JP5294983B2 - Portable terminal, program and method for determining direction of travel of pedestrian using acceleration sensor and geomagnetic sensor - Google Patents
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Description
本発明は、加速度センサ及び地磁気センサを用いて歩行者の進行方向を決定する携帯端末、プログラム及び方法に関する。特に、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に関する。 The present invention relates to a portable terminal, a program, and a method for determining a traveling direction of a pedestrian using an acceleration sensor and a geomagnetic sensor. In particular, the present invention relates to an autonomous navigation technique for deriving a traveling direction and a current position in real time.
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。 Conventionally, there is an autonomous navigation technique that derives a traveling direction and a current position in real time using an acceleration sensor and a direction sensor. Autonomous navigation technology is combined with GPS (Global Positioning System) technology and is mainly used for a car navigation system. The car navigation system displays, on a display, an accurate traveling direction and current position, and a travel route guide to a destination for a driver of a car.
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。 The car navigation system corrects the current position information measured by the GPS by an autonomous navigation technique such as a vehicle speed pulse or a gyro. Further, the road map information is read out as necessary, and the traveling direction and the current position are corrected so that the current travel route coincides with the road (refer to map matching technology based on a projection method, for example, Patent Document 1). As a result, it is possible to prevent the current position from being a position not on the road due to a sensor error.
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。 On the other hand, there is a system in which such navigation technology is applied to a portable terminal possessed by a pedestrian. Specifically, a cumulative current position from the starting point is derived using the detected “number of steps” of the pedestrian and the “step length” of the pedestrian (see, for example, Patent Document 2). When the autonomous navigation technology is applied to a pedestrian, acceleration components other than horizontal movement are also detected. Thus, the measured distance is derived from the number of steps and the step length, rather than simply integrating the output of the acceleration sensor.
「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)。 The “number of steps” is detected by taking the acceleration for each axis detected by the acceleration sensor in the mobile terminal as the square root of the sum of squares (√ (x 2 + y 2 + z 2 )) and taking the peak-to-peak as one step (for example, (See Patent Document 3). The “step length” is preset by the user or estimated from the height of the user. Alternatively, according to another technique, there is a technique of calibrating the stride by causing a pedestrian to walk a specified distance (see, for example, Non-Patent Document 1).
「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)。 The “traveling direction” is detected by the “direction sensor”. As the direction sensor, a geomagnetic sensor is generally used. There is also a technique for three-dimensionally displaying the orientation and direction of a terminal detected using a geomagnetic sensor on a display (see, for example, Patent Document 4). In addition, when there are a plurality of roads through an intersection in the traveling direction, there is a technique in which the intersection is the current position (see, for example, Patent Document 5).
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。また、自律航法技術を用いた歩行者用の経路案内装置であって、歩行者に精度の高い経路案内を実施し得る技術もある(例えば特許文献8参照)。この技術によれば、地磁気センサと加速度センサとを有し、鉛直方向に生じた鉛直加速度と、前進方向に生じた前進加速度とを用いて、検出された歩行進行方位を基準した相対的な進路方向を計算する。 A technology to determine the current position using autonomous navigation technology, in order to prevent the influence of the cumulative error of sensor data, when the right turn or left turn at the intersection is detected, the intersection is the starting point for specifying the current position (See, for example, Patent Document 6). That is, every time a turn is detected, the cumulative error of the sensor data is reset, and the previous cumulative error does not affect the subsequent specification of the current position. There is also a pedestrian route guidance device that uses autonomous navigation technology, and there is a technology that can implement highly accurate route guidance for pedestrians (see, for example, Patent Document 8). According to this technology, there is a geomagnetic sensor and an acceleration sensor, and the relative path based on the detected walking advance direction using the vertical acceleration generated in the vertical direction and the forward acceleration generated in the forward direction. Calculate the direction.
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方位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、方位を導出することができる。 According to the technique described in Patent Literature 4, it is possible to derive the azimuth in a stationary state using an acceleration sensor and a geomagnetic sensor. In the stationary state, the acceleration vector detected by the acceleration sensor represents only gravity. Therefore, the direction can be derived from the world coordinate system derived using the gravity vector and the geomagnetic vector.
しかしながら、実際に、歩行者に所持された携帯端末によって方位を導出する場合、手持ち状態のためにセンサによって検出される波形が乱れ、正しい方位を導出することはできない。特に、歩行時に生じる加速度ベクトルは、重力の他に、運動加速度や腕振り運動による遠心力などが合成されたものである。従って、重力方向を決定できないために世界座標系も導出できず、結局、方位を導出することもできない。また、歩行者が手持ちするような携帯端末については、サイズやコストの制約から、カーナビゲーションシステムに搭載されるジャイロセンサを用いることも難しい。 However, when the azimuth is derived by a portable terminal carried by a pedestrian, the waveform detected by the sensor is disturbed due to the handheld state, and the correct azimuth cannot be derived. In particular, the acceleration vector generated during walking is a combination of motion acceleration, centrifugal force due to arm swing motion, and the like in addition to gravity. Therefore, since the direction of gravity cannot be determined, the world coordinate system cannot be derived, and eventually the azimuth cannot be derived. Moreover, it is difficult to use a gyro sensor mounted on a car navigation system for a portable terminal held by a pedestrian due to size and cost constraints.
非特許文献2に記載された技術によれば、歩行者が、加速度センサが内蔵された端末を手持ちにし、その腕を振りながら歩行した際に、腕振り運動により発生する加速度面を検出する。検出された加速度面の方位は、進行方向とみなすことができる。ここで、加速度面前方(進行方向前方)か又は加速度面後方(進行方向後方)かを判定するために、合成加速度の極小点の大きさの違いを用いている。 According to the technique described in Non-Patent Document 2, when a pedestrian holds a terminal with a built-in acceleration sensor and walks while swinging his / her arm, the pedestrian detects an acceleration surface generated by arm swing motion. The direction of the detected acceleration surface can be regarded as the traveling direction. Here, in order to determine whether the acceleration surface is ahead (forward in the traveling direction) or behind the acceleration surface (backward in the traveling direction), the difference in the size of the minimum point of the combined acceleration is used.
