103 has two processing methods.
[A] Method of calculating right / left direction vector from outer product of acceleration vector of swing leg period [b] Method of calculating right / left direction vector from acceleration plane of acceleration vector of swing leg period

[a]遊脚期の加速度ベクトルの外積から、右/左向きベクトルを算出する方法
右/左向きベクトル推定部103は、1つの右/左向きベクトル算出部103aのみを有し、遊脚期の終了を示す加速度ベクトルBと、遊脚期の開始を示す加速度ベクトルFとの外積(U=B×F(又はF×B))によって、右/左向きベクトルUを算出する。
[A] Method for calculating right / left direction vector from outer product of acceleration vectors in swing phase The right / left direction vector estimation unit 103 has only one right / left direction vector calculation unit 103a, and terminates the swing phase period. The right / left direction vector U is calculated from the outer product (U = B × F (or F × B)) of the indicated acceleration vector B and the acceleration vector F indicating the start of the swing phase.

一般に、歩行の進行方向を表すために、進行方向の加速度面の法線ベクトルが用いられる(尚、加速度面の法線ベクトルについては、[b]及び図5で後述する)。原点から伸びる法線ベクトルは、加速度面に対して2方向に引くことができる。加速度面は、進行方向(歩行者の前後)を示すので、2方向の法線ベクトルは、歩行者の右方と左方にあたる。ここでは、2方向の法線ベクトルのうち、歩行者右方の法線ベクトルは、右向きベクトルUと定義する。また、歩行者左方の法線ベクトルは、左向きベクトルUと定義する。   In general, the normal vector of the acceleration surface in the traveling direction is used to represent the traveling direction of the walking (note that the normal vector of the acceleration surface will be described later in [b] and FIG. 5). A normal vector extending from the origin can be drawn in two directions with respect to the acceleration plane. Since the acceleration plane indicates the traveling direction (before and after the pedestrian), the normal vectors in the two directions correspond to the right and left sides of the pedestrian. Here, of the two normal vectors, the normal vector to the right of the pedestrian is defined as the right vector U. The normal vector on the left side of the pedestrian is defined as a leftward vector U.

ここで、加速度面と遊脚期との関係は、以下のように表される。
加速度面の前方を示す最上点での加速度ベクトル
=遊脚期の開始を示す加速度ベクトルF
加速度面の後方を示す最上点での加速度ベクトル
=遊脚期の終了を示す加速度ベクトルB
以下の式(1)によって、右向きベクトルUを算出する。
遊脚期の開始を示す加速度ベクトル :F=(xF,yF,zF
遊脚期の終了を示す加速度ベクトル :B=(xB,yB,zB
加速度面の右方を示す右向きベクトル :U=(xU,yU,zU
U=B×F
=(yBF−zBF,zBF−xBF,xBF−yBF) 式(1)
脚が前の時に、ベクトルは後ろ向きとなる。従って、右は、「足が前(B)×足が後(F)」となる。
Here, the relationship between the acceleration plane and the swing phase is expressed as follows.
Acceleration vector at the top point indicating the front of the acceleration plane
= Acceleration vector F indicating the start of the swing phase
Acceleration vector at the highest point indicating the back of the acceleration plane
= Acceleration vector B indicating the end of the swing leg period
The rightward vector U is calculated by the following equation (1).
Acceleration vector indicating the start of the swing phase: F = (x F , y F , z F )
Acceleration vector indicating the end of the swing leg period: B = (x B , y B , z B )
Right vector indicating the right side of the acceleration surface: U = (x U , y U , z U )
U = B × F
= (Y B z F -z B y F, z B x F -x B z F, x B y F -y B x F) Formula (1)
When the leg is in front, the vector is backwards. Therefore, the right is “foot forward (B) × foot backward (F)”.

右/左向きベクトルとして、歩行者の左向きベクトルを用いた場合、式(1)は、以下のようになる。
U=F×B
=(yFB−zFB,zFB−xFB,xFB−yFB
When the pedestrian's leftward vector is used as the right / leftward vector, Equation (1) is as follows.
U = F × B
= (Y F z B -z F y B, z F x B -x F z B, x F y B -y F x B)

例えば、第1の時刻と第2の時刻との加速度ベクトルをそれぞれ、F、Bとして選択し、式(1)を適用した場合、以下の右向きベクトルUが得られる。
第1の時刻:各軸加速度ax=450、ay=835、az=140、合成加速度a=959
第2の時刻:各軸加速度ax=-369、ay=980、az=140、合成加速度a=1056
右向きベクトル:U=(20300,114660,−749115)
For example, when the acceleration vectors at the first time and the second time are selected as F and B, respectively, and Expression (1) is applied, the following rightward vector U is obtained.
First time: acceleration of each axis ax = 450, ay = 835, az = 140, combined acceleration a = 959
Second time: acceleration of each axis ax = −369, ay = 980, az = 140, combined acceleration a = 1056
Right vector: U = (20300, 114660, -749115)

[b]遊脚期の加速度ベクトルの加速度面から、右/左向きベクトルを算出する方法
右/左向きベクトル推定部103は、鉛直方向加速度算出部103b1と、加速度面推定部103b2と、前後方向加速度算出部103b3とを有する。
[B] Method for calculating right / left direction vector from acceleration surface of acceleration vector in swing phase The right / left direction vector estimation unit 103 includes a vertical direction acceleration calculation unit 103b1, an acceleration surface estimation unit 103b2, and a longitudinal acceleration calculation. Part 103b3.

