(57)【要約】【課題】  歩行又は走行している個人の歩長を正確かつ実時間にて評価する方法を提供する。【解決手段】  本発明は、時間窓n'にてパス（４）に沿って歩行している個人（１）の速度【数１】2020000854.tif 000067の評価を計算する方法に関する。これは、個人の歩長【数２】2020000854.tif 000068を計算するステップ（３０４）と、【数３】2020000854.tif 000069を用いて速度【数４】2020000854.tif 000070を計算するステップ（３０８）とを備える。【選択図】  図８
2020000854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間窓n'におけるパス（４）に沿って走行している個人（１）の歩長
【数１】
2020000854.tif 000046
の評価を計算する方法であって、
n'は、１以上の整数であり、
前記個人（１）は、手首に着用可能なデバイス（３）を装備しており、この手首に着用可能なデバイス（３）は、
計算ユニット（５）と、
前記デバイス（３）の瞬時速度を与えるように構成しているＧＮＳＳトランスポンダー（９）と、
瞬時気圧測定量を与えるように構成している気圧計（８）と、
個人（１）の腕の長手方向に垂直であり矢状平面（Ｐ１）に平行であるＸ軸に沿った第１の加速度Sxと、
個人（１）の腕の長手方向に平行であり矢状平面（Ｐ１）に平行であるＹ軸に沿った第２の加速度Syと、
個人（１）の腕の長手方向に垂直であり正面平面（Ｐ２）に平行であるＺ軸に沿った第３の加速度Szと
の３つの互いに垂直な軸に沿った加速度測定量を与えるように構成している加速度計（７）とを備え、
当該方法は、
X[n]＝[1 F1[n] F2[n] F3[n] F4[n] F22[n]]
にしたがって時間窓nにおける特徴ベクトルX[n]を計算するステップであって、nは、１以上の整数であり、
特徴F1[n]が、時間窓nにて前記加速度計（７）によって与えられる瞬時加速度測定量のノルムSx[n],Sy[n],Sz[n]から計算された、時間窓nにおける個人（１）の瞬時ケイデンス
【数２】
2020000854.tif 000047
であり、
特徴F2[n]が、時間窓nにて前記気圧計（８）によって与えられる瞬時気圧測定量（P[n]）から計算されたパスの瞬時傾きであり、
特徴F3[n]が、時間窓nにて前記加速度計（７）によって与えられる第２の加速度測定量Sy[n]の瞬時エネルギーであり、
特徴F4[n]が、時間窓nにて前記加速度計（７）によって与えられる第２の加速度測定量Sy[n]の瞬時平均絶対ジャークである、ステップ（２０８）と、
β[n]＝β[n-1]＋D[n]X[n](SL[n]−X[n]Tβ[n-1])
にしたがって時間窓nにおける係数ベクトルβ[n]を計算するステップであって、
D[n]が、瞬時特徴ベクトルX[n]の共分散行列であり、
【数３】
2020000854.tif 000048
であり、
V[n]が、時間窓nにて前記ＧＮＳＳトランスポンダー（９）によって測定される前記手首に着用可能なデバイス（３）の速度Ｖであり、
β[0]が初期のパラメーターである、ステップ（２１０）と、
X[n']＝[1 F1[n'] F2[n'] F3[n'] F4[n'] F22[n']]
にしたがって時間窓n'における特徴ベクトルX[n']を計算するステップ（３０２）と、
【数４】
2020000854.tif 000049
にしたがって前記歩長
【数５】
2020000854.tif 000050
を計算するステップ（３０４）と
を前記計算ユニットによって実行する方法。
【請求項２】
時間窓n'におけるパス（４）に沿って歩行している個人（１）の歩長
【数６】
2020000854.tif 000051
の評価を計算する方法であって、
n'は、１以上の整数であり、
前記個人（１）は、手首に着用可能なデバイス（３）を装備しており、この手首に着用可能なデバイス（３）は、
計算ユニット（５）と、
前記デバイス（３）の瞬時速度を与えるように構成しているＧＮＳＳトランスポンダー（９）と、
瞬時気圧測定量を与えるように構成している気圧計（８）と、
個人（１）の腕の長手方向に垂直であり矢状平面（Ｐ１）に平行であるＸ軸に沿った第１の加速度Sxと、
個人（１）の腕の長手方向に平行であり矢状平面（Ｐ１）に平行であるＹ軸に沿った第２の加速度Syと、
個人（１）の腕の長手方向に垂直であり正面平面（Ｐ２）に平行であるＺ軸に沿った第３の加速度Szと
の３つの互いに垂直な軸に沿った加速度測定量を与えるように構成している加速度計（７）とを備え、
当該方法は、
X[n]＝[1 F1[n] F2[n] F3[n] F4[n] F22[n]]
にしたがって時間窓nにおける特徴ベクトルX[n]を計算するステップであって、nは、１以上の整数であり、
X[n]＝[1 F1[n] F2[n] F4[n] F5[n] F6[n]]であり、
