JP6358889B2 - 歩行者観測システム、プログラムおよび進行方向推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯型の端末装置を用いて歩行者の進行方向を推定する技術に関する。

従来より、姿勢自由度の高い、携帯型の端末装置において、歩行者の進行方向を特定する技術が提案されている。特に、このような端末装置を歩行者に携帯させて、歩行者の移動軌跡を観測するアプリケーション（ＰＤＲ：Pedestrian Dead Reckoning）などが知られており、このようなアプリケーションでは歩行者の進行方向を特定する必要がある。

特開２００３−３０２４１９号公報 特開２００８−１１６３１５号公報 特再公表２００６−１０４１４０号公報 特開２０１２−１４５４５７号公報 特開２０１２−１６８００４号公報 特開２０１２−２４２１７９号公報

ところが、特許文献１に記載されている技術では、姿勢自由度の高い端末装置とはいえ、歩行動作中においても端末装置が静止時の姿勢を保持していることが前提となっており、実用性に乏しいという問題があった。また、センサのデータを直接解析するため、ノイズに弱いという問題があった。さらに、加速度データを逐次保持しているので可搬性に欠けるという問題もあった。

また、特許文献２に記載された技術では、複数の歩行ステップに対して統計演算を施しているため、応答性が悪いという問題がった。

また、特許文献３，４，６に記載されている技術は、周波数変換や自己相関処理などを伴う技術であるため、演算量が多いという問題があった。

さらに、特許文献５に記載されている技術では、遊脚期や立脚期を定義する必要があるが、これらを明確に定義することが難しく、誤検出が多いという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、姿勢の自由度の高い、携帯型の装置において、応答性および演算量に優れ、かつ、誤検出の少ない、歩行者の進行方向を推定する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、歩行者観測システムであって、歩行者に付随しつつ独自に定義された端末座標系に従って加速度情報を取得する加速度検出手段と、前記加速度検出手段により取得された加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および前記第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、前記パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得する水平方向検出手段と、前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する鉛直方向検出手段と、前記鉛直方向検出手段により取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、前記水平方向検出手段により取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得するピーク解析手段と、前記ピーク解析手段により取得された推定用ピーク情報に基づいて、前記歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する進行方向推定手段とを備え、前記鉛直方向検出手段は、前記歩行者の蹴り足が切り替わった時間を示す情報を含む蹴り足情報を取得し、前記ピーク解析手段は、前記推定用ピーク情報に含まれるパワーの極大値が検出された時間における蹴り足を、前記鉛直方向検出手段により取得された前記蹴り足情報に基づいて特定し、特定した蹴り足を識別する情報を当該パワーの極大値に関する情報として関連づける。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る歩行者観測システムであって、前記歩行者の歩行動作を観測するために適した観測座標系に対する前記加速度検出手段の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢推定手段と、前記姿勢推定手段により取得された姿勢情報に基づいて、前記加速度検出手段により取得された加速度情報を、前記観測座標系に座標変換して変換済み加速度情報を取得する変換手段と、前記変換手段により取得された変換済み加速度情報から低周波成分を抽出して、検出用加速度情報を取得するローパスフィルタ処理手段とをさらに備え、前記水平方向検出手段は、前記ローパスフィルタ処理手段により取得された検出用加速度情報に基づいて、前記水平方向ピーク情報を取得し、前記鉛直方向検出手段は、前記ローパスフィルタ処理手段により取得された検出用加速度情報に基づいて、前記鉛直方向ピーク情報を取得する。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る歩行者観測システムであって、前記姿勢推定手段は、実質的に実時間で前記姿勢情報を取得する。

また、請求項４の発明は、請求項２または３の発明に係る歩行者観測システムであって、前記観測座標系は、前記歩行者の動きと独立した座標系である。

また、請求項５の発明は、請求項２または３の発明に係る歩行者観測システムであって、前記観測座標系は、前記歩行者の体に対して定義される座標系である。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明に係る歩行者観測システムであって、前記歩行者が、前記加速度検出手段を保持した腕を前後に振りながら歩行しているか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記鉛直方向検出手段は、前記判定手段により前記歩行者が前記加速度検出手段を保持した腕を前後に振りながら歩行していると判定されたとき、前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極小値を鉛直方向ピーク情報として取得し、前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定結果に応じて推定用ピーク情報を取得する。

また、請求項７の発明は、歩行者観測システムであって、歩行者に付随しつつ独自に定義された端末座標系に従って加速度情報を取得する加速度検出手段と、前記加速度検出手段により取得された加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および前記第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、前記パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得する水平方向検出手段と、前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する鉛直方向検出手段と、前記鉛直方向検出手段により取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、前記水平方向検出手段により取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得するピーク解析手段と、前記ピーク解析手段により取得された推定用ピーク情報に基づいて、前記歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する進行方向推定手段と、前記歩行者が、前記加速度検出手段を保持した腕を前後に振りながら歩行しているか否かを判定する判定手段とを備え、前記鉛直方向検出手段は、前記判定手段により前記歩行者が前記加速度検出手段を保持した腕を前後に振りながら歩行していると判定されたとき、前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極小値を鉛直方向ピーク情報として取得し、前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定結果に応じて推定用ピーク情報を取得する。

また、請求項８の発明は、請求項６または７のいずれかの発明に係る歩行者観測システムであって、前記進行方向推定手段は、時系列的に新しい鉛直方向の加速度の極小値と時系列的に古い鉛直方向の加速度の極小値との大小関係に応じて進行方向情報を取得する。

また、請求項９の発明は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、歩行者に付随する加速度検出手段により前記加速度検出手段において定義された端末座標系に従って取得された加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および前記第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、前記パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得する水平方向検出手段と、前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する鉛直方向検出手段と、前記鉛直方向検出手段により取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、前記水平方向検出手段により取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得するピーク解析手段と、前記ピーク解析手段により取得された推定用ピーク情報に基づいて、前記歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する進行方向推定手段とを備え、前記鉛直方向検出手段は、前記歩行者の蹴り足が切り替わった時間を示す情報を含む蹴り足情報を取得し、前記ピーク解析手段は、前記推定用ピーク情報に含まれるパワーの極大値が検出された時間における蹴り足を、前記鉛直方向検出手段により取得された前記蹴り足情報に基づいて特定し、特定した蹴り足を識別する情報を当該パワーの極大値に関する情報として関連づけるコンピュータとして機能させる。

また、請求項１０の発明は、進行方向推定方法であって、歩行者に付随しつつ独自に定義された端末座標系に従って加速度情報を取得する工程と、取得された加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および前記第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、前記パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得する工程と、取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する工程と、前記歩行者の蹴り足が切り替わった時間を示す情報を含む蹴り足情報を取得する工程と、取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得する工程と、取得された推定用ピーク情報に含まれるパワーの極大値が検出された時間における蹴り足を、取得された蹴り足情報に基づいて特定し、特定した蹴り足を識別する情報を当該パワーの極大値に関する情報として関連づける工程と、取得された推定用ピーク情報に基づいて、前記歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する工程とを有する。

請求項１ないし１０に記載の発明は、歩行者に付随しつつ独自に定義された端末座標系に従って加速度情報を取得し、加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、当該パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得し、前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得し、鉛直方向ピーク情報に基づいて、水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得し、推定用ピーク情報に基づいて、歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する。これにより、演算量を抑制することができるため、応答性がよく、かつ、精度の高い進行方向推定が可能となる。

第１の実施の形態における端末装置を示す図である。 端末装置のブロック図である。 端末装置が備える機能ブロックをデータの流れとともに示す図である。 人の歩行動作における加速度の典型的なパターンを示す図である。 端末装置における進行方向推定処理を示す流れ図である。 第１の実施の形態における端末装置が実行する鉛直方向のピーク検出処理を示す流れ図である。 第１の実施の形態における端末装置が実行する水平方向のピーク検出処理を示す流れ図である。 横軸を時間として、加速度成分α_E，α_Nと、水平面における加速度のパワーＰＷとを例示する図である。 ピーク解析処理を示す流れ図である。 適切なパワーピークを探索する様子を概念的に示す図である。 第２の実施の形態における端末装置を示す図である。 第３の実施の形態における端末装置が備える機能ブロックをデータの流れとともに示す図である。 第３の実施の形態における端末装置の進行方向推定処理を示す流れ図である。 第３の実施の形態における端末装置が実行する鉛直方向のピーク検出処理を示す流れ図である。 第３の実施の形態における端末装置の腕振り時解析処理を示す流れ図である。 腕振り状態における加速度成分の推移を例示する図である。 第３の実施の形態における端末装置の進行方向演算処理を示す流れ図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。ただし、以下の説明において特に断らない限り、方向や向きに関する記述は、当該説明の便宜上、図面に対応するものであり、例えば実施品、製品または権利範囲等を限定するものではない。

＜１． 第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における端末装置１を示す図である。図１に示すＥＮＵ（East-North-Up）座標系は、端末装置１とは独立した座標系であり、かつ、「歩行者の動きと独立した座標系」である。ＥＮＵ座標系では、東向きの軸をＥ軸、北向きの軸をＮ軸、鉛直方向上向きの軸をＵ軸と定義する。また、図１に示すＸＹＺ座標系は、端末装置１において定義された座標系（端末座標系）であり、本実施の形態においては、表示部１３の画面の中心付近に原点が定義されている。ただし、本実施の形態では、相対的な位置関係に基づいて、進行方向や距離を演算するため、図１に示す原点の位置は便宜上のものであり、他の位置に定義されてもよい。

図１では、Ｘ軸がＥ軸に、Ｙ軸がＮ軸に、Ｚ軸がＵ軸にそれぞれ一致するように図示している。しかし、ＸＹＺ座標系とＥＮＵ座標系との相対関係は、端末装置１の姿勢（例えば、歩行者による端末装置１の持ち方など）に応じて変化する。すなわち、本実施の形態においては、端末装置１は、歩行者に対して固定されない例として説明する。

図２は、端末装置１のブロック図である。端末装置１は、ＣＰＵ１０と記憶装置１１とを備えており、詳細は後述するが、端末装置１を携帯する者（以下、「歩行者」と称する。）の歩行動作における進行方向を推定する装置として構成されている。

ＣＰＵ１０は、記憶装置１１に格納されているプログラム１１０を読み取りつつ実行し、各種データの演算や制御信号の生成等を行う。これにより、ＣＰＵ１０は、端末装置１が備える各構成を制御するとともに、各種データを演算し作成する機能を有している。すなわち、端末装置１は、一般的なコンピュータとして構成されている。

記憶装置１１は、端末装置１において各種データを記憶する機能を提供する。言い換えれば、記憶装置１１が端末装置１において電子的に固定された情報を保存する。特に、本実施の形態における記憶装置１１は、プログラム１１０を記憶するために使用される。