[鉛直方向加速度算出部103b1]
鉛直方向加速度算出部103b1は、加速度データを用いて鉛直方向加速度を算出する。尚、鉛直方向加速度と水平方向加速度とは、互いに直交する。
[Vertical acceleration calculation unit 103b1]
The vertical acceleration calculation unit 103b1 calculates vertical acceleration using the acceleration data. The vertical acceleration and the horizontal acceleration are orthogonal to each other.

図4は、経過時間に応じた鉛直方向加速度及び水平方向加速度の推移を表すグラフである。   FIG. 4 is a graph showing the transition of vertical acceleration and horizontal acceleration according to elapsed time.

図4によれば、現実に、歩行者が、図1のような態様で、携帯端末をズボンのポケットに挿入して歩行し、それによって取得された鉛直方向加速度及び水平方向加速度をプロットしたものである。   According to FIG. 4, the pedestrian actually walks with the portable terminal inserted into the pants pocket in the manner as shown in FIG. 1, and the vertical acceleration and horizontal acceleration obtained thereby are plotted. It is.

図4(a)によれば、鉛直方向加速度の上側は、鉛直下向きを表し、下側は、鉛直上向きを表す。また、鉛直方向加速度の変化は、歩行と一致する周期性を有する。ここで、鉛直下向き加速度の極大点は、身体が下がった時点、即ち、地面を離れていた足が接地する時点を表す。一方で、鉛直上向き加速度の極大点は、身体が上がった時点、即ち、足が上がった時点を表す。また、鉛直下向き加速度の極小点間、即ち、鉛直上向き加速度の極大点間は、歩行者の一歩を表す。   According to FIG. 4A, the upper side of the vertical acceleration represents a vertically downward direction, and the lower side represents a vertically upward direction. In addition, the change in vertical acceleration has a periodicity that coincides with walking. Here, the maximum point of vertical downward acceleration represents the time when the body falls, that is, the time when the foot that has left the ground touches the ground. On the other hand, the maximum point of vertical upward acceleration represents the time when the body is raised, that is, the time when the foot is raised. The interval between the minimum points of vertical downward acceleration, that is, the maximum point of vertical upward acceleration, represents one step of the pedestrian.

図4(b)によれば、前進加速度は、加速・減速を繰り返すと同時に、前後・上下を繰り返すことが理解できる。   According to FIG. 4B, it can be understood that the forward acceleration repeats acceleration / deceleration, and at the same time, repeats forward / backward / upper / lower.

[加速度面推定部]
加速度面推定部103b2は、指定数分の加速度データから、歩行者の歩行動作によって生じる加速度面を推定する。
[Acceleration surface estimation unit]
The acceleration surface estimation unit 103b2 estimates an acceleration surface generated by the walking motion of the pedestrian from the specified number of acceleration data.

図5は、現実に発生する加速度面及び右/左向きベクトルを表す図である。   FIG. 5 is a diagram showing acceleration planes and right / left-direction vectors that actually occur.

簡単化のために、重力方向を図の下方向としているが、重力そのものを検出することはできない。また、実際に、地磁気が、センサ座標系に対してどの方向に検出されるかは、端末の姿勢に依存する。但し、加速度面と法線ベクトル(右/左向きベクトル)の関係については、端末の姿勢には依存しない。   For the sake of simplicity, the gravity direction is set as the downward direction in the figure, but gravity itself cannot be detected. In addition, in which direction the geomagnetism is actually detected with respect to the sensor coordinate system depends on the attitude of the terminal. However, the relationship between the acceleration plane and the normal vector (right / left vector) does not depend on the attitude of the terminal.

図5によれば、加速度センサから得られた3軸の加速度データ(x、y、z)と、地磁気センサから得られた3軸の地磁気データ(x、y、z)とが、3次元座標系にプロットされたものである。異なる時点で測定された加速度データのプロットから、加速度面を検出できる。また、加速度面に対する右/左向きベクトルを検出することができる。   According to FIG. 5, the three-axis acceleration data (x, y, z) obtained from the acceleration sensor and the three-axis geomagnetic data (x, y, z) obtained from the geomagnetic sensor are expressed in three-dimensional coordinates. Plotted in the system. An acceleration plane can be detected from plots of acceleration data measured at different times. Also, a right / left direction vector with respect to the acceleration plane can be detected.

図5によれば、歩行者は、南から到来している地磁気に対して、方向角θの方向へ歩行している。このとき、携帯端末をズボンのポケットに挿入した歩行者の動作に応じて、進行方向に平行に加速度面が検出でき、右/左向きベクトルが特定される。   According to FIG. 5, the pedestrian is walking in the direction of the direction angle θ with respect to the geomagnetism coming from the south. At this time, the acceleration plane can be detected in parallel with the traveling direction in accordance with the movement of the pedestrian who has inserted the portable terminal into the pants pocket, and the right / left direction vector is specified.

本発明によれば、複数の加速度データを平面に近似することによって、右/左向きベクトル(法線ベクトル)を算出することができる。   According to the present invention, a right / left direction vector (normal vector) can be calculated by approximating a plurality of acceleration data to a plane.

加速度面を近似的に算出する方法としては、例えば、最小二乗法がある。最小二乗法は、残差の2乗の和が最小になるように、その現象に対し、予測関数f(x)のそれぞれの係数を決定する方法である。残差とは、i番目のデータnに対して予測された関数値f(n)と、測定されたデータmとの差、即ちm−f(n)である。 As a method for approximately calculating the acceleration surface, for example, there is a least square method. The least square method is a method of determining each coefficient of the prediction function f (x) for the phenomenon so that the sum of the squares of the residuals is minimized. The residual, and the i-th data n i with respect to the predicted function values f (n i), which is the difference between the measured data m i, i.e. m i -f (n i).

