JP6867254B2 - 測定装置、ナビゲーションシステム、測定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、測定装置、ナビゲーションシステム、測定方法及びプログラムに関する。

近年、スマートフォン等を用いた歩行者向けのナビゲーション装置が提供されている。歩行者は、スマートフォン等の画面に表示されるルートに従って歩行することで、迷わずに目的地まで行くことができる。また、地下街など、ＧＰＳを受信することができないエリアでのナビゲーションを可能とするナビゲーション装置が開示されている（例えば非特許文献１参照）。

「ＰＤＲを活用した地下街ナビゲーションの進捗適応機構」、"マルチメディア、分散、協調とモバイル（ＤＩＣＯＭＯ２０１３）シンポジウム"、p.1039-1050、2013年

非特許文献１の技術では、スマートフォンに搭載されている３軸の加速度センサの出力を全て合成したデータ（図１参照）を取得し、取得したデータにおける極値を検出することで歩数の測定を行っている。

しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、３軸の加速度センサの出力を全て合成したデータを用いて歩数の測定を行っていることから、歩行者の左右方向の加速度が歩数の測定に含まれてしまうことになり、測定精度が劣化する可能性がある。

そこで、本発明は、より高精度に歩数の検出が可能な測定装置、ナビゲーションシステム、測定方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る測定装置は、進むべき方向として予め設定された基準方向における歩数をカウントする測定装置であって、加速度センサを含むセンサ装置から、互いに直交する３軸方向の加速度を取得する加速度取得部と、３軸方向のうち、基準方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、基準方向の測定軸として選択し、鉛直方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、鉛直方向の測定軸として選択する選択部と、選択された基準方向の測定軸における加速度の変化と鉛直方向の測定軸における加速度の変化とに基づいて歩数をカウントする歩数測定部と、を有する。

本発明の他の態様に係るナビゲーションシステムは、上記記載の測定装置と、歩行ルートを案内する情報処理装置とを有するナビゲーションシステムであって、情報処理装置は、地図情報に基づいて、測定装置に対して基準方向を通知する通知部と、測定装置でカウントされた歩数を測定装置から取得する取得部と、測定装置を取り付けた歩行者の歩幅と取得部で取得された歩数とに基づいて、測定装置を取り付けた歩行者の位置を管理する管理部と、を有する。

本発明の他の態様に係る測定方法は、加速度センサを含むセンサ装置から、互いに直交する３軸方向の加速度を取得するステップと、３軸方向のうち、基準方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、基準方向の測定軸として選択し、鉛直方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、鉛直方向の測定軸として選択するステップと、選択された基準方向の測定軸における加速度の変化と鉛直方向の測定軸における加速度の変化とに基づいて歩数をカウントするステップと、を含む。

本発明の他の態様に係るプログラムは、進むべき方向として予め設定された基準方向における歩数をカウントするためのプログラムであって、コンピューターに、加速度センサを含むセンサ装置から、互いに直交する３軸方向の加速度を取得するステップと、３軸方向のうち、基準方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、基準方向の測定軸として選択し、鉛直方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、鉛直方向の測定軸として選択するステップと、選択された基準方向の測定軸における加速度の変化と鉛直方向の測定軸における加速度の変化とに基づいて歩数をカウントするステップと、を実行させる。

本発明によれば、より高精度に歩数の検出が可能な測定装置、ナビゲーションシステム、測定方法及びプログラムを提供することができる。

従来技術を説明するための図である。 第１の実施形態に係る測定装置のハードウェア構成例を示す図である。 測定装置が備える加速度センサの３軸方向を示す図である。 基準方向を基準とした測定装置の向き及び姿勢を説明するための図である。 第１の実施形態に係る測定装置の機能ブロック構成の一例を示す図である。 測定装置の状態を説明するための図である。 歩数の測定に用いる２軸を選択する方法を示す図である。 歩数の測定に用いる２軸が変化する様子を示す図である。 後ろ向きに歩数をカウントする際の具体例を示す図である。 歩数をカウントする処理手順の具体例を説明するための図である。 補正処理を行う際に用いる式に代入する値を示す表である。 第２の実施形態に係るナビゲーションシステムの一例を示す図である。 第２の実施形態に係る情報処理装置の機能ブロック構成の一例を示す図である。 本ナビゲーションシステムの動作例を説明するための図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

［第１の実施形態］
＜システム概要＞
第１の実施形態に係る測定装置１０は、歩行者が身に着けて使用する装置であり、進むべき方向として予め設定された基準方向（以下、単に「基準方向」と言う。）に沿って歩行者が歩いた歩数を、ＧＰＳを利用せずに測定する装置である。測定装置１０は、例えば、眼鏡型のウェアラブル端末（スマートグラス）を想定しているが、これに限定されるものではない。例えば、帽子型のウェアラブル端末、ネックレス型のウェアラブル端末のように歩行者が身に着けて使用する端末であればどのような端末であってもよい。また、スマートフォンやタブレット端末のように、歩行者が持ち歩いて使用する端末であってもよい。また、測定装置１０は、複数の装置から構成されていてもよい。例えば、測定装置１０は、眼鏡型のウェアラブル端末とウェアラブル端末を制御するスマートフォン等から構成されていてもよい。

