JP7115578B2 - 進行方向推定装置、進行方向推定方法及び進行方向推定プログラム - Google Patents
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人の歩行は1歩1歩で加速と減速を繰り返す運動となっているため、その加減速の変化を捉えて進行方向を推定することができ、例えば特許文献1には水平成分(人の前後左右)の加速度信号のピークを検出し、ピーク時の水平方向の加速度成分を用いることで、進行方向を推定する手法が開示されている。
そこで、本発明の課題は、前方を推定可能とし、結果として、進行方向の推定精度を向上させることである。
進行方向推定装置であって、
前記進行方向推定装置の動きに対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記進行方向推定装置の位置を測位する測位部と、
地磁気に対応する地磁気情報を取得する地磁気センサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記進行方向推定装置が移動しているときに、互いに異なる時刻毎の複数の前記加速度信号に基づいて、鉛直方向を示す鉛直方向情報を取得し、前記進行方向推定装置の移動量を推定するとともに、前記地磁気情報及び前記鉛直方向情報に基づいて、前記進行方向推定装置に対して予め設定されているデバイス座標系おける真北方向を示す真北方向情報を取得し、
前記進行方向推定装置が第1の時刻から第2の時刻の間に移動したときに、前記第1の時刻及び前記第2の時刻において前記測位部により取得された測位の結果と、前記第1の時刻及び前記第2の時刻で取得された前記真北方向情報と、に基づいて、前記第1の時刻での前記進行方向推定装置の位置から前記第2の時刻での前記進行方向推定装置の位置に向かう方向を示す基準進行方向情報を取得し、
前記加速度センサの出力結果により前記進行方向推定装置の姿勢の変化を検出した場合、前記基準進行方向情報を取得する際の、前記第1の時刻と前記第2の時刻との間隔を示す第1の時間間隔を、前記第1の時間間隔より縮めた第2の時間間隔に設定することを特徴とする。
本実施形態の進行方向推定装置100は、例えば、登山等の屋外での行動軌跡を記録したり、ルート案内をしたりするアウトドア機器(いわゆるGPSロガーやナビゲーション装置)である。
図1に示すように、進行方向推定装置100は、CPU11と、操作部12と、RAM13と、測位部14と、加速度センサ15と、地磁気センサ16と、記憶部17と、表示部18と、通信部19とを備える。進行方向推定装置100の各部は、バス20を介して接続されている。
して、進行方向推定装置100が存在する現在位置を測位する(GPS測位)。すなわち、測位部14は、例えば、地球低軌道に打ち上げられている複数のGPS衛星から送信される信号(例えば、C/A(Coarse and Acquisitions)コードやP(Precise)コード等の測位符号、アルマナック情報(概略軌道情報)やエフェメリス情報(詳細軌道情報)等の航法メッセージなど)を所定のタイミングで受信アンテナ(図示省略)により受信する。そして、測位部14は、受信アンテナにより受信された信号に基づいて、例えば、3次元測位モードで進行方向推定装置100の3次元の現在位置(緯度、経度、高さ)を測定する測位処理を行う。
なお、進行方向推定処理が実行される際、進行方向推定装置100は、図3に示すように、ユーザUの所定の位置(例えば、右胸の位置)に装着あるいは携帯されていて、ユーザUが歩行又は走行により移動を行っているときに、ユーザUとともに移動するように設けられている。
ユーザUが移動中に、第1の時刻に測位部14により測位される第1の位置30をGPS基準位置として取得し、ユーザが第1の位置30から移動した後、第2の時刻に測位部14により測位された第2の位置31を取得する。そして、θbaseは、図4(a)に示すように、第1の位置30から第2の位置31に向かう方向がワールド座標系の大局的真北方向となす角度である。ここで、第1の位置30と第2の位置31との間の直線距離は一定距離以上離れていることが好ましい。第1の位置30と第2の位置31との間の距離を一定距離以上離すことで、測位部14による測位の誤差の影響を少なくすることができるためである。なお、一定距離の基準は、採用する測位部14の位置誤差レベルや、当該進行方向推定処理の結果を用いるアプリケーションに応じて適宜設定変更可能である。