特徴F1[n]が、時間窓nにて前記加速度計（７）によって与えられる瞬時加速度測定量のノルムSx[n],Sy[n],Sz[n]から計算された、時間窓nにおける個人（１）の瞬時ケイデンス
【数７】
2020000854.tif 000052
であり、
特徴F2[n]が、時間窓nにて前記気圧計（８）によって与えられる瞬時気圧測定量（P[n]）から計算されたパスの瞬時傾きであり、
特徴F3[n]が、時間窓nにて前記加速度計（７）によって与えられる第２の加速度測定量Sy[n]の瞬時エネルギーであり、
特徴F4[n]が、時間窓nにて前記加速度計（７）によって与えられる第２の加速度測定量Sy[n]の瞬時平均絶対ジャークである、ステップ（２０８）と、
β[n]＝β[n-1]＋D[n]X[n](SL[n]−X[n]Tβ[n-1])
にしたがって時間窓nにおける係数ベクトルβ[n]を計算するステップであって、
D[n]が、瞬時特徴ベクトルX[n]の共分散行列であり、
【数８】
2020000854.tif 000053
であり、
V[n]が、時間窓nにて前記ＧＮＳＳトランスポンダー（９）によって測定される前記手首に着用可能なデバイス（３）の速度Ｖであり、
β[0]が初期のパラメーターである、ステップ（２１０）と、
X[n']＝[1 F1[n'] F2[n'] F3[n'] F4[n'] F22[n']]
にしたがって時間窓n'における特徴ベクトルX[n']を計算するステップ（３０２）と、
【数９】
2020000854.tif 000054
にしたがって前記歩長
【数１０】
2020000854.tif 000055
を計算するステップ（３０４）と
を前記計算ユニットによって実行する方法。
【請求項３】
前記加速度計（７）によって与えられる加速度測定量
【数１１】
2020000854.tif 000056
のノルムを計算するステップと、
計算された加速度のノルムに高速フーリエ変換を適用するステップと、
前記高速フーリエ変換にコームフィルターを適用して、ケイデンス尤度関数とするステップと、
２Ｈｚよりも低い周波数の範囲にある前記尤度関数の最大値をF1[n]であるとするステップと
によって特徴F1[n]が計算される
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
【数１２】
2020000854.tif 000057
にしたがって、特徴F2[n]が計算され、
Pi[n]が、時間窓k内にて前記気圧計（８）によって与えられるｉ番目の気圧サンプルであり、
【数１３】
2020000854.tif 000058
が、時間窓n内の平均気圧であり、
【数１４】
2020000854.tif 000059
にしたがってｉが計算され、
zが、時間窓n内のサンプルの数である
請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
特徴F3[k]は、
F3[n]＝std(Sy[n])
にしたがって、第２の加速度測定量Sy[n]の標準偏差として計算される
請求項１、３又は４に記載の方法。
【請求項６】
【数１５】
2020000854.tif 000060
にしたがって、特徴F4[n]が計算され、
Syi[n]は、時間窓n内にて前記加速度計（７）によって与えられるＹ軸に沿ったｉ番目の加速度サンプルである
請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
【数１６】
2020000854.tif 000061
にしたがって、特徴F5[n]が計算される
請求項２〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
【数１７】
2020000854.tif 000062
にしたがって、加速度のノルムの瞬時平均F6[n]が計算される
請求項２〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
D[n]＝D[n-1](I−X[n](I＋X[n]TD[n-1]X[n])-1X[n]TD[n-1])
にしたがってD[n]が計算され、
D[0]＝(X[0]TX[0])-1であり、
X[0]は、初期のパラメーターである
請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
時間窓n'にてパス（４）に沿って歩行している個人（１）の速度
【数１８】
2020000854.tif 000063
の評価を計算する方法であって、
請求項１〜９のいずれかに記載の方法にしたがって個人の歩長
【数１９】
2020000854.tif 000064
を計算するステップと、
【数２０】
2020000854.tif 000065
を用いて前記速度
【数２１】
2020000854.tif 000066
を計算するステップ（３０８）と
を備える方法。
【請求項１１】
計算ユニットに接続された読み取り可能なメモリーにて実装されるコンピュータープログラムであって、
請求項１〜１０のいずれかに記載の方法を実行するための命令を含んでいる
コンピュータープログラム。
【請求項１２】
