JP2012037452A - 歩行方位検出装置および歩行方位検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行者の歩き始めの歩行方位を、素早く高精度に検出することができる歩行方位検出装置を提供すること。
【解決手段】歩行方位検出装置７００は、人の歩行方位を検出する装置であって、人の加速度の鉛直成分および水平成分を取得する加速度成分算出部７３０と、鉛直成分および水平成分の時系列データに基づき、歩行方位を判定する歩行方位算出部７７０とを有し、歩行方位算出部７７０は、人が停止状態にあった直後に鉛直成分が極小を呈したとき、加速度の方位を歩行方位とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、人の歩行方位を検出する歩行方位検出装置および歩行方位検出方法に関する。

歩行者が歩く方向に車両が接近している場合、または、歩行者が歩く方向の信号機が赤となっている場合に、歩行者に対して警告を行うような技術が望まれる。このような技術を実現するためには、歩行者が歩く方向の方位（以下「歩行方位」という）を検出する必要がある。

そこで、歩行方位の検出方法は、歩行者のＧＰＳ（global positioning system）情報から歩行方位を算出することが考えられる。また、別の方法としては、歩行者の携帯電話機等の携帯品に取り付けられた加速度センサや方位センサを用いて、歩行方位を自律航法により検出する技術を利用することが考えられる（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の技術は、加速度センサの計測結果および方位センサの計測結果とを用いて、人の加速度の鉛直成分および水平成分を取得する。そして、特許文献１記載の技術は、鉛直成分が極大を呈した直後に極小を呈したとき、水平成分が極大を呈した部分の加速度の方位を歩行方位とする。これらの従来技術によれば、歩行者の歩行方位を検出することができる。

特開２００３−３０２４１９号公報

しかしながら、上述の従来技術では、歩行者の歩き始めの歩行方位を、素早く高精度に検出することができないという課題がある。なぜなら、ＧＰＳ情報を用いた技術では、位置計測の精度や位置取得までの遅延時間を鑑みると、数メートル歩いてからでなければ高い精度の歩行方位を検出することはできないからである。また、特許文献１記載の技術では、歩行中の動作を対象とした歩行方位検出に関するものであり、歩き始めの歩行方位に適用しても、歩行方位の検出タイミングが遅くなるからである。

例えば、信号が青に変わり、歩行者が横断歩道を渡り始めたときに、脇から自転車が飛び出してくるといった状況が考えられる。このような状況では、有効な警告を歩行者に対して行うためには、できるだけ早く的確に歩行方位を検出する必要がある。したがって、歩行者の歩き始めの歩行方位を、できるだけ早く高精度に検出することができる技術が望まれる。

本発明の目的は、歩行者の歩き始めの歩行方位を、素早く高精度に検出することができる歩行方位検出装置および歩行方位検出方法を提供することである。

本発明の歩行方位検出装置は、人の歩行方位を検出する歩行方位検出装置であって、前記人の加速度の鉛直成分および水平成分を取得する加速度成分算出部と、前記鉛直成分および前記水平成分の時系列データに基づき、前記歩行方位を判定する歩行方位算出部とを有し、前記歩行方位算出部は、前記人が停止状態にあった直後に前記鉛直成分が極小を呈したとき、前記加速度の方位を前記歩行方位とする。

本発明の歩行方位検出方法は、人の歩行方位を検出する歩行方位検出方法であって、前記人の加速度の鉛直成分および水平成分を取得するステップと、前記鉛直成分および前記水平成分の時系列データに基づき、前記人が停止状態にあった直後に前記鉛直成分が極小を呈したか否かを判断するステップと、前記人が停止状態にあった直後に前記鉛直成分が極小を呈したとき、前記加速度の方位を前記歩行方位であると判定するステップとを有する。

本発明によれば、歩行者の歩き始めの歩行方位を、素早く高精度に検出することができる。

本発明の実施の形態１に係る歩行方位検出装置を含む警告システムの構成を示すシステム構成図 本実施の形態１における携帯端末および基地局の構成の一例を示すブロック図 本実施の形態１に係る歩行方位検出装置の構成の一例を示すブロック図 本実施の形態１における加速度センサおよび方位センサの取付状態の一例を示す図 本実施の形態１における加速度成分算出部および歩行方向算出部の構成の一例を示すブロック図 本実施の形態１における加速度の各成分を説明するための図 本実施の形態１に係る歩行方位検出装置の効果を説明するための図 本実施の形態１に係る歩行方位検出装置の全体動作を示すフローチャート 本実施の形態１に係る歩行方位検出装置の各処理間の情報の流れを示すシーケンス図 本実施の形態１における加速度計測データのフォーマットの一例を示す図 本実施の形態１における方位方向計測データのフォーマットの一例を示す図 本実施の形態１における加速度計速データの絶対値グラフの一例を示す図 本実施の形態１における端末座標系を示す図 本実施の形態１における傾斜角を説明するための第１の図 本実施の形態１における傾斜角を説明するための第２の図 本実施の形態１における傾斜角を説明するための第３の図 本実施の形態１における停止状態の判定条件の一例を説明するための図 本実施の形態１における歩行開始判定処理の一例を示すフローチャート 本実施の形態１における極大極小検出処理の一例を示すフローチャート 本実施の形態１における水平成分からの検出の対象となる所定の特徴について説明するための図 本実施の形態１における歩行角度算出処理の一例を示すフローチャート 本実施の形態１における水平成分の極大点の抽出の様子の一例を示す図 本実施の形態１における歩行方向の定義を示す図 本実施の形態１における歩行方向の算出式の例を示す図 本実施の形態１における装置方位の定義を示す図 本実施の形態１における装置方位の算出式の一例を示す図 本実施の形態１における歩行方位の定義およびその算出手法の一例を示す図 本発明の実施の形態２における歩行開始判定処理の一例を示す図

以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態に係る歩行方位検出装置を含む警告システムの構成を示すシステム構成図である。

