(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３軸の加速度データを出力する加速度センサを備え、歩行者によって所持される携帯端末であって、
前記加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に出力する歩行タイミング決定手段と、
前記加速度データから当該携帯端末の姿勢を決定する姿勢決定手段と
を有し、
前記姿勢決定手段は、
前記加速度データから重力方向軸向きを決定する重力方向軸向き決定手段と、
複数の加速度データからなる加速度面の法線ベクトルを近似的に算出し、該法線ベクトルから回転軸を決定する回転軸決定手段と、
前記重力方向軸向き及び前記回転軸に基づいて進行方向軸を特定し、前記加速度データの合成加速度の大きさに基づいて連続する複数のピーク点を特定し、該ピーク点における進行方向軸方向の加速度に基づいて進行方向軸向きを決定する進行方向軸向き決定手段と
を有することを特徴とする携帯端末。
【請求項２】
前記進行方向軸向き決定手段は、
前記複数のピーク点について、当該合成加速度の大きさの「大」／「小」が交互に現れ、
前記合成加速度の大きさが「小」となる時における前記進行方向軸方向の加速度が、前記合成加速度の大きさが「大」となる時における前記進行方向軸方向の加速度よりも大きい時、前記進行方向軸の「正」の向きを進行向きとして決定し、
前記合成加速度の大きさが「小」となる時における前記進行方向軸方向の加速度が、前記合成加速度の大きさが「大」となる時における前記進行方向軸方向の加速度よりも小さい時、前記進行方向軸の「負」の向きを進行向きとして決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯端末。
【請求項３】
３軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
前記重力方向軸を判定基準ｙ軸に割り当て、前記進行方向軸を判定基準ｘ軸に割り当て、判定基準ｚ軸を判定基準ｙ軸の上から見たときに、判定基準ｘ軸の向きを９０度時計回り（右回り）に回転させた向きが、判定基準ｚ軸の向きになるように決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸に基づいて９０度単位で概略方位を決定する概略方位決定手段と
を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯端末。
【請求項４】
前記概略方位決定手段は、
進行向きが前記進行方向軸の「負」の向きであるとき、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、北と東との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、南と東との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、南と西との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、北と西との間にあると判定し、
進行向きが前記進行方向軸の「正」の向きであるとき、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、北と東との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、南と東との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、南と西との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、北と西との間にあると判定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の携帯端末。
【請求項５】
前記重力方向軸向き決定手段は、複数の加速度データにおける平均値の絶対値が最も大きい軸を、上下方向の重力方向軸と決定し、前記平均値が「正」ならば、下向きを「正」として、又は、前記平均値が「負」ならば、上向きを「正」として決定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の携帯端末。
【請求項６】
３軸の加速度データを出力する加速度センサを備え、歩行者によって所持される携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に出力する歩行タイミング決定手段と、
前記加速度データから当該携帯端末の姿勢を決定する姿勢決定手段と
してコンピュータを機能させ、
前記姿勢決定手段は、
前記加速度データから重力方向軸向きを決定する重力方向軸向き決定手段と、
複数の加速度データからなる加速度面の法線ベクトルを近似的に算出し、該法線ベクトルから回転軸を決定する回転軸決定手段と、
前記重力方向軸向き及び前記回転軸に基づいて進行方向軸を特定し、前記加速度データの合成加速度の大きさに基づいて連続する複数のピーク点を特定し、該ピーク点における進行方向軸方向の加速度に基づいて進行方向軸向きを決定する進行方向軸向き決定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする携帯端末用のプログラム。
