(57)【要約】【課題】被験者に与える負担が軽微であって、簡易な構成かつ正確な速度推定が可能な技術を実現する。【解決手段】移動の際に被験者１に生じる振動運動の中で、鉛直方向の振動運動成分の周波数強度分布を検出する垂直振動成分検出器４と、検出された周波数強度分布に基づいて被験者１の移動速度の推定を行う速度推定部５とを備えた構成を有する。速度推定部５は、周波数強度分布から所定周波数成分を抽出する抽出部８と、抽出部８で抽出された所定周波数成分における信号エネルギーを導出するエネルギー導出部９と、導出された信号エネルギーを用いた所定演算を行うことによって推定速度の導出を行う速度演算部１０とを備えた構成を有する。【選択図】        図１
2005224349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の移動時における移動速度を推定する移動速度推定装置であって、
移動に伴って前記被験者に生じる振動運動のうち、鉛直方向の振動運動成分に関する周波数強度分布を検出する周波数検出手段と、
前記周波数強度分布に基づいて移動速度を推定する速度推定手段と、
を備えたことを特徴とする移動速度推定装置。
【請求項２】
前記速度推定手段は、
前記周波数検出手段によって検出された周波数強度分布の中から所定周波数成分を抽出する成分抽出手段と、
前記成分抽出手段によって抽出された所定周波数成分の信号エネルギーを導出するエネルギー導出手段と、
前記エネルギー導出手段によって導出された信号エネルギーを用いた演算を行うことによって移動速度の導出を行う演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の移動速度推定装置。
【請求項３】
前記演算手段は、少なくとも前記信号エネルギーに対して対数演算を行うことを特徴とする請求項２に記載の移動速度推定装置。
【請求項４】
前記所定周波数成分は、前記被験者の移動動作周期に基づいて定まる周波数に対応した周波数帯における周波数強度であることを特徴とする請求項２または３に記載の移動速度推定装置。
【請求項５】
前記所定周波数成分は、１Ｈｚ以上、３Ｈｚ以下の周波数帯における周波数強度であることを特徴とする請求項２または３に記載の移動速度推定装置。
【請求項６】
被験者の移動時における移動速度を推定する移動速度推定推定方法であって、
移動に伴って前記被験者に生じる振動運動のうち、鉛直方向の振動運動成分に関する周波数強度分布を検出する周波数検出工程と、
前記周波数強度分布に基づいて移動速度の推定を行う速度推定工程と、
を含むことを特徴とする移動速度推定方法。
【請求項７】
前記速度推定工程は、
前記周波数検出工程において検出された周波数強度分布の中から所定周波数成分を抽出する成分抽出工程と、
前記成分抽出工程において抽出された所定周波数成分の信号エネルギーを導出するエネルギー導出工程と、
前記エネルギー導出工程において導出された信号エネルギーを用いた演算を行うことによって前記被験者の移動速度の導出を行う演算工程と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の移動速度推定方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の移動速度推定方法を計算機に実行させることを特徴とする移動速度推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間等の被験者の移動速度を推定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、糖尿病患者、肥満者や心臓病患者の病態改善等を目的として、運動処方が行われている。かかる運動処方を行う場合には、被験者の運動量を正確に把握することが不可欠である。かかる対象者の運動量（消費カロリー）を把握する手法としては、対象者の呼吸器から排出される呼気ガスの成分分析を定量的に行う呼気ガス分析方法や、対象者に水素と酸素の安定同位体が含まれた水を服用させ、尿中へ安定同位体が排泄される経過を２週間程度に渡って観察・測定する二重標識水法などが知られている。
【０００３】
しかしながら、呼気ガス分析方法を実施する場合には、被験者は、呼吸器から排出される呼気をもれなく検出するためのマスク等の機構と、呼気の成分分析を定量的に行う分析装置を携帯する必要があり、被験者の負担が大きいという問題を有する。また、二重標識水法を実施する場合には、２週間程度の長期に渡って体外に排出される尿の分析を行う必要が生じることから、被験者が通常の日常生活を営む際の障害になるという問題を有する。