しかしながら、実際に、人の歩行時における腕振り運動には個人差が大きい。そのために、極小点における合成加速度の大小差からだけでは、精度良く加速度面前方又は後方を判定することが難しい。加速度面前方又は後方の判定に失敗した場合、最終的に推定される方位は、正しい方位と真逆(180度反転)となってしまう。そのために、進行方向の推定精度が、著しく悪化する恐れがある。 However, there are actually large individual differences in arm swinging movements when a person walks. For this reason, it is difficult to accurately determine the front or rear of the acceleration surface only from the difference in the resultant acceleration at the minimum point. If the determination on the front or rear of the acceleration plane fails, the finally estimated orientation is the exact opposite of the correct orientation (180 degree inversion). For this reason, the estimation accuracy of the traveling direction may be significantly deteriorated.
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であっても、その携帯端末に搭載された加速度センサ及び地磁気センサを用いて、歩行者の進行方向(進行方向前方)をできる限り正確に決定する携帯端末、プログラム及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention uses the acceleration sensor and the geomagnetic sensor mounted on the mobile terminal even when the pedestrian is walking with the mobile terminal handheld, and the pedestrian travel direction (front direction of travel). ) Is determined as accurately as possible.
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と、3軸の地磁気データを出力する地磁気センサと、加速度データ及び地磁気データから歩行者の進行方向を決定する進行方向決定手段とを有し、歩行者によって所持される携帯端末であって、
進行方向決定手段は、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、
加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、重力ベクトル及び地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、
歩行基準ベクトル及び方位基準ベクトルに基づいて、進行方向の方位角を算出する方位角算出手段と
を有し、
歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表すことを特徴とする。
According to the present invention, the acceleration sensor that outputs the triaxial acceleration data, the geomagnetic sensor that outputs the triaxial geomagnetic data, and the traveling direction determination means that determines the traveling direction of the pedestrian from the acceleration data and the geomagnetic data. A portable terminal possessed by a pedestrian,
The direction of travel determination means is
A walking reference vector calculating means for calculating a walking reference vector that is a normal vector with respect to the acceleration surface based on the arm swinging motion;
An azimuth reference vector calculating means for deriving a gravity vector and a geomagnetic vector corresponding to the gravity vector from the acceleration data and the geomagnetic data, and calculating an azimuth reference vector that is a normal vector with respect to the azimuth reference plane of the gravity vector and the geomagnetic vector When,
Azimuth angle calculating means for calculating the azimuth angle of the traveling direction based on the walking reference vector and the azimuth reference vector;
The walking reference vector calculation means measures the time interval between the local minimum points in the change of the composite acceleration with time, compares two adjacent time intervals, and determines the local minimum at the end point of the long time interval. The point represents the front of the acceleration surface (forward in the traveling direction), and the minimum point at the end of the short time interval represents the rear of the acceleration surface (rear in the traveling direction).
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
歩行基準ベクトル算出手段は、歩行基準ベクトルRを、加速度面後方を示す極小点での加速度ベクトルBと、加速度面前方を示す極小点での加速度ベクトルFとの外積(R=B×F(又はF×B))によって算出し、
方位基準ベクトル算出手段は、方位基準ベクトルEを、重力ベクトルGと、地磁気ベクトルMとの外積(E=G×M(又はM×G))によって算出し、
方位角算出手段は、方位基準ベクトルE及び歩行基準ベクトルRを用いて、内積とノルム(ベクトルの大きさ)積から、両ベクトルのなす角αを以下の式によって算出し、そのなす角αから方位角θを導出する
α=arccos((E・R)/(|E||R|))
ことも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
The walking reference vector calculation means converts the walking reference vector R into an outer product (R = B × F (or the acceleration vector B at the minimum point indicating the back of the acceleration surface) and the acceleration vector F at the minimum point indicating the front of the acceleration surface. F × B)),
The azimuth reference vector calculation means calculates the azimuth reference vector E by an outer product (E = G × M (or M × G)) of the gravity vector G and the geomagnetic vector M,
The azimuth calculation means calculates an angle α formed by both vectors from the inner product and the norm (vector magnitude) product using the azimuth reference vector E and the walking reference vector R, and from the angle α formed by the following formula: Deriving the azimuth angle α = arccos ((E ・ R) / (| E || R |))
It is also preferable.
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
方位角算出手段は、方位基準ベクトルEと歩行基準ベクトルRの外積ベクトル(E×R)を算出し、方位角θを外積ベクトルと重力ベクトルGのなす角βとなす角αから以下の式によって導出する
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
ことも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
The azimuth angle calculating means calculates the outer product vector (E × R) of the azimuth reference vector E and the walking reference vector R, and calculates the azimuth angle θ from the angle α formed by the angle β formed by the outer product vector and the gravity vector G by the following equation. Derived cos β ≧ 0: θ = α
cos β <0: θ = 360−α
It is also preferable.
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、
加速度センサから入力された加速度データを、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎に区分し、進行方向決定手段へ出力する歩行タイミング決定手段と、
進行方向決定手段から出力された、歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎の進行方向について、方向転換がなされたか否かを判定する方向転換判定手段と
を更に有することも好ましい。
According to another embodiment of the mobile terminal of the present invention,
Gait timing determination means for classifying the acceleration data input from the acceleration sensor for each number of steps or for each time unit based on the number of steps, and outputting to the traveling direction determination means;
It is also preferable to further include a direction change determination unit that determines whether or not the direction change has been made for each step number or the traveling direction for each time unit based on the step number output from the traveling direction determination unit.
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、基準ベクトル導出手段に入力される加速度データ及び地磁気データについて、所定時間範囲のデータをメモリし、最大値及び最小値から所定割合のデータを除去するフィルタ手段を更に有することも好ましい。 According to another embodiment of the portable terminal of the present invention, the acceleration data and the geomagnetic data input to the reference vector deriving means are memorized in a predetermined time range, and a predetermined ratio of data is removed from the maximum value and the minimum value. It is also preferable to further have a filter means.
本発明の携帯端末における他の実施形態によれば、方向角算出手段から出力された方向角θについて、所定時間範囲の方向角θをメモリし、当該方向角θの前後の変化が所定角度閾値以上となっている方向角θを除去する補正手段を更に有することも好ましい。 According to another embodiment of the portable terminal of the present invention, the direction angle θ output from the direction angle calculation means is memorized for the direction angle θ in a predetermined time range, and the change before and after the direction angle θ is a predetermined angle threshold value. It is also preferable to further have a correction means for removing the directional angle θ as described above.
