(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３軸の加速度検出手段と、
３軸のレート検出手段と、
前記３軸の加速度検出手段の出力より重力加速度方向を検出する重力加速度方向検出手段と、
前記重力加速度方向検出手段により得られた重力加速度方向を初期重力加速度方向として、前記３軸のレート検出手段の出力から補正値を算出する重力方向追尾手段と、
前記補正値に基づいて前記３軸の加速度検出手段の出力を補正する加速度信号補正手段と、
前記補正値に基づいて前記３軸のレート検出手段の信号を補正するレート信号補正手段と、
前記加速度信号補正手段の出力より地表面に対する上下振動成分を検出し、歩行者の歩く周期を歩周期として検出する歩周期検出手段と、
検出された前記歩周期に歩幅を乗じることによって歩数換算移動速度を算出する移動速度算出手段と、
前記レート信号補正手段の出力により地表面での進行方向を検出する移動方向検出手段と、
重力加速度成分を除去した前記歩行者の慣性移動速度が検出されているときに、振動成分が検出されていれば、前記歩数換算移動速度を選択して出力し、前記振動成分が検出されていなければ、前記慣性移動速度又はその変化速度を選択して出力する移動速度選択手段と
を備えることを特徴とする歩行者用移動速度・方向検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記移動速度算出手段で用いられる歩幅は、ＧＰＳ受信機を利用して得られた移動距離を、当該移動距離を歩くのに要した歩数で除することにより求めることを特徴とする歩行者用移動速度・方向検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記移動速度算出手段で用いられる歩幅は、ＧＰＳ受信機を利用して得られた移動距離と移動方向に対して、道路形状情報を用いた位置予測手法を施して得られる移動距離を、当該移動距離を歩くのに要した歩数で除することにより求めることを特徴とする歩行者用移動速度・方向検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、前記重力加速度方向に基づいて前記加速度信号補正手段の出力から前記重力加速度成分を除去する重力加速度除去手段と、前記重力加速度除去手段の出力に前記歩周期を乗じることによって前記変化速度を算出する速度変化算出手段と、前記変化速度を連続的に積算し平均化することにより前記慣性移動速度を算出する速度変化積算手段とをさらに備えることを特徴とする歩行者用移動速度・方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、歩行者が携帯可能な歩行経路誘導装置に適用して好適な歩行者用移動速度・方向検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歩行者用移動速度・方向検出装置に関連する技術として、例えば、自動車用ナビゲーションシステムを掲げることができる。このシステムでは、ＧＰＳによる衛星航法によって自車の位置が得られ、ディスプレイの地図上に自車の位置、進行方向等を表示するようになっている。
【０００３】
また、自動車用ナビゲーションシステムでは、仮にＧＰＳ衛星からの電波を受信することができない場合であっても、さらに、距離センサやレートセンサを併せて用いることで、いわゆる慣性航法により自車の位置を検出できるようにすることも知られている。
【０００４】
一方、歩行者の携帯可能なナビゲーションシステムとして、例えば、特開平８−２０２９８２号公報に開示された技術がある。この技術では、歩行者の現在位置を検出する手段としてＧＰＳ受信機を用い、また、歩行方向を検出する手段としてジャイロや地磁気センサを用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動車用ナビゲーションシステムを歩行者用移動速度・方向検出装置として使用することを考えた場合、ビル街や建築物の中を歩行する際には、歩行者の位置検出が不可能となり、たとえ、慣性航法が付いたナビゲーションシステムであっても、ビル街や建築物の中を歩行する場合に、移動距離または移動速度をどのように検出すればよいのかという課題がある。
【０００６】
一方、上述の歩行者が携帯可能なナビゲーションシステムを歩行者用移動速度・方向検出装置として使用することを考えた場合、その携帯可能なナビゲーションシステムを歩行者が常時一定向きに携帯保持しているという保証はなく、その出力の上下、左右が反転していることも考えられる。また、この歩行者が携帯可能なナビゲーションシステムでは、ＧＰＳ受信機、地磁気センサ等を用いているため十分な精度での歩行者位置の検出が困難であるという課題がある。
