JPH0921639A

JPH0921639A - 学習型位置検出システム

Info

Publication number: JPH0921639A
Application number: JP17310195A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kaneda; 重郎金田; Megumi Ishii; 恵石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】移動体の空間的位置を比較的簡単かつ小型な
構成により適確に検出し得る学習型位置検出システムを
提供する。【解決手段】加速度検出部１１で移動体の加速度を検
出し、この検出した加速度を空間位置算出部１２で積分
して空間的位置を算出し、この算出される一連の空間的
位置を過去のデータパターンとしてデータベース部１３
に蓄積しておき、現在から所定時間前までの一連の空間
的位置からなる現データパターンに類似する過去のデー
タパターンをデータベース部１３から類似データパター
ン検出部１４で検索し、この検索した過去のデータパタ
ーンと現データパターンとは空間的に同一位置にあると
見なしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人間、自動車など
の自由移動体の空間的位置を検出する学習型位置検出シ
ステムに関し、更に詳しくは、加速度センサの誤差、ド
リフト、ノイズ等の影響を補正して空間的位置を適確に
検出し得る学習型位置検出システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】加速度を２回積分することにより、空間
的な位置を計算できることは、既に周知のことであり、
工業的にも、ロケットの位置制御、自動車に搭載される
カーナビゲータ等に利用されている。また、近年、この
加速度を検出する手段として、極めて小型な圧電型３軸
加速度センサ、圧電型ジャイロセンサ（各加速度検出
用）が開発され、ビデオカメラの手触れ補正のみではな
く、カーナビの位置検出補助のためにも多く使われてい
る。また、従来の圧電型３軸加速度センサでは、従来の
サーボ型高感度加速度センサに比べると感度が低いが、
今後は、高感度の圧電型加速度センサの出現が予想され
る。

【０００３】一方、コンピュータ技術の世界では、人間
・自動車等の自由移動体に多くのセンサ／カメラを取り
付け、これらの情報を総合することにより、人間等にと
って、より便利な環境を作り上げようとするユービキタ
スコンピューティングの研究が盛んになっている。この
ようなユービキタスコンピューティングの分野では、予
め部屋等に検出のための設備を設置することなく、人間
等の空間的位置を検出することができれば、種々のサー
ビスが容易に実現可能となる。サービスの例としては、
次の示すものがある。

【０００４】（１）過去と同一の場所に人間が到着した
場合、過去に当該人間が行った動作と同一の動作を勧め
る（例：深夜寝室に戻ってくると、コンピュータが「Ｎ
ＨＫ第一のミッドナイト番組を付けましょうか？」とア
ドバイスする）。

【０００５】（２）過去と同一の動作をした時、過去と
比べて欠けている点や不一致があると、警告する（例：
出勤しようとすると、ガスが付いている。この時、コン
ピュータが「ガスを消していないですが良いですか？」
と警告する）。

【０００６】このようなサービスを実現するためには、
人間等が現在何処にいるかを検出する必要があることは
明らかである。

【０００７】位置座標の検出方法としては、従来、
（１）カーナビに広く利用されているＧＰＳによる位置
検出方法、（２）磁気を出す磁気発生器を設置してお
き、人間側に磁気センサを取り付け、相互の位置関係を
検出することにより、空間的な位置関係を検出する方法
等が知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位置検
出方法のうち、ＧＰＳによる方法では、衛星からの電波
が到達しない室内、トンネル、深い森等では、空間的位
置が検出できない。また、磁気センサによる方法は、予
め部屋に磁気発生器等を設置する必要がある。更に、磁
気センサ方式では、複数の部屋の中を人間が移動する場
合に、位置情報の受渡しを考える必要があり、その場
合、磁気発生器の位置を予めコンピュータに教える等の
多大な手間を要してしまう。

