歩行者の動態検知装置
【課題】
上下移動を伴う歩行動態を正確に認識できる装置がなかった。また、上下移動を伴う歩行動態では、平面歩行とは異なる歩幅で歩く事になるがそれを検知する装置がなかった。
【解決手段】
高度変化を検知するセンサと平面での歩行動態を検知する装置を組合せ上下移動を考慮した歩行動態を検知する。
【効果】
本発明によれば、上下移動を伴うような歩行動態が認識できるようになる。さらに、歩幅を正確に検知できるようになり精度の高い位置検知が可能になる。また、歩行動態と地理情報を比較して地理上のどこにいるかを推定できるようになる。
上下移動を伴う歩行動態を正確に認識できる装置がなかった。また、上下移動を伴う歩行動態では、平面歩行とは異なる歩幅で歩く事になるがそれを検知する装置がなかった。
【解決手段】
高度変化を検知するセンサと平面での歩行動態を検知する装置を組合せ上下移動を考慮した歩行動態を検知する。
【効果】
本発明によれば、上下移動を伴うような歩行動態が認識できるようになる。さらに、歩幅を正確に検知できるようになり精度の高い位置検知が可能になる。また、歩行動態と地理情報を比較して地理上のどこにいるかを推定できるようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者の動態検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
平地での歩行者の動態検知技術に関しては、従来、歩行に伴う歩行者の上下の振動を加速度センサを用いて観測しスペクトル解析を用いて歩行状態を認識している（例えば、特許文献１参照）。また、従来は、認識した歩行状態と地理データ（建物内部の通路データや道路データなど）を比較し、認識された歩行状態に対応する位置を推定している。
【０００３】
さらに、認識された歩行状態から歩幅を推定して移動距離を算出している（例えば、特許文献２及び非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１１３３４３号公報
【特許文献２】特開２００４−０８５５１１号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌Ａ，Ｖol.Ｊ８７−Ａ，Ｎo.１，ｐｐ.７８−８６，２００４年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、歩行者の動きにより生じる物理的な力（加速度・角速度など）を観測し歩行状態を認識する。加速度・角速度のみでも階段歩行時に観測される波形から階段歩行を認識できるが、階段歩行に近い平地での走行運動と誤認識する可能性が高くなる。また、動作認識結果と地理情報を比較し位置の補正を行う場合、誤認識により間違った位置と判断する可能性が高くなる。さらに、この従来技術の位置の特定方法では、歩行者の進行方向に関しては考慮されていない。
【０００６】
また、従来技術では、歩幅を推定して移動距離を算出しているが、階段の上り下り時の移動距離までは考慮されていない。
【０００７】
本発明は、上下移動を伴うような歩行動態においても、正確な歩行状態を認識することができる歩行者の動態検知装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、平地での歩行動作の認識装置と上下移動を検知できる手段を併用し、平地での歩行動作の認識装置から出力される認識結果との組合わせににより認識精度が向上できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上下移動を伴うような歩行動態が認識できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施例である、歩行者の動態検知装置を示す。動態変化検知装置１は動態変化信号を検知する。動態変化信号とは、歩行者の移動に伴う加速度変化を検知する装置から出力される信号や、歩行者の角速度，関節の変位，歩行者の位置や移動に伴い基準局から送信される電界強度の変化等を検知する装置から出力される信号である。動態認識装置２は、「歩く」「走る」等の歩行者の動態や動態の変化を認識する。例えば、動態変化検知装置１として、歩行者の動態に伴う上下の加速度変化を検知する加速度センサを用い、動態認識装置２は、動態変化信号を周波数解析しその特徴量から「歩く」「走る」等の歩行者の動態変化を認識する。また、動態変化検知装置１として、基準局から送信されている電波を歩行者が所持している端末で受信するする受信装置を用いても良く、動態認識装置２は、歩行者の移動に伴い観測される電波の電界強度波形変化の特徴量を用いて歩行者の動態や動態の変化を認識しても良い。高度検知装置３は歩行者の高度を検知する。高度検知装置３としては、例えば、気圧変化を観測する気圧センサが用いられる。また、高度検知装置は、ＧＰＳ等の衛星測位装置から得られる高度情報を利用して高度を検知したり、ＲＦＩＤや無線ビーコンなどのＩＤ情報と、事前に計測しておいた高度情報との対応を示すテーブルを参照し高度を検知したりしても良い。高度変化勾配検知装置４は、歩行者の高度の変化勾配すなわち単位時間あたりの高度変化を検知する。例えば、気圧センサを用いて観測した気圧データを単位時間で微分して高度変化勾配が検知される。組合せ分類・認識装置５は、動態認識装置２及び高度変化勾配検知装置４から出力される結果を、分類用テーブル記憶装置６に記憶されている分類テーブルを用いて分類し、歩行者の動態認識結果として出力する。
【００１１】
次に処理の流れを図２を用いて説明する。なお、図１では動態検知信号１や高度検知装置３として様々な装置がある旨を述べたが説明の簡素化のために以後、動態検知信号として加速度，高度検知装置として気圧センサを用いた場合を例にとり説明を行う。
【００１２】
２１で加速度センサの値を入力する。例えば、加速度センサから出力されるアナログ信号をＡ／Ｄコンバータを持ちいて信号の取り込みを行う。取り込んだ加速度センサの出力は２２でＦＦＴ等を用いて周波数領域に変換される。２３で周波数領域に変換されたデータから歩行者の歩調を表すスペクトルの周波数とそのスペクトルの強さを抽出する。２４このスペクトルの強さをメンバーシップ関数をもちいて分類し歩行者の動態（「静止」
「歩く」「走る」など）を認識する。（特開平１０−１１３３４３の認識装置と同様の認識処理）これにより、歩行者が平面上を移動したと仮定した場合の歩行者の動態が認識される。
【００１３】
加速度センサと並行して２４において気圧センサの値をＡ／Ｄコンバータなどを用いて入力する。入力された気圧センサの値を２５で単位時間あたりで微分し気圧の変化量に変換する。
【００１４】
歩行動態の認識判定結果２４及び気圧勾配の算出２５の結果を元に分類処理２７では２種類の判定結果を複合して歩行動態を認識する。この２７では以下のような処理を行う。
【００１５】
例として歩行者が上下方向に移動する可能性として、階段，エレベータがある場合を例にとる。また、分類のテーブル（６）の一例として分類テーブルの内容を図３に示す。
【００１６】
歩行者が平面上を移動する場合、上下移動に伴う気圧変動がないため観測される気圧変動はその時点における海面気圧に連動した気圧変動となる。この気圧変動は、低気圧や台風の通過により急激に変化する場合があるが数ｈＰａ以下である。例えば、２００５年の台風１１号通過時の横浜の最大気圧変動は２６日ＡＭ３時からＡＭ４時の１時間で５.１ｈＰａとなっている。この気圧変動を高度の変動に変換すると約４３ｍとなり、１時間の時間で約４３ｍ、１分で約７０cmの高度変化を行ったのと同じ気圧変動が観測される。これに比べ、歩行者が階段を登る場合、通常１フロアー４ｍ程度を１０〜１５秒程度で移動する。従って、１分では約１６ｍ移動することになり、台風接近時に比べ約２０倍程度気圧勾配が異なってる。従って、この気圧勾配を利用してある気圧勾配を閾値として大きな気圧勾配の場合、上下移動のある移動と判断でき、気圧勾配がある閾値よりも小さい場合、平面上での移動と判断できる。図３では、横軸が歩行動態の種類、縦軸が気圧変動の有無を表している。気圧勾配の閾値は３８のラインである。３８を境に気圧変動が小さい場合が平面移動３６、大きな場合が上下移動あり３７と判定される。気圧勾配だけでは歩行動態に関してまでは判定できない。そこで、歩行動態の判定２４で行った判定結果を組み合わせて歩行動態を判定する。図３の横軸が２４で判定した結果である。３３が静止状態、３４が歩行状態、３５が走行状態になっている。
【００１７】
気圧勾配で平面と判定（３６）され、２４で静止と判定された場合、平面移動との交点である平地で静止３０１が判定結果として出力される。同様に、歩行（３４）の場合には、平地を歩行（３０２）が、走行（３５）の場合には平地を走行（３０３）が認識結果となる。
【００１８】