【請求項７】
３軸の加速度データを出力する加速度センサを備え、歩行者によって所持される携帯端末を用いて進行向きを決定する進行向き決定方法であって、
前記加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に出力する第１のステップと、
前記加速度データから重力方向軸向きを決定する第２のステップと、
複数の加速度データからなる加速度面の法線ベクトルを近似的に算出し、該法線ベクトルから回転軸を決定する第３のステップと、
前記重力方向軸向き及び前記回転軸に基づいて進行方向軸を特定し、前記加速度データの合成加速度の大きさに基づいて連続する複数のピーク点を特定し、該ピーク点における進行方向軸方向の加速度に基づいて進行方向軸向きを決定する第４のステップと
を有することを特徴とする進行向き決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサを用いて歩行者の進行向きを決定する携帯端末、プログラム及び方法に関する。特に、現在位置における進行向きをリアルタイムに導出する自律航法技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速度センサ及び方位センサを用いて、進行方向及び現在位置をリアルタイムに導出する自律航法技術がある。自律航法技術は、ＧＰＳ(Global Positioning System)技術と組み合わされて、主にカーナビゲーションシステム(Car Navigation System)に利用されている。カーナビゲーションシステムは、自動車の運転者に対して、正確な進行方向及び現在位置と、目的地への走行経路案内とを、ディスプレイに表示する。
【０００３】
カーナビゲーションシステムは、ＧＰＳによって測位した現在位置情報を、車速パルス又はジャイロのような自律航法技術によって補正する。また、道路地図情報を必要に応じて読み出し、現在の走行経路が道路上と一致するように、進行方向及び現在位置を補正する（投影法によるマップマッチング技術、例えば特許文献１参照）。これにより、センサの誤差によって、現在位置が、道路上でない位置になることを防ぐことができる。
【０００４】
これに対し、このようなナビゲーション技術を、歩行者の所持する携帯端末に適応したシステムもある。具体的には、検出した歩行者の「歩数」と、その歩行者の「歩幅」とを用いて、始点からの累積的な現在位置を導出する（例えば特許文献２参照）。自律航法技術を歩行者に適応した場合、水平方向の移動以外の加速度成分も検出される。従って、測定される距離は、単純に加速度センサの出力を積分するのではなく、歩数及び歩幅から導出される。
【０００５】
「歩数」は、携帯端末内の加速度センサによって検出された軸毎の加速度を二乗和の平方根とし（√(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)）、そのピーク−ピーク間を１歩として検出する（例えば特許文献３参照）。「歩幅」は、利用者が予め設定するか、若しくは利用者の身長から推定する。又は、他の技術によれば、歩行者に規定距離を歩行させることによって、その歩幅をキャリブレーションする技術もある（例えば非特許文献１参照）。
【０００６】
「進行方向」は、「方位センサ」によって検出される。方位センサとしては、一般に地磁気センサが利用される。地磁気センサを用いて検出した端末の姿勢及び方向を、ディスプレイに３次元表示する技術もある（例えば特許文献４参照）。また、進行方向に交差点を介して複数の道路が存在する場合、その交差点を、現在位置とする技術もある（例えば特許文献５参照）。
【０００７】
自律航法技術を用いた現在位置の決定について、センサデータの累積的誤差の影響を防ぐために、交差点での右折左折を検出した際に、その交差点を、現在位置の特定のための始点とする技術もある（例えば特許文献６参照）。即ち、方向転換が検出される毎に、センサデータの累積的誤差がリセットされることなり、その後の現在位置の特定に、先の累積的誤差が影響しない。
【０００８】
また、端末の鉛直方向を決定した後に、鉛直方向加速度と進行方向加速度との関係を用いて進行向きを決定する、自律航法技術もある(例えば特許文献７参照)。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−０６１４０８号公報
【特許文献２】特開平９−０８９５８４号公報
【特許文献３】特開２００５−０３８０１８号公報
【特許文献４】特開２００４−０４６００６号公報
【特許文献５】特開平３−０９９３９９号公報
【特許文献６】特開昭６３−０１１８１３号公報
【特許文献７】特開２００８−０３９６１９号公報