図１において、警告システム１００は、歩行者２００が携帯する携帯端末３００と、街中に配置されたカーブミラー等の構造物４００に取り付けられた基地局５００とを有する。

携帯端末３００は、本発明に係る歩行方位検出装置を備えた装置であり、例えば携帯電話機である。携帯端末３００は、歩行方位検出装置により、携帯端末３００の（つまり歩行者の）位置および歩行方向を検出し、逐次、近くの基地局５００へ無線送信する。本実施の形態では、携帯端末３００は、歩行者２００が立ち止まった状態から歩行を開始したとき（歩き始め）の歩行方向のみを、検出対象として扱うものとする。

基地局５００は、カメラやレーダ等のセンサにより、基地局５００に接近する移動体（自動車、自転車等）６００の検出を行う。また、基地局５００は、検出結果と、携帯端末３００からの受信した歩行者２００の位置および歩行方向とに基づき、歩行者２００に対する警報が必要か否かを判断する。そして、基地局５００は、警告が必要と判断した場合には、移動体６００の接近を通知する警告を歩行者２００に対して行う。警告は、基地局５００からの音声あるいは光の出力により行われても良いし、携帯端末３００からの音声、光、あるいは振動の出力により行われても良い。ここでは、警告は、基地局５００から携帯端末３００へと警告情報が送信され、携帯端末３００から音声が出力されることにより行われるものとする。

このような警告システム１００は、例えば、曲がり角の死角により歩行者２００からは視認することができない移動体６００の接近を、歩行者２００に警告することができ、接触事故を未然に防ぐことができる。すなわち、警告システム１００は、歩行者２００の歩き始めの歩行方位を用いることにより、歩行者２００の安全を図ることができる。

次に、各装置の構成について説明する。

図２は、携帯端末３００および基地局５００の構成の一例を示すブロック図である。

図２において、携帯端末３００は、無線通信部３１０、出力部３２０、出力内容生成部３３０、および本発明に係る歩行方位検出装置７００を有する。

無線通信部３１０は、近くの基地局５００との間で双方向の無線通信を行う。

出力部３２０は、液晶ディスプレイ等の画像表示装置と、ラウドスピーカ等の音声出力装置とを有し、画像および音声を出力する。

出力内容生成部３３０は、後述の歩行方位検出装置により生成された歩行方向情報と、基地局５００から無線通信部３１０を介して受信した警告情報とに基づいて、歩行者２００に対する出力内容（ここでは警告音）を生成する。そして、出力内容生成部３３０は、生成した出力内容を、出力部３２０を介して、歩行者２００に対して出力する。

歩行方位検出装置７００は、歩行者２００の歩行方位を検出する。具体的には、歩行者２００が停止状態にあった直後に、歩行者２００の加速度の鉛直成分が極小を呈したとき、歩行者２００の加速度の方位を、歩行方位であると判定する。停止状態の定義については後述する。そして、歩行方位検出装置７００は、歩行方位が検出される毎に、歩行方位を含む歩行方位情報を、出力内容生成部３３０および無線通信部３１０を介して基地局５００へ送信する。

このような携帯端末３００は、歩行者２００が停止状態にあった直後に、歩行者２００の加速度の鉛直成分が極小を呈したタイミングで、歩行方位を検出し、基地局５００へ送信することができる。このタイミングの検出は、後述するが、特許文献１記載の技術による歩行方位検出タイミングよりも早い。

また、図２において、基地局５００は、無線通信部５１０および検出部５２０を有する。

無線通信部５１０は、近くの携帯端末３００との間で双方向の無線通信を行う。

検出部５２０は、カメラ等のセンサにより、基地局５００に接近する移動体６００の検出を行う。また、検出部５２０は、無線通信部５１０を介して携帯端末３００から上述の歩行方位情報を受信すると、移動体６００の検出結果と受信した歩行方位情報とに基づいて、適宜、警告情報を生成する。具体的には、検出部５２０は、携帯端末３００（つまり歩行者２００）の歩き出した方向に移動体６００が接近しているとき、その旨を通知する警告情報を生成する。そして、検出部５２０は、生成した警告情報を、無線通信部５１０を介して携帯端末３００へ送信する。

このような基地局５００は、携帯端末３００が検出した歩行方位に基づいて、適切な警告を行うことができる。

次に、歩行方位検出装置７００の構成について説明する。なお、歩行方位検出装置７００が使用する各種パラメータの定義の詳細、および歩行方位検出装置７００が行う演算の詳細については、後述する。また、以下、携帯端末３００の位置および向きを基準として予め定められた座標系を、端末座標系といい、鉛直方向および方位を基準として予め定められた座標系を、ワールド座標系という。

図３は、歩行方位検出装置７００の構成の一例を示すブロック図である。

図３において、歩行方位検出装置７００は、加速度計測部７１０、方位計測部７２０、加速度成分算出部７３０、方位成分算出部７４０、歩行方向算出部７５０、装置方位算出部７６０、および歩行方位算出部７７０を有する。

加速度計測部７１０は、加速度センサを有し、端末座標系における携帯端末３００に掛かる加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）を計測する。そして、加速度計測部７１０は、一定期間の加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）を保持する。本実施の形態では、携帯端末３００は、歩行者２００の服の胸ポケット等に収納されており、携帯端末３００に掛かる加速度が歩行者２００に掛かる加速度と同一視できるものとする。したがって、加速度計測部７１０は、歩行者２００に掛かる加速度として、携帯端末３００に掛かる加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）を計測する。

方位計測部７２０は、地磁気センサを有し、端末座標系における方位方向Ｈ_０（Ｈｘ_０，Ｈｙ_０，Ｈｚ_０）を計測する。そして、方位計測部７２０は、一定期間の方位方向Ｈ_０（Ｈｘ_０，Ｈｙ_０，Ｈｚ_０）を保持する。

