JPH10260055A - 歩行者用移動速度・方向検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＧＰＳ受信機を利用しないで、歩行者の移動速
度等を正確に検出する。 【解決手段】３軸加速度センサ１６と３軸レートセンサ
１８を用い、加速度センサ１６の出力Ｇｘ０、Ｇｙ０、
Ｇｚ０より重力加速度方向信号ｇを検出し、これを初期
値として、重力加速度方向追尾手段２２により３軸レー
ト信号Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚから現在の姿勢に関する補正量
を算出する。この補正量により、加速度出力Ｇｘ０、Ｇ
ｙ０、Ｇｚ０を補正して、地表面に対する上下動に対応
する加速度出力Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを得る。この上下動期
間に歩周期検出手段３０によりクロック周期を乗じるこ
とで歩周期（歩行者が１歩を踏み出す周期）を求めるこ
とができる。求めた歩周期に移動速度算出手段３２によ
り歩幅を乗じることで移動速度をＧＰＳ受信機を利用し
ないでも検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、歩行者
が携帯可能な歩行経路誘導装置に適用して好適な歩行者
用移動速度・方向検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】歩行者用移動速度・方向検出装置に関連
する技術として、例えば、自動車用ナビゲーションシス
テムを掲げることができる。このシステムでは、ＧＰＳ
による衛星航法によって自車の位置が得られ、ディスプ
レイの地図上に自車の位置、進行方向等を表示するよう
になっている。

【０００３】また、自動車用ナビゲーションシステムで
は、仮にＧＰＳ衛星からの電波を受信することができな
い場合であっても、さらに、距離センサやレートセンサ
を併せて用いることで、いわゆる慣性航法により自車の
位置を検出できるようにすることも知られている。

【０００４】一方、歩行者の携帯可能なナビゲーション
システムとして、例えば、特開平８−２０２９８２号公
報に開示された技術がある。この技術では、歩行者の現
在位置を検出する手段としてＧＰＳ受信機を用い、ま
た、歩行方向を検出する手段としてジャイロや地磁気セ
ンサを用いている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の自動車用ナビゲーションシステムを歩行者用移動速
度・方向検出装置として使用することを考えた場合、ビ
ル街や建築物の中を歩行する際には、歩行者の位置検出
が不可能となり、たとえ、慣性航法が付いたナビゲーシ
ョンシステムであっても、ビル街や建築物の中を歩行す
る場合に、移動距離または移動速度をどのように検出す
ればよいのかという課題がある。

【０００６】一方、上述の歩行者が携帯可能なナビゲー
ションシステムを歩行者用移動速度・方向検出装置とし
て使用することを考えた場合、その携帯可能なナビゲー
ションシステムを歩行者が常時一定向きに携帯保持して
いるという保証はなく、その出力の上下、左右が反転し
ていることも考えられる。また、この歩行者が携帯可能
なナビゲーションシステムでは、ＧＰＳ受信機、地磁気
センサ等を用いているため十分な精度での歩行者位置の
検出が困難であるという課題がある。

【０００７】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、歩行者がどのような状態で携帯保持し
ていても移動速度・方向を検出することを可能とする歩
行者用移動速度・方向検出装置を提供することを目的と
する。

【０００８】また、この発明は、移動速度・方向を正確
に検出することを可能とする歩行者用移動速度・方向検
出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、３軸の加速
度検出手段と、３軸のレート検出手段と、前記３軸の加
速度検出手段の出力より重力加速度方向を検出する重力
加速度方向検出手段と、前記重力加速度方向検出手段に
より得られた重力加速度方向を初期重力加速度方向とし
て、前記３軸のレート検出手段の出力から補正値を算出
する重力方向追尾手段と、前記補正値に基づいて前記３
軸の加速度検出手段の出力を補正する加速度信号補正手
段と、前記補正値に基づいて前記３軸のレート検出手段
の信号を補正するレート信号補正手段と、前記加速度信
号補正手段の出力より地表面に対する上下振動成分を検
出し、歩行者の歩く周期を歩周期として検出する歩周期
検出手段と、検出された前記歩周期に歩幅を乗じること
によって移動速度を算出する移動速度算出手段と、前記
レート信号補正手段の出力により地表面での進行方向を
検出する移動方向検出手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１０】この発明によれば、３軸の加速度検出手段
によって地表面の方向（重力加速度方向）を検出し、当
該歩行者移動速度・方向検出装置自体の保持されている
姿勢を検出する。そして、３軸の加速度検出手段により
歩行者の歩行によって生じる上下振動を検出し、この振
動成分を解析することで、歩行者の歩く周期である歩周
期（１歩を踏み出すのに要する時間）を検出する。この
歩周期に歩幅を乗じることにより移動速度を算出する。