図２は、第１の実施形態に係る測定装置１０のハードウェア構成例を示す図である。測定装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、メモリ等の記憶装置１２、通信ネットワークＮに接続するために用いられる通信ＩＦ（Interface）１３、加速度センサ１４、地磁気センサ１５、ジャイロセンサ１６、ディスプレイ１７及び入力装置１８を含む。加速度センサ１４は、３軸の加速度センサであり、互いに直交する３つの測定方向（軸）の加速度を出力する。地磁気センサ１５は、３軸の地磁気センサであり、互いに直交する３つの測定方向（軸）における磁場の大きさを出力する。ジャイロセンサ１６は、角速度を検出するセンサであり、測定装置１０の回転や向きの変化を検出する。ディスプレイ１７は、眼鏡のレンズに該当する位置に嵌め込まれており、外の景色に各種の情報を重ねて表示することができる。入力装置１８は、各種のボタンやスイッチ等であり、測定装置１０の電源ＯＮ／ＯＦＦや各種の設定を行う際に用いられる。

ここで、加速度センサ１４、地磁気センサ１５及びジャイロセンサ１６を、まとめてセンサ装置と呼んでもよい。すなわち、測定装置１０が１つの装置である場合、測定装置１０の中にセンサ装置が含まれることになる。一方、測定装置１０が複数の装置である場合、測定装置１０とセンサ装置は別個の装置であってもよい。例えば、眼鏡型のウェアラブル端末とウェアラブル端末を制御するスマートフォン等から構成される場合、眼鏡型のウェアラブル端末がセンサ装置に該当し、スマートフォンが測定装置１０に該当することとしてもよい。

図３は、測定装置１０が備える加速度センサ１４の３軸方向を示す図である。図３に示すように、Ｘ軸は、測定装置１０の装着者に対して正面及び背面方向を規定した場合に正面方向を向いた軸であり、Ｙ軸は、測定装置１０の装着者に対して左右方向を規定した場合に右方向を向いた軸であり、Ｚ軸は、測定装置１０の装着者に対して上下方向を規定した場合に下方向を向いた軸である。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交している。

また、測定装置１０は、地表面及び基準方向に対する測定装置１０の向きを測定して出力する機能を備えている。地表面及び基準方向に対する測定装置１０の向きは、図４（ａ）に示すように、地表面に対するロール（回転角：θ）及びピッチ（傾斜角：ω）、基準方向に対するアジマス（方位角：φ）で表現される。図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、測定装置１０が地表面に対して水平状態である場合に、ロール及びピッチはそれぞれ０°になる。また、図４（ｄ）に示すように、測定装置１０が基準方向を向いた場合に、アジマスは０°になる。

なお、前述したように、本実施形態では、測定装置１０にセンサ装置が含まれていてもよいし、測定装置１０とセンサ装置とが別個の装置であってもよい。そのため、「測定装置１０の向き」は、より正確には「センサ装置の向き」と呼んでもよい。しかしながら、以下の説明では、説明を簡略化するために「測定装置１０の向き」と記載する。

＜動作概要＞
第１の実施形態に係る測定装置１０は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の全ての加速度センサにより出力される加速度を利用して歩行者の歩数をカウントするのではなく、いずれか２軸方向の加速度を用いて歩数の測定を行う。具体的には、測定装置１０は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のうち、基準方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸（以下、「基準方向の測定軸」と言う。）と、鉛直方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸（以下、「鉛直方向の測定軸」と言う。）とを選択する。測定装置１０は、選択した基準方向の測定軸における加速度（基準方向の測定軸における加速度センサの出力値）と、鉛直方向の測定軸における加速度（鉛直方向の測定軸における加速度センサの出力値）と用いて歩行者の歩数をカウントする。

また、測定装置１０を身に着けた歩行者は、基準方向に沿って常に正面を見て歩き続けるのではなく、左右の景色等を見ながら歩いたり、空を見上げながら歩いたり、足元を見ながら歩いたりすることが想定される。すなわち、測定装置１０は、基準方向に移動しつつも歩行者の頭の向きに応じて異なる方向を向くことになる。そこで、測定装置１０は、測定装置１０の姿勢に追従して、３軸のうち、基準方向の測定軸に用いる軸及び鉛直方向の測定軸に用いる軸を切り替えるようにする。

歩行者は、通常は基準方向に進むことになるが、道を間違えた場合など後ろ向きに引き返すことも想定される。そこで、測定装置１０は、測定装置１０が基準方向とは反対方向を向いている状態であると判定した場合、歩数をカウントする際に、後ろ向きに進んだとみなして歩数をカウントする。

＜機能ブロック構成＞
図５は、第１の実施形態に係る測定装置１０の機能ブロック構成の一例を示す図である。測定装置１０は、姿勢管理部１０１と、加速度取得部１０２と、選択部１０３と、歩数測定部１０４とを有する。姿勢管理部１０１と、加速度取得部１０２と、選択部１０３と、歩数測定部１０４とは、測定装置１０のメモリに記憶されたプログラムが、ＣＰＵ１１に実行させる処理により実現することができる。また、当該プログラムは、記録媒体に格納することができる。当該プログラムを格納した記録媒体は、非一時的な記録媒体であってもよい。非一時的な記録媒体は特に限定されないが、例えば、ＵＳＢメモリ及びＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体であってもよい。