気圧勾配で上下移動あり（３７）と判定され、２４で静止と判断された場合には、歩行者の動きが静止であるのに気圧変動があるのでエレベータで移動（３０４）と判断される。同様に、気圧勾配が３７の領域であり歩行（３４）と認識された場合には階段を歩いて移動（３０５）、走行（３５）と判定された場合には階段を走って移動（３０６）と判断される。認識結果は２８として出力される。
【００１９】
図４は本発明で判定した実際の例である。横軸は経過時間である。波形４０は気圧データであり左側の軸がＡＤ変換した値、右側が高度に変換した値になっている。波形４２は２３で抽出した歩調スペクトルの強度である。左側の軸にスペクトル強度の量が表記されている。スペクトル強度が０.０５を超えると歩行状態と判定され０.４を超えると走行状態と判定される。この例では０.４ を超えるスペクトル強度が存在しないので、この区間では静止及び歩行のみを行っている。波形４１が判定結果である。判定された結果は右の軸に記載されており、４１の引き出し線付近は静止状態と判定されている。先ず区間４３を見てみる。この区間では気圧の変動がなく、歩調スペクトルの強さが０.０５〜０.１程度の値（歩行状態）を示している。従って、気圧勾配がなく歩行状態であるので歩行（平地での歩行）と判定されている。区間４４では気圧勾配があり、動態は静止状態である。従って、エレベータと判断されている。このとき気圧勾配の傾きの符号を利用し、この例のように符号が正であるのでエレベータ上りと判定することも可能である。区間４５では気圧勾配が正の傾きを持ち、歩調スペクトルの強さから歩行状態を表している。従って、階段を上っていると判定されている。区間４６では、気圧勾配の傾きが負、動態が歩行状態であるので階段を下っていると判定されている。
【００２０】
このように平面と仮定した歩行動態認識装置と気圧勾配による認識を組み合わせることにより上下運動を伴った歩行動態を認識できるようになる。
【００２１】
図５は高度勾配の閾値を図３によりも多くし、気圧勾配の閾値を歩行動作の激しさ（歩行に比べて走行の方が激しい）に応じ気圧勾配閾値に傾きを設け、更に多くの歩行動態を認識するようにした実施形態である。上下移動の認識対象は、階段の他に坂道，エスカレータを追加している。歩行者が静止状態における気圧勾配の閾値は、静止してエスカレータに乗っていると認識する閾値５０１とエレベータ移動と認識する５０２からなる。閾値５０１や閾値５０２は、エスカレータやエレベータの上昇速度をもとに決定される。歩行動作が伴っている場合、歩行による高度上昇変化を加える必要があるいため、エスカレータの高度上昇変化に加え、歩行の激しさ（速度）を加味した気圧勾配の閾値が必要になってくる。図５において気圧勾配の閾値直線５０４及び５０５が走行動作になるにつれて大きな閾値にしているのはそのためである。歩行動態の認識の振り分けは図３で行った装置と同様に、２４で認識した結果と気圧勾配の閾値の関係より図５のテーブルにより行う。また同様に２８から認識結果を出力する。
【００２２】
このように本実施形態では気圧勾配の閾値を上下移動方法に応じて複数設けることにより上下運動を伴った歩行動態の認識の種類を拡張できるようになる。
【００２３】
なお、上記実施形態では歩行動態の認識にとどまっているが、歩行動態より運動の消費カロリーも計算可能である。例えば、平面歩行の場合の消費カロリー，階段歩行での消費カロリーなど、歩行動態の違いにより消費する消費カロリーは異なっている。従って、前以て各歩行動態に対応する消費カロリーのテーブルを作成しておいて検知した歩行動態よりこのテーブルを参照することにより歩行動態に伴う運動消費カロリーを算出することができるようになる。
【００２４】
このように本実施形態では、歩行動態に応じた運動消費カロリーを検知することが出来るようになる。
【００２５】
次に、歩行動態の検知装置を利用し気圧センサなどで検知した高度を補正する実施形態について図９を用いて説明する。図４の波形４０が高度検知装置（気圧センサ）で検知した出力である。このデータは実験の最初の時刻（時間０）と最後の時刻（時間２４０）では、同じ位置（同じ高度）で観測した場合の例である。従って、最初と最後では同じ高度を示すはずであるが、最初の高度（矢印４８）と最後の高度（矢印４９）を比べると最後の高度が若干上昇している。これは、先に台風の例で説明したように時間の経過と伴い低気圧の接近などにより気圧が変動したためである。こような気圧変動があると気圧計で求めた高度に誤差が生じることになる。そこで、図９に示すような処理フローを用い誤差を補正する。先ず、９０で初期高度をセットする。これは、利用者が手動でセットしても良いし、ＧＰＳから出力される高度情報などを利用しても構わない。次に、上下移動を伴う歩行者の動態検知が可能である検知装置９１（図１で説明した装置など）を用い、上下の移動を伴った動態か否かを９２を用いて判定する。上下移動を伴う動態の場合、検知している高度勾配（４）は上下の移動に伴う気圧変動であるので９３の１計算サイクル前の高度に高度変化を加える処理を行い９４で高度を出力する。９２で上下移動を伴う歩行動態でないと判断された場合、ここで観測された気圧勾配の値は、上下移動に伴う高度変化ではないので９３の処理を行わないで１計算サイクル前の値と同じ高度として現在の高度を出力する（９４）。以後、同じ処理を繰り返して高度を検知する。処理の結果が、図４の波形４７である。４８，４９で生じていた高度差が補正され正しい高度を示していることがわかる。なお、本実施形態では、上下移動中の気圧変動（海面気圧）に関しては考慮していない。これは、通常平地歩行を行っている時間に比べ、上下移動を行っている時間は短く、上下移動中の海面気圧変動を考慮しないでも大きな誤差とならないためである。
【００２６】
本実施形態によれば、上下移動を伴う歩行動態の区間だけ気圧変の量を考慮することにより、海面気圧変動の影響を補正する湖とが可能になる。
【００２７】
次に、上記発明で認識した歩行動態を利用し上下移動を伴う歩行においても正確な歩幅を推定し位置検知技術に応用する装置について図６及び図７を用いて説明する。図７が歩幅推定及び位置検知を行うための構成図、図６は歩幅推定を行うための説明図である。平面歩行における歩行者の移動速度（移動距離）の推定は従来技術で述べられているが、大まかに下記のような処理を行う。
（１）上下の加速度変化波形を周波数解析し歩調を表す周波数とそのスペクトル強度を抽出する。
（２）これより歩幅は
歩幅＝歩調スペクトルの強度×動作毎の係数
（動作毎の係数は歩行と走行では歩行形態が異なり歩幅に変換する係数が異なる値を利用する）
（３）歩幅から移動速度は
移動速度＝歩幅×歩調
（４）移動距離
移動距離＝移動速度の時間積分
で求めている。水平面を移動する場合、歩行動態の違いによる歩幅の変動を考慮しているため、歩いた場合でも走った場合でも正確な移動速度を求めることが出来る。処が、階段を移動する場合、上り方向と下り方向では異なった強さのスペクトル強度を示してしまい（図４の区間４５及び区間４６）、上りと下りで異なった移動距離となってしまう。これは、上り階段に比べ下り階段では着地時に受ける加速度が大きいためである。また、階段の踏面の寸法は一定であるので歩行動態の違いにより歩幅が変化することはない（段飛ばしは除く）。
【００２８】
そこで、図７の７０の上下移動を考慮した歩幅推定装置を用いて推定を行う。７０には動態の認識装置（２）で得られる歩調スペクトルの周波数と歩調スペクトルの強さ及び歩行の動態認識結果出力（７）が入力データして利用される。７０の処理内容を図６を用いて説明する。６０及び６１は加速度センサ単独で認識した歩行の状態を表している。６０が歩行、６１が走行である。動態認識結果出力（７）で平地移動（６３）と認識された場合には、平地移動での歩幅推定計算（従来技術の歩幅推定方法）６５及び６６を行う。階段移動（６４）と認識された場合には歩行動態に依存せず６７のように固定歩幅×歩調の計算を行い移動速度を算出する。この固定歩幅の値は、標準的な踏面の長さ約３０cm程度にしてもよいし、精度を上げるために階段の踏面の長さを地理情報の中に入れておき、歩行者が通過している階段の踏面の長さを利用してもかまわない（歩行者がどこの階段を通過しているかを判断する装置については後述する）。このようにして歩幅（移動速度）を推定した後は、７１の進行方向の検知装置で歩行者の移動方向を検知し、７２の移動軌跡の算出方法で、移動速度と移動方向を積分し移動軌跡を求め、移動軌跡を出力（７３）できるようになる。
【００２９】
本実施形態では、階段などの上下移動を伴うような歩行形態でも正確な歩幅推定を行う事ができるようになり、またこの歩幅より移動軌跡を推定できるようにもなる。
【００３０】
