測位装置、測位方法およびプログラム
【課題】 歩行体の移動に対する追従性が良好で、且つ、高精度な測位を行うことのできる測位装置、測位方法およびプログラムを提供する。
【解決手段】 歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出手段と、前記自律航法用センサの出力に基づいて一歩ごとの移動方向を算出する移動方向算出手段（ステップＳ１）とを備え、移動量算出手段は、自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度（θ）を算出するブレ角度算出手段（Ｓ２〜Ｓ４）を有し、歩幅データの値をブレ角度（θ）が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出するようにした（Ｓ５）。
【解決手段】 歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出手段と、前記自律航法用センサの出力に基づいて一歩ごとの移動方向を算出する移動方向算出手段（ステップＳ１）とを備え、移動量算出手段は、自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度（θ）を算出するブレ角度算出手段（Ｓ２〜Ｓ４）を有し、歩幅データの値をブレ角度（θ）が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出するようにした（Ｓ５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自律航法により歩行体の測位を行う測位装置、測位方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
以前より、自律航法により歩行体の測位を行う測位装置がある。このような測位装置では、通常、歩行動作に伴う上下動を検出して歩数をカウントし、この歩数と予め設定されている歩幅とを乗算することで移動量を算出する。そして、地磁気センサや加速度センサの出力から移動方向を算出して、上記移動量と移動方向とからなる移動ベクトルを基準位置の位置データに積算していくことで歩行体の位置を測定する。
【０００３】
自律航法の測位に使用される歩幅データは、通常、次のような測定処理により歩行体に合った値が設定される。すなわち、任意の２地点間を歩行体に直進させるとともに、その間の歩数を計数する。そして、当該２地点間の距離を歩数で除算して、この算出された値を歩幅データとして設定する。
【０００４】
また、本願発明に関連する従来技術として、特許文献１には、歩行体の測位を行う装置において、一歩の時間や足を踏み出す際の加速度の大きさ等から歩行状態に応じた歩幅の修正を行うことで、自律航法による測位精度を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９７７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
歩行体の位置を自律航法の測位によって追従性良く求めるには、歩行体が一歩進むごとに移動地点の測位を行うのが良い。しかしながら、一歩ごとに測位を実行すると、計測されたトータルの移動距離が実際の移動距離よりも小さくなるという測位誤差が生じるという課題があった。すなわち、歩行体がＡ地点からＢ地点まで移動する間、自律航法の測位を行っていたとする。この場合、歩行体はＡ地点からＢ１地点まで移動したという測位結果が得られ、計測による移動距離（Ａ→Ｂ１）が実際の移動距離（Ａ→Ｂ）よりも短くなる。
【０００７】
この発明の目的は、自律航法により一歩ごとに測位を行う場合において、移動量の誤差を適宜小さくすることで、歩行体の移動に対する追従性が良好で、且つ、高精度な測位を行うことのできる測位装置、測位方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、
歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段と、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出手段と、
を備え、
前記移動方向算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
移動量算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出手段を有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴とする測位装置である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の測位装置において、
前記移動量算出手段は、
前記歩幅データが示す歩幅をＷ、前記ブレ角度をθ、補正後の歩幅をＤとして、
Ｄ ＝ Ｗ／ ｃｏｓθ
の関係式に準じて一歩ごとの移動量を算出することを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の測位装置において、
前記自律航法用センサは、
加速度を検出する加速度センサおよび地磁気を検出する地磁気センサを有し、
前記ブレ角度算出手段は、
前記加速度センサにより検出された水平方向の複数歩分の加速度変化に基づき平均的な進行方向を算出し、前記加速度センサにより検出された水平方向の一歩分の加速度変化に基づき一歩の移動方向を算出し、前記平均的な進行方向と前記一歩の移動方向との差異を前記ブレ角度として算出することを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の測位装置において、
前記歩幅データは、歩行体が２地点間を直進した際に、当該２地点間の距離を当該２地点間の移動に要した歩数で除算した値に設定されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の測位装置において、
測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段を備え、
前記衛星測位手段の測位により得られた基準地点の位置データに、前記移動量算出手段により算出された移動量、および、前記移動方向算出手段により算出された移動方向からなる移動ベクトルを積算していくことで各移動地点の測位を行うことを特徴としている。
【００１３】
請求項６記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、
測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段と、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出手段と、
前記歩幅算出手段により算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶する歩幅データ記憶手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位手段と、
を備え、
前記歩幅算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出手段を有し、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴とする測位装置である。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の測位装置において、
前記歩幅算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき前記２地点間の歩数を計数する歩数計数手段を有し、
前記２地点間の距離をＤ、前記歩数をＮ、前記ブレ角度をθ、歩幅をＷとして、
Ｗ ＝（ Ｄ／ Ｎ）／ ｃｏｓθ
の関係式に準じて前記歩幅を算出することを特徴としている。
【００１５】
請求項８記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、前記歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段とを用いて、前記歩行体の測位を行う測位方法であって、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出ステップと、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出ステップと、
を含み、
前記移動方向算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
前記移動量算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出ステップを有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴としている。
【００１６】
請求項９記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段とを用いて、自律航法により前記歩行体の測位を行う測位方法であって、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出ステップと、
前記歩幅算出ステップにより算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶手段に記憶する歩幅データ記憶ステップと、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位ステップと、
を備え、
前記歩幅算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出ステップを含み、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴としている。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、前記歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段とが接続されたコンピュータに、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出機能と、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出機能と、
を実現させるとともに、
前記移動方向算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
前記移動量算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出機能を有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴としている。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段とに接続されたコンピュータに、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出機能と、