記憶装置１１としては、ＣＰＵ１０の一時的なワーキングエリアとして使用されるＲＡＭやバッファ、読み取り専用のＲＯＭ、不揮発性のメモリ（例えばＮＡＮＤメモリなど）、比較的大容量のデータを記憶するハードディスク、専用の読み取り装置に装着された可搬性の記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、ＰＣカード、ＳＤカード、ＵＳＢメモリなど）等が該当する。図２においては、記憶装置１１を、あたかも１つの構造物であるかのように図示している。しかし、通常、記憶装置１１は、上記例示した各種装置（あるいは媒体）のうち、必要に応じて採用される複数種類の装置から構成されるものである。すなわち、記憶装置１１は、データを記憶する機能を有する装置群の総称である。

また、現実のＣＰＵ１０は高速にアクセス可能なＲＡＭを内部に備えた電子回路である。しかし、このようなＣＰＵ１０が備える記憶装置も、説明の都合上、記憶装置１１に含めて説明する。すなわち、本実施の形態においては、一時的にＣＰＵ１０自体が記憶するデータも、記憶装置１１が記憶するとして説明する。

図２に示すように、端末装置１は、操作部１２と表示部１３とを備えている。

操作部１２は、操作者（歩行者）が端末装置１に様々な情報を入力するために操作されるハードウェアである。操作部１２としては、各種ボタン類、キー、回転式セレクタ、あるいは、タッチパネルなどが該当する。

表示部１３は、各種情報を表示することにより出力する出力部としての機能を有している。すなわち、表示部１３は、操作者が視覚によって知覚する状態で情報を出力するハードウェアである。表示部１３としては、例えば、液晶パネル、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ランプ、あるいは、ＬＥＤなどが該当する。

さらに、端末装置１は、端末装置１自体の運動を観測するための装置群として、加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６を備えている。加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６は、いずれも端末装置１の内部に固定的に設けられている。したがって、端末装置１が歩行者に携帯されることによって、加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６は、いずれも当該歩行者に付随した状態となる。また、端末装置１において定義されたＸＹＺ座標系は、加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６が端末装置１の内部に固設されることにより、これらのセンサに対して定義された座標系となる。

なお、詳細は後述するが、端末装置１は、これらの装置群から得られた情報に基づいて、当該端末装置１を携帯する歩行者の歩行動作を間接的に観測するものである。すなわち、第１の実施の形態における端末装置１は、本発明に係る歩行者観測システムを構成している。

加速度センサ１４は、端末装置１における加速度を検出して、加速度情報１４０を取得する。加速度センサ１４は、端末装置１について定義されたＸＹＺ座標系に従って表現された出力値を加速度情報１４０として作成する。

ジャイロセンサ１５は、端末装置１における角速度を測定して角速度情報１５０を取得する。本実施の形態におけるジャイロセンサ１５は、いわゆる３軸のジャイロセンサとして構成されており、互いに垂直な３つの軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）方向回りの角速度を測定し、当該測定値を角速度情報１５０として出力する。

磁気センサ１６は、地磁気を検出して、地磁気情報１６０を取得する。地磁気情報１６０は、方位を決定するために使用される情報である。なお、本実施の形態における端末装置１において、磁気センサ１６により取得される地磁気情報１６０を補正する従来の技術を適宜採用して、地磁気情報１６０の精度を向上させてもよい。

なお、端末装置１は、図２に示した構成以外にも、例えば、スピーカやマイク、カメラ、通信部、カードスロット、各種コネクタなどを備えていてもよい。

図３は、端末装置１が備える機能ブロックをデータの流れとともに示す図である。図３に示す姿勢推定部１００、ピーク検出部１０１、ピーク解析部１０６、進行方向推定部１０７および加速度情報調整部１０８は、ＣＰＵ１０がプログラム１１０に従って動作することにより実現される機能ブロックである。

なお、本実施の形態では、説明の便宜上、端末装置１が備える機能ブロックをいずれもソフトウェアにより実現する例で説明する。しかし、現実には、当該機能ブロックのうちの一部または全部をハードウェア（チップ化）により実現し、処理速度を向上して、リアルタイム性を向上させることが好ましい。すなわち、機能ブロックのうちのいずれを専用の論理回路等のハードウェアにより実現し、いずれをソフトウェアにより実現するかは、コストや装置サイズ、要求される処理速度等に応じて、適宜、選択可能な事項である。

姿勢推定部１００は、歩行者の動きと独立したＥＮＵ座標系に対する端末装置１の姿勢を示す姿勢情報１１１を実質的に実時間で取得する。本実施の形態における姿勢推定部１００は、加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６の出力値（加速度情報１４０、角速度情報１５０および地磁気情報１６０）をカルマンフィルタで複合的に処理して、端末装置１の現在の姿勢（ＥＮＵ座標系とＸＹＺ座標系との相対関係）を示す姿勢情報１１１を演算することにより取得する。

姿勢推定部１００が姿勢情報１１１を取得する方法については、従来の様々な技術を適宜採用することが可能であるため、ここでは詳細な説明を省略する。ただし、歩行者の動きと独立した座標系に対する端末装置１の姿勢を示す姿勢情報１１１を取得することができるのであれば、本実施の形態に示す方法に限定されるものではなく、例えば、カメラによって周囲の環境を撮像した画像を解析して用いる方法や、超音波や赤外線を用いて周囲を観測する方法、ＧＰＳ信号を用いる方法、あるいは複数の手法を組み合わせて相互補完する方法なども想定される。

また、ここで「実質的に実時間で」とは、歩行者の進行方向を推定するにあたって、無視できる程度の間隔あるいは遅延で取得される場合を含む意味である。姿勢推定部１００は、すでに説明したように、加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６の出力値に基づいて、姿勢情報１１１を求める。そして、これらのセンサは、所定のセンシング間隔（測定間隔）で各出力値を出力するため、厳密な意味で連続して測定し続けることはできない。したがって、姿勢情報１１１は少なくともセンシング間隔に応じた間隔ごとにしか取得することはできない。また、出力値が得られてから姿勢情報１１１を演算により求めるため、演算時間に応じた遅延も生じる。しかし、これらの間隔および遅延が、歩行者（人）の歩行動作の特性に鑑みて十分に短い場合には、姿勢情報１１１は「実質的に実時間」で取得されているとみなすことができる。なお、具体的に、どの程度の間隔および遅延で姿勢情報１１１が取得されれば、「無視できる程度」に該当するかは、最終的に推定された進行方向（進行方向情報１１７）を使用するアプリケーションなどに応じて異なるものであり、一概に決定することはできない。

ピーク検出部１０１は、加速度センサ１４により取得された加速度情報１４０と姿勢推定部１００により取得された姿勢情報１１１とに基づいて、ピーク情報１１４を取得するとともに、歩行者の蹴り足に関する蹴り足情報１１５を取得する。

なお、ピーク情報１１４については後述する。

また、蹴り足情報１１５は、歩行者の蹴り足が切り替わった時間を示す情報であり、当該蹴り足が切り替わるタイミングを示す情報である。ただし、進行方向を推定するためには、左右の足による移動ベクトルの合成となるため、本実施の形態において蹴り足情報１１５は、左右いずれの足が蹴り出されているかを示す情報までを含む必要はない。以後の説明では、左右の足を特定しない蹴り足の呼称として、「第１足」および「第２足」という呼称を用いる。すなわち、第１足は左右いずれの足でもよいが、第２足とは異なる方の足である。

本実施の形態におけるピーク検出部１０１は、図３に示すように、座標変換部１０２、ＬＰＦ処理部１０３、鉛直方向検出部１０４および水平方向検出部１０５を備えている。

座標変換部１０２は、姿勢推定部１００により取得された姿勢情報１１１に基づいて、加速度センサ１４により取得された加速度情報１４０を、ＥＮＵ座標系に座標変換して変換済み加速度情報１１２を取得する。すなわち、座標変換部１０２は、加速度センサ１４の出力を、姿勢推定部１００からの入力に従って変換し、変換済み加速度情報１１２を出力する。

このように、加速度情報１４０を歩行者の歩行動作の観測が安定する座標系（本実施の形態における例では、ＥＮＵ座標系。）に予め変換して変換済み加速度情報１１２とすることにより、歩行者の歩行動作や閲覧動作等によって端末装置１が回転させられることによるノイズを抑制することができる。

ＬＰＦ処理部１０３は、座標変換部１０２により取得された変換済み加速度情報１１２から低周波成分を抽出して、検出用加速度情報１１３を取得する。すなわち、ＬＰＦ処理部１０３は、座標変換部１０２の出力に対するローパスフィルターとして機能し、検出用加速度情報１１３を出力する。

このように、高周波成分が除去されることにより、人の動作（歩行動作）に無関係なノイズ等を除去することができるため、演算（推定）精度が向上する。なお、本実施の形態では、ＬＰＦ処理部１０３によるカッティング周波数は、およそ５ないし１０［Ｈｚ］である。ただし、カッティング周波数はこれに限定されるものではなく、歩行者の歩行動作の特性などに応じて、適宜、決定されることが好ましい。

鉛直方向検出部１０４は、ＬＰＦ処理部１０３からの出力である検出用加速度情報１１３を参照し、Ｕ軸方向（鉛直方向）の加速度成分（以下、「α_U」と表す。）の極大値と極小値とを検出する。そして、当該極大値と極小値とが検出された時間をそれぞれピーク情報１１４として格納する。すなわち、ピーク情報１１４には、端末装置１が運動したときの鉛直方向の加速度の極大値および極小値が観測されたタイミングが記録される。すなわち、ピーク情報１１４は、本発明における鉛直方向ピーク情報を含む。なお、このとき、本実施の形態では、極大値および極小値そのものは記録されないが、もちろんこれらの情報をピーク情報１１４に記録してもよい。

また、鉛直方向検出部１０４は、Ｕ軸方向（鉛直方向）の加速度成分α_Uの極大値が検出されるごとに、歩行者の蹴り出している足が切り替わったとみなして、当該タイミングを蹴り足情報１１５として記録する。

人の歩行動作において、蹴り出している足の蹴りだし方向がおよその進行方向となる。したがって、進行方向は、通常、歩行者の蹴り出している足ごとに変化するとみなせる。より詳細には、進行方向は、歩行者の蹴りだしている足が切り替わるごとに、およそジグザグ方向となるように変化する。すなわち、蹴り足情報１１５を参照することにより、人の歩行動作における進行方向を切り替えるべきタイミングを決定することができる。

水平方向検出部１０５は、ＬＰＦ処理部１０３からの出力である検出用加速度情報１１３を参照しつつ、Ｅ軸方向の加速度成分（以下、「α_E」と表す。）と、Ｎ軸方向の加速度成分（以下、「α_N」と表す。）とを合成し、水平面におけるパワー（以下、「ＰＷ」と表す。）を式１により演算する。

そして、水平方向検出部１０５は、演算した水平面におけるパワーＰＷの極大値を検出し、当該極大値と、当該極大値を検出したときのＥ軸方向の加速度成分α_EおよびＮ軸方向の加速度成分α_Nをピーク情報１１４に格納する。このとき、水平方向検出部１０５は、当該極大値が検出された時間についてもピーク情報１１４に格納する。

このように、ピーク情報１１４は、パワーＰＷの極大値が検出された時間と、このときのパワーＰＷの値（極大値）と、パワーＰＷの極大値が検出されたときの加速度成分α_E，α_Nとを含む情報である。すなわち、ピーク情報１１４は、本発明における水平方向ピーク情報を含んでいる。

