JP7127740B2 - 情報処理装置、状態判定システム、エネルギー算出システム、情報処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

情報処理装置、状態判定システム、エネルギー算出システム、情報処理方法及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、情報処理装置、状態判定システム、エネルギー算出システム、情報処理方法及び記憶媒体に関する。
特許文献１には、人体に装着されている加速度センサを用いて姿勢を判定する装置が開示されている。特許文献１の装置は、加速度センサで取得された３軸の加速度に基づいてその人物が歩行、走行、臥位、座位及び立位のいずれの状態にあるのかを判定する。
特開２０１０－１２５２３９号公報
日常生活におけるユーザの状態には、特許文献１において判定対象としている歩行、走行、臥位、座位及び立位の他に、自転車の運転がある。しかしながら、特許文献１には、自転車を運転しているユーザの状態の判定に適用し得る姿勢判定手法については開示されていない。
本発明は、自転車を運転しているユーザの状態を高精度に判定することができる情報処理装置、状態判定システム、エネルギー算出システム、情報処理方法及び記憶媒体を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得する取得部と、前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定する判定部と、を備える情報処理装置が提供される。
本発明の他の一観点によれば、ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得するステップと、前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定するステップと、を備える情報処理方法が提供される。
本発明の他の一観点によれば、コンピュータに、ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得するステップと、前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定するステップと、を備える情報処理方法を実行させるためのプログラムが記憶された記憶媒体が提供される。
本発明によれば、自転車を運転しているユーザの状態を高精度に判定することができる情報処理装置、状態判定システム、エネルギー算出システム、情報処理方法及び記憶媒体を提供することができる。
第１実施形態に係る状態判定システムの全体構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る荷重計測装置の配置を示す模式図である。 第１実施形態に係る状態判定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る情報通信端末のハードウェア構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る情報処理装置の機能ブロック図である。 第１実施形態に係る状態判定装置により行われる状態判定処理の一例を示すフローチャートである。 ペダリング状態判定の一例を示すフローチャートである。 ペダリング状態におけるユーザの足の側面図である。 歩行状態におけるユーザの足の側面図である。 歩行状態におけるユーザの足の側面図である。 ユーザが歩行しているときの第１の時系列データと第２の時系列データの一例を示すグラフである。 ユーザが歩行しているときの第１の周波数スペクトルと第２の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。 ペダリング状態における第１の時系列データと第２の時系列データの一例を示すグラフである。 ペダリング状態における第１の周波数スペクトルと第２の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。 第２実施形態に係る情報処理装置の機能ブロック図である。 第２実施形態に係るエネルギー算出部により行われるエネルギー算出処理の一例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る情報処理装置の機能ブロック図である。
以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施形態を説明する。図面において同様の要素又は対応する要素には同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することがある。
［第１実施形態］
本実施形態に係る状態判定システムについて説明する。本実施形態の状態判定システムは、自転車を運転しているユーザの状態の判定を含むユーザの状態の計測及び解析を行うためのシステムである。健康管理の一環として、日々の歩行時間、自転車運転時間等の運動に関するログを取得するニーズがある。ユーザの自転車運転時間のログを取得するためには、自転車を運転しているユーザの状態を判定する機能が必要となる。そこで、本実施形態は、自転車を運転しているユーザの状態を高精度に判定することができる状態判定システムを提供する。
自転車を運転しているユーザの状態とは、典型的には、ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態を含む。言い換えると、本実施形態の状態判定システムは、ユーザがペダルを漕いでいるか否かを判定することができる。