次に、認識した歩行者の動態と周囲の地理情報を比較し認識した歩行状態に対応する位置を推定する実施形態について、図８，図１０を用いて説明する。図８は階段移動の説明図である。図１０は本実施形態を実現するための構成図である。図１０の１０１は歩行動態の認識装置でありこれまで説明してきた、上下方向の移動を含む歩行動態を認識する装置である。１０２は歩行者の位置検知装置である。例えば、図７で説明した歩幅推定による移動軌跡の検知装置でもかまわないしＧＰＳや無線ＬＡＮによる位置検知装置でもかまわない。この実施形態で説明する位置検知装置は、１０２による位置検知装置により検知された位置情報よりも更に高精度な位置を検知することが目的である。１０３は地理情報であり、建物の位置や階段・エレベータ等の建物内部の構造や位置情報、更に外の道路や地形情報が格納されている。１０４は歩行動態による地理情報の検索方法である。ここでは、１０２で検知した歩行動態に対応する地理情報の位置を大まかな位置情報１０２を用い１０３のデータベースから探索する処理を行う。ここで、歩行動態に対応する地理情報とは、階段歩行＝「階段の地理情報」，エレベータ移動＝「エレベータの地理情報」，エスカレータ移動＝「エスカレータの地理情報」等を示している。従って、階段歩行を認識している場合歩行者は階段の場所にいることになるので階段の地理情報を参照することにより階段の位置情報などが取得できるようになる。階段が複数ある場合を想定し、１０２で検知した歩行者の大まかな位置情報を元に１０３の地理情報データベースから一番近くにある対応する地理情報を探索する。これにより歩行者動態検知結果とおおまかな現在位置から対応する地理情報を探索するかとが出来、地理情報の中の位置情報から位置を推定できるようになる。(ここまでは、特開平１０−１１３３４３号公報と同様の処理である)更に、１０８の歩行動態の変化を利用した地理情報変化点の検知と進行方向検知処理を用いて検知精度の向上と進行方向の検知を行う。処理の方法を図８及び図９を用いて説明する。８０は階段を表している１０４の処理で歩行者がこの階段の中にいると判定されているとする。この階段は８７に示すように上り方向が北、下り方向が南側を向いている。歩行者が区間８１（階段）から区間８２（平地）へ向かった場合を考える。この場合、歩行者の動態認識結果は区間８１を移動中には「上り階段」、区間８２を移動中は「平面歩行」と認識される。従って、動態認識結果が「上り階段」から「平面歩行」へ変化する８５の地点は上り階段の終点となる。階段の形状と位置データは地理情報データベースの中に格納されているのでこの情報を元に８５の位置を割り出す事が出来る。このように、歩行動態の変化点を参照することにより１０４で検索した結果よりも更に詳細な位置情報を求めることが出来る。更に、この階段は上り方向は北に向かっているので階段を上っている歩行者は北を向いて歩行していることになる。従って、歩行者の進行方向も検知できるようになる。下りの場合も同様である。区間８３では「下り階段」区間８４では「平面歩行」と認識されその変化点が下り階段の終点である８６の位置となる。進行方向は下り階段を歩行してきたので南方向に移動していると判定される。
【００３１】
このように、本実施形態では歩行動態の認識結果と地理情報を比較し歩行者がいる場所を推定する事が可能になり、歩行者の現在位置と進行方向を検知することができるようになる。
【００３２】
次に、前述の歩行動態の検知装置を利用した位置及び進行方向の検知装置を利用し、単位時間あたりの速度と進行方向を積分して位置を検知する装置（自立的位置検知装置あるいは慣性航法）の位置補正として利用する実施形態について図１１，図１２，図１３を用いて説明する。図１１は本実施形態の処理フロー、図１２及び図１３は検知した移動軌跡の例である。
【００３３】
図１２は、図７を用いて説明した装置で求めた移動軌跡の例である。１２５は出発位置、１２０及び１２１は階段である。図１２の例で実際に歩行した経路は、１２５を出発点として階段１２０を３フロアー分上り３フロアー上の階層を階段１２１の階段の方向に移動し１２１の階段を３フロアー分下がり再度１２５の地点に戻るように行った。実際に図７の装置で検知した移動軌跡は１２４である。１２５の出発地点から１２０の階段までは正確な移動軌跡を示している。処が、１２０の階段を上っている間に、ジャイロなどの方向検知センサのドリフトのために方位に誤差が蓄積してしまい階段１２１に到達していると考えられる点線で囲んだ領域１２３になっても移動軌跡１２４は階段の１２１の位置に達していない。本実施形態ではこのような状況に陥っても正確な位置に補正する装置を提供する。先ず、図１１の１１０で歩行者の初期位置をセットする。歩行者が自分の位置を地図から確認して位置座標や進行方向を入力しても良いし、ＧＰＳなど絶対位置の検知できる装置が使える領域であればこの装置で検知した絶対位置及び進行方向を入力データとしてもかまわない、或はＲＦＩＤなどを利用して位置に対応するＩＤ情報を発信するタグなどを敷設し、このＩＤ情報を読み取る事により位置情報を検知し検知した位置情報を入力データとしてもかまわない。１１１で歩行動態の検知及び地理情報を利用した位置及び進行方向の推定方法の処理を行う。この処理は例えば図１０で説明した装置を用いる。ここでは（１）位置及び進行方向の推定が可能か否かの判断、（２）可能な場合の位置及び進行方向の算出を行う。位置及び進行方向の推定が可能な場合分岐１１２により１１３の推定した位置及び進行方向を用い現在位置及び進行方向の再セットを行う。位置及び進行方向の推定が可能な場合とは、階段の上り下りなどを認識し該当する位置が推定できた場合である。例えば、図１２，図１３の例では、階段１２０及び１２１を歩行者が通過した場合にこの状検知なり、階段の位置及び進行方向が再セットされる。その後１１４の単位時間ごとの速度と進行方向検知装置で速度と進行方向を検知し（例えば図７で説明した装置）、１１５において時間積分を行い移動軌跡を算出し１１６で現在の位置と進行方向が出力される。分岐１１２で位置及び進行方向が推定できない場合（階段以外の場所を歩行中など）は１１３の再セット処理を行わず、１１４，１１５の処理を行い１１６で現在の位置と進行方向が出力される。以後、再度１１１の処理に戻り処理を繰り返して連続的に位置と進行方向情報を出力する。図１３は、図１２と同じデータを用い本実施形態の効果を示したものである。１３２から出発した移動軌跡は階段の領域１３４に入ると１２０の階段の位置と進行方向に合致するように補正されていいる（途中移動軌跡が切れている場所が補正処理が行われた場所）。更に、１２１の階段の領域１３１へ進むと、同様に階段１２１の位置と進行方向が合致するように補正されている。最終的に終点１３３に到達するが出発点１３２とほぼ同じ位置となっており図１２の終点１２６に比べ位置検知精度が向上していることがわかる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、ＧＰＳによる位置補正は、初期位置のセット（１１０）のみに利用しているが、分岐１１２において動態検知による位置補正に加え、ＧＰＳの精度が信頼できるか否かの判断を行い精度が信頼できる値の場合、１１３の補正値をＧＰＳの値を用いて行ってもかまわない。精度が信頼できるか否かの判定はＤＯＰなどの情報をりようしてもかまわない。また、動態検知による位置補正及びＧＳＰによる位置検知両方が位置検知可能と判断された場合には、精度が高い動態検知による位置補正を選択してもかまわない。
【００３５】
本実施形態によれば、自律位置検知装置の補正装置として利用する事ができ、誤差が時間と共に増加する、自律位置検知装置の位置補正手段として利用できる。
【００３６】
次に、本発明を利用した歩行者ナビゲーション端末に関して図１４を用いて説明する。１４４は加速度センサ、１４２は気圧センサ、１４７は方向センサ（磁気方位やジャイロセンサ）である。１４３はＧＰＳ装置である。１４６は地理情報のデータベース、１４１が演算処理用ＣＰＵ、１４５が表示装置となっている。これらの装置が一体化され１４０が歩行者ナビゲーション端末となっている。
【００３７】
１４４は図１の動態変化信号の検知装置（１）に１４２は高度検知装置（３）に対応するセンサである。１４１演算処理用ＣＰＵでは、１４４及び１４２の情報をもとに図１を用いて説明した歩行者の動態検知、１４７のセンサを追加して利用し図７を用いて説明した歩行者の移動軌跡の検知装置、図１０を用いて説明した歩行動態による位置及び方向の検知装置などが処理される。また、１４３のＧＰＳはＧＰＳ衛星の電波が良好に受信できる屋外などでは、ＧＰＳから取得した位置情報を自分の位置としてそのまま利用したり、受信状態が悪くなる直前の値を図１１で説明した装置の１１０の初期位置のリセット情報として利用する。１４６は地理情報であり、歩行動態の検知結果から対応する地理情報
（階段の位置など）を探索したり、図１１で説明した移動軌跡の検知装置で求めた移動軌跡と、周囲の地理情報（建物や階段，道などの情報）を描画するためのデータが格納されている。１４６及び１４１で処理した結果が１４５の表示装置を用いて描画される。描画される情報としては、図１により求めた歩行動態の検知結果や運動消費カロリー、図７や図１０，図１１により求めた歩行者の現在の移動軌跡とそれと重ねて表示した地理情報などである。これにより端末１４０を持った歩行者は、自分が今どこにいるかを表示画面