【０００７】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、歩行者がどのような状態で携帯保持していても移動速度・方向を検出することを可能とする歩行者用移動速度・方向検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、この発明は、移動速度・方向を正確に検出することを可能とする歩行者用移動速度・方向検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、３軸の加速度検出手段と、
３軸のレート検出手段と、
前記３軸の加速度検出手段の出力より重力加速度方向を検出する重力加速度方向検出手段と、
前記重力加速度方向検出手段により得られた重力加速度方向を初期重力加速度方向として、前記３軸のレート検出手段の出力から補正値を算出する重力方向追尾手段と、
前記補正値に基づいて前記３軸の加速度検出手段の出力を補正する加速度信号補正手段と、
前記補正値に基づいて前記３軸のレート検出手段の信号を補正するレート信号補正手段と、
前記加速度信号補正手段の出力より地表面に対する上下振動成分を検出し、歩行者の歩く周期を歩周期として検出する歩周期検出手段と、
検出された前記歩周期に歩幅を乗じることによって歩数換算移動速度を算出する移動速度算出手段と、
前記レート信号補正手段の出力により地表面での進行方向を検出する移動方向検出手段と、
重力加速度成分を除去した前記歩行者の慣性移動速度が検出されているときに、振動成分が検出されていれば、前記歩数換算移動速度を選択して出力し、前記振動成分が検出されていなければ、前記慣性移動速度又はその変化速度を選択して出力する移動速度選択手段と
を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、３軸の加速度検出手段によって地表面の方向（重力加速度方向）を検出し、当該歩行者移動速度・方向検出装置自体の保持されている姿勢を検出する。そして、３軸の加速度検出手段により歩行者の歩行によって生じる上下振動を検出し、この振動成分を解析することで、歩行者の歩く周期である歩周期（１歩を踏み出すのに要する時間）を検出する。この歩周期に歩幅を乗じることにより歩数換算移動速度を算出する。
【００１１】
そして、３軸の加速度検出手段により検出された地表面の方向を３軸のレートセンサの初期値として利用することにより、歩行者が急激な運動を行っている場合や乗り物を利用している場合などの３軸のレート検出手段の出力に誤差が生じるような場合であっても、地表面上での移動方向を検出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、歩行者の移動距離および移動方向（移動方位）を検出するための例としての歩行者用移動距離・方向検出手段１０の構成を示すブロック図である。なお、この図１例の歩行者用移動距離・方向検出手段１０を用いて歩行者用経路誘導装置を構成することができる。
【００１４】
図２は、歩行者の歩幅を設定する例としての歩幅設定手段１２の構成を示すブロック図である。
【００１５】
図３は、歩行者の慣性移動速度を検出するための例としての慣性速度検出手段１４の構成を示すブロック図である。
【００１６】
図４は、図１例の歩行者用移動距離・方向検出手段１０に図２例の歩幅設定手段１２と図３例の慣性速度検出手段１４を組み合わせ、全体として、例としての慣性速度の検出を含む歩行者用移動距離・方向検出手段１７の構成を示している。
【００１７】
図１に示す歩行者用移動距離・方向検出手段１０は、直交３軸の加速度を検出する手段としての３軸加速度センサ１６と、直交３軸のレートを検出する手段としての３軸レートセンサ１８を有している。
【００１８】
また、歩行者用移動距離・方向検出手段１０は、３軸加速度センサ１６の出力側に接続される重力加速度方向検出手段（重力方向検出手段）２０と、３軸レートセンサ１８と重力加速度方向検出手段２０の各々の出力側に入力が接続される重力加速度方向追尾手段２２を有している。
【００１９】
さらに、歩行者用移動距離・方向検出手段１０は、３軸加速度センサ１６と重力加速度方向追尾手段２２の出力側に入力が接続される加速度信号補正手段２４と、３軸レートセンサ１８と重力加速度方向追尾手段２２の出力側に入力が接続されるレート信号補正手段２６を有している。
【００２０】