なお、ユーザが自転車に乗っている場合であっても、ペダルを漕いでいない状態はペダリング状態には含まれない。このようなペダルを漕いでいない状態を非ペダリング状態と呼ぶ。近年、一般的に市販されている自転車は、ペダルを回さない状態で慣性により前進することができるようにフリーホイール機構を備えている。このような自転車の運転において、ユーザがペダルを漕がずに自転車が慣性で進んでいる状態は、非ペダリング状態に含まれる。また、モペッド（Moped）等のペダルと原動機の両方を備え、人力での走行が可能な原動機付自転車の運転において、ユーザがペダルを漕いでいない状態も非ペダリング状態に含まれる。
なお、本明細書において自転車に含まれる車輪の個数は特に限定されず、「自転車」は、２輪自転車だけではなく、３輪自転車、補助輪付き自転車等も含み得る。また、電動アシスト自転車、原動機付自転車等の原動機を備えた車両であっても、ペダルによる人力での駆動が可能な機構を備えていれば「自転車」に含まれる。また、室内トレーニング用自転車のような固定式自転車であるが２輪自転車と同様にペダルを備える装置も「自転車」に含まれる。
図１は、本実施形態に係る状態判定システムの全体構成を示す模式図である。状態判定システムは、互いに無線通信接続され得る状態判定装置１と、情報通信端末２と、サーバ３と、荷重計測装置６ａ、６ｂとを備える。なお、荷重計測装置６ａは第１の荷重計測装置と呼ばれることもあり、荷重計測装置６ｂは第２の荷重計測装置と呼ばれることもある。
状態判定装置１及び荷重計測装置６ａ、６ｂは、例えば、ユーザ４が履いている靴５の底付近に設けられる。状態判定装置１と荷重計測装置６ａとの間及び状態判定装置１と荷重計測装置６ｂとの間は、配線等により通信可能に接続される。荷重計測装置６ａ、６ｂは、ユーザ４の足底から受ける荷重を計測するためのセンサである。荷重計測装置６ａ、６ｂは、状態判定装置１の制御に応じてユーザ４から受ける荷重を電気信号に変換して状態判定装置１に出力する。荷重計測装置６ａ、６ｂの荷重変換方式は、ばね式、圧電素子式、磁歪式、静電容量式、ジャイロ式、歪ゲージ式等であり得るが、特に限定されるものではない。荷重計測装置６ａ、６ｂは、ロードセルと呼ばれることもある。状態判定装置１は、荷重計測装置６ａ、６ｂの制御機能、計測された荷重情報を解析する情報処理機能、情報通信端末２との通信機能等を備える電子機器である。
なお、状態判定装置１及び荷重計測装置６ａ、６ｂは、靴５の中敷に設けられていてもよく、靴５の底面に設けられていてもよく、靴５の本体に埋め込まれていてもよい。また、状態判定装置１及び荷重計測装置６ａ、６ｂは、靴５と着脱可能であってもよく、靴５に着脱不可能に固着されていてもよい。また、状態判定装置１及び荷重計測装置６ａ、６ｂは、足の荷重を計測できる位置であれば、靴５以外の部分に設けられていてもよい。例えば、状態判定装置１は、ユーザ４が履いている靴下に設けられていてもよく、装飾品に設けられていてもよく、ユーザ４の足に直接貼り付けられるものであってもよく、足に埋め込まれるものであってもよい。また、図１においては、１つの状態判定装置１及び２つの荷重計測装置６ａ、６ｂがユーザ４の片足に設けられている例が図示されているが、ユーザ４の両足にそれぞれ１つの状態判定装置１及び２つの荷重計測装置６ａ、６ｂが設けられていてもよい。この場合、両足分の荷重情報を並行して取得することができ、より多くの情報を得ることができる。
なお、本明細書において「足（foot）」とは、ユーザ４の下肢のうちの足首よりも先端側を意味するものとする。また、本明細書において、「ユーザ」とは、状態判定装置１を用いた状態の判定の対象になっている人物を意味するものである。「ユーザ」に該当するか否かは、状態判定システムを構成する状態判定装置１以外の装置の使用者であるか、状態判定システムにより提供されるサービスを受ける者であるか等とは無関係である。
情報通信端末２は、携帯電話、スマートフォン、スマートウォッチ等のユーザ４が携帯する端末装置である。情報通信端末２には、状態解析用のアプリケーションソフトがあらかじめインストールされており、当該アプリケーションソフトに基づく処理を行う。情報通信端末２は、状態判定装置１で得られた状態判定結果等のデータを状態判定装置１から取得し、当該データを用いた情報処理を行う。情報処理の結果は、ユーザ４に通知されてもよく、サーバ３に送信されてもよい。また、情報通信端末２は、状態判定装置１の制御プログラム、データ解析プログラム等のソフトウェアを状態判定装置１に提供する機能を有していてもよい。
サーバ３は、情報通信端末２に対して状態解析用のアプリケーションソフトの提供及びアップデートを行う。また、サーバ３は、情報通信端末２から取得したデータを蓄積し、当該データを用いた情報処理を行ってもよい。
なお、この全体構成は一例であり、例えば、状態判定装置１がサーバ３に直接接続される構成であってもよい。また、状態判定装置１と情報通信端末２が一体の装置として構成されていてもよく、状態判定システム内に更にエッジサーバ、中継装置等の別の装置が含まれていてもよい。
図２は、本実施形態に係る荷重計測装置６ａ、６ｂの配置を示す模式図である。図２は、靴５を底面側からみたときの透視図である。荷重計測装置６ａは、ユーザ４の踵に対応する位置に設けられており、荷重計測装置６ｂは、荷重計測装置６ａよりも爪先側に設けられている。より具体的には、荷重計測装置６ａは、足のリスフラン関節７（中足骨と足根骨の間の関節）に対応する位置よりも踵側に設けられており、荷重計測装置６ｂは、足のリスフラン関節７に対応する位置よりも爪先側に設けられている。なお、図中の符号「７」が付された一点鎖線は、ユーザ４が靴５を履いたときのリスフラン関節７の位置を示している。
図３は、状態判定装置１のハードウェア構成例を示すブロック図である。状態判定装置１は、例えば、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラである。状態判定装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３、フラッシュメモリ１０４、通信Ｉ／Ｆ（Interface）１０５、センサ制御装置１０６及びバッテリ１０７を備える。なお、状態判定装置１内の各部は、バス、配線、駆動装置等を介して相互に接続される。