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と、3軸の地磁気データを出力する地磁気センサとを有し、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、加速度データ及び地磁気データから歩行者の進行方向を決定する進行方向決定手段として機能させる携帯端末用のプログラムであって、
進行方向決定手段は、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、
加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、重力ベクトル及び地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、
歩行基準ベクトル及び方位基準ベクトルに基づいて、進行方向の方位角を算出する方位角算出手段と
を有し、
歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表すようにコンピュータを機能させることを特徴とする。
According to the present invention, an acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data and a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data, and a computer mounted on a portable terminal carried by a pedestrian, the acceleration data And a program for a mobile terminal that functions as a traveling direction determining means for determining a traveling direction of a pedestrian from geomagnetic data,
The direction of travel determination means is
A walking reference vector calculating means for calculating a walking reference vector that is a normal vector with respect to the acceleration surface based on the arm swinging motion;
An azimuth reference vector calculating means for deriving a gravity vector and a geomagnetic vector corresponding to the gravity vector from the acceleration data and the geomagnetic data, and calculating an azimuth reference vector that is a normal vector with respect to the azimuth reference plane of the gravity vector and the geomagnetic vector When,
Azimuth angle calculating means for calculating the azimuth angle of the traveling direction based on the walking reference vector and the azimuth reference vector;
The walking reference vector calculation means measures the time interval between the local minimum points in the change of the composite acceleration with time, compares two adjacent time intervals, and determines the local minimum at the end point of the long time interval. The point represents the front of the acceleration surface (front in the traveling direction), and the computer functions so that the minimum point at the end of the short time interval represents the rear of the acceleration surface (rear in the traveling direction).
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と、3軸の地磁気データを出力する地磁気センサとを有し、歩行者によって所持される携帯端末について、加速度データ及び地磁気データから歩行者の進行方向を決定する進行方向決定方法であって、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する第1のステップと、
加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、重力ベクトル及び地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する第2のステップと、
歩行基準ベクトル及び方位基準ベクトルに基づいて、進行方向の方位角を算出する第3のステップと
を有し、
第1のステップは、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表す
ことを特徴とする。
According to the present invention, a mobile terminal possessed by an pedestrian having an acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data and a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data walks from acceleration data and geomagnetic data. A method of determining the direction of travel of a person,
A first step of calculating a walking reference vector that is a normal vector for an acceleration surface based on an arm swinging motion;
A second step of deriving a gravity vector and a geomagnetic vector corresponding to the gravity vector from the acceleration data and the geomagnetic data, and calculating an orientation reference vector that is a normal vector with respect to the orientation reference plane of the gravity vector and the geomagnetic vector; ,
A third step of calculating an azimuth angle of the traveling direction based on the walking reference vector and the azimuth reference vector;
The first step is to measure the time interval between the local minimum points in the change in the resultant acceleration with time, compare two adjacent time intervals, and determine the local minimum point at the end of the long time interval. Represents the front of the acceleration surface (front of the traveling direction), and the minimum point at the end of the short time interval represents the rear of the acceleration surface (rear of the traveling direction).
本発明の携帯端末、プログラム及び方法によれば、腕振り方向と北方位との方位角を算出できるので、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合であっても、その携帯端末に搭載された加速度センサ及び地磁気センサを用いて、歩行者の進行方向をできる限り正確に決定することができる。 According to the portable terminal, the program, and the method of the present invention, the azimuth angle between the arm swing direction and the north direction can be calculated. Therefore, even if the pedestrian is walking with the portable terminal in hand, the portable terminal The traveling direction of the pedestrian can be determined as accurately as possible using the acceleration sensor and the geomagnetic sensor mounted on the vehicle.
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。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a walking mode of a pedestrian, an acceleration variation direction, and a geomagnetic variation direction.
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。 According to FIG. 1, a pedestrian is walking while holding a portable terminal and shaking his / her hand back and forth. If such a general walking mode is seen from the lateral direction, the position of the mobile terminal fluctuates back and forth in a pendulum shape while drawing an arc. Further, when viewed from the traveling direction, the position of the mobile terminal fluctuates up and down.
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。腕振りに基づく加速度面前方及び後方のうち、加速度面前方は、進行方向前方(腕後方)を表し、加速度面後方は、進行方向後方(腕前方)を表す。従って、加速度面前方又は後方を判別することによって、その歩行者の進行方向に対する右方(又は左方)を示すベクトルを、「歩行基準ベクトル」として導出することができる。 The shoulder portion of the arm holding the mobile terminal serves as a rotation axis of an arc drawn by the position change of the mobile terminal. This curve variation is detected by an acceleration sensor mounted on the portable terminal. That is, a plane (fan shape) composed of the rotation axis and the arc is represented as an acceleration surface (a surface formed by an acceleration vector group). As long as the mobile terminal is shaken by hand, this acceleration plane is parallel to the traveling direction. Among the front and back of the acceleration surface based on arm swing, the front of the acceleration surface represents the front in the traveling direction (back of the arm), and the rear of the acceleration surface represents the rear in the traveling direction (front of the arm). Accordingly, by determining the front or rear of the acceleration surface, a vector indicating the right (or left) with respect to the traveling direction of the pedestrian can be derived as the “walking reference vector”.
また、加速度センサから出力された加速度データを二乗和の平方根(√(x2+y2+z2))を導出することによって、合成加速度が得られる。図1によれば、歩行者に手持ちにされた携帯端末の位置として、位置ア、位置イ及び位置ウが表されている。位置Bは、歩行者の手が真下にある時であり、手持ちされた携帯端末の合成加速度は、極大(最大)となる。逆に、位置ア及び位置ウは、歩行者の手が最も高い位置にある時であり、その合成加速度は、極小(最小)となる。従って、極大点の時における携帯端末の位置は、重力方向を表すこととなる。また、2つの極小点は、加速度面前方(進行方向前方)と加速度面後方(進行方向後方)との扇形の両端を表す。本発明によれば、進行方向前方又は後方は、2つの極小点間の遷移(前方→後方、及び、後方→前方)に要する時間間隔の差から判断することができる。これにより、加速度データから、腕振り方向に基づく歩行方向と、重力方向とを導出することができる。 Further, by deriving the square root of the sum of squares (√ (x 2 + y 2 + z 2 )) from the acceleration data output from the acceleration sensor, a combined acceleration can be obtained. According to FIG. 1, position a, position i, and position c are shown as the positions of the mobile terminal held by the pedestrian. The position B is when the hand of the pedestrian is directly below, and the combined acceleration of the handheld portable terminal becomes a maximum (maximum). Conversely, position a and position c are when the pedestrian's hand is at the highest position, and the resultant acceleration is minimal (minimum). Therefore, the position of the mobile terminal at the maximum point represents the direction of gravity. The two minimum points represent the fan-shaped ends at the front of the acceleration surface (front in the traveling direction) and the rear of the acceleration surface (back in the traveling direction). According to the present invention, forward or backward in the traveling direction can be determined from a difference in time interval required for transition between two local minimum points (front → back and back → front). Thereby, the walking direction based on the arm swing direction and the gravity direction can be derived from the acceleration data.