さらにまた、歩行者用移動距離・方向検出手段１０は、加速度信号補正手段２４の出力側に入力が接続されるとともに、クロック発生手段２８からクロックが供給される歩周期検出手段３０と、歩周期検出手段３０の出力側に接続されるとともに、歩幅（歩幅信号または歩幅データともいう。）が供給される移動速度算出手段３２と、レート信号補正手段２６の出力側に接続される移動方向検出手段３４を有している。
【００２１】
図１に示す歩行者用移動距離・方向検出手段１０は、基本的には、以上のように構成される。次に、その動作を説明する。なお、歩行者用移動距離・方向検出手段１０を構成する各構成要素には、必要に応じてマイクロコンピュータが搭載され、コンピュータによる処理により以下の動作が遂行される。
【００２２】
３軸加速度センサ１６は、歩行者の動きに応じてｘ、ｙ、ｚの各軸方向の加速度を検出し、各軸の加速度信号（単に、加速度ともいう。）Ｇｘ０、Ｇｙ０、Ｇｚ０（ｍ／ｓ2 ）を出力する。３軸レートセンサ１８は、歩行者の動きに応じて各軸方向のレートを検出し、各軸のレート信号（単に、レートともいう。）Ｒｘ０、Ｒｙ０、Ｒｚ０（ｒａｄ／ｓ）を出力する。
【００２３】
重力加速度方向検出手段２０は、３軸の加速度信号Ｇｘ０、Ｇｙ０、Ｇｚ０から重力による加速度成分を抽出し、その方位を重力加速度方向信号ｇ（ｍ／ｓ2 ）として出力する。この場合、重力加速度方向の検出は、３軸の加速度信号Ｇｘ０、Ｇｙ０、Ｇｚ０のうち、少なくとも１つの加速度信号の振幅が周期的に変化していると判断した場合、例えば、歩行者が歩行していると判断した場合には、低域通過フィルタ処理等により、比較的に高周波の振動成分を除去した残りの直流成分を重力加速度成分として分離することができる。また、歩行者が立ち止まっている場合等、加速度信号Ｇｘ０、Ｇｙ０、Ｇｚ０に振動成分が含まれていない状態においては、得られている加速度信号を重力加速度成分と同定すればよい。
【００２４】
重力加速度方向追尾手段２２は、重力加速度方向検出手段２０が重力加速度方向信号ｇの検出に成功したときの３軸レート信号Ｒｘ０、Ｒｙ０、Ｒｚ０を初期値として設定し、この後に得られる各軸のレート信号Ｒｘ０、Ｒｙ０、Ｒｚ０を歩行者用移動距離・方向検出手段１０の傾き（地表面に対しての傾き）として処理することにより、歩行者用移動距離・方向検出手段１０が地表面に対してどのような状態（傾き）になっているかを算出し、その算出結果を補正量（補正値）として出力する。
【００２５】
加速度信号補正手段２４は、重力加速度方向追尾手段２２から出力される補正値を用いて各軸の加速度信号Ｇｘ０、Ｇｙ０、Ｇｚ０を、地表面に対する３軸の加速度信号Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚに変換して出力する。
【００２６】
同様に、レート信号補正手段２６は、重力加速度方向追尾手段２２より出力される補正値を用いて各軸のレート信号Ｒｘ０、Ｒｙ０、Ｒｚ０を地表面に対する３軸のレート信号Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚに変換して出力する。
【００２７】
クロック発生手段２８は、歩行者の歩く周期を検出するための一定周期（例えば、０．２ｍｓ）のクロックを発生する。歩周期検出手段３０は、加速度信号補正手段２４より出力される地表面方向に対する加速度運動に変換された３軸の加速度信号Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚから、例えば、高域通過フィルタ処理により振動成分（上下成分）を分離し、分離した振動成分の周期より歩行者が１歩１歩踏み出すのに要する時間を前記一定周期のクロックの数を計数して時間換算することにより検出し、歩周期（歩周期信号）として出力する。
【００２８】
移動速度算出手段３２は、歩周期検出手段３０により検出された歩周期に、設定された利用者（歩行者）の歩幅、あるいはデフォルト値の歩幅を乗じることによって、移動速度（移動速度信号）を算出する。
【００２９】
移動方向検出手段３４は、レート信号補正手段２６から出力される地表面方向に対するレート運動に変換された３軸レート信号Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚより、重力加速度方向の上下軸回りの回転角度を検出し、それを移動方向として出力する。
【００３０】
