携帯機器と自律航法演算法
【課題】携帯機器１が備える自律航法演算法として、処理するデータ量及び処理ステップを少なくすることで、記憶容量に対する負荷が小さく処理時間が短いことを実現することが目的である。
【解決手段】地磁気センサと加速度センサを備える従来の携帯機器に、簡便な演算法を備える移動方向演算部３３を追加することで、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動方向を計測できる携帯機器１と自律航法演算法を提供する。
【解決手段】地磁気センサと加速度センサを備える従来の携帯機器に、簡便な演算法を備える移動方向演算部３３を追加することで、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動方向を計測できる携帯機器１と自律航法演算法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気センサと加速度センサを備えた携帯機器において、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の利用が難しい建造物の内部やその周辺で移動者の移動方向及び移動経路を計測する自律航法機能を備えた携帯機器とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳによるナビゲーションと、地磁気センサ及び加速度センサを用いて移動者の移動方向及び移動経路を計測する自律航法と、を組み合わせた機能を備える携帯機器が開発されている。
【０００３】
地磁気センサ及び加速度センサを用いた自律航法については、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５１５４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、加速度センサが検出した加速度データ群等から重力加速度を算出し、その重力加速度に直交する平面上に投影された加速度データ群等の周波数成分に基づいて、歩行者の端末座標系（端末に固定された座標系）から見た歩行者の移動方向を推定している。次に、この移動方向と地磁気センサが検出した地磁気データとによって、地上座標系に対する歩行者の歩行方向を推定している。
【０００６】
上述のように、従来技術である特許文献１は、地上座標系に対する歩行者の歩行方向を算出するために、処理するデータ量が多く、また、複雑で処理ステップが多い処理法を採用している。そのため、携帯機器の記憶容量に対する負荷が大きく、処理時間も長いと言う課題があった。
【０００７】
ところが、携帯電話に代表される携帯機器は、記憶容量は小さく、消費電力も制限されるため、大きい記憶容量や長い時間を要する複雑な処理は極力避けることが要望されている。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳの利用が難しい建造物の内部やその周辺で、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動体の移動方向を計測できる携帯機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
地磁気を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の地磁気センサと加速度を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の加速度センサとを備え、前記３軸の加速度センサが検出した加速度データから携帯機器の姿勢角度、携帯機器の姿勢及び第一の計算値群を算出する加速度演算部と、前記３軸の地磁気センサが検出した地磁気データから携帯機器の方向を算出する方位演算部と、前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで前記携帯機器の方向から移動体の移動方向を算出する移動方向演算部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このような態様であれば、前記地磁気センサと前記加速度センサを備える前記携帯機器に、簡便な演算法を備える前記移動方向演算部を追加することで前記移動方向を算出することが可能となる。
【００１１】
よって、本発明によれば、ＧＰＳの利用が難しい建造物の内部やその周辺で、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで前記移動体の前記移動方向を計測できる前記携帯機器を提供することができる。
【００１２】
前記第一の計算値群が、前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であることが好ましい。
【００１３】
このような態様であれば、前記３軸の内の１軸の加速度の絶対値及び前記３軸の内の１軸の加速度を閾値と比較することで、前記携帯機器の方向から前記移動方向を簡便に算出することが可能となる。
【００１４】
前記加速度演算部が前記加速度データから第二の計算値群を算出し、前記移動方向演算部が前記第一の計算値群から歩数を算出し、前記第二の計算値群から歩行の有無を判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、移動経路を算出する移動経路演算部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
このような態様であれば、前記移動方向を算出できる前記携帯機器に簡便な演算法を備える前記移動経路演算部を追加することで前記移動経路を算出することが可能となる。
【００１６】
よって、ＧＰＳの利用が難しい建造物の内部やその周辺で、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで前記移動経路を計測できる前記携帯機器を提供することができる。
【００１７】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であること及び前記第二の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸加速度の長さ、３軸加速度の長さの平均値及び３軸加速度の分散値であることが好ましい。
【００１８】
このような態様であれば、前記移動経路を簡便に算出することが可能である。
【００１９】
地磁気を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の地磁気センサと、加速度を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の加速度センサと、前記３軸の加速度センサが検出した加速度データを演算処理する加速度演算部と、前記３軸の地磁気センサが検出した地磁気データを演算処理する方位演算部と、移動体の移動方向を算出する移動方向演算部とを備える携帯機器において、加速度演算部が第一の計算値群を算出し、前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで、携帯機器の方向から移動体の移動方向を算出することを特徴とする。
【００２０】
このような態様であれば、前記第一の計算値群を前記複数の閾値と比較し簡単な関係式によって前記携帯機器の方向から前記移動方向を算出できるので、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで前記移動方向を算出する、即ち、簡便な演算法を備える移動方向演算部を可能とする。
【００２１】
前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで歩数を算出し、前記加速度演算部が第二の計算値群を算出し前記第二の計算値群を複数の閾値と比較することで歩行の有無を判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、移動経路を算出することが好ましい。
【００２２】
このような態様であれば、前記第一の計算値群を前記複数の閾値と比較する簡便な方法で歩数を算出し、前記第二の計算値群を複数の閾値と比較する簡便な方法で歩行の有無を判定し、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで前記移動経路を算出する、即ち、簡便な演算法を備える前記移動経路演算部を可能とする。
【００２３】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であることが好ましい。
【００２４】
このような態様であれば、前記３軸の内の１軸の加速度を用いて、簡便に移動方向及び移動経路を算出できる。
【００２５】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であること及び前記第二の計算値群が３軸加速度の長さ、前記３軸加速度の長さの平均値及び３軸加速度の分散値であることが好ましい。
【００２６】
このような態様であれば、前記３軸の内の１軸の加速度、前記３軸加速度の長さ、前記３軸加速度の長さの平均値及び前記３軸加速度の分散値を用いて、簡便に移動経路を算出できる。
【００２７】
前記携帯機器の方向から前記移動方向を算出するに当って、携帯機器の姿勢が縦向きと判定された後に３軸の内の１軸の加速度の絶対値が第二閾値以下なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向と同じであると判定し、前記携帯機器の姿勢が縦向きと判定された後に前記３軸の内の１軸の加速度の絶対値が前記第二閾値以上なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向と異なると判定し、前記３軸の内の１軸の加速度が第三閾値以上なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向に９０を減算した値と、前記３軸の内の１軸の加速度が前記第三閾値以下なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向に９０を加算した値と算出することが好ましい。
【００２８】