【０００４】
従って、近年、移動速度を含む被験者の行動態様の推定を行うことによって被験者の消費カロリーを把握する手法の提案が行われている。具体的には、被験者が散歩程度の歩行を行っている場合と、急ぎ足で歩行している場合の消費カロリーは異なる値となることから、移動速度を含む行動態様を正確に把握することによって、被験者の運動量（消費カロリー）を推定することが可能である。
【０００５】
かかる手法を用いる場合における移動速度推定装置は、例えば、被験者の歩幅を入力する入力手段と、被験者の単位時間あたりの歩数を計測する歩数計測手段とを備える。そして、入力された歩幅の値と計測された単位時間あたりの歩数とを乗算することで、被験者の移動速度を推定することができる（例えば、特許文献１参照。）。また、一律の値である標準歩幅値をあらかじめ記憶した状態で使用する移動速度推定装置も提案されている。かかる構成の場合、ユーザが自己の歩幅を入力する必要がなく、使用の際の煩雑さを回避することが可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１７７２３４号公報（第７頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の移動速度推定装置は、推定する速度の精度が低いという問題を有する。すなわち、上記した従来の移動速度推定装置は、速度推定に使用する歩幅値が客観的な値ではなく、入力手段を介して入力された主観値によって与えられることから、必ずしも正しい歩幅値を得ることはできず、正確な速度推定を行うことは困難である。
【０００８】
かかる問題は、標準歩幅値をあらかじめ記憶した移動速度推定装置の場合も同様である。かかる標準歩幅値は、多数のサンプルから得られた統計的な値であることから客観性は高いものの、被験者ごとの歩幅値の個人差を無視した値となることから、個々の被験者が使用した場合に正確な速度推定を行える保証はない。
【０００９】
例えば、従来の移動速度推定装置は、被験者の年齢に応じた歩行速度の変化を考慮に入れておらず、特に高齢者の移動速度推定を行った場合の誤差が大きいという問題を有する。図１０は、年齢と移動速度との関係を示すグラフである。図１０に示すように、７０歳以上の高齢者に関しては特に移動速度のばらつきが大きく、年齢と移動速度との相関関係にも乏しいことから、高精度の速度推定を行うことが困難である。
【００１０】
また、移動速度の推定方法として、歩数と歩幅との相関関係をあらかじめ導出しておき、歩数のみを計測した上で歩幅を推定し、移動速度の導出を行う手法も提案されている。しかしながら、特に高齢者に関しては、図１１に示すように、歩数と歩幅との相関関係も低く、これらの関係から移動速度を推定することも困難である。
【００１１】
さらに、従来の移動速度推定装置では、歩数計測手段の測定結果による誤差も無視することはできない。歩数計測手段は、例えば万歩計（登録商標）のように、被験者に生じる鉛直方向の振動を検出し、検出される振動の回数と歩数とが等しいとの仮定の下、単位時間あたりの歩数を計測している。しかしながら、実際に被験者に生じる振動は歩行運動に起因したものに限られず、外部環境の影響や、被験者自身の歩行動作以外の運動によっても生じうる。従って、単純に鉛直方向の振動に基づいて歩数を測定することとした場合には、これら歩行動作以外に起因する振動による測定誤差を避けることができない。
【００１２】
また、上記従来技術とは別に、被験者の移動速度を物理的に直接測定する構成も考えられる。しかしながら、直接測定を行う構成を使用することとした場合、従来の構成では装置が大規模なものになり、移動速度を用いて簡易に被験者の消費カロリー推定等を行うというそもそもの趣旨を没却することとなる。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被験者に与える負担が軽微であって、簡易な構成かつ正確な速度推定が可能な移動速度推定装置、移動速度推定方法および移動速度推定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる移動速度推定装置は、被験者の移動時における移動速度を推定する移動速度推定装置であって、移動に伴って前記被験者に生じる振動運動のうち、鉛直方向の振動運動成分に関する周波数強度分布を検出する周波数検出手段と、前記周波数強度分布に基づいて移動速度を推定する速度推定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、被験者の移動に伴って生じる振動運動の鉛直方向成分に基づいて速度推定を行うこととしたため、速度推定において被験者に与える負担を軽微なものにとどめることが可能である。また、速度推定に用いるパラメータとして鉛直方向の振動運動成分のみを用いることとしたため、測定系の構成を単純化することが可能であり、簡易な構成によって速度推定装置を提供することが可能である。