なお、CPU11は、θbaseを示す情報を、互いに一定距離以上離れた位置において測位部14により測位が行われて位置データが取得される度に取得して、その情報を随時更新していく。
Ψbaseは、θbaseの取得に用いられた第1の時刻と第2の時刻での「真北方向軌跡」における2点間の方向である。ここで「真北方向軌跡」とは、図4(b)に示すように、上述したGPS基準位置(第1の位置30)から、ステップS3で取得されたデバ
イス座標系における真北の方向と、ステップS2で推定された移動量とに基づいて描いた軌跡のことを言う。すなわち、Ψbaseは、第1の位置から、第2の時刻で、ステップS2で推定された第1の位置30からの移動量だけ第1の位置30から進んで、ステップS3で取得された真北方向にある第3の位置32に向かう方向がデバイス座標系における基準軸(y軸)となす角度である。
ここで、φbaseとΨbaseはデバイス座標系であり、θbaseはワールド座標系であるが、ワールド座標系の真北方向がデバイス座標系における真北方向NLに一致するとして、相互の関係を示している。
そして、CPU11は、ステップS8へ移行する。
そして、CPU11は、ステップS1へ戻り、それ以降の処理を繰り返し行う。
図7に示すように、比較例による測位で描かれた軌跡に比べて、実施例による測位で描かれた軌跡の方がGPS単独の測位で描かれた軌跡に近いことが認められた。
つまり、実施例による測位と比較例による測位とでは、本実施形態の進行方向推定処理を行っているか否かという点だけが異なっていることから、従来の進行方向推定処理に比べて、本実施形態の進行方向推定処理の精度が向上しているといえる。
従って、本実施形態の進行方向推定装置100によれば、安定した基準進行方向情報の取得を行うことができる。
このため、本実施形態の進行方向推定装置100によれば、ユーザが単に直進する場合だけでなく、前方へ斜め歩きを行う等のイレギュラーな進行方向も精度良く取得することができる。また、取得した基準進行方向情報の精度が多少悪い場合であっても、移動方向情報を精度良く取得することができる。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
進行方向推定装置であって、
前記進行方向推定装置の動きに対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記進行方向推定装置の位置を測位する測位部と、
地磁気に対応する地磁気情報を取得する地磁気センサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記進行方向推定装置が移動しているときに、互いに異なる時刻毎の複数の前記加速度信号に基づいて、鉛直方向を示す鉛直方向情報を取得し、前記進行方向推定装置の移動量を推定するとともに、前記地磁気情報及び前記鉛直方向情報に基づいて、前記進行方向推定装置に対して予め設定されているデバイス座標系おける真北方向を示す真北方向情報を取得し、
前記進行方向推定装置が第1の時刻から第2の時刻の間に移動したときに、前記第1の時刻及び前記第2の時刻での前記測位部による測位の結果と、前記第1の時刻及び前記第2の時刻で取得した前記真北方向情報と、に基づいて、前記第1の時刻での前記進行方向推定装置の位置から前記第2の時刻での前記進行方向推定装置の位置に向かう方向を示す基準進行方向情報を取得し、
前記第1の時刻と前記第2の時刻との間の対象期間内における前記進行方向推定装置の前記デバイス座標系における移動方向を示す移動方向情報を、前記対象期間内における互いに異なる時刻毎の複数の前記加速度信号と、前記基準進行方向情報と、に基づいて取得することを特徴とする進行方向推定装置。
<請求項2>
前記制御部は、
所定対象期間内における前記複数の加速度信号による加速度ベクトル群を、前記鉛直方向と直交する水平面に射影し、
前記加速度ベクトル群における、前記鉛直方向に直交する水平面上に射影した場合に、前記基準進行方向の方向に対する角度が予め設定された範囲内となる方向にある複数の加速度ベクトルに対して、前記各加速度ベクトルの長さを重み付けとした加重平均化を行い、
前記加重平均化により求められたベクトルの方向を示す情報を前記移動方向情報として取得することを特徴とする請求項1に記載の進行方向推定装置。
<請求項3>
前記制御部は、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向推定装置の姿勢変化を検出し、