姿勢管理部１０１は、加速度センサ１４、地磁気センサ１５及び／又はジャイロセンサ１６の出力値を組み合わせることで、測定装置１０の向きを取得する。なお、一般的に、加速度センサ１４、地磁気センサ１５及び／又はジャイロセンサ１６の出力値から得られるアジマスは、真北方向を基準（０°）とした角度である。従って、姿勢管理部１０１は、例えば、測定装置１０を基準方向に向けることで得られるアジマスを初期値として記憶しておき、それ以後、加速度センサ１４、地磁気センサ１５及び／又はジャイロセンサ１６の出力値から得られるアジマスから初期値として記憶しているアジマスを減算することで、第１の実施形態で用いるアジマス（すなわち、基準方向を基準としたアジマス）を取得するようにしてもよい。

また、姿勢管理部１０１は、ロール及びピッチをより正確に取得するために、アジマスと同様に、測定装置１０を水平状態にすることで得られるロール及びピッチを初期値として記憶しておき、それ以後、加速度センサ１４、地磁気センサ１５及び／又はジャイロセンサ１６の出力値から得られるロール及びピッチから初期値として記憶しているロール及びピッチを減算することで、第１の実施形態で用いるロール及びピッチを取得するようにしてもよい。

姿勢管理部１０１は、例えば、測定装置１０を身に着けた歩行者から、入力装置１８を介して、歩行者が正面を向いた状態（顔を水平にした状態）かつ基準方向を向いた状態であることを示す通知を受けた場合に、アジマス、ロール及びピッチの初期値を取得するようにしてもよい。

加速度取得部１０２は、加速度センサ１４から、互いに直交する３つの測定方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の加速度を取得する。

選択部１０３は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の加速度のうち、基準方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、「基準方向の測定軸」として選択し、鉛直方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、「鉛直方向の測定軸」として選択する機能を有する。

歩数測定部１０４は、選択部１０３で選択された基準方向の測定軸における加速度の変化と鉛直方向の測定軸における加速度の変化とに基づいて歩数をカウントする機能を有する。また、歩数測定部１０４は、歩数をカウントする際に、測定装置１０が向いている方向に応じて、歩行者が基準方向において正方向に進んだとみなして歩数をカウントするのか、又は、歩行者が基準方向において負方向に進んだとみなして歩数をカウントするのかを切り替えるようにしてもよい。

＜処理手順＞
（歩数の測定に用いる２軸の選択）
続いて、選択部１０３が、基準方向の測定軸及び鉛直方向の測定軸を選択する方法について詳細に説明する。まず、姿勢管理部１０１は、測定装置１０の、ピッチ及びアジマスに基づいて、測定装置１０の状態を判定する。なお、測定装置１０の状態を「センサ装置の状態」と呼んでもよい。

図６は、測定装置１０の状態を説明するための図である。図６（ａ）に示すように、姿勢管理部１０１は、測定装置１０のピッチが、−４５°〜＋４５°の範囲である場合を状態１（概ね水平方向を向いている状態）と判定し、＋４５°〜＋１３５°の範囲である場合を状態２（概ね上方向を向いている状態）と判定し、＋１３５°〜＋１８０°及び−１３５°〜−１８０°の範囲である場合を状態３（ひっくり反っている状態）と判定し、−４５°〜−１３５°の範囲である場合を状態４（概ね下を向いている状態）と判定する。また、図６（ｂ）に示すように、測定装置１０のアジマスが、−４５°〜＋４５°の範囲である場合を状態１（概ね基準方向を向いている状態）と判定し、＋４５°〜＋１３５°の範囲である場合を状態２（基準方向に向かって概ね右方向を向いている状態）と判定し、＋１３５°〜＋１８０°及び−１３５°〜−１８０°の範囲である場合を状態３（基準方向に対して概ね反対方向を向いている状態）と判定し、−４５°〜−１３５°の範囲である場合を状態４（基準方向に向かって概ね左方向を向いている状態）と判定する。

図７は、歩数の測定に用いる２軸を選択する方法を示す図である。姿勢管理部１０１は、例えば、ピッチが状態１でありアジマスが状態１である場合、すなわち、歩行者が水平方向かつ基準方向を向いている場合、Ｘ軸を「基準方向の測定軸」とし、Ｚ軸を、「鉛直方向の測定軸」として選択することを示している。同様に、ピッチが状態１でありアジマスが状態２である場合、すなわち、歩行者が水平方向かつ基準方向に対して右側を向いている場合、−Ｙ軸を「基準方向の測定軸」とし、Ｚ軸を、「鉛直方向の測定軸」として選択することを示している。

図８及び図９に、歩数の測定に用いる２軸が変化する様子を示す。図８の１歩目は、基準方向に向かって水平かつ正面を向いて歩いた場合、２歩目は、基準方向に向かって水平かつ右方向を向いて歩いた場合、３歩目は、基準方向に向かって水平かつ左方向を向いて歩いた場合、４歩目は、上を見上げながら基準方向に向かって歩いた場合である。

ここで、前述した通り、歩行者は、道を間違えた場合など後ろ向きに引き返すことも想定される。そこで、測定装置１０は、測定装置１０が基準方向とは反対方向を向いている状態であると判定した場合、歩数をカウントする際に、歩行者が基準方向において負方向に進んだとみなして歩数をカウントする。