図４は、加速度センサおよび方位センサの取付状態の一例を示す図である。

図４に示すように、加速度センサ７１１および方位センサ７２１は、携帯端末３００の筐体３０１にそれぞれ取り付けられている。加速度センサ７１１と方位センサ７２１との位置関係は、筐体３０１への取り付けにより、または互いが直接に固定または一体化されていることにより、固定されている。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸から成る端末座標系８１１は、加速度センサ７１１あるいは方位センサ７２１を基準とする座標系である。

図３の加速度成分算出部７３０は、加速度計測部７１０が計測した加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）のデータ（以下、適宜「加速度計測データ」という）から、端末座標系の、ワールド座標系に対する傾斜角φを算出する。また、加速度成分算出部７３０は、加速度計測データおよび傾斜角φから、ワールド座標系における携帯端末３００の加速度Ａ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を算出する。但し、携帯端末３００の加速度Ａ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）は、加速度Ａ_０から重力加速度の成分を除いたものである。

方位成分算出部７４０は、方位計測部７２０が計測した方位方向Ｈ_０（Ｈｘ_０，Ｈｙ_０，Ｈｚ_０）のデータ（以下、適宜「方位方向計測データ」という）と、加速度成分算出部７３０が算出した傾斜角φとを取得する。そして、方位成分算出部７４０は、方位方向計測データと、傾斜角φから、ワールド座標系における方位方向の水平成分Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ）を算出する。

歩行方向算出部７５０は、加速度成分算出部７３０が算出した携帯端末３００の加速度Ａ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）から、端末座標系における歩行方向（角度）θ_Ａを算出する。また、歩行方向算出部７５０は、歩行者２００が停止状態にあるか否かを逐次判定し、停止状態にあると判定したとき、停止状態判定通知Ｓを出力する。

装置方位算出部７６０は、停止状態判定通知Ｓが入力されたとき、方位成分算出部７４０が算出した方位方向の水平成分Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ）から、ワールド座標系における装置方位（携帯端末３００本体の向き）θ_Ｈを算出する。

歩行方位算出部７７０は、歩行方向算出部７５０が算出した歩行方向θ_Ａと、装置方位算出部７６０が算出した装置方位（角度）θ_Ｈとから、歩行方位（角度）θを算出する。

図５は、加速度成分算出部７３０および歩行方向算出部７５０の構成の一例を示すブロック図である。

加速度成分算出部７３０は、傾斜角算出部７３１、鉛直成分算出部７３２、および水平成分算出部７３３を有する。

傾斜角算出部７３１は、加速度計測部７１０が計測した加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）のデータ（加速度計測データ）から、上述の傾斜角φを算出する。

鉛直成分算出部７３２は、加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）と、傾斜角算出部７３１が算出した傾斜角φとから、携帯端末３００の加速度Ａの鉛直成分Ａｚを算出する。

水平成分算出部７３３は、加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）と、傾斜角算出部７３１が算出した傾斜角φとから、携帯端末３００の加速度Ａの水平成分Ａｘ，Ａｙを算出する。

図６は、携帯端末３００の加速度Ａの鉛直成分Ａｚ、および水平成分Ａｘ，Ａｙを説明するための図である。

図６に示すように、重力方向と方位とを基準としたワールド座標系８１２は、Ｚ軸が鉛直方向、ＸＹ方向が水平方向となっている。加速度Ａの鉛直成分Ａｚとは、携帯端末３００の加速度Ａの、ワールド座標系におけるＺ軸方向成分である。また、加速度Ａの水平成分Ａｘ，Ａｙとは、携帯端末３００の加速度Ａの、ワールド座標系におけるＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分である。なお、水平成分Ａｘ、Ａｙの合成成分は、適宜「水平成分Ａｘｙ」と表す。

図５の歩行方向算出部７５０は、停止状態判定部７５１、歩行開始判定部７５２、および歩行角度算出部７５３を有する。

停止状態判定部７５１は、鉛直成分算出部７３２が算出した鉛直成分Ａｚと、水平成分算出部７３３が算出した水平成分Ａｘ，Ａｙとから、停止状態にあるか否かを判定する。そして、停止状態判定部７５１は、停止状態にあると判定したとき、停止状態判定通知Ｓを、歩行開始判定部７５２および装置方位算出部７６０に対して出力する。

歩行開始判定部７５２は、停止状態判定部７５１から停止状態判定通知Ｓが入力されたとき、歩行者２００の歩行が開始されたか否かを判定する。この判定は、鉛直成分算出部７３２が算出した鉛直成分Ａｚと、水平成分算出部７３３が算出した水平成分Ａｘ，Ａｙとに基づいて行われる。具体的には、歩行開始判定部７５２は、停止状態判定通知Ｓの入力タイミングの直後に、歩行者２００の加速度の鉛直成分が極小を呈したとき、歩行開始判定通知Ｗを、歩行角度算出部７５３へ出力する。

歩行角度算出部７５３は、歩行開始判定部７５２から歩行開始判定通知Ｗが入力されたとき、水平成分算出部７３３が算出した水平成分Ａｘ，Ａｙから、端末座標系における歩行方向（角度）θ_Ａを算出する。

このような構成を有する携帯端末３００は、歩行者２００が停止状態にあった直後に、歩行者２００の加速度の鉛直成分が極小を呈したとき、歩行方位を検出することができる。

ここで、歩行方位検出装置７００が、素早く高精度な歩行方位検出を可能にする理由について説明する。

図７は、歩行方位検出装置７００が素早く高精度な歩行方位検出を可能にする理由について説明するための図である。

図７（Ａ）に示すように、歩行者２００は、初期状態では両足に体重を掛けて立っており、時刻ｔ０に足の踏み出しを開始したとする。そして、歩行者２００は、時刻ｔ１に後足で地面を蹴り、時刻ｔ２に前足を着地させ、時刻ｔ３に地面を蹴った後足を前足の横を通過させたとする。