ピーク解析部１０６は、鉛直方向検出部１０４により取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、水平方向検出部１０５により取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報１１６を取得する。

また、ピーク解析部１０６は、ピーク検出部１０１により取得されたピーク情報１１４と蹴り足情報１１５とに基づいて推定用ピーク情報１１６を取得する。推定用ピーク情報１１６を作成する具体的な手法については後述する。

進行方向推定部１０７は、ピーク解析部１０６により取得された推定用ピーク情報１１６に基づいて、歩行者の進行方向を示す進行方向情報１１７を演算する。本実施の形態における進行方向情報１１７（歩行者の進行方向）は、例えば、ＥＮＵ座標系のＥ軸に対する位相角として求められる。すなわち、進行方向情報１１７を求めることによって、歩行者の進行方向の方位を決定することができる。

加速度情報調整部１０８は、進行方向情報１１７に基づいて、検出用加速度情報１１３を変換し、調整済み加速度情報１１８を取得する。

ここで、加速度情報調整部１０８が、調整済み加速度情報１１８を取得する意味について説明する。

図４は、人の歩行動作における加速度の典型的なパターンを示す図である。図４では、横軸を時間軸として、鉛直方向の加速度成分の推移と、当該歩行動作における進行方向の加速度成分の推移とを示している。

ＰＤＲ（Pedestrian Dead Reckoning）などにおいて、歩行者の歩行動作を正確に解析するためには、図４に示すように、当該歩行動作における鉛直方向の加速度成分と進行方向の加速度成分とを得ることが好ましい。そして、これらの加速度成分を取得するために、加速度センサが設けられる。

しかし、一般的な加速度センサは、独自に定義された座標系（端末座標系。本実施の形態におけるＸＹＺ座標系。）に従った出力値を出力するように設計されている。したがって、加速度センサの出力値（端末座標系に従った出力値）から、鉛直方向の加速度成分と、歩行者の進行方向の加速度成分とを抽出する必要がある。

このような抽出（変換）を精度よく実現するためには、端末座標系と、鉛直方向および進行方向との相対関係（回転角）を高精度に推定する必要がある。当該相対関係が推定できれば、これを用いて、端末座標系に従った出力値（加速度センサの出力値）から、鉛直方向の加速度成分と、歩行者の進行方向の加速度成分とを求めることができる。

鉛直方向については、例えば、定常的に観測される重力加速度に基づいて比較的容易に推定することが可能である。すなわち、端末座標系と鉛直方向との相対関係は、従来技術によって比較的正確に求めることが可能である。

進行方向についても、これを推定する技術はすでに提案されている（例えば、特許文献１ないし６）。しかし、これらの従来技術は、すでに述べたように、未だ問題も多い技術である。したがって、歩行者の進行方向を精度よく推定することは、これらの技術を適用したとしても困難を伴うものである。

加速度情報調整部１０８は、加速度センサ１４の出力値である加速度情報１４０（本実施の形態では、加速度情報１４０をさらに好適に処理した検出用加速度情報１１３）を、推定した進行方向（進行方向情報１１７）に基づいて変換し、調整済み加速度情報１１８を得るものである。これにより、現実に歩行者が歩行動作中であるときの調整済み加速度情報１１８は、図４に示す典型的なパターンとなることが期待される。したがって、調整済み加速度情報１１８を解析することにより、歩行者が歩行動作中であるか否かの判定はもちろん、その他、歩行動作の解析を正確に行うことができる。

なお、本実施の形態における加速度情報調整部１０８は、鉛直方向の加速度成分については抽出処理を行わない。これは、本実施の形態においては、すでに説明した座標変換部１０２によって、加速度情報１４０から鉛直方向の加速度成分をすでに抽出して、変換済み加速度情報１１２が作成され、当該変換済み加速度情報１１２の座標系を変換することなく、検出用加速度情報１１３が作成されるからである。このように、検出用加速度情報１１３は、すでに鉛直方向の加速度成分についての抽出が完了した情報であるため、加速度情報調整部１０８による鉛直方向の加速度成分の抽出は必要ないのである。

以上が、第１の実施の形態における端末装置１の構成および機能の説明である。次に、端末装置１を用いて、歩行者の進行方向を推定する方法について説明する。

図５は、端末装置１における進行方向推定処理を示す流れ図である。

第１の実施の形態における端末装置１は、電源が投入され起動されると、所定の初期設定を実行した後に、図５に示す進行方向推定処理を開始する。なお、特に断らない限り、図５に示す進行方向推定処理は、ＣＰＵ１０がプログラム１１０に従って動作することにより、端末装置１の各構成が制御され、実現される。

進行方向推定処理を開始すると、ＣＰＵ１０は、測定タイミングの到来と、推定タイミングの到来とを監視しつつ（ステップＳ１，Ｓ８）、鉛直方向のピーク検出処理（ステップＳ６）と、水平方向のピーク検出処理（ステップＳ７）とを実行する状態となる。以下、この状態を「通常状態」と称する。

なお、通常状態において、端末装置１（ＣＰＵ１０）は、他の状態を監視したり、他の処理を実行していてもよい。例えば、通常状態において、上記タイミングを監視するとともに、他のアプリケーションが起動され、当該アプリケーションに必要な処理が適宜実行されていてもよい。

測定タイミングとは、端末装置１に搭載されている各センサ（加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６）によって、それぞれの測定対象について、測定を行うタイミングである。本実施の形態（図５）では、便宜上、各センサの測定タイミングを共通のタイミングとして説明するが、これらの測定タイミングは個々に異なっていてもよい。また、測定タイミングは、リアルタイム性を向上させるためには、歩行動作の特性に鑑みて、十分に短い間隔で到来するようにその周期を設定することが好ましい。

また、推定タイミングとは、進行方向を推定して、進行方向情報１１７を作成するタイミングである。

通常状態において、測定タイミングが到来すると、ＣＰＵ１０はステップＳ１においてＹｅｓと判定し、測定処理を実行する（ステップＳ２）。測定処理とは、加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６にそれぞれ加速度、角速度および地磁気を測定させる処理である。ステップＳ２が実行されることにより、加速度情報１４０、角速度情報１５０および地磁気情報１６０が取得される。すなわち、ステップＳ２が実行されるたびに、加速度情報１４０にそのときの加速度センサ１４の出力値が記録され、角速度情報１５０にそのときのジャイロセンサ１５の出力値が記録され、地磁気情報１６０にそのときの磁気センサ１６の出力値が記録される。

ステップＳ２が実行されて、加速度情報１４０、角速度情報１５０および地磁気情報１６０が新たに測定された値によって更新されると、次に、ＣＰＵ１０（姿勢推定部１００）は、端末装置１の姿勢を推定する（ステップＳ３）。

ステップＳ３では、ステップＳ２において、加速度センサ１４、ジャイロセンサ１５および磁気センサ１６によって測定された値に基づいて、姿勢推定部１００が端末装置１の姿勢を推定しなおして、姿勢情報１１１を作成する。すでに説明したように、本実施の形態において、端末装置１の姿勢を推定する処理は、例えば、従来の技術を適宜採用することができるため、詳細な説明は省略する。

また、本実施の形態では、図５から明らかなように、ステップＳ２が実行されるたびにステップＳ３が実行される。すなわち、各センサによって新たな測定値が得られるたびに、姿勢推定部１００が新たに端末装置１の姿勢を推定することになる。しかし、必ずしも新たな測定値が得られるたびに、新たに姿勢を推定しなおさなければならないわけではない。例えば、所定回数分の測定値が得られるごとにステップＳ３を実行してもよい。あるいは、新たに得られた測定値に基づいて、端末装置１の姿勢が変化したとみなせる場合にのみ、ステップＳ３を実行してもよい。

新たに姿勢情報１１１が求まると、座標変換部１０２が、当該新たに求まった姿勢情報１１１に基づいて加速度情報１４０を変換（座標変換）し、変換済み加速度情報１１２を作成する（ステップＳ４）。これにより、加速度情報１４０（ＸＹＺ座標系）がＥＮＵ座標系に変換され、変換済み加速度情報１１２が作成される。

次に、ＬＰＦ処理部１０３が、変換済み加速度情報１１２から高周波成分を除去して、検出用加速度情報１１３を作成する（ステップＳ５）。

このようにして、端末装置１は、測定処理（ステップＳ２）により得られた加速度情報１４０から検出用加速度情報１１３を作成する。これにより、加速度情報１４０は、歩行動作の観測に適したＥＮＵ座標系に変換され、かつ、端末装置１の回転によるノイズが除去されて検出用加速度情報１１３となる。なお、検出用加速度情報１１３を作成すると、端末装置１は、通常状態に戻る。

次に、通常状態において実行される鉛直方向のピーク検出処理（ステップＳ６）について説明する。

図６は、第１の実施の形態における端末装置１が実行する鉛直方向のピーク検出処理を示す流れ図である。

鉛直方向のピーク検出処理が開始されると、まず、鉛直方向検出部１０４が、検出用加速度情報１１３を参照しつつ、検出用加速度情報１１３に含まれる鉛直方向の加速度成分α_Uに対してピーク（極大値または極小値）を検出する（ステップＳ２１）。以下、ステップＳ２１で検出されるピークを「Ｐ_n」とする。ｎは、ｎ回目に検出されたピークであることを示す添え字であり、１以上の自然数である。また、Ｐ₀は、予め設定される定数であり、適宜決定することができる。

ステップＳ２１において、鉛直方向検出部１０４は、ピークＰ_nを検出すると、当該ピークＰ_nが極大値であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

ピークＰ_nが極小値であった場合（ステップＳ２２においてＮｏの場合）、さらに直前に検出されたピークＰ_n-1が極大値であったかを判定する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３においてＹｅｓと判定すると、鉛直方向検出部１０４は、ステップＳ２５（後述）を実行する。ステップＳ２３においてＹｅｓと判定される場合とは、新たに検出されたピークＰ_nが極小値であり、かつ、直前に検出されたピークＰ_n-1が極大値であったことを意味する。すなわち、極小値の次に極大値が検出されたことを意味する（ただし、発生した順序としては、極大値が先で極小値が後。）。この場合、鉛直方向検出部１０４は、ステップＳ２５を実行する。

ステップＳ２２においてピークＰ_nが極大値であった場合（ステップＳ２２においてＹｅｓの場合）、さらに直前に検出されたピークＰ_n-1が極大値であったかを判定する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２４においてＮｏと判定すると、鉛直方向検出部１０４はステップＳ２５（後述）を実行する。ステップＳ２４においてＮｏと判定される場合とは、新たに検出されたピークＰ_nが極大値であり、かつ、直前に検出されたピークＰ_n-1が極小値であったことを意味する。すなわち、極大値の次に極小値が検出されたことを意味する（ただし、発生した順序としては、極小値が先で極大値が後。）。この場合、鉛直方向検出部１０４はステップＳ２５を実行する。

このように、ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４が実行されることにより、ステップＳ２５は、極大値と極小値とが交互に検出された場合に実行される処理となる。