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。 Furthermore, geomagnetism has arrived for pedestrians and mobile terminals. As long as the pedestrian holds the terminal in a constant posture and travels straight in one direction, the arrival direction in the geomagnetic sensor coordinate system is the same. However, in order for a pedestrian to swing his / her portable terminal back and forth, the direction of arrival of geomagnetism varies in a curved manner according to his arm swing. This curve variation is detected by a geomagnetic sensor mounted on the portable terminal.
図2は、腕振り運動と加速度ベクトルとの関係を表す説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the arm swing motion and the acceleration vector.
図2によれば、加速度面の2つの振りの端点について、位置アが進行方向後方となり、位置ウが進行方向前方となる。極小点は、加速度面の扇形の両端(位置ア及び位置ウ)を表し、一方の端が進行方向前方(位置ウ)となり、他方の端が進行方向後方(位置ア)となる。これによって、加速度データに基づいて、歩行方向を導出することができる。 According to FIG. 2, the position “a” is the rear in the traveling direction and the position “c” is the front in the traveling direction for the two swing end points of the acceleration surface. The local minimum points represent the fan-shaped ends (position A and position c) of the acceleration surface, with one end being forward in the traveling direction (position u) and the other end being backward in the traveling direction (position a). Thereby, the walking direction can be derived based on the acceleration data.
図3は、現実に発生する歩行基準ベクトル及び方位基準ベクトルを表す説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing walking reference vectors and azimuth reference vectors that actually occur.
図3(a)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ている。 According to FIG. 3A, the triaxial acceleration data (x, y, z) obtained from the acceleration sensor and the triaxial geomagnetic data (x, y, z) obtained from the geomagnetic sensor are Plotted in a three-dimensional coordinate system.
これに対し、図3(b)によれば、異なる端末位置で測定された加速度データのプロットから、加速度面が検出される。そして、加速度面(歩行者の進行方向)に対する右方(又は左方)を示すベクトルを、「歩行基準ベクトル」とする。また、図3(b)によれば、歩行者は、南から到来している地磁気に対して、方位角θの方向へ歩行している。このとき、重力方向を示す加速度ベクトルと、北方向を示す地磁気ベクトルとから、方位基準面を検出することができる。そして、東方(又は西方)を示すベクトルを、「方位基準ベクトル」とする。図3(b)によれば、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、進行方向右方に「歩行基準ベクトル」が検出でき、東方向に「方位基準ベクトル」が検出できる。本発明によれば、歩行基準ベクトル及び方向基準ベクトルに基づいて、方位角θを算出することができる。 On the other hand, according to FIG.3 (b), an acceleration surface is detected from the plot of the acceleration data measured in the different terminal position. A vector indicating the right side (or left side) with respect to the acceleration plane (the pedestrian's traveling direction) is referred to as a “walking reference vector”. Moreover, according to FIG.3 (b), the pedestrian is walking in the direction of azimuth angle (theta) with respect to the geomagnetism which has arrived from the south. At this time, the azimuth reference plane can be detected from the acceleration vector indicating the gravity direction and the geomagnetic vector indicating the north direction. A vector indicating east (or west) is defined as an “azimuth reference vector”. According to FIG. 3B, the “walking reference vector” can be detected to the right of the traveling direction and the “azimuth reference vector” can be detected in the east direction according to the arm swinging motion of the pedestrian holding the mobile terminal. According to the present invention, the azimuth angle θ can be calculated based on the walking reference vector and the direction reference vector.
図4は、図3(b)を鉛直上方向から見た説明図である。 FIG. 4 is an explanatory view of FIG. 3B viewed from the vertically upward direction.
図4によれば、北を上方として方位基準面が位置する。方位基準ベクトルは、方位基準面に対して東に向く。また、その方位基準面から時計回りに方位角θだけ傾いて加速度面(進行方向)が位置する。歩行基準ベクトルは、加速度面に対して右に向く。 According to FIG. 4, the azimuth reference plane is located with north as the upper side. The azimuth reference vector faces east with respect to the azimuth reference plane. Further, the acceleration surface (traveling direction) is located by being inclined clockwise by the azimuth angle θ from the azimuth reference plane. The walking reference vector points to the right with respect to the acceleration plane.
図5は、時間経過に応じた合成加速度を表すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the combined acceleration over time.
図5によれば、合成加速度の極小点は、進行方向に対する腕の前方・後方の両方で出現する。2つの極小点間の時間間隔は、前方→後方(振り下げ)時と、後方→前方(振り上げ)時とで異なる。具体的には、腕の振り上げ時(後方→前方)における極小点間の時間間隔は、振り下げ時(前方→後方)における極小点間の時間間隔よりも長い。腕の振り上げ時とは、腕が、進行方向後方から前方へ向けて移動している途中であり、腕の振り下げ時とは、腕が、進行方向前方から後方へ向けて移動している途中である。 According to FIG. 5, the minimum point of the composite acceleration appears both in front and behind the arm with respect to the traveling direction. The time interval between the two minimum points is different between forward → backward (swing down) and backward → forward (swing up). Specifically, the time interval between the minimum points when the arm is raised (backward → front) is longer than the time interval between the minimum points when the arm is swinged down (front → back). When the arm is swung up, the arm is moving from the back in the direction of travel to the front, and when the arm is swung down, the arm is moving from the front in the direction of travel to the back It is.