一般に原点を通る平面は、以下の式(1)によって表される。
ax+by+cz=0 式(1)
このとき、(a,b,c)は、平面に対する法線ベクトルとなる。
In general, a plane passing through the origin is represented by the following equation (1).
ax + by + cz = 0 Formula (1)
At this time, (a, b, c) is a normal vector with respect to the plane.

ここで、計算を単純化するために、式(1)を、式(2)のように変形する。
z=αx+βy 式(2)
尚、(a,b,c)は法線ベクトルであるため、c=−1として問題無い。
Here, in order to simplify the calculation, Equation (1) is transformed into Equation (2).
z = αx + βy Equation (2)
Since (a, b, c) is a normal vector, there is no problem when c = -1.

n個の点群x,y,z(i=1〜n)が与えられたとき、以下の式(3)が最小となるα及びβを算出すればよい。
S=Σi=1 n(z−αx−βy) 式(3)
When n point groups x i , y i , and z i (i = 1 to n) are given, α and β that minimize the following expression (3) may be calculated.
S = Σ i = 1 n (z i −αx i −βy i ) Equation 2 (3)

ここで、以下のように規定したとする。
A=Σi=1 n(x )
B=Σi=1 n(y )
C=Σi=1 n(z )
D=Σi=1 n(x×y)
E=Σi=1 n(x×z)
F=Σi=1 n(y×z)
Here, it is assumed that it is defined as follows.
A = Σ i = 1 n (x i 2 )
B = Σ i = 1 n (y i 2 )
C = Σ i = 1 n (z i 2 )
D = Σ i = 1 n (x i × y i )
E = Σ i = 1 n (x i × z i )
F = Σ i = 1 n (y i × z i )

このとき、式(3)は、以下のような式(4)になる。
S=Aα+Bβ+C+2αβD−2αE−2βF 式(4)
At this time, the expression (3) becomes the following expression (4).
S = Aα 2 + Bβ 2 + C + 2αβD-2αE-2βF Formula (4)

式(4)をαの関数とみたとき、凹型の2次関数となり、極小点値が最小となる。これは、βにおいても同様である。即ち、Sをα、βに関して偏微分し、0となる点が求める解となる。

Figure 0005695436
When Expression (4) is regarded as a function of α, it becomes a concave quadratic function, and the minimum point value is minimized. The same applies to β. That is, S is partially differentiated with respect to α and β, and a point that becomes 0 is obtained.
Figure 0005695436

式(5)及び式(6)を解くと、以下の式(7)及び式(8)のように算出できる。
α=(BE−DF)/(AB−D) 式(7)
β=(AF−DE)/(AB−D) 式(8)
前述したように、法線ベクトルは(α,β,−1)である。
When the equations (5) and (6) are solved, they can be calculated as the following equations (7) and (8).
α = (BE-DF) / (AB-D 2 ) Formula (7)
β = (AF−DE) / (AB−D 2 ) Formula (8)
As described above, the normal vector is (α, β, −1).

また、加速度面を推定する他の実施形態として、前述した式(2)によれば、z軸方向の残差が最小となるように加速度平面を算出している。しかしながら、残差最小とする軸は、分散の小さな軸を選択することが好ましい。残差最小とする軸を選択するために、例えば、以下の2つの方法がある。   Further, as another embodiment for estimating the acceleration plane, according to the above-described equation (2), the acceleration plane is calculated so that the residual in the z-axis direction is minimized. However, it is preferable to select an axis with a small variance as the axis that minimizes the residual. For example, there are the following two methods for selecting the axis that minimizes the residual.

(1)指定数分加速度について、各軸の分散Vxx、Vyy及びVzzを算出し、その分散が最小となる軸について、最小二乗法に基づいて加速度面を推定する。
Vxx=1/n・Σi=1 n(xi−x ̄)2
Vyy=1/n・Σi=1 n(yi−y ̄)2
Vzz=1/n・Σi=1 n(zi−z ̄)2
n:データの個数
x ̄:xの平均値
(1) For the specified number of accelerations, variances Vxx, Vyy and Vzz of each axis are calculated, and the acceleration plane is estimated based on the least square method for the axis having the smallest variance.
Vxx = 1 / n · Σ i = 1 n (x i -x¯) 2
Vyy = 1 / n · Σ i = 1 n (y i -y¯) 2
Vzz = 1 / n · Σ i = 1 n (z i −z ̄) 2
n: Number of data x ̄: Average value of x

(2)3軸の中で、右/左向きベクトルUの向きに最も近い軸について、最小二乗法に基づいて加速度面を推定する。尚、ここでは、右/左向きベクトル算出部103aと同様の処理によって右向きベクトルを算出する。例えば、前述した図4のグラフの場合、以下のような数値となる。
遊脚期の開始を示す加速度ベクトル :F=(-1.50,0.15,-0.14)
遊脚期の終了を示す加速度ベクトル :B=(-1.06,0.21,0.69)
加速度面の右方を示す右向きベクトル :U=(-0.13,-1.18,0.16)
この場合、右向きベクトルの方向に最も近い軸として、y軸が選択される。
(2) The acceleration plane is estimated based on the least square method for the axis closest to the direction of the right / left direction vector U among the three axes. Here, the right vector is calculated by the same processing as the right / left vector calculation unit 103a. For example, in the case of the graph of FIG. 4 described above, the following numerical values are obtained.
Acceleration vector indicating the start of the swing phase: F = (-1.50, 0.15, -0.14)
Acceleration vector indicating the end of the swing phase: B = (-1.06, 0.21, 0.69)
Right vector indicating the right side of the acceleration plane: U = (-0.13, -1.18, 0.16)
In this case, the y axis is selected as the axis closest to the direction of the right vector.