読み取り可能なメモリー及びこの読み取り可能なメモリーに接続された計算ユニットを有する手首に着用可能なデバイスであって、
前記読み取り可能なメモリーに請求項１１に記載のコンピュータープログラムが実装される
手首に着用可能なデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行又は歩行している個人の歩長と速度の実時間評価を計算する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩容の速度と歩長は、個人の日々の活動を特徴づける重要なパラメーターである。例えば、スポーツの場合において、競技者を評価するために、そして、パーソナライズされたトレーニングセッションを設計するために速度を用いて、パフォーマンスを改善させ、けがのリスクを減らそうとすることがある。臨床医療の場合において、個人の健康状態を評価するために速度が用いられ、これによって、糖尿病、肥満、心臓血管系の病理のような多くの疾患を医者が診断し、予測し、予防することを支援している。
【０００３】
グローバルナビゲーションサテライトシステム（ＧＮＳＳ）は、個人の歩容速度を測定するために広く用いられている基本的なシステムである。ＧＮＳＳは正確であり、ＧＮＳＳトランスポンダーを埋め込まれた多くのウェアラブルデバイスが設計されており、このＧＮＳＳトランスポンダーの測定結果を、実生活の状態においても、個人の歩容速度を計算するために用いることができる。しかし、屋内、トンネル内、高層ビルの近く、狭い谷のように、衛星のカバー範囲から外れるためにＧＮＳＳ信号が弱かったりなかったりする場所がある。また、ＧＮＳＳトランスポンダーはパワー消費が非常に大きく、そのために、連続的ではなく散発的にＧＮＳＳトランスポンダーを用いることが好ましいこととなる。
【０００４】
日々の生活において個人の歩容速度を測定する別の方法として、慣性センサーベースのシステムがある。多くの慣性センサーは、個人の身体の下肢部（例えば、足、脚、もも）に取り付けて用いられるが、上肢部（例えば、胴、腰）に取り付けるものもある。
【０００５】
また、多くのセンサーを用いて個人の身体の異なる部分に取り付け、これらの部分の測定結果を組み合わせて歩容速度の評価のパフォーマンスを向上させることも知られている。
【０００６】
慣性センサーベースのシステムは、歩容のケイデンス（すなわち、単位時間当たりの歩数）と歩長を乗算することによって、歩容速度を評価する。このようなシステムは、通常、異なる歩容の段階の間に特定の瞬間（例えば、ヒルストライク、トーオフ、ミッドスイング）を感知することによってケイデンスを計算する。
【０００７】
通常の慣性センサーベースのシステムにおいては、個人の歩容を幾何学的モデリングをしたり（例えば、逆振り子運動に基づくもの）、加速度を二重積分したり、機械学習に基づく歩容の抽象的モデリングをしたりすることによって、歩長が計算される。
【０００８】
慣性ベースのシステムの主な利点として、日々の生活の条件において使用することができることがある。慣性システムの別の利点として、精度が許容できる範囲であることがある。しかし、主な課題として、慣性システムが各測定段階の最初にセンサーの較正を必要とし、これには身体に着用するためにユーザーによる専門的知識を必要とすることがある。別の課題として、ユーザーの身体上にセンサーを配置することが、特に複数のセンサーを必要とする場合に、不便であると思われることが多いということがある。このことによって、慣性システムが商業的に成功していないことを説明することができるかもしれない。
【０００９】
手首に着用される慣性センサーに基づいて個人の歩容速度を評価する方法が紹介されたのは最近になってからである。
【００１０】
多くの既知の方法は、抽象的モデリングを用いる。これは、生データからいくつかの特徴を抽出し、そして、回帰モデルを構築して、速度を評価する。手首ベースの速度評価のための基本的な特徴は、信号のエネルギー、ケイデンス、平均交差率、そして、加速度信号の平均、標準偏差及びメジアンのような統計的特徴である。例えば、文献、B. Fasel et al., “A wrist sensor and algorithm to determine instantaneous walking cadence and speed in daily life walking,” Med. Biol. Eng. Comput., vol. 55, pp. 1773-1785, 2017を参照されたい。また、Faselは、運動の強度も特徴として提案している。これは、手首の加速度の平均と標準偏差との積である。また、Faselは、速度の評価のための特徴として、（気圧センサーに基づく）パスの傾きも提案している。
【００１１】
