DEIM Forum 2017 I3-4

逆進検知機能を有する案内粒度変更可能な音声経路案内システム
浮田弥†

山本 大介†

高橋 直久†† 名古屋工業大学大学院工学研究科情報工学専攻 〒 466–8555 愛知県名古屋市昭和区御器所町
E-mail: †ukita@moss.elcom.nitech.ac.jp, ††evh36138@ict.nitech.ac.jp, †††naohisa@nitech.ac.jp
あらまし

本研究では, 経路案内を音声のみで行う場合に歩行者にとってわかりやすい案内手法を提案するために,Android 端末用の音声案内アプリの開発を行った. 既存の音声経路案内システムではユーザを経路通りに進ませるよう音声案内を行うが, その手法は GPS の誤差に影響されやすく, またユーザ自身の直感に合っていない道を進ませる場合があるのではないかと考えた. 本研究はこの問題の解決のため, 経路案内における案内粒度が変更可能なシステムを提案する. 提案システムは, スマートフォン端末上で音声と地図による案内を行う際, 既存経路に小目的地を複数配置することにより, 案内粒度を変更可能とする機能や, ユーザの進むべき方向と距離などの情報を音声で伝える機能を持つ. さらに, 逆進検知機能を追加した. この音声経路案内システムの実現のため, 手軽に会話が作れる音声インタラ
クションシステム構築ツールキット”MMDAgent[1]”の音声を利用した. さらに, 作成したプロトタイプシステムに対する評価を行い, 提案手法の有用性を評価した.
キーワード

ナビゲーション,GPS, 音声対話システム

1. は じ め に本研究では GoogleMaps などから得られる案内経路上に「中間点」という小目的地を複数配置することでこれらの問題点の近年, モバイル端末における道案内システムが普及している解決を試みた.「中間点」とは GoogleMaps などから得られる

GoogleMaps の音声案内 [2] や Android の標準マップ [3] など案内経路上の頂点の一部のことであり, 1 つの案内経路上にはの既存のスマートフォン向けの地図アプリにおける音声案内シ複数の中間点を持ちうる. システムはこれらの中間点までの案

ステムでは, 細かく決められた経路に沿って右左折を音声で伝内を繰り返すことでユーザを目的地に案内する. また,「案内粒える形 (Turn-by-turn 方式) で案内を行うため, ユーザは自由度」とは案内の細かさのことで目的地までの中間点の数が多いに道を選択することができない [4]. また, 経路辺が短く入り組ほど案内粒度が細かく, 案内が丁寧といえる (図 1). また, 案内んだ道では GPS の誤差の影響を受けやすくなり, かえって案内粒度を粗くした場合ユーザが逆進する可能性もあるので逆進検が分かり辛くなる場合がある. 一方で「目的地への方向と距離知機能を加える.

のみを案内する (Radar 方式)」という, 前述のような煩わしさを解消した道案内アプリも存在する [5]. しかし, 示された方向に道が無い場合があるなどの問題がある. 本研究では, この 2 種のシステムの利点を活かした案内手法を提案する.
ここで既存の音声経路案内システムの問題点をまとめると次のようになる.
問題点１

Turn-by-turn 方式の経路案内システムでは, 経路探索結果に従って交差点毎に曲がるべき箇所を逐次ユーザに掲示していく方式が一般的である. しかし, システムの提示する経路は往々にしてユーザの直感に合った経路

図 1 中間点と案内粒度と一致しない場合がある.
問題点 2

Turn-by-turn 方式の経路案内システムでは,GPSの精度に大きく依存しており, 特に都心部などの道路密集地域においては GPS の誤差により曲がるべき道を間違えてしまうことがある.
問題点３ 目的地への方向と距離のみを案内する Radar 方式のシステムでは, 上記の問題の一部を解決可能であるが, 示された方向に道があるとは限らない場合がある.

2. 提案システムの概要
課題を満たすシステムは, 以下の機能が要件として挙げられる.
要件 1

スマートフォン端末上で, 音声と地図による案内を行う. システムの基本的なユーザインターフェースについては既存システムに倣い, 地図や現在位置, 経路表示などの最低限度の GUI を備えつつ, それらを見なくとも音声のみで案内が可能なものとする.