前記歩幅算出機能により算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶手段に記憶する歩幅データ記憶機能と、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位機能と、
を実現させるとともに、
前記歩幅算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出機能を含み、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に従うと、一歩ごとの移動量および移動方向を算出して歩行体の位置を一歩ごとに測定していくので、歩行体の移動に対して追従性良く歩行体の位置を求めていくことができる。さらに、移動方向の一歩ごとのブレ角度を考慮して一歩ごとの移動量が求められるので、移動量の計測誤差が小さくなって精度の高い測位を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の測位装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における歩幅データの算出方法を説明する図である。
【図３】歩幅データをそのまま歩幅として用いた場合にトータルの移動距離が短く計測される現象を説明する図である。
【図４】一歩ごとの移動方向を算出する方法を説明する図である。
【図５】第１実施形態における移動ベクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態における全体測位処理の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態における歩幅データの算出方法を説明する図である。
【図８】第２実施形態における移動ベクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の測位装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２３】
この測位装置１は、歩行体に保持されて移動地点を測位するとともに、各移動地点の位置データを履歴として保存して、地図画像上に現在の移動地点をリアルタイムで表わして表示する装置である。
【００２４】
この測位装置１は、自律航法用センサである３軸地磁気センサ１５および３軸加速度センサ１６と、ＧＰＳ（全地球測位システム）衛星から信号を受信するＧＰＳ受信アンテナ１３と、ＧＰＳ衛星から受信した信号を復調し且つ現在位置の測位演算を行う衛星測位手段としてのＧＰＳ受信部１４と、画像表示を行う表示部１７と、装置の全体的な制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）１０と、ＣＰＵ１０に作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）１１と、ＣＰＵ１０が実行する制御プログラムや制御データが格納されるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）１２と、自律航法用センサの出力に基づき移動方向および移動量を算出して位置データを求める自律航法制御処理部２０と、自律航法の測位により過去に求められた一連の位置データをＧＰＳの測位結果に基づいて補正する自律航法誤差補正処理部２１と、測位結果の位置データが時系列に記憶されていく位置データ記憶部２２と、各地の地図画像のデータが格納された地図データベース１８等を備えている。上記構成のうちＣＰＵ１０と自律航法制御処理部２０によりプログラムを実行するコンピュータが構成される。
【００２５】
ＧＰＳ受信部１４は、ＣＰＵ１０からの測位指令に応じてＧＰＳ衛星の信号を受信するとともに、所定の測位演算を行って現在地点の位置データを算出し、ＣＰＵ１０へ送る。
【００２６】
３軸地磁気センサ１５は、互いに直交する３軸方向の地軸の大きさをそれぞれ検出するセンサである。３軸加速度センサ１６は、互いに直交する３軸方向の加速度をそれぞれ検出するセンサである。これら３軸地磁気センサ１５と３軸加速度センサ１６のセンサ信号はデジタル変換された後にＣＰＵ１０を介して自律航法制御処理部２０に送られる。
【００２７】
自律航法制御処理部２０は、ＣＰＵ１０を補助するための演算回路であり、３軸地磁気センサ１５および３軸加速度センサ１６の計測データと、予め設定されている歩幅データとに基づいて、歩行体の一歩の歩行動作ごとに移動方向と移動量とを算出して移動位置の位置データを求めるものである。移動方向と移動量の算出方法については後に詳述する。
【００２８】
自律航法誤差補正処理部２１は、ＣＰＵ１０を補助するための演算回路であり、ＧＰＳによる間欠的な測位が行われた際に、ＧＰＳの正確な位置データに基づいて、自律航法の測位によって得られている一連の位置データをそれぞれ補正する。具体的には、Ａ地点とＢ地点でＧＰＳにより正確な位置データから取得され、Ａ地点からＢ地点への移動時に自律航法の測位によって一連の位置データが取得されている場合に、これら一連の位置データを結んだ移動軌跡の始端と終端が、ＧＰＳの測位結果であるＡ地点とＢ地点の位置データにそれぞれ合致するように、この移動軌跡の全体をシフトさせるように各地点の位置データを補正する。このような補正により、自律航法の測位により得られた一連の位置データを、全体的に誤差の少ない位置データに補正することができる。
【００２９】
ＥＥＰＲＯＭ１２には、制御プログラムの一つとして、自律航法による連続的な測位とＧＰＳによる間欠的な測位とを繰り返し実行していく全体測位処理のプログラムが格納されている。また、ＥＥＰＲＯＭ１２は、歩幅データ記憶手段として機能し、制御データの一つとして、ユーザの歩幅を表わす歩幅データ１２ａが格納されている。
【００３０】
［歩幅データの算出方法］
図２には、第１実施形態における歩幅データの算出方法を説明する図を示す。この図において楕円のマークによりユーザの一歩ごとの足取りを表わしている。
【００３１】
この実施形態において、歩幅データ１２ａは次のように算出されてＥＥＰＲＯＭ１２に記憶される。すなわち、図２に示すように、先ず、地点Ａと地点ＢとでＧＰＳにより正確な位置データが取得され、ユーザが地点Ａと地点Ｂとの間を直進する移動がなされているとする。この場合、ＧＰＳの測位結果に基づき地点Ａ，Ｂ間の距離Ｄを算出し、自律航法制御処理部２０の演算結果から地点Ａ，Ｂ間のユーザの歩数Ｎ（図２では２０歩）を算出し、次式（１）により歩幅Ｗを算出する。
Ｗ ＝ Ｄ／ Ｎ ・・・ （１）
【００３２】
ＣＰＵ１０は、測位処理の中で上記のような直進運動が得られた場合、或いは、設定処理の中で要請によりユーザに上記のような直進運動を行わせた場合に、上記のような歩幅Ｗの算出処理を行って、この歩幅Ｗを表わす歩幅データ１２ａをＥＥＰＲＯＭ１２に記憶させる。
【００３３】
［移動距離が短く計測される現象の説明］
ここで、上記のように得られた歩幅データ１２ａをそのまま歩幅として用いて、自律航法により一歩ごとの測位を行った場合に、トータルの移動距離が短く計測される現象の説明を行う。
【００３４】
図３には、歩幅データをそのまま歩幅として用いて自律航法の測位を行った場合にトータルの移動距離が短く計測される現象を説明する図を示す。同図（ａ）は実際の移動を示したもの、（ｂ）は自律航法の測位結果により表わされる移動を示したものである。この図において楕円マークによりユーザの一歩ごとの足取りを表わしている。
【００３５】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、ユーザは左右の足の踏込み方向の違いにより直進している場合でも移動方向に左右のブレが生じる。そのため、図３（ａ），（ｂ）に点線で示すように、自律航法の測位を一歩ごとに実行すると移動方向の左右のブレにより、ユーザが直進している場合でも一歩ごとにジグザグに移動しているような測位結果が得られる。そして、一歩ごとの移動量を歩幅Ｗとして自律航法の測位を行っていれば、図３（ｂ）のような測位結果が得られる。
【００３６】
しかしながら、ＥＥＰＲＯＭ１２に設定される歩幅データ１２ａの値（歩幅Ｗ）は、図３（ａ）に示すように、直進方向に沿った一歩ごとの移動量“Ｗ”に相当する。そのため、図３（ａ）の実際の移動パターンと図３（ｂ）の測位結果が表わす移動パターンとの比較から分かるように、上記のように自律航法の測位を行うと、移動経路がジグザグに求められる分、トータルの移動距離Ｄ１が実際の移動距離Ｄよりも短く計測されてしまう。
【００３７】
［移動ベクトルの算出方法］
図４には、第１実施形態の測位装置１において一歩ごとの移動方向を算出する方法を説明する図を、図５には、第１実施形態の測位装置１における一歩ごとの移動ベクトル算出処理のフローチャートを示す。
【００３８】
図４のグラフは、３軸加速度センサ１６の出力のうち水平方向の加速度を時系列にプロットしたもので、同図（ａ）は左足を踏み出す一歩の動作期間に得られる加速度のグラフ、（ｂ）は右足を踏み出す一歩の動作期間に得られる加速度のグラフである。
【００３９】
第１実施形態において自律航法制御処理部２０は、次のような演算処理を行って一歩ごとの移動ベクトルを求める。先ず、自律航法制御処理部２０は、３軸加速度センサ１６のセンサ出力を継続的に入力し、このセンサ出力の時間平均から重力方向を検出する。そして、センサ出力の鉛直方向成分と水平方向成分とを分離する。また、センサ出力の鉛直方向成分から歩行時の上下動を検出して一歩ごとの動作期間を特定する。
【００４０】
そして、上記の処理に基づきセンサ出力から水平方向成分で一歩の動作期間の測定データを抽出することで、左足を踏み出した際には、図４（ａ）に示すような計測データが得られ、右足を踏み出した際には、図４（ｂ）に示すような計測データが得られる。このような計測データが得られたら、自律航法制御処理部２０は、例えば、水平方向成分の原点と原点から一番離れたプロットとを結ぶ方向Ｒ１，Ｒ２を一歩ごとの移動方向として算出する（図５のステップＳ１：移動方向算出手段）。この移動方向の算出時には、３軸地磁気センサ１５のセンサ出力に基づき、３軸加速度センサ１６の３軸の各向きと方位とが対応づけられて、移動方向を方位表現に変換することが可能となる。
【００４１】
なお、一歩ごとの移動方向の算出方法は、上記のように原点と原点から一番離れたプロットとを結ぶ方向を移動方向とするものに限られない。例えば、上記の一歩分の計測データから回帰直線を求めて、この回帰直線の方向を移動方向として求めたり、鉛直方向の加速度が減少する期間において水平方向成分の加速度が最大になったときの加速度方向を移動方向として求めたり、或いは、垂直方向の加速度が減少する一定期間の水平方向成分の加速度を平均した加速度方向を移動方向として求めるなど、種々の変形例を適用することができる。
【００４２】
次に、自律航法制御処理部２０は、直前の４歩の歩行動作で上記のように算出された４つの移動方向がそれぞれ直進と判断されているか（後述の平均進行方向とのなす角度がしきい値以下か）を判別し（ステップＳ２）、直進と判断された直前４歩分の移動方向が有ればこれら４歩分の移動方向の平均を計算して平均進行方向とする（ステップＳ３）。図４（ａ），（ｂ）において、符号Ｒ０により平均進行方向を示している。同図では３軸加速度センサ１６のｙ軸方向と平均進行方向Ｒ０とが重なっているが、方向はユーザの進行方向に応じて色々に変化する。
【００４３】