前述したように、加速度ベクトルは、腕の振りと反対側に動くため、加速度面前方又は後方は、腕の前方又は後方に対して反転する。即ち、腕が進行方向前方にある(腕前方)とき、加速度ベクトルは進行方向後方にある。逆に、腕が進行方向後方にある(腕後方)とき、加速度ベクトルは進行方向前方にある。従って、極小点間の時間間隔について、長い方の時間間隔は、腕の振り上げ時であって、加速度面前方→加速度面後方への動きとなる。逆に、短い方の時間間隔は、加速度面後方→加速度面前方への動きとなる。また、極小点について、直前の極小点からの時間間隔が、先の時間間隔よりも長ければ、その極小点は進行方向前方(加速度面前方)を表す。逆に、直前の極小点からの時間間隔が、先の時間間隔よりも短ければ、その極小点は進行方向後方(加速度面後方)を表す。 As described above, since the acceleration vector moves to the side opposite to the swing of the arm, the front or back of the acceleration surface is reversed with respect to the front or back of the arm. That is, when the arm is ahead in the direction of travel (front of the arm), the acceleration vector is behind in the direction of travel. Conversely, when the arm is behind the direction of travel (back of the arm), the acceleration vector is forward of the direction of travel. Accordingly, with respect to the time interval between the minimum points, the longer time interval is when the arm is raised, and the movement is from the front of the acceleration surface to the rear of the acceleration surface. Conversely, the shorter time interval is the movement from the back of the acceleration surface to the front of the acceleration surface. In addition, if the time interval from the immediately preceding minimum point is longer than the previous time interval, the minimum point represents the forward direction (acceleration plane front). Conversely, if the time interval from the immediately preceding minimum point is shorter than the previous time interval, the minimum point represents the rearward direction of travel (acceleration plane rear).
以下の表1は、加速度データ及び地磁気データの所定期間における観測データである。表1によれば、観測された3軸の加速度データax,ay,azと、3軸の地磁気データmx,my,mzと、合成加速度と、その増減(+が増加、−が減少を示す)とが表されている。更に、極小点(1が極小点、0が非極小点を示す)と、極小点間の時間間隔dtと、その増減と、加速度面前方又は後方の判定結果とが表されている。 Table 1 below shows observation data in a predetermined period of acceleration data and geomagnetic data. According to Table 1, the observed triaxial acceleration data a x , a y , a z , the triaxial geomagnetic data m x , m y , m z , the resultant acceleration, and its increase / decrease (+ increases, -Indicates a decrease). Furthermore, a minimum point (1 indicates a minimum point and 0 indicates a non-minimum point), a time interval dt between the minimum points, an increase / decrease thereof, and a determination result in front of or behind the acceleration surface are shown.
最初に、加速度面から、歩行基準ベクトルを算出する。歩行基準ベクトルは、歩行方向を示すもので、加速度面の法線ベクトルで表現される。原点から伸びる法線ベクトルは、加速度面に対して2方向に引くことができる。加速度面は、進行方向(歩行者の前後)を示すので、2方向の法線ベクトルは、歩行者の右方と左方にあたる。ここでは、歩行基準ベクトルは、2方向の法線ベクトルのうち歩行者右方である、と定義する(勿論、左方でもよい)。右方は、加速度面前方及び後方を示す2つの極小点における加速度ベクトルの外積を計算することによって算出される。 First, a walking reference vector is calculated from the acceleration surface. The walking reference vector indicates the walking direction and is expressed by a normal vector of the acceleration surface. A normal vector extending from the origin can be drawn in two directions with respect to the acceleration plane. Since the acceleration plane indicates the traveling direction (before and after the pedestrian), the normal vectors in the two directions correspond to the right and left sides of the pedestrian. Here, the walking reference vector is defined to be the right side of the pedestrian among the two normal vectors (of course, the left side may be used). The right side is calculated by calculating the outer product of acceleration vectors at two local minimum points indicating the front and rear of the acceleration surface.
以下の式(1)によって、歩行基準ベクトルを算出する。
加速度面前方を示す極小点での加速度ベクトル:F=(xF,yF,zF)
加速度面後方を示す極小点での加速度ベクトル:B=(xB,yB,zB)
加速度面の右方を示す歩行基準ベクトル :R=(xR,yR,zR)
R=B×F
=(yBzF−zByF,zBxF−xBzF,xByF−yBxF)式(1)
The walking reference vector is calculated by the following equation (1).
Acceleration vector at the minimum point indicating the front of the acceleration plane: F = (x F , y F , z F )
Acceleration vector at the minimum point indicating the back of the acceleration plane: B = (x B , y B , z B )
Walking reference vector indicating the right side of the acceleration plane: R = (x R , y R , z R )
R = B × F
= (Y B z F -z B y F, z B x F -x B z F, x B y F -y B x F) Formula (1)
例として、表1の時刻15070と時刻15530(太囲線)の加速度ベクトルをそれぞれ、F、Bとして選択し、式(1)を適用した場合、以下のようになる。
R=(20300, 114660, −749115)
As an example, when the acceleration vectors at time 15070 and time 15530 (thick line) in Table 1 are selected as F and B, respectively, and Expression (1) is applied, the following results.
R = (20300, 114660, −749115)
次に、方位基準ベクトルを算出する。方位基準ベクトルは、重力ベクトルとそれに対応する地磁気ベクトルから成る平面に対する、法線ベクトルで示すことができる。ここで、法線ベクトルは、歩行基準ベクトルと同様、原点から2方向に引くことができるが、歩行基準ベクトルで定めた方向に合わせて決める必要がある。即ち、歩行基準ベクトルを歩行者の右方と定めた場合は、同じく右方(東方)、左方と定めた場合は左方(西方)に決める。 Next, an azimuth reference vector is calculated. The azimuth reference vector can be represented by a normal vector with respect to a plane composed of a gravity vector and a corresponding geomagnetic vector. Here, the normal vector can be drawn in two directions from the origin in the same manner as the walking reference vector, but it is necessary to determine it in accordance with the direction determined by the walking reference vector. That is, when the walking reference vector is determined to be right of the pedestrian, it is determined to be right (east), and when it is determined to be left, it is determined to be left (west).
合成加速度の極大点における加速度ベクトルは、重力ベクトルと見なすことができる。又は、歩行基準ベクトルを求める際に算出した2つの極小点における加速度ベクトルの中点(平均)を用いてもよい(重力ベクトルG=(B+F)/2)。地磁気ベクトルは、重力ベクトルと同様に極大点で選択するか、又は、2つの極小点のタイミングの間で検出された複数の地磁気ベクトルの平均を用いてもよい。 The acceleration vector at the maximum point of the combined acceleration can be regarded as a gravity vector. Alternatively, the midpoint (average) of acceleration vectors at the two minimum points calculated when determining the walking reference vector may be used (gravity vector G = (B + F) / 2). The geomagnetic vector may be selected at the maximum point as in the case of the gravity vector, or an average of a plurality of geomagnetic vectors detected between the timings of the two minimum points may be used.