このような態様であれば、閾値との比較により区分け、それぞれの簡単な関係式によって前記携帯機器の方向から前記移動方向を簡便に算出できるので、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで、即ち、簡便な演算法で前記移動方向を算出することが可能となる。
【００２９】
前記３軸加速度の分散値が第四閾値より大きくかつ第五閾値より小さく、及び前記３軸加速度の長さから前記３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値が第六閾値より大きければ歩行していると判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、前記移動経路を算出することが好ましい。
【００３０】
このような態様であれば、閾値との比較による簡便な手法で移動経路が算出できるので、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで、即ち、簡便な演算法で前記移動経路を算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、地磁気センサと加速度センサを備える従来の携帯機器に、簡便な演算法を備える移動方向演算部を追加することで移動体の移動方向を算出することが可能となる。
【００３２】
よって、本発明によれば、ＧＰＳの利用が難しい建造物の内部やその周辺で、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動体の移動方向を計測できる携帯機器を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態における自律航法機能の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における携帯機器に搭載された加速度センサと地磁気センサとの模式図である。
【図３】携帯機器の姿勢角度を説明する図である。
【図４】携帯機器の姿勢を説明する図である。
【図５】携帯機器の方向を説明する図である。
【図６】携帯機器が体の右側面で振られている際の、移動方向と携帯機器の方向との関係を説明する図である。
【図７】携帯機器が体の左側面で振られている際の、移動方向と携帯機器の方向との関係を説明する図である。
【図８】携帯機器が体の側面で振られている際の、移動方向と携帯機器の方向との関係を説明する図である。
【図９】起点（始動点）から現時点までの移動経路を算出する方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の一実施形態は、電波が微弱なためにＧＰＳによる位置計測の精度が劣る建造物等の内部やその周辺で、移動者が携帯機器１の自律航法機能を始動した起点から移動を開始し、各地点での移動方向や前記起点からの移動経路を計測することに適用される。
【００３５】
本発明の一実施形態では、携帯機器１は携帯電話９０であり、移動体は歩行者であり、移動方法は歩行である。
【００３６】
ただし、本発明は、歩行者や歩行による移動のみに限定されるものではなく、歩行者以外の移動体や歩行以外の移動方法に適用することも可能である。
【００３７】
以下に、本発明の一実施形態について説明する。携帯機器１は、始動時には歩行者の前面に保持され、移動時には歩行者の前面に保持されているか、または歩行者の左右の側面で振られていることを想定している。
【００３８】
図１は、本発明の一実施形態における自律航法機能の概略構成を示すブロック図２である。なお、図１では詳細な説明に必要な構成を示すが、携帯機器１として必須の構成であっても本明細書において説明しないものについては省略している。
【００３９】
図２に、本発明の一実施形態における携帯機器１に搭載された加速度センサ１１と地磁気センサ２１との模式図を示す。加速度センサ１１は、加速度センサのＸ軸センサ１２、加速度センサのＹ軸センサ１３、加速度センサのＺ軸センサ１４を備え、地磁気センサ２１は、地磁気センサのＸ軸センサ２２、地磁気センサのＹ軸センサ２３、地磁気センサのＺ軸センサ２４を備えている。また、加速度センサ１１と地磁気センサ２１の各軸の方向は同じである。
【００４０】
携帯機器１は、図１に示すように、加速度センサ１１、地磁気センサ２１、信号処理部４１、記憶部４２、加速度演算部３１、方位演算部３２、移動方向演算部３３、移動経路演算部３４、表示演算部３５、表示部３６によって構成されることで自律航法機能を備えている。
【００４１】
信号処理部４１は、加速度センサ１１及び地磁気センサ２１からの各軸のセンサ出力をＡ／Ｄ変換しデジタル値で記憶部４２に記録する。また、記憶部４２には、演算に必要な第一閾値、第二閾値、第三閾値、第四閾値、第五閾値及び第六閾値が予め記憶されている。
【００４２】
以下に、加速度演算部３１とその加速度演算法について説明する。歩行者の歩行方向と携帯機器１の相対的な関係を以下の方法により縦方向と横方向に分別する。携帯機器１の姿勢角度の内の一つは、一般的にロール角５１と言われ、図３（ａ）に示すように加速センサのＸ軸センサ１２が感知するＸ軸方向と水平面とがなす角度である。加速度演算部３１は、記憶部４２から加速度センサ１１からの出力である加速度出力データ及び第一閾値を読み出し、この加速度出力データから携帯機器１のロール角５１を算出する。この携帯機器１のロール角５１を第一閾値と比較する。そして、携帯機器１のロール角５１が第一閾値より小さい際は携帯機器１の姿勢を縦向きと判定し、大きい際は横向きと判定する。横向きは図４（ａ）に示すように地磁気センサのＸ軸センサ２２の感知するＸ軸方向が歩行者の移動方向と同じ場合である。この場合、歩行者が画面を見るために携帯機器１は傾けられ携帯機器１のロール角５１は大きい。縦向きは図４（ｂ）に示すように地磁気センサのＹ軸センサ２３が感知するＹ軸方向が歩行者の移動方向と同じ場合である。この場合も、歩行者が画面を見るために携帯機器１は傾けられ、図３（ｂ）に示すように加速センサのＹ軸センサ１３が感知するＹ軸方向と水平面とがなす角度５２は大きいが、携帯機器１のロール角５１は小さい。これは、歩行者が携帯機器１を縦向きに持つ際はロール角５１がほとんど発生せず、横向きに持つ際に発生すると言う現象である。
【００４３】
携帯機器の姿勢が横向きか縦向きかの判定結果は、図１に示すように、加速度演算部３１から方位演算部３２及び移動方向演算部３３に出力される。図４に横向きと縦向きで歩行者に保持された様子を示した。横向きの際は、歩行者は両手でしっかりと携帯機器１を持っているので、歩行者はこの姿勢を保持して歩行し、体の側面で携帯機器１を振ることはないと推定した。よって、図４（ａ）に示すように、記憶部４２から移動方向に向いていると推定される地磁気センサのＸ軸センサ２２の出力データを読み出し、これより携帯機器の方向６２を算出している。この際は、歩行者の移動方向と携帯機器の方向６２とは一致している。縦向きで歩行者の前面に保持されている際は、図４（ｂ）に示すように、記憶部４２から移動方向に向いていると推定される地磁気センサのＹ軸センサ２３の出力データを読み出し、これより携帯機器の方向６２を算出している。この際は、歩行者の移動方向と携帯機器の方向６２とは一致している。縦向きで歩行者の左右の側面で振られている際は、地磁気センサのＺ軸センサ２４が感知するＺ軸方向の出力データから携帯機器の方向６２を算出している。この際は、図８に示すように、歩行者の移動方向と携帯機器の方向６２とは一致しておらず、地磁気センサのＺ軸センサ２４が感知するＺ軸方向は歩行者に向いている。
【００４４】
そして、縦向きで歩行者の前面に保持されている際は、図５に示すように、地磁気センサのＹ軸センサ２３が感知するＹ軸方向と地磁気との成す角度（θ）を携帯機器の方向６２とし、地磁気の方向を基準とし反時計回りを正と定義している。地磁気センサのＸ軸センサ２２、地磁気センサのＺ軸センサ２４によって携帯機器の方向６２が計測される場合も同じである。このように方位演算部３２は携帯機器の方向６２を算出する。
【００４５】
地磁気センサのＸ軸センサ２２が感知するＸ軸方向及び地磁気センサのＹ軸センサ２３が感知するＹ軸方向が歩行者の移動する方向に向いている際は、携帯機器の方向６２は移動方向と一致するので問題ない。
【００４６】
ところが、携帯機器１を持つ手が体の側面で振られている際には、携帯機器の方向６２と歩行者の移動方向は一致しておらず、携帯機器の方向６２を補正して移動方向を算出することが必要である。
【００４７】
本発明の一実施形態では、携帯機器１は、始動時には歩行者の前面に横向き又は縦向きで保持され、歩行時には歩行者の前面に横向き又は縦向きに保持されているか、または、図８に示すように歩行者の左右の側面で前後に振られ、加速度センサのＹ軸センサ１３が感知するＹ軸方向が回転中心（歩行者の肩）から外側に向き、加速度センサのＺ軸センサ１４が感知するＺ軸方向が歩行者に向いた状態を想定している。
【００４８】
加速度演算部３１は、記憶部４２から加速度センサのＸ軸センサ１２の出力データを読み出し移動方向演算部３３に出力する。ここでは、第一の計算群である３軸内の１軸の加速度は、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力データである。
【００４９】
加速度演算部３１は、加速度センサ１１の３軸の出力データの分散値を算出する。この分散値を３軸加速度の分散値σと名付けるが、この分散値は移動経路演算部３４に出力される。３軸加速度の分散値σは、加速度センサ１１のＸ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｚ軸センサの３軸の出力から合成されるベクトルの分散値である。即ち、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサ及びＺ軸センサの出力値からそれぞれの平均値を差し引いた値を二乗し加算した平方根の総和を、計算に使ったデータ数である母数で割った値であり、（１）式で表される。ここでは、３軸加速度の分散値σは第二の計算群である。
【００５０】
【数１】
【００５１】