続いて、自律航法制御処理部２０は、今回一歩の移動方向（図４では方向Ｒ１，Ｒ２）と平均進行方向Ｒ０とのなす角度θ（図４では角度θ１，θ２）を計算し（ブレ角度算出手段）、この角度θがしきい値以下（例えば２０°以下）であるか判別する（ステップＳ４）。この判別は、この角度θが左右の足の踏込み方向の違いによる移動方向のブレ角度なのか、それとも進行方向を変更したことによる角度変化なのかを区別するものである。
【００４４】
判別の結果、角度θがしきい値以下であり足の踏込み方向の違いによるブレ角度であると判別されたら、図３（ａ），（ｂ）で説明した歩幅の誤差を解消するため、一歩の移動量Ｈ１（ジグザグ歩行に沿った一歩ごとの歩幅）を歩幅データ１２ａの値（ジグザグ歩行を平均した直進移動と見なして算出された一歩の歩幅Ｗ；図２を参照）と上記ブレ角度θとから次式（２）のように求める（ステップＳ５；移動量算出手段）。
Ｈ１ ＝ Ｗ／ ｃｏｓθ ・・・ （２）
【００４５】
一方、ステップＳ２の判別処理で、直前の４歩の移動方向のデータが未取得であったり、直前４歩の移動方向の何れかが直進と判断されていなかった場合には、平均進行方向Ｒ０とブレ角度θとを求めることが出来ないので、今回一歩の移動量を歩幅データ１２ａの値とする（ステップＳ６）。
【００４６】
また、ステップＳ４の判別処理で、今回一歩の移動方向と平均進行方向Ｒ０とのなす角度θがしきい値を超えていれば、角度θはブレ角度でなく進行方向の変更によるものであると判断して、ブレ角度が不明なので、今回一歩の移動量を歩幅データ１２ａの値とする（ステップＳ６）。
【００４７】
そして、上記のように求められた移動方向と移動量とから移動ベクトルを生成して（ステップＳ７）、この移動ベクトル算出処理を完了とする。
【００４８】
上記のように歩幅データ１２ａの値をブレ角度θに応じて長く補正して一歩の移動量を算出しているので、図３に示したように一歩ごとの自律航法の測位によりトータルの移動距離が短く計測されるといった測位誤差を低減することができる。
【００４９】
［全体測位処理］
次に、測位装置１により実行される全体測位処理の制御手順について説明する。
【００５０】
図６には、この全体測位処理のフローチャートを示す。
【００５１】
全体測位処理では、自律航法の測位が連続的に行われる一方、ＧＰＳによる測位が間欠的に行われて、ＧＰＳの測位により自律航法の測位の基準地点（始点）を定めたり、自律航法の測位により得られた一連の位置データが補正されるようになっている。
【００５２】
全体測位処理が開始されると、先ず、ＣＰＵ１０は、次にＧＰＳの測位（ＧＰＳ衛星の信号受信）を実行するまでの計時時間をリセットし（ステップＳ１１）、３軸加速度センサ１６と３軸地磁気センサ１５のセンサ出力をサンプリングして自律航法制御処理部２０へ送る（ステップＳ１２）。そして、ＧＰＳの測位（ＧＰＳ衛星の信号受信）を行う計時時間を経過したか判別する（ステップＳ１３）。
【００５３】
その結果、ＧＰＳの測位を行う計時時間に達していなければ、自律航法制御処理部２０により上述の移動ベクトル算出処理によりユーザの一歩分の移動ベクトルを算出させ（ステップＳ１４）、この移動ベクトルを前回の測位により得られた位置データに加算して現在の位置データを算出させる（ステップＳ１５）。これらステップＳ１４，Ｓ１５の処理により自律航法測位手段が構成される。そして、ＣＰＵ１０は自律航法制御処理部２０から現在の位置データを受けて位置データ記憶部２２に時系列に記憶させる（ステップＳ１６）。さらに、ＣＰＵ１０は地図上に現在位置を表わす内容の描画処理を行って表示部１７にその画像表示を行わせる（ステップＳ１７）。そして、再び、ステップＳ１２に戻る。
【００５４】
つまり、ＧＰＳの測位を行う間欠的な時間に達するまでは、ステップＳ１２〜Ｓ１７の処理が繰り返されて、自律航法による測位が連続的に実行されていく。そして、ユーザの一歩ごとの移動地点の測位が行われて、この移動地点の変化が地図画像上にリアルタイムで表示されていく。一歩ごとの測位を行っているため、ユーザが交差点を曲った場合にも、追従性良くこの進行方向の変化が表れる位置データが求められて、地図画像中にその移動地点の表示が行われるようになっている。
【００５５】
一方、ステップＳ１３の判別処理で、ＧＰＳの測位を行う間欠的な計時時間の経過と判別されたら、ＣＰＵ１０の処理はステップＳ１２〜Ｓ１７のループ処理を抜ける。そして、ＣＰＵ１０はＧＰＳ受信部１４に信号受信の指令を発行してＧＰＳ衛星の信号を受信させるとともに（ステップＳ１８）、測位指令を発行して現在位置を算出させる（ステップＳ１９）。そして、ＧＰＳ受信部１４から位置データを受け取る。
【００５６】
ＧＰＳ受信部１４から位置データを受け取ったら、次に、ＣＰＵ１０はＧＰＳ受信部１４からこの位置データの測位精度を表わす精度情報を読み出して、所定以上の精度が得られているか判別する（ステップＳ２０）。ここで、精度情報としては、例えば、ＤＯＰ（Dilution of Precision）値、或いは、ＧＳＴ（GNSS Pseudorange Error Statistics）を適用することができる。そして、所定以上の精度があれば次に移行する一方、所定以上の精度がなければ、このＧＰＳの位置データは使用せずにステップＳ１２に戻る。
【００５７】
所定以上の精度があって次に移行したら、ＧＰＳの測位が初回目で始点の登録が未だされていないか判別し（ステップＳ２１）、未だ始点が登録されていなければ、今回のＧＰＳの測位により得られた位置データを始点として登録して（ステップＳ２２）、ステップＳ１２に戻る。一方、始点が登録済みであれば、今回のＧＰＳの測位により得られた位置データを終点として登録する（ステップＳ２３）。
【００５８】
ここで、始点および終点とは、ＧＰＳの測位により位置データが取得された地点で、且つ、連続的な自律航法の測位により移動ベクトルが逐次積算されて位置データが求められている区間の始まりと終わりの地点に相当する。始点が登録された後には、この始点を基準地点として、自律航法の測位処理で算出された移動ベクトルが始点の位置データに逐次積算されていくことで、自律航法の測位の一連の位置データが求められていく。
【００５９】
終点の登録を行ったら、次に、ＣＰＵ１０は、位置データ記憶部２２に記憶されている始点から終点にかけた一連の位置データを自律航法誤差補正処理部２１に送って、これら一連の位置データ（移動軌跡）の補正処理、ならびに、可能であれば歩幅データの補正処理を行わせる（ステップＳ２４）。
【００６０】
ステップＳ２４の処理のうち位置データの補正処理では、先ず、一連の位置データを時系列に結んだ移動軌跡の始端と終端が、ＧＰＳ測位により得られた始点と終点の位置と重なるように、上記移動軌跡を全体的に伸縮又は縮小ならびに回転させるようにシフトさせる処理を行う。そして、このシフト後の移動軌跡の各地点の位置データを補正後の位置データとして一連の位置データを修正する。さらに、一歩ごとのジグザグの移動軌跡は、その中央を通る滑らかな線により移動軌跡が表わされるように一連の位置データを修正する。
【００６１】
また、ステップＳ２４の処理のうち歩幅データの補正処理では、始点から終点にかけてユーザが直進したと判断できるか判別し、直進と判断できる場合に、始点から終点までの距離をその間の歩数で除算して、新たな歩幅データ１２ａを算出する。そして、これをＥＥＰＲＯＭ１２に記憶させる。
【００６２】
次に、ＣＰＵ１０は、ＧＰＳの測位を行った時間を記憶して次にＧＰＳの測位を実行する計時時間をリセットする（ステップＳ２５）。さらに、続く自律航法の測位で、直線にＧＰＳの測位により得られた位置データを始点とすべく、ステップＳ２３で終点として登録した位置データを始点として登録しなおす（ステップＳ２６）。
【００６３】
始点が登録しなおされたら、ステップＳ１２に戻って、再び、次のＧＰＳの測位時間になるまで、ステップＳ１２〜Ｓ１７のループ処理により自律航法の測位が繰り返し実行されていく。
【００６４】
以上のように、この第１実施形態の測位装置１によれば、自律航法の測位において一歩の歩行動作ごとに測位が行われて位置データが算出されるようになっている。従って、ユーザが交差点を曲ったりした場合にも、追従性良くこの進行方向の変化が表わされる位置データが求められて、地図画像中にその移動地点が表示されるようになっている。
【００６５】
また、一歩ごとに自律航法の測位を行うと、従来ではトータルの移動距離が実際の移動距離より短くなるような測位誤差が含まれてしまうところ、この第１実施形態の測位装置１によれば、移動方向のブレ角度θに応じて歩幅データ１２ａの値が補正されて、一歩の移動量が求められるようになっている。従って、上記のような測位誤差が低減されて高精度な自律航法の測位が実現される。
【００６６】
具体的には、移動方向のブレ角度θに応じて歩幅データ１２ａの歩幅Ｗを上記の式（２）のように補正して一歩の移動量Ｈ１を求めているので、左右の足の踏込み方向の違いに基づく移動方向のブレ角度θに起因した測位誤差を適宜除去することができる。
【００６７】
また、この第１実施形態の測位装置１によれば、移動方向は３軸加速度センサ１６の水平方向成分の計測データから求めるとともに、移動方向のブレ角度θは、複数歩分の移動方向を平均して得た平均移動方向と、今回の一歩の移動方向との差異から求めるようにしているので、比較的容易に移動方向のブレ角度θを算出することができる。
【００６８】
また、この第１実施形態の測位装置１では、歩幅データ１２ａは、２地点間をユーザが移動した際の当該２地点間の距離を移動歩数で除算した値に設定されているので、従来と同様の方法により容易に歩幅の設定が可能である。また、この第１実施形態の測位装置１では、ＧＰＳの測位により基準地点の位置データを取得し、この位置データに自律航法用センサの出力に基づき算出される一歩ごとの移動ベクトルを積算していくことで自律航法の測位結果となる位置データを求めていくようになっている。従って、自律航法の測位によって絶対座標における位置データが求められるようになっている。
【００６９】
［第２実施形態］
第２実施形態の測位装置１は、自律航法の測位中に一歩ごとの移動量を移動方向のブレ角度θを考慮して補正するのではなく、ユーザの歩幅を求める際に上記ブレ角度θを考慮して歩幅を算出し、その値を歩幅データ１２ａとして設定するようにしたものである。第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００７０】
［歩幅データの算出方法］
図７には、第２実施形態における歩幅データの算出方法を説明する図を示す。同図において楕円のマークによりユーザの一歩ごとの足取りを表わしている。
【００７１】
第２実施形態では、歩幅データ１２ａは、次のように算出されてＥＥＰＲＯＭ１２に記憶される。すなわち、図７に示すように、先ず、地点Ａと地点ＢとでＧＰＳにより正確な位置データが取得され、ユーザが地点Ａと地点Ｂとの間を直進する移動がなされているとする。
【００７２】
第２実施形態では、上記のようなユーザの移動の間に、第１実施形態の自律航法の測位処理で行ったように、一歩ごとのブレ角度θ１，θ２・・・を算出する。さらに、これらのブレ角度θ１，θ２・・・の平均値である平均ブレ角度θを求める。なお、これらのブレ角度θ１，θ２・・・は、ほぼ同一の角度になるはずなので、何れかを代表させて平均ブレ角度θとしても良い。
【００７３】
そして、ＣＰＵ１０は、ＧＰＳの測位結果に基づき地点Ａ，Ｂ間の距離Ｄを算出し、自律航法制御処理部２０の演算結果から地点Ａ，Ｂ間のユーザの歩数Ｎ（図２では１９歩）を算出し（歩数計数手段）、次式（３）により歩幅Ｗを算出する。