【００１６】
また、請求項２にかかる移動速度推定装置は、上記の発明において、前記速度推定手段は、前記周波数検出手段によって検出された周波数強度分布の中から所定周波数成分を抽出する成分抽出手段と、前記成分抽出手段によって抽出された所定周波数成分の信号エネルギーを導出するエネルギー導出手段と、前記エネルギー導出手段によって導出された信号エネルギーを用いた演算を行うことによって移動速度の導出を行う演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３にかかる移動速度推定装置は、上記の発明において、前記演算手段は、少なくとも前記信号エネルギーに対して対数演算を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４にかかる移動速度推定装置は、上記の発明において、前記所定周波数成分は、前記被験者の移動動作周期に基づいて定まる周波数に対応した周波数帯における周波数強度であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５にかかる移動速度推定装置は、上記の発明において、前記所定周波数成分は、１Ｈｚ以上、３Ｈｚ以下の周波数帯における周波数強度であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６にかかる移動速度推定方法は、被験者の移動時における移動速度を推定する移動速度推定推定方法であって、移動に伴って前記被験者に生じる振動運動のうち、鉛直方向の振動運動成分に関する周波数強度分布を検出する周波数検出工程と、前記周波数強度分布に基づいて移動速度の推定を行う速度推定工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項７にかかる移動速度推定方法は、上記の発明において、前記速度推定工程は、前記周波数検出工程において検出された周波数強度分布の中から所定周波数成分を抽出する成分抽出工程と、前記成分抽出工程において抽出された所定周波数成分の信号エネルギーを導出するエネルギー導出工程と、前記エネルギー導出工程において導出された信号エネルギーを用いた演算を行うことによって前記被験者の移動速度の導出を行う演算工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項８にかかる移動速度推定プログラムは、請求項６または７に記載の移動速度推定方法を計算機に実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかる移動速度推定装置は、被験者の移動に伴って生じる振動運動の鉛直方向成分に基づいて速度推定を行う構成としたため、速度推定において被験者に与える負担を軽微なものにとどめることが可能であるという効果を奏する。また、速度推定に用いるパラメータとして鉛直方向の振動運動成分のみを用いる構成としたため、測定系の構成を単純化することが可能であり、簡易な構成によって速度推定装置を提供することが可能であるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態（以下、「実施の形態」と称する）にかかる移動速度推定装置、移動速度推定方法および移動速度推定プログラムについて説明する。なお、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。なお、以下の実施の形態では、移動速度推定装置等について、被験者が人間であって、平地を通常歩行した場合を例として説明を行うが、本発明の適用範囲がかかる例に限定されないのはもちろんである。
【００２５】
図１は、本実施の形態にかかる移動速度推定装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、移動の際に被験者１に生じる振動運動の中で、鉛直方向の振動運動成分の周波数強度分布を検出する垂直振動成分検出器４と、検出された周波数強度分布に基づいて被験者１の移動速度の推定を行う速度推定部５とを備えた構成を有する。
【００２６】