前記進行方向推定装置の前記姿勢変化を検出したときに、前記基準進行方向情報を取得するとともに、前記移動方向情報を取得することを特徴とする請求項1又は2に記載の進行方向推定装置。
<請求項4>
進行方向推定装置における進行方向推定方法であって、
前記進行方向推定装置は、
前記進行方向推定装置の動きに対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記進行方向推定装置の位置を測位する測位部と、
地磁気に対応する地磁気情報を取得する地磁気センサと、を備え、
前記進行方向推定装置が移動しているときに、互いに異なる時刻毎の複数の前記加速度信号に基づいて、鉛直方向を示す鉛直方向情報を取得し、前記進行方向推定装置の移動量を推定するとともに、前記地磁気情報及び前記鉛直方向情報に基づいて、前記進行方向推定装置に対して予め設定されているデバイス座標系おける真北方向を示す真北方向情報を取得し、
前記進行方向推定装置が第1の時刻から第2の時刻の間に移動したときに、前記第1の時刻及び前記第2の時刻での前記測位部による測位の結果と、前記第1の時刻及び前記第2の時刻で取得した前記真北方向情報と、に基づいて、前記第1の時刻での前記進行方向推定装置の位置から前記第2の時刻での前記進行方向推定装置の位置に向かう方向を示す基準進行方向情報を取得し、
前記第1の時刻と前記第2の時刻との間の対象期間内における前記進行方向推定装置の前記デバイス座標系における移動方向を示す移動方向情報を、前記対象期間内における互いに異なる時刻毎の複数の前記加速度信号と、前記基準進行方向情報と、に基づいて取得することを特徴とする進行方向推定方法。
<請求項5>
進行方向推定装置における進行方向推定プログラムであって、
前記進行方向推定装置は、
前記進行方向推定装置の動きに対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記進行方向推定装置の位置を測位する測位部と、
地磁気に対応する地磁気情報を取得する地磁気センサと、を備え、
コンピュータに、
前記進行方向推定装置が移動しているときに、互いに異なる時刻毎の複数の加速度信号に基づいて、鉛直方向を示す鉛直方向情報を取得させ、前記進行方向推定装置の移動量を推定させるとともに、前記地磁気情報及び前記鉛直方向情報に基づいて、前記進行方向推定装置に対して予め設定されているデバイス座標系おける真北方向を示す真北方向情報を取得させ、
前記進行方向推定装置が第1の時刻から第2の時刻の間に移動したときに、前記第1の時刻及び前記第2の時刻での前記測位部による前記測位の結果と、前記第1の時刻及び前記第2の時刻で取得させた前記真北方向情報と、に基づいて、前記第1の時刻での前記進行方向推定装置の位置から前記第2の時刻での前記進行方向推定装置の位置に向かう方向を示す基準進行方向情報を取得させ、
前記第1の時刻と前記第2の時刻との間の対象期間内における前記進行方向推定装置の前記デバイス座標系における移動方向を示す移動方向情報を、前記対象期間内における互いに異なる時刻毎の複数の前記加速度信号と、前記基準進行方向情報と、に基づいて取得させることを特徴とする進行方向推定プログラム。
11 CPU
12 操作部
13 RAM
14 測位部
15 加速度センサ
16 地磁気センサ
17 記憶部
18 表示部
19 通信部
Claims (6)
- 進行方向推定装置であって、
前記進行方向推定装置の動きに対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記進行方向推定装置の位置を測位する測位部と、
地磁気に対応する地磁気情報を取得する地磁気センサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記進行方向推定装置が移動しているときに、互いに異なる時刻毎の複数の前記加速度信号に基づいて、鉛直方向を示す鉛直方向情報を取得し、前記進行方向推定装置の移動量を推定するとともに、前記地磁気情報及び前記鉛直方向情報に基づいて、前記進行方向推定装置に対して予め設定されているデバイス座標系おける真北方向を示す真北方向情報を取得し、
前記進行方向推定装置が第1の時刻から第2の時刻の間に移動したときに、前記第1の時刻及び前記第2の時刻において前記測位部により取得された前記測位部による測位の結果と、前記第1の時刻及び前記第2の時刻で取得された前記真北方向情報と、に基づいて、前記第1の時刻での前記進行方向推定装置の位置から前記第2の時刻での前記進行方向推定装置の位置に向かう方向を示す基準進行方向情報を取得し、