１４５を見ることにより確認できるようになり自分がどこにいるかを把握できるようになる。なお、本実施形態では、自分の現在位置と移動軌跡の検知方法について述べているが、これらの情報をもとにカーナビゲーション（以下カーナビ）で一般的に行われている、経路探索情報をもとにした経路案内を行っても構わない。カーナビと本実施例の違いは、（１）ＧＰＳが使える領域ではカーナビと同様、（２）ＧＰＳが使えない場合、カーナビでは移動距離を車速パルスなどを利用するが本実施形態では歩幅推定技術を利用、（３）位置検知誤差が生じる場合、カーナビでは道路に沿って位置を補正（マップマッチング）するが、本実施形態では歩行動態に対応した地理情報（階段やエレベータ，エスカレータなど）で補正する違いがある。
【００３８】
本実施形態によれば歩行者用のナビゲーションが可能になる。
【００３９】
次に、表示画面（表示用端末）１５１を分離した例を図１５に示す。図１４との違いは、表示画面を分離しただけで処理内容は同様である。これは、歩行者の動態検知や歩幅推定を行うためには、１４４の加速度センサや１４７の方向センサを人間の重心位置である腰の位置に置くのが望ましい。処が、図１４の例の場合、通常腰の位置に取りつけて検知処理を行ったとしても、現在位置を確認するために画面を見る必要があり、結果的に腰から外し画面を見る動作により検知結果に誤認識や位置検知誤差が生じてしまう可能性が出てくる。従って、図１５の例では、センサ部分を搭載した１５２のくしに装着する装置と、利用者が手に持って画面などを確認できる利用者が見る表示端末１５３に分離して、通信回線１５０を用い画面情報等の情報をやり取りしながら表示する構成にしている。通信回線１５０は有線でも良いし無線を用いても構わない。これにより、画面と歩行者の動態検知を行うセンサを分離する事が可能になるので歩行動態の誤認識や位置検知誤差が生じにくくなる。なお、端末分離の目的は、歩行者の動態検知を行うセンサを一番条件の良い場所に配置するのが目的である。図１５の構成では演算用ＣＰＵや地理情報１４６を腰に装着する端末側に配置しているが、位置精度に影響を与える１４４や１４７だけを腰に装着する端末１５２側に配置しその他のセンサや処理回路を１５３の利用者が見る表示端末側に配置しても構わない。
【００４０】
本実施形態によれば、歩行動態の検知精度や移動軌跡の検知精度に影響を与えるセンサ群を条件の良い場所に分離して配置できるといった効果がある。
【００４１】
次に、作業員の状態検知用システムに利用する場合の実施形態を図１６の構成図を用いて説明する。１６０の作業員が取り付ける作業員端末１６０と作業員から離れた場所に配置する作業員監視用装置１６７から構成される。作業員用の端末（１６０）は図１４で説明した構成図に通信装置１６１が追加されている。作業員用端末１６０では、図１４で説明した処理機能が搭載されており、歩行者（作業員）の動態や位置検知・移動軌跡検知を行う事ができる。これらの情報は、図１４で説明したのと同様に作業員が表示装置１４５を用いて見ることが出来るが、通信装置１６１を用いて遠隔地に置かれた作業員監視用装置１６７へ転送することが可能になっている。１６２は通信回線(無線通信など)、１６３は通信装置、１６４は地理情報データベース、１６５は処理用ＰＣ，１６６表示装置になっている。１６２を介して送られて来た作業員用の端末１６０で検知した情報は、１６３の通信装置で受信され処理用ＰＣ１６５へ送られる。処理用ＰＣ１６５では送られて来た情報の描画処理などを行う。例えば、歩行者（作業員）の動態検知結果が送られて来た場合、その動態（「歩く」「走る」「階段を上る」など）の結果を画像情報に変換して表示装置１６６へ送って描画する。移動軌跡や位置・進行方向情報が送られて来た場合には、地理情報１６４の情報と重ね合わせて、歩行者（作業員）が地図上のどこにいるかを描画することが出来る。従って、作業員監視用装置１６７を用いることにより遠隔地から作業員の動態や位置を検知する事が可能になる。なお、図１６では作業員端末は１つ書かれているが、複数の端末と接続し、複数の作業員の動態情報や位置情報を描画することも可能である。また、１６０は画面とセンサ群が一体型の端末であるが図１５で説明したようにセンサ群と表示画面を分離してもかまわない。
【００４２】
本実施形態によれば、作業員の位置及び動態を遠隔地から検知可能になる。
【００４３】
上記、実施例によれば、つぎのような作用・効果を生じる。
【００４４】
平面と仮定した歩行動態認識装置と気圧勾配による認識を組み合わせることにより上下運動を伴った歩行動態を認識できるようになる。
【００４５】
歩行動態に応じた運動消費カロリーを検知することが出来るようになる。
【００４６】
上下移動を伴う歩行動態の区間だけ気圧変の量を考慮することにより、海面気圧変動の影響を補正することが可能になる。
【００４７】
階段などの上下移動を伴うような歩行形態でも正確な歩幅推定を行う事ができるようになり、またこの歩幅より移動軌跡を推定できるようにもなる。
【００４８】
歩行動態の認識結果と地理情報を比較し歩行者がいる場所を推定する事が可能になり、歩行者の現在位置と進行方向を検知することができるようになる。
【００４９】
自律位置検知装置の補正装置として利用する事ができ、誤差が時間と共に増加する、自律位置検知装置の位置補正手段として利用できる。
【００５０】
歩行者用のナビゲーションが可能になる。また、作業員の位置及び動態を遠隔地から検知可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】上下移動を伴う歩行動態検知装置の構成図。
【図２】上下移動を伴う歩行動態検知装置の処理フロー。
【図３】分類テーブル。
【図４】実際の判定例。
【図５】認識項目を多くした場合の分類テーブル。
【図６】歩幅推定の説明図。
【図７】歩幅推定及び位置検知を行うための構成図。
【図８】階段の例。
【図９】高度補正のフローチャート。
【図１０】歩行動態を利用した位置及び進行方向検知装置の構成。
【図１１】自律航法の初期値に利用した場合の処理フロー。
【図１２】移動軌跡の例（補正なし）。
【図１３】移動軌跡の例（補正あり）。
【図１４】歩行者ナビゲーション端末の構成図。
【図１５】歩行者ナビゲーション端末の構成図（画面分離型）。
【図１６】作業員の遠隔検知システムの構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１…動態検知信号の検知装置、２…動態の認識装置、３…高度検知装置、４…高度変化勾配の検知装置、５…組合せ分類・認識処理、６…分類用テーブル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者の動態検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
平地での歩行者の動態検知技術に関しては、従来、歩行に伴う歩行者の上下の振動を加速度センサを用いて観測しスペクトル解析を用いて歩行状態を認識している（例えば、特許文献１参照）。また、従来は、認識した歩行状態と地理データ（建物内部の通路データや道路データなど）を比較し、認識された歩行状態に対応する位置を推定している。
【０００３】
さらに、認識された歩行状態から歩幅を推定して移動距離を算出している（例えば、特許文献２及び非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１１３３４３号公報
【特許文献２】特開２００４−０８５５１１号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌Ａ，Ｖol.Ｊ８７−Ａ，Ｎo.１，ｐｐ.７８−８６，２００４年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、歩行者の動きにより生じる物理的な力（加速度・角速度など）を観測し歩行状態を認識する。加速度・角速度のみでも階段歩行時に観測される波形から階段歩行を認識できるが、階段歩行に近い平地での走行運動と誤認識する可能性が高くなる。また、動作認識結果と地理情報を比較し位置の補正を行う場合、誤認識により間違った位置と判断する可能性が高くなる。さらに、この従来技術の位置の特定方法では、歩行者の進行方向に関しては考慮されていない。
【０００６】
また、従来技術では、歩幅を推定して移動距離を算出しているが、階段の上り下り時の移動距離までは考慮されていない。
【０００７】