【００１１】そして、３軸の加速度検出手段により検出
された地表面の方向を３軸のレートセンサの初期値とし
て利用することにより、歩行者が急激な運動を行ってい
る場合や乗り物を利用している場合などの３軸のレート
検出手段の出力に誤差が生じるような場合であっても、
地表面上での移動方向を検出することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、歩行者の移動距離および移動方向
（移動方位）を検出するための例としての歩行者用移動
距離・方向検出手段１０の構成を示すブロック図であ
る。なお、この図１例の歩行者用移動距離・方向検出手
段１０を用いて歩行者用経路誘導装置を構成することが
できる。

【００１４】図２は、歩行者の歩幅を設定する例として
の歩幅設定手段１２の構成を示すブロック図である。

【００１５】図３は、歩行者の慣性移動速度を検出する
ための例としての慣性速度検出手段１４の構成を示すブ
ロック図である。

【００１６】図４は、図１例の歩行者用移動距離・方向
検出手段１０に図２例の歩幅設定手段１２と図３例の慣
性速度検出手段１４を組み合わせ、全体として、例とし
ての慣性速度の検出を含む歩行者用移動距離・方向検出
手段１７の構成を示している。

【００１７】図１に示す歩行者用移動距離・方向検出手
段１０は、直交３軸の加速度を検出する手段としての３
軸加速度センサ１６と、直交３軸のレートを検出する手
段としての３軸レートセンサ１８を有している。

【００１８】また、歩行者用移動距離・方向検出手段１
０は、３軸加速度センサ１６の出力側に接続される重力
加速度方向検出手段（重力方向検出手段）２０と、３軸
レートセンサ１８と重力加速度方向検出手段２０の各々
の出力側に入力が接続される重力加速度方向追尾手段２
２を有している。

【００１９】さらに、歩行者用移動距離・方向検出手段
１０は、３軸加速度センサ１６と重力加速度方向追尾手
段２２の出力側に入力が接続される加速度信号補正手段
２４と、３軸レートセンサ１８と重力加速度方向追尾手
段２２の出力側に入力が接続されるレート信号補正手段
２６を有している。

【００２０】さらにまた、歩行者用移動距離・方向検出
手段１０は、加速度信号補正手段２４の出力側に入力が
接続されるとともに、クロック発生手段２８からクロッ
クが供給される歩周期検出手段３０と、歩周期検出手段
３０の出力側に接続されるとともに、歩幅（歩幅信号ま
たは歩幅データともいう。）が供給される移動速度算出
手段３２と、レート信号補正手段２６の出力側に接続さ
れる移動方向検出手段３４を有している。

【００２１】図１に示す歩行者用移動距離・方向検出手
段１０は、基本的には、以上のように構成される。次
に、その動作を説明する。なお、歩行者用移動距離・方
向検出手段１０を構成する各構成要素には、必要に応じ
てマイクロコンピュータが搭載され、コンピュータによ
る処理により以下の動作が遂行される。

【００２２】３軸加速度センサ１６は、歩行者の動きに
応じてｘ、ｙ、ｚの各軸方向の加速度を検出し、各軸の
加速度信号（単に、加速度ともいう。）Ｇｘ０、Ｇｙ
０、Ｇｚ０（ｍ／ｓ² ）を出力する。３軸レートセンサ
１８は、歩行者の動きに応じて各軸方向のレートを検出
し、各軸のレート信号（単に、レートともいう。）Ｒｘ
０、Ｒｙ０、Ｒｚ０（ｒａｄ／ｓ）を出力する。

【００２３】重力加速度方向検出手段２０は、３軸の加
速度信号Ｇｘ０、Ｇｙ０、Ｇｚ０から重力による加速度
成分を抽出し、その方位を重力加速度方向信号ｇ（ｍ／
ｓ²）として出力する。この場合、重力加速度方向の検
出は、３軸の加速度信号Ｇｘ０、Ｇｙ０、Ｇｚ０のう
ち、少なくとも１つの加速度信号の振幅が周期的に変化
していると判断した場合、例えば、歩行者が歩行してい
ると判断した場合には、低域通過フィルタ処理等によ
り、比較的に高周波の振動成分を除去した残りの直流成
分を重力加速度成分として分離することができる。ま
た、歩行者が立ち止まっている場合等、加速度信号Ｇｘ
０、Ｇｙ０、Ｇｚ０に振動成分が含まれていない状態に
おいては、得られている加速度信号を重力加速度成分と
同定すればよい。