要件 2

既存経路に中間点を複数配置することにより, 案内

では経路情報の取得のため目的地と経由地の座標の取得が必要粒度を変更可能な経路案内機能を持つ. 経路上に小目的地となる. ユーザは目的地, 経由地に設定したい地点を画面の中央である「中間点」をアルゴリズムを用いて複数生成し, 中に表示させ, ボタンを押すとその地点が目的地, 経由地として設間点の数を変更することで案内粒度を調節する. 次章でア定される. このとき指定された地点の座標を取得し保存する.

ルゴリズムについて詳しく述べる. 中間点を用いて案内粒

3. 2 経路情報取得機能の実現方法

度を粗くすることによりユーザは経路通りに進む必要が無経路情報の取得については, 本研究室内に設置した Open-くなり,GPS の誤差の影響も小さくなるため問題点 1, 2 のStreetMap の道路データベースを利用する. 前節で保存した目解決になると考えられる. また, 案内粒度を粗くしても既存的地, 経由地の座標などの必要パラメータをサーバーへ送ると経路上に中間点を配置しているため問題点 3 の「示されたその 2 点を含んでいる範囲の道路データを取得する. 出発点と方向に道がない」という問題は発生しづらくなると考えら目的地から一番近いノードを見つけ出し, ダイクストラ法で最れる.

短経路を見つける. 出発点から目的地までの頂点の座標の情報

要件 3

ユーザの進むべき方向と距離などの情報を音声で伝を XML 形式で返す.

える. 先に紹介した Radar 方式の「目的地の方向と距離のこうして得られた経路情報が含まれている XML から情報みを案内する」という方法を一部採用し, 要件 2 で得られを取り出すため, その解析インターフェースである DOM を利た中間点への方向と距離のみによる案内を行う方法を用した. XML の内容は入れ子構造のタグで構成されている取った.

が図 3 のように,DOM はそれを木構造として扱うことができ

要件 4

現在地から中間点までの最短経路を定期的に取得し,る. 具体的には,XML では各径路辺の情報は複数ある<step>

ユーザが行き止まりや大きく遠回りしてしまうような方

タグ以下に 1 ずつ配置されており, その子孫ノードに経路辺の向へ進んだ場合, そのことをユーザに伝える.

始点と終点の経度, 緯度 (<start_location>,<end_location>下の<lat>,<lng>) が格納されているので, それを取り出す.

提案システムの構成図を図 2 に示す. 提案システムでは, まず地図上からユーザは経由地, 目的地を指定する.GPS から得た現在地の座標, 指定された経由地と目的地の座標から経路情報を取得し経路を表示する. それに対しユーザは案内粒度を指定する. 中間点生成アルゴリズムを用いて経路の再構築を行い新たな経路を表示する. そして, システムはユーザに中間点の方向と距離を定期的に音声で伝える. 実際には「(第 n 中間点 or 目的地) は (右や左) に, x m です.」というような案内文を音声で伝え, 複数の中間点を順に辿っていき目的地までの案内を行う.

図 3 XML の構造

3. 3 経路生成機能の実現
提案手法の経路は, 先の章で述べた通り, 既存の案内経路を再構築する形で行う. 前節で得られた案内経路上に,「中間点」という小目的地を複数配置し, 経路案内をすべて中間点に向けて行うという手法をとった. 中間点は, 出発点を第 0 中間点とし,以降は経路の線分の各頂点から選択し, 目的地を最終中間点とする. また, 中間点の生成は面積によるアルゴリズムで行う.
図 2 システムの構成図

中間点の配置方法は, 直線化のアルゴリズムである L2 error

norm weight アルゴリズムに条件を付け加えたアルゴリズムに3. 提案システムの実現法従って行う [8]. 出発地点を p0 , 目的地までの頂点を p1 ,p2 ,…pnとする. また初期値が 0 である変数 area と変数 x を用意し, 以本章では提案システムの実現法について述べる.

下の手順を繰り返して指定された頂点の数になるまで頂点を 1

3. 1 地図描画, 目的地, 経由地設定機能の実現方法

つずつ減らしていく. 残ったものを中間点とする.