具体的には、歩数測定部１０４は、姿勢管理部１０１において測定装置１０が概ね基準方向を向いている状態（アジマス状態が状態１）であると判定された場合、歩数をカウントする際に、歩行者が基準方向において正方向に進んだとみなして歩数をカウントする。また、歩数測定部１０４は、姿勢管理部１０１において測定装置１０が基準方向に対して概ね反対方向を向いている状態（アジマス状態が状態３）であると判定された場合、歩数をカウントする際に、歩行者が基準方向において負方向に進んだとみなして歩数をカウントする。また、歩数測定部１０４は、姿勢管理部１０１において測定装置１０が基準方向に向かって概ね右方向を向いている状態（アジマス状態が状態２）、又は、基準方向に向かって概ね左方向を向いている状態（アジマス状態が状態４）であると判定された場合、直前に歩数をカウントした際と同一の方向に進んだとみなして歩数をカウントする。

図９の１歩目は、基準方向に向かって水平かつ正面を向いて歩いた場合、２歩目は、基準方向に向かって水平かつ右方向を向いて歩いた場合である。３歩目は、基準方向とは逆方向に歩いた場合である。ここで、４歩目は、基準方向に向かって水平かつ正面を向いて歩いた場合と、基準方向とは逆方向に向かって水平かつ左方向を向いて歩いた場合との両方のケースが考えられる。そこで、歩数測定部１０４は、直前に歩数をカウントした際と同一の向きに進んだとみなすようにする。すなわち、４歩目は、３歩目と同様、基準方向において負方向に向かって水平かつ左方向を向いて歩いたと判定する。

なお、本実施形態では、測定装置１０の状態の判定に、測定装置１０のロールを使用していない。これは、歩行者が、基準方向の測定軸又は鉛直方向の測定軸を変える必要がある程度に大きく頭を傾けながら歩くこと（例えば右又は左に４５°以上首を傾けた状態で歩くこと）は、一般的には想定し難いと考えられるからである。

（歩数の測定）
続いて、歩数測定部１０４が、基準方向の測定軸における加速度の変化と鉛直方向の測定軸における加速度の変化とに基づいて歩数をカウントする方法について具体的に説明する。

まず、歩数測定部１０４は、基準方向の測定軸における加速度について、時間軸上で検出した第１の値（例えば極大値）と第２の値（例えば極小値）との加速度差が、閾値ＭＡ（第１の閾値）以上であり、かつ、第１の値（例えば極大値）が検出された時間と第２の値（例えば極小値）が検出された時間との間の時間差が時間幅ＮＡ（第１の時間幅）以内であることを検出したタイミングＯＡ（第１のタイミング）を測定する。同様に、歩数測定部１０４は、鉛直方向の測定軸における加速度について、時間軸上で検出した第３の値（例えば極大値）と第４の値（例えば極小値）との加速度差が閾値ＭＢ（第２の閾値）以上であり、かつ、第３の値（例えば極大値）が検出された時間と第４の値（例えば極小値）が検出された時間との間の時間差が時間幅ＮＢ（第２の時間幅）以内であることを検出したタイミングＯＢ（第２のタイミング）を測定する。続いて、測定装置１０は、タイミングＯＡとタイミングＯＢとの間の時間幅が時間幅Ｃ（所定の時間幅）以内である場合に、歩行者が１歩進んだと判定する。

図１０は、歩数をカウントする処理手順の具体例を説明するための図である。まず、歩数測定部１０４は、基準方向の測定軸における加速度について測定を行う。図１０上段は、基準方向の測定軸における加速度の一例を示している。まず、歩数測定部１０４は、加速度センサからの出力値に対してローパスフィルタを適用することで、ノイズ（例えば、重力加速度）を除去する。ローパスフィルタの式を以下に示す。

続いて、歩数測定部１０４は、基準方向の測定軸における加速度について、時間軸上で連続した極大値１Ａ及び極小値２Ａを検出し、極大値１Ａ及び極小値２Ａの加速度差が閾値ＭＡ以上であるか否か、及び、極大値１Ａを検出した時間及び極小値２Ａを検出した時間の時間差（Ｔ１）が時間幅ＮＡ以内であるか否かを判定する。極大値１Ａ及び極小値２Ａの加速度差が閾値ＭＡ以上であり、かつ、極大値１Ａを検出した時間及び極小値２Ａを検出した時間の時間差が時間幅ＮＡ以内である場合、極小値２Ａを検出したタイミングをタイミングＯＡとする。なお、図１０において閾値ＭＡ及び閾値ＭＢは、加速度ゼロを中心として図示されているが、図示の便宜上であり、極大値が＋０．５以上かつ極小値が−０．５以下である必要があることを意図しているのではない。すなわち、極大値及び極小値の加速度差が閾値ＭＡ以上であれば、極大値が＋０．５以下であってもよいし、極小値が−０．５以下であってもよい。

同様に、歩数測定部１０４は、鉛直方向の測定軸における加速度についても測定を行う。図１０下段は、鉛直方向の測定軸における加速度の一例を示している。歩数測定部１０４は、鉛直方向の測定軸における加速度について、時間軸上で連続した極大値１Ｂ及び極小値２を検出すると、極大値１Ｂ及び極小値２Ｂの加速度差が閾値ＭＢ以上であるか否か、及び、極大値１Ｂを検出した時間及び極小値２Ｂを検出した時間の時間差（Ｔ２）が時間幅ＮＢ以内であるか否かを判定する。極大値１Ｂ及び極小値２Ｂの加速度差が閾値ＭＢ以上であり、かつ、極大値１Ｂを検出した時間及び極小値２Ｂを検出した時間の時間差が時間幅ＮＢ以内である場合、極小値２Ｂを検出したタイミングをタイミングＯＢとする。