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３、フラッシュメモリ１０４等に記憶されたプログラムに従って所定の演算を行うとともに、状態判定装置１の各部を制御する機能をも有するプロセッサである。ＲＡＭ１０２は、揮発性記憶媒体から構成され、ＣＰＵ１０１の動作に必要な一時的なメモリ領域を提供する。ＲＯＭ１０３は、不揮発性記憶媒体から構成され、状態判定装置１の動作に用いられるプログラム等の必要な情報を記憶する。フラッシュメモリ１０４は、不揮発性記憶媒体から構成され、データの一時記憶、状態判定装置１の動作用プログラムの記憶等を行う記憶装置である。
通信Ｉ／Ｆ１０５は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格に基づく通信インターフェースであり、情報通信端末２との通信を行うためのモジュールである。
センサ制御装置１０６は、荷重を計測させるように荷重計測装置６ａ、６ｂを制御し、荷重計測装置６ａ、６ｂから荷重を示す電気信号を取得する制御装置である。取得された電気信号はデジタルデータとしてフラッシュメモリ１０４に記憶される。これにより、状態判定装置１は、荷重計測装置６ａ、６ｂにより計測された荷重を時系列データとして取得することができる。なお、本実施形態において、取得される時系列データのデータ点の間隔は、一定であってもよく、一定でなくてもよい。荷重計測装置６ａにより計測された荷重は、第１の荷重情報と呼ばれることもあり、荷重計測装置６ｂにより計測された荷重は、第２の荷重情報と呼ばれることもある。また、荷重計測装置６ａにより計測された荷重の時系列データは、第１の時系列データと呼ばれることもあり、荷重計測装置６ｂにより計測された荷重の時系列データは、第２の時系列データと呼ばれることもある。なお、荷重計測装置６ａ、６ｂで計測されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換（Analog-to-Digital Conversion）は、荷重計測装置６ａ、６ｂ内で行われてもよく、センサ制御装置１０６により行われてもよい。
バッテリ１０７は、例えば二次電池であり、状態判定装置１の動作に必要な電力を供給する。また、荷重計測装置６ａ、６ｂに電力供給が必要な場合には、荷重計測装置６ａ、６ｂにも電力を供給してもよい。状態判定装置１にバッテリ１０７が内蔵されていることにより、状態判定装置１は、外部の電源に有線接続することなく、ワイヤレスで動作することができる。
なお、図３に示されているハードウェア構成は例示であり、これら以外の装置が追加されていてもよく、一部の装置が設けられていなくてもよい。また、一部の装置が同様の機能を有する別の装置に置換されていてもよい。例えば、状態判定装置１は、ユーザ４による操作を受け付けることができるようにボタン等の入力装置を更に備えていてもよく、ユーザ４に情報を提供するためのディスプレイ、表示灯、スピーカ等の出力装置を更に備えていてもよい。このように図３に示されているハードウェア構成は適宜変更可能である。
図４は、情報通信端末２のハードウェア構成例を示すブロック図である。情報通信端末２は、ＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３及びフラッシュメモリ２０４を備える。また、情報通信端末２は、通信Ｉ／Ｆ２０５、入力装置２０６及び出力装置２０７を備える。なお、情報通信端末２の各部は、バス、配線、駆動装置等を介して相互に接続される。
図４では、情報通信端末２を構成する各部が一体の装置として図示されているが、これらの機能の一部は外付け装置により提供されるものであってもよい。例えば、入力装置２０６及び出力装置２０７は、ＣＰＵ２０１等を含むコンピュータの機能を構成する部分とは別の外付け装置であってもよい。
ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０３、フラッシュメモリ２０４等に記憶されたプログラムに従って所定の演算を行うとともに、情報通信端末２の各部を制御する機能をも有するプロセッサである。ＲＡＭ２０２は、揮発性記憶媒体から構成され、ＣＰＵ２０１の動作に必要な一時的なメモリ領域を提供する。ＲＯＭ２０３は、不揮発性記憶媒体から構成され、情報通信端末２の動作に用いられるプログラム等の必要な情報を記憶する。フラッシュメモリ２０４は、不揮発性記憶媒体から構成され、状態判定装置１と送受信するデータの記憶、情報通信端末２の動作用プログラムの記憶等を行う記憶装置である。
通信Ｉ／Ｆ２０５は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、４Ｇ等の規格に基づく通信インターフェースであり、他の装置との通信を行うためのモジュールである。
入力装置２０６は、ユーザ４が情報通信端末２を操作するために用いられるユーザインターフェースである。入力装置２０６の例としては、マウス、トラックボール、タッチパネル、ペンタブレット、ボタン等が挙げられる。
出力装置２０７は、例えば表示装置である。表示装置は、液晶ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等であって、情報の表示、操作入力用のＧＵＩ（Graphical User Interface）の表示等に用いられる。入力装置２０６及び出力装置２０７は、タッチパネルとして一体に形成されていてもよい。