加速度演算部３１は、加速度センサ１１の３軸の出力データから、その長さを算出し、その長さの平均値も計算する。３軸加速度の長さｒと３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）は移動経路演算部３４に出力される。３軸加速度の長さｒは、加速度センサ１１のＸ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｚ軸センサの３軸の出力から合成されるベクトルの長さである。即ち、３軸の出力値を二乗し、それを和して平方根した値であり、（２）式で表される。３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）は、（３）式で表される。ここでは、３軸加速度の長さｒ、３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）は第二の計算群である。
【００５２】
【数２】
【００５３】
以下に、移動方向演算部３３が備える移動方向を補正する自律航法演算法について説明する。
【００５４】
携帯機器１が横向きと判定された際は、上述したように歩行者は横向きに保持して歩行すると推定される。図４（ａ）に示すように、加速度センサのＸ軸センサ１２の感知するＸ軸方向と歩行者の移動方向とは同じなので、歩行者の移動方向と携帯機器の方向６２とは一致しており、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
とする。また、この結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００５５】
加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値の絶対値は、携帯機器１が体の側面で振られている場合に比べて体の前面にほぼ固定され保持されている場合の方が小さいことが確認されている。よって、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値の絶対値が記憶部４２から読み出した第二閾値より小さい際は、歩行者は携帯機器１を体の前面で手に保持して歩行していると推定される。
【００５６】
携帯機器１が縦向きと判定された後に、移動方向演算部３３は、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値の絶対値と第二閾値とを比較する。そして、前者が後者より小さい際には、歩行者の前面に携帯機器１は縦向きに保持されていると推定する。そして、歩行者の移動方向は携帯機器の方向６２に一致していると判定し、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
とする。また、この結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００５７】
歩行者の前面に携帯機器１が保持され歩行者が歩行する際には、加速度センサ１１の出力は、歩行動作で生じる上下動作に伴い経時的な周期的波形となる。移動経路演算部３４は、前記移動方向（θ‘）に歩幅×歩数の距離を起点から累積的に繋いで移動経路を算出する。この演算は、加速度センサ１１の出力の一周期を単位になされるが、この一周期は、ここでは、上下動作である１歩に相当する。この結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００５８】
縦向きと判定された後に、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値の絶対値が第二閾値より大きい際は、携帯機器１は体の側面で振られていると推定される。
【００５９】
携帯機器１が体の側面で振られていると推定された際は、移動方向演算部３３は、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値と記憶部４２から読み出した第三閾値とを比較する。前者が後者より大きい際には、加速度センサのＸ軸センサ１２が感知するＸ軸方向が移動方向を向いていると判定する。この状態を図８（ａ）に示した。この際の携帯機器１の状態変化を図６によって説明する。始動時は、体の前面で右手に携帯機器１が持たれ、次に体の前面で携帯機器１が反時計回りに９０度回転され、そして携帯機器１は体の右側面に移動させられ、Ｘ軸方向は移動方向に向きＺ軸方向は体の方に向いて振られる。よって、Ｚ軸方向はＸ軸方向に対して＋９０度回転しているので、携帯機器の方向６２（θ）（Ｚ軸方向）は、移動方向（θ‘）（Ｘ軸方向）より＋９０度大きいので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）−９０
と補正される。その結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００６０】
また、移動方向演算部３３は、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値と第三閾値を比較し、前者が後者より小さい際には、加速度センサのＸ軸センサ１２が感知するＸ軸方向が移動方向の逆を向いていると判定する。この状態を図８（ｂ）に示した。この際の携帯機器１の状態変化を図７によって説明する。始動時は、体の前面で左手に携帯機器１が持たれ、次に体の前面で携帯機器１が時計回りに９０度回転され、そして携帯機器１は体の左側面に移動させられ、Ｘ軸方向は移動方向の逆に向きＺ軸方向は体の方に向いて振られる。よって、Ｚ軸方向は移動方向対して−９０度回転しているので、携帯機器の方向６２（θ）（Ｚ軸方向）は、移動方向（θ‘）より＋９０度小さいので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）＋９０
と補正される。その結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００６１】
携帯機器１が体の側面で振られていると推定された際には、加速度センサ１１の出力は、携帯機器１が体の側面で前後に振られる動作に伴い経時的な周期的波形となる。この前後に携帯機器１が振られる一周期の間に、歩行者は２歩進む。この結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００６２】
上述のように、閾値との比較により区分け、それぞれの簡単な関係式によって携帯機器１の方向から移動方向を簡便に算出している。よって、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動方向を算出することが可能となる。
【００６３】
以下に、移動経路演算部３４が備える移動経路を算出する自律航法演算法について説明する。
【００６４】
歩行者の前面に携帯機器１が横向き及び縦向きに保持されていると判定された際、移動経路演算部３４は、加速度演算部３１から出力された３軸加速度の分散値σと第四閾値及び第五閾値とを比較する。３軸加速度の分散値σが、第四閾値より小さければ歩行者は歩行してないと推定され、この際は移動方向と携帯機器の方向６２は一致するので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
に歩幅×０歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。ただし、この際は、歩幅×０歩のため移動距離はゼロなので、移動経路は生じない。
また、３軸加速度の分散値σが、第五閾値より大きければ異常時であり、移動経路は算出しない。
【００６５】
３軸加速度の分散値σが、第四閾値より小さい際は、携帯機器１がほぼ静止した状態であり、歩行者は歩いていないと判定され、３軸加速度の分散値σが第五閾値より大きい際は、携帯機器１が激しく動かされている等の異常な場合と想定されるので、移動経路は算出しない。
【００６６】
３軸加速度の長さｒは３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）に対して、歩行時には大きく、歩行していない際はほぼ同じである。
【００６７】
そして、歩行者の前面に携帯機器１が横向き及び縦向きに保持されていると判定された際、３軸加速度の分散値σが、第四閾値より大きく第五閾値より小さい際には、移動経路演算部３４は、３軸加速度の長さから３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値と第六閾値を比較する。
【００６８】
３軸加速度の長さから３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値が第六閾値前者より小さい際は、歩行者は歩行してないと推定され、この際は移動方向と携帯機器の方向６２は一致するので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
に歩幅×０歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路６４を算出する。ただし、この際は、歩幅×０歩のため移動距離はゼロなので、移動経路は生じない。
【００６９】
３軸加速度の長さから３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値が第六閾値前者より大きい際は、歩行者は歩行していると推定され、移動方向と携帯機器の方向６２は一致するので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
に歩幅×１歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。
【００７０】
移動経路の算出について図９にて説明する。起点（始動点）から現時点までに、移動方向がθ１からθｎまで変化したとする。この間の、移動方向θｉの区間で、加速度センサの波形の周期がｎｉ回であったとすると、移動方向θｉの区間での移動距離は歩幅×歩数×ｎｉとなる。歩行者の前面に携帯機器１が保持され歩行者が歩行する際は歩数は１であり、歩行者の側面で携帯機器１が振られ歩行者が歩行する際は歩数は２である。移動方向θ１からθｎまで、移動方向θｉに歩幅×歩数×ｎｉの移動距離を繋ぐことで、起点（始動点）から現時点までの移動経路が算出される。この算出方法は一例であって、移動経路を正しく算出できる他の算出方法を用いても構わない。
【００７１】
携帯機器１が体の側面で振られている際、移動経路演算部３４は、３軸加速度の分散値σと第四閾値及び第五閾値とを比較する。３軸加速度の分散値σが、第四閾値より小さくければ、歩行者は歩行してないと推定され、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）＋９０
または