尚、加速度面推定部103b2は、加速度データに対して、高域周波数成分を遮断するローパスフィルタとして機能することも好ましい。これによって、異常値としての加速度データを除去することができ、正確な進行方向を算出することができる。   Note that the acceleration surface estimation unit 103b2 also preferably functions as a low-pass filter that blocks high frequency components with respect to acceleration data. As a result, acceleration data as an abnormal value can be removed, and an accurate traveling direction can be calculated.

[前後方向加速度算出部]
前後方向加速度算出部103b3は、加速度面及び鉛直方向加速度から、当該加速度面における右/左向きベクトル(法線ベクトル)と、前後方向加速度とを算出する。具体的には、以下のS1〜S3のステップを有する。
[Front-back direction acceleration calculation unit]
The longitudinal acceleration calculation unit 103b3 calculates a right / left direction vector (normal vector) and a longitudinal acceleration on the acceleration surface from the acceleration surface and the vertical acceleration. Specifically, the following steps S1 to S3 are included.

(S1)前後方向加速度算出部103b3は、最初に、加速度センサから出力された軸毎の加速度に基づいて、重力ベクトルGを算出する。 (S1) The longitudinal acceleration calculation unit 103b3 first calculates the gravity vector G based on the acceleration for each axis output from the acceleration sensor.

図6は、重力G及び地磁気Mに対する方位の関係を表す説明図である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing the orientation relationship with respect to gravity G and geomagnetism M. FIG.

重力ベクトルG及び地磁気ベクトルMは、x軸、y軸及びz軸毎に、以下のように表される。尚、歩行中の携帯端末の姿勢は大凡一定であるとは限らないが、短時間に観測される地磁気データは、ほぼ一定となる。
重力ベクトルG :G=(gx、gy、gz
地磁気ベクトルM:M=(mx、my、mz
The gravity vector G and the geomagnetic vector M are expressed as follows for each of the x-axis, the y-axis, and the z-axis. Although the posture of the mobile terminal while walking is not necessarily constant, the geomagnetic data observed in a short time is almost constant.
Gravity vector G: G = (g x , g y , g z )
Geomagnetic vector M: M = (m x, m y, m z)

最初に、重力ベクトルGを算出する。歩行時における携帯端末の重力方向は、加速度データを用いても、歩行毎に正確に決定することは困難である。そこで、所定時間範囲に検出された多数のx軸、y軸及びz軸の加速度データを用いて、これら各軸の加速度の和のベクトルの向きを、重力方向とみなす。   First, the gravity vector G is calculated. It is difficult to accurately determine the gravitational direction of the mobile terminal during walking even when using acceleration data. Therefore, the direction of the vector of the sum of the accelerations of each axis is regarded as the direction of gravity using a large number of x-axis, y-axis and z-axis acceleration data detected in a predetermined time range.

i番目の各軸の加速度を、以下のように表す。
x軸の加速度:ACCx[i]
y軸の加速度:ACCy[i]
z軸の加速度:ACCz[i]
n個の加速度データの和は、以下のように表される。
ACCSx=Σi=1 NACCx[i]
ACCSy=Σi=1 NACCy[i]
ACCSz=Σi=1 NACCz[i]
そして、重力ベクトルGは、以下のように表される。
G=(gx、gy、gz)=(ACCSx、ACCSy、ACCSz)
The acceleration of each i-th axis is expressed as follows.
x-axis acceleration: ACC x [i]
y-axis acceleration: ACC y [i]
z-axis acceleration: ACC z [i]
The sum of n pieces of acceleration data is expressed as follows.
ACCS x = Σ i = 1 N ACC x [i]
ACCS y = Σ i = 1 N ACC y [i]
ACCS z = Σ i = 1 N ACC z [i]
The gravity vector G is expressed as follows.
G = (g x , g y , g z ) = (ACCS x , ACCS y , ACCS z )

(S2)次に、前後方向加速度算出部103b3は、加速度面の法線ベクトルVLR及び重力ベクトルGから、前向き又は後向きの前後方向ベクトルVFGを算出する。ここで、加速度面の法線ベクトルVLR及び重力ベクトルGと、前後方向ベクトルVFGとは、以下のような関係式で表される。
FG=VLR×G ×:クロス積
(S2) Next, the longitudinal acceleration calculation unit 103b3 calculates a forward or backward longitudinal vector V FG from the normal vector V LR and the gravity vector G of the acceleration surface. Here, the normal vector V LR and the gravity vector G of the acceleration surface and the longitudinal vector V FG are expressed by the following relational expressions.
V FG = V LR × G ×: Cross product

前後方向ベクトルVFG向きの単位ベクトルを、以下のように表す。
FB=(eFBx,eFBy,eFBz
このとき、前後方向加速度AFGは、以下のように表される。
FG=eFGx×Ax+eFGy×Az+eFGz×Az
FGは、前向き又は後向きの加速度である。
A unit vector in the front-rear direction vector V FG is expressed as follows.
e FB = (e FBx , e FBy , e FBz )
At this time, the longitudinal acceleration A FG is expressed as follows.
A FG = e FGx × A x + e FGy × A z + e FGz × A z
A FG is a forward or backward acceleration.