なお、図４に示されているハードウェア構成は例示であり、これら以外の装置が追加されていてもよく、一部の装置が設けられていなくてもよい。また、一部の装置が同様の機能を有する別の装置に置換されていてもよい。更に、本実施形態の一部の機能がネットワークを介して他の装置により提供されてもよく、本実施形態の機能が複数の装置に分散されて実現されるものであってもよい。例えば、フラッシュメモリ２０４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）に置換されていてもよく、クラウドストレージに置換されていてもよい。このように図４に示されているハードウェア構成は適宜変更可能である。
サーバ３は、図４に示したものと概ね同様のハードウェア構成を有するコンピュータである。サーバ３のハードウェア構成は、携帯可能でなくてもよい点を除けば情報通信端末２と概ね同様であるため、詳細な説明を省略する。
図５は、本実施形態に係る情報処理装置１１の機能ブロック図である。情報処理装置１１は、状態判定装置１における情報処理機能を担う部分であり、状態判定装置１の一部が情報処理装置１１に相当するものであってもよく、状態判定装置１の全部が情報処理装置１１に相当するものであってもよい。情報処理装置１１は、取得部１２０、判定部１３０、記憶部１４０及び通信部１５０を有する。判定部１３０は、データ選択部１３１、データ変換部１３２、類似度算出部１３３及び比較部１３４を有する。
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３、フラッシュメモリ１０４等に記憶されたプログラムをＲＡＭ１０２にロードして実行する。これにより、ＣＰＵ１０１は、判定部１３０の機能を実現する。また、ＣＰＵ１０１は、当該プログラムに基づいてセンサ制御装置１０６を制御することにより取得部１２０の機能を実現する。また、ＣＰＵ１０１は、当該プログラムに基づいてフラッシュメモリ１０４を制御することにより記憶部１４０の機能を実現する。また、ＣＰＵ１０１は、当該プログラムに基づいて通信Ｉ／Ｆ１０５を制御することにより通信部１５０の機能を実現する。これらの各部で行われる具体的な処理については後述する。
本実施形態においては図５の機能ブロックの各機能は状態判定装置１に設けられているものとするが、図５の機能ブロックの機能の一部が情報通信端末２又はサーバ３に設けられていてもよい。すなわち、上述の各機能は、状態判定装置１、情報通信端末２及びサーバ３のいずれによって実現されてもよく、状態判定装置１、情報通信端末２及びサーバ３が協働することにより実現されてもよい。
図６は、本実施形態に係る状態判定装置１により行われる状態判定処理の一例を示すフローチャートである。図６の処理は、例えば、所定の時間間隔で実行される。あるいは、図６の処理は、荷重の変化等に基づいてユーザ４が自転車に乗ったことを状態判定装置１が検出した場合に実行されるものであってもよい。
ステップＳ１０１において、取得部１２０は、荷重計測装置６ａ、６ｂを制御して、各々から荷重の時系列データを取得する。すなわち、取得部１２０は、荷重計測装置６ａから第１の時系列データを取得し、荷重計測装置６ｂから第２の時系列データを取得する。これにより、取得部１２０は、ユーザ４のペダリング等により生じた荷重の時間変化を取得することができる。取得された荷重の時系列データは、デジタルデータに変換された上で記憶部１４０に記憶される。また、この荷重の時系列データは荷重の時間変化を示すものであることから荷重情報と呼ばれることもある。この荷重情報は、本実施形態の状態判定に用いるだけでなく、ユーザ４の体重推定又は個人識別に用いることもできる。
ここで、ペダリングに含まれる特徴が十分得られるためには、第１の時系列データ及び第２の時系列データは、少なくとも２周期のペダリングのサイクル（ペダル２周分の回転時間）に相当する期間のデータを含むことが望ましい。ペダリングは概ね周期的な円運動であるため、少なくとも２周期分を抽出できれば、その前後も同様の運動が繰り返されるものと推定できるためである。
ステップＳ１０２において、判定部１３０は、第１の時系列データ及び第２の時系列データに基づいて、ユーザ４が自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定するペダリング状態判定処理を行う。
図７は、ペダリング状態判定の一例を示すフローチャートである。図７の処理は図６のステップＳ１０２に相当するサブルーチンである。本処理は、各データに対してステップＳ２０１からステップＳ２０７が繰り返されるループ処理である。図７のｉは、入力されている第１の時系列データ及び第２の時系列データのデータ番号を示している。データ番号が初期値から所定の上限値ｉｍａｘに至るまでステップＳ２０１からステップＳ２０７の処理が繰り返される。
ステップＳ２０１において、データ選択部１３１は、第１の時系列データ及び第２の時系列データのうちの（ｉ－ｎ）番目からｉ番目までの範囲のデータを取り出す。この処理は、後述のステップＳ２０２、Ｓ２０３において周波数領域への変換に用いられる各時系列データの時間範囲を特定するためのものである。したがって、データ選択部１３１の処理は、時系列データに対して幅ｎの矩形窓を掛ける処理に相当する。なお、別の窓関数を用いるように処理を変形してもよく、例えば、ガウシアン窓、ハニング窓等を掛けてもよい。
ステップＳ２０２において、データ変換部１３２は、ステップＳ２０１において取り出された範囲の第１の時系列データＡｔを第１の周波数スペクトルＡｆに変換する。この処理は、時間領域のデータを周波数領域のデータに変換することができるものであればよく、例えば、フーリエ変換であり得る。フーリエ変換に用いられるアルゴリズムは、例えば、高速フーリエ変換であり得る。
ステップＳ２０３において、ステップＳ２０２と同様にして、データ変換部１３２は、ステップＳ２０１において取り出された範囲の第２の時系列データＢｔを第２の周波数スペクトルＢｆに変換する。
