自律型測位を用いた歩行者経路案内システムの構築
大竹久美子・蒔苗耕司

Development of a Pedestrian Navigation System Using Autonomous Positioning
Kumiko OTAKE, Koji MAKANAE

Abstract:

In this study, a pedestrian navigation system by an autonomous positioning system using gyro

and acceleration sensors was developed. Although the method by the integration of acceleration wasapplied as the method of move distance measurement, sufficient accuracy was not able to be acquired.
Instead, the number of walking steps using the acceleration sensor is used as the method of measurement.
High accuracy for positioning was realized by matching with spatial data.
Keywords: 測位システム(positioning system), 空間データモデル(spatial data model), 3D GIS,
歩行者経路案内(pedestrian navigation)

１．はじめに現在，ITS（高度交通情報システム）の一分野として歩行者経路案内システムの開発が進められている．

元都市空間経路案内システム（蒔苗・高木，2003）に実装し，測位方式及びシステムの有用性を検証する．

しかし，歩行者のためのシステムでは，駅舎内や地２．測位及び経路案内技術の現状下街等の屋内での移動を考慮する必要があり，その2-1 測位技術ような場所では GPS（Global Positioning System）に屋内･屋外を問わないシームレスポジショニングよる測位が難しいという問題がある．このような問を実現するために Pseudolite（擬似衛星）が研究され題に対して，GPS に依存しない自律的な測位システているが，その利用にあたってはインフラ整備が不ムの構築が求められ，研究が進められている．

可欠である．一方，インフラを要しない自律型の測そこで本研究では，屋内でも利用可能な自律型測位方法として，地磁気センサと歩数計による測位方位システムとして，ジャイロセンサと加速度センサ法（廣瀬ほか，2001；小西・柴崎，2001）や赤外線を用いたシステムを構築するとともに，それを 3 次

ビーコンと歩数計，ジャイロセンサを利用した方法（天目ほか，2002），加速度センサによる方法（佐川大竹：SBS 株式会社 仙台ラボラトリ
E-Mail: k-ohtake@sendai-lab.sbsnt.ne.jp
蒔苗：〒981-3298 宮城県黒川郡大和町学苑 1
宮城大学事業構想学部デザイン情報学科
Phone: 022-377-8368 E-mail: koji@makalab.org

ほか,2002）などの研究が進められているが，実際に経路案内システムと連動した実用段階には達していないのが現状である．

経路案内システム
測位システムyaw

OpenGL

現在地、軌跡を表示

ジャイロセンサ

補正
DOM

pitchroll
加速度センサ補正

空間データ

加速度図 1 システム構成図
layer
polygonnodelink
2F

１F

図3

空間データの透視表現例

サを 2 個用いることで 3 軸の加速度の計測を可能に
図 2 都市空間データモデルの基本構造
2-2

歩行者向け経路案内システム

GPS を用いた経路案内システムは，携帯電話にもした．進行方向は，ジャイロセンサから yaw，pitch，roll として得ることができ，移動距離は，加速度センサからの加速度データを利用して算出する．
3-2 空間データの構築搭載され，既に生活に身近なものとなってきているシステムを構築するにあたり，検証に用いる屋内（例えば，KDDI「EZ ナビウォーク」）．半自律 GPSの空間データとして宮城大学本部棟 3 階，4 階部分の導入は短時間での測位を実現しているが，屋内でを用いた．空間データは，蒔苗・高木（2003）によの測位は困難である．また，PDA と GPS を用いたる都市空間データモデルを基に構築し，XML で実歩行者向けの経路案内システムの社会実験(横浜市装した．本モデルの基本的なデータ構造は図 2 のよ道路局，2003）等も行われており，実験結果では，うに示され，経路はリンクとして表現される．構築

屋内やビルが乱立した市街地などでは GPS によるしたデータの透視表現を図 3 に示す．また平面図か位置情報が取得しづらいという状況が明らかになっら容易に空間データの構築を行うための簡易エディている．

タを作成し，汎用的な空間データ構築を可能として

３．歩行者経路案内システムの概要
3-1 システム構成
本研究で開発する歩行者経路案内システムは，ジャイロセンサと加速度センサに用いて，歩行者の移いる．
４．自律型測位手法の検討
4-1 移動距離の算出(1) 加速度の二階積分による算出

動方向と移動距離を求め，それを空間データとリン加速度を二階積分することで移動距離を求めるこ

クさせ，現在位置，軌跡を表示するシステムである．とができる．加速度の積分には，離散的数値データシステム構成図を図 1 に示す．

を積分するために，数値積分を用いる．代表的な数

ジャイロセンサには，InterSense 社の InterTrax2

値積分方法としては，台形公式とシンプソン公式が（USB 接続；地磁気センサを含む）を，加速度センある．本研究では，それぞれを適用した場合の精度

サには，IPI 社の PIC-ADXL 2 軸加速度センサキットについて検証を行ったが，顕著な差はみられなかっ（RS-232C 接続）2 個を使用した．2 軸の加速度センた．また，80 m の歩行実験を行なったが，距離の標