(S3)次に、前後方向加速度算出部103b3は、前後方向ベクトルVFG及び遊脚期の終了を示す加速度に基づいて、右向きベクトル(法線ベクトル)の向きを決定する。
前後方向ベクトルVFG:前向き -> 法線ベクトルVLR:右向き(+)
前後方向ベクトルVFG:後向き -> 法線ベクトルVLR:左向き(−)
(S3) Next, longitudinal acceleration calculating unit 103b3 based on the acceleration indicated by the end of the longitudinal direction vector V FG and swing phase, to determine the orientation of the right vector (normal vector).
Longitudinal vector V FG : Forward-> Normal vector V LR : Right (+)
Front-rear direction vector V FG : Backward-> Normal vector V LR : Leftward (-)

前向き又は後向きのいずれかは、遊脚期の終了を示す加速度の向きを「後」として決定できる。遊脚期における歩行者の足は、後から前へ運ばれる。従って、ズボンのポケットに挿入された携帯端末は、振り子状に円弧を描いて運動する。そのために、携帯端末が前方にあるとき、加速度は、前後方向の後向きに検出される。尚、3軸の中で、右/左向きベクトルUの向きに最も近い軸について、最小二乗法に基づいて加速度面を推定した場合には、法線ベクトルVLRに基づいて、右/左向きベクトル(法線ベクトル)の向きを決定する。
Whether forward or backward, the direction of acceleration indicating the end of the swing phase can be determined as “rear”. The pedestrian's foot during the swing phase is carried from back to front. Therefore, the portable terminal inserted in the pants pocket moves while drawing a circular arc in a pendulum shape. Therefore, when the mobile terminal is in front, the acceleration is detected backward in the front-rear direction. Incidentally, among the three axes, the axis that is closest to the direction of the right / left vector U, when estimating the acceleration surface based on the least square method, based on the law line vector V LR, right / left vector ( The direction of the normal vector).

<進行方向算出部104>
進行方向算出部104は、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。算出された進行方向は、表示制御部15へ出力される。具体的には、以下のS1〜S3のステップを有する。
<Advancing direction calculation unit 104>
The traveling direction calculation unit 104 calculates the traveling direction using the right / left direction vector U, the gravity vector G, and the geomagnetic vector M. The calculated traveling direction is output to the display control unit 15. Specifically, the following steps S1 to S3 are included.

(S1)最初に、進行方向算出部104は、重力ベクトルG及び地磁気ベクトルMを用いて、G×M/|G×M|によって東向き単位ベクトルeEastを算出する。 (S1) First, the traveling direction calculation unit 104 calculates the eastward unit vector e East by G × M / | G × M | using the gravity vector G and the geomagnetic vector M.

再び、図6を参照する。   Reference is again made to FIG.

次に、例えばx軸、y軸、z軸が右手系であると想定すると、各向きの単位ベクトルは、以下のように表される。
北向き単位ベクトルeNorth:eNorth=(eNx、eNy、eNz)
東向き単位ベクトルeEast :eEast=(eEx、eEy、eEz)
下向き単位ベクトルeDown :eDown =(eDx、eDy、eDz)
また、加速度データは、以下のように表される。
A=(Ax、Ay、Az
Next, assuming that the x-axis, y-axis, and z-axis are right-handed, for example, the unit vector in each direction is expressed as follows.
North-facing unit vector e North : e North = (e Nx , e Ny , e Nz )
Eastward unit vector e East : e East = (e Ex , e Ey , e Ez )
Downward unit vector e Down : e Down = (e Dx , e Dy , e Dz )
Further, the acceleration data is expressed as follows.
A = (A x , A y , A z )

図6によれば、重力ベクトルG及び地磁気ベクトルMとした場合、各単位ベクトルは、以下のように表される。
北向き単位ベクトルeNorth:eNorth=G×M×G/|G×M×G|
東向き単位ベクトルeEast :eEast =G×M/|G×M|
下向き単位ベクトルeDown :eDown =G/|G|
×:クロス積(ベクトル積、外積)
According to FIG. 6, when the gravity vector G and the geomagnetic vector M are used, each unit vector is expressed as follows.
North-facing unit vector e North : e North = G × M × G / | G × M × G |
East unit vector e East : e East = G × M / | G × M |
Downward unit vector e Down : e Down = G / | G |
×: Cross product (vector product, outer product)

「G×M」(外積)とは、重力ベクトルGと地磁気ベクトルMとによって作られる平面に対して垂直な方向のベクトルを作る。重力ベクトルGの方向を向いて見ると、地磁気ベクトルMから見て時計回りの方向にG×Mが伸びる。地磁気ベクトルMは、南から北へ向いているので、その軸から時計回りに90度となる方向、即ち、G×Mは、「東」の方位を向く。   “G × M” (outer product) creates a vector in a direction perpendicular to the plane formed by the gravity vector G and the geomagnetic vector M. When viewed in the direction of the gravity vector G, G × M extends in a clockwise direction as viewed from the geomagnetic vector M. Since the geomagnetic vector M is directed from the south to the north, the direction of 90 degrees clockwise from the axis, that is, G × M is directed to the “east” direction.