しかし、（Faselの方法を含む）最良の方法においても、手と身体の運動の物理量から有用な情報を少ししか利用していない。また、既存の方法は、個人を多数の人間の平均に標準化する試みによって作られる一般速度モデルに依存している。年齢、性別、身長及び体重のパラメーターを用いて一般速度モデルをある程度適合させる試みがなされているが、奮闘しているときに自身の歩容速度を管理するように各個人が利用するであろう戦略については利用せず、モデルは標準的なものにとどまる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、歩行又は走行している個人の歩長を正確かつ実時間にて評価する方法を提案することを目的とする。
【００１３】
本発明は、個人の歩容を学習し、その個人の活動のふるまいに自動的に適合することができるパーソナライズされた方法を提案することを別の目的とする。
【００１４】
本発明は、手首に着用可能なデバイス内にて実装することができ、身体活動の長期間モニタリングのための容易に使用できる測定を提供する方法を提案することを別の目的とする。
【００１５】
本発明は、手首に着用可能なデバイスの自律性を向上させるパワー消費が低い計算方法を提案することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような状況で、第１の態様において、請求項１に記載の時間窓における個人の歩長の評価を計算する方法を提案する。
【００１７】
第２の態様において、請求項１０に記載の時間窓における個人の速度の評価を計算する方法を提案する。
【００１８】
第３の態様において、計算ユニットに接続する読み取り可能なメモリーにて実装されるコンピュータープログラムを提案する。このコンピュータープログラムは、前記の歩長を計算する方法及び／又は速度を計算する方法を実行する命令を含む。
【００１９】
第４の態様において、読み取り可能なメモリーと、それに接続された計算ユニットを有する手首に着用可能なデバイスであって、前記読み取り可能なメモリーに前記コンピュータープログラムが実装されるものを提案する。
【００２０】
図面を参照しながら好ましい実施形態についての詳細な説明を読むことで、本発明の前記の特徴や利点や他の特徴や利点が明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】手首に着用可能なデバイスが手首に取り付けられた個人の斜視図である。
【図２】歩行（又は走行）セッションの間に個人がたどるパスについての概略的な斜視図である。
【図３】傾きがないパス上を走行している個人を側方から見た概略図である。
【図４】正の傾きのパス上を走行している個人を側方から見た概略図である。
【図５】負の傾きのパス上を走行している個人を側方から見た概略図である。
【図６】歩行又は走行している個人の歩長と速度の実時間評価を計算するシステムが埋め込まれた手首に着用可能なデバイスである。
【図７】動いている個人の腕を示している斜視図であり、図６の手首に着用可能なデバイスがその腕に取り付けられている。
【図８】歩行又は走行している個人の歩長と速度の実時間評価を計算する方法の異なる段階とステップをまとめた図である。
【図９】２つの対の重なり合った曲線を示しているグラフである。左側のグラフは、走行している個人の重なり合った速度曲線の対であり、ＧＮＳＳ構築された基準曲線、及び本発明の方法によって計算された予測曲線を含んでいる。右側のグラフは、歩行している個人についての同様なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に、立っている個人１を概略的に示している。この個人１は、健康であるはずであり、脚や腕を含む自身の要素をすべてを有しており、腕には手首２がある。個人１は、（個人１の全体的な対称面である）鉛直方向の矢状平面Ｐ１と、この矢状平面Ｐ１に垂直な鉛直方向の正面平面Ｐ２を定めている。図１に示しているように、手首に着用可能なデバイスないし「スマートウォッチ」３が、個人の手首の少なくとも一方、ここでは、右の手首２、に取り付けられている。
【００２３】
スマートウォッチ３は、個人１がパス４上を立って動いているとき（すなわち、走行しているか歩行しているとき）に、個人１の活動をモニタリングし、様々なパラメーターを推量するように構成している。図２において、このパス４の高度の変化を意図的に誇張している。
【００２４】
実際に、（図３に示すように）パス４の一部が平坦であるが、他の部分は傾いており傾きＡを有している。この傾きＡは、個人１から見て、正であったり（図４）、負であったりする（図５）。
【００２５】
個人１は、
−  歩容速度V（単位ｍ・ｓ-1で表される）で、
−  ケイデンスｃａｄ（単位ｓ-1又はＨｚで表される）で、
−  歩長SL（単位ｍで表される）で、
動いている。
【００２６】
スマートウォッチ３は、
−  計算ユニット５、
−  計算ユニット５に接続された読み取り可能なメモリー６、
−  すべて計算ユニット５に接続された加速度計７、気圧計８及びＧＮＳＳトランスポンダー９
を備える。
【００２７】
計算ユニット５、読み取り可能なメモリー６、加速度計７、気圧計８及びＧＮＳＳトランスポンダー９は、ストラップないし腕輪１１によって手首２に取り付けられたケーシング１０内に埋め込まれている。