本実施の形態では、実験により、図７（Ｂ）に示すように、歩行開始時に加速度の鉛直成分Ａｚが、時刻ｔ１に極小を呈することに着目した。また、本実施の形態では、図７（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１の直前までの加速度の水平成分Ａｘｙの値が、徐々に増加、もしくは、ある特定の範囲を変動することに着目した。また、本実施の形態では、水平成分Ａｘｙが徐々に増加、もしくは、ある特定の範囲を変動する区間の直後の時刻ｔ１に、図７（Ｂ）に示すように鉛直成分Ａｚが極小を呈するという現象が、歩行開始時に特徴的な現象であることに着目した。

そこで、本実施の形態では、上述の通り、歩行方位検出装置７００が、停止状態の直後に鉛直成分Ａｚが極小を呈したときに、歩行方位を検出するようにした。時刻ｔ１は、歩行者２００が２歩目を踏み出す時刻ｔ２の前である。したがって、歩行方位検出装置７００は、上述の特許文献１記載の技術に比べて、早いタイミングで歩行方位を検出することができる。また、半歩の距離は、せいぜい数十センチメートルである。したがって、歩行方位検出装置７００は、上述のＧＰＳ情報を用いた技術に比べて、早いタイミングでかつ高い精度で歩行方位を検出することができる。

なお、本実施の形態では、停止状態から鉛直成分Ａｚが極小を呈するまでの区間（時刻ｔ１までの区間）において、加速度Ａの水平成分Ａｘｙの変化が徐々に増加もしくはある特定の範囲を変動することに着目した。つまり、この着目点は、歩行開始時の特徴的な現象である。したがって、本実施の形態の携帯端末３００では、鉛直成分Ａｚが極小を呈するまでの区間に、加速度Ａの水平成分Ａｘｙの変化が徐々に増加もしくはある特定の範囲を変動することを条件として、歩行方位を検出するようにした。これにより、本実施の形態の携帯端末３００は、検出の精度の向上を図ることができる。

また、本実施の形態は、加速度の鉛直成分Ａｚが、時刻ｔ２に極大を呈することに着目した。これは、歩行開始時に特徴的な現象であること示している。したがって、本実施の形態では、後述するが、携帯端末３００は、鉛直成分Ａｚが極小を呈した直後に更に極大を呈したことを条件として歩行方位を検出することにより、検出の精度の向上を図る。この場合でも、歩行方位検出装置７００は、歩行者２００が２歩目を踏み出す時刻ｔ２には歩行方位を検出することができ、そのタイミングは、上述の特許文献１記載の技術に比べて早い。

以下、歩行方位検出装置７００の動作について説明する。

図８は、歩行方位検出装置７００の全体動作を示すフローチャートである。また、図９は、歩行方位検出装置の各処理間の情報の流れを示すシーケンス図である。

歩行方位検出装置７００は、大まかには、図９の左側に示す歩行方向を算出する処理と、図９の右側に示す装置方位を算出する処理とを並行して行い、最後に、歩行方向と装置方位とに基づいて、歩行方位を算出する。

まず、ステップＳ１１００において、加速度計測部７１０および方位計測部７２０は、加速度Ａ_０および方位方向Ｈ_０の計測を開始し、単位時間毎に加速度計測データおよび方位方向計測データを記録する。

図１０は、加速度計測データのフォーマットの一例を示す図である。

図１０に示すように、加速度計測データ８２０は、所定の間隔の時刻（ｔ）８２１毎に、端末座標系における加速度Ａ_０のＸ軸成分（Ａｘ_０）８２２、Ｙ軸成分（Ａｙ_０）８２３、およびＺ軸成分（Ａｚ_０）８２４を記述する。

図１１は、方位方向計測データのフォーマットの一例を示す図である。

図１１に示すように、方位方向計測データ８３０は、所定の間隔の時刻（ｔ）８３１毎に、端末座標系における方位方向Ｈ_０のＸ軸成分（Ｈｘ_０）８３２、Ｙ軸成分（Ｈｙ_０）８３３、およびＺ軸成分（Ｈｚ_０）８３４を記述する。

そして、図８のステップＳ１２００において、傾斜角算出部７３１は、端末座標系のワールド座標系に対する傾斜角φを算出する傾斜角算出処理を行う。具体的には、傾斜角算出部７３１は、以下のようにして傾斜角φを算出する。

まず、傾斜角算出部７３１は、加速度計測部７１０が記録する加速度計測データの各加速度Ａ_０の絶対値｜Ａａ_０｜を、例えば、以下の式（１）に基づいて算出する。

そして、傾斜角算出部７３１は、直前の所定の区間Ｔ_０（例えば３秒間）について、絶対値｜Ａａ_０｜の変動を調べ、歩行者２００が静止しており、重力加速度ｇのみが携帯端末３００に掛かっているに等しい状態であるか否かを判断する。

図１２は、加速度計速データの絶対値グラフの一例を示す図である。

絶対値｜Ａａ_０｜をグラフ化した絶対値グラフ８４１は、歩行者２００が静止しているとき、図１２に示すように、所定の閾値α_０以下となり、その平均値は、重力加速度ｇに近い値となる。したがって、傾斜角算出部７３１は、絶対値｜Ａａ_０｜と、時間Ｔ_０における絶対値｜Ａａ_０｜の平均値とが、ある条件を満たす場合には、時間Ｔ_０における平均の加速度方向を、鉛直方向とする。ある条件とは、絶対値｜Ａａ_０｜が、所定の閾値α_０以下である状態が所定の時間Ｔ_０継続し、かつ、時間Ｔ_０における絶対値｜Ａａ_０｜の平均値が、重力加速度ｇに近い値である。そして、傾斜角算出部７３１は、その鉛直方向を基準として、傾斜角φを算出する。

図１３は、ここでの説明に用いる端末座標系を示す図である。また、図１４〜図１６は、傾斜角φを説明するための図である。

図１３に示すように、端末座標系８１１は、例えば、携帯端末３００の筐体３０１の主面３０２の法線方向をＺ軸とし、筐体３０１の縦方向をＸ軸とし、筐体３０１の横方向をＹ軸とする。