前記加速度センサの出力結果により前記進行方向推定装置の姿勢の変化を検出した場合、前記基準進行方向情報を取得する際の、前記第1の時刻と前記第2の時刻との間隔を示す第1の時間間隔を、前記第1の時間間隔より縮めた第2の時間間隔に設定することを特徴とする進行方向推定装置。 - 前記制御部は、
前記第1の時刻と前記第2の時刻との間の対象期間内における前記進行方向推定装置の前記デバイス座標系における移動方向を示す移動方向情報を、前記対象期間内における互いに異なる時刻毎の複数の前記加速度信号と、前記基準進行方向情報と、に基づいて取得することを特徴とする請求項1に記載の進行方向推定装置。 - 前記制御部は、
所定対象期間内における前記複数の加速度信号による加速度ベクトル群を、前記鉛直方向と直交する水平面に射影し、
前記加速度ベクトル群における、前記鉛直方向に直交する水平面上に射影した場合に、基準進行方向の方向に対する角度が予め設定された範囲内となる方向にある複数の加速度ベクトルに対して、前記各加速度ベクトルの長さを重み付けとした加重平均化を行い、
前記加重平均化により求められたベクトルの方向を示す情報を前記移動方向情報として取得することを特徴とする請求項2に記載の進行方向推定装置。 - 前記制御部は、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向推定装置の姿勢変化を検出し、
前記進行方向推定装置の前記姿勢変化を検出したときに、前記基準進行方向情報を取得するとともに、前記移動方向情報を取得することを特徴とする請求項2又は3に記載の進行方向推定装置。 - 進行方向推定装置が移動しているときに、前記進行方向推定装置の動きに対応して加速度センサより出力された互いに異なる時刻毎の複数の加速度信号に基づいて、鉛直方向を示す鉛直方向情報を取得し、前記進行方向推定装置の移動量を推定するとともに、地磁気センサより取得された地磁気情報及び前記鉛直方向情報に基づいて、前記進行方向推定装置に対して予め設定されているデバイス座標系おける真北方向を示す真北方向情報を取得するステップと、
前記進行方向推定装置が第1の時刻から第2の時刻の間に移動したときに、前記進行方向推定装置の位置を測位する測位部より取得された前記第1の時刻及び前記第2の時刻での測位の結果と、前記第1の時刻及び前記第2の時刻で取得された前記真北方向情報と、に基づいて、前記第1の時刻での前記進行方向推定装置の位置から前記第2の時刻での前記進行方向推定装置の位置に向かう方向を示す基準進行方向情報を取得するステップと、
前記加速度センサの出力結果により前記進行方向推定装置の姿勢の変化を検出した場合、前記基準進行方向情報を取得する際の、前記第1の時刻と前記第2の時刻との間隔を示す第1の時間間隔を、前記第1の時間間隔より縮めた第2の時間間隔に設定するステップと、
を含むことを特徴とする進行方向推定方法。 - 進行方向推定装置のコンピュータを、
前記進行方向推定装置が移動しているときに、前記進行方向推定装置の動きに対応して加速度センサより出力された互いに異なる時刻毎の複数の加速度信号に基づいて、鉛直方向を示す鉛直方向情報を取得させ、前記進行方向推定装置の移動量を推定させるとともに、地磁気センサより取得された地磁気情報及び前記鉛直方向情報に基づいて、前記進行方向推定装置に対して予め設定されているデバイス座標系おける真北方向を示す真北方向情報を取得させる手段、
前記進行方向推定装置が第1の時刻から第2の時刻の間に移動したときに、前記進行方向推定装置の位置を測位する測位部より取得された前記第1の時刻及び前記第2の時刻での測位の結果と、前記第1の時刻及び前記第2の時刻で取得された前記真北方向情報と、に基づいて、前記第1の時刻での前記進行方向推定装置の位置から前記第2の時刻での前記進行方向推定装置の位置に向かう方向を示す基準進行方向情報を取得させる手段、
前記加速度センサの出力結果により前記進行方向推定装置の姿勢の変化を検出した場合、前記基準進行方向情報を取得する際の、前記第1の時刻と前記第2の時刻との間隔を示す第1の時間間隔を、前記第1の時間間隔より縮めた第2の時間間隔に設定する手段、
として機能させることを特徴とする進行方向推定プログラム。
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