【００２８】
読み取り可能なメモリー６は、パス４に沿った個人１の時間窓nにおける少なくとも歩長の評価（
【００２９】
【数１】
2020000854.tif 000003
【００３０】
と表す）、そして、好ましくは、時間窓nにおけるその個人の歩容速度の評価（
【００３１】
【数２】
2020000854.tif 000004
【００３２】
と表す）を計算する方法を実行する命令を含むコンピュータープログラムによって実装される。
【００３３】
計算された歩長
【００３４】
【数３】
2020000854.tif 000005
【００３５】
と計算された速度
【００３６】
【数４】
2020000854.tif 000006
【００３７】
は互いに、以下の式によってリンクしている。
【００３８】
【数５】
2020000854.tif 000007
【００３９】
ここで、
【００４０】
【数６】
2020000854.tif 000008
【００４１】
は、時間窓nにおける個人１の評価されたケイデンスである。
【００４２】
なお、nは、整数であり、ここで、n∈[1,...,N]であり、Nは、１よりも大きい整数である。[1,...,N]は、計算の最初に対応する第１の時間窓n＝１から始まり計算の最後に対応する最後の時間窓n＝Nまでの時間範囲を表す。好ましい実施形態において、時間窓は、長さが７秒間であり、６秒間重なり合っている。
【００４３】
当該方法は、加速度計７によって与えられる瞬時加速度測定量と気圧計８によって与えられる瞬時気圧測定量を用いる。
【００４４】
加速度計７は、以下の３つの互いに垂直な軸に沿って加速度測定量を与えるように構成している。
−  個人１の腕の長手方向に垂直でありその個人１の矢状平面Ｐ１に平行であるＸ軸に沿った第１の加速度
−  個人１の腕の長手方向に平行でありその個人１の矢状平面Ｐ１に平行であるＹ軸に沿った第２の加速度
−  個人１の腕の長手方向に垂直でありその個人１の正面平面Ｐ２に平行であるＺ軸に沿った第３の加速度
【００４５】
以下のように、軸Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれに対して、窓当たりｚ個の加速度のサンプルがとられ、ここで、ｚは１よりも大きい整数である。
−  Sxi[n]は、時間窓nに沿って加速度計７によって与えられるＸ軸に沿ったｉ番目の加速度サンプルである。
−  Syi[n]は、時間窓nに沿って加速度計７によって与えられるＹ軸に沿ったｉ番目の加速度サンプルである。
−  Szi[n]は、時間窓nに沿って加速度計７によって与えられるＺ軸に沿ったｉ番目の加速度サンプルである。
【００４６】
便宜上、残りの説明においては、以下の記述法を用いる。
【００４７】
【数７】
2020000854.tif 000009
【００４８】
同様に、気圧計８は、窓当たりｚ個の気圧サンプルを与えるように構成している。
−  Pi[n]は、時間窓n内にて気圧計8によって与えられるｉ番目の気圧サンプルであり、
−  
【００４９】
【数８】
2020000854.tif 000010
【００５０】
は、時間窓n内の平均気圧である。
【００５１】
便宜上、残りの説明においては、以下の記述法を用いる。
【００５２】
【数９】
2020000854.tif 000011
【００５３】
提案している方法は、歩長
【００５４】
【数１０】
2020000854.tif 000012
【００５５】
をＭ個のセットの歩容の特徴F1, F2,..., FM（Ｍは整数）の関数（ｇと表す）を用いて計算することができるという仮説に基づく機械学習のアプローチに依存している。
【００５６】
【数１１】
2020000854.tif 000013
【００５７】
ここで、６個の歩容の特徴（Ｍ＝６）が考慮される。そのうちの５個が加速度計７によって与えられる加速度測定量Sx, Sy, Szから計算され、１個が気圧計８によって与えられる気圧測定量Ｐから計算される。
【００５８】
F1[n]は、時間窓nにおける個人１の評価された歩容のケイデンスである。
【００５９】
【数１２】
2020000854.tif 000014
【００６０】
１つの好ましい実施形態において、特徴
【００６１】
【数１３】
2020000854.tif 000015
【００６２】
は、Faselによって提案されている既知のアルゴリズム（前記文献の．１７７５〜１７７８ページ）によって評価される。正確には、時間窓nにおける特徴F1[n]が以下のステップによって計算される。
−  加速度計７によって与えられる加速度測定量
【００６３】
【数１４】
2020000854.tif 000016
【００６４】
のノルムを計算するステップ
−  このように計算された加速度のノルムに高速フーリエ変換を適用するステップ
−  このような高速フーリエ変換にコームフィルターを適用して、ケイデンス尤度関数とするステップ
−  ２Ｈｚよりも低い周波数の範囲にある尤度関数の最大値を
【００６５】
【数１５】
2020000854.tif 000017