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）−９０
に歩幅×０歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。ただし、この際は、歩幅×０歩のため移動距離はゼロなので、移動経路は生じない。また、３軸加速度の分散値σが、第五閾値より大きければ異常時であり、移動経路は算出しない。
【００７２】
携帯機器１が体の側面で振られている際、３軸加速度の分散値σが、第四閾値より大きくかつ第五閾値より小さい際には、移動経路演算部３４は、３軸加速度の長さｒから３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）を差し引いた値と第六閾値を比較する。
【００７３】
３軸加速度の長さｒから３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）を差し引いた値が第六閾値より小さい際は、歩行者は歩行してないと推定され、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）＋９０
または
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）−９０
に歩幅×０歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。ただし、この際は、歩幅×０歩のため移動距離はゼロなので、移動経路は生じない。
【００７４】
携帯機器１が体の側面で振られている際、３軸加速度の長さｒから３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）を差し引いた値が第六閾値より大きい際は、歩行者は歩行していると推定され
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）＋９０
または
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）−９０
に歩幅×２歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。
【００７５】
移動経路演算部３４は、時々刻々に算出された移動方向に歩幅×歩数を時間経過に伴い繋いで、歩行者の移動経路を算出する。そして、表示演算部３５によって表示部３６に表示される。
【００７６】
上述のように、閾値との比較による簡便な手法で移動方向及び移動経路を算出している。よって、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動方向及び移動経路を算出することが可能となる。
【００７７】
ところが、特許文献１に記載された従来技術においては、以下に記述するように複雑な方法によって、移動方向を算出している。このことが、本発明が解決しようとした課題である。
【００７８】
ほぼ固定されて保持された際は、加速度データ群から重力加速度を算出し、この重力加速度に直交する平面上に投影された加速度データ群の一歩の期間に相当する周波数成分に基づいて、進行方向計測装置に付随する端末座標系から見た歩行者の移動方向を推定する。次に、地磁気データ群と端末座標系の前記移動方向に基づいて、地上座標系での移動方向６３を算出している。
【００７９】
また、歩行者の体の横で振られている際は、加速度データのノルムから計算した加速度ノルムデータ群及び加速度データ群の一歩の期間に相当する周波数成分に基づいて、振りの最下点での端末座標系から見た重力加速度を算出し、重力加速度に直交する平面上に投影された加速度データ群の二歩の期間の周波数成分に基づいて、振りの最下点での端末座標系から見た歩行者の移動方向を推定する。次に、振りの最下点での地磁気データと端末座標系の前記移動方向に基づいて、地上座標系での移動方向を算出している。
【００８０】
このように、特許文献１に記載された従来技術においては、膨大なデータ量を使って演算を行うために大きなメモリ容量が必要であり、膨大なデータ量を処理するために演算に時間を要し応答速度が遅くなる問題があった。
【００８１】
本発明の一実施形態においては、携帯機器１が歩行者の前面に保持されているか、体の左右で振られていると言う状況を設定し、上述のように、閾値との比較を主とする簡便な演算で移動方向及び移動経路を算出している。このようにして、大きい記憶容量や長い時間を要する複雑な処理を避けることが好ましいと言う携帯電話に代表される携帯機器１の要望に応えている。
【００８２】
本発明の一実施形態では携帯機器１として携帯電話９０としたが、本発明は携帯電話９０に限られるのではなく、加速度センサ１１及び地磁気センサ２１を備える携帯用情報端末、ゲーム携帯、腕時計等の電子機器であっても構わない。
【００８３】
本発明は、地図がある場合に限定されるものではない。地図がなくても構わない。
【符号の説明】
【００８４】
１ 携帯機器
２ ブロック図
１１ 加速度センサ
１２ 加速度センサのＸ軸センサ
１３ 加速度センサのＹ軸センサ
１４ 加速度センサのＺ軸センサ
２１ 地磁気センサ
２２ 地磁気センサのＸ軸センサ
２３ 地磁気センサのＹ軸センサ
２４ 地磁気センサのＺ軸センサ
３１ 加速度演算部
３２ 方位演算部
３３ 移動方向演算部
３４ 移動経路演算部
３５ 表示演算部
３６ 表示部
４１ 信号処理部
４２ 記憶部
５１ ロール角
５２ 加速センサのＹ軸センサ１３が感知するＹ軸方向と水平面とがなす角度
６２ 携帯機器の方向
９０ 携帯電話
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気センサと加速度センサを備えた携帯機器において、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の利用が難しい建造物の内部やその周辺で移動者の移動方向及び移動経路を計測する自律航法機能を備えた携帯機器とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳによるナビゲーションと、地磁気センサ及び加速度センサを用いて移動者の移動方向及び移動経路を計測する自律航法と、を組み合わせた機能を備える携帯機器が開発されている。
【０００３】
地磁気センサ及び加速度センサを用いた自律航法については、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５１５４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、加速度センサが検出した加速度データ群等から重力加速度を算出し、その重力加速度に直交する平面上に投影された加速度データ群等の周波数成分に基づいて、歩行者の端末座標系（端末に固定された座標系）から見た歩行者の移動方向を推定している。次に、この移動方向と地磁気センサが検出した地磁気データとによって、地上座標系に対する歩行者の歩行方向を推定している。
【０００６】
上述のように、従来技術である特許文献１は、地上座標系に対する歩行者の歩行方向を算出するために、処理するデータ量が多く、また、複雑で処理ステップが多い処理法を採用している。そのため、携帯機器の記憶容量に対する負荷が大きく、処理時間も長いと言う課題があった。
【０００７】
ところが、携帯電話に代表される携帯機器は、記憶容量は小さく、消費電力も制限されるため、大きい記憶容量や長い時間を要する複雑な処理は極力避けることが要望されている。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳの利用が難しい建造物の内部やその周辺で、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動体の移動方向を計測できる携帯機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
地磁気を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の地磁気センサと加速度を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の加速度センサとを備え、前記３軸の加速度センサが検出した加速度データから携帯機器の姿勢角度、携帯機器の姿勢及び第一の計算値群を算出する加速度演算部と、前記３軸の地磁気センサが検出した地磁気データから携帯機器の方向を算出する方位演算部と、前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで前記携帯機器の方向から移動体の移動方向を算出する移動方向演算部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このような態様であれば、前記地磁気センサと前記加速度センサを備える前記携帯機器に、簡便な演算法を備える前記移動方向演算部を追加することで前記移動方向を算出することが可能となる。
【００１１】
よって、本発明によれば、ＧＰＳの利用が難しい建造物の内部やその周辺で、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで前記移動体の前記移動方向を計測できる前記携帯機器を提供することができる。
【００１２】
前記第一の計算値群が、前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であることが好ましい。
【００１３】
このような態様であれば、前記３軸の内の１軸の加速度の絶対値及び前記３軸の内の１軸の加速度を閾値と比較することで、前記携帯機器の方向から前記移動方向を簡便に算出することが可能となる。
【００１４】
前記加速度演算部が前記加速度データから第二の計算値群を算出し、前記移動方向演算部が前記第一の計算値群から歩数を算出し、前記第二の計算値群から歩行の有無を判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、移動経路を算出する移動経路演算部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
このような態様であれば、前記移動方向を算出できる前記携帯機器に簡便な演算法を備える前記移動経路演算部を追加することで前記移動経路を算出することが可能となる。
【００１６】