【００２４】重力加速度方向追尾手段２２は、重力加速
度方向検出手段２０が重力加速度方向信号ｇの検出に成
功したときの３軸レート信号Ｒｘ０、Ｒｙ０、Ｒｚ０を
初期値として設定し、この後に得られる各軸のレート信
号Ｒｘ０、Ｒｙ０、Ｒｚ０を歩行者用移動距離・方向検
出手段１０の傾き（地表面に対しての傾き）として処理
することにより、歩行者用移動距離・方向検出手段１０
が地表面に対してどのような状態（傾き）になっている
かを算出し、その算出結果を補正量（補正値）として出
力する。

【００２５】加速度信号補正手段２４は、重力加速度方
向追尾手段２２から出力される補正値を用いて各軸の加
速度信号Ｇｘ０、Ｇｙ０、Ｇｚ０を、地表面に対する３
軸の加速度信号Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚに変換して出力する。

【００２６】同様に、レート信号補正手段２６は、重力
加速度方向追尾手段２２より出力される補正値を用いて
各軸のレート信号Ｒｘ０、Ｒｙ０、Ｒｚ０を地表面に対
する３軸のレート信号Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚに変換して出力
する。

【００２７】クロック発生手段２８は、歩行者の歩く周
期を検出するための一定周期（例えば、０．２ｍｓ）の
クロックを発生する。歩周期検出手段３０は、加速度信
号補正手段２４より出力される地表面方向に対する加速
度運動に変換された３軸の加速度信号Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ
から、例えば、高域通過フィルタ処理により振動成分
（上下成分）を分離し、分離した振動成分の周期より歩
行者が１歩１歩踏み出すのに要する時間を前記一定周期
のクロックの数を計数して時間換算することにより検出
し、歩周期（歩周期信号）として出力する。

【００２８】移動速度算出手段３２は、歩周期検出手段
３０により検出された歩周期に、設定された利用者（歩
行者）の歩幅、あるいはデフォルト値の歩幅を乗じるこ
とによって、移動速度（移動速度信号）を算出する。

【００２９】移動方向検出手段３４は、レート信号補正
手段２６から出力される地表面方向に対するレート運動
に変換された３軸レート信号Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚより、重
力加速度方向の上下軸回りの回転角度を検出し、それを
移動方向として出力する。

【００３０】この場合、図１例の歩行者用移動距離・方
向検出手段１０によれば、歩行者がどのような状態で携
帯保持していても的確に地表面に対する移動距離・方向
が検出可能となる。換言すれば、歩行者用移動距離・方
向検出手段１０自体の姿勢を検出することが可能となっ
ている。また、図１例の歩行者用移動距離・方向検出手
段１０によれば、３軸加速度センサ１６の出力に基づい
て検出した歩周期に、設定した歩幅を乗じることによっ
て移動速度を求めることが可能となり、例えば、ＧＰＳ
衛星からの電波を受信できない状況においても歩行者の
移動速度を検出することが可能になるという効果が達成
される。

【００３１】図２例の歩幅設定手段１２は、ＧＰＳ受信
機４２と、このＧＰＳ受信機４２の出力側に接続される
測定位置記憶手段４４と、ＧＰＳ受信機４２の出力側に
接続されるとともに前記歩周期検出手段３０から歩周期
が供給される歩数記憶手段４６と、歩数記憶手段４６と
測定位置記憶手段４４の出力側に接続される歩幅算出手
段４８と、歩幅算出手段４８の出力側に接続されるとと
もに前記歩周期検出手段３０からの歩周期が供給される
歩幅記憶手段５０と、測定位置記憶手段４４と歩数記憶
手段４６の入力側に接続される計測タイミング指示手段
５２とを備える。

【００３２】図２に示す歩幅設定手段１２は、基本的に
は、以上のように構成される。次に、その動作を説明す
る。なお、歩行者用移動距離・方向検出手段１０を構成
する各構成要素と同様に、歩幅設定手段１２を構成する
各構成要素には、必要に応じてマイクロコンピュータが
搭載され、コンピュータによる処理により以下の動作が
遂行される。

【００３３】ＧＰＳ受信機４２は、受信アンテナ４３を
通じてＧＰＳ衛星からの電波を受信して測定位置（緯
度、経度、高度）を検出する。測定位置記憶手段４４
は、ＧＰＳ受信機４２が電波を受信可能なときの測定位
置を記憶し、その測定位置間（２点間）の距離を計算し
て出力する。

【００３４】歩数記憶手段４６は、ＧＰＳ受信機４２が
電波を受信可能なときの任意の２点（測定位置）間の移
動に要した歩数を記憶する。歩数は、測定位置間の歩周
期信号を計数することによって計算することができる。