【００６６】
であるとするステップ
【００６７】
F2[n]は、パス４の推定傾きＡである。歩長SLが上り勾配のときに（図４に示しているように傾きＡが正である場合）減り、下り勾配のときに（図５に示しているように傾きＡが負である場合）増加すると仮定する。１つの好ましい実施形態において、時間窓nにおける特徴F2[n]は、気圧計８によって与えられる気圧測定量P[n]から計算される。正確には、最小自乗法を用いて線が−P[n]にフィットされ、この線の傾きが特徴F2[n]の傾きとして抽出される。すなわち、F2[n]＝Ａ≡−P[n]である。ここで、記号≡は、Ａと、−P[n]のバリエーションにフィットする回帰線の線形係数との間の符合を表している。これは、以下の式によって反映される。
【００６８】
【数１６】
2020000854.tif 000018
【００６９】
ここで、ｉは、以下のように計算される。
【００７０】
【数１７】
2020000854.tif 000019
【００７１】
F3[n]は、時間窓nにおけるＹ軸に沿った加速度測定量Syの推定エネルギーである。歩容時に腕の運動と足の運動の間に神経系の連結があるものと考えられる。実際に、個人がその歩長を増加させると腕の運動の範囲が大きくなり、このことは、Ｙ軸（腕が向いている方向の軸）に沿った加速度測定量Syのエネルギーを増加させる。１つの好ましい実施形態において、特徴F3[n]は、時間窓nにおける加速度Syの標準偏差として計算される。
【００７２】
【数１８】
2020000854.tif 000020
【００７３】
F4[n]は、時間窓nにおける手首の加速度の推定された平均絶対ジャークである。いくつかの歩容の期間の間に、特に、走行しているときに、加速度のバリエーションによって手首２にて規則的な衝撃が体感され、このような衝撃の周波数は歩行の周波数と同じである。ジャーク（すなわち、加速度の差分）の平均絶対値は、このような衝撃のエネルギーについての情報を与える。１つの好ましい実施形態において、特徴F4[n]は、Ｙ軸に沿った加速度測定量Syの差分の平均として計算される。
【００７４】
【数１９】
2020000854.tif 000021
【００７５】
F5[n]は、時間窓nにおける手首の振りの推定エネルギーである。これは、Ｘ軸に沿った加速度測定量SxとＺ軸に沿った加速度測定量Szの推定エネルギーである。歩行しているときに歩長が大きくなると、手首の振りが大きくなり、これによって、そのエネルギーが大きくなる。手首の振りの特徴F5[n]は、Ｘ軸に沿った加速度ノルムSxの標準偏差とＺ軸に沿った加速度ノルムSzを与える以下の式によって計算される。
【００７６】
【数２０】
2020000854.tif 000022
【００７７】
F6[n]は、時間窓nにおける加速度ノルムの推定平均である。歩行していて身体が前進しているときに、手首２は胴のまわりに振動する。身体運動の度合いを表す特徴F6[n]は、以下のように計算される。
【００７８】
【数２１】
2020000854.tif 000023
【００７９】
歩行しているときと走行しているときの手首２の運動の性質が異なることが、考慮に入れられている。例えば、歩行しているときには、手首２は、走行しているときには発生しない、振り子の振り運動にしたがう。
【００８０】
歩容のタイプにモデルを良好にフィットさせるために、特徴F1, F2,..., F6の異なる組み合わせがそれぞれ、走行しているときと歩行しているときにおいて当該方法を実装するために用いられる。
【００８１】
正確には、走行している状況における関数ｇを計算するためにF1, F2, F3, F4が用いられるが、歩行している状況における前記関数を計算するためにF1, F2, F4, F5, F6が用いられる。
【００８２】
歩長
【００８３】
【数２２】
2020000854.tif 000024
【００８４】
を計算する方法は、
−  
○  ＧＮＳＳデータに基づき、パス４の最初にて１回のみ実行されるオフライントレーニング段階１００
○  オフライントレーニング段階１００によって与えられる結果を通して開始されパス４に沿って繰り返されるオンライントレーニング段階２００
を含むパーソナライズされた手順と、
−  評価手順３００と
の２つの手順を含む。
【００８５】
パーソナライズ手順
パーソナライズ手順の下で、ＧＮＳＳトランスポンダー９はオンであり、スマートウォッチ３の瞬時速度を与える。
【００８６】
＜オフライントレーニング段階＞
オフライントレーニング段階１００は、走行しているセッション又は歩行しているセッションの開始時を表さずその数秒後を表す初期の時間窓０にて実行される。オフライントレーニング段階１００は、個人の歩長と速度を評価するように初期のモデルを構築することを目的としており、以下のステップを備える。
【００８７】
（ｉ）初期の時間窓０にてＧＮＳＳトランスポンダー９によって初期の速度V[0]を測定するステップ１０２
【００８８】
（ｉｉ）初期の時間窓０にて加速度計７によって与えられる加速度測定量Sx[0], Sy[0], Sz[0]から初期の歩ケイデンス