【０００９】一方、圧電型センサの信号を積分する手法
は、（１）ＧＰＳとは異なり、室内等の任意の場所で利
用可能、（２）磁気発生器等を予め設置する必要がな
い、（３）位置情報等の受渡しのため、予め部屋の形等
を入力する等の従来手法では必須となっていた情報のコ
ンピュータへの事前情報の入力が不要等のメリットがあ
る。しかし、反面、圧電型等の小型で簡便な加速度検出
手段は、（１）回路ドリフト等を防ぐため、ＤＣ成分が
カットされており、単純に積分しただけでは、実際の空
間的位置と計算結果が徐々にドリフトして食い違いを生
じる、（２）大きな加速度が加わった際には、センサが
追随できず加速度出力結果のクリップ等を生じ、積分結
果を大幅に狂わしてしまう。従って、圧電型センサは、
従来、ＧＰＳの補助等には利用されても、単独で座標を
計算するには無理があり、ユービキタスコンピューティ
ングのようなユーザインタフェースの分野に利用するこ
とはできなかった。

【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、移動体の空間的位置を比較的
簡単かつ小型な構成により適確に検出し得る学習型位置
検出システムを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、移動体の加速度を検出す
る加速度検出部と、該加速度検出部で検出した加速度を
積分して、移動体の空間的位置を算出する空間位置算出
部と、該空間位置算出部で算出した一連の空間的位置を
過去のデータパターンとして蓄積するデータベース部
と、前記空間位置算出部で算出した現在から所定時間前
までの一連の空間的位置からなる現データパターンに類
似する過去のデータパターンを前記データベース部から
検索し、この検索した過去のデータパターンと現データ
パターンとは空間的に同一位置にあると見なす類似デー
タパターン検出部とを有することを要旨とする。

【００１２】請求項１記載の本発明にあっては、加速度
を積分して算出される一連の空間的位置を過去のデータ
パターンとしてデータベースに蓄積しておき、現在から
所定時間前までの一連の空間的位置からなる現データパ
ターンに類似する過去のデータパターンをデータベース
部から検索し、この検索した過去のデータパターンと現
データパターンとは空間的に同一位置にあると見なして
いる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００１４】図１は、本発明の実施の形態に係る学習型
位置検出システムの構成を示すブロック図である。同図
に示す学習型位置検出システム１は、移動体の加速度を
検出する加速度センサ等からなる加速度検出部１１を有
し、該加速度検出部１１で検出された加速度は空間位置
算出部１２に供給され、該空間位置算出部１２において
積分され、移動体の空間的位置を算出している。

【００１５】空間位置算出部１２で算出された一連の空
間的位置は過去のデータパターンとしてデータベース部
１３に蓄積される。空間位置算出部１２で算出された空
間的位置とデータベース部１３に蓄積された過去のデー
タパターンとは類似データパターン検出部１４に供給さ
れる。類似データパターン検出部１４においては、空間
位置算出部１２からの現在から所定時間前までの一連の
空間的位置からなる現データパターンに類似したデータ
ベース部１３からの過去の一連の空間的位置からなる過
去のデータパターンをデータベース部１３から検索し、
過去のデータパターンに類似した現データパターンを検
索した場合には、この検索した過去のデータパターンと
現データパターンとは空間的に同一位置にあると見なし
ている。

【００１６】加速度検出部１１は、圧電センサ等の加速
度を検出する手段である。一般にはモノリシック・オペ
アンプを用いた増幅回路により、センサ電圧を増幅し
て、一定の電圧信号として加速度を出力する。なお、通
常は、圧電センサが検出するものは、３直交座標上の加
速度である。但し、圧電型ジャイロセンサが検出する加
速度が角加速度であっても、何らかの手段により３軸加
速度に変換できれば、本発明の趣旨にはそのまま利用で
きる。以下の説明では、説明を簡単にするため、加速度
センサはあくまで３軸直交座標上の加速度を検出してい
るものと仮定する。