【非特許文献１】「Nike＋iPodユーザーズガイド」、第２７頁、「online」、［平成２０年４月１２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://manuals.info.apple.com/ja/nikeipod_users_guide.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献４に記載された技術によれば、加速度センサ及び地磁気センサを用いて静止状態における端末の姿勢を導出することができる。静止状態では、加速度センサによって検出される加速度ベクトルは、重力のみを表す。従って、その重力ベクトルとその地磁気ベクトルとを用いて導出される世界座標系から、端末の姿勢を導出することができる。
【００１１】
しかしながら、実際に、携帯端末を所持した歩行者の進行方向を導出する場合、端末の姿勢を求めるだけでなく、端末のどちらの向きが歩行者の進行方向であるのかを決定することが必要となる。
【００１２】
特許文献７に記載された技術によれば、端末の姿勢を導出した後、歩行者の進行向きを決定することができる。しかし、進行向きを決定する期間について、端末の姿勢が変わらないことを前提としており、歩行者が携帯端末を手持ちにしている場合には、端末姿勢が変化するために、正しい進行方向を求めることができない。
【００１３】
そこで、本発明は、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合に、その携帯端末に搭載された加速度センサを用いて歩行者の進行向きを決定することができる携帯端末、プログラム及び方法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】
本発明によれば、３軸の加速度データを出力する加速度センサを備え、歩行者によって所持される携帯端末であって、
加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に出力する歩行タイミング決定手段と、
加速度データから当該携帯端末の姿勢を決定する姿勢決定手段と
を有し、
姿勢決定手段は、
加速度データから重力方向軸向きを決定する重力方向軸向き決定手段と、
複数の加速度データからなる加速度面の法線ベクトルを近似的に算出し、該法線ベクトルから回転軸を決定する回転軸決定手段と、
重力方向軸向き及び回転軸に基づいて進行方向軸を特定し、加速度データの合成加速度の大きさに基づいて連続する複数のピーク点を特定し、該ピーク点における進行方向軸方向の加速度に基づいて進行方向軸向きを決定する進行方向軸向き決定手段と
を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、進行方向軸向き決定手段は、
複数のピーク点について、当該合成加速度の大きさの「大」／「小」が交互に現れ、
合成加速度の大きさが「小」となる時における進行方向軸方向の加速度が、合成加速度の大きさが「大」となる時における進行方向軸方向の加速度よりも大きい時、進行方向軸の「正」の向きを進行向きとして決定し、
合成加速度の大きさが「小」となる時における進行方向軸方向の加速度が、合成加速度の大きさが「大」となる時における進行方向軸方向の加速度よりも小さい時、進行方向軸の「負」の向きを進行向きとして決定する
ことも好ましい。
【００１６】
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
３軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、
重力方向軸を判定基準ｙ軸に割り当て、進行方向軸を判定基準ｘ軸に割り当て、判定基準ｚ軸を判定基準ｙ軸の上から見たときに、判定基準ｘ軸の向きを９０度時計回り（右回り）に回転させた向きが、判定基準ｚ軸の向きになるように決定し、該判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸に基づいて９０度単位で概略方位を決定する概略方位決定手段と
を更に有することも好ましい。
【００１７】
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
概略方位決定手段は、
進行向きが進行方向軸の「負」の向きであるとき、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、北と東との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、南と東との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、南と西との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、北と西との間にあると判定し、
進行向きが進行方向軸の「正」の向きであるとき、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、北と東との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、南と東との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、南と西との間にあると判定し、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、北と西との間にあると判定する