【００３５】歩幅算出手段４８は、測定位置記憶手段４
４に記憶されている任意の２点（測定位置）間の距離
を、歩数記憶手段４６に記憶されている、対応する任意
の２点間の歩数で除することにより歩幅を算出すること
ができる。

【００３６】歩幅記憶手段５０は、算出した歩幅をその
ときの歩周期と関連づけた表（ルックアップテーブル）
として記憶する。例えば、歩周期が０．５秒のときの１
ｍ等の歩幅を、歩周期が１秒のときの５０ｃｍ等の歩幅
と関連づけて記憶する。そして、この対応表を必要に応
じて更新し、かつ歩周期に対応した歩幅を登録歩幅とし
て出力する。

【００３７】計測タイミング指示手段５２は、測定位置
記憶手段４４と歩数記憶手段４６とで用いられる任意の
２点（測定位置）の計測開始タイミングと計測終了タイ
ミングを指示する。

【００３８】図２例の歩幅設定手段１２によれば、利用
者としての歩行者の個人差、あるいは、歩行者の体調等
を原因とする歩幅の違いを登録歩幅として自動的に設
定、更新することが可能になるという効果が達成され
る。

【００３９】この場合、歩周期、換言すれば、歩行者の
歩きのテンポ（並足、早歩き、ゆっくり歩き、駆け足
等）に応じて、歩幅を記憶するようにしているので、歩
行者の歩きのテンポ（歩き方）に応じた歩幅を出力する
ことができる。

【００４０】なお、移動速度算出手段３２（図１参照）
に設定される歩幅は、図２例による登録歩幅に限らず、
図示していない入力設定手段により任意に設定すること
も可能である。

【００４１】また、歩幅の設定は、歩行者の移動経路と
道路地図（電子的な道路形状情報）を用いて、いわゆる
マップマッチング（位置予測手法）を行い、地図上の移
動距離を歩数で除することによっても得ることができ
る。

【００４２】図３例の慣性速度検出手段１４は、加速度
信号補正手段２４から出力される地表面に対する３軸の
加速度信号Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚと重力加速度方向検出手段
２０から出力される重力加速度方向信号ｇを受け取る重
力加速度除去手段６０と、重力加速度除去手段６０の出
力側に接続されるとともにクロック発生手段２８からの
クロックが供給される速度変化算出手段６２と、この速
度変化算出手段６２の出力側に接続される速度変化積算
手段６４とを備える。

【００４３】次に、慣性速度検出手段１４の動作につい
て説明する。なお、この慣性速度検出手段１４を構成す
る各構成要素にも、必要に応じてマイクロコンピュータ
が搭載され、コンピュータ処理により以下の動作が遂行
される。

【００４４】重力加速度除去手段６０は、加速度信号補
正手段２４から得られる補正された加速度信号Ｇｘ、Ｇ
ｙ、Ｇｚから、重力加速度方向検出手段２０により得ら
れている重力加速度方向信号ｇを用いて重力加速度成分
を除去した加速度信号Ｇｘ′、Ｇｙ′、Ｇｚ′を求めて
出力する。速度変化算出手段６２は、クロック発生手段
２８より与えられる所定のクロック周期（時間）を乗じ
ることによって速度変化を検出する。速度変化積算手段
６４は、検出した速度変化値を連続的に積算して平均し
た値、いわゆる移動平均値を慣性移動速度として出力す
る。

【００４５】図４は、上述したように、図１例の歩行者
用移動距離・方向検出手段１０に図２例の歩幅設定手段
１２と図３例の慣性速度検出手段１４を組み合わせた、
例としての慣性速度の検出を含む歩行者用移動距離・方
向検出手段１７の構成を示している。

【００４６】この図４例では、歩周期と登録歩幅から移
動速度算出手段３２により得られる歩数換算移動速度
と、慣性速度検出手段１４により得られる瞬時的変化速
度あるいは慣性移動速度を移動速度選択手段７０により
選択して出力できるように構成されている。

【００４７】なお、移動速度選択手段７０は、移動速度
として、高精度の移動速度検出が難しい比較的低速での
移動状況では、歩数換算移動速度を選択し、十分な大き
さの加速度が得られる高速での移動状況では、慣性移動
速度または変化速度を選択することにより、いずれの状
況においても高精度での移動速度の検出が可能となる。
なお、移動速度選択手段は、慣性移動速度または変化速
度を選択する場合、変化速度より慣性移動速度の信号レ
ベルが十分大きい場合に、その慣性移動速度を選択す
る。