【００８９】
【数２３】
2020000854.tif 000025
【００９０】
を計算するステップ１０４
【００９１】
初期の歩ケイデンス
【００９２】
【数２４】
2020000854.tif 000026
【００９３】
は、特徴F1[n]を計算するためのいくつかのステップを用いて計算される。ここで、n＝０である。
【００９４】
【数２５】
2020000854.tif 000027
【００９５】
（ｉｉｉ）初期の速度V[0]と初期の歩ケイデンス
【００９６】
【数２６】
2020000854.tif 000028
【００９７】
から初期の歩長SL[0]を計算するステップ１０６
【００９８】
初期の歩長SL[0]は、以下の式にしたがって初期の速度V[0]と初期の歩ケイデンス
【００９９】
【数２７】
2020000854.tif 000029
【０１００】
から推量される。
【０１０１】
【数２８】
2020000854.tif 000030
【０１０２】
（ｉｖ）初期の時間窓０における加速度測定量Sx[0], Sy[0], Sz[0]と気圧P[0]から初期の特徴ベクトルX[0]を計算するステップ１０８
【０１０３】
この初期の特徴ベクトルX[0]は、以下のように計算される。
−  走行しているとき：
X[0]＝[1 F1[0] F2[0] F3[0] F4[0] F22[0]]
−  歩行しているとき：
X[0]＝[1 F1[0] F2[0] F4[0] F5[0] F6[0]]
【０１０４】
F1[0]、F2[0]、F3[0]、F4[0]、F5[0]及びF6[0]は、F1[n]、F2[n]、F3[n]、F4[n]、F5[n]及びF6[n]を計算するいくつかのステップを用いて計算される。ここで、n＝０である。
【０１０５】
（ｖ）最小自乗法にしたがって、初期の特徴ベクトルX[0]と初期の歩長SL[0]から初期の係数ベクトルβ[0]を計算するステップ１１０
【０１０６】
以下のように、初期の特徴ベクトルX[0]と初期の歩長SL[0]から初期の係数ベクトルβ[0]を計算する。
β[0]＝(X[0]TX[0])-1X[0]TSL[0]
ここで、(X[0]TX[0])-1は、呼び出された初期の共分散行列であり、簡易的に記載される場合にはD[0]とも表記される。
【０１０７】
したがって、前の式を以下のように書くことができる。
β[0]＝D[0]X[0]TSL[0]
【０１０８】
β[0]、X[0]、D[0]、SL[0]、V[0]及び
【０１０９】
【数２９】
2020000854.tif 000031
【０１１０】
は、初期のパラメーターと呼ぶ。
【０１１１】
＜オンライントレーニング段階＞
オフライントレーニング段階１００が終わった後にオンライントレーニング段階２００が実行される。オンライントレーニング段階２００は、オフライントレーニング段階１００の間に構築された初期のモデルをパーソナライズすることを目的とし、いくつかの時間窓nの間に散発的に繰り返される以下のいくつかのステップを備える。
【０１１２】
（ｉ）時間窓nにてＧＮＳＳトランスポンダー９によって瞬時速度V[n]を測定するステップ２０２
【０１１３】
（ｉｉ）時間窓nにて加速度計７によって与えられる加速度測定量Sx[n], Sy[n], Sz[n]から瞬時ケイデンス
【０１１４】
【数３０】
2020000854.tif 000032
【０１１５】
を計算するステップ２０４
【０１１６】
瞬時歩ケイデンス
【０１１７】
【数３１】
2020000854.tif 000033
【０１１８】
は、特徴F1を計算するためのいくつかのステップを用いて計算される。念のために、
【０１１９】
【数３２】
2020000854.tif 000034
【０１２０】
である。
【０１２１】
（ｉｉｉ）初期の速度V[n]と初期の歩ケイデンス
【０１２２】
【数３３】
2020000854.tif 000035
【０１２３】
から瞬時歩長SL[n]を計算するステップ２０６
【０１２４】
【数３４】
2020000854.tif 000036
【０１２５】
（ｉｖ）初期の時間窓nにて加速度計７によって与えられる加速度測定量Sx[n], Sy[n], Sz[n]と気圧計８によって与えられる気圧測定量P[n]から瞬時特徴ベクトルX[n]を計算するステップ２０８
【０１２６】
この初期の特徴ベクトルX[n]は、以下のように計算される。
−  走行しているとき：
X[n]＝[1 F1[n] F2[n] F3[n] F4[n] F2[n]2]
−  歩行しているとき：
X[n]＝[1 F1[n] F2[n] F4[n] F5[n] F6[n]]
【０１２７】
（ｖ）再帰的最小自乗法にしたがって前の係数ベクトルβ[n-1]から瞬時係数ベクトルβ[n]を計算するステップ２１０
【０１２８】
瞬時係数ベクトルβ[n]は、以下のように計算される。
β[n]＝β[n-1]＋D[n]X[n](SL[n]−X[n]Tβ[n-1])