ことも好ましい。
【００１８】
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、重力方向軸向き決定手段は、複数の加速度データにおける平均値の絶対値が最も大きい軸を、上下方向の重力方向軸と決定し、平均値が「正」ならば、下向きを「正」として、又は、平均値が「負」ならば、上向きを「正」として決定することも好ましい。
【００１９】
本発明によれば、３軸の加速度データを出力する加速度センサを備え、歩行者によって所持される携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、
加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に出力する歩行タイミング決定手段と、
加速度データから当該携帯端末の姿勢を決定する姿勢決定手段と
してコンピュータを機能させ、
姿勢決定手段は、
加速度データから重力方向軸向きを決定する重力方向軸向き決定手段と、
複数の加速度データからなる加速度面の法線ベクトルを近似的に算出し、該法線ベクトルから回転軸を決定する回転軸決定手段と、
重力方向軸向き及び回転軸に基づいて進行方向軸を特定し、加速度データの合成加速度の大きさに基づいて連続する複数のピーク点を特定し、該ピーク点における進行方向軸方向の加速度に基づいて進行方向軸向きを決定する進行方向軸向き決定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、３軸の加速度データを出力する加速度センサを備え、歩行者によって所持される携帯端末を用いて進行向きを決定する進行向き決定方法であって、
加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に出力する第１のステップと、
加速度データから重力方向軸向きを決定する第２のステップと、
複数の加速度データからなる加速度面の法線ベクトルを近似的に算出し、該法線ベクトルから回転軸を決定する第３のステップと、
重力方向軸向き及び回転軸に基づいて進行方向軸を特定し、加速度データの合成加速度の大きさに基づいて連続する複数のピーク点を特定し、該ピーク点における進行方向軸方向の加速度に基づいて進行方向軸向きを決定する第４のステップと
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の携帯端末、プログラム及び方法によれば、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合に、その携帯端末に搭載された加速度センサを用いて歩行者に把持された端末姿勢を決定することができる。本発明によれば、携帯端末の姿勢が特定できるので、地磁気センサを用いることにより、歩行者の進行向きの概略的な方位も決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、歩行者の歩行態様と、加速度変動方向及び地磁気変動方向とを表す説明図である。
【００２４】
図１によれば、歩行者は、携帯端末を手持ちにし、その手を前後に振りながら歩行している。このような一般的な歩行態様を横方向から見れば、携帯端末の位置は、円弧を描きながら振り子状に前後に変動している。また、進行方向から見れば、携帯端末の位置は、上下に変動している。
【００２５】
携帯端末を手持ちした腕における肩部分は、携帯端末の位置変動が描く円弧の回転軸となる。この曲線の変動は、携帯端末に搭載された加速度センサ又は地磁気センサによって検出される。即ち、その回転軸とその円弧とからなる平面（扇形）は、加速度面（加速度ベクトル群の成す面）として表される。携帯端末が手持ちで振られる限り、この加速度面は、進行方向と平行になる。
【００２６】
また、加速度センサから出力された加速度データの二乗和の平方根（√(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)）を求めることによって、合成加速度の大きさが得られる。図１によれば、歩行者に把持された携帯端末の位置として、位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃが表されている。位置Ｂは、歩行者の手が真下にある時（最下点）であり、本発明では位置Ｂにおける端末の向きを決定する。
【００２７】
位置Ｂにおける手持ちされた携帯端末の合成加速度の大きさは、極大となる。逆に、位置Ａ及び位置Ｃは、歩行者の手が最も高い位置にある時（最上点）であり、その合成加速度の大きさは、極小となる。位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃのいずれにおいても重力が検出される。また、位置Ａと位置Ｃでは、左右交互に歩を進めることから合成加速度の大きさに差が生じる。これによって、加速度データによって、腕振り方向に基づく加速度面と、重力方向と、前後を導出することができる。
【００２８】