【００４８】詳しく説明すると、通常、歩行者としての
人が足を使って歩行する速度は、４〜８ｋｍ／ｈ程度で
あり、駆け足の場合でも２０＋αｋｍ／ｈ程度であっ
て、充分な大きさの加速度信号を検出することが困難で
ある。また、足による移動の場合には、振動ノイズが存
在するため慣性移動速度を選択すると誤差が大きくな
る。

【００４９】したがって、移動速度がある程度より大き
い場合には、歩行者が乗物に乗って移動している可能性
が高い。乗物による移動の場合には、充分な加速度信号
が得られることが多いので、慣性移動速度を選択する。
なお、徒歩による移動と乗物による移動の違いは、慣性
移動速度が検出されているときに、振動成分が検出され
ていれば徒歩による移動と判断することができる。

【００５０】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、歩行者用移動速度・方向検出装置の姿勢を検出する
ことができることから、歩行者がどのような状態で携帯
保持していても移動速度・方向を検出することができる
という効果が達成される。

【００５２】また、この発明によれば、３軸の加速度検
出手段とレート検出手段を用いて歩行者の上下動を検出
するとともに、移動方向を検出しているので、ＧＰＳ受
信機を使用することなく、前記上下動の周期から移動速
度を求めることが可能になるという効果が達成される。

【００５３】また、ＧＰＳ受信機を用いた場合には、歩
幅を校正することが可能となり、一層正確に移動速度を
算出することができるという効果が達成される。

【００５４】そして、歩幅を校正できるように構成した
場合には、利用者の個人差に応じた歩幅を設定すること
が可能になるという効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】歩行者の移動距離および移動方向（移動方位）
を検出するための歩行者用移動距離・方向検出手段の構
成例を示すブロック図である。

【図２】歩行者の歩幅を設定する歩幅設定手段の構成例
を示すブロック図である。

【図３】歩行者の慣性移動速度を検出するための慣性速
度検出手段の構成例を示すブロック図である。

【図４】図１例の歩行者用移動距離・方向検出手段に図
２例の歩幅設定手段と図３例の慣性速度検出手段を組み
合わせた慣性速度の検出を含む歩行者用移動距離・方向
検出手段の構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０、１７…歩行者用移動距離・方向検出手段 １２…歩幅設定手段 １４…慣性速度検出
手段 １６…３軸加速度センサ １８…３軸レートセ
ンサ ２０…重力加速度方向検出手段 ２２…重力加速度方
向追尾手段 ２４…加速度信号補正手段 ２６…レート信号補
正手段 ３０…歩周期検出手段 ３２…移動速度算出
手段 ３４…移動方向検出手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３軸の加速度検出手段と、 ３軸のレート検出手段と、 前記３軸の加速度検出手段の出力より重力加速度方向を
   検出する重力加速度方向検出手段と、 前記重力加速度方向検出手段により得られた重力加速度
   方向を初期重力加速度方向として、前記３軸のレート検
   出手段の出力から補正値を算出する重力方向追尾手段
   と、 前記補正値に基づいて前記３軸の加速度検出手段の出力
   を補正する加速度信号補正手段と、 前記補正値に基づいて前記３軸のレート検出手段の信号
   を補正するレート信号補正手段と、 前記加速度信号補正手段の出力より地表面に対する上下
   振動成分を検出し、歩行者の歩く周期を歩周期として検
   出する歩周期検出手段と、 検出された前記歩周期に歩幅を乗じることによって移動
   速度を算出する移動速度算出手段と、 前記レート信号補正手段の出力により地表面での進行方
   向を検出する移動方向検出手段とを備えることを特徴と
   する歩行者用移動速度・方向検出装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、前記移動速
   度算出手段で用いられる歩幅は、ＧＰＳ受信機を利用し
   て得られた移動距離を、当該移動距離を歩くのに要した
   歩数で除することにより求めることを特徴とする歩行者
   用移動速度・方向検出装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の装置において、前記移動速
   度算出手段で用いられる歩幅は、ＧＰＳ受信機を利用し
   て得られた移動距離と移動方向に対して、道路形状情報
   を用いた位置予測手法を施して得られる移動距離を、当
   該移動距離を歩くのに要した歩数で除することにより求
   めることを特徴とする歩行者用移動速度・方向検出装
   置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置
   において、加速度信号補正手段により補正された結果の
   ３軸の加速度信号が比較的に大きいレベルである場合に
   は、この比較的大きいレベルの加速度信号に時間を乗じ
   て移動速度を算出した移動速度を、前記歩周期に歩幅を
   乗じることによって得られた移動速度に代替して用いる
   ことを特徴とする歩行者用移動速度・方向検出装置。