極大値と極小値とが交互に検出された場合、鉛直方向検出部１０４は、加速度成分α_Uの振幅が閾値Ｑより大きいか否かを判定する（ステップＳ２５）。なお、閾値Ｑは、初期値が予め設定される。詳細な説明は省略するが、本実施の形態では、例えば、検出された鉛直方向の加速度成分α_Uの振幅の一定割合として動的に閾値Ｑの適正値を演算しつつ、更新する。

当該振幅が閾値Ｑ以下であれば（ステップＳ２５においてＮｏ。）、新たに検出されたピークＰ_nをピークとして採用せずに、ステップＳ２６ないしＳ３０をスキップして、図５に示す処理に戻る。この場合、ｎはインクリメントされない（ステップＳ３０は実行されない）。

一方、当該振幅が閾値Ｑより大きい場合（ステップＳ２５においてＹｅｓ。）、鉛直方向検出部１０４は、ピークＰ_nを検出した時間（タイミング）を、ピークＰ_nが極大値であるか否かに関わらず、ピーク情報１１４として記録する（ステップＳ２６）。これにより、今回検出されたピークＰ_nが、ピークとして採用される。

なお、ステップＳ２６において取得されるピーク情報１１４は、鉛直方向検出部１０４によって取得された、鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値および極小値を観測した時間を示す情報となる。したがって、ピーク情報１１４は、本発明における鉛直方向ピーク情報に相当する情報を含む情報である。以下の説明では、鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値を観測した時間を「Ｔ_max」と称し、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値を観測した時間を「Ｔ_min」と称する。

ステップＳ２６を実行すると、鉛直方向検出部１０４は、ピークＰ_nが極大値か否かを判定する（ステップＳ２７）。

ピークＰ_nが極小値の場合（ステップＳ２７においてＮｏ。）は、鉛直方向検出部１０４は、ステップＳ２８，Ｓ２９をスキップして、ｎをインクリメントし（ステップＳ３０）、鉛直方向のピーク検出処理を終了して、図５に示す処理に戻る。すなわち、ピークＰ_nが極小値の場合には、当該ピークＰ_nを検出したタイミングが蹴り足情報１１５として記録されることはなく、また、ピーク解析処理（ステップＳ２９）も実行されない。

一方、ピークＰ_nが極大値である場合（ステップＳ２７においてＹｅｓ。）、鉛直方向検出部１０４は、当該ピークＰ_nを検出した時間（タイミング）を、歩行者の蹴り足が切り替わったタイミングとみなして、蹴り足情報１１５として記録する（ステップＳ２８）。

また、ステップＳ２８を実行すると、ピーク解析部１０６は、ピーク解析処理（ステップＳ２９）を実行する。ステップＳ２９のピーク解析処理については後述するが、ピーク解析処理は、ピークＰ_n（鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値）が検出される度に、ピークＰ_n-1（直前に検出されたピーク）について解析を行う処理である。

ステップＳ２９を実行すると、鉛直方向検出部１０４は、ｎをインクリメントし（ステップＳ３０）、鉛直方向のピーク検出処理を終了して、図５に示す処理に戻る。

次に、図６において、鉛直方向検出部１０４が、ステップＳ２３においてＮｏと判定した場合、または、ステップＳ２４においてＹｅｓと判定した場合について説明する。

ステップＳ２３においてＮｏと判定される場合とは、新たに検出されたピークＰ_nが極小値であり、かつ、直前に検出されたピークＰ_n-1が極小値であったことを意味する。すなわち、極小値が連続して検出されたことを意味する。通常、ピーク検出において極小値が連続して検出されることはない。しかし、本実施の形態では、状況に応じて（例えば、ステップＳ２５においてＮｏと判定した場合など）、検出したピークをピークとして採用しない場合がある。そのため、極小値の後に検出された極大値が不採用になった場合などにおいて、見かけ上、極小値が連続して検出される場合が起こりうる。その場合、鉛直方向検出部１０４はステップＳ３１（後述）を実行する。

また、ステップＳ２４においてＹｅｓと判定される場合とは、新たに検出されたピークＰ_nが極大値であり、かつ、直前に検出されたピークＰ_n-1が極大値であったことを意味する。すなわち、極大値が連続して検出されたことを意味する。通常、ピーク検出において極大値が連続して検出されることはない。しかし、本実施の形態では、先述のように、状況に応じて、検出したピークをピークとして採用しない場合がある。そのため、極大値の後に検出された極小値が不採用になった場合などにおいて、見かけ上、極大値が連続して検出される場合が起こりうる。この場合にも、鉛直方向検出部１０４は、ステップＳ３１を実行する。

このように、ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４が実行されることにより、ステップＳ３１は、極大値が連続（または極小値が連続）して検出された場合に実行される処理となる。

極大値が連続（または極小値が連続）して検出された場合、鉛直方向検出部１０４は、今回検出されたピークＰ_nの絶対値と、直前に検出されたピークＰ_n-1の絶対値とを比較して、今回検出されたピークＰ_nの絶対値の方が大きいか否かを判定する（ステップＳ３１）。

検出されたピークＰ_nの絶対値の方が大きい場合（ステップＳ３１においてＹｅｓ。）、鉛直方向検出部１０４は、すでに蹴り足情報１１５およびピーク情報１１４に記録されているピークＰ_n-1に関する記録を、今回検出されたピークＰ_nに関する情報によって上書きする（ステップＳ３２）。すなわち、ピーク情報１１４におけるピークＰ_n-1を検出したタイミングを、ピークＰ_nを検出したタイミングに書き換える。また、ピークＰ_nが極大値の場合（この場合、ピークＰ_n-1も極大値である。）には、蹴り足情報１１５におけるピークＰ_n-1を検出したタイミングを、ピークＰ_nを検出したタイミングに書き換える。ただし、ピークＰ_n-1についてのピーク解析処理は未だ実行されていないので、これを修正する必要はない。

ステップＳ３１においてＹｅｓと判定される場合とは、極大値が連続（または極小値が連続）して検出された場合（ステップＳ３１が実行される場合）であって、かつ、今回検出されたピークＰ_nの絶対値の方が直前に検出されたピークＰ_n-1の絶対値よりも大きい場合である。このような場合とは、今回検出されたピークＰ_nの方が直前に検出されたピークＰ_n-1よりもピークとしてふさわしいことを意味する。したがって、ステップＳ３１においてＹｅｓと判定した場合、鉛直方向検出部１０４は、直前に検出されたピークＰ_n-1をピークとして不採用にするため、ステップＳ３２を実行する。なお、ステップＳ３２を実行すると、鉛直方向検出部１０４は、鉛直方向のピーク検出処理を終了して、図５に示す処理に戻る。

一方、ステップＳ３１においてＮｏと判定される場合とは、極大値が連続（または極小値が連続）して検出された場合（ステップＳ３１が実行される場合）であって、かつ、直前に検出されたピークＰ_n-1の絶対値が今回検出されたピークＰ_nの絶対値以上の場合である。このような場合とは、記録しておくピークとして、直前に検出されたピークＰ_n-1の方が今回検出されたピークＰ_nよりもふさわしいことを意味する。したがって、ステップＳ３１においてＮｏと判定した場合、鉛直方向検出部１０４は、今回検出されたピークＰ_nに関する記録を残すことなく、鉛直方向のピーク検出処理を終了して、図５に示す処理に戻る。

このように、極大値が連続（または極小値が連続）して検出された場合には、ステップＳ３２が実行されて直前に検出されたピークＰ_n-1が不採用（記録抹消）となるか、または、今回検出されたピークＰ_nが不採用（記録されない）となるかのいずれかとなる。すなわち、ピークＰ_n-1、または、ピークＰ_nのいずれか一方しか記録として残らないことになる。これにより、ピーク情報１１４において、鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値および極小値は、必ず交互に記録されることになる。

次に、通常状態において実行される水平方向のピーク検出処理（ステップＳ７）について説明する。

図７は、第１の実施の形態における端末装置１が実行する水平方向のピーク検出処理を示す流れ図である。

水平方向のピーク検出処理を開始すると、水平方向検出部１０５は、検出用加速度情報１１３を参照し、当該検出用加速度情報１１３に示されている加速度成分α_E，α_Nに基づいて、水平面における加速度のパワーＰＷを、式１に従って演算する（ステップＳ４１）。すなわち、水平方向検出部１０５は、ステップＳ４１において、鉛直方向に垂直な第１方向（Ｅ軸方向）の加速度成分（加速度成分α_E）と、鉛直方向および第１方向に垂直な第２方向（Ｎ軸方向）の加速度成分（加速度成分α_N）とに基づいて、水平面における加速度のパワーＰＷを求める。

図８は、横軸を時間として、加速度成分α_E，α_Nと、水平面における加速度のパワーＰＷとを例示する図である。ただし、図８において、見やすさを考慮して、パワーＰＷについては、正負を反転して図示している。

図８に例示する水平方向の加速度成分α_E，α_Nに基づいてステップＳ４１を実行すると、図８に例示するパワーＰＷ（ただし、図８では正負が反転している。）が求まる。

パワーＰＷが求まると、水平方向検出部１０５は、求めたパワーＰＷについてピーク（パワーピーク）を検出する（ステップＳ４２）。

ステップＳ４２のピークを検出する処理では、所定の時間内（前回の検出タイミングからの経過時間内）に存在するパワーＰＷの極大値および極小値が検出される。すなわち、極大値のみならず、極小値も検出される。しかし、本実施の形態において、進行方向を推定するに際して、水平方向に関しては、パワーＰＷの極大値のみが問題となる。したがって、水平方向検出部１０５は、ステップＳ４２において検出された各パワーピークが、極大値か否かを判定する（ステップＳ４３）。

検出されたパワーピークが極大値の場合（ステップＳ４３においてＹｅｓ。）、さらに、当該検出したパワーピークが閾値Ｒより大きいか否かを判定する（ステップＳ４４）。

検出したパワーピークが閾値Ｒより大きい場合（ステップＳ４４においてＹｅｓ。）、水平方向検出部１０５は、当該パワーピークが検出された時間（タイミング）と、ピークの値と、当該パワーピークが検出されたときの加速度成分α_E，α_Nとをピーク情報１１４として記録する（ステップＳ４５）。

これにより、ピーク情報１１４には、パワーＰＷの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの第１方向（Ｎ軸方向）の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの第２方向（Ｅ軸方向）の加速度成分とが含まれることになる。すなわち、ピーク情報１１４は、本発明における水平方向ピーク情報に相当する情報を含む情報である。

なお、本実施の形態におけるピーク情報１１４には、パワーピークの値（極大値となったときのパワーＰＷ）も含まれている。しかし、パワーピークの値は、ピーク情報１１４として記憶せずに、ピーク情報１１４に含まれている加速度成分α_E，α_Nに基づいて、必要となるたびに式１により演算しなおしてもよい。また、閾値Ｒは、初期値が予め設定されているものとする。そして、本実施の形態では、例えば、検出された水平面におけるパワーピークの一定割合として、動的に閾値Ｒの適正値を演算しつつ、更新する。

ステップＳ４４において、検出したパワーピークが閾値Ｒ以下の場合、水平方向検出部１０５は、ステップＳ４５をスキップする。すなわち、当該パワーピークに関する情報をピーク情報１１４に記録することはない。