本発明は、上下移動を伴うような歩行動態においても、正確な歩行状態を認識することができる歩行者の動態検知装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、平地での歩行動作の認識装置と上下移動を検知できる手段を併用し、平地での歩行動作の認識装置から出力される認識結果との組合わせににより認識精度が向上できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上下移動を伴うような歩行動態が認識できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施例である、歩行者の動態検知装置を示す。動態変化検知装置１は動態変化信号を検知する。動態変化信号とは、歩行者の移動に伴う加速度変化を検知する装置から出力される信号や、歩行者の角速度，関節の変位，歩行者の位置や移動に伴い基準局から送信される電界強度の変化等を検知する装置から出力される信号である。動態認識装置２は、「歩く」「走る」等の歩行者の動態や動態の変化を認識する。例えば、動態変化検知装置１として、歩行者の動態に伴う上下の加速度変化を検知する加速度センサを用い、動態認識装置２は、動態変化信号を周波数解析しその特徴量から「歩く」「走る」等の歩行者の動態変化を認識する。また、動態変化検知装置１として、基準局から送信されている電波を歩行者が所持している端末で受信するする受信装置を用いても良く、動態認識装置２は、歩行者の移動に伴い観測される電波の電界強度波形変化の特徴量を用いて歩行者の動態や動態の変化を認識しても良い。高度検知装置３は歩行者の高度を検知する。高度検知装置３としては、例えば、気圧変化を観測する気圧センサが用いられる。また、高度検知装置は、ＧＰＳ等の衛星測位装置から得られる高度情報を利用して高度を検知したり、ＲＦＩＤや無線ビーコンなどのＩＤ情報と、事前に計測しておいた高度情報との対応を示すテーブルを参照し高度を検知したりしても良い。高度変化勾配検知装置４は、歩行者の高度の変化勾配すなわち単位時間あたりの高度変化を検知する。例えば、気圧センサを用いて観測した気圧データを単位時間で微分して高度変化勾配が検知される。組合せ分類・認識装置５は、動態認識装置２及び高度変化勾配検知装置４から出力される結果を、分類用テーブル記憶装置６に記憶されている分類テーブルを用いて分類し、歩行者の動態認識結果として出力する。
【００１１】
次に処理の流れを図２を用いて説明する。なお、図１では動態検知信号１や高度検知装置３として様々な装置がある旨を述べたが説明の簡素化のために以後、動態検知信号として加速度，高度検知装置として気圧センサを用いた場合を例にとり説明を行う。
【００１２】
２１で加速度センサの値を入力する。例えば、加速度センサから出力されるアナログ信号をＡ／Ｄコンバータを持ちいて信号の取り込みを行う。取り込んだ加速度センサの出力は２２でＦＦＴ等を用いて周波数領域に変換される。２３で周波数領域に変換されたデータから歩行者の歩調を表すスペクトルの周波数とそのスペクトルの強さを抽出する。２４このスペクトルの強さをメンバーシップ関数をもちいて分類し歩行者の動態（「静止」
「歩く」「走る」など）を認識する。（特開平１０−１１３３４３の認識装置と同様の認識処理）これにより、歩行者が平面上を移動したと仮定した場合の歩行者の動態が認識される。
【００１３】
加速度センサと並行して２４において気圧センサの値をＡ／Ｄコンバータなどを用いて入力する。入力された気圧センサの値を２５で単位時間あたりで微分し気圧の変化量に変換する。
【００１４】
歩行動態の認識判定結果２４及び気圧勾配の算出２５の結果を元に分類処理２７では２種類の判定結果を複合して歩行動態を認識する。この２７では以下のような処理を行う。
【００１５】
例として歩行者が上下方向に移動する可能性として、階段，エレベータがある場合を例にとる。また、分類のテーブル（６）の一例として分類テーブルの内容を図３に示す。
【００１６】
歩行者が平面上を移動する場合、上下移動に伴う気圧変動がないため観測される気圧変動はその時点における海面気圧に連動した気圧変動となる。この気圧変動は、低気圧や台風の通過により急激に変化する場合があるが数ｈＰａ以下である。例えば、２００５年の台風１１号通過時の横浜の最大気圧変動は２６日ＡＭ３時からＡＭ４時の１時間で５.１ｈＰａとなっている。この気圧変動を高度の変動に変換すると約４３ｍとなり、１時間の時間で約４３ｍ、１分で約７０cmの高度変化を行ったのと同じ気圧変動が観測される。これに比べ、歩行者が階段を登る場合、通常１フロアー４ｍ程度を１０〜１５秒程度で移動する。従って、１分では約１６ｍ移動することになり、台風接近時に比べ約２０倍程度気圧勾配が異なってる。従って、この気圧勾配を利用してある気圧勾配を閾値として大きな気圧勾配の場合、上下移動のある移動と判断でき、気圧勾配がある閾値よりも小さい場合、平面上での移動と判断できる。図３では、横軸が歩行動態の種類、縦軸が気圧変動の有無を表している。気圧勾配の閾値は３８のラインである。３８を境に気圧変動が小さい場合が平面移動３６、大きな場合が上下移動あり３７と判定される。気圧勾配だけでは歩行動態に関してまでは判定できない。そこで、歩行動態の判定２４で行った判定結果を組み合わせて歩行動態を判定する。図３の横軸が２４で判定した結果である。３３が静止状態、３４が歩行状態、３５が走行状態になっている。
【００１７】
気圧勾配で平面と判定（３６）され、２４で静止と判定された場合、平面移動との交点である平地で静止３０１が判定結果として出力される。同様に、歩行（３４）の場合には、平地を歩行（３０２）が、走行（３５）の場合には平地を走行（３０３）が認識結果となる。
【００１８】
気圧勾配で上下移動あり（３７）と判定され、２４で静止と判断された場合には、歩行者の動きが静止であるのに気圧変動があるのでエレベータで移動（３０４）と判断される。同様に、気圧勾配が３７の領域であり歩行（３４）と認識された場合には階段を歩いて移動（３０５）、走行（３５）と判定された場合には階段を走って移動（３０６）と判断される。認識結果は２８として出力される。
【００１９】
図４は本発明で判定した実際の例である。横軸は経過時間である。波形４０は気圧データであり左側の軸がＡＤ変換した値、右側が高度に変換した値になっている。波形４２は２３で抽出した歩調スペクトルの強度である。左側の軸にスペクトル強度の量が表記されている。スペクトル強度が０.０５を超えると歩行状態と判定され０.４を超えると走行状態と判定される。この例では０.４ を超えるスペクトル強度が存在しないので、この区間では静止及び歩行のみを行っている。波形４１が判定結果である。判定された結果は右の軸に記載されており、４１の引き出し線付近は静止状態と判定されている。先ず区間４３を見てみる。この区間では気圧の変動がなく、歩調スペクトルの強さが０.０５〜０.１程度の値（歩行状態）を示している。従って、気圧勾配がなく歩行状態であるので歩行（平地での歩行）と判定されている。区間４４では気圧勾配があり、動態は静止状態である。従って、エレベータと判断されている。このとき気圧勾配の傾きの符号を利用し、この例のように符号が正であるのでエレベータ上りと判定することも可能である。区間４５では気圧勾配が正の傾きを持ち、歩調スペクトルの強さから歩行状態を表している。従って、階段を上っていると判定されている。区間４６では、気圧勾配の傾きが負、動態が歩行状態であるので階段を下っていると判定されている。
【００２０】
このように平面と仮定した歩行動態認識装置と気圧勾配による認識を組み合わせることにより上下運動を伴った歩行動態を認識できるようになる。
【００２１】
図５は高度勾配の閾値を図３によりも多くし、気圧勾配の閾値を歩行動作の激しさ（歩行に比べて走行の方が激しい）に応じ気圧勾配閾値に傾きを設け、更に多くの歩行動態を認識するようにした実施形態である。上下移動の認識対象は、階段の他に坂道，エスカレータを追加している。歩行者が静止状態における気圧勾配の閾値は、静止してエスカレータに乗っていると認識する閾値５０１とエレベータ移動と認識する５０２からなる。閾値５０１や閾値５０２は、エスカレータやエレベータの上昇速度をもとに決定される。歩行動作が伴っている場合、歩行による高度上昇変化を加える必要があるいため、エスカレータの高度上昇変化に加え、歩行の激しさ（速度）を加味した気圧勾配の閾値が必要になってくる。図５において気圧勾配の閾値直線５０４及び５０５が走行動作になるにつれて大きな閾値にしているのはそのためである。歩行動態の認識の振り分けは図３で行った装置と同様に、２４で認識した結果と気圧勾配の閾値の関係より図５のテーブルにより行う。また同様に２８から認識結果を出力する。
【００２２】
このように本実施形態では気圧勾配の閾値を上下移動方法に応じて複数設けることにより上下運動を伴った歩行動態の認識の種類を拡張できるようになる。
【００２３】
なお、上記実施形態では歩行動態の認識にとどまっているが、歩行動態より運動の消費カロリーも計算可能である。例えば、平面歩行の場合の消費カロリー，階段歩行での消費カロリーなど、歩行動態の違いにより消費する消費カロリーは異なっている。従って、前以て各歩行動態に対応する消費カロリーのテーブルを作成しておいて検知した歩行動態よりこのテーブルを参照することにより歩行動態に伴う運動消費カロリーを算出することができるようになる。
【００２４】
このように本実施形態では、歩行動態に応じた運動消費カロリーを検知することが出来るようになる。
【００２５】