図１４〜図１６に示すように、傾斜角算出部７３１は、鉛直方向にワールド座標系のＺ_０軸を設定し、Ｚ_０軸を基準としてＸ_０Ｙ_０平面を設定する。傾斜角算出部７３１は、図１４に示すＸ_０Ｙ_０平面に対する端末座標系のＸＹ平面のＸ軸回りの回転角φｘと、図１５に示すＸ_０Ｙ_０平面に対する端末座標系のＸＹ平面のＹ軸回りの回転角φｙとを、傾斜角φ＝（φｘ、φｙ）として取得する。

具体的には、傾斜角算出部７３１は、例えば、以下の式（２）、（３）において、Ａｘ＝Ａｙ＝０、Ａｚ＝ｇとなるような、回転角φｙ、φｘを求める。

そして、傾斜角算出部７３１は、傾斜角φ＝（φｘ、φｙ）を、鉛直成分算出部７３２、水平成分算出部７３３、および方位成分算出部７４０へ出力する。

図８のステップＳ１３００において、鉛直成分算出部７３２は、携帯端末３００の加速度Ａの鉛直成分Ａｚを算出する鉛直成分算出処理を行う。具体的には、鉛直成分算出部７３２は、加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）および傾斜角φ＝（φｘ、φｙ）から、例えば以下の式（４）を用いて、鉛直成分Ａｚを算出する。

そして、鉛直成分算出部７３２は、鉛直成分Ａｚを、停止状態判定部７５１および歩行開始判定部７５２へ出力する。

そして、ステップＳ１４００において、水平成分算出部７３３は、携帯端末３００の加速度Ａの水平成分Ａｘ，Ａｙを算出する水平成分算出処理を行う。具体的には、水平成分算出部７３３は、加速度Ａ_０（Ａｘ_０，Ａｙ_０，Ａｚ_０）および傾斜角φ＝（φｘ、φｙ）から、例えば、以下に示す式（５）、（６）を用いて、水平成分Ａｘ，Ａｙを算出する。

そして、水平成分算出部７３３は、水平成分Ａｘ，Ａｙを、停止状態判定部７５１および歩行開始判定部７５２へ出力する。

そして、ステップＳ１５００において、方位成分算出部７４０は、方位方向の水平成分Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ）を算出する方位成分算出処理を行う。具体的には、方位成分算出部７４０は、方位方向Ｈ_０（Ｈｘ_０，Ｈｙ_０，Ｈｚ_０）および傾斜角φ＝（φｘ、φｙ）から、例えば、以下に示す式（７）、（８）を用いて、方位方向の水平成分Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ）を算出する。

そして、方位成分算出部７４０は、水平成分Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ）を、装置方位算出部７６０へ出力する。

そして、ステップＳ１６００において、停止状態判定部７５１は、停止状態か否かを判定する停止状態判定処理を行う。具体的には、停止状態判定部７５１は、以下のようにして停止状態か否かを判定し、適宜、停止状態判定通知Ｓを出力する。

図１７は、停止状態の判定条件の一例を説明するための図である。

停止状態判定部７５１は、図１７に示すように、加速度算出データの鉛直成分Ａｚの絶対値｜Ａｚ｜が、所定の閾値α_ｚ以下である状態が所定の期間Ｔ_１継続している場合に、停止状態であると判定する。

なお、歩行者２００が滑りながら水平移動している可能性もある。したがって、停止状態判定部７５１は、更に、以下に示す式（９）の状態である場合に、停止状態であると判定するようにしても良い。この場合、停止状態判定部７５１は、加速度Ａの水平成分Ａｘｙの絶対値｜Ａｘｙ｜が、所定の閾値αｘｙ以下であり、その状態が所定の期間Ｔ_１継続していることを条件として、停止状態であると判定する。

そして、ステップＳ１７００において、停止状態判定部７５１は、停止状態であると判定しない場合には（Ｓ１７００：ＮＯ）、ステップＳ１８００へ進む。

ステップＳ１８００において、停止状態判定部７５１は、オペレータ操作等により、処理の終了が指示されたか否かを判断する。停止状態判定部７５１は、処理の終了が指示されていない場合には（Ｓ１８００：ＮＯ）、ステップＳ１２００へ戻り、処理を繰り返す。

停止状態判定部７５１は、停止状態であると判定した場合には（Ｓ１７００：ＹＥＳ）、停止状態判定通知Ｓを、歩行開始判定部７５２および装置方位算出部７６０へ出力する。この結果、処理は、ステップＳ１９００へ進む。

ステップＳ１９００において、歩行開始判定部７５２は、停止状態後に歩行が開始されたか否かを判定する歩行開始判定処理を行う。

図１８は、歩行開始判定処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１９１０において、歩行開始判定部７５２は、携帯端末３００の加速度Ａの鉛直成分Ａｚの極大極小を検出する極大極小検出処理を行う。極大極小検出処理の詳細については後述する。

そして、ステップＳ１９２０において、歩行開始判定部７５２は、加速度Ａの鉛直成分Ａｚから、極小点、極大点が、この順番で検出されたか否かを判断する。歩行開始判定部７５２は、極小点および極大点がこの順番で検出された場合には（Ｓ１９２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１９３０へ進む。また、歩行開始判定部７５２は、極小点および極大点がこの順番で検出されていない場合には（Ｓ１９２０：ＮＯ）、そのまま図８の処理へ戻る。

ステップＳ１９３０において、歩行開始判定部７５２は、次に、加速度の鉛直成分Ａｚの極小点の近傍において、加速度の水平成分Ａｘｙから所定の特徴が検出されるか否かを判断する。この所定の特徴については後述する。歩行開始判定部７５２は、水平成分Ａｘｙから所定の特徴が検出される場合には（Ｓ１９３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１９４０へ進む。また、歩行開始判定部７５２は、水平成分Ａｘｙから所定の特徴が検出されない場合には（Ｓ１９３０：ＮＯ）、そのまま図８の処理へ戻る。