よって、ＧＰＳの利用が難しい建造物の内部やその周辺で、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで前記移動経路を計測できる前記携帯機器を提供することができる。
【００１７】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であること及び前記第二の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸加速度の長さ、３軸加速度の長さの平均値及び３軸加速度の分散値であることが好ましい。
【００１８】
このような態様であれば、前記移動経路を簡便に算出することが可能である。
【００１９】
地磁気を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の地磁気センサと、加速度を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の加速度センサと、前記３軸の加速度センサが検出した加速度データを演算処理する加速度演算部と、前記３軸の地磁気センサが検出した地磁気データを演算処理する方位演算部と、移動体の移動方向を算出する移動方向演算部とを備える携帯機器において、加速度演算部が第一の計算値群を算出し、前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで、携帯機器の方向から移動体の移動方向を算出することを特徴とする。
【００２０】
このような態様であれば、前記第一の計算値群を前記複数の閾値と比較し簡単な関係式によって前記携帯機器の方向から前記移動方向を算出できるので、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで前記移動方向を算出する、即ち、簡便な演算法を備える移動方向演算部を可能とする。
【００２１】
前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで歩数を算出し、前記加速度演算部が第二の計算値群を算出し前記第二の計算値群を複数の閾値と比較することで歩行の有無を判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、移動経路を算出することが好ましい。
【００２２】
このような態様であれば、前記第一の計算値群を前記複数の閾値と比較する簡便な方法で歩数を算出し、前記第二の計算値群を複数の閾値と比較する簡便な方法で歩行の有無を判定し、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで前記移動経路を算出する、即ち、簡便な演算法を備える前記移動経路演算部を可能とする。
【００２３】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であることが好ましい。
【００２４】
このような態様であれば、前記３軸の内の１軸の加速度を用いて、簡便に移動方向及び移動経路を算出できる。
【００２５】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であること及び前記第二の計算値群が３軸加速度の長さ、前記３軸加速度の長さの平均値及び３軸加速度の分散値であることが好ましい。
【００２６】
このような態様であれば、前記３軸の内の１軸の加速度、前記３軸加速度の長さ、前記３軸加速度の長さの平均値及び前記３軸加速度の分散値を用いて、簡便に移動経路を算出できる。
【００２７】
前記携帯機器の方向から前記移動方向を算出するに当って、携帯機器の姿勢が縦向きと判定された後に３軸の内の１軸の加速度の絶対値が第二閾値以下なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向と同じであると判定し、前記携帯機器の姿勢が縦向きと判定された後に前記３軸の内の１軸の加速度の絶対値が前記第二閾値以上なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向と異なると判定し、前記３軸の内の１軸の加速度が第三閾値以上なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向に９０を減算した値と、前記３軸の内の１軸の加速度が前記第三閾値以下なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向に９０を加算した値と算出することが好ましい。
【００２８】
このような態様であれば、閾値との比較により区分け、それぞれの簡単な関係式によって前記携帯機器の方向から前記移動方向を簡便に算出できるので、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで、即ち、簡便な演算法で前記移動方向を算出することが可能となる。
【００２９】
前記３軸加速度の分散値が第四閾値より大きくかつ第五閾値より小さく、及び前記３軸加速度の長さから前記３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値が第六閾値より大きければ歩行していると判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、前記移動経路を算出することが好ましい。
【００３０】
このような態様であれば、閾値との比較による簡便な手法で移動経路が算出できるので、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで、即ち、簡便な演算法で前記移動経路を算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、地磁気センサと加速度センサを備える従来の携帯機器に、簡便な演算法を備える移動方向演算部を追加することで移動体の移動方向を算出することが可能となる。
【００３２】
よって、本発明によれば、ＧＰＳの利用が難しい建造物の内部やその周辺で、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動体の移動方向を計測できる携帯機器を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態における自律航法機能の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における携帯機器に搭載された加速度センサと地磁気センサとの模式図である。
【図３】携帯機器の姿勢角度を説明する図である。
【図４】携帯機器の姿勢を説明する図である。
【図５】携帯機器の方向を説明する図である。
【図６】携帯機器が体の右側面で振られている際の、移動方向と携帯機器の方向との関係を説明する図である。
【図７】携帯機器が体の左側面で振られている際の、移動方向と携帯機器の方向との関係を説明する図である。
【図８】携帯機器が体の側面で振られている際の、移動方向と携帯機器の方向との関係を説明する図である。
【図９】起点（始動点）から現時点までの移動経路を算出する方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の一実施形態は、電波が微弱なためにＧＰＳによる位置計測の精度が劣る建造物等の内部やその周辺で、移動者が携帯機器１の自律航法機能を始動した起点から移動を開始し、各地点での移動方向や前記起点からの移動経路を計測することに適用される。
【００３５】
本発明の一実施形態では、携帯機器１は携帯電話９０であり、移動体は歩行者であり、移動方法は歩行である。
【００３６】
ただし、本発明は、歩行者や歩行による移動のみに限定されるものではなく、歩行者以外の移動体や歩行以外の移動方法に適用することも可能である。
【００３７】
以下に、本発明の一実施形態について説明する。携帯機器１は、始動時には歩行者の前面に保持され、移動時には歩行者の前面に保持されているか、または歩行者の左右の側面で振られていることを想定している。
【００３８】
図１は、本発明の一実施形態における自律航法機能の概略構成を示すブロック図２である。なお、図１では詳細な説明に必要な構成を示すが、携帯機器１として必須の構成であっても本明細書において説明しないものについては省略している。
【００３９】
図２に、本発明の一実施形態における携帯機器１に搭載された加速度センサ１１と地磁気センサ２１との模式図を示す。加速度センサ１１は、加速度センサのＸ軸センサ１２、加速度センサのＹ軸センサ１３、加速度センサのＺ軸センサ１４を備え、地磁気センサ２１は、地磁気センサのＸ軸センサ２２、地磁気センサのＹ軸センサ２３、地磁気センサのＺ軸センサ２４を備えている。また、加速度センサ１１と地磁気センサ２１の各軸の方向は同じである。
【００４０】
携帯機器１は、図１に示すように、加速度センサ１１、地磁気センサ２１、信号処理部４１、記憶部４２、加速度演算部３１、方位演算部３２、移動方向演算部３３、移動経路演算部３４、表示演算部３５、表示部３６によって構成されることで自律航法機能を備えている。
【００４１】
信号処理部４１は、加速度センサ１１及び地磁気センサ２１からの各軸のセンサ出力をＡ／Ｄ変換しデジタル値で記憶部４２に記録する。また、記憶部４２には、演算に必要な第一閾値、第二閾値、第三閾値、第四閾値、第五閾値及び第六閾値が予め記憶されている。
【００４２】
以下に、加速度演算部３１とその加速度演算法について説明する。歩行者の歩行方向と携帯機器１の相対的な関係を以下の方法により縦方向と横方向に分別する。携帯機器１の姿勢角度の内の一つは、一般的にロール角５１と言われ、図３（ａ）に示すように加速センサのＸ軸センサ１２が感知するＸ軸方向と水平面とがなす角度である。加速度演算部３１は、記憶部４２から加速度センサ１１からの出力である加速度出力データ及び第一閾値を読み出し、この加速度出力データから携帯機器１のロール角５１を算出する。この携帯機器１のロール角５１を第一閾値と比較する。そして、携帯機器１のロール角５１が第一閾値より小さい際は携帯機器１の姿勢を縦向きと判定し、大きい際は横向きと判定する。横向きは図４（ａ）に示すように地磁気センサのＸ軸センサ２２の感知するＸ軸方向が歩行者の移動方向と同じ場合である。この場合、歩行者が画面を見るために携帯機器１は傾けられ携帯機器１のロール角５１は大きい。縦向きは図４（ｂ）に示すように地磁気センサのＹ軸センサ２３が感知するＹ軸方向が歩行者の移動方向と同じ場合である。この場合も、歩行者が画面を見るために携帯機器１は傾けられ、図３（ｂ）に示すように加速センサのＹ軸センサ１３が感知するＹ軸方向と水平面とがなす角度５２は大きいが、携帯機器１のロール角５１は小さい。これは、歩行者が携帯機器１を縦向きに持つ際はロール角５１がほとんど発生せず、横向きに持つ際に発生すると言う現象である。