ステップＳ２０４において、類似度算出部１３３は、第１の時系列データＡｔと第２の時系列データＢｔとの間の相関係数Ｒ１を算出する。更に、類似度算出部１３３は、第１の周波数スペクトルＡｆと第２の周波数スペクトルＢｆとの間の相関係数Ｒ２を算出する。なお、相関係数Ｒ１、Ｒ２は、典型的には、ピアソンの積率相関係数であり得る。また、相関係数Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、より一般的に第１の類似度、第２の類似度と呼ばれることもある。
ステップＳ２０５において、比較部１３４は、相関係数Ｒ１、Ｒ２と所定の閾値Ｔ１、Ｔ２とを比較する。相関係数Ｒ１が閾値Ｔ１よりも大きく、かつ相関係数Ｒ２が閾値Ｔ２よりも大きい場合（ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２０６に移行する。上述の条件を満たさない場合（ステップＳ２０５においてＮＯ）、処理はステップＳ２０７に移行する。なお、閾値Ｔ１、Ｔ２は、それぞれ、より一般的に第１の閾値、第２の閾値と呼ばれることもある。
ステップＳ２０６において、判定部１３０は、ｉ番目のデータ取得時刻において、ユーザ４は自転車のペダルを漕いでいた（すなわち、ペダリング状態であった）と判定する。この判定結果は、記憶部１４０にデータ番号ｉ又はこれに対応する時刻と対応付けて記憶される。
ステップＳ２０７において、判定部１３０は、ｉ番目のデータ取得時刻において、ユーザ４は自転車のペダルを漕いでいなかった（すなわち、ペダリング状態ではなかった）と判定する。この判定結果は、記憶部１４０にデータ番号ｉ又はこれに対応する時刻と対応付けて記憶される。
上述のペダリング状態判定処理では足底の異なる位置から取得された２つの荷重情報を判定に用いている。このことによりユーザ４がペダルを漕いでいるか否かを高精度に判定することができる理由を説明する。図８はペダリング状態におけるユーザ４の足の側面図である。図８に示されるように、ペダリング時には、ユーザ４の足底はペダル８に密着している。ユーザ４がペダル８を踏み込んで回転させたときに、足底からペダル８に加えられる荷重はペダル８の位置（ペダル８の回転の位相）に応じて変化する。しかしながら、ユーザ４がペダル８を踏み込んだとき、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂにはほぼ同じタイミングで力が加えられるため、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂで計測される荷重の位相（荷重のピーク時刻）は概ね一致する。
これに対し、ペダリング状態以外では、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂで計測される荷重の位相が異なる場合が多い。ユーザ４が平地を歩行しているときを例に挙げて説明する。図９及び図１０は、歩行状態におけるユーザ４の足の側面図である。図９は、ユーザ４の足が地面９に着地した瞬間を示している。ユーザ４の足が地面９に着地するときには、通常は踵が先に地面９に接触し、その後爪先が地面９に接触する。図１０は、ユーザ４の足が地面９から離れる瞬間を示している。ユーザ４の足が地面９から離れるときには、通常は踵が先に地面９から離れ、その後爪先が地面９から離れる。このように、平地の歩行時には、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂに異なる同じタイミングで力が加えられるため、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂで計測される荷重の位相（荷重のピーク時刻）は互いに異なる。
したがって、足底の異なる位置に設けられた２つの荷重計測装置６ａ、６ｂから取得された２つの荷重情報をペダリング状態の判定に用いることで、判定精度を向上させることができる。また、上述の理由により、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂは足の前後方向に離れている方が望ましい。典型的には、図２に示されているように、荷重計測装置６ａがリスフラン関節７よりも踵側に設けられており、荷重計測装置６ａがリスフラン関節７よりも爪先側に設けられていることが望ましい。
また、上述のペダリング状態判定処理では２つのデータの相関係数を用いた判定を行っている。このことによりユーザ４がペダルを漕いでいるか否かをより高精度に判定することができる理由を説明する。まず、ユーザ４がペダルを漕いでいない場合（非ペダリング状態）の一例として、ユーザ４が歩行しているときの荷重の波形について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、ユーザ４が歩行しているときの第１の時系列データと第２の時系列データの一例を示すグラフである。図１１の横軸は秒を単位とする時間を示しており、図１１の縦軸は、荷重計測装置６ａ、６ｂの各々により測定される、任意単位による荷重を示している。図１１の実線のグラフは、荷重計測装置６ａにより取得される荷重、すなわち、第１の時系列データを示しており、図１１の破線のグラフは、荷重計測装置６ｂにより取得される荷重、すなわち、第２の時系列データを示している。
図１２は、ユーザ４が歩行しているときの第１の周波数スペクトルと第２の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。図１２の横軸はヘルツ（Ｈｚ）を単位とする周波数を示しており、図１２の縦軸は、任意単位による強度を示している。図１２の実線のグラフは、第１の周波数スペクトルを示しており、図１２の破線のグラフは、第２の周波数スペクトルを示している。
図１１及び図１２から理解されるように、ユーザ４の歩行時において、時系列データ及び周波数スペクトルのいずれに関しても、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂから得られた荷重に基づく波形は互いに類似していない。したがって、ユーザ４の歩行時には、これらの波形の間の相関係数は小さい値になる。