続いて、歩数測定部１０４は、タイミングＯＡとタイミングＯＢとの間の時間差（Ｔ３）が時間幅Ｃ以内である場合に、歩行者が１歩進んだと判定する。

更に、歩数測定部１０４は、極大値３Ａ及び極小値４Ａ、並びに極大値３Ｂ及び極小値４Ｂについても同様の処理を行う。歩数測定部１０４は、このような処理手順を繰り返すことで、歩数をカウントしていく。

なお、上記の説明では、歩数測定部１０４は、極大値を基準として次の極小値との間の加速度差及び時間差を判定するようにしたが、極小値を基準として次の極大値との間の加速度差及び時間差を判定するようにしてもよい。例えば、歩数測定部１０４は、基準方向の加速度について極小値２Ａ及び極大値３Ａを検出し、極大値３Ａを検出したタイミングをタイミングＯＡとするようにしてもよい。また、歩数測定部１０４は、鉛直方向の加速度について極小値２Ｂ及び極大値３Ｂについて同様の判定を行い、極大値３Ｂを検出したタイミングをタイミングＯＢとするようにしてもよい。

また、図１０の例では閾値ＭＡ及び閾値ＭＢは同一であるように図示されているが、異なる値であってもよい。また、時間幅ＮＡ及び時間幅ＮＢは同一であってもよいし異なっていてもよい。また、閾値ＭＡ、閾値ＭＢ、時間幅ＮＡ、時間幅ＮＢ及び時間幅Ｃの具体例は、それぞれ、１．０、１．０、１．５秒、１．５秒及び１．５秒である。なお、これらの具体例は、本実施形態がこれらの具体例に限定されることを意図しているのではない。

（補正について）
以上説明したように、測定装置１０は、基準方向の測定軸及び鉛直方向の測定軸から出力される加速度の大きさの変化に基づいて歩行者の歩数をカウントする。ここで、測定装置１０は、歩行中の頭の揺れ等の影響を受けることから、基準方向の測定軸及び鉛直方向の測定軸は常に基準方向及び鉛直方向と完全に一致しているとは限られない。つまり、基準方向の測定軸が実際の基準方向とずれている場合、基準方向の測定軸から出力される加速度の大きさは、基準方向の測定軸と実際の基準方向とが完全に同一になる場合と比較して小さくなってしまう。鉛直方向の測定軸についても同様である。そこで、測定装置１０は、測定装置１０の向きに応じて、歩数をカウントする際に用いる閾値（上述した閾値ＭＡ及び閾値ＭＢ）の大きさ、又は、基準方向の測定軸についての加速度及び鉛直方向の測定軸の加速度を補正する処理を行う。

歩数測定部１０４は、測定装置１０の向きを示す情報に基づいて、基準方向の測定軸における加速度の測定方向と基準方向との間のずれにより生じる、基準方向の測定軸における加速度の検出量の減少度合いを算出し、算出した減少度合いに応じて閾値ＭＡ又は基準方向の測定軸における加速度を補正する。また、歩数測定部１０４は、測定装置の向きを示す情報に基づいて、鉛直方向の測定軸における加速度の測定方向と鉛直方向との間のずれにより生じる、鉛直方向の測定軸における加速度の検出量の減少度合いを算出し、算出した減少度合いに応じて閾値ＭＢ又は鉛直方向の測定軸における加速度を補正する。

前述したように、基準方向の測定軸と鉛直方向の測定軸は、測定装置１０の向きに応じて切り替わる。そのため、上記の補正処理において閾値ＭＡ及び閾値ＭＢを補正する場合、補正後の閾値ＭＡ及び閾値ＭＢは、以下の式で表現することができる。

Ｓは余弦を掛け合わせた変数であり、上述した「基準方向の測定軸における加速度の検出量の減少度合い」又は「鉛直方向の測定軸における加速度の検出量の減少度合い」に該当する。ｒは閾値ＭＡ又は閾値ＭＢ、ｒ₀は閾値ＭＡの初期値又は閾値ＭＢの初期値である。また、基準方向の閾値（閾値ＭＡ）を計算する際のＪ、Ｋ、Ｌの値は図１１（ａ）に示す値であり、鉛直方向の閾値（閾値ＭＢ）を計算する際のＪ、Ｋ、Ｌの値は図１１（ｂ）に示す値である。なお、図１１において、例えば±Ｘ軸とは、＋Ｘ軸の場合又は−Ｘ軸の場合のいずれかであることを意味する、±Ｙ軸及び±Ｚ軸についても同様である。

一方、加速度センサから出力された加速度を補正する場合、基準方向の測定軸における補正後の加速度及び鉛直方向の測定軸における補正後の加速度は、以下の式で表現することができる。

