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TRAVEL DIRECTION ESTIMATION DEVICE AND TRAVEL DIRECTION ESTIMATION METHOD NEW_EN commons meetings achieved foreign

Patent code P170014543
Posted date Aug 29, 2017
Application number P2015-556831
Date of filing Jan 8, 2015
International application number JP2015050371
International publication number WO2015105146
Date of international filing Jan 8, 2015
Date of international publication Jul 16, 2015
Priority data
  • P2014-001364 (Jan 8, 2014) JP
Inventor
  • (In Japanese)興梠 正克
  • (In Japanese)蔵田 武志
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人産業技術総合研究所
  • (In Japanese)サイトセンシング株式会社
Title TRAVEL DIRECTION ESTIMATION DEVICE AND TRAVEL DIRECTION ESTIMATION METHOD NEW_EN commons meetings achieved foreign
Abstract The present invention provides a device and a method which allow a travel direction of a pedestrian to be estimated more efficiently.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来から、歩行者等の移動体が保持する端末に内蔵されている加速度センサ、磁気センサ、ジャイロ、気圧センサ等のセンシング装置による計測データに基づいて、世界座標系に対する移動体の移動方向を推定する技術が考案されている(非特許文献1)。



世界座標系に対する移動体の移動方向を推定するためには、センシング装置のセンサ座標系における、(1)重力方向ベクトルと、(2)真北方向等を指す水平基準方向ベクトル、(3)進行方向ベクトルの3つのベクトルを同時に推定する必要がある。上記(1)~(3)のベクトルについて推定(トラッキング)することで、水平基準方向に対する進行方向のなす角の推定がなされ、移動体の移動方位角の推定を行うことが可能となる。



上記(1)の重力方向ベクトルは、加速度センサ、角速度センサからそれぞれ出力される3軸データに基づいて、センサ座標系における重力方向のトラッキングを行うことができる。また、上記(2)の水平基準方向ベクトルは、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサに基づいて、水平基準方向のトラッキングを行うことが可能である。例えば、非特許文献1には、重力方位ベクトル及び水平基準方向ベクトルのトラッキングを行う手法が具体的に開示されている。また、いわゆるAHRS(Attitude and Heading Reference System)に基づく手法も知られている。



また、上記(3)の進行方向ベクトルにおいては、センシング装置を移動体である歩行者の足先や腰部に固定する場合と、歩行者がセンシング装置の内蔵された端末を保持する姿勢を自由に変えた場合とでは、考慮すべき技術的課題が大きく異なる。



例えば、センシング装置を固定している場合では、当該装置と歩行者との位置関係が固定されるため、移動体の進行方向のトラッキングは概ね既知となり、比較的容易である。しかし、センシング装置が保持される位置や保持される姿勢が自由に変わる場合においては、進行方向をトラッキングすることは容易ではない。



そこで、進行方向を推定するために、これまで様々な方法が提案されている(特許文献1及び特許文献2)が、これらの方法によっても精度よく進行方向を推定することはできなかった。



また、人の歩行動作における加速度成分及び角速度成分のパターンについては、加速度ベクトル(3軸)と角速度ベクトル(3軸)をその進行方向と鉛直方向(重力方向)、及びそれぞれに直交する左右方向(横方向)へ成分分解すると、それぞれの成分は以下の表1のような周波数特性をもつことが非特許文献2において開示されている。



【表1】




つまり、加速度ベクトルと角速度ベクトルを、表1の性質を満たすように成分分解できるとき、その方向は、正確な進行方向と左右方向(横方向)であると考えることができる。



ここで、非特許文献2においては、進行方向の推定アルゴリズムとして、連続的に方位角を必要な分解能だけ変動させることを提案している。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、歩行者等の移動体の進行方向を推定する技術に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
移動体が進行する向きを推定する進行方向推定装置であって、
前記進行による前記移動体の加速度を検知する加速度検知手段と、
前記進行による前記移動体の角速度を検知する角速度検知手段と、
前記加速度検知手段により検知された前記加速度及び前記角速度検知手段により検知された前記角速度に基づいて、水平面上で前記進行する向きと直交する向き及び前記進行する向きにおける前記移動体の加速度成分の大きさと、前記直交する向き及び前記進行する向きにおける前記移動体の角速度成分の大きさの少なくとも一方に応じた目的関数を演算し、前記目的関数が最大となる方向を算出すると共に、前記移動体の加速度の鉛直方向成分と前記進行する向きの成分における位相差に基づいて、前記方向のうち前記移動体が進行する向きを決定する進行方向決定手段とを備えた進行方向推定装置。

【請求項2】
 
前記加速度検知手段で検知された前記加速度と前記角速度検知手段で検知された前記角速度を離散フーリエ変換するフーリエ変換手段をさらに備え、
前記進行方向決定手段は、前記目的関数の演算として、前記フーリエ変換手段により前記加速度の前記進行する向きの成分を離散フーリエ変換して得られる第一の周波数成分の振幅と、前記フーリエ変換手段により前記加速度の前記直交する向きの成分を離散フーリエ変換したときにおける前記第一の周波数の1/2の第二の周波数成分の振幅とを共に二乗した上で、重み係数を乗じて加算することに得られる第一の目的関数と、前記フーリエ変換により前記角速度の前記進行する向きの成分を離散フーリエ変換して得られる前記第二の周波数成分の振幅と、前記角速度の前記直交する向きの成分を離散フーリエ変換したときにおける前記第一の周波数成分の振幅とを共に二乗した上で、重み係数を乗じて加算することにより得られる第二の目的関数とを重み係数を乗じて加算する、請求項1に記載の進行方向推定装置。

【請求項3】
 
移動体が進行する向きを推定する進行方向推定方法であって、
水平面上で前記進行する向きと直交する向き及び前記進行する向きにおける前記移動体の加速度成分の大きさと、前記直交する向き及び前記進行する向きにおける前記移動体の角速度成分の大きさの少なくとも一方に応じた目的関数を設定する第一のステップと、
前記目的関数が最大値となる前記移動体が進行する方向を算出する第二のステップと、
前記移動体の加速度の鉛直方向成分と前記進行する向きの成分における位相差に基づいて、前記第二のステップで算出された前記進行する方向のうち前記移動体が進行していると推定される前記向きを決定する第三のステップとを有する進行方向推定方法。

【請求項4】
 
前記目的関数は、前記加速度成分の関数である第一の目的関数と、前記角速度成分の関数である第二の目的関数にそれぞれ重み係数を乗じて加算したものである、請求項3に記載の進行方向推定方法。

【請求項5】
 
前記第一の目的関数は、前記加速度の前記進行する向きの成分を離散フーリエ変換して得られる第一の周波数成分の振幅と、前記加速度の前記直交する向きの成分を離散フーリエ変換したときにおける前記第一の周波数の1/2の第二の周波数成分の振幅とを共に二乗した上で、重み係数を乗じて加算したものであり、
前記第二の目的関数は、前記角速度の前記進行する向きの成分を離散フーリエ変換して得られる前記第二の周波数成分の振幅と、前記角速度の前記直交する向きの成分を離散フーリエ変換したときにおける前記第一の周波数成分の振幅とを共に二乗した上で、重み係数を乗じて加算したものである、請求項4に記載の進行方向推定方法。

IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015556831thum.jpg
State of application right Published
Reference ( R and D project ) Human Informatics Research Institute Service Sensing, Assimilation, and Modeling Research Group
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