次にユーザ４がペダルを漕いでいる場合（ペダリング状態）の荷重の波形について図１３及び図１４を参照して説明する。各グラフの表記については図１１及び図１２と同様であるため説明を省略する。図１３及び図１４から理解されるように、ペダリング状態において、時系列データ及び周波数スペクトルのいずれも、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂから得られた荷重に基づく波形は互いによく類似している。したがって、ペダリング状態においては、これらの波形の間の相関係数は、歩行時の場合と比べて大きい値になる。
上述のように、ペダリング状態においては、非ペダリング状態と比べて波形の類似度が高く、相関係数が大きくなるという特徴がみられる。そのため、波形の類似度の指標として相関係数を算出し、相関係数と閾値との大小関係を判定条件に用いることで、より高精度にペダリング状態の判定を行うことができる。なお、波形の類似度を利用した判定方法であれば相関係数以外の指標を用いてもよい。例えば、共分散を判定条件として用いてもよい。
また、この判定において、時間領域の波形である時系列データと周波数領域の波形である周波数スペクトルとの両方を参照していることにより、より確実にペダリング状態の判定を行うことができる。しかしながら、時系列データのみ、あるいは周波数スペクトルのみで判定を行ってもよい。この場合、処理が簡略化され、計算量を削減することができる。
以上のように、本実施形態では、足底の異なる位置に設けられた２つの荷重計測装置６ａ、６ｂから取得された２つの荷重情報に基づいて、ペダリング状態であるか否かを判定する。これにより、自転車を運転しているユーザ４の状態を高精度に判定することができる情報処理装置１１が提供される。
［第２実施形態］
本実施形態のエネルギー算出システムは、第１実施形態の状態判定システムによるペダリング状態の判定機能の活用例である。健康管理の一環として、日々の消費エネルギー（いわゆる消費カロリー）のログを取得したいというニーズがある。エネルギー算出システムは、ユーザ４が自転車を運転したことによってユーザ４が消費したエネルギーを算出することにより、上述のニーズに応えることができるシステムである。第１実施形態との共通部分については説明を省略する。
図１５は、本実施形態に係るエネルギー算出システムに含まれる情報処理装置１１の機能ブロック図である。本実施形態のエネルギー算出システムは、第１実施形態の状態判定システムの情報処理装置１１にエネルギー算出部１６０を追加したものである。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３、フラッシュメモリ１０４等に記憶されたプログラムをＲＡＭ１０２にロードして実行することにより、エネルギー算出部１６０の機能を実現する。図１５では、エネルギー算出部１６０は、情報処理装置１１に設けられているものとしているが、この機能は、情報通信端末２に設けられていてもよく、サーバ３に設けられていてもよい。
図１６は、本実施形態に係るエネルギー算出部１６０により行われるエネルギー算出処理の一例を示すフローチャートである。図１６の処理は、例えば、図６のフローチャートによる処理の終了後に行われる。あるいは、図１６の処理はユーザ４によるエネルギー算出の操作に基づいて行われるものであってもよい。
ステップＳ３０１において、エネルギー算出部１６０は、各データ取得時刻に対応するペダリング状態の判定結果を記憶部１４０から取得する。ステップＳ３０２において、エネルギー算出部１６０は、ペダリング状態であった期間（ペダリング期間）を合算することにより、データ取得期間内のペダリング期間の長さを算出する。
ステップＳ３０３において、エネルギー算出部１６０は、ペダリング期間の長さに基づいて、ユーザ４が自転車を運転したことによってユーザ４が消費したエネルギーを算出する。この算出に用いられる計算式には例えば以下の式（１）が用いられ得る。
消費エネルギー＝運動強度（メッツ）×ペダリング期間の長さ×体重×係数 （１）
式（１）において、運動強度の単位であるメッツ（ＭＥＴｓ）とは、運動時に安静状態の何倍のエネルギー消費をしているかを表すものである。自転車の運転のメッツは、速度、運転ルートの傾斜等によっても異なるが、例えば、４．０（メッツ）、６．８（メッツ）といった値である。この運動強度の値は、メッツ表等を参照してユーザ４があらかじめ入力したものであってもよく、荷重の波形から算出される自転車の速度等に基づいて自動的に設定されるものであってもよい。式（１）において、係数は、ペダリング期間の長さの単位が時間（ｈｏｕｒ）であり、体重の単位がｋｇであり、消費エネルギーの短期がｋｃａｌである場合には、１．０５程度の値である。
ペダリング状態では、ペダルを漕ぐことにより、非ペダリング状態の場合と比べて消費エネルギーが大きくなる。本実施形態のエネルギー算出部１６０は、ペダリング期間の長さに着目することにより、自転車に乗っている時間の長さだけに基づいて消費エネルギーを算出する場合と比較して、より正確な消費エネルギーを算出することができる。
本実施形態のエネルギー算出システムは、自転車を運転しているユーザ４の状態を高精度に判定することができる情報処理装置１１を用いている。これにより、精度良く消費エネルギーを算出することができるエネルギー算出システムが提供される。
上述の実施形態において説明した装置又はシステムは以下の第３実施形態のようにも構成することができる。
［第３実施形態］
図１７は、第３実施形態に係る情報処理装置６１の機能ブロック図である。情報処理装置６１は、取得部６１１及び判定部６１２を備える。取得部６１１は、ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、第１の荷重計測装置よりも足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得する。判定部６１２は、第１の荷重情報及び第２の荷重情報に基づいて、ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定する。