Ｒは基準方向の測定軸における加速度又は鉛直方向の測定軸における加速度、Ｉは、基準方向の測定軸又は鉛直方向の測定軸として選択された軸の加速度センサから出力された加速度である。基準方向の測定軸における加速度を計算する際のＪ、Ｋ、Ｌの値は図１１（ａ）に示す値であり、鉛直方向の測定軸における加速度を計算する際のＪ、Ｋ、Ｌの値は図１１（ｂ）に示す値である。

（変形例）
以上説明した「（歩数の測定）」において、歩数測定部１０４は、基準方向の測定軸（又は鉛直方向の測定軸）における加速度についてタイミングＯＡ（又はタイミングＯＢ）を測定する際、更に、時間軸上で連続して検出した極大値及び極小値について、極大値が閾値ＭＡ１（又はＭＢ１）以上であり、かつ、極小値が閾値ＭＡ２（又はＭＢ２）以下であることを、測定条件に加えるようにしてもよい。すなわち、歩数測定部１０４は、時間軸上で連続して検出した極大値及び極小値の加速度差が閾値ＭＡ以上であり、極大値が閾値ＭＡ１以上であり、極小値が閾値ＭＡ２以下であり、かつ、極大値及び極小値を検出した時間差が時間幅ＮＡ以内であることを検出したタイミングＯＡを測定するようにしてもよい。同様に、歩数測定部１０４は、時間軸上で連続して検出した極大値及び極小値の加速度差が閾値ＭＢ以上であり、極大値が閾値ＭＢ１以上であり、極小値が閾値ＭＢ２以下であり、かつ、極大値及び極小値を検出した時間差が時間幅ＮＢ以内であることを検出したタイミングＯＢを測定するようにしてもよい。

本変形例において、閾値ＭＡを第１の閾値と呼び、閾値ＭＡ１を第２の閾値と呼び、閾値ＭＡ２を第３の閾値と呼び、閾値ＭＢを第４の閾値と呼び、閾値ＭＢ１を第５の閾値と呼び、閾値ＭＢ２を第６の閾値と呼ぶようにしてもよい。

閾値ＭＡ１及び閾値ＭＡ２には、閾値ＭＡとは異なる値を設定してもよい。同様に、閾値ＭＢ１及び閾値ＭＢ２には、閾値ＭＢとは異なる値を設定してもよい。具体例として、例えば、閾値ＭＡ１を１．０に設定し、閾値ＭＡ２を−０．５に設定し、閾値ＭＡを１．５に設定してもよい。また、閾値ＭＢ１を０．５に設定し、閾値ＭＢ２を−０．５に設定し、閾値ＭＢを１．０に設定してもよい。なお、これらの具体例は、本実施形態がこれらの具体例に限定されることを意図しているのではない。

また、本変形例では、上述した「（補正について）」で説明した式において、ｒを閾値ＭＡ１、閾値ＭＡ２、閾値ＭＢ１又は閾値ＭＢ２、ｒ₀を閾値ＭＡ１、閾値ＭＡ２、閾値ＭＢ１又は閾値ＭＢ２の初期値とすることで、閾値ＭＡ１、閾値ＭＡ２、閾値ＭＢ１及び閾値ＭＢ２についても、閾値ＭＡ及び閾値ＭＢと同様に補正を行うようにしてもよい。

以上、第１の実施形態について説明した。第１の実施形態に係る測定装置１０は、３軸のうち、基準方向の測定軸と鉛直方向の測定軸として２軸を選択して歩行者の歩数をカウントするようにした。これにより、第１の実施形態では、例えば歩行者の左右方向の加速度が歩数の測定に含まれてしまうことによる測定精度の劣化を抑止することが可能になる。

また、測定装置１０は、測定装置１０の姿勢に追従して、３軸のうち、基準方向の測定軸に用いる軸及び鉛直方向の測定軸に用いる軸を切り替えるようにした。これにより、測定装置１０は、歩行者が頭を左右に回転させた場合であっても、より高い精度で歩数を検出することが可能になる。

また、測定装置１０は、測定装置１０が基準方向とは反対方向を向いている状態であると判定した場合、歩数をカウントする際に、基準方向において負方向に進んだとみなして歩数をカウントするようにした。これにより、測定装置１０は、基準方向に進んだ歩数と基準方向とは逆向きに進んだ歩数の両方を測定することが可能になり、例えば測定装置１０で測定した歩数をナビゲーション等に利用する際に、歩行者の位置をより正確に認識することが可能になる。

また、測定装置１０は、測定装置１０の向き及び姿勢に応じて、歩数をカウントする際に用いる閾値の大きさ又は加速度センサから出力される加速度の値を補正するようにした。これにより、測定装置１０は、歩行者の歩数をカウントする際に、歩行者の頭の揺れが生じた場合や頭の向きが基準方向からずれている場合であっても、より高い精度で歩数を検出することが可能になる。

［第２の実施形態］
第２実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。

＜システム概要＞
図１２は、第２の実施形態に係るナビゲーションシステムの一例を示す図である。本ナビゲーションシステムは、第１の実施形態で説明した測定装置１０と、情報処理装置２０とを有する。情報処理装置２０は、例えば地図情報等を保持しており、測定装置１０で測定された歩数に歩幅を乗算することで、地図上における歩行者の位置を特定する機能を有する。

情報処理装置２０は、ＣＰＵ、メモリ等の記憶装置、通信ネットワークＮと接続するために用いられる通信ＩＦを含む。情報処理装置２０は、パブリッククラウドサービスを利用することで実現されたサーバであってもよい。