垂直振動成分検出器４は、加速度センサ６と、加速度センサ６における測定結果に基づいて鉛直方向の振動運動成分の周波数強度分布を検出する演算部７とを備えた構成を有する。加速度センサ６としては、静電容量型加速度センサや、圧電素子型加速度センサ等、既知の構造のものを用いることが可能であるが、振動運動に関して少なくとも鉛直方向の振動運動成分を検出可能な構成を有する必要がある。なお、本実施の形態において「鉛直方向の振動運動成分」とは、鉛直方向のみに生じる振動運動に限られず、例えば、鉛直方向に対して所定角度傾斜した振動運動に関しては、かかる振動運動のうち鉛直方向の成分を抽出し、かかる成分に基づいて以下の演算処理を行うことによって移動速度の推定を行うことが可能である。
【００２７】
演算部７は、所定の演算を行うことによって、加速度センサ６において時系列データとして検出された振動運動特性に基づき、鉛直方向の振動運動成分に関する周波数強度分布を導出するためのものである。具体的には、演算部７は、加速度センサ６から出力された時系列データに対してフーリエ変換等の演算を行うことによって周波数強度分布を導出する構成を有する。
【００２８】
次に、速度推定部５の構成について説明する。図１に示すように、速度推定部５は、垂直振動成分検出器４から出力された周波数強度分布から所定周波数成分を抽出する抽出部８と、抽出部８で抽出された所定周波数成分における信号エネルギーを導出するエネルギー導出部９と、導出された信号エネルギーを用いた所定演算を行うことによって推定速度の導出を行う速度演算部１０と、推定速度の値を出力する出力部１１とを備えた構成を有する。
【００２９】
抽出部８は、垂直振動成分検出器４から出力された周波数強度分布に対してフィルタリング処理を行い、あらかじめ定めた所定周波数範囲に関する成分のみを抽出するためのものである。抽出部８によって抽出される周波数成分としては、被験者１の歩行動作と関連性の強い周波数、例えば、被験者１の歩行動作周期、より具体的には単位時間あたりの歩数に対応した周波数に関する成分が挙げられる。具体的には、抽出部８は、本実施の形態の例で説明に用いる平地における通常歩行の場合には、所定周波数成分として、１Ｈｚ〜３Ｈｚの周波数範囲に含まれる周波数成分を抽出している。
【００３０】
エネルギー導出部９は、抽出部８によって得られた所定周波数成分が有する信号エネルギーを導出するためのものである。具体的には、エネルギー導出部９は、パーセバルの定理（Parseval's Theorem）に従って、抽出部８において抽出される成分に対応した、所定周波数帯域に含まれる時間領域信号での等価エネルギーを算出している。より具体的には、エネルギー導出部９は、抽出部８によって得られた所定周波数成分に関して積分計算を行うことによって、信号エネルギーを導出している。
【００３１】
速度演算部１０は、エネルギー導出部９によって得られた信号エネルギーを用いて、被験者１の移動速度の推定値を導出するためのものである。具体的には、速度演算部１０は、少なくとも信号エネルギーを変数とした関係式に対してエネルギー導出部９によって得られた値を代入することによって移動速度の推定値を導出する機能を有する。
【００３２】
出力部１１は、速度演算部１０によって導出された移動速度の推定値を出力するための者である。具体的には、出力部１１は、推定値を直接表示する小型液晶ディスプレイ等の表示手段によって構成されても良いし、プリンタ等のように別媒体に出力する構成としても良い。
【００３３】
次に、本実施の形態にかかる移動速度推定装置の動作について説明する。図２は、本実施の形態にかかる移動速度推定装置の動作を説明するためのフローチャートである。以下、図２を参照して説明を行う。
【００３４】
まず、加速度センサ６によって、移動中の被験者１に生じる振動運動のうち、鉛直方向に関する振動成分の検出を行う（ステップＳ１０１）。本ステップにおいては、振動成分は、様々な強度を有する周波数成分の重なり合いとしての図３に示すような時系列データ（図３では、振動成分として加速度を用いている。後述の図５も同様である）として検出される。そして、取得された時系列データに対して、演算部７によって所定の演算が行われ、図４に示すような周波数強度分布（図４では、周波数強度としてパワースペクトルを用いている。後述の図６、図９も同様である）が導出される（ステップＳ１０２）。
【００３５】
その後、周波数強度分布に関するデータが抽出部８に出力され、抽出部８は、所定周波数成分を抽出する（ステップＳ１０３）。抽出部８によって抽出される周波数帯域は、本実施の形態のように被験者１が平地を歩行する場合には１Ｈｚ〜３Ｈｚとなる。
【００３６】
そして、エネルギー導出部９は、ステップＳ１０３において得られた所定周波数成分の信号エネルギー値を導出する（ステップＳ１０４）。信号エネルギー値の導出はパーセバルの定理に基づいて得られる値であり、視覚的なイメージとしては、図４に示すグラフにおいて、１Ｈｚ〜３Ｈｚの周波数範囲において、曲線と横軸との間に囲まれた領域の面積を積分計算することによって得られる値である。