Ｗ ＝ Ｗ１ ／ ｃｏｓθ ＝（Ｄ／Ｎ）／ｃｏｓθ ・・・ （３）
【００７４】
図７（ｂ）に示すように、Ｗ１は平均進行方向に沿った一歩分の移動量であり、Ｗはジグザグな移動方向に沿った一歩分の移動量を表わすことになる。そして、この歩幅Ｗを歩幅データ１２ａとしてＥＥＰＲＯＭ１２に記憶する。上記の歩幅Ｗを算出するプログラムおよびＣＰＵ１０により歩幅算出手段が構成される。
【００７５】
［移動ベクトルの算出方法］
図８には、第２実施形態の移動ベクトル算出処理のフローチャートを示す。
【００７６】
第２実施形態では、歩幅データ１２ａに一歩ごとのジグザグな移動方向に沿った移動量を表わす歩幅が設定されるので、自律航法の測位中に移動方向のブレ角度θを算出して歩幅を補正する必要がない。
【００７７】
従って、第２実施形態の移動ベクトル算出処理では、第１実施形態と同様に、先ず、一歩分の移動方向を算出したら（ステップＳ３１）、そのまま一歩分の移動量として歩幅データ１２ａの値を適用し（ステップＳ３２）、そして、この移動方向と移動量とから移動ベクトルを生成して（ステップＳ３３）、この移動ベクトル算出処理を終了する。
【００７８】
［全体測位処理］
全体測位処理では、歩幅データ１２ａを補正する処理（図６のステップＳ２４；歩幅算出手段）において上記の歩幅データの算出方法が適用され、移動ベクトル算出処理（図６のステップＳ１４）で上記方法が適用されて、その他は第１実施形態と同様の測位処理が実現される。
【００７９】
以上のように、この第２実施形態の測位装置１によれば、左右の足の踏込み方向の違いに起因する一歩ごとの移動方向のブレ角度θが考慮されて歩幅データ１２ａが設定されるようになっている。従って、この歩幅データ１２ａを用いて一歩ごとの移動量を求めることで、自律航法の測位を一歩ごとに行った場合でも、トータルの移動距離が短く計測されるという測位誤差が低減されて、高精度な自律航法の測位が実現される。
【００８０】
具体的には、一歩ごとの移動方向のブレ角度θに応じて歩幅Ｗを上記の式（３）のように求めているので、この歩幅Ｗによって一歩ごとの移動量が適宜算出されて、一歩ごとの自律航法の測位を高い精度で実現することができる。
【００８１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、第１実施形態で一歩の移動量を算出するのに歩幅データの値をブレ角度θの余弦値で除算して求めているが、この数式で算出するのでなく、ブレ角度θに応じて類似の移動量が得られる関数式に従って求めるようにしても良い。また、第１実施形態では歩幅データを一定としているが、重力方向の加速度変化の大小等に応じて歩幅データの値を変動させた上で、ブレ角度θに応じた算術を行って一歩の移動量を算出するようにしても良い。
【００８２】
また、第２実施形態では、平均進行方向に沿った一歩の幅Ｗ１をブレ角度θの余弦値で除算して歩幅Ｗを求めているが、この数式で算出するのでなく、ブレ角度θに応じて類似の歩幅が得られる関数式に従って求めるようにしても良い。
【００８３】
また、上記実施形態では、一歩ごとのブレ角度θを求めるのに、加速度センサの出力に基づき平均進行方向と一歩ごとの移動方向との差異から求めているが、ジャイロスコープを用いて一歩ごとの左右のローリング動作を計測することでブレ角度を求めるようにしても良い。
【００８４】
その他、実施の形態で示した細部は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 測位装置
１０ ＣＰＵ
１１ ＲＡＭ
１２ ＥＥＰＲＯＭ
１２ａ 歩幅データ
１３ ＧＰＳ受信アンテナ
１４ ＧＰＳ受信部
１５ ３軸地磁気センサ
１６ ３軸加速度センサ
１７ 表示部
１８ 地図データベース
２０ 自律航法制御処理部
２１ 自律航法誤差補正処理部
２２ 位置データ記憶部
Ｒ０ 平均進行方向
Ｒ１，Ｒ２ 移動方向
θ１，θ２ ブレ角度
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自律航法により歩行体の測位を行う測位装置、測位方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
以前より、自律航法により歩行体の測位を行う測位装置がある。このような測位装置では、通常、歩行動作に伴う上下動を検出して歩数をカウントし、この歩数と予め設定されている歩幅とを乗算することで移動量を算出する。そして、地磁気センサや加速度センサの出力から移動方向を算出して、上記移動量と移動方向とからなる移動ベクトルを基準位置の位置データに積算していくことで歩行体の位置を測定する。
【０００３】
自律航法の測位に使用される歩幅データは、通常、次のような測定処理により歩行体に合った値が設定される。すなわち、任意の２地点間を歩行体に直進させるとともに、その間の歩数を計数する。そして、当該２地点間の距離を歩数で除算して、この算出された値を歩幅データとして設定する。
【０００４】
また、本願発明に関連する従来技術として、特許文献１には、歩行体の測位を行う装置において、一歩の時間や足を踏み出す際の加速度の大きさ等から歩行状態に応じた歩幅の修正を行うことで、自律航法による測位精度を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９７７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
歩行体の位置を自律航法の測位によって追従性良く求めるには、歩行体が一歩進むごとに移動地点の測位を行うのが良い。しかしながら、一歩ごとに測位を実行すると、計測されたトータルの移動距離が実際の移動距離よりも小さくなるという測位誤差が生じるという課題があった。すなわち、歩行体がＡ地点からＢ地点まで移動する間、自律航法の測位を行っていたとする。この場合、歩行体はＡ地点からＢ１地点まで移動したという測位結果が得られ、計測による移動距離（Ａ→Ｂ１）が実際の移動距離（Ａ→Ｂ）よりも短くなる。
【０００７】
この発明の目的は、自律航法により一歩ごとに測位を行う場合において、移動量の誤差を適宜小さくすることで、歩行体の移動に対する追従性が良好で、且つ、高精度な測位を行うことのできる測位装置、測位方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、
歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段と、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出手段と、
を備え、
前記移動方向算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
移動量算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出手段を有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴とする測位装置である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の測位装置において、
前記移動量算出手段は、
前記歩幅データが示す歩幅をＷ、前記ブレ角度をθ、補正後の歩幅をＤとして、
Ｄ ＝ Ｗ／ ｃｏｓθ
の関係式に準じて一歩ごとの移動量を算出することを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の測位装置において、
前記自律航法用センサは、
加速度を検出する加速度センサおよび地磁気を検出する地磁気センサを有し、
前記ブレ角度算出手段は、
前記加速度センサにより検出された水平方向の複数歩分の加速度変化に基づき平均的な進行方向を算出し、前記加速度センサにより検出された水平方向の一歩分の加速度変化に基づき一歩の移動方向を算出し、前記平均的な進行方向と前記一歩の移動方向との差異を前記ブレ角度として算出することを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の測位装置において、
前記歩幅データは、歩行体が２地点間を直進した際に、当該２地点間の距離を当該２地点間の移動に要した歩数で除算した値に設定されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の測位装置において、
測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段を備え、
前記衛星測位手段の測位により得られた基準地点の位置データに、前記移動量算出手段により算出された移動量、および、前記移動方向算出手段により算出された移動方向からなる移動ベクトルを積算していくことで各移動地点の測位を行うことを特徴としている。
【００１３】
請求項６記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、
測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段と、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出手段と、
前記歩幅算出手段により算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶する歩幅データ記憶手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位手段と、
を備え、
前記歩幅算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出手段を有し、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴とする測位装置である。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の測位装置において、
前記歩幅算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき前記２地点間の歩数を計数する歩数計数手段を有し、
前記２地点間の距離をＤ、前記歩数をＮ、前記ブレ角度をθ、歩幅をＷとして、
Ｗ ＝（ Ｄ／ Ｎ）／ ｃｏｓθ
の関係式に準じて前記歩幅を算出することを特徴としている。
【００１５】
請求項８記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、前記歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段とを用いて、前記歩行体の測位を行う測位方法であって、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出ステップと、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出ステップと、
を含み、
前記移動方向算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
前記移動量算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出ステップを有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴としている。
【００１６】
請求項９記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段とを用いて、自律航法により前記歩行体の測位を行う測位方法であって、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出ステップと、
前記歩幅算出ステップにより算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶手段に記憶する歩幅データ記憶ステップと、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位ステップと、
を備え、
前記歩幅算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出ステップを含み、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴としている。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、前記歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段とが接続されたコンピュータに、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出機能と、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出機能と、
を実現させるとともに、
前記移動方向算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
前記移動量算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出機能を有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴としている。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段とに接続されたコンピュータに、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出機能と、
前記歩幅算出機能により算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶手段に記憶する歩幅データ記憶機能と、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位機能と、
を実現させるとともに、
前記歩幅算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出機能を含み、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に従うと、一歩ごとの移動量および移動方向を算出して歩行体の位置を一歩ごとに測定していくので、歩行体の移動に対して追従性良く歩行体の位置を求めていくことができる。さらに、移動方向の一歩ごとのブレ角度を考慮して一歩ごとの移動量が求められるので、移動量の計測誤差が小さくなって精度の高い測位を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の測位装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における歩幅データの算出方法を説明する図である。
【図３】歩幅データをそのまま歩幅として用いた場合にトータルの移動距離が短く計測される現象を説明する図である。
【図４】一歩ごとの移動方向を算出する方法を説明する図である。
【図５】第１実施形態における移動ベクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態における全体測位処理の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態における歩幅データの算出方法を説明する図である。
【図８】第２実施形態における移動ベクトル算出処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の測位装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２３】
この測位装置１は、歩行体に保持されて移動地点を測位するとともに、各移動地点の位置データを履歴として保存して、地図画像上に現在の移動地点をリアルタイムで表わして表示する装置である。
【００２４】
この測位装置１は、自律航法用センサである３軸地磁気センサ１５および３軸加速度センサ１６と、ＧＰＳ（全地球測位システム）衛星から信号を受信するＧＰＳ受信アンテナ１３と、ＧＰＳ衛星から受信した信号を復調し且つ現在位置の測位演算を行う衛星測位手段としてのＧＰＳ受信部１４と、画像表示を行う表示部１７と、装置の全体的な制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）１０と、ＣＰＵ１０に作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）１１と、ＣＰＵ１０が実行する制御プログラムや制御データが格納されるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）１２と、自律航法用センサの出力に基づき移動方向および移動量を算出して位置データを求める自律航法制御処理部２０と、自律航法の測位により過去に求められた一連の位置データをＧＰＳの測位結果に基づいて補正する自律航法誤差補正処理部２１と、測位結果の位置データが時系列に記憶されていく位置データ記憶部２２と、各地の地図画像のデータが格納された地図データベース１８等を備えている。上記構成のうちＣＰＵ１０と自律航法制御処理部２０によりプログラムを実行するコンピュータが構成される。
【００２５】
ＧＰＳ受信部１４は、ＣＰＵ１０からの測位指令に応じてＧＰＳ衛星の信号を受信するとともに、所定の測位演算を行って現在地点の位置データを算出し、ＣＰＵ１０へ送る。
【００２６】
３軸地磁気センサ１５は、互いに直交する３軸方向の地軸の大きさをそれぞれ検出するセンサである。３軸加速度センサ１６は、互いに直交する３軸方向の加速度をそれぞれ検出するセンサである。これら３軸地磁気センサ１５と３軸加速度センサ１６のセンサ信号はデジタル変換された後にＣＰＵ１０を介して自律航法制御処理部２０に送られる。
【００２７】
自律航法制御処理部２０は、ＣＰＵ１０を補助するための演算回路であり、３軸地磁気センサ１５および３軸加速度センサ１６の計測データと、予め設定されている歩幅データとに基づいて、歩行体の一歩の歩行動作ごとに移動方向と移動量とを算出して移動位置の位置データを求めるものである。移動方向と移動量の算出方法については後に詳述する。
【００２８】
自律航法誤差補正処理部２１は、ＣＰＵ１０を補助するための演算回路であり、ＧＰＳによる間欠的な測位が行われた際に、ＧＰＳの正確な位置データに基づいて、自律航法の測位によって得られている一連の位置データをそれぞれ補正する。具体的には、Ａ地点とＢ地点でＧＰＳにより正確な位置データから取得され、Ａ地点からＢ地点への移動時に自律航法の測位によって一連の位置データが取得されている場合に、これら一連の位置データを結んだ移動軌跡の始端と終端が、ＧＰＳの測位結果であるＡ地点とＢ地点の位置データにそれぞれ合致するように、この移動軌跡の全体をシフトさせるように各地点の位置データを補正する。このような補正により、自律航法の測位により得られた一連の位置データを、全体的に誤差の少ない位置データに補正することができる。
【００２９】
ＥＥＰＲＯＭ１２には、制御プログラムの一つとして、自律航法による連続的な測位とＧＰＳによる間欠的な測位とを繰り返し実行していく全体測位処理のプログラムが格納されている。また、ＥＥＰＲＯＭ１２は、歩幅データ記憶手段として機能し、制御データの一つとして、ユーザの歩幅を表わす歩幅データ１２ａが格納されている。
【００３０】
［歩幅データの算出方法］
図２には、第１実施形態における歩幅データの算出方法を説明する図を示す。この図において楕円のマークによりユーザの一歩ごとの足取りを表わしている。
【００３１】
この実施形態において、歩幅データ１２ａは次のように算出されてＥＥＰＲＯＭ１２に記憶される。すなわち、図２に示すように、先ず、地点Ａと地点ＢとでＧＰＳにより正確な位置データが取得され、ユーザが地点Ａと地点Ｂとの間を直進する移動がなされているとする。この場合、ＧＰＳの測位結果に基づき地点Ａ，Ｂ間の距離Ｄを算出し、自律航法制御処理部２０の演算結果から地点Ａ，Ｂ間のユーザの歩数Ｎ（図２では２０歩）を算出し、次式（１）により歩幅Ｗを算出する。
Ｗ ＝ Ｄ／ Ｎ ・・・ （１）
【００３２】
ＣＰＵ１０は、測位処理の中で上記のような直進運動が得られた場合、或いは、設定処理の中で要請によりユーザに上記のような直進運動を行わせた場合に、上記のような歩幅Ｗの算出処理を行って、この歩幅Ｗを表わす歩幅データ１２ａをＥＥＰＲＯＭ１２に記憶させる。
【００３３】
［移動距離が短く計測される現象の説明］
ここで、上記のように得られた歩幅データ１２ａをそのまま歩幅として用いて、自律航法により一歩ごとの測位を行った場合に、トータルの移動距離が短く計測される現象の説明を行う。
【００３４】
図３には、歩幅データをそのまま歩幅として用いて自律航法の測位を行った場合にトータルの移動距離が短く計測される現象を説明する図を示す。同図（ａ）は実際の移動を示したもの、（ｂ）は自律航法の測位結果により表わされる移動を示したものである。この図において楕円マークによりユーザの一歩ごとの足取りを表わしている。
【００３５】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、ユーザは左右の足の踏込み方向の違いにより直進している場合でも移動方向に左右のブレが生じる。そのため、図３（ａ），（ｂ）に点線で示すように、自律航法の測位を一歩ごとに実行すると移動方向の左右のブレにより、ユーザが直進している場合でも一歩ごとにジグザグに移動しているような測位結果が得られる。そして、一歩ごとの移動量を歩幅Ｗとして自律航法の測位を行っていれば、図３（ｂ）のような測位結果が得られる。
【００３６】
しかしながら、ＥＥＰＲＯＭ１２に設定される歩幅データ１２ａの値（歩幅Ｗ）は、図３（ａ）に示すように、直進方向に沿った一歩ごとの移動量“Ｗ”に相当する。そのため、図３（ａ）の実際の移動パターンと図３（ｂ）の測位結果が表わす移動パターンとの比較から分かるように、上記のように自律航法の測位を行うと、移動経路がジグザグに求められる分、トータルの移動距離Ｄ１が実際の移動距離Ｄよりも短く計測されてしまう。
【００３７】
［移動ベクトルの算出方法］
図４には、第１実施形態の測位装置１において一歩ごとの移動方向を算出する方法を説明する図を、図５には、第１実施形態の測位装置１における一歩ごとの移動ベクトル算出処理のフローチャートを示す。
【００３８】
図４のグラフは、３軸加速度センサ１６の出力のうち水平方向の加速度を時系列にプロットしたもので、同図（ａ）は左足を踏み出す一歩の動作期間に得られる加速度のグラフ、（ｂ）は右足を踏み出す一歩の動作期間に得られる加速度のグラフである。
【００３９】