また、「(G×M)×G」とは、東向きベクトルG×Mと重力ベクトルGとによって作られる平面に対して垂直な方向のベクトルを作る。東向きベクトルG×Mを向いて見ると、重力ベクトルから見て時計回りの方向に(G×M)×Gが伸びる。重力ベクトルは、上から下へ向いているので、その軸から時計回りに90度となる方向、即ち、(G×M)×Gは、「北」の方位を向く。   Also, “(G × M) × G” creates a vector in a direction perpendicular to the plane created by the east vector G × M and the gravity vector G. When looking toward the east vector G × M, (G × M) × G extends in the clockwise direction as viewed from the gravity vector. Since the gravity vector is directed from the top to the bottom, the direction of 90 degrees clockwise from the axis, that is, (G × M) × G is directed to the “north” direction.

尚、各向きの加速度ベクトルは、各向きの単位ベクトルeに対して加速度ベクトルAの内積をとることによって算出される。
北向き加速度 :AN=eNx×Ax+eNy×Ay+eNz×Az
東向き加速度 :AE=eEx×Ax+eEy×Ay+eEz×Az
鉛直下向き加速度:AD=eDx×Ax+eDy×Ay+eDz×Az
The acceleration vector in each direction is calculated by taking the inner product of the acceleration vector A with respect to the unit vector e in each direction.
Northward acceleration: A N = e Nx × A x + e Ny × A y + e Nz × A z
East acceleration: A E = e Ex × A x + e Ey × A y + e Ez × A z
Vertical downward acceleration: A D = e Dx × A x + e Dy × A y + e Dz × A z

(S2)次に、進行方向算出部104は、法線ベクトルにおける右向き単位ベクトルeRightと、東向き単位ベクトルeEastとの成す角αを算出する。2つのベクトルの成す角は、内積とノルム(ベクトルの大きさ)積から算出できる。東向き単位ベクトルeEast及び右向き単位ベクトルeRightから、両ベクトルの成す角αは、以下の式で表される。
α=arccos((eEast・eRight)/(|eEast||eRight|)) 式(9)
(S2) Next, the traveling direction calculation unit 104 calculates an angle α formed by the rightward unit vector e Right and the eastward unit vector e East in the normal vector. The angle formed by the two vectors can be calculated from the inner product and the norm (vector magnitude) product. From the eastward unit vector e East and the rightward unit vector e Right , the angle α formed by both vectors is expressed by the following equation.
α = arccos ((e East · e Right ) / (| e East || e Right |)) Equation (9)

(S3)そして、進行方向算出部104は、方位角θを求める。 (S3) Then, the traveling direction calculation unit 104 obtains the azimuth angle θ.

ここで、成す角αは、劣角である(0〜180度)。これに対し、求める方位角θは、0〜360度(北方位を0度とした時計回りの角度)であり、優角を含む。そのため、成す角を方位角に変換する。   Here, the formed angle α is an inferior angle (0 to 180 degrees). On the other hand, the azimuth angle θ to be obtained is 0 to 360 degrees (clockwise angle with the north azimuth being 0 degrees) and includes a dominant angle. Therefore, the formed angle is converted into an azimuth angle.

図7は、成す角と方位角の関係を表す説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the formed angle and the azimuth angle.

図7によれば、東向き単位ベクトルeEastと右向き単位ベクトルeRightの外積ベクトルeEast×eRightによれば、東向き単位ベクトルeEastに対する方向角θが180未満のとき、重力ベクトルと同一方向を示す。このとき、θ=αである。一方で、θが180度以上になるべきときには、eEast×eRightは、重力ベクトルと逆方向を示す。このとき、θ=360−αである。そのため、eEast×eRightと重力ベクトルGの成す角を求め(角度ではなく余弦でもよい)、その結果に基づいてαをθに変換する。 According to FIG. 7, according to the outer product vector e East × e Right of the east unit vector e East and the right unit vector e Right , the same as the gravity vector when the direction angle θ with respect to the east unit vector e East is less than 180. Indicates direction. At this time, θ = α. On the other hand, when θ should be 180 degrees or more, e East × e Right indicates a direction opposite to the gravity vector. At this time, θ = 360−α. Therefore, an angle formed by e East × e Right and the gravity vector G is obtained (cosine instead of angle), and α is converted to θ based on the result.

東向き単位ベクトルeEastに対する方向角θは、eEast×eRightと重力ベクトルGとの成す角をβとを用いて、以下の式によって導出される。
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
The direction angle θ with respect to the eastward unit vector e East is derived by the following equation using β as the angle formed by e East × e Right and the gravity vector G.
cos β ≧ 0: θ = α
cos β <0: θ = 360−α

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、携帯端末をズボンのポケットのような衣服に入れている場合であっても、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、歩行者の進行方向をできる限り正確に決定することができる。特に、携帯端末が、歩行者の下半身部分の衣服に身につけられた際に、歩行者の進行方向をできる限り決定することができる。   As described above in detail, according to the mobile terminal, the program, and the method of the present invention, even if the pedestrian puts the mobile terminal in clothes such as a pants pocket, The traveling direction of the pedestrian can be determined as accurately as possible using the mounted acceleration sensor and geomagnetic sensor. In particular, when the mobile terminal is worn on the clothes of the lower part of the pedestrian, the traveling direction of the pedestrian can be determined as much as possible.

前述した本発明の種々の実施形態について、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。   Various changes, modifications, and omissions of the above-described various embodiments of the present invention can be easily made by those skilled in the art. The above description is merely an example, and is not intended to be restrictive. The invention is limited only as defined in the following claims and the equivalents thereto.