【００１７】空間位置算出部１２は、上記加速度検出部
１１から出力された加速度信号（ｘｙｚの３軸の場合に
は、３個の加速度信号が存在する）を２回積分して空間
的位置情報を算出する機能を持つ。具体的には、（１）
加速度信号をＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換回路、（２）Ａ
−Ｄ変換された加速度情報をデジタル的に積分して、速
度を算出し、更にこの速度を積分して、空間的位置座標
とする積分回路、から構成される。

【００１８】データベース部１３は、空間位置算出部１
２が出力した過去の動作位置を時間とともに記録する機
能を持つデータベースである。具体的には、必要となる
メモリ容量を持つメモリ素子を準備しておき、外部から
指定した開始時刻と終了時刻の間のデータを外部に出力
できる構成であればよい。

【００１９】類似データパターン検出部１４について図
２に示す動作データパターンを参照して説明する。

【００２０】図２（ａ）は、２つの部屋（具体的には、
居間と寝室をイメージしている）の中を人間が行動した
データパターンを、人間に取り付けた加速度センサによ
り検出して（２回積分の後）、図面上にプロットした過
去の動作データパターンを示すものである。実際のデー
タパターンは、３軸座標上の位置を表す数値データの羅
列として、データベース部１３に記録されている。図２
（ａ）において、人間は、居間に入った後、廊下を左方
向に移動し、それから寝室に入っている。明らかに、居
間での動作可能な領域と、寝室での動作可能な領域は異
なるものであり、動作データパターンも異なったものと
なっている。

【００２１】次に、図２（ｂ）は、今回新たに人間の動
作が行われ、取得された現在動作データパターンを示し
ている。図２（ｂ）は、加速度センサのドリフトの影響
等により、完全に座標がズレている（実際には、ドリフ
トは水平方向のみならず、上下方向、捩れ等の種々の方
向に生じる。しかし、本明細書では、説明を簡単にする
ため、あくまで、水平方向の擦れのみについて説明を加
える）。このため、壁の中を行動しているようになって
いるが、壁の位置等は、予めコンピュータに登録されて
いる訳ではないので、加速度の積分結果から直ちに、こ
れが壁の中であることを検出することはできない。

【００２２】しかし、図２（ｂ）を見ても分かるよう
に、ドリフトは徐々に生じるものであり、新たに取得さ
れたデータパターンが対象とする時間内では、大きなド
リフトはない。この点は、過去のデータパターンについ
ても同様であり、ある一定の短期間の範囲内では、あた
かもドリフトは生じていないように見なすことができ
る。

【００２３】注目すべきは、図２（ａ）の左側のデータ
パターン（これを「過去データパターン」と呼ぶことと
する）と、図２（ｂ）のデータパターン（これを「現デ
ータパターン」と呼ぶこととする）が類似であることで
ある。人間は、同一の場所において、毎日、必ず相異な
る動作データパターンを行うことはないと思われる。即
ち、細かい点には差異があっても、大きな行動パターン
は同一であると思われる。図２（ａ）の左側のデータパ
ターンと、図２（ｂ）のデータパターンは、まさにこの
点を表現したものである。

【００２４】従って、現データパターンと類似のデータ
パターンをデータベース部１３の中から検出できれば、
その２つのデータパターンが実行された位置は同じであ
ると考えることができ、「ズレ」の量をドリフトとして
扱うことが可能である。この際、類似データパターン検
出部１４の構成としては、例えば、以下の構成が考えら
れる。なお、簡単のため、現データパターンが持つ時間
的幅（パターンの開始時点から終了時点までの時間）
は、予め与えられた一定値であるとする。

【００２５】（ステップＩ）現データパターンをずらせ
たデータパターンを多数作成する。

【００２６】（ズレは、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向成分を変化
させて、種々作成する必要がある）（ステップII）上記において生成された複数の（現デー
タパターンにズレを加えた）データパターンと一致する
データパターンをデータベース部１３に蓄積された過去
のデータパターンから見いだす。