重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルから、方位基準ベクトルを導出する。方位基準ベクトルは、ここでは歩行基準ベクトルに合わせて、右方(東方)と定義する。
以下の式(2)によって、方位基準ベクトルを算出する。
重力ベクトル :G=(xG,yG,zG)
地磁気ベクトル :M=(xM,yM,zM)
歩行基準ベクトル:E=(xE,yE,zE)
E=G×M
=(yGzM−zGyM,zGxM−xGzM,xGyM−yGxM)式(2)
An orientation reference vector is derived from the geomagnetic vector corresponding to the gravity vector. Here, the azimuth reference vector is defined as the right side (east) in accordance with the walking reference vector.
An azimuth reference vector is calculated by the following equation (2).
Gravity vector: G = (x G, y G, z G)
Geomagnetic vector: M = (x M , y M , z M )
Walking reference vector: E = (x E , y E , z E )
E = G × M
= (Y G z M -z G y M, z G x M -x G z M, x G y M -y G x M) (2)
例として、表1のデータを用いて、重力ベクトルGを、加速度後方ベクトルBと加速度前方ベクトルFとの中点とする。また、地磁気ベクトルMを、B−F間の地磁気ベクトルの平均とする。そして、式(2)を適用すると、以下の値が得られる。
重力ベクトル :G=(40.5, 907.5, 140)
地磁気ベクトル :M=(534.7, 351, 126. 7)
方位基準ベクトル:E=(65810, 69723.3, −470994.5)
As an example, the gravity vector G is set as the midpoint between the acceleration backward vector B and the acceleration forward vector F using the data in Table 1. The geomagnetic vector M is the average of the geomagnetic vectors between B and F. Then, when the formula (2) is applied, the following values are obtained.
Gravity vector: G = (40.5, 907.5, 140)
Geomagnetic vector: M = (534.7, 351, 126. 7)
Orientation reference vector: E = (65810, 69723.3, −470994.5)
歩行基準ベクトルと方位基準ベクトルのなす角から、方位角θを求める。2つのベクトルのなす角は、内積とノルム(ベクトルの大きさ)積から導出することができる。方位基準ベクトルE及び歩行基準ベクトルRから、両ベクトルのなす角αは、以下の式で表される。
α=arccos((E・R)/(|E||R|)) 式(3)
The azimuth angle θ is obtained from the angle formed by the walking reference vector and the azimuth reference vector. The angle between the two vectors can be derived from the inner product and the norm (vector magnitude) product. From the azimuth reference vector E and the walking reference vector R, the angle α formed by both vectors is expressed by the following equation.
α = arccos ((E · R) / (| E || R |)) Equation (3)
ここで、なす角αは、劣角である(0〜180度)。これに対し、求める方位角θは、0〜360度(北方位を0度とした時計回りの角度)であり、優角を含む。そのため、なす角を方位角に変換する。 Here, the formed angle α is an inferior angle (0 to 180 degrees). On the other hand, the azimuth angle θ to be obtained is 0 to 360 degrees (clockwise angle with the north azimuth being 0 degrees) and includes a dominant angle. Therefore, the angle formed is converted to an azimuth angle.
図6は、なす角と方位角の関係を表す説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the angle formed and the azimuth angle.
図6によれば、方位基準ベクトルEと歩行基準ベクトルRの外積ベクトルE×Rは、θが180未満のとき重力ベクトルと同一方向を示す。このとき、θ=αである。一方で、θが180度以上になるべきときには、E×Rは、重力ベクトルと逆方向を示す。このとき、θ=360−αである。そのため、E×Rと重力ベクトルGのなす角を求め(角度ではなく余弦でよい)、その結果に基づいてαをθに変換する。 According to FIG. 6, the outer product vector E × R of the azimuth reference vector E and the walking reference vector R indicates the same direction as the gravity vector when θ is less than 180. At this time, θ = α. On the other hand, when θ should be 180 degrees or more, E × R indicates the direction opposite to the gravity vector. At this time, θ = 360−α. Therefore, an angle formed by E × R and the gravity vector G is obtained (cosine instead of angle), and α is converted to θ based on the result.
E×Rと重力ベクトルGとのなす角をβとすると、以下の式になる。
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
If the angle formed by E × R and the gravity vector G is β, the following equation is obtained.
cos β ≧ 0: θ = α
cos β <0: θ = 360−α
例として、表1のデータを用いて、式(3)を計算すると、以下のようになる。
α=6.3(deg)
As an example, when the formula (3) is calculated using the data of Table 1, the following is obtained.
α = 6.3 (deg)
このとき、外積ベクトルは、以下のようになる。
E×R=(1773434520 , 39738069800, −6130390933)
cosβ=1
結果的に、方位角θは、以下のように算出される。
θ=α=6.3(deg)
At this time, the outer product vector is as follows.
E × R = (1773434520, 39738069800, −6130390933)
cos β = 1
As a result, the azimuth angle θ is calculated as follows.
θ = α = 6.3 (deg)
図7は、本発明の携帯端末における機能構成図である。 FIG. 7 is a functional configuration diagram of the mobile terminal according to the present invention.