【００４３】
携帯機器の姿勢が横向きか縦向きかの判定結果は、図１に示すように、加速度演算部３１から方位演算部３２及び移動方向演算部３３に出力される。図４に横向きと縦向きで歩行者に保持された様子を示した。横向きの際は、歩行者は両手でしっかりと携帯機器１を持っているので、歩行者はこの姿勢を保持して歩行し、体の側面で携帯機器１を振ることはないと推定した。よって、図４（ａ）に示すように、記憶部４２から移動方向に向いていると推定される地磁気センサのＸ軸センサ２２の出力データを読み出し、これより携帯機器の方向６２を算出している。この際は、歩行者の移動方向と携帯機器の方向６２とは一致している。縦向きで歩行者の前面に保持されている際は、図４（ｂ）に示すように、記憶部４２から移動方向に向いていると推定される地磁気センサのＹ軸センサ２３の出力データを読み出し、これより携帯機器の方向６２を算出している。この際は、歩行者の移動方向と携帯機器の方向６２とは一致している。縦向きで歩行者の左右の側面で振られている際は、地磁気センサのＺ軸センサ２４が感知するＺ軸方向の出力データから携帯機器の方向６２を算出している。この際は、図８に示すように、歩行者の移動方向と携帯機器の方向６２とは一致しておらず、地磁気センサのＺ軸センサ２４が感知するＺ軸方向は歩行者に向いている。
【００４４】
そして、縦向きで歩行者の前面に保持されている際は、図５に示すように、地磁気センサのＹ軸センサ２３が感知するＹ軸方向と地磁気との成す角度（θ）を携帯機器の方向６２とし、地磁気の方向を基準とし反時計回りを正と定義している。地磁気センサのＸ軸センサ２２、地磁気センサのＺ軸センサ２４によって携帯機器の方向６２が計測される場合も同じである。このように方位演算部３２は携帯機器の方向６２を算出する。
【００４５】
地磁気センサのＸ軸センサ２２が感知するＸ軸方向及び地磁気センサのＹ軸センサ２３が感知するＹ軸方向が歩行者の移動する方向に向いている際は、携帯機器の方向６２は移動方向と一致するので問題ない。
【００４６】
ところが、携帯機器１を持つ手が体の側面で振られている際には、携帯機器の方向６２と歩行者の移動方向は一致しておらず、携帯機器の方向６２を補正して移動方向を算出することが必要である。
【００４７】
本発明の一実施形態では、携帯機器１は、始動時には歩行者の前面に横向き又は縦向きで保持され、歩行時には歩行者の前面に横向き又は縦向きに保持されているか、または、図８に示すように歩行者の左右の側面で前後に振られ、加速度センサのＹ軸センサ１３が感知するＹ軸方向が回転中心（歩行者の肩）から外側に向き、加速度センサのＺ軸センサ１４が感知するＺ軸方向が歩行者に向いた状態を想定している。
【００４８】
加速度演算部３１は、記憶部４２から加速度センサのＸ軸センサ１２の出力データを読み出し移動方向演算部３３に出力する。ここでは、第一の計算群である３軸内の１軸の加速度は、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力データである。
【００４９】
加速度演算部３１は、加速度センサ１１の３軸の出力データの分散値を算出する。この分散値を３軸加速度の分散値σと名付けるが、この分散値は移動経路演算部３４に出力される。３軸加速度の分散値σは、加速度センサ１１のＸ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｚ軸センサの３軸の出力から合成されるベクトルの分散値である。即ち、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサ及びＺ軸センサの出力値からそれぞれの平均値を差し引いた値を二乗し加算した平方根の総和を、計算に使ったデータ数である母数で割った値であり、（１）式で表される。ここでは、３軸加速度の分散値σは第二の計算群である。
【００５０】
【数１】
【００５１】
加速度演算部３１は、加速度センサ１１の３軸の出力データから、その長さを算出し、その長さの平均値も計算する。３軸加速度の長さｒと３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）は移動経路演算部３４に出力される。３軸加速度の長さｒは、加速度センサ１１のＸ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｚ軸センサの３軸の出力から合成されるベクトルの長さである。即ち、３軸の出力値を二乗し、それを和して平方根した値であり、（２）式で表される。３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）は、（３）式で表される。ここでは、３軸加速度の長さｒ、３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）は第二の計算群である。
【００５２】
【数２】
【００５３】
以下に、移動方向演算部３３が備える移動方向を補正する自律航法演算法について説明する。
【００５４】
携帯機器１が横向きと判定された際は、上述したように歩行者は横向きに保持して歩行すると推定される。図４（ａ）に示すように、加速度センサのＸ軸センサ１２の感知するＸ軸方向と歩行者の移動方向とは同じなので、歩行者の移動方向と携帯機器の方向６２とは一致しており、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
とする。また、この結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００５５】
加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値の絶対値は、携帯機器１が体の側面で振られている場合に比べて体の前面にほぼ固定され保持されている場合の方が小さいことが確認されている。よって、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値の絶対値が記憶部４２から読み出した第二閾値より小さい際は、歩行者は携帯機器１を体の前面で手に保持して歩行していると推定される。
【００５６】
携帯機器１が縦向きと判定された後に、移動方向演算部３３は、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値の絶対値と第二閾値とを比較する。そして、前者が後者より小さい際には、歩行者の前面に携帯機器１は縦向きに保持されていると推定する。そして、歩行者の移動方向は携帯機器の方向６２に一致していると判定し、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
とする。また、この結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００５７】
歩行者の前面に携帯機器１が保持され歩行者が歩行する際には、加速度センサ１１の出力は、歩行動作で生じる上下動作に伴い経時的な周期的波形となる。移動経路演算部３４は、前記移動方向（θ‘）に歩幅×歩数の距離を起点から累積的に繋いで移動経路を算出する。この演算は、加速度センサ１１の出力の一周期を単位になされるが、この一周期は、ここでは、上下動作である１歩に相当する。この結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００５８】
縦向きと判定された後に、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値の絶対値が第二閾値より大きい際は、携帯機器１は体の側面で振られていると推定される。
【００５９】
携帯機器１が体の側面で振られていると推定された際は、移動方向演算部３３は、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値と記憶部４２から読み出した第三閾値とを比較する。前者が後者より大きい際には、加速度センサのＸ軸センサ１２が感知するＸ軸方向が移動方向を向いていると判定する。この状態を図８（ａ）に示した。この際の携帯機器１の状態変化を図６によって説明する。始動時は、体の前面で右手に携帯機器１が持たれ、次に体の前面で携帯機器１が反時計回りに９０度回転され、そして携帯機器１は体の右側面に移動させられ、Ｘ軸方向は移動方向に向きＺ軸方向は体の方に向いて振られる。よって、Ｚ軸方向はＸ軸方向に対して＋９０度回転しているので、携帯機器の方向６２（θ）（Ｚ軸方向）は、移動方向（θ‘）（Ｘ軸方向）より＋９０度大きいので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）−９０
と補正される。その結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００６０】
また、移動方向演算部３３は、加速度センサのＸ軸センサ１２の出力値と第三閾値を比較し、前者が後者より小さい際には、加速度センサのＸ軸センサ１２が感知するＸ軸方向が移動方向の逆を向いていると判定する。この状態を図８（ｂ）に示した。この際の携帯機器１の状態変化を図７によって説明する。始動時は、体の前面で左手に携帯機器１が持たれ、次に体の前面で携帯機器１が時計回りに９０度回転され、そして携帯機器１は体の左側面に移動させられ、Ｘ軸方向は移動方向の逆に向きＺ軸方向は体の方に向いて振られる。よって、Ｚ軸方向は移動方向対して−９０度回転しているので、携帯機器の方向６２（θ）（Ｚ軸方向）は、移動方向（θ‘）より＋９０度小さいので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）＋９０
と補正される。その結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００６１】
携帯機器１が体の側面で振られていると推定された際には、加速度センサ１１の出力は、携帯機器１が体の側面で前後に振られる動作に伴い経時的な周期的波形となる。この前後に携帯機器１が振られる一周期の間に、歩行者は２歩進む。この結果は、移動経路演算部３４に出力される。