更に、歩行者及び携帯端末に対しては、地磁気が到来している。歩行者が、端末を一定の姿勢で保持し、一方向に真っ直ぐ進行している限り、その地磁気のセンサ座標系における到来方向は同じである。しかしながら、歩行者は、手持ちにした携帯端末を前後に振るために、その腕振りに応じて、地磁気の到来方向が、曲線を描いて変動する。この曲線の変動は、携帯端末に搭載された地磁気センサによって検出される。
【００２９】
携帯端末には加速度センサ及び地磁気センサが搭載されている。センサは、端末に対して固定されており、端末の向きが決まれば、センサの軸の向きも決まる。
【００３０】
図２は、歩行者の把持する携帯端末におけるセンサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を表す説明図である。
【００３１】
図２（ａ）によれば、携帯端末の姿勢に対応したセンサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸が表されている。ここで、歩行者によって把持された携帯端末は、手振りによって常に姿勢が変化している状態にある。携帯端末の姿勢が決定されない限り、地磁気に基づいて方位を決定することもできない。
【００３２】
図２（ｂ）によれば、携帯端末の姿勢が不明であっても、重力方向軸向きが特定されている。携帯端末が、歩行者の手が真下にある時（位置Ｂ、最下点）、その位置Ｂにおける重力方向軸向きを決定する。
【００３３】
この重力方向軸向きは、加速度センサによって検出される加速度データを用いる。所定時間範囲に検出された加速度ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の加速度データについて、各軸の加速度の平均の絶対値が最も大きな軸が、重力方向軸となる。また、重力は、下向きに検出されるため、重力方向軸の加速度の平均値が「正」の場合には、下向きが「正」となり、加速度の平均値が「負」の場合には、下向きが「負」（上向きが「正」）となる。
【００３４】
ここで、重力方向軸向きが、センサのｙ軸で、そのｙ軸の上向きが「正」であったとする。このときセンサのｙ軸を判定基準ｙ軸に割り当てる。
【００３５】
判定基準ｙ軸の上から見たときに、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸は、判定基準ｘ軸の向きを９０度時計回り（右回り）に回転させた向きが、判定基準ｚ軸の向きになるように決定される。
【００３６】
前述の例では、重力方向軸向きが、携帯端末のセンサｙ軸（上向きが「正」）に対応するものとして説明した。しかしながら、携帯端末の姿勢によっては、重力方向軸向きが、下向きが「正」となる場合もあるし、センサｘ軸になる場合もあるし、センサｚ軸になる場合もある。
【００３７】
尚、ここでは、携帯端末内部に搭載された加速度センサと地磁気センサとの配置構成について、加速度センサのｘ軸と地磁気センサのｘ軸は同じ向きであるとする。同様に、加速度センサのｙ軸と地磁気センサのｙ軸とは同じ向きであり、加速度センサのｚ軸と地磁気センサのｚ軸とは同じ向きである。
【００３８】
図３は、加速度センサ及び地磁気センサの数値例と、歩行タイミングを表すグラフである。
【００３９】
図３によれば、加速度センサ及び地磁気センサが、１秒間に１６個のデータを出力した数値例であって、携帯端末を把持した歩行者の進行向きが、北東となっている時間範囲のものである。図３に基づいて、加速度センサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の平均値を算出する。
加速度センサｘ軸：−１６９．５
加速度センサｙ軸：−７８６．９４
加速度センサｚ軸：７５．６９
このとき、加速度の平均の絶対値が最も大きい軸は、ｙ軸である。即ち、ｙ軸は、重力方向軸となる。また、ｙ軸の平均値は「負」となっているので、ｙ軸は、上向き、即ち重力と反対向きであることが判定できる。重力方向軸を判定基準ｙ軸に割り当てる。
【００４０】
図３には、更に、歩行タイミングを表すグラフが表されている。歩行タイミングは、歩毎の最下点ピークとして決定される。このタイミングは、端末を所持している側の足の歩なら、図１の位置Ｃであり、反対側の足なら、図１の位置Ａである。その歩行タイミングｔ１〜ｔ５が、数値例に対応付けられている。以下では、歩行タイミングｔ４の時点を例に、端末姿勢と進行向きの決定手順を説明する。尚、センサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の関係は、図２（ａ）に示したものと同じである。
【００４１】
図４は、重力方向軸向き、回転軸及び進行方向軸を表すベクトル図である。簡単化のために、重力方向軸にセンサｙ軸、回転軸にセンサｚ軸、進行方向軸にセンサｘ軸を割り当てているが、加速度と地磁気とが、センサ座標系に対してどの向きに検出されるかは、端末の姿勢に依存する。
【００４２】
図４によれば、加速度センサから得られた３軸の加速度データ（ｘ、ｙ、ｚ）と、地磁気センサから得られた３軸の地磁気データ（ｘ、ｙ、ｚ）とが、３次元座標系にプロットされたものである。携帯端末を手持ちした歩行者による腕振り動作に応じて、進行方向と平行に、加速度データをプロットした加速度面が検出できる。
【００４３】