次に、歩行動態の検知装置を利用し気圧センサなどで検知した高度を補正する実施形態について図９を用いて説明する。図４の波形４０が高度検知装置（気圧センサ）で検知した出力である。このデータは実験の最初の時刻（時間０）と最後の時刻（時間２４０）では、同じ位置（同じ高度）で観測した場合の例である。従って、最初と最後では同じ高度を示すはずであるが、最初の高度（矢印４８）と最後の高度（矢印４９）を比べると最後の高度が若干上昇している。これは、先に台風の例で説明したように時間の経過と伴い低気圧の接近などにより気圧が変動したためである。こような気圧変動があると気圧計で求めた高度に誤差が生じることになる。そこで、図９に示すような処理フローを用い誤差を補正する。先ず、９０で初期高度をセットする。これは、利用者が手動でセットしても良いし、ＧＰＳから出力される高度情報などを利用しても構わない。次に、上下移動を伴う歩行者の動態検知が可能である検知装置９１（図１で説明した装置など）を用い、上下の移動を伴った動態か否かを９２を用いて判定する。上下移動を伴う動態の場合、検知している高度勾配（４）は上下の移動に伴う気圧変動であるので９３の１計算サイクル前の高度に高度変化を加える処理を行い９４で高度を出力する。９２で上下移動を伴う歩行動態でないと判断された場合、ここで観測された気圧勾配の値は、上下移動に伴う高度変化ではないので９３の処理を行わないで１計算サイクル前の値と同じ高度として現在の高度を出力する（９４）。以後、同じ処理を繰り返して高度を検知する。処理の結果が、図４の波形４７である。４８，４９で生じていた高度差が補正され正しい高度を示していることがわかる。なお、本実施形態では、上下移動中の気圧変動（海面気圧）に関しては考慮していない。これは、通常平地歩行を行っている時間に比べ、上下移動を行っている時間は短く、上下移動中の海面気圧変動を考慮しないでも大きな誤差とならないためである。
【００２６】
本実施形態によれば、上下移動を伴う歩行動態の区間だけ気圧変の量を考慮することにより、海面気圧変動の影響を補正する湖とが可能になる。
【００２７】
次に、上記発明で認識した歩行動態を利用し上下移動を伴う歩行においても正確な歩幅を推定し位置検知技術に応用する装置について図６及び図７を用いて説明する。図７が歩幅推定及び位置検知を行うための構成図、図６は歩幅推定を行うための説明図である。平面歩行における歩行者の移動速度（移動距離）の推定は従来技術で述べられているが、大まかに下記のような処理を行う。
（１）上下の加速度変化波形を周波数解析し歩調を表す周波数とそのスペクトル強度を抽出する。
（２）これより歩幅は
歩幅＝歩調スペクトルの強度×動作毎の係数
（動作毎の係数は歩行と走行では歩行形態が異なり歩幅に変換する係数が異なる値を利用する）
（３）歩幅から移動速度は
移動速度＝歩幅×歩調
（４）移動距離
移動距離＝移動速度の時間積分
で求めている。水平面を移動する場合、歩行動態の違いによる歩幅の変動を考慮しているため、歩いた場合でも走った場合でも正確な移動速度を求めることが出来る。処が、階段を移動する場合、上り方向と下り方向では異なった強さのスペクトル強度を示してしまい（図４の区間４５及び区間４６）、上りと下りで異なった移動距離となってしまう。これは、上り階段に比べ下り階段では着地時に受ける加速度が大きいためである。また、階段の踏面の寸法は一定であるので歩行動態の違いにより歩幅が変化することはない（段飛ばしは除く）。
【００２８】
そこで、図７の７０の上下移動を考慮した歩幅推定装置を用いて推定を行う。７０には動態の認識装置（２）で得られる歩調スペクトルの周波数と歩調スペクトルの強さ及び歩行の動態認識結果出力（７）が入力データして利用される。７０の処理内容を図６を用いて説明する。６０及び６１は加速度センサ単独で認識した歩行の状態を表している。６０が歩行、６１が走行である。動態認識結果出力（７）で平地移動（６３）と認識された場合には、平地移動での歩幅推定計算（従来技術の歩幅推定方法）６５及び６６を行う。階段移動（６４）と認識された場合には歩行動態に依存せず６７のように固定歩幅×歩調の計算を行い移動速度を算出する。この固定歩幅の値は、標準的な踏面の長さ約３０cm程度にしてもよいし、精度を上げるために階段の踏面の長さを地理情報の中に入れておき、歩行者が通過している階段の踏面の長さを利用してもかまわない（歩行者がどこの階段を通過しているかを判断する装置については後述する）。このようにして歩幅（移動速度）を推定した後は、７１の進行方向の検知装置で歩行者の移動方向を検知し、７２の移動軌跡の算出方法で、移動速度と移動方向を積分し移動軌跡を求め、移動軌跡を出力（７３）できるようになる。
【００２９】
本実施形態では、階段などの上下移動を伴うような歩行形態でも正確な歩幅推定を行う事ができるようになり、またこの歩幅より移動軌跡を推定できるようにもなる。
【００３０】
次に、認識した歩行者の動態と周囲の地理情報を比較し認識した歩行状態に対応する位置を推定する実施形態について、図８，図１０を用いて説明する。図８は階段移動の説明図である。図１０は本実施形態を実現するための構成図である。図１０の１０１は歩行動態の認識装置でありこれまで説明してきた、上下方向の移動を含む歩行動態を認識する装置である。１０２は歩行者の位置検知装置である。例えば、図７で説明した歩幅推定による移動軌跡の検知装置でもかまわないしＧＰＳや無線ＬＡＮによる位置検知装置でもかまわない。この実施形態で説明する位置検知装置は、１０２による位置検知装置により検知された位置情報よりも更に高精度な位置を検知することが目的である。１０３は地理情報であり、建物の位置や階段・エレベータ等の建物内部の構造や位置情報、更に外の道路や地形情報が格納されている。１０４は歩行動態による地理情報の検索方法である。ここでは、１０２で検知した歩行動態に対応する地理情報の位置を大まかな位置情報１０２を用い１０３のデータベースから探索する処理を行う。ここで、歩行動態に対応する地理情報とは、階段歩行＝「階段の地理情報」，エレベータ移動＝「エレベータの地理情報」，エスカレータ移動＝「エスカレータの地理情報」等を示している。従って、階段歩行を認識している場合歩行者は階段の場所にいることになるので階段の地理情報を参照することにより階段の位置情報などが取得できるようになる。階段が複数ある場合を想定し、１０２で検知した歩行者の大まかな位置情報を元に１０３の地理情報データベースから一番近くにある対応する地理情報を探索する。これにより歩行者動態検知結果とおおまかな現在位置から対応する地理情報を探索するかとが出来、地理情報の中の位置情報から位置を推定できるようになる。(ここまでは、特開平１０−１１３３４３号公報と同様の処理である)更に、１０８の歩行動態の変化を利用した地理情報変化点の検知と進行方向検知処理を用いて検知精度の向上と進行方向の検知を行う。処理の方法を図８及び図９を用いて説明する。８０は階段を表している１０４の処理で歩行者がこの階段の中にいると判定されているとする。この階段は８７に示すように上り方向が北、下り方向が南側を向いている。歩行者が区間８１（階段）から区間８２（平地）へ向かった場合を考える。この場合、歩行者の動態認識結果は区間８１を移動中には「上り階段」、区間８２を移動中は「平面歩行」と認識される。従って、動態認識結果が「上り階段」から「平面歩行」へ変化する８５の地点は上り階段の終点となる。階段の形状と位置データは地理情報データベースの中に格納されているのでこの情報を元に８５の位置を割り出す事が出来る。このように、歩行動態の変化点を参照することにより１０４で検索した結果よりも更に詳細な位置情報を求めることが出来る。更に、この階段は上り方向は北に向かっているので階段を上っている歩行者は北を向いて歩行していることになる。従って、歩行者の進行方向も検知できるようになる。下りの場合も同様である。区間８３では「下り階段」区間８４では「平面歩行」と認識されその変化点が下り階段の終点である８６の位置となる。進行方向は下り階段を歩行してきたので南方向に移動していると判定される。
【００３１】
このように、本実施形態では歩行動態の認識結果と地理情報を比較し歩行者がいる場所を推定する事が可能になり、歩行者の現在位置と進行方向を検知することができるようになる。
【００３２】
次に、前述の歩行動態の検知装置を利用した位置及び進行方向の検知装置を利用し、単位時間あたりの速度と進行方向を積分して位置を検知する装置（自立的位置検知装置あるいは慣性航法）の位置補正として利用する実施形態について図１１，図１２，図１３を用いて説明する。図１１は本実施形態の処理フロー、図１２及び図１３は検知した移動軌跡の例である。
【００３３】