【００３７】
その後、速度演算部１０は、導出された信号エネルギーの値をパラメータとして、所定の演算を行うことによって被験者１の移動速度の推定値を導出する（ステップＳ１０５）。具体的には、被験者１の速度ｖは、信号エネルギー値ｘを用いて、
ｖ＝０．２８ｌｎ（ｘ）−０．５６  ・・・（１）
によって表されることが本願発明者によって明らかにされており、速度演算部１０は、本実施の形態において（１）式に示す内容の演算を行うことによって、被験者１の移動速度を導出する。
【００３８】
最後に、出力部１１は、導出された移動速度を出力する（ステップＳ１０６）。本ステップにより、被験者１または被験者１を診断する医者等は、被験者１の移動速度を把握する。以上で、本実施の形態にかかる移動速度推定装置の動作は終了する。
【００３９】
本実施の形態１にかかる移動速度推定装置は、歩行者の移動動作に伴って被験者１に生じる振動運動のうち、鉛直成分が有するエネルギーに基づいて移動速度を導出する構成を有する。すなわち、本願発明者等は、被験者１が移動する際に、移動方向における変数、例えば平均歩幅、移動方向の加速度等に基づいて速度推定を行うのではなく、移動時に生じる鉛直方向の振動運動成分に着目し、かかる鉛直方向の振動運動成分から得られる信号エネルギーと移動速度とが強い相関関係を有することを見いだしている。
【００４０】
一般に、歩行中の歩幅は歩行速度に応じて変化し、歩幅は下肢の関節の屈曲進展角度により定まることが知られている。ここで、下肢の関節の屈曲進展角度は、歩行時の腰部の上下移動量に影響を与えることから、結果として、歩行速度と、歩行者の上下運動の加速度との間に相関関係が生まれることとなる。かかる相関関係を具体的に導出するにあたって本願発明者らは、図３に示した振動運動成分の時系列データの内、周波数が１〜３Ｈｚとなる成分を抽出して、上下方向の加速度の信号エネルギーを指標として歩行速度の導出を行うこととしている。
【００４１】
信号エネルギーは以下の通りに導出される。まず、データ点数Ｎの離散時間信号ｘ（ｎ）の離散フーリエ変換は、
【数１】
2005224349.tif 000003
と表される。（２）式において、ｋは０以上、Ｎ−１以下の整数であり、ＷNは、
【数２】
2005224349.tif 000004
と表される数である。かかる関係の元で信号エネルギーＳは、一般に、
【数３】
2005224349.tif 000005
と表される。かかる（４）式を用いて演算を行うことによって、図４に示すグラフが導出されることとなる。ここで、図３でも示したように歩行動作は周期的な性質を有しており、歩行動作の周波数は歩調に対応した値となる。このため、サンプリング周波数Ｆｓに対して、歩調に対応した周波数帯域である１〜３Ｈｚにおける振動運動成分に関する信号エネルギーＳ1,3は、ｋ1＝（１／Ｆｓ）Ｎ、ｋ3＝（３／Ｆｓ）Ｎを用いて、
【数４】
2005224349.tif 000006
と与えられる。本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、（１）式によって離散フーリエ変換を行った後に（５）式の演算を行うことによって信号エネルギーＳ１，３が導出され、導出された値をｘとして（１）式に代入することによって、被験者の推定速度を求めることを可能としている。以上の導出メカニズムにおいては被験者の年齢、性別等を考慮することなく行うことが可能であり、被験者毎に歩幅、歩数等が相違した場合であっても速度推定を行うことを可能としている。
【００４２】
次に、本実施の形態にかかる移動速度推定装置の利点について説明する。まず、本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、簡易な構成の移動速度推定装置を実現できるという利点を有する。上記したように、本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、具体的には加速度センサ６、演算部７、抽出部８、エネルギー導出部９、速度演算部１０および出力部１１によって構成されている。かかる構成要素のうち、加速度センサ６は、既に形態可能な小型の装置が実現されており、加速度センサ６を備えることによって装置が大型化することはない。また、演算部７、抽出部８、エネルギー導出部９および速度演算部１０は、いずれも所定の演算を行う機能を有するものであるから、計算機に必要なプログラムを組み込むことによって実現することが可能である。さらに、出力部１１は、例えば液晶モニタによって構成する場合には、携帯電話等に搭載される小型液晶デバイスを使用することが可能である。従って、本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、簡易な構成によって実現でき、軽量かつ小型の移動速度推定装置を実現できるという利点を有する。