描画する地図は, 既存のシステムを利用する.Android 端末で扱えるものは GoogleMaps[6] や OpenStreetMap[7] などが代表として挙げられるが, 今回のプロトタイプシステムでは, 簡単に表示が可能な GoogleMaps を採用している. 今回のシステム



現在位置からユーザが次に到達するノード A を求める. 次にそルール 1 頂点 pk (1<=k<=n-1) に対してそれぞれ以下の処理を行う.のノード A とつながっているリンクの数を数える. リンクの数が 1 つであった場合は行き止まりであると判定する.

◦（ a ） ̸ pk−1 pk pk+1 > 45 かつ △pk−1 pk pk+1

< area のとき
もしくは̸pk−1 pk pk+1 > 45◦ かつ area = 0 のとき

i. area = △pk−1 pk pk+1 にする
ii. x = kルール 2にする

ルール 1 の処理が終わると x には一番面積の小さい三角形を形成する中央の頂点の番号が入っているので px を除いた頂点で経路を生成し,x
図5= 0 area = 0 にする

3. 5 中間点や目的地への音声案内と到達判定の実現方法

ただし,̸ abc は辺 ab と辺 bc との角度,△abc は三角形 abc

現在位置の取得については, 端末の GPS 機能を利用した. 今の面積をそれぞれ示す.

逆進判定

回は右や左などのユーザ視点での方向案内が必要であるため,つまり, 各頂点と隣り合う前後の頂点によってできる三角形

ユーザの歩行軌跡からユーザの向いている方向を判定し, 中間の面積を計算していき, 角度による例外を除いた一番小さい面点や目的地への方向判定を行う. 図 6 のようにユーザが歩いて積を形成する中央の頂点を除外することによって 1 ずつ頂点をいる状況で現在位置, 数秒前の位置, 中間点 (目的地) の 3 点が減らしていく.n=5 のときの経路生成の様子を図 4 に示す.

成す角度からユーザから見た中間点 (目的地) の方向を判定可能である [9].
今回作成したプロトタイプシステムでは, 図 7 のように 8 つの方向を示す.

図6

方向判定の概要

図 4 面積による中間点生成の例

3. 4 逆進・行き止まり判定機能の実現方法
逆進の検知について, まず数秒前のユーザの位置と現在位置からユーザが次に到達するノード A を求める. 次にそのノードA から中間点までの最短経路の長さ x とユーザの向かっている
ノード A と反対のノード B から中間点までの最短経路の長さy を求める. x − y がある値より大きくなる場合, 遠回りしていると判定する (図 5).
行き止まりの検知についても, まず数秒前のユーザの位置と

図 7 方向に対する案内

音声案内については MMDAgent を利用する. そのために, 今回のシステムは MMDAgent からプラグインとして呼び出す方式をとっている. ユーザが端末のアプリである MMDAgent を格納していた目的地などの座標と現在位置の座標をサーバーに起動後, 提案システムを呼び出すことで提案システムの出力と送り, 経路情報を取得する. 取得した経路情報から頂点の経度緯してだけでなく, ユーザの入力インターフェースとしても音声が度座標の情報を取り出し, 端末画面上に得られた経路を表示す利用できるようになる. 自動案内については MMDAgent へ案る. ユーザは案内粒度を指定し, 経路生成ボタンを押すと, 案内内文をクエリとして渡すことで, 音声案内を定期的に呼び出すする経路と目的地までの案内文が表示される. 目的地までの案方式をとった. 案内文の内容は「(第 n 中間点 or 目的地) は,(右内文はボタンになっており, このボタンを押すと音声案内が開や左) に (距離)m です.」とした.

始される (図 8,9).

中間点や目的地への到達判定は, 以下の手順で判定している.



4. 5 音 声 案 内
音声案内が開始されると約 7 秒おきに現在位置を取得する.