図１２は、図７を用いて説明した装置で求めた移動軌跡の例である。１２５は出発位置、１２０及び１２１は階段である。図１２の例で実際に歩行した経路は、１２５を出発点として階段１２０を３フロアー分上り３フロアー上の階層を階段１２１の階段の方向に移動し１２１の階段を３フロアー分下がり再度１２５の地点に戻るように行った。実際に図７の装置で検知した移動軌跡は１２４である。１２５の出発地点から１２０の階段までは正確な移動軌跡を示している。処が、１２０の階段を上っている間に、ジャイロなどの方向検知センサのドリフトのために方位に誤差が蓄積してしまい階段１２１に到達していると考えられる点線で囲んだ領域１２３になっても移動軌跡１２４は階段の１２１の位置に達していない。本実施形態ではこのような状況に陥っても正確な位置に補正する装置を提供する。先ず、図１１の１１０で歩行者の初期位置をセットする。歩行者が自分の位置を地図から確認して位置座標や進行方向を入力しても良いし、ＧＰＳなど絶対位置の検知できる装置が使える領域であればこの装置で検知した絶対位置及び進行方向を入力データとしてもかまわない、或はＲＦＩＤなどを利用して位置に対応するＩＤ情報を発信するタグなどを敷設し、このＩＤ情報を読み取る事により位置情報を検知し検知した位置情報を入力データとしてもかまわない。１１１で歩行動態の検知及び地理情報を利用した位置及び進行方向の推定方法の処理を行う。この処理は例えば図１０で説明した装置を用いる。ここでは（１）位置及び進行方向の推定が可能か否かの判断、（２）可能な場合の位置及び進行方向の算出を行う。位置及び進行方向の推定が可能な場合分岐１１２により１１３の推定した位置及び進行方向を用い現在位置及び進行方向の再セットを行う。位置及び進行方向の推定が可能な場合とは、階段の上り下りなどを認識し該当する位置が推定できた場合である。例えば、図１２，図１３の例では、階段１２０及び１２１を歩行者が通過した場合にこの状検知なり、階段の位置及び進行方向が再セットされる。その後１１４の単位時間ごとの速度と進行方向検知装置で速度と進行方向を検知し（例えば図７で説明した装置）、１１５において時間積分を行い移動軌跡を算出し１１６で現在の位置と進行方向が出力される。分岐１１２で位置及び進行方向が推定できない場合（階段以外の場所を歩行中など）は１１３の再セット処理を行わず、１１４，１１５の処理を行い１１６で現在の位置と進行方向が出力される。以後、再度１１１の処理に戻り処理を繰り返して連続的に位置と進行方向情報を出力する。図１３は、図１２と同じデータを用い本実施形態の効果を示したものである。１３２から出発した移動軌跡は階段の領域１３４に入ると１２０の階段の位置と進行方向に合致するように補正されていいる（途中移動軌跡が切れている場所が補正処理が行われた場所）。更に、１２１の階段の領域１３１へ進むと、同様に階段１２１の位置と進行方向が合致するように補正されている。最終的に終点１３３に到達するが出発点１３２とほぼ同じ位置となっており図１２の終点１２６に比べ位置検知精度が向上していることがわかる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、ＧＰＳによる位置補正は、初期位置のセット（１１０）のみに利用しているが、分岐１１２において動態検知による位置補正に加え、ＧＰＳの精度が信頼できるか否かの判断を行い精度が信頼できる値の場合、１１３の補正値をＧＰＳの値を用いて行ってもかまわない。精度が信頼できるか否かの判定はＤＯＰなどの情報をりようしてもかまわない。また、動態検知による位置補正及びＧＳＰによる位置検知両方が位置検知可能と判断された場合には、精度が高い動態検知による位置補正を選択してもかまわない。
【００３５】
本実施形態によれば、自律位置検知装置の補正装置として利用する事ができ、誤差が時間と共に増加する、自律位置検知装置の位置補正手段として利用できる。
【００３６】
次に、本発明を利用した歩行者ナビゲーション端末に関して図１４を用いて説明する。１４４は加速度センサ、１４２は気圧センサ、１４７は方向センサ（磁気方位やジャイロセンサ）である。１４３はＧＰＳ装置である。１４６は地理情報のデータベース、１４１が演算処理用ＣＰＵ、１４５が表示装置となっている。これらの装置が一体化され１４０が歩行者ナビゲーション端末となっている。
【００３７】
１４４は図１の動態変化信号の検知装置（１）に１４２は高度検知装置（３）に対応するセンサである。１４１演算処理用ＣＰＵでは、１４４及び１４２の情報をもとに図１を用いて説明した歩行者の動態検知、１４７のセンサを追加して利用し図７を用いて説明した歩行者の移動軌跡の検知装置、図１０を用いて説明した歩行動態による位置及び方向の検知装置などが処理される。また、１４３のＧＰＳはＧＰＳ衛星の電波が良好に受信できる屋外などでは、ＧＰＳから取得した位置情報を自分の位置としてそのまま利用したり、受信状態が悪くなる直前の値を図１１で説明した装置の１１０の初期位置のリセット情報として利用する。１４６は地理情報であり、歩行動態の検知結果から対応する地理情報
（階段の位置など）を探索したり、図１１で説明した移動軌跡の検知装置で求めた移動軌跡と、周囲の地理情報（建物や階段，道などの情報）を描画するためのデータが格納されている。１４６及び１４１で処理した結果が１４５の表示装置を用いて描画される。描画される情報としては、図１により求めた歩行動態の検知結果や運動消費カロリー、図７や図１０，図１１により求めた歩行者の現在の移動軌跡とそれと重ねて表示した地理情報などである。これにより端末１４０を持った歩行者は、自分が今どこにいるかを表示画面
１４５を見ることにより確認できるようになり自分がどこにいるかを把握できるようになる。なお、本実施形態では、自分の現在位置と移動軌跡の検知方法について述べているが、これらの情報をもとにカーナビゲーション（以下カーナビ）で一般的に行われている、経路探索情報をもとにした経路案内を行っても構わない。カーナビと本実施例の違いは、（１）ＧＰＳが使える領域ではカーナビと同様、（２）ＧＰＳが使えない場合、カーナビでは移動距離を車速パルスなどを利用するが本実施形態では歩幅推定技術を利用、（３）位置検知誤差が生じる場合、カーナビでは道路に沿って位置を補正（マップマッチング）するが、本実施形態では歩行動態に対応した地理情報（階段やエレベータ，エスカレータなど）で補正する違いがある。
【００３８】
本実施形態によれば歩行者用のナビゲーションが可能になる。
【００３９】
次に、表示画面（表示用端末）１５１を分離した例を図１５に示す。図１４との違いは、表示画面を分離しただけで処理内容は同様である。これは、歩行者の動態検知や歩幅推定を行うためには、１４４の加速度センサや１４７の方向センサを人間の重心位置である腰の位置に置くのが望ましい。処が、図１４の例の場合、通常腰の位置に取りつけて検知処理を行ったとしても、現在位置を確認するために画面を見る必要があり、結果的に腰から外し画面を見る動作により検知結果に誤認識や位置検知誤差が生じてしまう可能性が出てくる。従って、図１５の例では、センサ部分を搭載した１５２のくしに装着する装置と、利用者が手に持って画面などを確認できる利用者が見る表示端末１５３に分離して、通信回線１５０を用い画面情報等の情報をやり取りしながら表示する構成にしている。通信回線１５０は有線でも良いし無線を用いても構わない。これにより、画面と歩行者の動態検知を行うセンサを分離する事が可能になるので歩行動態の誤認識や位置検知誤差が生じにくくなる。なお、端末分離の目的は、歩行者の動態検知を行うセンサを一番条件の良い場所に配置するのが目的である。図１５の構成では演算用ＣＰＵや地理情報１４６を腰に装着する端末側に配置しているが、位置精度に影響を与える１４４や１４７だけを腰に装着する端末１５２側に配置しその他のセンサや処理回路を１５３の利用者が見る表示端末側に配置しても構わない。
【００４０】
本実施形態によれば、歩行動態の検知精度や移動軌跡の検知精度に影響を与えるセンサ群を条件の良い場所に分離して配置できるといった効果がある。
【００４１】
次に、作業員の状態検知用システムに利用する場合の実施形態を図１６の構成図を用いて説明する。１６０の作業員が取り付ける作業員端末１６０と作業員から離れた場所に配置する作業員監視用装置１６７から構成される。作業員用の端末（１６０）は図１４で説明した構成図に通信装置１６１が追加されている。作業員用端末１６０では、図１４で説明した処理機能が搭載されており、歩行者（作業員）の動態や位置検知・移動軌跡検知を行う事ができる。これらの情報は、図１４で説明したのと同様に作業員が表示装置１４５を用いて見ることが出来るが、通信装置１６１を用いて遠隔地に置かれた作業員監視用装置１６７へ転送することが可能になっている。１６２は通信回線(無線通信など)、１６３は通信装置、１６４は地理情報データベース、１６５は処理用ＰＣ，１６６表示装置になっている。１６２を介して送られて来た作業員用の端末１６０で検知した情報は、１６３の通信装置で受信され処理用ＰＣ１６５へ送られる。処理用ＰＣ１６５では送られて来た情報の描画処理などを行う。例えば、歩行者（作業員）の動態検知結果が送られて来た場合、その動態（「歩く」「走る」「階段を上る」など）の結果を画像情報に変換して表示装置１６６へ送って描画する。移動軌跡や位置・進行方向情報が送られて来た場合には、地理情報１６４の情報と重ね合わせて、歩行者（作業員）が地図上のどこにいるかを描画することが出来る。従って、作業員監視用装置１６７を用いることにより遠隔地から作業員の動態や位置を検知する事が可能になる。なお、図１６では作業員端末は１つ書かれているが、複数の端末と接続し、複数の作業員の動態情報や位置情報を描画することも可能である。また、１６０は画面とセンサ群が一体型の端末であるが図１５で説明したようにセンサ群と表示画面を分離してもかまわない。