第１実施形態において自律航法制御処理部２０は、次のような演算処理を行って一歩ごとの移動ベクトルを求める。先ず、自律航法制御処理部２０は、３軸加速度センサ１６のセンサ出力を継続的に入力し、このセンサ出力の時間平均から重力方向を検出する。そして、センサ出力の鉛直方向成分と水平方向成分とを分離する。また、センサ出力の鉛直方向成分から歩行時の上下動を検出して一歩ごとの動作期間を特定する。
【００４０】
そして、上記の処理に基づきセンサ出力から水平方向成分で一歩の動作期間の測定データを抽出することで、左足を踏み出した際には、図４（ａ）に示すような計測データが得られ、右足を踏み出した際には、図４（ｂ）に示すような計測データが得られる。このような計測データが得られたら、自律航法制御処理部２０は、例えば、水平方向成分の原点と原点から一番離れたプロットとを結ぶ方向Ｒ１，Ｒ２を一歩ごとの移動方向として算出する（図５のステップＳ１：移動方向算出手段）。この移動方向の算出時には、３軸地磁気センサ１５のセンサ出力に基づき、３軸加速度センサ１６の３軸の各向きと方位とが対応づけられて、移動方向を方位表現に変換することが可能となる。
【００４１】
なお、一歩ごとの移動方向の算出方法は、上記のように原点と原点から一番離れたプロットとを結ぶ方向を移動方向とするものに限られない。例えば、上記の一歩分の計測データから回帰直線を求めて、この回帰直線の方向を移動方向として求めたり、鉛直方向の加速度が減少する期間において水平方向成分の加速度が最大になったときの加速度方向を移動方向として求めたり、或いは、垂直方向の加速度が減少する一定期間の水平方向成分の加速度を平均した加速度方向を移動方向として求めるなど、種々の変形例を適用することができる。
【００４２】
次に、自律航法制御処理部２０は、直前の４歩の歩行動作で上記のように算出された４つの移動方向がそれぞれ直進と判断されているか（後述の平均進行方向とのなす角度がしきい値以下か）を判別し（ステップＳ２）、直進と判断された直前４歩分の移動方向が有ればこれら４歩分の移動方向の平均を計算して平均進行方向とする（ステップＳ３）。図４（ａ），（ｂ）において、符号Ｒ０により平均進行方向を示している。同図では３軸加速度センサ１６のｙ軸方向と平均進行方向Ｒ０とが重なっているが、方向はユーザの進行方向に応じて色々に変化する。
【００４３】
続いて、自律航法制御処理部２０は、今回一歩の移動方向（図４では方向Ｒ１，Ｒ２）と平均進行方向Ｒ０とのなす角度θ（図４では角度θ１，θ２）を計算し（ブレ角度算出手段）、この角度θがしきい値以下（例えば２０°以下）であるか判別する（ステップＳ４）。この判別は、この角度θが左右の足の踏込み方向の違いによる移動方向のブレ角度なのか、それとも進行方向を変更したことによる角度変化なのかを区別するものである。
【００４４】
判別の結果、角度θがしきい値以下であり足の踏込み方向の違いによるブレ角度であると判別されたら、図３（ａ），（ｂ）で説明した歩幅の誤差を解消するため、一歩の移動量Ｈ１（ジグザグ歩行に沿った一歩ごとの歩幅）を歩幅データ１２ａの値（ジグザグ歩行を平均した直進移動と見なして算出された一歩の歩幅Ｗ；図２を参照）と上記ブレ角度θとから次式（２）のように求める（ステップＳ５；移動量算出手段）。
Ｈ１ ＝ Ｗ／ ｃｏｓθ ・・・ （２）
【００４５】
一方、ステップＳ２の判別処理で、直前の４歩の移動方向のデータが未取得であったり、直前４歩の移動方向の何れかが直進と判断されていなかった場合には、平均進行方向Ｒ０とブレ角度θとを求めることが出来ないので、今回一歩の移動量を歩幅データ１２ａの値とする（ステップＳ６）。
【００４６】
また、ステップＳ４の判別処理で、今回一歩の移動方向と平均進行方向Ｒ０とのなす角度θがしきい値を超えていれば、角度θはブレ角度でなく進行方向の変更によるものであると判断して、ブレ角度が不明なので、今回一歩の移動量を歩幅データ１２ａの値とする（ステップＳ６）。
【００４７】
そして、上記のように求められた移動方向と移動量とから移動ベクトルを生成して（ステップＳ７）、この移動ベクトル算出処理を完了とする。
【００４８】
上記のように歩幅データ１２ａの値をブレ角度θに応じて長く補正して一歩の移動量を算出しているので、図３に示したように一歩ごとの自律航法の測位によりトータルの移動距離が短く計測されるといった測位誤差を低減することができる。
【００４９】
［全体測位処理］
次に、測位装置１により実行される全体測位処理の制御手順について説明する。
【００５０】
図６には、この全体測位処理のフローチャートを示す。
【００５１】
全体測位処理では、自律航法の測位が連続的に行われる一方、ＧＰＳによる測位が間欠的に行われて、ＧＰＳの測位により自律航法の測位の基準地点（始点）を定めたり、自律航法の測位により得られた一連の位置データが補正されるようになっている。
【００５２】
全体測位処理が開始されると、先ず、ＣＰＵ１０は、次にＧＰＳの測位（ＧＰＳ衛星の信号受信）を実行するまでの計時時間をリセットし（ステップＳ１１）、３軸加速度センサ１６と３軸地磁気センサ１５のセンサ出力をサンプリングして自律航法制御処理部２０へ送る（ステップＳ１２）。そして、ＧＰＳの測位（ＧＰＳ衛星の信号受信）を行う計時時間を経過したか判別する（ステップＳ１３）。
【００５３】
その結果、ＧＰＳの測位を行う計時時間に達していなければ、自律航法制御処理部２０により上述の移動ベクトル算出処理によりユーザの一歩分の移動ベクトルを算出させ（ステップＳ１４）、この移動ベクトルを前回の測位により得られた位置データに加算して現在の位置データを算出させる（ステップＳ１５）。これらステップＳ１４，Ｓ１５の処理により自律航法測位手段が構成される。そして、ＣＰＵ１０は自律航法制御処理部２０から現在の位置データを受けて位置データ記憶部２２に時系列に記憶させる（ステップＳ１６）。さらに、ＣＰＵ１０は地図上に現在位置を表わす内容の描画処理を行って表示部１７にその画像表示を行わせる（ステップＳ１７）。そして、再び、ステップＳ１２に戻る。
【００５４】
つまり、ＧＰＳの測位を行う間欠的な時間に達するまでは、ステップＳ１２〜Ｓ１７の処理が繰り返されて、自律航法による測位が連続的に実行されていく。そして、ユーザの一歩ごとの移動地点の測位が行われて、この移動地点の変化が地図画像上にリアルタイムで表示されていく。一歩ごとの測位を行っているため、ユーザが交差点を曲った場合にも、追従性良くこの進行方向の変化が表れる位置データが求められて、地図画像中にその移動地点の表示が行われるようになっている。
【００５５】
一方、ステップＳ１３の判別処理で、ＧＰＳの測位を行う間欠的な計時時間の経過と判別されたら、ＣＰＵ１０の処理はステップＳ１２〜Ｓ１７のループ処理を抜ける。そして、ＣＰＵ１０はＧＰＳ受信部１４に信号受信の指令を発行してＧＰＳ衛星の信号を受信させるとともに（ステップＳ１８）、測位指令を発行して現在位置を算出させる（ステップＳ１９）。そして、ＧＰＳ受信部１４から位置データを受け取る。
【００５６】
ＧＰＳ受信部１４から位置データを受け取ったら、次に、ＣＰＵ１０はＧＰＳ受信部１４からこの位置データの測位精度を表わす精度情報を読み出して、所定以上の精度が得られているか判別する（ステップＳ２０）。ここで、精度情報としては、例えば、ＤＯＰ（Dilution of Precision）値、或いは、ＧＳＴ（GNSS Pseudorange Error Statistics）を適用することができる。そして、所定以上の精度があれば次に移行する一方、所定以上の精度がなければ、このＧＰＳの位置データは使用せずにステップＳ１２に戻る。
【００５７】
所定以上の精度があって次に移行したら、ＧＰＳの測位が初回目で始点の登録が未だされていないか判別し（ステップＳ２１）、未だ始点が登録されていなければ、今回のＧＰＳの測位により得られた位置データを始点として登録して（ステップＳ２２）、ステップＳ１２に戻る。一方、始点が登録済みであれば、今回のＧＰＳの測位により得られた位置データを終点として登録する（ステップＳ２３）。
【００５８】
ここで、始点および終点とは、ＧＰＳの測位により位置データが取得された地点で、且つ、連続的な自律航法の測位により移動ベクトルが逐次積算されて位置データが求められている区間の始まりと終わりの地点に相当する。始点が登録された後には、この始点を基準地点として、自律航法の測位処理で算出された移動ベクトルが始点の位置データに逐次積算されていくことで、自律航法の測位の一連の位置データが求められていく。
【００５９】
終点の登録を行ったら、次に、ＣＰＵ１０は、位置データ記憶部２２に記憶されている始点から終点にかけた一連の位置データを自律航法誤差補正処理部２１に送って、これら一連の位置データ（移動軌跡）の補正処理、ならびに、可能であれば歩幅データの補正処理を行わせる（ステップＳ２４）。
【００６０】
ステップＳ２４の処理のうち位置データの補正処理では、先ず、一連の位置データを時系列に結んだ移動軌跡の始端と終端が、ＧＰＳ測位により得られた始点と終点の位置と重なるように、上記移動軌跡を全体的に伸縮又は縮小ならびに回転させるようにシフトさせる処理を行う。そして、このシフト後の移動軌跡の各地点の位置データを補正後の位置データとして一連の位置データを修正する。さらに、一歩ごとのジグザグの移動軌跡は、その中央を通る滑らかな線により移動軌跡が表わされるように一連の位置データを修正する。
【００６１】
また、ステップＳ２４の処理のうち歩幅データの補正処理では、始点から終点にかけてユーザが直進したと判断できるか判別し、直進と判断できる場合に、始点から終点までの距離をその間の歩数で除算して、新たな歩幅データ１２ａを算出する。そして、これをＥＥＰＲＯＭ１２に記憶させる。
【００６２】
次に、ＣＰＵ１０は、ＧＰＳの測位を行った時間を記憶して次にＧＰＳの測位を実行する計時時間をリセットする（ステップＳ２５）。さらに、続く自律航法の測位で、直線にＧＰＳの測位により得られた位置データを始点とすべく、ステップＳ２３で終点として登録した位置データを始点として登録しなおす（ステップＳ２６）。
【００６３】
始点が登録しなおされたら、ステップＳ１２に戻って、再び、次のＧＰＳの測位時間になるまで、ステップＳ１２〜Ｓ１７のループ処理により自律航法の測位が繰り返し実行されていく。
【００６４】
以上のように、この第１実施形態の測位装置１によれば、自律航法の測位において一歩の歩行動作ごとに測位が行われて位置データが算出されるようになっている。従って、ユーザが交差点を曲ったりした場合にも、追従性良くこの進行方向の変化が表わされる位置データが求められて、地図画像中にその移動地点が表示されるようになっている。
【００６５】
また、一歩ごとに自律航法の測位を行うと、従来ではトータルの移動距離が実際の移動距離より短くなるような測位誤差が含まれてしまうところ、この第１実施形態の測位装置１によれば、移動方向のブレ角度θに応じて歩幅データ１２ａの値が補正されて、一歩の移動量が求められるようになっている。従って、上記のような測位誤差が低減されて高精度な自律航法の測位が実現される。
【００６６】
具体的には、移動方向のブレ角度θに応じて歩幅データ１２ａの歩幅Ｗを上記の式（２）のように補正して一歩の移動量Ｈ１を求めているので、左右の足の踏込み方向の違いに基づく移動方向のブレ角度θに起因した測位誤差を適宜除去することができる。
【００６７】