【００２７】（ステップ III）上記最も類似した過去の
データパターンの座標位置に現データパターンの座標位
置を平行移動することにより、現データパターンからド
リフトの影響を除去する。

【００２８】この際、類似度は、最も基礎的な手法とし
て、２データパターンの各対応する点のユークリッド距
離の総計とすればよい。例えば、ｎをデータのサイズと
する時、現データパターン＝（（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）（Ｘ₃，Ｙ₃，Ｚ₃）・・・・・・・・（Ｘ_n，Ｙ_n，Ｚ_n））過去データパターン＝（（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）（ｘ₂，ｙ₂，ｚ₂）（ｘ₃，ｙ₃，ｚ₃）・・・・・・・・（ｘ_n，ｙ_n，ｚ_n））で表される時、

【数１】が小さい程、類似度が高い訳である。

【００２９】上述したように、本実施の形態では、人間
等が時間的にズレて、ほぼ同一の行動パターンを再現す
る性質を持つことを利用し、現データパターンと類似し
たデータパターンがデータベース上に存在する場合に
は、現データパターンは、過去のデータパターンと同一
位置において実行されていると判断できることを利用
し、結果的に、圧電型センサ信号の積分結果に含まれる
ドリフトを除去することを可能としている。

【００３０】なお、本発明では、地球上の絶対的位置を
加速度センサにより検出することを可能とすることを狙
いとするものではなく、あくまで、過去の動作経験と同
一位置にいるかどうかの検出を行うものである。同一経
験が行われている場所の絶対的座標については論じない
が、圧電型センサの動作を開始する時に、空間的位置座
標を覚え込ませておけば、本発明の趣旨によりドリフト
・ノイズ等が除去されるので、空間的な位置を算出する
ことは可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加速度を積分して算出される一連の空間的位置を過去の
データパターンとしてデータベースに蓄積しておき、現
在から所定時間前までの一連の空間的位置からなる現デ
ータパターンに類似する過去のデータパターンをデータ
ベース部から検索し、この検索した過去のデータパター
ンと現データパターンとは空間的に同一位置にあると見
なしているので、例えば圧電センサなどでは不可避なＤ
Ｃ成分の欠落によるドリフトを補償して正しい座標軸上
の位置を算定することができるし、また大きな加速度が
加わった際に加速度センサが追従できずにクリップ等を
生じて計算された座標軸がズレた場合でもこれを補償す
ることができる。

【００３２】また、ＧＰＳを利用した従来の方法と異な
り、室内等の任意の場所でも利用可能であるし、更に磁
気発生器等を設置する必要がなく、利用が簡便であり、
また更に位置情報等の受渡しのために予め設置場所の形
状等を入力することが不要である等の種々の利点を有す
る。

【００３３】更に、小型軽量の圧電型センサ等を利用で
きるので、小型軽量に構築でき、ユービキタスコンピュ
ーティングのようなユーザの動作検出に加速度センサを
利用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る学習型位置検出シス
テムの構成を示すブロック図である。

【図２】図１の学習型位置検出システムの作用を説明す
るために使用される動作データパターン例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１学習型位置検出システム１１加速度検出部１２空間位置算出部１３データベース部１４類似データパターン検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体の加速度を検出する加速度検出部
と、該加速度検出部で検出した加速度を積分して、移動体の
空間的位置を算出する空間位置算出部と、該空間位置算出部で算出した一連の空間的位置を過去の
データパターンとして蓄積するデータベース部と、前記空間位置算出部で算出した現在から所定時間前まで
の一連の空間的位置からなる現データパターンに類似す
る過去のデータパターンを前記データベース部から検索
し、この検索した過去のデータパターンと現データパタ
ーンとは空間的に同一位置にあると見なす類似データパ
ターン検出部とを有することを特徴とする学習型位置検
出システム。