ステップＳ１９４０において、歩行開始判定部７５２は、歩行開始と判定し、歩行開始判定通知Ｗを、歩行角度算出部７５３へ出力し、図８の処理へ戻る。

図１９は、極大極小検出処理の一例を示すフローチャートである。処理に先立って、歩行開始判定部７５２は、予め用意した変数Ｐ_０に初期値を設定する。

まず、ステップＳ１９１１において、歩行開始判定部７５２は、加速度の鉛直成分Ａｚ（ここでは値ｆ（ｔ）と表す）が、所定の閾値αｐを超えているか否かを判断する。歩行開始判定部７５２は、値ｆ（ｔ）が閾値αｐを超えていない場合には（Ｓ１９１１：ＮＯ）、そのまま図１８の処理へ戻る。また、歩行開始判定部７５２は、値ｆ（ｔ）が閾値αｐを超えている場合には（Ｓ１９１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１９１２へ進む。

ステップＳ１９１２において、歩行開始判定部７５２は、以下の式（１０）で表される指標値Ｐ（ｔ_ｎ）を算出し、指標値Ｐ（ｔ_ｎ）が０未満であるか否か、つまり鉛直成分Ａｚが減少の方向に変化しているか否かを判断する。歩行開始判定部７５２は、指標値Ｐ（ｔ_ｎ）が０未満である場合には（Ｓ１９１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１９１３へ進む。また、歩行開始判定部７５２は、指標値Ｐ（ｔ_ｎ）が０未満ではない場合には（Ｓ１９１２：ＮＯ）、ステップＳ１９１４へ進む。

ステップＳ１９１３において、歩行開始判定部７５２は、変数Ｐ_０が０を超えているか否かを判断する。歩行開始判定部７５２は、変数Ｐ_０が０を超えている場合には（Ｓ１９１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１９１５へ進む。また、歩行開始判定部７５２は、変数Ｐ_０が０以下である場合には（Ｓ１９１３：ＮＯ）、ステップＳ１９１６へ進む。

ステップＳ１９１５において、歩行開始判定部７５２は、加速度の鉛直成分Ａｚが極大を呈していると判定し（極大を検出）、判定結果を記録して、ステップＳ１９１６へ進む。

また、ステップＳ１９１４において、歩行開始判定部７５２は、指標値Ｐ（ｔ_ｎ）が０を超えているか否かを判断する。歩行開始判定部７５２は、指標値Ｐ（ｔ_ｎ）が０を超えている場合には（Ｓ１９１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１９１７へ進む。また、歩行開始判定部７５２は、指標値Ｐ（ｔ_ｎ）が０を超えていない場合には（Ｓ１９１４：ＮＯ）、ステップＳ１９１６へ進む。

ステップＳ１９１７において、歩行開始判定部７５２は、変数Ｐ_０が０を超えているか否かを判断する。歩行開始判定部７５２は、変数Ｐ_０が０を超えている場合には（Ｓ１９１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１９１８へ進む。また、歩行開始判定部７５２は、変数Ｐ_０が０以下である場合には（Ｓ１９１７：ＮＯ）、ステップＳ１９１６へ進む。

ステップＳ１９１８において、歩行開始判定部７５２は、加速度の鉛直成分Ａｚが極小を呈していると判定し（極小を検出）、判定結果を記録して、ステップＳ１９１６へ進む。

ステップＳ１９１６において、歩行開始判定部７５２は、変数Ｐ_０に指標値Ｐ（ｔ_ｎ）を代入して、図１８の処理へ戻る。すなわち、歩行開始判定部７５２は、次の極大極小検出処理において、現在の指標値Ｐ（ｔ_ｎ）が比較対象として使用されるようにする。

なお、歩行開始判定部７５２は、離散時系列データである鉛直成分Ａｚを平滑化してから、極大極小の検出を行っても良い。これにより、ノイズを除去し、歩行者２００の歩行開始に対する検出精度を向上させることができる。ここでは、ｙ＝ｆ（ｔ）＝Ａｚと表す。ｙの観測間隔をｈと置くと、ｙの３点近似および５点近似は、例えば、以下の式（１１）、（１２）でそれぞれ表される。

図２０は、水平成分Ａｘｙからの検出の対象となる所定の特徴について説明するための図である。

上述の所定の特徴は、停止状態であることが判定された時刻から鉛直成分Ａｚの極小点の時刻ｔ_ｐまでの区間について、以下の第１の条件または第２の条件の少なくとも１つが満たされることである。すなわち、第１の条件は、加速度Ａの水平成分Ａｘｙの絶対値｜Ａｘｙ｜が、下限値α_{ｘｙ＿ｍｉｎ}と上限値α_{ｘｙ＿ｍａｘ}とにより規定される指定範囲内となっている状態が、所定の時間Ｔ_２以上継続していることである。なお、規定される指定範囲とは、（α_{ｘｙ＿ｍｉｎ} ＜ Ａｘｙ ＜ α_{ｘｙ＿ｍａｘ}）の範囲である。また、第２の条件は、加速度Ａの水平成分Ａｘｙの絶対値｜Ａｘｙ｜が指定範囲外になっている状態が、所定の時間以上継続していないことである。指定範囲外とは、つまり、（α_{ｘｙ＿ｍｉｎ} ＜ Ａｘｙ ＜ α_{ｘｙ＿ｍａｘ}）で規定される指定範囲内の外にあることである。

上限値α_{ｘｙ＿ｍａｘ}は、例えば、鉛直成分Ａｚの極小点の時刻ｔ_ｐの近傍における加速度Ａの水平成分Ａｘｙの極大点を基準とした値とすれば良い。また、下限値α_{ｘｙ＿ｍｉｎ}は、停止状態判定において使用された所定の閾値α_ｚを基準とした値とすれば良い。