ここで、D[n]は、D[n]＝(X[n]TX[n])-1によって定められる共分散行列である。しかし、計算を単純化してメモリーのスペースを抑えるために、この共分散行列D[n]は、以下の再帰的な式にしたがって計算される。
D[n]＝D[n-1](I−X[n](I＋X[n]TD[n-1]X[n])-1X[n]TD[n-1])
ここで、Iは、恒等行列を表す。
【０１２９】
β[n]を計算するための式の再帰的な計算は、以下のようにβ[1]から開始する。
β[1]＝β[0]＋D[1]X[1](SL[1]−X[1]Tβ[0])
ここで、D[1]は、D[n]を計算するための式を用いて計算され、ここでは、以下のように初期の共分散行列D[0]＝(X[0]TX[0])-1が挿入される。
D[1]＝D[0](I−X[1](I＋X[1]TD[0]X[1])-1X[1]TD[0])
【０１３０】
評価手順
評価手順３００の下で、ＧＮＳＳトランスポンダー９がオフである。この評価手順は、慣性センサーのみを用いて個人の速度、ケイデンス及び歩長を評価することを目的としている。
【０１３１】
この評価手順３００は、任意の時間窓n',n'∈[1,...,N]に対して、以下のいくつかのステップを含む。
【０１３２】
（ｉ）初期の時間窓n'にて加速度計７によって与えられる加速度測定量Sx[n'], Sy[n'], Sz[n']と気圧計８によって与えられる気圧測定量P[n']から瞬時特徴ベクトルX[n']を計算するステップ３０２
【０１３３】
（ｉｉ）以下の式を用いて、瞬時特徴ベクトルX[n']と最新に更新された係数ベクトルβ[n]から瞬時歩長
【０１３４】
【数３５】
2020000854.tif 000037
【０１３５】
を計算するステップ３０４
【０１３６】
【数３６】
2020000854.tif 000038
【０１３７】
（ｉｉｉ）時間窓n'にて加速度計７によって与えられる加速度測定量Sx[n'], Sy[n'], Sz[n']から瞬時ケイデンス
【０１３８】
【数３７】
2020000854.tif 000039
【０１３９】
を計算するステップ３０６
【０１４０】
（ｉｖ）以下の式を用いて、瞬時歩長
【０１４１】
【数３８】
2020000854.tif 000040
【０１４２】
と瞬時ケイデンス
【０１４３】
【数３９】
2020000854.tif 000041
【０１４４】
から瞬時速度
【０１４５】
【数４０】
2020000854.tif 000042
【０１４６】
を計算するステップ３０８
【０１４７】
【数４１】
2020000854.tif 000043
【０１４８】
この方法は、許容可能なメモリー消費コストを与え、時間窓n'における歩長
【０１４９】
【数４２】
2020000854.tif 000044
【０１５０】
と速度
【０１５１】
【数４３】
2020000854.tif 000045
【０１５２】
の実時間の計算を提供することができる。開示している係数ベクトルを計算する再帰的最小自乗法を用いることによって、すべての前に計算されたデータを必要とせずに良好な結果を得ることができる。
【０１５３】
実際に、この方法を３０人の健康的で活動的なボランティアに対して試した。これらのボランティアは、平坦な道、上り勾配の道及び下り勾配の道を含む様々な地形条件のパス上の９０分の屋外の徒歩と走行に参加した。
【０１５４】
図９は、どのような歩容（左に走行、右に徒歩）であるかにかかわらず、計算された速度（太線）が実際の速度（ＧＮＳＳで測定、細線）と近いことを示している。
【０１５５】
この方法は、生来的にユーザー依存性のものであり、したがって、各個人にパーソナライズされる。この方法は、再帰的最小自乗法を用いて歩長と速度が瞬時入力と前の計算から推量されるオンライン学習プロセスを提供する。
【０１５６】
ボランティアに対して行った試験は、パスを進むにしたがって誤差が徐々に小さくなることを示している。これは、パワー消費が低いこと、精度が高いこと、実用性があること（この方法は手首に着用可能なデバイスにて実装される）、そして、エルゴノミクスが良好であること（センサーを較正する必要はない）を証明している。この方法は、長期間の日々の使用に適している。
【符号の説明】
【０１５７】
１  個人
２  手首
３  手首に着用可能なデバイス
４  パス
５  計算ユニット
６  読み取り可能なメモリー
７  加速度計
８  気圧計
９  ＧＮＳＳトランスポンダー
１０  ケーシング
１１  ストラップないし腕輪
【図１】
2020000854.tif 000071
【図２】
2020000854.tif 000072
【図３】
2020000854.tif 000073
【図４】
2020000854.tif 000074
【図５】
2020000854.tif 000075
【図６】
2020000854.tif 000076
【図７】
2020000854.tif 000077
【図８】
2020000854.tif 000078
【図９】
2020000854.tif 000079
【外国語明細書】
2020000854000001.pdf