手順 1 現在地と巡回済みでない中間点との距離をすべて

案内文は約 21 秒おきに MMDAgent を通じてユーザに伝えら求める

れる. 7 秒前の位置と現在位置, 目的地または中間点の座標から

手順 2 近傍に中間点があれば, それ以前の中間点を巡回方向判定機能でユーザ視点からの目的地または中間点の方向を済みとする

計算する. このとき, 現在位置から目的地または中間点への直線

手順 3 その次の中間点を目標とし, それより後の中間点距離を計算する. それらを使って案内文を作成する. 実際にはを未巡回とする「(第 n 中間点 or 目的地) は (右や左) に, x m です. 」というよ

手順 4 複数の中間点が近傍にある場合は, 一番目的地にうな案内文が作成される. このとき, 逆進・行き止まりの判定を近い中間点が選択される

行い, 逆進または行き止まりの判定であった場合警告文を作成



これにより, ユーザが途中の中間点を飛ばして次の中間点に到着してしまった場合も, 以前の中間点に引き返す案内をする
ことを防いでいる. また, 現在置と中間点または目的地の距離が 15m 以内になったら到着したと判定する.



在位置, 次の中間点の座標から方向を計算し「(第 n 中間点 or目的地) は (右や左) に, x m です. その後は (右や左) です.」と中間点の方向をユーザに伝える. そして, 第 n 中間点に 15m 以

内に近づいた場合は「第 n 中間点に到着しました. 次は (右や左) です.」というような案内文を作成する. これらの案内によっ

1 ユーザが進むべき方向の判定て中間点に着いた際, ユーザが立ち止まらずに次の中間点に迎2 中間点や目的地への距離と到達判定えるようになっている. 目的地の 15m 以内に近づいた場合は,

3 逆進または行き止まりの判定「目的地周辺です. お疲れ様でした.」とユーザに伝え案内を終

4 上記を伝える音声案内

また, 中間点の 30m 以内に近づいた場合は 7 秒前の位置, 現いうような案内文を作成し, 第 n 中間点に到着した後の第 n+1

方向案内については, プロトタイプシステムでは TimerTask
関数を利用し, 以下の機能を 20 秒間隔で呼び出している.

する.

了する.

なお, このタイマーはアプリを終了させるか, 目的地に到達すると停止する.

4. プロトタイプシステム
4. 1 プロトタイプシステムの開発
プロトタイプシステムの開発は,Windows 10 のもとで Eclipseを用いて Java によって行った. 完成したシステムは Nexus 5 端末に送り, アプリとして起動させている.

4. 2 プロトタイプシステムの構成
今回作成したプロトタイプシステムの構成図は先に示した図

図 8 経路情報取得前 (左), 経路取得 (中央), 案内経路表示 (右)1 と同じになっている. 入力としては経由地, 目的地の設定と案内粒度の指定が必要である. 出力としては,GoogleMaps の地図を中心とする GUI, その上での経路表示, 経路案内システムがMMDAgent を通じてユーザに行う音声案内となる.
4. 3 目的地, 経由地の設定
ユーザは経由地または目的地として設定したい場所を画面の中心に表示させる. そこで, 経由地または目的地のボタンを押すとその地点が経由地または目的地として設定される. この際, 設定された地点の緯度経度座標を変数に格納しておく.

4. 4 経路情報の取得と経路生成
目的地などが設定されたあと経路検索ボタンを押すと変数に

図 9 同じ経路で案内粒度を変えた場合

5. 1. 1 結果と考察

5. 提案システムの評価

今回の実験で得られたデータを表 1 に示す. それぞれの項目

プロトタイプシステムの評価として実験を行った.

について, 自由記述の意見も交え考察する.

5. 1 評価実験の目的と内容

項目 1:案内がわかりやすいと感じたか

今回の実験の目的は提案した中間点を用いたシステムと経路A(2.8) が B(3.4),C(3.8) より低い値になったのは経路通り通りに案内する既存の手法, 目的地の方向と距離のみを案内すに案内するため目的地や中間点の方向と距離のみを案内するシステムを比較することで, 案内粒度によるユーザに与えるる B や C の案内の方が簡単でわかりやすく感じたのでは不安や目的地への辿りつきやすさなどの違いを調査することにある.