【００４３】
また、本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、移動速度の推定の際に被験者１の動作に与える影響がほとんど存在しないという利点を有する。すなわち、本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、上記したように構成が簡易であることに加え、移動速度の導出に用いるパラメータが鉛直方向の振動成分のみであり、単純なメカニズムによって導出が可能である。従って、本実施の形態にかかる移動速度推定装置を使用する場合には、例えば携帯電話用ケースやベルトクリップなどを利用して被験者１が装着することが可能である。すなわち、万歩計（登録商標）の使用態様を想起すれば明らかなように、鉛直方向の振動運動を検出する場合には特別な装着機構等を使用する必要性は低く、通常の手段を用いて被験者１の身体に装着すれば足りるため、携帯電話用ケースのように簡易な構成で装着しても十分な精度の検出動作が可能である。従って、本実施の形態にかかる移動速度推定装置を用いた場合には、移動速度推定装置自体が簡易な構成を有することと相まって、被験者１の歩行動作に及ぼす影響がほとんど存在せず、被験者１が移動速度推定装置の存在を意識することなく移動速度推定が可能となる利点を有する。
【００４４】
かかる利点は、被験者１の心理的負担を低減するだけでなく、より正確な行動計測等が可能となるという利点にもつながる。すなわち、使用時に被験者１が移動速度推定装置の存在を意識せずに行動する結果、被験者１はより自然に行動することとなり、行動計測の際にはより正確な移動速度の推定を行うことが可能である。
【００４５】
また、本実施の形態にかかる速度推定装置は、被験者の年齢差にかかわらず高精度の速度推定を行うことが可能である。図５は、歩行動作に伴う振動運動成分について若年者と高齢者とを比較したグラフである。図５において、実線で示された曲線は、若年者の時系列データを示し、破線で示された曲線は、高齢者の時系列データを示す。図５に示すグラフでは必ずしも明らかではないが、鉛直方向の振動運動成分に関して、周期および強度の双方に違いがあることが示されている。
【００４６】
かかる相違は、図６に示すグラフによってより明確になる。図６において、実線で示された曲線は若年者のデータについて示すものであり、破線で示された曲線は高齢者のデータについて示すものである。図６に示すように、高齢者について導出した鉛直方向の周波数強度分布は、若年者のものと比較して強度が低く、ピーク周波数が短周波数側にシフトしたものとなっている。このことは、加齢によって脚力が弱まることおよび単位時間あたりの歩数が少なくなるという事実とよく一致している。このように、若年者と高齢者とでは、図６に示すごとく鉛直方向の周波数強度分布は著しく異なるものとなるが、本実施の形態にかかる移動速度推定装置では、かかる相違にもかかわらず、若年者、高齢者双方の移動速度を高い精度で推定することが可能である。
【００４７】
図７は、信号エネルギーの値を横軸とし、歩行速度を被験者の身長で除算した値を縦軸としたグラフである。図７に示す例における被験者１は、若年者としては５人の男性および２人の女性としており、年齢は２５±１．６３歳、身長は１．７±０．０４１ｍ、体重が５７．３±６．５２ｋｇの範囲の者である。また、高齢者としては、男性１０４名、女性９５名としており、年齢は７５．２±７．８３歳、身長は１．５６±０．０９ｍ、体重は５８．０±９．５４ｋｇの範囲の者について速度推定を行っている。また、速度推定を行う移動態様として、通常速度の直線歩行を１６ｍに渡って被験者１を歩行させ、かかる歩行動作について移動速度の推定を行っている。また、若年者は４回、高齢者は２回の試技を行っている。
【００４８】
また、図７のグラフ中には、（１）式に対応する曲線を付している。また、グラフ中の十字で示したプロットは、若年者に関する値を示し、小円で示したプロットは、高齢者に関する値を示している。すなわち、十字および小円で示したプロットは信号エネルギーと実際の歩行速度の規格化値との関係を示しており、かかるプロットと曲線との一致具合が本実施の形態にかかる移動速度推定装置の精度を示すこととなる。
【００４９】