1 携帯端末
10 進行方向決定部
101 遊脚期抽出部
102 指定数分加速度取得部
103 右/左向きベクトル推定部
103a 右/左向きベクトル算出部
103b1 鉛直方向加速度算出部
103b2 加速度面推定部
103b3 前後方向加速度算出部
104 進行方向算出部
11 加速度センサ
12 地磁気センサ
13 測位部
14 地図情報記憶部
15 表示制御部
16 ディスプレイ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mobile terminal 10 Travel direction determination part 101 Swing leg period extraction part 102 Specified number of acceleration acquisition part 103 Right / left direction vector estimation part 103a Right / left direction vector calculation part 103b1 Vertical direction acceleration calculation part 103b2 Acceleration surface estimation part 103b3 Longitudinal direction acceleration Calculation unit 104 Traveling direction calculation unit 11 Acceleration sensor 12 Geomagnetic sensor 13 Positioning unit 14 Map information storage unit 15 Display control unit 16 Display unit

Claims (11)

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、前記加速度データ及び前記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、
前記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、
前記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、歩行者の進行方向に対する右方又は左方を示す右/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、
前記右/左向きベクトルUと、前記加速度データに基づく重力ベクトルGと、前記地磁気データに基づく地磁気ベクトル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。
An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data; a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data; and a traveling direction determination means that determines a traveling direction of a pedestrian from the acceleration data and the geomagnetic data. A portable terminal owned by a person,
The traveling direction determination means includes
The swing period extraction means for extracting the acceleration data of the swing period using each axis acceleration data and the combined acceleration that is the square sum of squares of the acceleration data of all axes,
A specified number of acceleration acquisition means for acquiring a specified number of acceleration data from the acceleration data of the swing phase,
A right / left direction vector calculating means for calculating a right / left direction vector U indicating the right direction or the left direction with respect to the traveling direction of the pedestrian based on the acceleration data of the specified number of swing periods;
A portable terminal comprising: a traveling direction calculation means for calculating a traveling direction using the right / left direction vector U , a gravity vector G based on the acceleration data, and a geomagnetic vector M based on the geomagnetic data. .
前記遊脚期抽出手段は、
前記合成加速度から、連続する極大点を検出し、
連続する極大点と極大点との間における前記合成加速度の極小点について、合成加速度が「大」「小」と交互に続くことを検出し、
前記合成加速度「小」の前後の極大点間を、遊脚期として検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の携帯端末。
The swing leg extraction means includes
From the synthesized acceleration, a continuous maximum point is detected,
For the minimum point of the composite acceleration between the continuous maximum points and the maximum point, it is detected that the composite acceleration continues alternately with “large” and “small”,
The mobile terminal according to claim 1, wherein a portion between local maximum points before and after the combined acceleration “small” is detected as a swing leg period.
前記右/左向きベクトル算出手段は、前記遊脚期の終了を示す加速度ベクトルBと、前記遊脚期の開始を示す加速度ベクトルFとの外積(U=B×F(又はF×B))によって、右/左向きベクトルUを算出することを特徴とする請求項2に記載の携帯端末。   The right / left direction vector calculating means is based on an outer product (U = B × F (or F × B)) of an acceleration vector B indicating the end of the swing phase and an acceleration vector F indicating the start of the swing phase. The mobile terminal according to claim 2, wherein a right / left vector U is calculated. 前記右/左向きベクトル算出手段は、
指定数分の遊脚期の加速度データに基づいて、歩行者の歩行動作によって生じる加速度面を推定する加速度面推定手段と、
指定数分の遊脚期の加速度データから、鉛直方向加速度を算出する鉛直方向加速度算出手段と、
前記加速度面及び前記鉛直方向加速度から、当該加速度面における法線ベクトル LR (右/左向きベクトルU)と、前後方向加速度とを算出する前後方向加速度算出手段と
を有することを特徴とする請求項2に記載の携帯端末。
The right / left direction vector calculating means includes:
Acceleration surface estimation means for estimating an acceleration surface generated by a walking motion of a pedestrian based on the specified number of swing phase acceleration data;
Vertical acceleration calculation means for calculating vertical acceleration from the specified number of swing phase acceleration data;
A longitudinal acceleration calculation means for calculating a normal vector V LR (right / left direction vector U) and a longitudinal acceleration on the acceleration surface from the acceleration surface and the vertical acceleration, respectively. 2. The mobile terminal according to 2.
前記前後方向加速度算出手段は、
前記加速度センサから出力された軸毎の加速度に基づいて、重力ベクトルGを算出し、
前記加速度面における法線ベクトルVLR及び前記重力ベクトルGから、前向き又は後向きの前後方向ベクトルVFGを算出し、
前記前後方向ベクトルVFG及び前記遊脚期の終了を示す加速度に基づいて、前記前後方向ベクトルVFGが前向きである場合、前記法線ベクトルVLRを右向きとし、前記前後方向ベクトルVFGが後向きである場合、前記法線ベクトルVLRを左向きとする
ことを特徴とする請求項4に記載の携帯端末。
The longitudinal acceleration calculation means includes:
Based on the acceleration for each axis output from the acceleration sensor, the gravity vector G is calculated,
From the normal vector V LR and the gravity vector G on the acceleration surface, a forward or backward front-rear direction vector V FG is calculated,
Based on the front-rear direction vector V FG and the acceleration indicating the end of the swing leg period, when the front-rear direction vector V FG is forward, the normal vector V LR is directed right, and the front-rear direction vector V FG is rearward 5. The mobile terminal according to claim 4, wherein the normal vector V LR is leftward.
前記加速度面推定手段は、
指定数分加速度について、各軸の分散Vxx、Vyy及びVzzを算出し、
分散が最小となる軸について、最小二乗法に基づいて加速度面を推定する
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の携帯端末。
The acceleration surface estimation means includes
Calculate the variance Vxx, Vyy and Vzz of each axis for the specified number of accelerations,