ないかと考えられる.
項目 2:直感にあった道を進めていると感じたか

実験方法については, まず設定を案内粒度の細かい順に経路

案内粒度を粗くすることによって「正確に道が決まってい通りに案内を行う「A.Turn-by-turn 方式」の経路,「B. 中間点ないので自由度が高く, しばられない感じがよかった」とを生成する今回の提案手法」, 目的地の距離と方向のみを案内いう意見があった. 案内粒度が粗い経路ほど高い値になっする「C.Radar 方式」の 3 通りに分けた.A の経路は出発点かたので案内粒度を粗くすることによってユーザからは「直ら目的地まですべての経路を指定するので案内粒度は最も細か感に合った道を進めている」という評価が得られると考え

い.C の経路は目的地の距離と方向だけを案内するので案内粒度られる.

は最も粗い. B の経路は出発点と目的地に間にいくつかの中間

項目 3:案内が煩雑に感じた点を設定し, それらを辿るように案内を行う. 案内粒度は A とユーザによって「頻繁に案内してくれるので安心できた」C の間といえる. 比較はすべて同じ端末で行い, それぞれの設という意見と「案内の間隔が短い」という意見があったの定につき各 5 名, 合計 15 名すべてに同じ出発点, 目的地の経路で案内の間隔をユーザが指定できるようにする必要があるを進んでもらった. 具体的な実験の手順は, 以下の通りである.

（ 1 ） 被験者に全体的な地図と目的地, 案内経路を見せると考えられる.
項目 4:迷わず進めていると感じたか
この結果から中間点を配置せずに目的地のみを案内した場
合, 不安を感じてしまうが中間点を配置した場合は経路通（ 2 ） Android 端末を持たせ, 出発点から端末の音声のみにりに案内する場合とユーザが感じる不安はあまり変わらな

従って歩いてもらう.

いのではないかと考えられる.
（ 3 ） 音声案内は一定間隔で, 中間点または目的地の方向と項目 5:システムが現在地を正確に把握していると感じたか距離が伝えられる.

A(2.8) が B(3.4),C(3.2) より低い値になった. これはパ
ターン B,C における案内では, A に比べ「次の目的地まで（ 4 ） 目的地に着いた時点で実験を終了する.



実験終了後には以下に示す 10 項目の質問に回答してもらった.
項目 1 から 7 は 5 段階評価で, 「最も当てはまる」を 5 としており, 項目 8 から 10 は自由記述となっている.の距離」が長くなるからであり, その分 GPS による誤差を吸収しやすいためと考えられる.
項目 6:システムを使っての満足度
今回のシステムではユーザの方向判定の精度が低く A の経路は経路通りの案内するため方向判定を使用する機会が多項目 1 案内がわかりやすいと感じたか (5 段階)
項目 2 自分の直感にあった道を進めていると感じたか (5 段階)

く低い値になってしまったと考えられる.B や C では方向判定を A よりも正確に行わなくてもいいため, ユーザは方向判定の精度の低さを A ほど感じなかったのではないかと項目 3 案内が煩雑に感じたか (5 段階)
項目 4 迷わず進めていると感じたか (5 段階)
項目 5 システムが自分の位置を正確に把握していると感じたか (5 段階)
項目 6 システムを使っての満足度 (5 段階)
項目 7 案内時に不安を感じたか (5 段階)
項目 8 項目 7 で具体的に不安を感じた点はどこか (自由記述)
項目 9 今まで使用した類似システムと比べてどう感じたか (自由記述)
項目 10 その他システムに対する意見 (自由記述)

考えられる.
項目 7:案内時に不安を感じたか
ユーザの方向判定の精度が低く不安に感じてしまうという意見が多かったので方位センサーなどにより正確に方向判定を行う必要があると感じた. それによりユーザが立ち止まってしまった場合にも正しく方向判定を行うことができると考えられる. また, 今回の実験では目的地までの案内は音声だけで行った. そのため, 地図を見ることができず不安に感じたという意見が多かった. しかし, 経路通りの案内をするシステムよりは地図を確認する回数は減るのではないかと考えられる.