図８のステップＳ２０００において、歩行角度算出部７５３は、端末座標系における歩行方向θ_Ａを算出する歩行角度算出処理を行う。

図２１は、歩行角度算出処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１０において、歩行角度算出部７５３は、加速度の鉛直成分Ａｚの極小点近傍において、加速度の水平成分Ａｘｙの極大点を検出する。

図２２は、加速度の水平成分Ａｘｙの極大点の抽出の様子の一例を示す図である。

歩行角度算出部７５３は、例えば、鉛直成分Ａｚの極小点の時刻ｔ_ｐを基準とする、前後の所定の時間幅Δｔ_ｐの区間（ｔ_ｐ−Δｔ_ｐ〜 Δｔ_ｐ＋Δｔ_ｐ）において、水平成分Ａｘｙの極大点を検出する。

そして、図２１のステップＳ２０２０において、歩行角度算出部７５３は、検出した極大点における水平成分Ａｘｙから、端末座標系における歩行方向θ_Ａを算出する。

なお、本実施の形態では、停止状態後に水平成分Ａｘｙの極大点と鉛直成分Ａｚの極小点がほぼ一致するとき、歩行者２００が水平成分Ａｘｙの方向に歩き出していることに着目した。したがって、歩行角度算出部７５３は、加速度Ａの水平成分Ａｘｙの極大点が、加速度Ａの鉛直成分Ａｚの極小点の近傍であった場合は、水平成分Ａｘｙの方向を用いて、歩行方向θ_Ａを算出するものとする。

また、本実施の形態では、停止状態後に水平成分Ａｘｙの極大点と鉛直成分Ａｚの極大点がほぼ一致するとき、歩行者２００が水平成分Ａｘｙとは真逆の方向に歩き出していることに着目した。したがって、歩行角度算出部７５３は、加速度Ａの水平成分Ａｘｙの極大点が、加速度Ａの鉛直成分Ａｚの極大点の近傍であった場合は、水平成分Ａｘｙと真逆の方向を用いて、歩行方向θ_Ａを算出するものとする。

以下の説明では、水平成分Ａｘｙの極大点と鉛直成分Ａｚの極小点がほぼ一致し、水平成分Ａｘｙの方向が歩行方向θ_Ａの算出に用いられているものとする。

図２３は、歩行方向θ_Ａの定義を示す図である。また、図２４は、歩行方向θ_Ａの算出式の例を示す図である。

図２３に示すように、歩行方向θ_Ａは、端末座標系８１１のＸＹ平面における、端末座標系８１１のＹ軸正方向と水平成分Ａｘｙの方向とが成す角度であり、鉛直方向からみて時計回り方向を正とする値である。

そして、図２１のステップＳ２０３０において、歩行角度算出部７５３は、歩行方向θ_Ａで表される方向を、歩行方向ベクトルの向きと判定し、歩行方向θ_Ａを、歩行方位算出部７７０へ出力して、図８の処理へ戻る。

図８のステップＳ２１００において、装置方位算出部７６０は、ワールド座標系における装置方位θ_Ｈを算出する装置方位算出処理を行う。

図２５は、装置方位θ_Ｈの定義を示す図である。また、図２６は、装置方位θ_Ｈの算出式の例を示す図である。

図２５に示すように、装置方位θ_Ｈは、例えば、ワールド座標系８１２のＸＹ平面における、ワールド座標系８１２のＹ軸正方向と端末座標系のＹ軸方向Ｙ’のとが成す角度であり、鉛直方向からみて時計回り方向を正とする値である。

そして、装置方位算出部７６０は、装置方位θ_Ｈを、歩行方位算出部７７０へ出力する。

そして、図８のステップＳ２２００において、歩行方位算出部７７０は、歩行方位θを算出する歩行方位算出処理を行う。

図２７は、歩行方位θの定義およびその算出手法の一例を示す図である。

歩行方位θは、例えば、ワールド座標系８１２のＸＹ平面における、ワールド座標系８１２のＹ軸正方向に対する角度で定義され、鉛直方向からみて時計回り方向を正とする値である。歩行方位算出部７７０は、例えば、ワールド座標系における装置方位θ_Ｈと端末座標系における歩行方向θ_Ａとを加算することにより、歩行方位θを算出する。そして、歩行方位算出部７７０は、歩行方位θを、出力内容生成部３３０へ出力する。

そして、停止状態判定部７５１は、処理の終了が指示された場合には（Ｓ１８００：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

このような動作により、歩行方位検出装置７００は、歩行者２００が停止状態にあった直後に、歩行者２００の加速度の鉛直成分が極小を呈したときに、歩行者２００の歩行方位を検出することができる。

以上のように、本実施の形態に係る歩行方位検出装置７００は、歩行者２００が停止状態にあった直後に、歩行者２００の加速度の鉛直成分が極小を呈したとき、歩行者２００の加速度の方位を、歩行方位であると判定する。これにより、歩行方位検出装置７００は、従来技術よりも早いタイミングで、かつ、高い精度で、歩行者２００の歩き始めの歩行方位を検出することができる。

また、本実施の形態に係る歩行方位検出装置７００は、歩行者２００の加速度の鉛直成分が極小を呈した直後に更に極大を呈したことを条件として、歩行方位を検出する。これにより、歩行方位検出装置７００は、検出の精度を向上させることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、歩行者の加速度の水平成分の変化量が徐々に増加もしくはある特定の範囲を変動する区間の直後に鉛直成分Ａｚが極大、極小をこの順番で呈するという現象についても、歩行開始時に特徴的な現象であることに着目した。そこで、本発明の実施の形態２に係る歩行方位検出装置は、このような現象を検出したときに、歩行方位の検出を行う。

本実施の形態に係る歩行方位検出装置は、実施の形態１に係る歩行方位検出装置７００と同一の構成を有するが、歩行開始判定部７５２における歩行開始判定処理のみが異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態１に係る歩行方位検出装置７００と異なる歩行開始判定処理についてのみ説明を行うものとする。