また、この第１実施形態の測位装置１によれば、移動方向は３軸加速度センサ１６の水平方向成分の計測データから求めるとともに、移動方向のブレ角度θは、複数歩分の移動方向を平均して得た平均移動方向と、今回の一歩の移動方向との差異から求めるようにしているので、比較的容易に移動方向のブレ角度θを算出することができる。
【００６８】
また、この第１実施形態の測位装置１では、歩幅データ１２ａは、２地点間をユーザが移動した際の当該２地点間の距離を移動歩数で除算した値に設定されているので、従来と同様の方法により容易に歩幅の設定が可能である。また、この第１実施形態の測位装置１では、ＧＰＳの測位により基準地点の位置データを取得し、この位置データに自律航法用センサの出力に基づき算出される一歩ごとの移動ベクトルを積算していくことで自律航法の測位結果となる位置データを求めていくようになっている。従って、自律航法の測位によって絶対座標における位置データが求められるようになっている。
【００６９】
［第２実施形態］
第２実施形態の測位装置１は、自律航法の測位中に一歩ごとの移動量を移動方向のブレ角度θを考慮して補正するのではなく、ユーザの歩幅を求める際に上記ブレ角度θを考慮して歩幅を算出し、その値を歩幅データ１２ａとして設定するようにしたものである。第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００７０】
［歩幅データの算出方法］
図７には、第２実施形態における歩幅データの算出方法を説明する図を示す。同図において楕円のマークによりユーザの一歩ごとの足取りを表わしている。
【００７１】
第２実施形態では、歩幅データ１２ａは、次のように算出されてＥＥＰＲＯＭ１２に記憶される。すなわち、図７に示すように、先ず、地点Ａと地点ＢとでＧＰＳにより正確な位置データが取得され、ユーザが地点Ａと地点Ｂとの間を直進する移動がなされているとする。
【００７２】
第２実施形態では、上記のようなユーザの移動の間に、第１実施形態の自律航法の測位処理で行ったように、一歩ごとのブレ角度θ１，θ２・・・を算出する。さらに、これらのブレ角度θ１，θ２・・・の平均値である平均ブレ角度θを求める。なお、これらのブレ角度θ１，θ２・・・は、ほぼ同一の角度になるはずなので、何れかを代表させて平均ブレ角度θとしても良い。
【００７３】
そして、ＣＰＵ１０は、ＧＰＳの測位結果に基づき地点Ａ，Ｂ間の距離Ｄを算出し、自律航法制御処理部２０の演算結果から地点Ａ，Ｂ間のユーザの歩数Ｎ（図２では１９歩）を算出し（歩数計数手段）、次式（３）により歩幅Ｗを算出する。
Ｗ ＝ Ｗ１ ／ ｃｏｓθ ＝（Ｄ／Ｎ）／ｃｏｓθ ・・・ （３）
【００７４】
図７（ｂ）に示すように、Ｗ１は平均進行方向に沿った一歩分の移動量であり、Ｗはジグザグな移動方向に沿った一歩分の移動量を表わすことになる。そして、この歩幅Ｗを歩幅データ１２ａとしてＥＥＰＲＯＭ１２に記憶する。上記の歩幅Ｗを算出するプログラムおよびＣＰＵ１０により歩幅算出手段が構成される。
【００７５】
［移動ベクトルの算出方法］
図８には、第２実施形態の移動ベクトル算出処理のフローチャートを示す。
【００７６】
第２実施形態では、歩幅データ１２ａに一歩ごとのジグザグな移動方向に沿った移動量を表わす歩幅が設定されるので、自律航法の測位中に移動方向のブレ角度θを算出して歩幅を補正する必要がない。
【００７７】
従って、第２実施形態の移動ベクトル算出処理では、第１実施形態と同様に、先ず、一歩分の移動方向を算出したら（ステップＳ３１）、そのまま一歩分の移動量として歩幅データ１２ａの値を適用し（ステップＳ３２）、そして、この移動方向と移動量とから移動ベクトルを生成して（ステップＳ３３）、この移動ベクトル算出処理を終了する。
【００７８】
［全体測位処理］
全体測位処理では、歩幅データ１２ａを補正する処理（図６のステップＳ２４；歩幅算出手段）において上記の歩幅データの算出方法が適用され、移動ベクトル算出処理（図６のステップＳ１４）で上記方法が適用されて、その他は第１実施形態と同様の測位処理が実現される。
【００７９】
以上のように、この第２実施形態の測位装置１によれば、左右の足の踏込み方向の違いに起因する一歩ごとの移動方向のブレ角度θが考慮されて歩幅データ１２ａが設定されるようになっている。従って、この歩幅データ１２ａを用いて一歩ごとの移動量を求めることで、自律航法の測位を一歩ごとに行った場合でも、トータルの移動距離が短く計測されるという測位誤差が低減されて、高精度な自律航法の測位が実現される。
【００８０】
具体的には、一歩ごとの移動方向のブレ角度θに応じて歩幅Ｗを上記の式（３）のように求めているので、この歩幅Ｗによって一歩ごとの移動量が適宜算出されて、一歩ごとの自律航法の測位を高い精度で実現することができる。
【００８１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、第１実施形態で一歩の移動量を算出するのに歩幅データの値をブレ角度θの余弦値で除算して求めているが、この数式で算出するのでなく、ブレ角度θに応じて類似の移動量が得られる関数式に従って求めるようにしても良い。また、第１実施形態では歩幅データを一定としているが、重力方向の加速度変化の大小等に応じて歩幅データの値を変動させた上で、ブレ角度θに応じた算術を行って一歩の移動量を算出するようにしても良い。
【００８２】
また、第２実施形態では、平均進行方向に沿った一歩の幅Ｗ１をブレ角度θの余弦値で除算して歩幅Ｗを求めているが、この数式で算出するのでなく、ブレ角度θに応じて類似の歩幅が得られる関数式に従って求めるようにしても良い。
【００８３】
また、上記実施形態では、一歩ごとのブレ角度θを求めるのに、加速度センサの出力に基づき平均進行方向と一歩ごとの移動方向との差異から求めているが、ジャイロスコープを用いて一歩ごとの左右のローリング動作を計測することでブレ角度を求めるようにしても良い。
【００８４】
その他、実施の形態で示した細部は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 測位装置
１０ ＣＰＵ
１１ ＲＡＭ
１２ ＥＥＰＲＯＭ
１２ａ 歩幅データ
１３ ＧＰＳ受信アンテナ
１４ ＧＰＳ受信部
１５ ３軸地磁気センサ
１６ ３軸加速度センサ
１７ 表示部
１８ 地図データベース
２０ 自律航法制御処理部
２１ 自律航法誤差補正処理部
２２ 位置データ記憶部
Ｒ０ 平均進行方向
Ｒ１，Ｒ２ 移動方向
θ１，θ２ ブレ角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、
歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段と、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出手段と、
を備え、
前記移動方向算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
移動量算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出手段を有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴とする測位装置。
【請求項２】
前記移動量算出手段は、
前記歩幅データが示す歩幅をＷ、前記ブレ角度をθ、補正後の歩幅をＤとして、
Ｄ ＝ Ｗ／ ｃｏｓθ
の関係式に準じて一歩ごとの移動量を算出することを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項３】
前記自律航法用センサは、
加速度を検出する加速度センサおよび地磁気を検出する地磁気センサを有し、
前記ブレ角度算出手段は、
前記加速度センサにより検出された水平方向の複数歩分の加速度変化に基づき平均的な進行方向を算出し、前記加速度センサにより検出された水平方向の一歩分の加速度変化に基づき一歩の移動方向を算出し、前記平均的な進行方向と前記一歩の移動方向との差異を前記ブレ角度として算出することを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項４】
前記歩幅データは、歩行体が２地点間を直進した際に、当該２地点間の距離を当該２地点間の移動に要した歩数で除算した値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項５】
測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段を備え、
前記衛星測位手段の測位により得られた基準地点の位置データに、前記移動量算出手段により算出された移動量、および、前記移動方向算出手段により算出された移動方向からなる移動ベクトルを積算していくことで各移動地点の測位を行うことを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項６】
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、
測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段と、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出手段と、
前記歩幅算出手段により算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶する歩幅データ記憶手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位手段と、
を備え、
前記歩幅算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出手段を有し、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴とする測位装置。
【請求項７】
前記歩幅算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき前記２地点間の歩数を計数する歩数計数手段を有し、
前記２地点間の距離をＤ、前記歩数をＮ、前記ブレ角度をθ、歩幅をＷとして、
Ｗ ＝（ Ｄ／ Ｎ）／ ｃｏｓθ
の関係式に準じて前記歩幅を算出することを特徴とする請求項６記載の測位装置。
【請求項８】
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、前記歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段とを用いて、前記歩行体の測位を行う測位方法であって、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出ステップと、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出ステップと、
を含み、
前記移動方向算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
前記移動量算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出ステップを有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴とする測位方法。
【請求項９】