【００６２】
上述のように、閾値との比較により区分け、それぞれの簡単な関係式によって携帯機器１の方向から移動方向を簡便に算出している。よって、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動方向を算出することが可能となる。
【００６３】
以下に、移動経路演算部３４が備える移動経路を算出する自律航法演算法について説明する。
【００６４】
歩行者の前面に携帯機器１が横向き及び縦向きに保持されていると判定された際、移動経路演算部３４は、加速度演算部３１から出力された３軸加速度の分散値σと第四閾値及び第五閾値とを比較する。３軸加速度の分散値σが、第四閾値より小さければ歩行者は歩行してないと推定され、この際は移動方向と携帯機器の方向６２は一致するので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
に歩幅×０歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。ただし、この際は、歩幅×０歩のため移動距離はゼロなので、移動経路は生じない。
また、３軸加速度の分散値σが、第五閾値より大きければ異常時であり、移動経路は算出しない。
【００６５】
３軸加速度の分散値σが、第四閾値より小さい際は、携帯機器１がほぼ静止した状態であり、歩行者は歩いていないと判定され、３軸加速度の分散値σが第五閾値より大きい際は、携帯機器１が激しく動かされている等の異常な場合と想定されるので、移動経路は算出しない。
【００６６】
３軸加速度の長さｒは３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）に対して、歩行時には大きく、歩行していない際はほぼ同じである。
【００６７】
そして、歩行者の前面に携帯機器１が横向き及び縦向きに保持されていると判定された際、３軸加速度の分散値σが、第四閾値より大きく第五閾値より小さい際には、移動経路演算部３４は、３軸加速度の長さから３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値と第六閾値を比較する。
【００６８】
３軸加速度の長さから３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値が第六閾値前者より小さい際は、歩行者は歩行してないと推定され、この際は移動方向と携帯機器の方向６２は一致するので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
に歩幅×０歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路６４を算出する。ただし、この際は、歩幅×０歩のため移動距離はゼロなので、移動経路は生じない。
【００６９】
３軸加速度の長さから３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値が第六閾値前者より大きい際は、歩行者は歩行していると推定され、移動方向と携帯機器の方向６２は一致するので、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）
に歩幅×１歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。
【００７０】
移動経路の算出について図９にて説明する。起点（始動点）から現時点までに、移動方向がθ１からθｎまで変化したとする。この間の、移動方向θｉの区間で、加速度センサの波形の周期がｎｉ回であったとすると、移動方向θｉの区間での移動距離は歩幅×歩数×ｎｉとなる。歩行者の前面に携帯機器１が保持され歩行者が歩行する際は歩数は１であり、歩行者の側面で携帯機器１が振られ歩行者が歩行する際は歩数は２である。移動方向θ１からθｎまで、移動方向θｉに歩幅×歩数×ｎｉの移動距離を繋ぐことで、起点（始動点）から現時点までの移動経路が算出される。この算出方法は一例であって、移動経路を正しく算出できる他の算出方法を用いても構わない。
【００７１】
携帯機器１が体の側面で振られている際、移動経路演算部３４は、３軸加速度の分散値σと第四閾値及び第五閾値とを比較する。３軸加速度の分散値σが、第四閾値より小さくければ、歩行者は歩行してないと推定され、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）＋９０
または
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）−９０
に歩幅×０歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。ただし、この際は、歩幅×０歩のため移動距離はゼロなので、移動経路は生じない。また、３軸加速度の分散値σが、第五閾値より大きければ異常時であり、移動経路は算出しない。
【００７２】
携帯機器１が体の側面で振られている際、３軸加速度の分散値σが、第四閾値より大きくかつ第五閾値より小さい際には、移動経路演算部３４は、３軸加速度の長さｒから３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）を差し引いた値と第六閾値を比較する。
【００７３】
３軸加速度の長さｒから３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）を差し引いた値が第六閾値より小さい際は、歩行者は歩行してないと推定され、
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）＋９０
または
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）−９０
に歩幅×０歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。ただし、この際は、歩幅×０歩のため移動距離はゼロなので、移動経路は生じない。
【００７４】
携帯機器１が体の側面で振られている際、３軸加速度の長さｒから３軸加速度の長さの平均値ｒ（ａｖ）を差し引いた値が第六閾値より大きい際は、歩行者は歩行していると推定され
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）＋９０
または
移動方向（θ‘）＝携帯機器の方向６２（θ）−９０
に歩幅×２歩の距離を現時点までの移動経路に繋いで、移動経路を算出する。
【００７５】
移動経路演算部３４は、時々刻々に算出された移動方向に歩幅×歩数を時間経過に伴い繋いで、歩行者の移動経路を算出する。そして、表示演算部３５によって表示部３６に表示される。
【００７６】
上述のように、閾値との比較による簡便な手法で移動方向及び移動経路を算出している。よって、大きい記憶容量や長い処理時間を要しないで移動方向及び移動経路を算出することが可能となる。
【００７７】
ところが、特許文献１に記載された従来技術においては、以下に記述するように複雑な方法によって、移動方向を算出している。このことが、本発明が解決しようとした課題である。
【００７８】
ほぼ固定されて保持された際は、加速度データ群から重力加速度を算出し、この重力加速度に直交する平面上に投影された加速度データ群の一歩の期間に相当する周波数成分に基づいて、進行方向計測装置に付随する端末座標系から見た歩行者の移動方向を推定する。次に、地磁気データ群と端末座標系の前記移動方向に基づいて、地上座標系での移動方向６３を算出している。
【００７９】
また、歩行者の体の横で振られている際は、加速度データのノルムから計算した加速度ノルムデータ群及び加速度データ群の一歩の期間に相当する周波数成分に基づいて、振りの最下点での端末座標系から見た重力加速度を算出し、重力加速度に直交する平面上に投影された加速度データ群の二歩の期間の周波数成分に基づいて、振りの最下点での端末座標系から見た歩行者の移動方向を推定する。次に、振りの最下点での地磁気データと端末座標系の前記移動方向に基づいて、地上座標系での移動方向を算出している。
【００８０】
このように、特許文献１に記載された従来技術においては、膨大なデータ量を使って演算を行うために大きなメモリ容量が必要であり、膨大なデータ量を処理するために演算に時間を要し応答速度が遅くなる問題があった。
【００８１】
本発明の一実施形態においては、携帯機器１が歩行者の前面に保持されているか、体の左右で振られていると言う状況を設定し、上述のように、閾値との比較を主とする簡便な演算で移動方向及び移動経路を算出している。このようにして、大きい記憶容量や長い時間を要する複雑な処理を避けることが好ましいと言う携帯電話に代表される携帯機器１の要望に応えている。
【００８２】
本発明の一実施形態では携帯機器１として携帯電話９０としたが、本発明は携帯電話９０に限られるのではなく、加速度センサ１１及び地磁気センサ２１を備える携帯用情報端末、ゲーム携帯、腕時計等の電子機器であっても構わない。
【００８３】
本発明は、地図がある場合に限定されるものではない。地図がなくても構わない。
【符号の説明】
【００８４】
１ 携帯機器
２ ブロック図
１１ 加速度センサ
１２ 加速度センサのＸ軸センサ
１３ 加速度センサのＹ軸センサ
１４ 加速度センサのＺ軸センサ
２１ 地磁気センサ
２２ 地磁気センサのＸ軸センサ
２３ 地磁気センサのＹ軸センサ
２４ 地磁気センサのＺ軸センサ
３１ 加速度演算部
３２ 方位演算部
３３ 移動方向演算部
３４ 移動経路演算部
３５ 表示演算部
３６ 表示部
４１ 信号処理部
４２ 記憶部
５１ ロール角
５２ 加速センサのＹ軸センサ１３が感知するＹ軸方向と水平面とがなす角度
６２ 携帯機器の方向
９０ 携帯電話
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の地磁気センサと、
加速度を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の加速度センサと、
を備え、
前記３軸の加速度センサが検出した加速度データから、携帯機器の姿勢角度、携帯機器の姿勢及び第一の計算値群を算出する加速度演算部と、
前記３軸の地磁気センサが検出した地磁気データから携帯機器の方向を算出する方位演算部と、