＜機能ブロック構成＞
図１３は、第２の実施形態に係る情報処理装置２０の機能ブロック構成の一例を示す図である。情報処理装置２０は、基準方向通知部２０１と、歩数取得部２０２と、位置管理部２０３と、地図情報を記憶する記憶部２０４とを有する。基準方向通知部２０１と、歩数取得部２０２と、位置管理部２０３とは、情報処理装置２０のメモリに記憶されたプログラムが、ＣＰＵに実行させる処理により実現することができる。また、当該プログラムは、記録媒体に格納することができる。当該プログラムを格納した記録媒体は、非一時的な記録媒体であってもよい。非一時的な記録媒体は特に限定されないが、例えば、ＵＳＢメモリ及びＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体であってもよい。

基準方向通知部２０１は、地図情報に基づいて、測定装置１０に対して“基準方向”を示す情報を通知する機能を有する。基準方向通知部２０１から通知された“基準方向”は、測定装置１０の姿勢管理部１０１で取得され、測定装置１０が行う各種の処理に利用される。“基準方向”を示す情報は、例えば、真北を基準とした方位（角度）であってもよい。第１の実施形態で説明した通り、姿勢管理部１０１は、測定装置１０を基準方向に向けることで得られるアジマスを初期値として記憶するようにしたが、第２の実施形態では、情報処理装置２０から通知された“基準方向”を示す情報を、当該アジマスの初期値として利用するようにしてもよい。

歩数取得部２０２は、測定装置１０でカウントされた歩行者の歩数を測定装置１０から取得する機能を有する。位置管理部２０３は、測定装置１０から取得された歩行者の歩数と、測定装置１０を取付けた歩行者の歩幅とに基づいて、当該歩行者の位置を管理する機能を有する。なお、位置管理部２０３は、測定装置１０から歩行者が後ろに戻った歩数を通知された場合、歩行者が、当該歩数と歩幅とを乗算した距離を戻ったものとして歩行者の位置を管理する。

測定装置１０の歩数測定部１０４は、基準方向において正方向に進んだ合計歩数を、所定の周期で情報処理装置２０に通知（例えば、所定の周期内で、正方向に１３歩、負方向に５歩の場合、正方向に合計８歩進んだことを通知）するようにしてもよいし、１歩ごとに情報処理装置２０に通知するようにしてもよい。後者の場合、測定装置１０の歩数測定部１０４は、基準方向において正方向に１歩進んだのか、又は、基準方向において負方向に１歩進んだのかを示す情報を、１歩進んだことを検出する度に情報処理装置２０に通知するようにしてもよい。

＜動作例＞
図１４は、本ナビゲーションシステムの動作例を説明するための図である。情報処理装置２０が、Ａ地点にいる歩行者をＤ地点まで誘導する場合を想定する。まず、情報処理装置２０の基準方向通知部２０１は、測定装置１０に対して、基準方向（Ａ→Ｂの方向）を通知する。続いて、情報処理装置２０の位置管理部２０３は、測定装置１０から送られてくる歩行者の歩数と歩行者の歩幅とを乗算することで、Ａ地点からＢ地点までの間における歩行者の位置を特定する。特定した位置は、例えば、測定装置１０が備えるディスプレイ等に表示させるようにしてもよい。

情報処理装置２０の基準方向通知部２０１は、歩行者がＢ地点に到達したことを認識すると、測定装置１０に基準方向（Ｂ→Ｃの方向）を通知する。続いて、位置管理部２０３は、測定装置１０から送られてくる歩行者の歩数と歩行者の歩幅とを乗算することで、Ｂ地点からＣ地点までの間における歩行者の位置を特定する。なお、位置管理部２０３は、歩行者がＡ地点からＢ地点まで歩いた際の歩数を既に把握している。そこで、位置管理部２０３は、Ａ地点からＢ地点までの実際の距離から、歩行者がＡ地点からＢ地点まで歩いた際の歩数を割ることで歩行者の歩幅を算出し、算出した歩幅を用いて、歩行者がＢ地点からＣ地点まで歩く際の歩行者の位置を特定するようにしてもよい。すなわち、位置管理部２０３は、歩行者に対して過去に直線経路を案内する際に取得した歩数と地図データにおける当該直線経路の距離とを用いて歩数を算出するようにしてもよい。

以上、第２の実施形態について説明した。第２の実施形態によれば、測定装置１０を用いてナビゲーションシステムを実現することが可能になる。また、歩行者が、ＧＰＳが届かないエリアを歩いている場合であっても、歩行者の歩数を用いることで歩行者の現在位置を推定することが可能になる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１０…測定装置、１１…ＣＰＵ、１２…記憶装置、１３…通信ＩＦ、１４…加速度センサ、１５…地磁気センサ、１６…ジャイロセンサ、１７…ディスプレイ、１８…入力装置、２０…情報処理装置、１０１…姿勢管理部、１０２…加速度取得部、１０３…選択部、１０４…歩数測定部、２０１…基準方向通知部、２０２…歩数取得部、２０３…位置管理部、２０４…記憶部

Claims (9)