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段とを用いて、自律航法により前記歩行体の測位を行う測位方法であって、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出ステップと、
前記歩幅算出ステップにより算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶手段に記憶する歩幅データ記憶ステップと、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位ステップと、
を備え、
前記歩幅算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出ステップを含み、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴とする測位方法。
【請求項１０】
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、前記歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段とが接続されたコンピュータに、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出機能と、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出機能と、
を実現させるとともに、
前記移動方向算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
前記移動量算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出機能を有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１１】
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段とに接続されたコンピュータに、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出機能と、
前記歩幅算出機能により算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶手段に記憶する歩幅データ記憶機能と、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位機能と、
を実現させるとともに、
前記歩幅算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出機能を含み、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴とするプログラム。
【請求項１】
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、
歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段と、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出手段と、
を備え、
前記移動方向算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
移動量算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出手段を有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴とする測位装置。
【請求項２】
前記移動量算出手段は、
前記歩幅データが示す歩幅をＷ、前記ブレ角度をθ、補正後の歩幅をＤとして、
Ｄ ＝ Ｗ／ ｃｏｓθ
の関係式に準じて一歩ごとの移動量を算出することを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項３】
前記自律航法用センサは、
加速度を検出する加速度センサおよび地磁気を検出する地磁気センサを有し、
前記ブレ角度算出手段は、
前記加速度センサにより検出された水平方向の複数歩分の加速度変化に基づき平均的な進行方向を算出し、前記加速度センサにより検出された水平方向の一歩分の加速度変化に基づき一歩の移動方向を算出し、前記平均的な進行方向と前記一歩の移動方向との差異を前記ブレ角度として算出することを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項４】
前記歩幅データは、歩行体が２地点間を直進した際に、当該２地点間の距離を当該２地点間の移動に要した歩数で除算した値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項５】
測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段を備え、
前記衛星測位手段の測位により得られた基準地点の位置データに、前記移動量算出手段により算出された移動量、および、前記移動方向算出手段により算出された移動方向からなる移動ベクトルを積算していくことで各移動地点の測位を行うことを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項６】
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、
測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段と、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出手段と、
前記歩幅算出手段により算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶する歩幅データ記憶手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位手段と、
を備え、
前記歩幅算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出手段を有し、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴とする測位装置。
【請求項７】
前記歩幅算出手段は、
前記自律航法用センサの出力に基づき前記２地点間の歩数を計数する歩数計数手段を有し、
前記２地点間の距離をＤ、前記歩数をＮ、前記ブレ角度をθ、歩幅をＷとして、
Ｗ ＝（ Ｄ／ Ｎ）／ ｃｏｓθ
の関係式に準じて前記歩幅を算出することを特徴とする請求項６記載の測位装置。
【請求項８】
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、前記歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段とを用いて、前記歩行体の測位を行う測位方法であって、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出ステップと、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出ステップと、
を含み、
前記移動方向算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
前記移動量算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出ステップを有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴とする測位方法。
【請求項９】
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段とを用いて、自律航法により前記歩行体の測位を行う測位方法であって、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出ステップと、
前記歩幅算出ステップにより算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶手段に記憶する歩幅データ記憶ステップと、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位ステップと、
を備え、
前記歩幅算出ステップは、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出ステップを含み、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴とする測位方法。
【請求項１０】
歩行体に保持されて歩行運動と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、前記歩行体の歩幅を表わす歩幅データを記憶した歩幅データ記憶手段とが接続されたコンピュータに、
前記自律航法用センサの出力と歩幅データとに基づいて歩行体の移動量を算出する移動量算出機能と、
前記自律航法用センサの出力に基づいて移動方向を算出する移動方向算出機能と、
を実現させるとともに、
前記移動方向算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出し、
前記移動量算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩毎のブレ角度を算出するブレ角度算出機能を有し、
前記歩幅データの値を前記ブレ角度が大きくなるに従って歩幅が大きくなるように補正して一歩ごとの移動量として算出する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１１】
歩行体に保持されて歩行動作と方位に関する検出を行う自律航法用センサと、測位用衛星から信号を受けて測位を行う衛星測位手段とに接続されたコンピュータに、
前記衛星測位手段によりそれぞれ測位される２地点の間を前記歩行体が移動する間に、前記自律航法用センサの出力に基づき歩行動作に関する計測を行うとともに、前記２地点の位置データと歩行動作に関する計測結果とに基づいて前記歩行体の歩幅を算出する歩幅算出機能と、
前記歩幅算出機能により算出された歩幅を表わす歩幅データを記憶手段に記憶する歩幅データ記憶機能と、
前記自律航法用センサの出力に基づき一歩ごとの移動方向を算出するとともに、前記自律航法用センサの出力と前記歩幅データとに基づき一歩ごとの移動量を算出して、算出された前記移動方向および前記移動量に基づき測位を行う自律航法測位機能と、
を実現させるとともに、
前記歩幅算出機能は、
前記自律航法用センサの出力に基づき左右の足の踏込み方向の違いに起因する移動方向の一歩ごとのブレ角度を算出するブレ角度算出機能を含み、
前記２地点の間を前記ブレ角度に従ってジグザグに曲った経路を移動したものとして当該経路に沿った一歩ごとの歩幅を算出することを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８８２５３（Ｐ２０１２−８８２５３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６９５９（Ｐ２０１０−２３６９５９）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]