一方、ステップＳ４３において、検出されたパワーピークが極小値の場合、水平方向検出部１０５は、ステップＳ４４，Ｓ４５をスキップする。すなわち、水平方向のパワーＰＷについて、極小値に関する情報は、ピーク情報１１４に記録されることはない。

１つのパワーピークについて処理を終了すると、水平方向検出部１０５は、ステップＳ４２において検出した全てのピークについて処理を終了したか否かを判定する（ステップＳ４６）。そして、未だ処理していないピークが存在する場合（ステップＳ４６においてＮｏ。）、ステップＳ４３に戻って、未処理のピークについて処理を繰り返す。

このように、水平方向のピーク検出処理が実行されることにより、図８に示す例については、四角で囲まれたところに存在するピーク（反転しているので極小値に見えるが実際は極大値）と、丸で囲まれたところに存在するピーク（反転しているので極小値に見えるが実際は極大値）とに関する情報が、ピーク情報１１４に記録されることになる。

ステップＳ４２において検出した全てのピークについて処理を終了した場合（ステップＳ４６においてＹｅｓ。）、水平方向検出部１０５は、水平方向のピーク検出処理を終了して、図５に示す処理に戻る。

ここまでの説明で、ピーク情報１１４および蹴り足情報１１５がどのように作成され、どのような情報であるかが明らかになったので、図６に示すピーク解析処理（ステップＳ２９）について説明する。

図９は、ピーク解析処理を示す流れ図である。なお、すでに説明したが、ピーク解析処理は、ピークＰ_n（鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値）が検出される度に、ピークＰ_n-1（直前に検出されたピーク）について解析を行う処理である。

ピーク解析処理を開始すると、ピーク解析部１０６は、ピーク情報１１４を参照して、ピークＰ_n-2についての検出時間（ピークＰ_n-2は極大値なので「Ｔ_max」）と、ピークＰ_n-1についての検出時間（ピークＰ_n-1は極小値なので「Ｔ_min」）とを取得する（ステップＳ５１）。

次に、ピーク解析部１０６は、式２および式３を実行して、境界時間ｂ₀，ｂ₁を求める（ステップＳ５２）。

ただし、式２および式３におけるＡ，Ｂはいずれも任意の係数である。

境界時間ｂ₀，ｂ₁が求まると、ピーク解析部１０６は、ピーク情報１１４を参照して、境界時間ｂ₀から境界時間ｂ₁の間（探索期間）に検出された水平面におけるパワーＰＷのピークの最大値を適切なパワーピークとして探索する（ステップＳ５３）。

図１０は、適切なパワーピークを探索する様子を概念的に示す図である。

ステップＳ５１においてピーク情報１１４から取得した「Ｔ_max」および「Ｔ_min」から、ステップＳ５２が実行されて境界時間ｂ₀，ｂ₁が求まり、ピーク情報１１４内でのパワーピークを探索する期間（探索期間）が決まる。探索期間が決まると、すでに検出されてピーク情報１１４に記録されている水平面におけるパワーＰＷのピークのうち、当該探索期間内に存在するものが決定される。

もし、このとき、探索期間内に複数のピークが発見されれば、それらのうちのピーク値を比較して、最大のものを決定する。すなわち、ピーク情報１１４に含まれるパワーＰＷの値（ピーク値）は、探索期間内に複数のピークが発見されたときに最大のものを探索するために参照される。

これにより、ピーク情報１１４から、水平面における適切なパワーピークとして、図１０において星印を付けたところのピークが抽出される。このようにして、適切なパワーピークとして探索（抽出）されるパワーピークは、図８において丸印で囲まれたところに存在するパワーピークである。逆に、図８において四角で囲まれたところに存在するパワーピークは、その後も、探索期間に含まれることがなく、抽出されない。

図８において、四角で囲まれたところに存在するパワーピークは、水平方向の速度の加速方向のピークと考えられる。人の歩行動作において、加速時は蹴り出し足からの様々なノイズの影響を受ける。したがって、加速方向のピーク時においては、進行方向の信頼性が低い可能性が高い。一方で、減速時は歩行動作に関して自然発生的な減速状態となるため、減速方向のピークにおける進行方向の信頼性は高いと期待できる。これにより、ＰＤＲにおける進行方向の推定には、加速時のピークは考慮しない。したがって、本実施の形態では、ピーク解析処理によって、このようなピークを除外する。

ステップＳ５３によってパワーピークが抽出されると、当該パワーピークが検出された時間における蹴り足を蹴り足情報１１５から特定して、当該蹴り足（第１足または第２足の区別。）を当該パワーピークに関する情報として関連づけする（ステップＳ５４）。これにより、ピーク解析部１０６は、推定用ピーク情報１１６を作成する。

このように、ピーク解析処理によって作成される推定用ピーク情報１１６は、進行方向への加速度が増加方向に最大となっていると推定される時間（適切なパワーピークが検出された時間）と、その時のパワーＰＷの値と、そのときのＥ軸方向の加速度成分α_Eと、そのときのＮ軸方向の加速度成分α_Nと、その時の蹴り足とを示す情報となる。

以上が、図６におけるステップＳ２９のピーク解析処理の説明である。

図５に戻って、通常状態において、推定タイミングが到来すると、ＣＰＵ１０は、ステップＳ８においてＹｅｓと判定し、推定用ピーク情報１１６に基づいて、歩行者の進行方向を推定する（ステップＳ９）。

ステップＳ９において、進行方向推定部１０７は、推定用ピーク情報１１６を参照しつつ、記録されている各ピークについて、当該ピークのときの加速度成分α_E，α_Nに基づいて式４を実行し、各ピーク時のＥ軸との位相角θを求める。

ただし、加速度成分α_N，α_Eの符号を用いて象限を決定する。

式４で求めた位相角θが、このときの歩行者の進行方向とＥ軸との相対関係となる。したがって、進行方向推定部１０７は、各ピークについて、当該ピークに関連づけられている蹴り足のときの歩行者の進行方向として、位相角θを進行方向情報１１７として記録する。すなわち、ステップＳ９が実行されることにより、一歩の間の蹴り足ごとに、進行方向が、Ｅ軸との位相角θとして進行方向情報１１７に格納される。

ステップＳ９が実行され、進行方向情報１１７が更新されると、加速度情報調整部１０８が、調整処理を行う（ステップＳ１０）。

調整処理において、加速度情報調整部１０８は、進行方向情報１１７に基づいて、検出用加速度情報１１３を、進行方向の加速度成分α_fと、進行方向に対して垂直右向きの加速度成分α_sとに座標変換することにより、調整済み加速度情報１１８を作成する。なお、このとき、鉛直方向の加速度成分α_Uについては変換する必要はない。

このようにして、ステップＳ１０において作成される調整済み加速度情報１１８の鉛直方向の加速度成分α_Uと進行方向の加速度成分α_fとを図示すると、図４のようになる。すなわち、進行方向が高精度に推定されているため、進行方向の加速度成分α_fが高精度に抽出されており、歩行者の歩行動作を高精度に解析することができる。

以上のように、第１の実施の形態における端末装置１は、歩行者観測システムを構成しており、歩行者に付随しつつ独自に定義された端末座標系に従って加速度情報１４０を取得する加速度センサ１４と、加速度センサ１４により取得された加速度情報１４０から求まる鉛直方向に垂直な東方向（第１方向）の加速度成分α_Eと鉛直方向および東方向に垂直な北方向（第２方向）の加速度成分α_Nとに基づいて、水平面における加速度のパワーＰＷを求めることにより、当該パワーＰＷの極大値を観測した時間と、当該パワーＰＷの極大値を観測したときの加速度成分α_Eと、当該パワーＰＷの極大値を観測したときの加速度成分α_Nとを取得して水平方向ピーク情報を取得する水平方向検出部１０５と、加速度センサ１４により取得された加速度情報１４０に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する鉛直方向検出部１０４と、鉛直方向検出部１０４により取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、水平方向検出部１０５により取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーＰＷの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報１１６を取得するピーク解析部１０６と、ピーク解析部１０６により取得された推定用ピーク情報１１６に基づいて、歩行者の進行方向を示す進行方向情報１１７を取得する進行方向推定部１０７とを備える。これにより、演算量を抑制することができるため、応答性がよく、かつ、精度の高い進行方向推定が可能となる。

また、端末装置１は、歩行者の歩行動作を観測するために適した観測座標系に対する端末装置１（加速度センサ１４）の姿勢を示す姿勢情報１１１を取得する姿勢推定部１００と、姿勢推定部１００により取得された姿勢情報１１１に基づいて、加速度センサ１４により取得された加速度情報１４０を、当該観測座標系に座標変換して変換済み加速度情報１１２を取得する座標変換部１０２と、座標変換部１０２により取得された変換済み加速度情報１１２から低周波成分を抽出して、検出用加速度情報１１３を取得するＬＰＦ処理部１０３とをさらに備え、水平方向検出部１０５は、ＬＰＦ処理部１０３により取得された検出用加速度情報１１３に基づいて、水平方向ピーク情報を取得し、鉛直方向検出部１０４は、ＬＰＦ処理部１０３により取得された検出用加速度情報１１３に基づいて、鉛直方向ピーク情報を取得する。これにより、姿勢自由度の高い、端末装置１に適用した場合であっても、回転によるノイズを抑制することができ、精度が向上する。すなわち、加速度情報１４０を直接的に解析して進行方向を推定するのではなく、加速度に関するピークを検出して、ピーク解析処理を行うことにより、歩行者が端末装置１の持ち方を瞬間的に変えたような場合でも、持ち方を変えたことによる加速度の瞬間的な変化に影響されることなく、安定して進行方向を推定することができる。

また、姿勢推定部１００は、実質的に実時間で姿勢情報１１１を取得することにより、さらに応答性が向上する。

また、鉛直方向検出部１０４は、歩行者の蹴り足に関する蹴り足情報１１５を取得し、ピーク解析部１０６は、鉛直方向検出部１０４により取得された蹴り足情報１１５に基づいて、推定用ピーク情報１１６に含まれるパワーＰＷの極大値に関する情報と、蹴り足を識別する情報とを関連づけることにより、ピークの誤検出を抑制することができ、精度が向上する。

＜２． 第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、歩行者に端末装置１が固定されていない場合について説明した。このような場合、加速度センサ１４のみならず、ジャイロセンサ１５や磁気センサ１６を用いて端末装置１の姿勢を推定する必要がある。しかしながら、ＰＤＲなどのアプリケーションが利用される場合において、歩行者の歩行動作を観測する端末装置を歩行者の体に固定することも考えられる。例えば、端末装置を歩行者の腰に固定したり、胸ポケットに入れたりする場合である。そのような利用形態に限定するならば、第１の実施の形態よりもさらに容易に進行方向を推定することが可能である。

図１１は、第２の実施の形態における端末装置２を示す図である。図１１に示す端末装置２は、歩行者の胸ポケットに投入された状態で進行方向を測定するものとする。また、端末装置２は、端末装置１と同様に、本発明に係る歩行者観測システムを構成している。