図７に示すように、実測値を反映した、十字および小円で示されたプロットは、本実施の形態にかかる移動速度推定装置による速度推定値を反映した曲線と程度よく一致しており、高精度の速度推定が行われていることが示されている。そして、図７に示すように、若年者について得られた値である十字のプロットと、高齢者について得られた値である小円のプロットとを比較した場合、いずれのプロットについても曲線と程度よく一致し、若年者の場合と高齢者の場合とで有意な差はみられない。このことは、被験者１が若年者および高齢者のいずれの場合であっても、本実施の形態にかかる移動速度推定装置がほぼ同等の精度で速度推定を行えることを示しており、本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、年齢の相違にかかわらず高精度の移動速度推定が可能であることを示している。
【００５０】
なお、図７に示すプロットは、若年者および高齢者の双方に関して、性別を問わず測定を行ったものである。従って、図７からは、本実施の形態にかかる移動速度推定装置が年齢差によらず高精度の速度推定が可能であることのみならず、性別の相違に関しても、推定精度に差が生じないことが示されている。
【００５１】
本実施の形態にかかる移動速度推定装置が、被験者１が高齢者の場合であっても高精度の速度推定が可能であることについて、さらに説明を行う。若年者の場合と比較して、高齢者の場合には加齢に伴う運動機能の縮退に関する個人差が大きいことから、同等の体格を有する場合であっても、歩行能力に著しい差が生じていることが多い。従って、従来は高齢者に関して高精度の速度推定が可能な技術は存在していなかった。
【００５２】
これに対して、本実施の形態にかかる移動速度推定装置は、高齢者に関して、個人差にかかわらず高精度の速度推定が可能である。図８は、被験者１を高齢者とした場合における速度推定の精度について示すグラフであり、横軸を移動速度の実測値とし、縦軸を本実施の形態にかかる移動速度推定装置による速度推定値としている。
【００５３】
具体的には、図８示す例は、７０歳以上の高齢者８０名の歩行速度に関して移動速度の推定を行ったものである。図８に示す例において、移動速度の実測値と推定値との間に生じる誤差を導出したところ、５．５７±３．６８％と、きわめて良好な値が得られている。
【００５４】
また、図８における直線は、各プロットをフィッティングすることによって得られたものである。ここで、移動速度の実測値と推定値とが完全に一致した場合には、フィッティング直線は原点を通り、かつ傾きが１の直線となり、横軸をｘ、縦軸をｙとした場合にｙ＝ｘという直線となる。これに対して、本実施の形態にかかる移動速度推定装置による推定値をプロットした図８では、フィッティングした直線は、
ｙ＝０．９９９４ｘ＋０．０１５１  ・・・（６）
となることが示されている。すなわち、本実施の形態にかかる移動速度推定装置を用いて移動速度の推定を行った場合、実測値と推定値とは完全に一致してはいないものの、非常に高精度の速度推定がなされていることが示されている。実際に、本実施の形態にかかる速度推定装置を用いて推定した移動速度と、実際の移動速度との相関関係を求めたところ、相関係数は０．９３２ときわめて良好な値を示している。このことから、本実施の形態にかかる速度推定装置は、測定対象を高齢者とした場合であっても、きわめて高い精度の速度推定が可能であるという利点を有することが示されている。特に、高齢者の場合には運動能力の個人差が大きいことに加え、いわゆるすり足歩行等、通常の歩行モデルとは異なる歩行形態を有することから、かかる運動能力の個人差等にかかわらず高精度の移動速度推定が行われることはきわめて高い価値を有するといえる。
【００５５】
次に、杖を用いて歩行した場合における移動速度の推定精度について説明する。高齢者の中には、運動機能の縮退が大きく、移動の際に杖に依存して歩行する者もいるが、かかる高齢者に関しても精度良く移動速度の推定が行えることを説明する。
【００５６】
図９は、被験者１が杖を用いた移動を行う場合における速度推定に関して、杖への依存度が高い高齢者と、杖への依存度が低い高齢者とについて、それぞれ演算部７によって周波数強度分布を導出した結果をしめすグラフである。図９において、杖への依存度が高い高齢者の移動動作に関する周波数強度分布は実線で示され、杖への依存度が低い高齢者に関する周波数強度分布は破線で示されている。
【００５７】