1. 歩行者が進むべき方向として予め設定された基準方向における歩数をカウントする測定装置であって、
   センサ装置から、互いに直交する３軸方向の加速度を取得する加速度取得部と、
   前記３軸方向のうち、前記基準方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、基準方向の測定軸として選択し、鉛直方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、鉛直方向の測定軸として選択する選択部と、
   選択された前記基準方向の測定軸における加速度の変化と前記鉛直方向の測定軸における加速度の変化とに基づいて歩数をカウントする歩数測定部と、
   を有する測定装置。
2. 前記歩数測定部は、
   前記基準方向の測定軸における加速度の変化において時間軸上で検出された第１の値と第２の値との差が第１の閾値以上であり、かつ、前記第１の値が検出された時間と前記第２の値が検出された時間との間の時間幅が第１の時間幅以内であることを検出した第１のタイミングと、
   前記鉛直方向の測定軸における加速度の変化において時間軸上で検出された第３の値と第４の値との差が第２の閾値以上であり、かつ、前記第３の値が検出された時間と前記第４の値が検出された時間との間の時間幅が第２の時間幅以内であることを検出した第２のタイミングとが、所定の時間幅以内である場合に、１歩進んだことをカウントする、
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記センサ装置の向きを示す情報を取得する姿勢管理部、を有し、
   前記歩数測定部は、前記センサ装置の向きを示す情報に基づいて、前記第１の閾値又は前記基準方向の測定軸における加速度を補正すると共に、前記第２の閾値又は前記鉛直方向の測定軸における加速度を補正する、
   請求項２に記載の測定装置。
4. 前記歩数測定部は、
   前記センサ装置の向きを示す情報に基づいて、前記基準方向の測定軸における加速度の測定方向と前記基準方向との間のずれにより生じる、前記基準方向の測定軸における加速度の検出量の減少度合いを算出し、算出した減少度合いに応じて前記第１の閾値又は前記基準方向の測定軸における加速度を補正し、
   前記センサ装置の向きを示す情報に基づいて、前記鉛直方向の測定軸における加速度の測定方向と前記鉛直方向との間のずれにより生じる、前記鉛直方向の測定軸における加速度の検出量の減少度合いを算出し、算出した減少度合いに応じて前記第２の閾値又は前記鉛直方向の測定軸における加速度を補正する、
   請求項３に記載の測定装置。
5. 前記歩数測定部は、歩数をカウントする際に、前記センサ装置が向いている方向に応じて、前記歩行者が前記基準方向において正方向に進んだとみなして歩数をカウントするのか、又は、前記歩行者が前記基準方向において負方向に進んだとみなして歩数をカウントするのかを切り替える、
   請求項３又は４に記載の測定装置。
6. 前記姿勢管理部は、前記センサ装置が向いている方向が、概ね前記基準方向を向いている状態、前記基準方向に向かって概ね右方向を向いている状態、前記基準方向に対して概ね反対方向を向いている状態、及び、前記基準方向に向かって概ね左方向を向いている状態のうちどの状態であるのかを判定し、
   前記歩数測定部は、
   前記センサ装置が向いている方向が概ね前記基準方向を向いている状態であると判定された場合、歩数をカウントする際に、前記歩行者が前記基準方向において正方向に進んだとみなして歩数をカウントし、
   前記センサ装置が向いている方位が前記基準方向に対して概ね反対方向を向いている状態であると判定された場合、歩数をカウントする際に、前記歩行者が前記基準方向において負方向に進んだとみなして歩数をカウントし、
   前記センサ装置が向いている方位が前記基準方向に向かって概ね右方向を向いている状態、又は前記基準方向に向かって概ね左方向を向いている状態であると判定された場合、直前に歩数をカウントした際と同一の方向に進んだとみなして歩数をカウントする、
   請求項５に記載の測定装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定装置と、歩行ルートを案内する情報処理装置とを有するナビゲーションシステムであって、
   前記情報処理装置は、
   地図情報に基づいて、前記測定装置に対して前記基準方向を通知する通知部と、
   前記測定装置でカウントされた歩数を前記測定装置から取得する取得部と、
   前記測定装置を取り付けた歩行者の歩幅と前記取得部で取得された歩数とに基づいて、前記測定装置を取り付けた歩行者の位置を管理する管理部と、
   を有するナビゲーションシステム。
8. 進むべき方向として予め設定された基準方向における歩数をカウントする測定装置が行う測定方法であって、
   加速度センサを含むセンサ装置から、互いに直交する３軸方向の加速度を取得するステップと、
   前記３軸方向のうち、前記基準方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、基準方向の測定軸として選択し、鉛直方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、鉛直方向の測定軸として選択するステップと、
   選択された前記基準方向の測定軸における加速度の変化と前記鉛直方向の測定軸における加速度の変化とに基づいて歩数をカウントするステップと、
   を含む測定方法。
9. 進むべき方向として予め設定された基準方向における歩数をカウントするためのプログラムであって、
   コンピューターに、
   加速度センサを含むセンサ装置から、互いに直交する３軸方向の加速度を取得するステップと、
   前記３軸方向のうち、前記基準方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、基準方向の測定軸として選択し、鉛直方向との角度が所定の範囲内に含まれる軸方向を、鉛直方向の測定軸として選択するステップと、
   選択された前記基準方向の測定軸における加速度の変化と前記鉛直方向の測定軸における加速度の変化とに基づいて歩数をカウントするステップと、
   を実行させるプログラム。

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