図２８は、本実施の形態における歩行開始判定処理の一例を示す図であり、実施の形態１の図１８に対応するものである。図１８と異なる部分は、ステップＳ１９２０ａのみである。

ステップＳ１９２０ａにおいて、歩行開始判定部７５２は、加速度Ａの鉛直成分Ａｚから、極大点が、極小点、この順番で検出されたか否かを判断する。歩行開始判定部７５２は、極大点および極小点がこの順番で検出された場合には（Ｓ１９２０ａ：ＹＥＳ）、ステップＳ１９３０ａへ進む。また、歩行開始判定部７５２は、極大点および極小点がこの順番で検出されていない場合には（Ｓ１９２０ａ：ＮＯ）、そのまま図８の処理へ戻る。

ステップＳ１９３０ａにおいて、歩行開始判定部７５２は、加速度の鉛直成分Ａｚの極大点の近傍において、加速度の水平成分Ａｘｙから上述の所定の特徴が検出されるか否かを判断する。歩行開始判定部７５２は、水平成分Ａｘｙから所定の特徴が検出される場合には（Ｓ１９３０ａ：ＹＥＳ）、ステップＳ１９４０へ進む。また、歩行開始判定部７５２は、水平成分Ａｘｙから所定の特徴が検出されない場合には（Ｓ１９３０ａ：ＮＯ）、そのまま図８の処理へ戻る。

このように、本実施の形態に係る歩行方位検出装置は、早いタイミングで、かつ、高い精度で、歩行者２００の歩き始めの歩行方位を検出することができる。

なお、以上説明した各実施の形態に係る歩行方位検出装置は、図１８のステップＳ１９３０の判断および図２８のステップＳ１９３０ａの判断を、停止状態の判断に含めても良い。すなわち、歩行方位検出装置は、加速度の水平成分に上述の所定の特徴が検出されたことを条件として、停止状態にあると判断するようにしても良い。

また、歩行者２００の加速度の各成分の取得、停止状態の判定、極大極小の判定等の具体的手法や、座標系や方向等の定義は、上述の各実施の形態の例に限定されるものではない。また、検出された歩行方向の利用目的も、上述の例に限定されるものではない。

本発明に係る歩行方位検出装置および歩行方位検出方法は、歩行者の歩き始めの歩行方位を、素早く高精度に検出することができる歩行方位検出装置および歩行方位検出方法として有用である。

１００ 警告システム
２００ 歩行者
３００ 携帯端末
３０１ 筐体
３１０ 無線通信部
３２０ 出力部
３３０ 出力内容生成部
４００ 構造物
５００ 基地局
５１０ 無線通信部
５２０ 検出部
６００ 移動体
７００ 歩行方位検出装置
７１０ 加速度計測部
７１１ 加速度センサ
７２０ 方位計測部
７２１ 方位センサ
７３０ 加速度成分算出部
７３１ 傾斜角算出部
７３２ 鉛直成分算出部
７３３ 水平成分算出部
７４０ 方位成分算出部
７５０ 歩行方向算出部
７５１ 停止状態判定部
７５２ 歩行開始判定部
７５３ 歩行角度算出部
７６０ 装置方位算出部
７７０ 歩行方位算出部

Claims (9)

1. 人の歩行方位を検出する歩行方位検出装置であって、
   前記人の加速度の鉛直成分および水平成分を取得する加速度成分算出部と、
   前記鉛直成分および前記水平成分の時系列データに基づき、前記歩行方位を算出する歩行方位算出部と、を有し、
   前記歩行方位算出部は、前記人が停止状態にあった直後に前記鉛直成分が極小を呈したとき、前記加速度の方位を前記歩行方位とする、
   歩行方位検出装置。
2. 前記歩行方位算出部は、
   前記水平成分の変化が所定の範囲にある状態が、所定の時間以上継続したことを条件として、前記加速度の方位を前記歩行方位とする、
   請求項１記載の歩行方位検出装置。
3. 前記歩行方位算出部は、
   前記水平成分の変化が所定の範囲にない状態が、所定の時間以上継続しなかったことを条件として、前記加速度の方位を前記歩行方位とする、
   請求項１記載の歩行方位検出装置。
4. 前記歩行方位算出部は、
   前記人が停止状態にあるときを基準とする前記鉛直成分の差分が所定値以上であることを条件として、前記鉛直成分が極小を呈したと判定する、
   請求項１記載の歩行方位検出装置。
5. 前記歩行方位算出部は、
   前記鉛直成分が極小を呈した直後に更に極大を呈したことを条件として、前記加速度の方位を前記歩行方位とする、
   請求項１記載の歩行方位検出装置。
6. 前記歩行方位算出部は、
   前記鉛直成分が極小を呈した直前に更に極大を呈したことを条件として、前記加速度の方位を前記歩行方位とする、
   請求項１記載の歩行方位検出装置。
7. 前記人の携帯品に取り付けられる加速度センサと、
   前記加速度センサとの位置関係が固定された方位センサと、を更に有し、
   前記加速度成分算出部は、
   前記加速度センサの計測結果と前記方位センサの計測結果とを用いて、前記鉛直成分および前記水平成分を算出し、
   前記歩行方位算出部は、
   前記加速度センサの計測結果と前記方位センサの計測結果とを用いて、前記加速度の方位を算出する、
   請求項１記載の歩行方位検出装置。
8. 前記歩行方位算出部による判定結果を、前記人の歩行方位を利用する所定の装置へ無線により送信する無線通信部、を更に有する、
   請求項１記載の歩行方位検出装置。
9. 人の歩行方位を検出する歩行方位検出方法であって、
   前記人の加速度の鉛直成分および水平成分を取得するステップと、
   前記鉛直成分および前記水平成分の時系列データに基づき、前記人が停止状態にあった直後に前記鉛直成分が極小を呈したか否かを判断するステップと、
   前記人が停止状態にあった直後に前記鉛直成分が極小を呈したとき、前記加速度の方位を前記歩行方位であると判定するステップと、を有する、
   歩行方位検出方法。
   

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