The mobile terminal according to claim 4 or 5, wherein an acceleration plane is estimated based on a least square method for an axis having a minimum variance.
前記右/左向きベクトル算出手段は、前記遊脚期の終了を示す加速度ベクトルBと、前記遊脚期の開始を示す加速度ベクトルFとの外積(U=B×F(又はF×B))によって、右/左向きベクトルUを算出し、
前記加速度面推定手段は、3軸の中で、前記右/左向きベクトルUの方向に最も近い軸について、最小二乗法に基づいて加速度面を推定する
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の携帯端末。
The right / left direction vector calculating means is based on an outer product (U = B × F (or F × B)) of an acceleration vector B indicating the end of the swing phase and an acceleration vector F indicating the start of the swing phase. , Calculate the right / left vector U,
6. The acceleration surface estimating means estimates an acceleration surface based on a least square method for an axis closest to the direction of the right / left direction vector U among three axes. Mobile devices.
前記進行方向算出手段は、
前記重力ベクトルG及び前記地磁気ベクトルMを用いて、G×M/|G×M|によって東向き単位ベクトルeEastを算出し、
前記右/左向きベクトルUにおける右向き単位ベクトルeRightと、前記東向き単位ベクトルeEastとの成す角αを算出し、
前記東向き単位ベクトルeEastと前記右向き単位ベクトルeRightとの外積ベクトル(eEast×eRight)と、重力ベクトルGとの成す角βに基づいて、前記東向き単位ベクトルeEastに対する方向角θを算出する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の携帯端末。
The traveling direction calculation means includes
Using the gravity vector G and the geomagnetic vector M, an eastward unit vector e East is calculated by G × M / | G × M |
Calculating an angle α between a rightward unit vector e Right in the right / leftward vector U and the eastward unit vector e East ;
Based on the angle β formed by the outer product vector (e East × e Right ) of the eastward unit vector e East and the rightward unit vector e Right and the gravity vector G, the direction angle θ with respect to the eastward unit vector e East The mobile terminal according to claim 1, wherein the mobile terminal is calculated.
前記進行方向算出手段について、
前記成す角αは、以下の式によって算出され、
α=arccos((eEast・eRight)/(|eEast||eRight|))
方位角θは、前記成す角αと、前記外積ベクトル(e East ×e Right と前記重力ベクトルGの成す角βとを用いて、以下の式によって導出される
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
ことを特徴とする請求項8に記載の携帯端末。
About the traveling direction calculation means,
The formed angle α is calculated by the following equation:
α = arccos ((e East · e Right ) / (| e East || e Right |))
The azimuth angle θ is derived by the following equation using the formed angle α, the outer product vector (e East × e Right ) and the angle β formed by the gravity vector G: cos β ≧ 0: θ = α
cos β <0: θ = 360−α
The mobile terminal according to claim 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する携帯端末に搭載されたコンピュータを、前記加速度データ及び前記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して機能させるプログラムであって、
前記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、
前記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、歩行者の進行方向に対する右方又は左方を示す右/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、
前記右/左向きベクトルUと、前記加速度データに基づく重力ベクトルGと、前記地磁気データに基づく地磁気ベクトルMとを用いて、進行方向を算出する進行方向算出手段と
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。
A computer mounted on a portable terminal having an acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data and a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data is used to determine the direction of travel of a pedestrian from the acceleration data and the geomagnetic data. A program that functions as a direction of travel determination means,
The traveling direction determination means includes
The swing period extraction means for extracting the acceleration data of the swing period using each axis acceleration data and the combined acceleration that is the square sum of squares of the acceleration data of all axes,
A specified number of acceleration acquisition means for acquiring a specified number of acceleration data from the acceleration data of the swing phase,
A right / left direction vector calculating means for calculating a right / left direction vector U indicating the right direction or the left direction with respect to the traveling direction of the pedestrian based on the acceleration data of the specified number of swing periods;
A computer is caused to function as a traveling direction calculation means for calculating a traveling direction using the right / left direction vector U , a gravity vector G based on the acceleration data, and a geomagnetic vector M based on the geomagnetic data. A program for mobile devices.
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する携帯端末によって、前記加速度データ及び前記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方法であって、
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第1のステップと、
前記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第2のステップと、
指定数分の遊脚期の加速度データに基づいて、歩行者の進行方向に対する右方又は左方を示す右/左向きベクトルUを算出する第3のステップと、
前記右/左向きベクトルUと、前記加速度データに基づく重力ベクトルGと、前記地磁気データに基づく地磁気ベクトルMとを用いて、進行方向を算出する第4のステップと
を有することを特徴とする携帯端末の進行方向決定方法。
A traveling direction determining method for determining a traveling direction of a pedestrian from the acceleration data and the geomagnetic data by a portable terminal having an acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data and a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data. There,
A first step of extracting the acceleration data of the swing phase using each axis acceleration data and a combined acceleration that is a square sum of squares of the acceleration data of all axes;
A second step of acquiring a specified number of acceleration data from the acceleration data of the swing phase;
A third step of calculating a right / left direction vector U indicating right or left with respect to the direction of travel of the pedestrian based on acceleration data of a specified number of swing periods;
4. A portable terminal comprising: a fourth step of calculating a traveling direction using the right / left direction vector U , a gravity vector G based on the acceleration data, and a geomagnetic vector M based on the geomagnetic data. How to determine the direction of travel.
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