本実施形態によれば、自転車を運転しているユーザの状態を高精度に判定することができる情報処理装置６１が提供される。
［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
上述の実施形態では、２つの荷重計測装置６ａ、６ｂが用いられることが例示されているが、これら以外のセンサが更に用いられてもよい。例えば、３軸の角速度を計測する角速度センサ、３方向の加速度を計測する加速度センサ、３方向の磁気を検出することで地磁気を検出し、方位を特定する磁気センサ等が更に用いられてもよい。この場合であっても、上述の実施形態と同様の処理が適用可能であり、精度を更に向上させることができる。また、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機が更に用いられていてもよい。この場合、自転車の現在位置を取得することができ、位置情報及び速度情報のログを取得することができる。
上述の実施形態では、状態判定処理は状態判定装置１の内部で行われているが、この機能は、情報通信端末２に設けられていてもよい。この場合、情報通信端末２は、状態判定装置として機能する。
上述の実施形態の機能を実現するように該実施形態の構成を動作させるプログラムを記憶媒体に記録させ、記憶媒体に記録されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する処理方法も各実施形態の範疇に含まれる。すなわち、コンピュータ読取可能な記憶媒体も各実施形態の範囲に含まれる。また、上述のプログラムが記録された記憶媒体だけでなく、そのプログラム自体も各実施形態に含まれる。また、上述の実施形態に含まれる１又は２以上の構成要素は、各構成要素の機能を実現するように構成されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の回路であってもよい。
該記憶媒体としては例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ（Compact Disk）－ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭを用いることができる。また該記憶媒体に記録されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウェア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ（Operating System）上で動作して処理を実行するものも各実施形態の範疇に含まれる。
上述の各実施形態の機能により実現されるサービスは、ＳａａＳ（Software as a Service）の形態でユーザに対して提供することもできる。
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
上述の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得する取得部と、
前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定する判定部と、
を備える情報処理装置。
（付記２）
前記第１の荷重情報は、前記第１の荷重計測装置によって計測された荷重の時間変化を示す第１の時系列データを含み、
前記第２の荷重情報は、前記第２の荷重計測装置によって計測された荷重の時間変化を示す第２の時系列データを含む、
付記1に記載の情報処理装置。
（付記３）
前記判定部は、前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データに基づいて、前記ペダリング状態であるか否かの判定を行う、
付記２に記載の情報処理装置。
（付記４）
前記判定部は、前記第１の時系列データと前記第２の時系列データとの間の第１の類似度に基づいて、前記ペダリング状態であるか否かの判定を行う、
付記３に記載の情報処理装置。
（付記５）
前記第１の類似度は、前記第１の時系列データと前記第２の時系列データとの間の相関係数を含む、
付記４に記載の情報処理装置。
（付記６）
前記判定部は、前記第１の時系列データを周波数領域に変換して得られた第１の周波数スペクトルと、前記第２の時系列データを周波数領域に変換して得られた第２の周波数スペクトルとに更に基づいて、前記ペダリング状態であるか否かの判定を行う、
付記３乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記７）
前記判定部は、前記第１の周波数スペクトルと前記第２の周波数スペクトルとの間の第２の類似度に基づいて、前記ペダリング状態であるか否かの判定を行う、
付記６に記載の情報処理装置。
（付記８）
前記第２の類似度は、前記第１の周波数スペクトルと前記第２の周波数スペクトルとの間の相関係数を含む、
付記７に記載の情報処理装置。
（付記９）
前記判定部は、前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データとの間の第１の類似度が第１の閾値よりも大きく、かつ、前記第１の周波数スペクトルと前記第２の周波数スペクトルとの間の第２の類似度が第２の閾値よりも大きい場合に、前記ペダリング状態であると判定する、
付記７又は８に記載の情報処理装置。
（付記１０）
前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データは、少なくとも２周期のペダリングのサイクルを含む、
付記２乃至９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記１１）