前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで前記携帯機器の方向から移動体の移動方向を算出する移動方向演算部と、
を備えることを特徴とする携帯機器。
【請求項２】
前記第一の計算値群が、前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であることを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
【請求項３】
前記加速度演算部が前記加速度データから第二の計算値群を算出し、
前記移動方向演算部が前記第一の計算値群から歩数を算出し、
前記第二の計算値群から歩行の有無を判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、移動経路を算出する移動経路演算部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯機器。
【請求項４】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であること及び前記第二の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸加速度の長さ、３軸加速度の長さの平均値及び３軸加速度の分散値であることを特徴とする請求項３に記載の携帯機器。
【請求項５】
地磁気を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の地磁気センサと、
加速度を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の加速度センサと、
前記３軸の加速度センサが検出した加速度データを演算処理する加速度演算部と、
前記３軸の地磁気センサが検出した地磁気データを演算処理する方位演算部と、
移動体の移動方向を算出する移動方向演算部と、
を備える携帯機器において、
加速度演算部が第一の計算値群を算出し、
前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで、携帯機器の方向から移動体の移動方向を算出することを特徴とする自律航法演算法。
【請求項６】
前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで歩数を算出し、
前記加速度演算部が第二の計算値群を算出し、
前記第二の計算値群を複数の閾値と比較することで歩行の有無を判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、移動経路を算出することを特徴とする請求項５に記載の自律航法演算法。
【請求項７】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であることを特徴とする請求項５に記載の自律航法演算法。
【請求項８】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であること及び前記第二の計算値群が３軸加速度の長さ、前記３軸加速度の長さの平均値及び３軸加速度の分散値であることを特徴とする請求項６に記載の自律航法演算法。
【請求項９】
前記携帯機器の方向から前記移動方向を算出するに当って、
携帯機器の姿勢が縦向きと判定された後に３軸の内の１軸の加速度の絶対値が第二閾値以下なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向と同じであると判定し、
前記携帯機器の姿勢が縦向きと判定された後に前記３軸の内の１軸の加速度の絶対値が前記第二閾値以上なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向と異なると判定し、
前記３軸の内の１軸の加速度が第三閾値以上なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向に９０を減算した値と、
前記３軸の内の１軸の加速度が前記第三閾値以下なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向に９０を加算した値と、
算出することを特徴とする請求項５に記載の自律航法演算法。
【請求項１０】
前記３軸加速度の分散値が第四閾値より大きくかつ第五閾値より小さく、及び前記３軸加速度の長さから前記３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値が第六閾値より大きければ歩行していると判定し、
前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、前記移動経路を算出することを特徴とする請求項８に記載の自律航法演算法。
【請求項１】
地磁気を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の地磁気センサと、
加速度を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の加速度センサと、
を備え、
前記３軸の加速度センサが検出した加速度データから、携帯機器の姿勢角度、携帯機器の姿勢及び第一の計算値群を算出する加速度演算部と、
前記３軸の地磁気センサが検出した地磁気データから携帯機器の方向を算出する方位演算部と、
前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで前記携帯機器の方向から移動体の移動方向を算出する移動方向演算部と、
を備えることを特徴とする携帯機器。
【請求項２】
前記第一の計算値群が、前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であることを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
【請求項３】
前記加速度演算部が前記加速度データから第二の計算値群を算出し、
前記移動方向演算部が前記第一の計算値群から歩数を算出し、
前記第二の計算値群から歩行の有無を判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、移動経路を算出する移動経路演算部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯機器。
【請求項４】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であること及び前記第二の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸加速度の長さ、３軸加速度の長さの平均値及び３軸加速度の分散値であることを特徴とする請求項３に記載の携帯機器。
【請求項５】
地磁気を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の地磁気センサと、
加速度を検出するＸ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の加速度センサと、
前記３軸の加速度センサが検出した加速度データを演算処理する加速度演算部と、
前記３軸の地磁気センサが検出した地磁気データを演算処理する方位演算部と、
移動体の移動方向を算出する移動方向演算部と、
を備える携帯機器において、
加速度演算部が第一の計算値群を算出し、
前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで、携帯機器の方向から移動体の移動方向を算出することを特徴とする自律航法演算法。
【請求項６】
前記第一の計算値群を複数の閾値と比較することで歩数を算出し、
前記加速度演算部が第二の計算値群を算出し、
前記第二の計算値群を複数の閾値と比較することで歩行の有無を判定し、前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、移動経路を算出することを特徴とする請求項５に記載の自律航法演算法。
【請求項７】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であることを特徴とする請求項５に記載の自律航法演算法。
【請求項８】
前記第一の計算値群が前記Ｘ軸用、Ｙ軸用及びＺ軸用からなる３軸の内の１軸の加速度であること及び前記第二の計算値群が３軸加速度の長さ、前記３軸加速度の長さの平均値及び３軸加速度の分散値であることを特徴とする請求項６に記載の自律航法演算法。
【請求項９】
前記携帯機器の方向から前記移動方向を算出するに当って、
携帯機器の姿勢が縦向きと判定された後に３軸の内の１軸の加速度の絶対値が第二閾値以下なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向と同じであると判定し、
前記携帯機器の姿勢が縦向きと判定された後に前記３軸の内の１軸の加速度の絶対値が前記第二閾値以上なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向と異なると判定し、
前記３軸の内の１軸の加速度が第三閾値以上なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向に９０を減算した値と、
前記３軸の内の１軸の加速度が前記第三閾値以下なら、前記移動方向は前記携帯機器の方向に９０を加算した値と、
算出することを特徴とする請求項５に記載の自律航法演算法。
【請求項１０】
前記３軸加速度の分散値が第四閾値より大きくかつ第五閾値より小さく、及び前記３軸加速度の長さから前記３軸加速度の長さの平均値を差し引いた値が第六閾値より大きければ歩行していると判定し、
前記移動方向に歩幅×前記歩数の距離を起点から累積的に繋いで位置を求めることで、前記移動経路を算出することを特徴とする請求項８に記載の自律航法演算法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５５４７７（Ｐ２０１２−１５５４７７Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２２３（Ｐ２０１１−１３２２３）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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