図7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。
According to FIG. 7, the mobile terminal 1 includes a
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。
The
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。
The
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。
The
地図情報記憶部14は、例えば道路地図のような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。
The map
マイクロプロセッサ部10は、歩行タイミング決定部101と、進行方向決定部102と、方向転換判定部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として機能するようなプログラムを実行する。
The
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。
The walking
進行方向決定部102は、所定時間毎に、地磁気センサ11からの地磁気データと、加速度センサ12からの加速度データと、歩行タイミング決定部101からの歩行タイミングデータから、進行方向を決定する。本発明は、この進行方向決定部102における進行方向の特定方法に基づく。
The traveling
方向転換判定部103は、進行方向決定部102から進行方向のデータを受け取る。方向転換判定部103は、メモリを有し、進行方向のデータを時間経過に応じて記憶する。そして、方向転換判定部103は、メモリに記憶された一定の時間範囲の進行方向について、方向転換がなされたか否かを判定する。
The direction
歩幅決定部104は、歩行タイミング決定部101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。尚、歩幅決定部104は、その歩幅の情報を方向転換判定部103にも出力する。
The
移動量積算部105は、進行方向決定部102から進行方向の情報を受け取り、歩幅決定部104から歩幅の情報を受け取る。そして、移動量積算部105は、1歩分の進行方向及び歩幅を積算する。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、方向転換判定部103が方向転換したと判定すれば、地図情報における近傍の交差点の位置を現在位置として決定する。また、方向転換していないと判定すれば(直進したと判定すれば)、マップマッチングによって投影された位置を、現在位置として決定する。
The movement
本発明の特徴となる進行方向決定部102は、フィルタ部1021と、歩行基準ベクトル算出部1022と、方位基準ベクトル算出部1023と、方位角算出部1024と、補正部1025とを有する。フィルタ部1021及び補正部1025は、本発明について本質的な機能では無いが、これによって進行方向の精度を向上させることができる。
The traveling
歩行基準ベクトル算出部1022は、加速度データ群から合成加速度の極小点(腕の最上点である可能性が高い)を選択する。2つの極小点間の時間間隔の違いから加速度面前方又は後方(進行方向前方又は後方)を決定する。それに基づいて、歩行者進行方向の右方又は左方を示す歩行基準ベクトルを算出する。
The walking reference
方位基準ベクトル算出部1023は、重力ベクトルとそれに対応する地磁気ベクトルを求め、それらからなる平面の法線ベクトルを算出し、方位基準ベクトルとする。重力ベクトルには、合成加速度の極大点(腕の最下点である可能性が高い)での加速度データか、又は、歩行基準ベクトル算出部1022によって算出された2つの極小点のベクトルの中点を用いることができる。重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルは、重力ベクトル同様、極大点を用いるか、又は2つの極小点間の平均値を用いることができる。方位基準ベクトルは、歩行基準ベクトルに合わせて東方又は西方に決定する。
The azimuth reference
方位角算出部1024は、歩行基準ベクトルと方位基準ベクトルのなす角を導出し、なす角から方位角を算出する。
The azimuth
フィルタ部1021は、基準ベクトル導出部1022に入力される加速度データ及び地磁気データについて、所定時間範囲のデータをメモリし、最大値及び最小値から所定割合のデータを除去する。即ち、突飛なデータを除去することができる。
The
補正部1025は、方位角算出部1024から出力された方位角θについて、所定時間範囲の方位角θをメモリし、当該方位角θの前後の変化が所定角度閾値以上となっている方位角θを除去する。
The
例えば、以下の表2のように、1つのデータだけが前後のデータよりも突飛な値、例えば90度(所定角度閾値)以上振れていた場合、そのデータを除去する。ここで、方位角θの変化の大きさの計算には劣角を用いる。例えば、直前の方位角θが5度であるのに対し、現在の方位角θが355度であった場合、方位角θの変化の大きさは10度である(350度ではない)。 For example, as shown in Table 2 below, if only one data is swung more than the previous data, for example, 90 degrees (predetermined angle threshold) or more, the data is removed. Here, the subordinate angle is used to calculate the magnitude of the change in the azimuth angle θ. For example, when the previous azimuth angle θ is 5 degrees and the current azimuth angle θ is 355 degrees, the magnitude of the change in the azimuth angle θ is 10 degrees (not 350 degrees).
また、補正部1025は、除去されたデータについて、以下の表3のように、時間的に前後に算出された単位区間の方位角θの平均によって補完することも好ましい。ここでの平均の計算には、の方位角θの変化の大きさを求める際と同様、劣角を用いる。例えば、2度と358度の平均は、0度である(180度ではない)。
Further, the
更に、補正部1025は、蓄積した複数の方位角θの変化を、平均化することも好ましい。具体的には、直近数歩分の方位角θの移動平均を求めることで、方位角θの値のばたつきを抑制することができる。ここでの移動平均の計算にも、前述したと同様、劣角を用いる。
Further, the
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であっても、その携帯端末に搭載された加速度センサ及び地磁気センサを用いて、歩行者の進行方向をできる限り正確に決定することができる。 As described above in detail, according to the mobile terminal, the program and the method of the present invention, even if the pedestrian is walking with the mobile terminal handheld, the acceleration sensor mounted on the mobile terminal And the geomagnetic sensor can be used to determine the traveling direction of the pedestrian as accurately as possible.
前述した本発明における種々の実施形態によれば、当業者は、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略を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。 According to the various embodiments of the present invention described above, those skilled in the art can easily make various changes, modifications and omissions within the scope of the technical idea and the viewpoint of the present invention. The above description is merely an example, and is not intended to be restrictive. The invention is limited only as defined in the following claims and the equivalents thereto.
1 携帯端末
10 プロセッサ・メモリ
101 歩行タイミング決定部
102 進行方向決定部
1021 フィルタ部
1022 歩行基準ベクトル算出部
1023 方位基準ベクトル算出部
1024 方位角算出部
1025 補正部
103 方向転換判定部
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記進行方向決定手段は、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、
前記加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、前記重力ベクトル及び前記地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、
前記歩行基準ベクトル及び前記方位基準ベクトルに基づいて、前記進行方向の方位角を算出する方位角算出手段と
を有し、
前記歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表すことを特徴とする携帯端末。 An acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data; a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data; and a traveling direction determination means that determines a traveling direction of a pedestrian from the acceleration data and the geomagnetic data. A portable terminal owned by a person,
The traveling direction determination means includes
A walking reference vector calculating means for calculating a walking reference vector that is a normal vector with respect to the acceleration surface based on the arm swinging motion;
An azimuth reference for deriving a gravity vector and a geomagnetic vector corresponding to the gravity vector from the acceleration data and the geomagnetic data, and calculating an azimuth reference vector that is a normal vector with respect to the azimuth reference plane of the gravity vector and the geomagnetic vector Vector calculation means;
Azimuth angle calculating means for calculating an azimuth angle of the traveling direction based on the walking reference vector and the azimuth reference vector;
The walking reference vector calculation means measures the time interval between the local minimum points in the change in the resultant acceleration with time, compares two adjacent time intervals, and compares the time intervals at the end of the long time interval. A portable terminal characterized in that the minimum point represents the front of the acceleration surface (front of the traveling direction), and the minimum point at the end of the short time interval represents the rear of the acceleration surface (rear of the traveling direction).