複数の加速度データをプロットした加速度面を平面に近似することによって、その加速度面の法線ベクトルを導出することができる。加速度面の法線ベクトルの成分が最も大きな軸が、回転軸となる。
【００４４】
加速度面を近似的に算出する方法としては、例えば、最小二乗法がある。最小二乗法は、残差の２乗の和が最小になるように、その現象に対し、予測関数ｆ(ｘ)のそれぞれの係数を決定する方法である。残差とは、ｉ番目のデータｎｉに対して予測された関数値ｆ(ｎｉ)と、測定されたデータｍｉとの差、即ちｍｉ−ｆ(ｎｉ)である。
【００４５】
一般に原点を通る平面は、以下の式（１）によって表される。
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝０                                            式（１）
このとき、（ａ，ｂ，ｃ）は、平面に対する法線ベクトルとなる。
【００４６】
ここで、計算を単純化するために、式（１）を、式（２）のように変形する。
ｚ＝αｘ＋βｙ                                                  式（２）
尚、（ａ，ｂ，ｃ）は法線ベクトルであるため、ｃ＝−１として問題無い。
【００４７】
ｎ個の点群ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ（ｉ＝１〜ｎ）が与えられたとき、以下の式（３）が最小となるα及びβを算出すればよい。
Ｓ＝Σi=1n(ｚｉ−αｘｉ−βｙｉ)２                              式（３）
【００４８】
ここで、以下のように規定したとする。
Ａ＝Σi=1n(ｘｉ２)
Ｂ＝Σi=1n(ｙｉ２)
Ｃ＝Σi=1n(ｚｉ２)
Ｄ＝Σi=1n(ｘｉ×ｙｉ)
Ｅ＝Σi=1n(ｘｉ×ｚｉ)
Ｆ＝Σi=1n(ｙｉ×ｚｉ)
【００４９】
このとき、式（３）は、以下のような式（４）になる。
Ｓ＝Ａα２＋Ｂβ２＋Ｃ＋２αβＤ−２αＥ−２βＦ                式（４）
【００５０】
式（４）をαの関数とみたとき、凹型の２次関数となり、極小値が最小となる。これは、βにおいても同様である。即ち、Ｓをα、βに関して偏微分し、０となる点が求める解となる。
【数１】
0004993758.tif 000002
【００５１】
式（５）及び式（６）を解くと、以下の式（７）及び式（８）のように算出できる。
α＝（ＢＥ−ＤＦ）／（ＡＢ−Ｄ２）                              式（７）
β＝（ＡＦ−ＤＥ）／（ＡＢ−Ｄ２）                              式（８）
前述したように、法線ベクトルは（α，β，−１）である。
【００５２】
図３の数値例によれば、加速度面の法線ベクトルは、以下のように算出される。
法線ベクトル（−０．０５０８，−０．０８６５，−１）
従って、センサz軸が、回転軸、即ち左右方向の軸となる。センサｙ軸が重力方向軸であり、センサｚ軸が左右方向の軸であるので、センサｘ軸が、進行方向軸、即ち前後方向の軸であることが判明する。また、センサｘ軸（進行方向軸）の向きは判定基準ｘ軸と同じ向きになるように割り当てる。判定基準ｘ軸と判定基準ｚ軸の関係から、センサｚ軸の向きは判定基準ｚ軸の向きと同じになる。
【００５３】
次に、前向きの軸を決定する。そのために、歩毎の最下点ピークを利用する。歩毎の最下点ピークは、端末を所持している側の足の歩と、反対側の足の歩とが、交互に現れるので、合成加速度の大きさも「大」と「小」とが交互に現れる。このとき、合成加速度の大きさが「小」の方が、端末を所持している側の足の歩であり、図１によれば、端末の位置は、位置Ｃとなる。
【００５４】
図５は、合成加速度の大きさ「大」及び「小」における判定基準ｘ軸加速度を比較して、進行向きを特定する説明図である。
【００５５】
合成加速度の大きさにおける複数のピーク点について、当該合成加速度の大きさの「大」／「小」が交互に現れる。そして、合成加速度の大きさが「小」となる時における判定基準ｘ軸加速度が、合成加速度の大きさが「大」となる時における判定基準ｘ軸加速度よりも大きい時、判定基準ｘ軸の「正」の向きを進行向きとして決定する。また、合成加速度の大きさが「小」となる時における判定基準ｘ軸加速度が、合成加速度の大きさが「大」となる時における判定基準ｘ軸加速度よりも小さい時、判定基準ｘ軸の「負」の向きを進行向きとして決定する。
【００５６】
例えば、図３における歩行タイミングについて、合成加速度は、以下のように算出される。
ｔ１：  合成加速度７１７．７０  「大」（端末を所持していない側の足の歩）
ｔ２：  合成加速度６４２．５９  「小」（端末を所持している側の足の歩）
ｔ３：  合成加速度７４０．４３  「大」（端末を所持していない側の足の歩）
ｔ４：  合成加速度６０７．２４  「小」（端末を所持している側の足の歩）
【００５７】
ｔ１の合成加速度（７１７．７０）よりもｔ２の合成加速度（６４２．５９）が小さく、ｔ２の合成加速度（６４２．５９）よりもｔ３の合成加速度（７４０．４３）が大きく、ｔ３の合成加速度（７４０．４３）よりもｔ４の合成加速度（６０７．２４）が小さい。従って、ｔ２及びｔ４が「端末を所持している側の足の歩」であり、ｔ１及びｔ３が「反対側の足の歩」であることが判明する。