表1 実験結果
実験経路

A.Turn-by-turn 方式 B. 提案手法 C.Radar 方式

評価項目

評価 (5 段階)

案内が分かりやすい

2.8

3.4

3.8

直感にあった道を進めた

2.4

3.2

4.0

案内が煩雑に感じた

2.8

1.6

1.0

迷わず進めていると感じた

3.6

3.4

2.8

システムが位置を正確に把握している

2.8

3.4

3.2

システムを使っての満足度

2.2

3.2

3.8

案内時に不安を感じた

2.6

3.2

2.0

6. ま と め
本研究では, 経路案内を音声のみで行う場合に歩行者にとってより分かりやすい案内手法を提案するために, Android 端末用の音声経路案内アプリの開発を行った. 既存システムの案内手法 (Turn-by-turn 方式) の課題であると考えられる, 「システムの経路選択がユーザの直感的な経路選択に沿わない可能性があり, 入り組んだ経路だと GPS の誤差にも弱い」という点を解決するべく, 既存システムの経路上に「中間点」なるものを配置し, 案内粒度を下げることで音声道案内システムにも適応するように経路を簡単化するシステムを提案した. ユーザに分かりやすい中間点の配置を行うため経路の簡単化の際に用いるアルゴリズムを提案した. さらにユーザが行き止まりに向かったり遠回りするような場合, それを検知する機能を提案した. そして提案した実現法をもとに, 本論文であげた特徴「スマートフォン端末上で, 音声と地図による案内を行う」および特徴「案内粒度を変更可能な経路案内機能を持ち, それに適した音声案内を行う」の機能を有するプロトタイプシステムを実装し, これによって作られた経路に対する比較実験を行った.
評価実験は案内粒度の異なる 3 つの経路を被験者に歩いてもらいそれらを比較することにより行った. この結果より中間点を配置して案内を行うことにより GPS の誤差の影響を受けずにユーザの不安も減らすことができるという結果が得られた.
今後システムをより高めるための課題点としては, さらにわ
かりやすい中間点生成アルゴリズムや方位センサーの精度向上などが考えられる.
謝辞

本研究は JSPS 科研費 26330136，25700009 ，科学技術振興機構 CREST および総務省 SCOPE の助成を受けたものです．

文

献[1] 李 晃伸, 大浦 圭一郎, 徳田 恵一, 魅力ある音声インタラクションシステムを構築するためのオープンソースツールキット, 情報処理学会研究報告, Vol. 2011-SL-89, pp. 1-6, 2011.
[2] Google でできること
http://www.google.co.jp/dekiru/android/map.html. (2017/1/10に参照)[3] iOS8https://www.apple.com/jp/ios/maps/. (2017/1/10 に参照)
[4] iOS7 純正マップ VS Google マップ
http://www.appps.jp/2105716/[5] waaaaay
http://waaaaay.com/. (2017/1/10 に参照)
[6] Google マップ
http://maps.google.co.jp/. (2017/1/10 に参照)
[7] OpenStreetMap Japan
https://openstreetmap.jp/. (2017/1/10 に参照)
[8] 杉山博史, 土井美和子, ”交差点形状が与える心理的影響を考慮した道案内システム” , 電子情報通信学会論文誌. A, 基礎・境界
J87-A(1), pp.59-67, 2004.
[9] 原田麻紀, 山本大介, 片山喜章, 高橋直久,”道や角の分かりやすさを考慮した構内道案内システム”, 情報処理学会第 74 回全国大会,1P-8,2012.
[10] 岡田直樹, 山本大介, 高橋直久. 位置・方位センサを用いた構内におけるナビゲーション用地図データ生成システム, 2009 年度電子情報通信学会総合大会, D-4-1, 2009.
[11] 浮田 弥, 山本 大介, 高橋 直久, 中間点を用いた案内粒度変更可
能な音声経路案内システム , マルチメディア、分散協調とモバ
イル シンポジウム 2016 論文集 2016, pp. 428-435, 2016.7[12] Tomohiro Yanagi, Daisuke Yamamoto, Naohisa Takahashi,
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User-Based Mobile Maps Annotations, Proc. of IEEE/ACSICIS 2015, pp. 373 - 378, 2015.
[13] Masaki Murase, Daisuke Yamamoto, Naohisa Takahashi,
On-demand Generalization of Guide Maps with Road Networks and Category-based Web Search Results, Proc. ofW2GIS 2015, Springer LNCS, vol. 9080, pp 53-70, 2015.
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