前記方位基準ベクトル算出手段は、前記方位基準ベクトルEを、重力ベクトルGと、地磁気ベクトルMとの外積(E=G×M(又はM×G))によって算出し、
前記方位角算出手段は、方位基準ベクトルE及び歩行基準ベクトルRを用いて、内積とノルム(ベクトルの大きさ)積から、両ベクトルのなす角αを以下の式によって算出し、そのなす角αから方位角θを導出する
α=arccos((E・R)/(|E||R|))
ことを特徴とする請求項1に記載の携帯端末。 The walking reference vector calculation means calculates the walking reference vector R as an outer product (R = B × F) of the acceleration vector B at the minimum point indicating the rear of the acceleration surface and the acceleration vector F at the minimum point indicating the front of the acceleration surface. (Or F × B))
The azimuth reference vector calculation means calculates the azimuth reference vector E by an outer product (E = G × M (or M × G)) of a gravity vector G and a geomagnetic vector M,
The azimuth calculating means calculates an angle α formed by both vectors from an inner product and a norm (vector magnitude) product using the azimuth reference vector E and the walking reference vector R, and the angle α formed by the following formula: Deriving the azimuth angle θ from the equation α = arccos ((E ・ R) / (| E || R |))
The mobile terminal according to claim 1.
cosβ≧0:θ=α
cosβ<0:θ=360−α
ことを特徴とする請求項2に記載の携帯端末。 The azimuth angle calculating means calculates an outer product vector (E × R) of the azimuth reference vector E and the walking reference vector R, and the azimuth angle θ is an angle formed by an angle β formed by the outer product vector and the gravity vector G. Derived from α by the following equation: cos β ≧ 0: θ = α
cos β <0: θ = 360−α
The mobile terminal according to claim 2.
前記進行方向決定手段から出力された、前記歩数毎、又は歩数に基づく時間単位毎の進行方向について、方向転換がなされたか否かを判定する方向転換判定手段と
を更に有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。 The acceleration data input from the acceleration sensor is divided for each number of steps, or for each time unit based on the number of steps, and the walking timing determining means for outputting to the traveling direction determining means,
The apparatus further comprises direction change determination means for determining whether or not the direction change has been made for each of the number of steps output from the direction of travel determination means or for each time unit based on the number of steps. Item 4. The mobile terminal according to any one of Items 1 to 3.
所定時間範囲のデータをメモリし、最大値及び最小値から所定割合のデータを除去するフィルタ手段を更に有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。 About the acceleration data and the geomagnetic data input to the reference vector deriving means,
5. The mobile terminal according to claim 1, further comprising a filter unit that stores data in a predetermined time range and removes a predetermined ratio of data from a maximum value and a minimum value.
所定時間範囲の方向角θをメモリし、当該方向角θの前後の変化が所定角度閾値以上となっている方向角θを除去する補正手段を更に有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の携帯端末。 For the direction angle θ output from the direction angle calculation means,
6. The apparatus according to claim 1, further comprising correction means for storing the direction angle θ in a predetermined time range and removing the direction angle θ in which a change before and after the direction angle θ is equal to or greater than a predetermined angle threshold. The portable terminal of any one of Claims.
前記進行方向決定手段は、
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する歩行基準ベクトル算出手段と、
前記加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、前記重力ベクトル及び前記地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する方位基準ベクトル算出手段と、
前記歩行基準ベクトル及び前記方位基準ベクトルに基づいて、前記進行方向の方位角を算出する方位角算出手段と
を有し、
前記歩行基準ベクトル算出手段は、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表すように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。 A computer having an acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data and a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data, and is mounted on a portable terminal carried by a pedestrian is obtained from the acceleration data and the geomagnetic data. A program for a portable terminal that functions as a traveling direction determining means for determining a traveling direction of the pedestrian,
The traveling direction determination means includes
A walking reference vector calculating means for calculating a walking reference vector that is a normal vector with respect to the acceleration surface based on the arm swinging motion;
An azimuth reference for deriving a gravity vector and a geomagnetic vector corresponding to the gravity vector from the acceleration data and the geomagnetic data, and calculating an azimuth reference vector that is a normal vector with respect to the azimuth reference plane of the gravity vector and the geomagnetic vector Vector calculation means;
Azimuth angle calculating means for calculating an azimuth angle of the traveling direction based on the walking reference vector and the azimuth reference vector;
The walking reference vector calculation means measures the time interval between the local minimum points in the change in the resultant acceleration with time, compares two adjacent time intervals, and compares the time intervals at the end of the long time interval. A program for a portable terminal that causes a computer to function so that a local minimum point represents the front of the acceleration surface (front in the traveling direction) and a local minimum point at the end of the short time interval represents the rear of the acceleration surface (rear in the traveling direction) .
腕振り運動に基づく加速度面に対する法線ベクトルとなる歩行基準ベクトルを算出する第1のステップと、
前記加速度データ及び地磁気データから、重力ベクトルと、該重力ベクトルに対応する地磁気ベクトルとを導出し、前記重力ベクトル及び前記地磁気ベクトルの方位基準面に対する法線ベクトルとなる方位基準ベクトルを算出する第2のステップと、
前記歩行基準ベクトル及び前記方位基準ベクトルに基づいて、前記進行方向の方位角を算出する第3のステップと
を有し、
第1のステップは、時間経過に伴う合成加速度の変化の中で、極小点同士の間の時間間隔を計測し、隣り合う2つの時間間隔を比較して、長い時間間隔の終点時の極小点は加速度面前方(進行方向前方)を表し、短い時間間隔の終点時の極小点は加速度面後方(進行方向後方)を表す
ことを特徴とする携帯端末の進行方向決定方法。 A portable terminal having an acceleration sensor that outputs triaxial acceleration data and a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data, and the progress of the pedestrian based on the acceleration data and the geomagnetic data. A traveling direction determination method for determining a direction,
A first step of calculating a walking reference vector that is a normal vector for an acceleration surface based on an arm swinging motion;
A gravity vector and a geomagnetic vector corresponding to the gravity vector are derived from the acceleration data and the geomagnetic data, and a direction reference vector that is a normal vector with respect to the direction reference plane of the gravity vector and the geomagnetic vector is calculated. And the steps
A third step of calculating an azimuth angle of the traveling direction based on the walking reference vector and the azimuth reference vector;
The first step is to measure the time interval between the local minimum points in the change in the resultant acceleration with time, compare two adjacent time intervals, and determine the local minimum point at the end of the long time interval. Represents the front of the acceleration surface (front of the traveling direction), and the minimum point at the end of the short time interval represents the rear of the acceleration surface (rear of the traveling direction).
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