【００５８】
ここで、進行向きを決定する歩（ｔ４）における判定基準ｘ軸の加速度と、直前の歩（ｔ３）における判定基準ｘ軸の加速度とを、比較する。「端末を所持している側の足の歩」の判定基準ｘ軸加速度の方が大きいときに、判定基準ｘ軸の「正」の向きが前（進行向き）、「端末を所持していない側の足の歩」の判定基準ｘ軸加速度の方が大きいときに、判定基準ｘ軸の「負」の向きが前（進行向き）と決定することができる。
【００５９】
ｔ３及びｔ４の加速度ｘ軸（判定基準ｘ軸に割り当てられている）の値は、以下のようになる。
ｔ３：−３３
ｔ４：−２４７
従って、前向きは、加速度ｘ軸の「負」となる。
【００６０】
図６は、本発明によって決定された携帯端末の姿勢を表す説明図である。図６によれば、携帯端末が位置Ｂにあるときの姿勢が特定されている。
【００６１】
図７は、地磁気に対する判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を表す説明図である。
【００６２】
本発明によれば、携帯端末の姿勢が特定できているので、判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸における移動平均値の変化に応じて、９０度単位で進行方位を概略的に特定することができる。地磁気は、南から北に向かって検出される。従って、判定基準の軸（ｘ軸又はｚ軸）が北に向いている場合、地磁気は「正」の値として検出され、南に向いている場合、地磁気は「負」の値として検出される。図３によれば、以下のように、概略的に方位を特定することができる。
【００６３】
進行向きが判定基準ｘ軸の「負」の向きであるとき、
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、北と東との間にあると判定する。
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、南と東との間にあると判定する。
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、南と西との間にあると判定する。
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、北と西との間にあると判定する。
進行向きが判定基準ｘ軸の「正」の向きであるとき、
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、北と東との間にあると判定する。
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「負」である場合、進行向きが、南と東との間にあると判定する。
判定基準ｘ軸が「負」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、南と西との間にあると判定する。
判定基準ｘ軸が「正」であり且つ判定基準ｚ軸が「正」である場合、進行向きが、北と西との間にあると判定する。
【００６４】
北向きに移動している場合は、前後方向の軸は、前向きの軸の符号（正負）と同じ符号の値の地磁気を検出し、西向きに移動している場合は、左右方向の軸は、右向きの軸の符号（正負）と同じ符号の値の地磁気を検出する。また、南向き、東向きに移動している場合はそれぞれ反対の符号となる。
【００６５】
地磁気の一時的な変動による影響を抑えるため、移動している向きを決定する際には、所定範囲時間に検出された地磁気センサの値の合計値又は平均値を用いることが好ましい。図３の数値例を用いて１秒間に検出された地磁気の合計値は、以下のようになる。
判定基準ｘ軸  −４７０８
判定基準ｚ軸  ３１７２
このとき、ｘ軸に関しては、前向きの符号と同じ「負」の符号であり、ｚ軸に関しては、右向きの符号と反対の「正」の符号である。従って、進行方向は、北東であると特定できる。
【００６６】
図８は、本発明における携帯端末の機能構成図である。
【００６７】
図８によれば、携帯端末１は、マイクロプロセッサ部１０と、地磁気センサ１１と、加速度センサ１２と、ＧＰＳ部１３と、地図情報記憶部１４と、ディスプレイ部１５とを有する。
【００６８】
地磁気センサ１１は、３軸方向（前後方向、左右方向及び上下方向）の地磁気の方向を測定する。地磁気センサ１１は、ホール素子を分離し、分離したホール素子からそれぞれ検出された値を出力する。
【００６９】
加速度センサ１２は、加速度、即ち単位時間当たりの速度の変化を検出する。携帯端末の傾きを検出することができる３軸タイプの場合、３次元の加速度を検出でき、地球の重力（静的加速度）の計測にも対応できる。
【００７０】
ＧＰＳ部１３は、基準の現在位置となる緯度経度情報を測位する。測位された現在位置を基準点として、歩行者の現在位置を、歩数、歩幅及び進行方向によって積算することができる。
【００７１】
地図情報記憶部１４は、例えば道路地図のような走行経路を表す地図情報を記憶する。また、ディスプレイ部１５は、マイクロプロセッサ部１０から出力された進行方向及び現在位置を、地図情報と共に表示する。これにより、歩行者に対してナビゲーション機能を提供する。