第２の実施の形態では、歩行者の歩行動作を観測するために適した観測座標系として、鉛直方向上向きのＵ軸と、Ｕ軸に垂直なＩ軸（歩行者の前方向の軸）と、Ｕ軸およびＩ軸に対して垂直なＪ軸（歩行者の右方向の軸）とが定義された座標系（以下、「ＩＪＵ座標系」と称する。）を定義する。これにより、Ｉ軸およびＪ軸は水平面内に定義される軸である。なお、端末装置２における端末座標系は、端末装置１と同じものとする。

ＩＪＵ座標系は、第１の実施の形態におけるＥＮＵ座標系のように、歩行者の動きと独立した座標系ではない。したがって、ＩＪＵ座標系は、歩行者の動きに応じて、向きが変化する。

しかし、歩行者が端末装置２を携帯する間において、ＩＪＵ座標系と、端末座標系（ＸＹＺ座標系）との相対関係は変化しない。また、第２の実施の形態のように、端末装置２を胸ポケットに投入した場合の、ＩＪＵ座標系とＸＹＺ座標系との相対関係は予め取得し、端末装置２に記憶させておくことができる。

この相対関係を用いて、第１の実施の形態における座標変換部１０２と同様の構成が、加速度情報１４０を変換済み加速度情報１１２に変換すれば、第１の実施の形態と同様に、進行方向を推定することができる。以下、第２の実施の形態についての詳細な説明は省略する。

以上のように、第２の実施の形態における端末装置２においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、端末装置２を歩行者の体に固定して、観測座標系として、歩行者の体に対して定義されるＩＪＵ座標系を用いることにより、随時、姿勢を推定する必要がなく、簡単な構成および少ない演算量で進行方向を推定することができる。

なお、端末装置２は、歩行者の腰などにホルダーなどを用いて固定されてもよい。すなわち、端末座標系と、観測座標系（本実施の形態ではＩＪＵ座標系）との相対関係が固定されていれば、どのような位置に端末装置２が固定されてもよい。

また、第２の実施の形態では、ＩＪＵ座標系とＸＹＺ座標系との相対関係は予め取得して端末装置２に記憶させておくと説明した。しかし、最初に一度だけ第１の実施の形態と同様の手法により姿勢を推定しておき、その後は、一貫して、当該推定を利用するように構成してもよい。この場合、端末装置２にも、ジャイロセンサ１５や磁気センサ１６に相当する構成が必要になるものの、姿勢を推定するための演算および測定は１回で済むため、演算負荷が抑制され、応答性が向上する。

なお、端末装置２（加速度センサ１４）が歩行者の体に対してほぼ固定されている状況であるか否かは、様々な状況によって判定することができる。例えば、歩行者が予め操作部１２を操作して、端末装置２に対してそのような状況を入力してもよい。あるいは、端末装置２にカメラを設け、当該カメラによって周囲を撮像し、撮像された画像情報を解析することにより、周囲の明るさや、被写体の動きなどから判定することができる。端末装置２が、胸ポケットやホルダーに収納されている状態では周囲が暗かったり、被写体（ポケットやホルダーの内側）がほとんど動かないなどの現象が検出される。

＜３． 第３の実施の形態＞
第２の実施の形態では、端末装置２（加速度センサ１４）が歩行者の体に対してほぼ固定される例について説明した。しかし、ＰＤＲが利用される状況においては、歩行者が携帯型の装置を自身の腕に保持しつつ、当該腕を前後に振りながら歩行するという状況（以下、「腕振り状態」と称する。）も比較的頻繁に発生しうるものである。なお、ここに言う「腕」は、「手」や「指」などを含むものとする。すなわち、「腕に保持する」とは、「手」に握っている状態や、指輪型装置のように「指」に装着されている状態、腕時計型装置のように「手首」にベルトなどで装着されている状態、あるいは、ブレスレットのような形式によって「上腕」に装着されている状態などをも含む。

図１２は、第３の実施の形態における端末装置３が備える機能ブロックをデータの流れとともに示す図である。以下の説明において、端末装置３については、端末装置１と同様の構成については同符号を付し、適宜、説明を省略する。

端末装置３は、鉛直方向検出部１０４の代わりに鉛直方向検出部１０４ａを備え、ピーク解析部１０６の代わりにピーク解析部１０６ａを備え、進行方向推定部１０７の代わりに進行方向推定部１０７ａを備え、さらに、判定部１０９を備えている点が端末装置１と異なっている。

判定部１０９は、歩行者が、端末装置３（加速度センサ１４）を保持した腕を前後に振りながら歩行しているか否かを判定する機能を有している。すなわち、判定部１０９は、腕振り状態であるか否かを判定する。

端末装置３の判定部１０９は、操作部１２からの入力信号に応じて腕振り状態の判定を行う。すなわち、歩行者は腕振り状態であるか否かを操作部１２を操作して入力し、当該入力が判定部１０９に伝達される。

ただし、判定部１０９が腕振り状態であるか否かを判定するために参照する情報は、操作部１２から伝達される情報に限定されるものではない。例えば、判定部１０９が検出用加速度情報１１３を参照して、鉛直方向の加速度成分の周期と水平方向の加速度成分とを比較し分析して判定してもよい。

また、腕振り状態では、パワーＰＷの極大値が大きくなる傾向にある。したがって、判定部１０９がピーク情報１１４を参照して、ピーク情報１１４に含まれる水平方向のパワーＰＷ（ピーク情報１１４にはパワーＰＷの極大値のみが格納されている。）を閾値と比較し、当該閾値よりもパワーＰＷが大きければ、腕振り状態と判定するように構成してもよい。このような閾値としては、例えば、０．５［Ｇ］（Ｇは重力加速度）を用いることができるが、この値に限定されるものではない。

また、あるいは、端末装置３にカメラを設け、当該カメラによって周囲を撮像し、撮像された画像情報を判定部１０９が解析することにより、腕振り状態であるか否かを判定することもできる。

判定部１０９は、判定結果（腕振り状態であるか否かを示す情報。）を鉛直方向検出部１０４ａおよびピーク解析部１０６ａに伝達する。

鉛直方向検出部１０４ａは、鉛直方向検出部１０４と同様に、ピーク情報１１４や蹴り足情報１１５を作成する機能を有している。ただし、鉛直方向検出部１０４ａは、鉛直方向検出部１０４と異なり、ピーク情報１１４や蹴り足情報１１５を作成する前に、判定部１０９から伝達される判定結果を参照する。

そして、歩行者による歩行動作が腕振り状態でない場合、鉛直方向検出部１０４ａは、鉛直方向検出部１０４と同様の処理を行って、ピーク情報１１４および蹴り足情報１１５を作成する。すなわち、歩行動作について判定部１０９が腕振り状態でないと判定した場合においては、端末装置３において作成されるピーク情報１１４および蹴り足情報１１５は、端末装置１において作成されるピーク情報１１４および蹴り足情報１１５と変わるところはない。

一方で、判定部１０９によって、歩行動作が腕振り状態と判定された場合において、鉛直方向検出部１０４ａは、鉛直方向検出部１０４とは異なる処理を採用して、ピーク情報１１４を作成する。また、このとき、鉛直方向検出部１０４ａは、蹴り足情報１１５を作成することはない。

端末装置３の鉛直方向検出部１０４ａが、腕振り状態のときに実行する処理の詳細については後述する。

ピーク解析部１０６ａは、ピーク解析部１０６と同様に、推定用ピーク情報１１６を作成する機能を有している。ただし、ピーク解析部１０６ａは、ピーク解析部１０６と異なり、推定用ピーク情報１１６を作成する前に、判定部１０９から伝達される判定結果を参照する。

そして、歩行者による歩行動作が腕振り状態でない場合、ピーク解析部１０６ａは、ピーク解析部１０６と同様のピーク解析処理を行って、推定用ピーク情報１１６を作成する。すなわち、判定部１０９によって、歩行動作が腕振り状態でないと判定された場合においては、端末装置３において作成される推定用ピーク情報１１６は、端末装置１において作成される推定用ピーク情報１１６と変わるところはない。

一方で、判定部１０９によって、歩行動作が腕振り状態と判定された場合において、ピーク解析部１０６ａは、ピーク解析部１０６とは異なる解析処理を採用して、推定用ピーク情報１１６を作成する。すなわち、ピーク解析部１０６ａは、腕振り状態のときには、腕振り状態に特化した解析処理を適用する。これにより、端末装置３では、腕振り状態のときの進行方向の推定精度が向上する。

端末装置３のピーク解析部１０６ａが、腕振り状態のときに実行する解析処理の詳細については後述する。

進行方向推定部１０７ａは、進行方向推定部１０７と同様に、推定用ピーク情報１１６に基づいて、歩行者の進行方向を推定し、進行方向情報１１７を作成する機能を有している。ただし、進行方向推定部１０７ａは、進行方向推定部１０７と異なり、進行方向情報１１７を作成する前に、推定用ピーク情報１１６に、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値が２つ含まれているか否かを判定する。

そして、推定用ピーク情報１１６に、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値が含まれていない場合、進行方向推定部１０７ａは、進行方向推定部１０７と同様の演算（式４）を行って、進行方向情報１１７を作成する。

一方で、推定用ピーク情報１１６に、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値が２つ含まれている場合、進行方向推定部１０７ａは、当該極小値の大小関係に応じて、進行方向の演算式を使い分けて当該進行方向を求める。

なお、端末装置３における推定用ピーク情報１１６に、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値が２つ含まれている場合とは、判定部１０９によって、歩行動作が腕振り状態と判定された場合である。すなわち、進行方向推定部１０７ａは、腕振り状態でないときには、進行方向推定部１０７と同様の処理を行う。進行方向推定部１０７ａによる進行方向を求める処理の詳細については後述する。

以上が、端末装置３の構成および機能の説明である。次に、端末装置３を用いて歩行者の進行方向を推定する方法について説明する。

図１３は、第３の実施の形態における端末装置３の進行方向推定処理を示す流れ図である。端末装置３の進行方向推定処理では、ステップＳ６の代わりにステップＳ６０が実行されることと、ステップＳ９の代わりにステップＳ９０が実行されることが、端末装置１の進行方向推定処理（図５）と異なっている。以下、ステップＳ６０およびステップＳ９０について説明する。

図１４は、第３の実施の形態における端末装置３が実行する鉛直方向のピーク検出処理（ステップＳ６０）を示す流れ図である。なお、図１４に示すステップＳ６１ないしＳ６５は、すでに図６において説明したステップＳ２１ないしＳ２５と同様に実行されるステップであるため、ここでは説明を省略する。また、図１４に示すステップＳ７１ないしＳ７７は、すでに図６において説明したステップＳ２６ないしＳ３２と同様に実行されるステップであるため、同じく説明を省略する。

ステップＳ６５においてＹｅｓと判定すると、鉛直方向検出部１０４ａは、腕振り状態か否かを判定する（ステップＳ６６）。なお、ステップＳ６５は、端末装置１の場合と同様に、鉛直方向の加速度成分α_Uについて極大値と極小値とが交互に検出された場合に実行される処理である。また、ステップＳ６６において鉛直方向検出部１０４ａは、判定部１０９から伝達される判定結果に基づいて判定する。