前記第１の荷重計測装置は、前記ユーザの足のリスフラン関節よりも踵側に設けられており、
前記第２の荷重計測装置は、前記リスフラン関節よりも爪先側に設けられている、
付記１乃至１０のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（付記１２）
付記１乃至１１のいずれか１項に記載の情報処理装置と、
前記第１の荷重計測装置と、
前記第２の荷重計測装置と、
を備える、状態判定システム。
（付記１３）
付記１乃至１１のいずれか１項に記載の情報処理装置により取得された前記ペダリング状態の時間に基づいて、前記自転車の運転によって前記ユーザが消費したエネルギーを算出するエネルギー算出部
を備える、エネルギー算出システム。
（付記１４）
ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得するステップと、
前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定するステップと、
を備える情報処理方法。
（付記１５）
コンピュータに、
ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得するステップと、
前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定するステップと、
を備える情報処理方法を実行させるためのプログラムが記憶された記憶媒体。
１ 状態判定装置
２ 情報通信端末
３ サーバ
４ ユーザ
５ 靴
６ａ、６ｂ 荷重計測装置
７ リスフラン関節
８ ペダル
９ 地面
１１、６１ 情報処理装置
１０１、２０１ ＣＰＵ
１０２、２０２ ＲＡＭ
１０３、２０３ ＲＯＭ
１０４、２０４ フラッシュメモリ
１０５、２０５ 通信Ｉ／Ｆ
１０６ センサ制御装置
１０７ バッテリ
１２０、６１１ 取得部
１３０、６１２ 判定部
１３１ データ選択部
１３２ データ変換部
１３３ 類似度算出部
１３４ 比較部
１４０ 記憶部
１５０ 通信部
１６０ エネルギー算出部
２０６ 入力装置
２０７ 出力装置

Claims (7)

  1. ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得する取得部と、
    前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定する判定部と、
    を備え、
    前記第１の荷重情報は、前記第１の荷重計測装置によって計測された荷重の時間変化を示す第１の時系列データを含み、
    前記第２の荷重情報は、前記第２の荷重計測装置によって計測された荷重の時間変化を示す第２の時系列データを含み、
    前記判定部は、前記第１の時系列データと前記第２の時系列データとの間の第１の類似度に基づいて、前記ペダリング状態であるか否かの判定を行う、
    情報処理装置。
  2. 前記第１の類似度は、前記第１の時系列データと前記第２の時系列データとの間の相関係数を含む、
    請求項１に記載の情報処理装置。
  3. 前記判定部は、前記第１の時系列データを周波数領域に変換して得られた第１の周波数スペクトルと、前記第２の時系列データを周波数領域に変換して得られた第２の周波数スペクトルとに更に基づいて、前記ペダリング状態であるか否かの判定を行う、
    請求項１又は２に記載の情報処理装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置と、
    前記第１の荷重計測装置と、
    前記第２の荷重計測装置と、
    を備える、状態判定システム。
  5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置により取得された前記ペダリング状態の時間に基づいて、前記自転車の運転によって前記ユーザが消費したエネルギーを算出するエネルギー算出部
    を備える、エネルギー算出システム。
  6. ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得するステップと、
    前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定するステップと、
    を備え、
    前記第１の荷重情報は、前記第１の荷重計測装置によって計測された荷重の時間変化を示す第１の時系列データを含み、
    前記第２の荷重情報は、前記第２の荷重計測装置によって計測された荷重の時間変化を示す第２の時系列データを含み、
    前記第１の時系列データと前記第２の時系列データとの間の第１の類似度に基づいて、前記ペダリング状態であるか否かの判定が行われる、
    情報処理方法。
  7. コンピュータに、
    ユーザの足底に設けられた第１の荷重計測装置によって計測された第１の荷重情報と、前記第１の荷重計測装置よりも前記足底の爪先側に設けられた第２の荷重計測装置によって計測された第２の荷重情報とを取得するステップと、
    前記第１の荷重情報及び前記第２の荷重情報に基づいて、前記ユーザが自転車のペダルを漕いでいるペダリング状態であるか否かを判定するステップと、
    を備える情報処理方法を実行させるためのプログラムであって、
    前記第１の荷重情報は、前記第１の荷重計測装置によって計測された荷重の時間変化を示す第１の時系列データを含み、
    前記第２の荷重情報は、前記第２の荷重計測装置によって計測された荷重の時間変化を示す第２の時系列データを含み、
    前記第１の時系列データと前記第２の時系列データとの間の第１の類似度に基づいて、前記ペダリング状態であるか否かの判定が行われる、
    プログラム。
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