この場合、図１例の歩行者用移動距離・方向検出手段１０によれば、歩行者がどのような状態で携帯保持していても的確に地表面に対する移動距離・方向が検出可能となる。換言すれば、歩行者用移動距離・方向検出手段１０自体の姿勢を検出することが可能となっている。また、図１例の歩行者用移動距離・方向検出手段１０によれば、３軸加速度センサ１６の出力に基づいて検出した歩周期に、設定した歩幅を乗じることによって移動速度を求めることが可能となり、例えば、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない状況においても歩行者の移動速度を検出することが可能になるという効果が達成される。
【００３１】
図２例の歩幅設定手段１２は、ＧＰＳ受信機４２と、このＧＰＳ受信機４２の出力側に接続される測定位置記憶手段４４と、ＧＰＳ受信機４２の出力側に接続されるとともに前記歩周期検出手段３０から歩周期が供給される歩数記憶手段４６と、歩数記憶手段４６と測定位置記憶手段４４の出力側に接続される歩幅算出手段４８と、歩幅算出手段４８の出力側に接続されるとともに前記歩周期検出手段３０からの歩周期が供給される歩幅記憶手段５０と、測定位置記憶手段４４と歩数記憶手段４６の入力側に接続される計測タイミング指示手段５２とを備える。
【００３２】
図２に示す歩幅設定手段１２は、基本的には、以上のように構成される。次に、その動作を説明する。なお、歩行者用移動距離・方向検出手段１０を構成する各構成要素と同様に、歩幅設定手段１２を構成する各構成要素には、必要に応じてマイクロコンピュータが搭載され、コンピュータによる処理により以下の動作が遂行される。
【００３３】
ＧＰＳ受信機４２は、受信アンテナ４３を通じてＧＰＳ衛星からの電波を受信して測定位置（緯度、経度、高度）を検出する。測定位置記憶手段４４は、ＧＰＳ受信機４２が電波を受信可能なときの測定位置を記憶し、その測定位置間（２点間）の距離を計算して出力する。
【００３４】
歩数記憶手段４６は、ＧＰＳ受信機４２が電波を受信可能なときの任意の２点（測定位置）間の移動に要した歩数を記憶する。歩数は、測定位置間の歩周期信号を計数することによって計算することができる。
【００３５】
歩幅算出手段４８は、測定位置記憶手段４４に記憶されている任意の２点（測定位置）間の距離を、歩数記憶手段４６に記憶されている、対応する任意の２点間の歩数で除することにより歩幅を算出することができる。
【００３６】
歩幅記憶手段５０は、算出した歩幅をそのときの歩周期と関連づけた表（ルックアップテーブル）として記憶する。例えば、歩周期が０．５秒のときの１ｍ等の歩幅を、歩周期が１秒のときの５０ｃｍ等の歩幅と関連づけて記憶する。そして、この対応表を必要に応じて更新し、かつ歩周期に対応した歩幅を登録歩幅として出力する。
【００３７】
計測タイミング指示手段５２は、測定位置記憶手段４４と歩数記憶手段４６とで用いられる任意の２点（測定位置）の計測開始タイミングと計測終了タイミングを指示する。
【００３８】
図２例の歩幅設定手段１２によれば、利用者としての歩行者の個人差、あるいは、歩行者の体調等を原因とする歩幅の違いを登録歩幅として自動的に設定、更新することが可能になるという効果が達成される。
【００３９】
この場合、歩周期、換言すれば、歩行者の歩きのテンポ（並足、早歩き、ゆっくり歩き、駆け足等）に応じて、歩幅を記憶するようにしているので、歩行者の歩きのテンポ（歩き方）に応じた歩幅を出力することができる。
【００４０】
なお、移動速度算出手段３２（図１参照）に設定される歩幅は、図２例による登録歩幅に限らず、図示していない入力設定手段により任意に設定することも可能である。
【００４１】
また、歩幅の設定は、歩行者の移動経路と道路地図（電子的な道路形状情報）を用いて、いわゆるマップマッチング（位置予測手法）を行い、地図上の移動距離を歩数で除することによっても得ることができる。
【００４２】
図３例の慣性速度検出手段１４は、加速度信号補正手段２４から出力される地表面に対する３軸の加速度信号Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚと重力加速度方向検出手段２０から出力される重力加速度方向信号ｇを受け取る重力加速度除去手段６０と、重力加速度除去手段６０の出力側に接続されるとともにクロック発生手段２８からのクロックが供給される速度変化算出手段６２と、この速度変化算出手段６２の出力側に接続される速度変化積算手段６４とを備える。
【００４３】
次に、慣性速度検出手段１４の動作について説明する。なお、この慣性速度検出手段１４を構成する各構成要素にも、必要に応じてマイクロコンピュータが搭載され、コンピュータ処理により以下の動作が遂行される。
【００４４】