図９に示すように、杖への依存度が低い高齢者の場合には、移動動作に関して得られる周波数強度分布は図４に示すものと同様の傾向が見られ、推定される移動速度の精度も、杖を用いずに移動する場合と同様に良好なものとなる。一方、杖への依存度が高い高齢者の場合には、推定される移動速度の精度は若干低下することが確認されている。しかしながら、杖への依存度が高い高齢者のケースでも、従来と比較した場合には移動速度の推定精度は良好なものとなっている。また、上述のように本実施の形態にかかる移動速度推定装置では、抽出部８による周波数成分の抽出は１Ｈｚ〜３Ｈｚの範囲について行われることとしているが、図９のグラフで示すように、杖への依存度の高い高齢者の場合には、３Ｈｚよりも高周波数領域において顕著なピークが存在する。このようなピークは杖の使用によって生じるものと考えられ、例えば抽出部８によってかかるピークを考慮した周波数範囲の抽出を行うことによって移動速度の推定精度は向上するものと考えられる。
【００５８】
以上、実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されることはなく、当業者であれば様々な実施例、変形例等に想到することが可能である。例えば、実施の形態にかかる速度推定装置は、図１に示すように、各構成要素が別個独立に配置された構成を有することとしているが、かかる構成に限定すべきではない。具体的には、例えば、演算部７、抽出部８、エネルギー導出部９および速度演算部１０は、それぞれ所定の演算を行う機能を有するものであることから、単一の演算装置等を用いて一体的に構成することとしても良い。
【００５９】
また、図１に示すように、本実施の形態にかかる速度推定装置は、各ブロックに分かれた具体的構成からなることとしているが、実際にはハードウェア的な構成のものに限定して解釈する必要はなく、例えば演算部７、抽出部８、エネルギー導出部９、速度演算部１０等について、必要な機能をパーソナルコンピュータ等の計算機上で実行可能なプログラムによって実現する構成としても良い。一般的なパーソナルコンピュータはＣＰＵ等の演算機構を備え、ハードディスク等の記憶部を備えることから、必要な処理を記述したプログラムを用いることによって、これらの構成要素を実現することが可能である。
【００６０】
また、上記した速度推定のメカニズムから、本発明の適用対象は、移動時に鉛直方向の振動運動成分を生じるようなものであれば任意のものに対して適用することが可能であり、適用対象を人間に限定して解釈する必要はない。また、（１）式に示した信号エネルギー値と推定速度との関係はあくまで一例であって、（１）式に従った演算以外であっても、鉛直方向に関する周波数強度分布に基づいて導出することは可能であって、被験者の動作特性等に基づいて様々な導出式を用いることが可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態にかかる移動速度推定装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】移動速度推定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】加速度センサによって測定された被験者の鉛直方向の振動運動成分に関する時系列データの一例を示すグラフである。
【図４】演算部によって導出された周波数強度分布の一例を示すグラフである。
【図５】若年者および高齢者の双方を被験者とした場合における、加速度センサによって測定された鉛直方向の振動運動成分に関する時系列データを示すグラフである。
【図６】若年者および高齢者の双方を被験者とした場合における、演算部によって導出された周波数強度分布について示すグラフである。
【図７】高齢者を被験者とした場合における、速度演算部によって導出された移動速度と、実際の移動速度との比較を行うためのグラフである。
【図８】被験者を高齢者とした場合における速度推定の精度について示すグラフである。
【図９】杖への依存度が高い高齢者の周波数強度分布と、杖への依存度が低い高齢者の周波数強度分布を示すグラフである。
【図１０】年齢と移動速度との関係を示すグラフである。
【図１１】歩数と歩幅との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１    被験者
２    移動面
３    移動速度推定装置
４    垂直振動成分検出器
５    速度推定部
６    加速度センサ
７    演算部
８    抽出部
９    エネルギー導出部
１０  速度演算部
１１  出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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