ステップＳ６６においてＮｏの場合（腕振り状態でない場合。）、端末装置３は、ステップＳ７１ないしＳ７５の処理を実行して、鉛直方向のピーク検出処理（ステップＳ６０）を終了し、図１３に示す進行方向推定処理に戻る。このように、端末装置３は、歩行動作が腕振り状態でない場合には、端末装置１におけるステップＳ２６ないしＳ３０と同様の処理を実行して、ピーク情報１１４、蹴り足情報１１５および推定用ピーク情報１１６を作成する。

一方、ステップＳ６６においてＹｅｓの場合（腕振り状態の場合。）、端末装置３は、腕振り時解析処理を実行する（ステップＳ６７）。すなわち、腕振り時解析処理は、歩行者が携帯型の装置を自身の腕に保持しつつ、当該腕を前後に振りながら歩行する状況と判定されたとき（腕振り状態）にのみ実行される処理となる。

図１５は、第３の実施の形態における端末装置３の腕振り時解析処理を示す流れ図である。

腕振り時解析処理が開始されると、鉛直方向検出部１０４ａは、ステップＳ６１で検出した鉛直方向の加速度成分α_UのピークＰ_nが極大値か否かを判定する（ステップＳ８１）。すでに説明したように、ステップＳ６１において検出されるピークＰ_nは、鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値である場合と、極小値である場合がある。

ステップＳ６１で検出されたピークＰ_nが極小値の場合（ステップＳ８１においてＮｏ。）、当該ピークＰ_nを検出したタイミング（すなわち、「Ｔ_min」。）と、ピークＰ_n（すなわち、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値）とをピーク情報１１４として記憶する（ステップＳ８２）。

図１６は、腕振り状態における加速度成分の推移を例示する図である。図１６は、鉛直方向の加速度成分α_Uと、進行方向の加速度成分α_fと、水平面におけるパワーＰＷとを示している。

腕振り時解析処理は、鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値または極小値が検出された時間に実行される処理である。したがって、図１６に示す例においては、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４にそれぞれ実行される。

例えば、時間Ｔ３のときを例に考えれば、時間Ｔ３は、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値が観測された時間であるから、そのときのピークＰ_nは極小値である。したがって、この場合、ステップＳ８１においてＮｏと判定され、時間Ｔ３（検出されたタイミング）と、ピークＰ_n（時間Ｔ３における鉛直方向の加速度成分α_Uの値）とがピーク情報１１４として記録されることとなる。

ステップＳ８２を実行すると、端末装置３は、腕振り時解析処理を終了する。また、腕振り時解析処理を終了すると、端末装置３は、ステップＳ７５を実行して、鉛直方向のピーク検出処理（ステップＳ６０）を終了し、図１３に示す進行方向推定処理に戻る。

一方、ステップＳ６１で検出されたピークＰ_nが極大値の場合（ステップＳ８１においてＹｅｓ。）、当該ピークＰ_nを検出したタイミング（すなわち、「Ｔ_max」。）をピーク情報１１４として記憶する（ステップＳ８３）。

図１６に示す例において、時間Ｔ４のときを例に考えれば、時間Ｔ４は、鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値が観測された時間であるから、そのときのピークＰ_nは極大値である。したがって、この場合、ステップＳ８１においてＹｅｓと判定され、ピークＰ_nを検出したタイミング（すなわち、時間Ｔ４）がピーク情報１１４として記録されることとなる。逆に言えば、ピークＰ_nが極大値の場合、当該ピークＰ_nはピーク情報１１４として記録されない。これは、単に、後の処理において、鉛直方向の加速度成分α_Uの極大値を利用することはないからである。

ステップＳ８３を実行すると、ピーク解析部１０６ａは、ピーク情報１１４を参照して、探索期間を特定する（ステップＳ８４）。ステップＳ８４において、ピーク解析部１０６ａは、直近から遡って、垂直加速度成分α_Uの極小値が検出された時間（すなわち、「Ｔ_min」。）を２つ特定する。次に、特定した２つのＴ_minの間に存在する垂直加速度成分α_Uの極大値が検出された時間（すなわち、「Ｔ_max」。）を特定する。そして、すでに特定した２つのＴ_minのうち、時間の古い方のＴ_minから特定したＴ_maxまでの時間を探索期間として特定する。

ステップＳ８４が実行されるのは、ピークＰ_nが極大値の場合であるから、図１６に示す例において、時間Ｔ４のときを例に説明する。この場合、直近から遡って特定される２つのＴ_minは、時間Ｔ１およびＴ３である。そして、この間に存在するＴ_maxは、時間Ｔ２である。さらに、２つのＴ_minであるＴ１，Ｔ３のうち、時間の古い方のＴ_minは、時間Ｔ１である。したがって、時間Ｔ４においてステップＳ８４が実行されることにより特定される探索期間は、図１６に示すように、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの期間である。

探索期間が特定されると、ピーク解析部１０６ａは、探索期間内のパワーＰＷの極大値の最大値を特定する（ステップＳ８５）。すなわち、ピーク解析部１０６ａは、探索期間内のパワーＰＷの極大値を検出した上で、当該探索期間内にパワーＰＷの極大値が複数存在した場合には、それらのうちの最大値を特定する。

次に、ステップＳ８５で特定した極大値の時間を特定し、当該時間における東方向（第１方向）の加速度成分α_Eと、北方向（第２方向）の加速度成分α_Nとを特定する（ステップＳ８６）。

そして、特定した加速度成分α_E，α_Nと、ステップＳ８４で特定した２つのＴ_minにおける極小値とを含めることにより推定用ピーク情報１１６を作成する（ステップＳ８７）。すなわち、特定された加速度成分α_E，α_Nと、極小値であるピークＰ_n-3，Ｐ_n-1とが互いに関連づけられて推定用ピーク情報１１６として記憶される。

なお、ステップＳ８４において、２つのＴ_minを検出することができない場合、ピーク解析部１０６ａは、本来、推定用ピーク情報１１６に格納すべき極小値であるピークＰ_n-3，Ｐ_n-1として、ダミー情報（ダミー情報であると認識される値。）を格納する。以下、詳細な説明は省略するが、推定用ピーク情報１１６に２つの極小値としてダミー情報が格納されている場合、進行方向推定部１０７ａは、後述するステップＳ９１（図１７）において腕振り状態であると判定するものの、新たな進行方向の推定は行わず、それまでに推定した進行方向を維持するものとする。

ステップＳ８７を実行すると、端末装置３は、腕振り時解析処理を終了する。また、腕振り時解析処理を終了すると、端末装置３は、ステップＳ７５を実行して、鉛直方向のピーク検出処理（ステップＳ６０）を終了し、図１３に示す進行方向推定処理に戻る。

腕振り状態においては、歩行動作による端末装置３に対する上下運動の影響に偏りが生じる。この偏りは、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値に顕著に現れる。図１６を観察すれば明らかなように、腕振り状態において、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値は、比較的大きい値となるときと、比較的小さい値となるときとを交互に繰り返す。また、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値から極大値の間に進行方向加速度成分α_fのピークが発生し、各ピークの位相は垂直加速度成分の極小値の大小関係と強い相関がみられる。端末装置３は、腕振り状態のときに観察されるこのような特徴を捉えて、進行方向をより高精度に推定するものである。

以上が、垂直方向のピーク検出処理（ステップＳ６０）に関する説明である。次に、進行方向演算処理（図１３：ステップＳ９０）について説明する。

図１７は、第３の実施の形態における端末装置３の進行方向演算処理を示す流れ図である。進行方向演算処理は、図１３に示すステップＳ８においてＹｅｓと判定された場合に実行される処理である。

進行方向演算処理が開始されると、進行方向推定部１０７ａは、歩行者の歩行動作が腕振り状態か否かを判定する（ステップＳ９１）。なお、進行方向推定部１０７ａは、推定用ピーク情報１１６を参照して、当該推定用ピーク情報１１６に、鉛直方向の加速度成分α_Uの極小値であるピークＰ_n-3，Ｐ_n-1とが含まれているか否かによって、腕振り状態か否かを判定する。腕振り状態でなければステップＳ８７が実行されることはなく、鉛直方向の加速度成分α_Uの値が推定用ピーク情報１１６に含まれることはないからである。ただし、例えば、ステップＳ９１が実行されるときまでに、進行方向推定部１０７ａに対して、判定部１０９から直接的に判定結果が伝達されてもよい。

腕振り状態でない場合（ステップＳ９１においてＮｏ。）、進行方向推定部１０７ａは、推定用ピーク情報１１６に記録されている加速度成分α_E，α_Nに基づいて、θ＝ａｒｃｔａｎ［−α_N／−α_E］（すなわち、式４。）を演算することにより、位相θを求める。これによって、歩行者の進行方向が推定される（ステップＳ９２）。このように、進行方向推定部１０７ａは、歩行者の歩行動作が腕振り状態でない場合には、進行方向推定部１０７と同様にして、当該歩行者の進行方向を推定する。

腕振り状態の場合（ステップＳ９１においてＹｅｓ。）、進行方向推定部１０７ａは、さらに、推定用ピーク情報１１６に記憶されているピークＰ_n-3，Ｐ_n-1の大小関係を確認する。すなわち、２つのピークＰ_n-3，Ｐ_n-1のうちの時系列的に新しいピークＰ_n-1が、時系列的に古いピークＰ_n-3より小さいか否かを判定する（ステップＳ９３）。

そして、Ｐ_n-1＜Ｐ_n-3ではないとき（ステップＳ９３においてＮｏ。）、進行方向推定部１０７ａは、ステップＳ９２によって進行方向を推定する。

ステップＳ９３においてＮｏと判定される場合に当該２つのピークＰ_n-3，Ｐ_n-1と関連づけて記録されている加速度成分α_E，α_Nとは、歩行者が、端末装置３を保持した腕を進行方向に対する後方から前方に向けて振っているときに記録されたものと推定できる。したがって、この場合進行方向推定部１０７ａは、式４によって位相θを求める。

一方、Ｐ_n-1＜Ｐ_n-3であるとき（ステップＳ９３においてＹｅｓ。）、進行方向推定部１０７ａは、下記の式５により進行方向を推定する。

ステップＳ９３においてＹｅｓと判定される場合に当該２つのピークＰ_n-3，Ｐ_n-1と関連づけて記録されている加速度成分α_E，α_Nとは、歩行者が、端末装置３を保持した腕を進行方向に対する前方から後方に向けて振っているときに記録されたものと推定できる。したがって、この場合進行方向推定部１０７ａは、式５によって位相θを求める。

ステップＳ９２またはＳ９４を実行すると、端末装置３は、進行方向演算処理（ステップＳ９０）を終了して、図１３に示す処理に戻る。

以上のように、端末装置３は、歩行者が、端末装置３（加速度センサ１４）を保持した腕を前後に振りながら歩行しているか否かを判定する判定部１０９をさらに備え、鉛直方向検出部１０４ａは、判定部１０９により歩行者が加速度センサ１４を保持した腕を前後に振りながら歩行していると判定されたとき、加速度センサ１４により取得された加速度情報１４０に基づいて、鉛直方向の加速度の極小値をピーク情報１１４として取得し、ピーク解析部１０６ａは、判定部１０９による判定結果に応じて推定用ピーク情報１１６を取得する。