AxisZ

1.5

表 1 歩数計測の実験結果

1.4
1.3acceleration

1.2
1.1
10.9
0.8
0.7
0.60.5time

図 4 歩行時の Z 軸加速度の変化

12345678910
平均
標準偏差

実際
126
121120126
122121118115118119120.6
3.47

歩数(歩)
計測
124118120
126
121121121118
119120120.82.53

誤差23001033
11
1.41.26実際80.06
80.06
80.06
80.06
80.06
80.06
80.06
80.06
80.06
80.06
80.06
0.00

距離(m)
計測
81.84
77.88
79.2
83.16
80.52
79.86
77.88
75.9
77.88
78.54
79.27
2.14

誤差
1.78
2.18
0.86
3.1
0.46
0.2
2.18
4.16
2.18
1.52
1.86
1.20

準偏差が 25.2 となり，他の研究（佐川ほか 2002）

からは，加速度センサによる歩数計測が，歩行移動でも指摘されているように，蓄積誤差が大きいとい距離の取得には有効であることが明らかといえる．

う結果を得た．加速度センサの傾斜による誤差の除

4-2 進行方向の推定方法

去やジャイロを使用した停止判断による加速度の補本システムでは，歩行者の進行方向を知るために正など，いくつかの誤差の除去や補正を試みたが，ジャイロセンサの yaw 角を利用しているが，yaw 角

実際に経路案内に利用できるほどの精度を得ることには原点ドリフトと呼ばれる現象が存在し，この現はできなかった．

象によってジャイロの基準軸が初期設定した方向か(2) 加速度センサによる歩数計測らの誤差が生じる．yaw 角のドリフトによる誤差は，積分による距離の算出では誤差が大きいことから，地磁気センサ等により補正されるが，地磁気は鉄筋

加速度センサによる歩数計測を基に移動距離を求めコンクリートや車などの鉄塊の近くでは，磁場の乱る手法を適用する．この手法では，誤差の蓄積を避れにより正確に補正が行われないという問題がある．

けることが可能であり，比較的安定したデータを取よって，屋内で利用可能な測位システムを構築する得することができ，小西・柴崎（2002）の研究におには，yaw 角を地磁気以外から補正することが必要いてもその有効性が示されている．

不可欠である．本システムではこの誤差に対して，

図 4 は 5 歩歩いたときの鉛直方向（Z 軸）の加速度の変化を示したグラフである．加速度のピーク数

空間データと現在地のマッチングを行うことで，進行方向の大きなずれを防ぐこととする．

をカウントすることで歩数を推定できると考える．

node は互いにリンクしており，歩行者はこのリン予め 5 歩歩行することで，ピークの判定基準値を算クをたどって歩いているとする．3 つの node を接続出する．基準値は，ピーク数が 4 となるよう調整をしてつくられる角を用いてyaw 角を補正することが行う． これは，1 歩目は 2 歩目以降より加速度が小可能となる．補正方法を図 5 に示す．

さく，それを基準値とすれば誤判定が生じる場合が多くなるためである．また歩幅は，個人の標準歩幅をあらかじめ計測により求める．
(3)歩数計測による移動距離測定実験
歩数計測の有効性を確認するために移動距離測定実験を行なった． 80 m の距離を歩行し（被験者の歩幅 66 cm）で歩行し， 10 回試行した． その結果を表 1 に示す．歩数の誤差平均は 1.4，距離の平均誤差 1.86 m, 標準偏差 2.14 という結果であり，本実験

５．システム検証実験
宮城大学本部棟 4 階，図 6 (a)の A から B まで（距離：約 163 m），本システムを身につけて歩行し，その歩行軌跡の精度を検証する．被験者の歩行速度は約 1.5m/s 及び歩幅は約 55cm である．
図 6 (b)は目的地に到着した時のシステムの実行
画面を示しているが，図 6(a)の歩行ルートと比べると，ほぼ正確に軌跡を描いていることがわかる．特node

アlink
修正イ

推定経路

(a)歩行経路
図 5 方向の補正方法(b)システムによる歩行軌跡

図 6 実験での歩行経路と歩行軌跡に，曲がり角は，yaw 角の乱れが大きく影響するにる．本研究での移動計測実験は水平移動に限定したもかかわらず，軌跡は概ね正しく表現されている．

が，垂直移動に関する検証も必要である．また経路

また，図のア，イの部分では，yaw 角の乱れを補正

案内システムの実用化を目指し，より使い易いインしていることが顕著に現れており，空間データからターフェースの構築も必要不可欠であり，これらはの補正が有効であることも示されている．

今後の課題である．

６．おわりに
本研究では，屋内でも利用可能な自律型測位として，ジャイロセンサと加速度センサを用いた測位システムを構築するとともに，その経路案内システムへの実装を行なった．移動距離算出に関しては，加速度を二階積分することで求める方法と比べて，より精度の高い結果を得ることのできた歩数計測を用いた．また，進行方向の推定に関しては，yaw 角の原点ドリフトを空間データから補正するという手法を用いた．それにより本システムが，インフラに依存することなく，自律的に歩行者の位置を推定する測位システムとして，十分に機能することを示した．
さらに，空間データとの間での補正を行うことで，水平移動に対して有効な精度が得られることを示した．
今後の課題として，動的な歩幅推定による測位精度の向上が挙げられる．本システムでは歩幅は固定値として扱っているが， Z 軸加速度の変化や速度等により動的に歩幅を推定する手法の確立が必要である．また複数の歩行者が利用する場合においても，容易に初期設定が可能となるような工夫が必要であ

参考文献
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