重力加速度除去手段６０は、加速度信号補正手段２４から得られる補正された加速度信号Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚから、重力加速度方向検出手段２０により得られている重力加速度方向信号ｇを用いて重力加速度成分を除去した加速度信号Ｇｘ′、Ｇｙ′、Ｇｚ′を求めて出力する。速度変化算出手段６２は、クロック発生手段２８より与えられる所定のクロック周期（時間）を乗じることによって速度変化を検出する。速度変化積算手段６４は、検出した速度変化値を連続的に積算して平均した値、いわゆる移動平均値を慣性移動速度として出力する。
【００４５】
図４は、上述したように、図１例の歩行者用移動距離・方向検出手段１０に図２例の歩幅設定手段１２と図３例の慣性速度検出手段１４を組み合わせた、例としての慣性速度の検出を含む歩行者用移動距離・方向検出手段１７の構成を示している。
【００４６】
この図４例では、歩周期と登録歩幅から移動速度算出手段３２により得られる歩数換算移動速度と、慣性速度検出手段１４により得られる瞬時的変化速度あるいは慣性移動速度を移動速度選択手段７０により選択して出力できるように構成されている。
【００４７】
なお、移動速度選択手段７０は、移動速度として、高精度の移動速度検出が難しい比較的低速での移動状況では、歩数換算移動速度を選択し、十分な大きさの加速度が得られる高速での移動状況では、慣性移動速度または変化速度を選択することにより、いずれの状況においても高精度での移動速度の検出が可能となる。なお、移動速度選択手段７０は、慣性移動速度または変化速度を選択する場合、変化速度より慣性移動速度の信号レベルが十分大きい場合に、その慣性移動速度を選択する。
【００４８】
詳しく説明すると、通常、歩行者としての人が足を使って歩行する速度は、４〜８ｋｍ／ｈ程度であり、駆け足の場合でも２０＋αｋｍ／ｈ程度であって、充分な大きさの加速度信号を検出することが困難である。また、足による移動の場合には、振動ノイズが存在するため慣性移動速度を選択すると誤差が大きくなる。
【００４９】
したがって、移動速度がある程度より大きい場合には、歩行者が乗物に乗って移動している可能性が高い。乗物による移動の場合には、充分な加速度信号が得られることが多いので、慣性移動速度を選択する。なお、徒歩による移動と乗物による移動の違いは、慣性移動速度が検出されているときに、振動成分が検出されていれば徒歩による移動と判断することができる。
【００５０】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、歩行者用移動速度・方向検出装置の姿勢を検出することができることから、歩行者がどのような状態で携帯保持していても移動速度・方向を検出することができるという効果が達成される。
【００５２】
また、この発明によれば、３軸の加速度検出手段とレート検出手段を用いて歩行者の上下動を検出するとともに、移動方向を検出しているので、ＧＰＳ受信機を使用することなく、前記上下動の周期から移動速度を求めることが可能になるという効果が達成される。
【００５３】
また、ＧＰＳ受信機を用いた場合には、歩幅を校正することが可能となり、一層正確に移動速度を算出することができるという効果が達成される。
【００５４】
そして、歩幅を校正できるように構成した場合には、利用者の個人差に応じた歩幅を設定することが可能になるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】歩行者の移動距離および移動方向（移動方位）を検出するための歩行者用移動距離・方向検出手段の構成例を示すブロック図である。
【図２】歩行者の歩幅を設定する歩幅設定手段の構成例を示すブロック図である。
【図３】歩行者の慣性移動速度を検出するための慣性速度検出手段の構成例を示すブロック図である。
【図４】図１例の歩行者用移動距離・方向検出手段に図２例の歩幅設定手段と図３例の慣性速度検出手段を組み合わせた慣性速度の検出を含む歩行者用移動距離・方向検出手段の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０、１７…歩行者用移動距離・方向検出手段
１２…歩幅設定手段              １４…慣性速度検出手段
１６…３軸加速度センサ          １８…３軸レートセンサ
２０…重力加速度方向検出手段    ２２…重力加速度方向追尾手段
２４…加速度信号補正手段        ２６…レート信号補正手段
３０…歩周期検出手段            ３２…移動速度算出手段
３４…移動方向検出手段
【図１】
0003851406.tif 000002
【図２】
0003851406.tif 000003
【図３】
0003851406.tif 000004
【図４】
0003851406.tif 000005