【００４２】
本実施形態によれば、作業員の位置及び動態を遠隔地から検知可能になる。
【００４３】
上記、実施例によれば、つぎのような作用・効果を生じる。
【００４４】
平面と仮定した歩行動態認識装置と気圧勾配による認識を組み合わせることにより上下運動を伴った歩行動態を認識できるようになる。
【００４５】
歩行動態に応じた運動消費カロリーを検知することが出来るようになる。
【００４６】
上下移動を伴う歩行動態の区間だけ気圧変の量を考慮することにより、海面気圧変動の影響を補正することが可能になる。
【００４７】
階段などの上下移動を伴うような歩行形態でも正確な歩幅推定を行う事ができるようになり、またこの歩幅より移動軌跡を推定できるようにもなる。
【００４８】
歩行動態の認識結果と地理情報を比較し歩行者がいる場所を推定する事が可能になり、歩行者の現在位置と進行方向を検知することができるようになる。
【００４９】
自律位置検知装置の補正装置として利用する事ができ、誤差が時間と共に増加する、自律位置検知装置の位置補正手段として利用できる。
【００５０】
歩行者用のナビゲーションが可能になる。また、作業員の位置及び動態を遠隔地から検知可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】上下移動を伴う歩行動態検知装置の構成図。
【図２】上下移動を伴う歩行動態検知装置の処理フロー。
【図３】分類テーブル。
【図４】実際の判定例。
【図５】認識項目を多くした場合の分類テーブル。
【図６】歩幅推定の説明図。
【図７】歩幅推定及び位置検知を行うための構成図。
【図８】階段の例。
【図９】高度補正のフローチャート。
【図１０】歩行動態を利用した位置及び進行方向検知装置の構成。
【図１１】自律航法の初期値に利用した場合の処理フロー。
【図１２】移動軌跡の例（補正なし）。
【図１３】移動軌跡の例（補正あり）。
【図１４】歩行者ナビゲーション端末の構成図。
【図１５】歩行者ナビゲーション端末の構成図（画面分離型）。
【図１６】作業員の遠隔検知システムの構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１…動態検知信号の検知装置、２…動態の認識装置、３…高度検知装置、４…高度変化勾配の検知装置、５…組合せ分類・認識処理、６…分類用テーブル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行動態の検知装置において、平面での歩行動態の認識装置と高度変化を検知する手段を用い、平面での歩行動態と高度変化の組み合わせにより、上下移動も加味した歩行動態を検知する事を特徴とする、歩行者の動態検知装置。
【請求項２】
請求項１において、歩行動態の認識装置の特徴量を検知する手段として加速度変化や電界強度の変動・ジャイロセンサを使う事を特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項３】
請求項１において、高度変化を検知する手段として気圧計やＧＰＳによる高度・RFIDから求めた高度を利用することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項４】
請求項１において、歩行者の動態に応じた運動消費カロリーのテーブルを設け、歩行者の動態検知結果から上記テーブルを参照して、歩行者の動態に応じた運動消費カロリーを出力することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項５】
請求項１において、歩行者の動態検知結果から上下移動に伴う歩行区間における気圧変動のみを積分し高度変化を検知することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項６】
請求項１において、平面歩行時の歩幅推定装置を有し、平面歩行時には平面歩行時の歩幅推定装置を用い、上下移動を伴う歩行動態の場合には、対応する歩行動態に応じた歩幅補正を行い歩行者の移動速度や移動距離を検知することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項７】
歩行動態の検知装置と検知した歩行動態に対応する地理情報を有し、検知した歩行動態情報をもとに対応する地理情報を探索し位置情報と進行方向情報を検知することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項８】
請求項７において、検知した歩行者の位置情報及び進行方向を慣性航法の補正情報として利用する事を特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項９】
請求項１，２，３，４，５，６，７，８のいずれか１項において、歩行者用ナビゲーション装置を実現する事を特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項１０】
上記請求項１，２，３，４，５，６，７，８のいずれか１項において、作業員の遠隔位置及び動態検知を実現する事を特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項１】
歩行動態の検知装置において、平面での歩行動態の認識装置と高度変化を検知する手段を用い、平面での歩行動態と高度変化の組み合わせにより、上下移動も加味した歩行動態を検知する事を特徴とする、歩行者の動態検知装置。
【請求項２】
請求項１において、歩行動態の認識装置の特徴量を検知する手段として加速度変化や電界強度の変動・ジャイロセンサを使う事を特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項３】
請求項１において、高度変化を検知する手段として気圧計やＧＰＳによる高度・RFIDから求めた高度を利用することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項４】
請求項１において、歩行者の動態に応じた運動消費カロリーのテーブルを設け、歩行者の動態検知結果から上記テーブルを参照して、歩行者の動態に応じた運動消費カロリーを出力することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項５】
請求項１において、歩行者の動態検知結果から上下移動に伴う歩行区間における気圧変動のみを積分し高度変化を検知することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項６】
請求項１において、平面歩行時の歩幅推定装置を有し、平面歩行時には平面歩行時の歩幅推定装置を用い、上下移動を伴う歩行動態の場合には、対応する歩行動態に応じた歩幅補正を行い歩行者の移動速度や移動距離を検知することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項７】
歩行動態の検知装置と検知した歩行動態に対応する地理情報を有し、検知した歩行動態情報をもとに対応する地理情報を探索し位置情報と進行方向情報を検知することを特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項８】
請求項７において、検知した歩行者の位置情報及び進行方向を慣性航法の補正情報として利用する事を特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項９】
請求項１，２，３，４，５，６，７，８のいずれか１項において、歩行者用ナビゲーション装置を実現する事を特徴とする歩行者の動態検知装置。
【請求項１０】
上記請求項１，２，３，４，５，６，７，８のいずれか１項において、作業員の遠隔位置及び動態検知を実現する事を特徴とする歩行者の動態検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−９３４３３（Ｐ２００７−９３４３３Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８４４２６（Ｐ２００５−２８４４２６）
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１５３４２１）株式会社日立アドバンストシステムズ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１５３４２１）株式会社日立アドバンストシステムズ (9)
【Ｆターム（参考）】
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