【００７２】
マイクロプロセッサ部１０は、歩行タイミング決定部１０１と、姿勢決定部１０２と、概略方位決定部１０３と、歩幅決定部１０４と、移動量積算部１０５と、現在位置決定部１０６として機能させるプログラムを実行する。
【００７３】
歩行タイミング決定部１０１は、加速度センサ１２から出力された加速度データ列を、所定時間毎、例えば歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎の、加速度データに分割する。例えば、合成加速度の変化、即ち移動時の揺れ具合から歩数を算出することもできる。
【００７４】
姿勢決定部１０２は、歩行者に把持された携帯端末について、重力方向軸向きが下向きとなっている時の姿勢を決定する。
【００７５】
概略方位決定部１０３は、姿勢決定部１０２によって決定された携帯端末の姿勢に対する地磁気データに基づいて、９０度単位で概略的な方位を決定する。
【００７６】
歩幅決定部１０４は、歩行タイミング決定部１０２から１歩分の加速度データを受け取り、１歩毎の歩幅を決定する。決定された歩幅は、移動量積算部１０５へ出力される。歩幅は、合成加速度の変化、即ち移動時の揺れ具合と、歩行者の体型とによって決定される。
【００７７】
移動量積算部１０５は、歩幅決定部１０４から１歩分の歩幅の情報を受け取り、それら１歩分の歩幅を積算して、移動量を決定する。移動量は、現在位置決定部１０６へ出力される。
【００７８】
現在位置決定部１０６は、地図情報記憶部１４から地図情報を取得し、積算された移動量から現在位置を特定する。現在位置決定部１０６は、移動量積算部１０５から出力された移動量と、概略方位決定部１０３から出力された方位とに基づいて、地図情報にマップマッチングをして現在位置を決定する。
【００７９】
本発明の特徴となる姿勢決定部１０２は、重力方向軸向き決定部１０２１と、回転軸決定部１０２２と、進行方向軸向き決定部１０２３とを有する。
【００８０】
重力方向軸向き決定部１０２１は、加速度データから重力方向軸向きを決定する。重力方向軸向き決定部１０２１は、所定時間範囲について、複数の加速度センサのセンサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の平均値を算出する。加速度の平均の絶対値が最も大きい軸が、重力方向軸とする。また、その重力方向軸の平均値が「正」又は「負」によって、重力方向軸向きが決定される。
【００８１】
回転軸決定部１０２２は、複数の加速度データからなる加速度面の法線ベクトルを近似的に算出し、その法線ベクトルから回転軸を決定する。
【００８２】
進行方向軸向き決定部１０２３は、重力方向軸向き及び回転軸に基づいて進行方向軸が特定され、加速度データの合成加速度の大きさにおける連続する複数のピーク点における進行方向軸方向の加速度に基づいて進行方向軸向きを決定する。
【００８３】
以上、詳細に説明したように、本発明の携帯端末、プログラム及び方法によれば、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合に、その携帯端末に搭載された加速度センサを用いて歩行者の進行向きを決定することができる。本発明によれば、携帯端末の姿勢が特定できるので、地磁気センサを用いることにより、歩行者の進行向きの概略的な方位も決定することができる。
【００８４】
前述した本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】歩行者の歩行態様と、地磁気変動方向とを表す説明図である。
【図２】歩行者の把持する携帯端末におけるセンサｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を表す説明図である。
【図３】加速度センサ及び地磁気センサの数値例と、歩行タイミングを表すグラフである。
【図４】重力方向軸向き、回転軸及び進行方向軸を表すベクトル図である。
【図５】合成加速度の大きさ「大」及び「小」におけるｘ軸加速度を比較して、進行向きを特定する説明図である。
【図６】本発明によって決定された携帯端末の姿勢を表す説明図である。
【図７】地磁気に対する判定基準ｘ軸及び判定基準ｚ軸を表す説明図である。
【図８】本発明における携帯端末の機能構成図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  携帯端末
１０  マイクロプロセッサ部
１０１  歩行タイミング決定部
１０２  姿勢決定部
１０２１  重力方向軸向き決定部
１０２２  回転軸決定部
１０２３  進行方向軸向き決定部
１０３  概略方位決定部
１０４  歩幅決定部
１０５  移動量積算部
１０６  現在位置決定部
１１  地磁気センサ
１２  加速度センサ
１３  ＧＰＳ部
１４  地図情報記憶部
１５  ディスプレイ部
【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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