これにより、端末装置３は、腕振り状態でない場合には端末装置１と同様にして歩行者の進行方向を推定することにより、腕振り状態でない場合には端末装置１と同様の効果を得ることができる。

一方で、腕振り状態のときには、腕振り状態に特有の現象や特徴を捉えて、歩行者の進行方向を推定することにより、さらに高精度に進行方向を推定することができる。具体的には、腕振り状態のときにおける探索期間の特定や、端末装置３を保持した腕が前方から後方に向けて振られるときなのか、後方から前方に向けて振られるときなのかを見分けて進行方向を推定することができる。

＜４． 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

例えば、上記実施の形態に示した各工程は、あくまでも例示であって、上記に示した順序や内容に限定されるものではない。すなわち、同様の効果が得られるならば、適宜、順序や内容が変更されてもよい。

また、上記第１および第２の実施の形態では、一歩ごとに位相角θを進行方向情報１１７とし、調整済み加速度情報１１８を作成した。しかし、人の歩行動作においては、左右の足が蹴り出される期間（すなわち、二歩の期間）を基準に解析することも可能である。すなわち、第１足と第２足とがそれぞれ１回ずつ蹴り出される間の進行方向を、進行方向情報１１７としてもよい。この場合、例えば、連続する二歩におけるそれぞれの一歩についての位相角θの中間を、当該二歩の間の進行方向として進行方向情報１１７を作成してもよい。また、あるいは、パワーＰＷの値とそのときの位相角θによって、連続する二歩におけるそれぞれの一歩についての移動ベクトルを求め、２つの移動ベクトルをベクトル合成して進行方向ベクトルを決定し、当該進行方向ベクトルの向きを進行方向情報１１７としてもよい。

また、上記実施の形態では、端末装置１，２，３が起動されると、測定タイミングおよび推定タイミングをそれぞれ監視すると説明した。しかし、端末装置１は、常に、進行方向の推定を継続しなければならないものではない。例えば、進行方向を推定する必要が生じたとき（例えば、ＰＤＲに関するアプリケーションが起動されているとき）のみ、これらのタイミングを監視するように構成してもよい。

また、上記実施の形態では、端末装置１，２，３のみによって歩行者観測システムを構成する形態について説明した。すなわち、歩行者観測システムが１つの装置で構成されている例について説明した。しかし、加速度情報１４０や角速度情報１５０および地磁気情報１６０については歩行者に付随する端末装置において取得し、進行方向の演算は外部のコンピュータ等によって実行してもよい。例えば、加速度センサ１４を備えた端末装置と、当該端末装置との間でデータ通信が可能なサーバ装置とにより歩行者観測システムを構成し、鉛直方向検出部１０４や水平方向検出部１０５などに相当する機能ブロックを当該サーバ装置に設けてもよい。

また、上記実施の形態では、いずれも、鉛直方向検出部１０４と、水平方向検出部１０５とによって、検出用加速度情報１１３に基づいてピーク情報１１４や蹴り足情報１１５が作成される例について説明した。すなわち、上記実施の形態では、いずれもピーク解析部１０６がピーク情報１１４および蹴り足情報１１５に基づいて推定用ピーク情報１１６を作成する。しかし、ＬＰＦ処理部１０３による高周波成分の除去処理の前に、姿勢情報１１１に基づいて加速度情報１４０の座標を変換して変換済み加速度情報１１２を作成するだけでも、従来の技術に比べて、回転の影響を抑制することができ、ＰＤＲにおける検出精度の向上を図ることができる。

さらに、ピーク解析処理（ステップＳ２９）を実行するタイミングは、鉛直方向のピーク処理（ステップＳ６）において、鉛直方向の極大値が検出されるタイミングとして説明した。しかし、ピーク解析処理は必ずしもこのタイミングで実行されなければならないわけではなく、新たに進行方向を推定する必要が生じたときまでに実行されていればよい。

１，２，３ 端末装置
１０ ＣＰＵ
１００ 姿勢推定部
１０１ ピーク検出部
１０２ 座標変換部
１０３ ＬＰＦ処理部
１０４，１０４ａ 鉛直方向検出部
１０５ 水平方向検出部
１０６，１０６ａ ピーク解析部
１０７，１０７ａ 進行方向推定部
１０８ 加速度情報調整部
１１ 記憶装置
１１０ プログラム
１１１ 姿勢情報
１１２ 変換済み加速度情報
１１３ 検出用加速度情報
１１４ ピーク情報
１１５ 蹴り足情報
１１６ 推定用ピーク情報
１１７ 進行方向情報
１１８ 調整済み加速度情報
１２ 操作部
１３ 表示部
１４ 加速度センサ
１４０ 加速度情報
１５ ジャイロセンサ
１５０ 角速度情報
１６ 磁気センサ
１６０ 地磁気情報

Claims (10)

1. 歩行者に付随しつつ独自に定義された端末座標系に従って加速度情報を取得する加速度検出手段と、
   前記加速度検出手段により取得された加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および前記第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、前記パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得する水平方向検出手段と、
   前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する鉛直方向検出手段と、
   前記鉛直方向検出手段により取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、前記水平方向検出手段により取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得するピーク解析手段と、
   前記ピーク解析手段により取得された推定用ピーク情報に基づいて、前記歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する進行方向推定手段と、
   を備え、
   前記鉛直方向検出手段は、前記歩行者の蹴り足が切り替わった時間を示す情報を含む蹴り足情報を取得し、
   前記ピーク解析手段は、前記推定用ピーク情報に含まれるパワーの極大値が検出された時間における蹴り足を、前記鉛直方向検出手段により取得された前記蹴り足情報に基づいて特定し、特定した蹴り足を識別する情報を当該パワーの極大値に関する情報として関連づける歩行者観測システム。
2. 請求項１に記載の歩行者観測システムであって、
   前記歩行者の歩行動作を観測するために適した観測座標系に対する前記加速度検出手段の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢推定手段と、
   前記姿勢推定手段により取得された姿勢情報に基づいて、前記加速度検出手段により取得された加速度情報を、前記観測座標系に座標変換して変換済み加速度情報を取得する変換手段と、
   前記変換手段により取得された変換済み加速度情報から低周波成分を抽出して、検出用加速度情報を取得するローパスフィルタ処理手段と、
   をさらに備え、
   前記水平方向検出手段は、前記ローパスフィルタ処理手段により取得された検出用加速度情報に基づいて、前記水平方向ピーク情報を取得し、
   前記鉛直方向検出手段は、前記ローパスフィルタ処理手段により取得された検出用加速度情報に基づいて、前記鉛直方向ピーク情報を取得する歩行者観測システム。
3. 請求項２に記載の歩行者観測システムであって、
   前記姿勢推定手段は、実質的に実時間で前記姿勢情報を取得する歩行者観測システム。
4. 請求項２または３に記載の歩行者観測システムであって、
   前記観測座標系は、前記歩行者の動きと独立した座標系である歩行者観測システム。
5. 請求項２または３に記載の歩行者観測システムであって、
   前記観測座標系は、前記歩行者の体に対して定義される座標系である歩行者観測システム。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の歩行者観測システムであって、
   前記歩行者が、前記加速度検出手段を保持した腕を前後に振りながら歩行しているか否かを判定する判定手段をさらに備え、
   前記鉛直方向検出手段は、前記判定手段により前記歩行者が前記加速度検出手段を保持した腕を前後に振りながら歩行していると判定されたとき、前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極小値を鉛直方向ピーク情報として取得し、
   前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定結果に応じて推定用ピーク情報を取得する歩行者観測システム。
7. 歩行者に付随しつつ独自に定義された端末座標系に従って加速度情報を取得する加速度検出手段と、
   前記加速度検出手段により取得された加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および前記第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、前記パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得する水平方向検出手段と、
   前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する鉛直方向検出手段と、
   前記鉛直方向検出手段により取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、前記水平方向検出手段により取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得するピーク解析手段と、
   前記ピーク解析手段により取得された推定用ピーク情報に基づいて、前記歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する進行方向推定手段と、
   前記歩行者が、前記加速度検出手段を保持した腕を前後に振りながら歩行しているか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記鉛直方向検出手段は、前記判定手段により前記歩行者が前記加速度検出手段を保持した腕を前後に振りながら歩行していると判定されたとき、前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極小値を鉛直方向ピーク情報として取得し、
   前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定結果に応じて推定用ピーク情報を取得する歩行者観測システム。
8. 請求項６または７のいずれかに記載の歩行者観測システムであって、
   前記進行方向推定手段は、時系列的に新しい鉛直方向の加速度の極小値と時系列的に古い鉛直方向の加速度の極小値との大小関係に応じて進行方向情報を取得する歩行者観測システム。
9. コンピュータによって読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、
   歩行者に付随する加速度検出手段により前記加速度検出手段において定義された端末座標系に従って取得された加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および前記第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、前記パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得する水平方向検出手段と、
   前記加速度検出手段により取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する鉛直方向検出手段と、
   前記鉛直方向検出手段により取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、前記水平方向検出手段により取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得するピーク解析手段と、
   前記ピーク解析手段により取得された推定用ピーク情報に基づいて、前記歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する進行方向推定手段と、
   を備え、
   前記鉛直方向検出手段は、前記歩行者の蹴り足が切り替わった時間を示す情報を含む蹴り足情報を取得し、
   前記ピーク解析手段は、前記推定用ピーク情報に含まれるパワーの極大値が検出された時間における蹴り足を、前記鉛直方向検出手段により取得された前記蹴り足情報に基づいて特定し、特定した蹴り足を識別する情報を当該パワーの極大値に関する情報として関連づけるコンピュータとして機能させるプログラム。
10. 歩行者に付随しつつ独自に定義された端末座標系に従って加速度検出手段により加速度情報を取得する工程と、
    取得された加速度情報から求まる鉛直方向に垂直な第１方向の加速度成分と鉛直方向および前記第１方向に垂直な第２方向の加速度成分とに基づいて、水平面における加速度のパワーを求めることにより、前記パワーの極大値を観測した時間と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第１方向の加速度成分と、当該パワーの極大値を観測したときの前記第２方向の加速度成分とを取得して水平方向ピーク情報を取得する工程と、
    取得された加速度情報に基づいて、鉛直方向の加速度の極大値および極小値を観測した時間を取得して鉛直方向ピーク情報を取得する工程と、
    前記歩行者の蹴り足が切り替わった時間を示す情報を含む蹴り足情報を取得する工程と、
    取得された鉛直方向ピーク情報に基づいて、取得された水平方向ピーク情報に含まれるパワーの極大値に関する情報を取捨選択して、推定用ピーク情報を取得する工程と、
    取得された推定用ピーク情報に含まれるパワーの極大値が検出された時間における蹴り足を、取得された蹴り足情報に基づいて特定し、特定した蹴り足を識別する情報を当該パワーの極大値に関する情報として関連づける工程と、
    取得された推定用ピーク情報に基づいて、前記歩行者の進行方向を示す進行方向情報を取得する工程と、
    を有する進行方向推定方法。

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