JP5760389B2 - 測位装置、測位方法およびプログラム - Google Patents

Description

この発明は、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。

以前より、加速度センサや磁気センサなどのモーションセンサを用いて自律航法により歩行体の移動位置を測定する技術が実用化されている。自律航法による歩行体の測位は、例えば、次のように実行される。先ず、歩行体の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。また、歩行体の水平方向の加速度変化から移動方向を算出し、地磁気の向きを基準として移動方向を方位で求める。そして、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移動位置を決定していく。例えば、特許文献１には、モーションセンサを用いて自律航法により歩行体の移動位置を測定する装置が開示されている。

特開平１１−１９４０３３号公報

測位装置が歩行体の上体に付けられて保持されている場合、或いは、背負われた入れ物や、上体に装着された入れ物に入れられている場合、測位装置には歩行体の水平方向の加速度変化が良く伝わる。従って、上述した方法で歩行体の移動方向を算出することができる。

しかしながら、測位装置が手提げカバンなどに入れられて手からつるされて保持されている場合、測位装置には歩行体の水平方向の加速度変化が余り伝わらない。そのため、上述した方法では歩行体の移動方向を算出することが困難になる。

この発明の目的は、測位装置が異なる保持状態にされても、適宜に方式を切り替えて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。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
歩行体に保持されて測位を行う測位装置において、
動き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信して測位を行う衛星測位手段と、
前記自律航法用センサの出力に基づき相対的な位置変化を求めて測位を行う自律測位手段と、
当該測位装置の保持状態を判別する保持状態判別手段と、
前記衛星測位手段および前記自律測位手段を制御して前記歩行体の移動経路に沿った一連の位置データを作成するとともに、前記保持状態判別手段の判別結果に基づいて前記自律測位手段による測位の方式を切り替える測位制御手段とを備え、
前記自律航法用センサには、３軸方向の加速度をそれぞれ検出する３軸加速度センサと方位を検出する方位センサとが含まれ、
前記保持状態判別手段は、前記３軸加速度センサの出力に基づいて前記保持状態の判別を行い、
前記測位制御手段は、
前記保持状態判別手段により不安定保持状態と判別された場合に、
前記歩行体の歩行運動と前記方位センサにより検出された方位の変化に基づく移動方向の相対的な変化量を、前記自律測位手段により算出させて方位の定まっていない仮の一連の位置データを作成するとともに、前記衛星測位手段により間欠的に測位を行わせて、この測位データに基づき前記仮の一連の位置データを方位の定まった一連の位置データに補正することを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、
動き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信して測位を行う衛星測位手段とを有する測位装置を歩行体に保持させて当該歩行体の移動地点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に基づき相対的な位置変化を求めて測位を行う自律測位ステップと、
前記衛星測位手段を用いて測位を行う衛星測位ステップと、
前記測位装置の保持状態を判別する保持状態判別ステップと、
前記衛星測位ステップおよび前記自律測位ステップの実行制御を行って前記歩行体の移動経路に沿った一連の位置データを作成するとともに、前記保持状態判別ステップの判別結果に基づいて前記自律測位ステップによる測位の方式を切り替える測位制御ステップとを含み、
前記自律航法用センサには、３軸方向の加速度をそれぞれ検出する３軸加速度センサと方位を検出する方位センサとが含まれ、
前記保持状態判別ステップは、前記３軸加速度センサの出力に基づいて前記保持状態の判別を行い、
前記測位制御ステップは、
前記保持状態判別ステップにより不安定保持状態と判別された場合に、
前記歩行体の歩行運動と前記方位センサにより検出された方位の変化に基づく移動方向の相対的な変化量を、前記自律測位ステップにより算出させて方位の定まっていない仮の一連の位置データを作成するとともに、前記衛星測位ステップにより間欠的に測位を行わせて、この測位データに基づき前記仮の一連の位置データを方位の定まった一連の位置データに補正することを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、
動き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信して測位を行う衛星測位手段とを有し、歩行体に保持される測位装置に搭載されたコンピュータに、
前記自律航法用センサの出力に基づき相対的な位置変化を求めて測位を行う自律測位機能と、
前記衛星測位手段を用いて測位を行う衛星測位機能と、
前記測位装置の保持状態を判別する保持状態判別機能と、
前記衛星測位機能および前記自律測位機能の作動制御を行って前記歩行体の移動経路に沿った一連の位置データを作成するとともに、前記保持状態判別機能の判別結果に基づいて前記自律測位機能による測位の方式を切り替える測位制御機能とを実現させ、
前記自律航法用センサには、３軸方向の加速度をそれぞれ検出する３軸加速度センサと方位を検出する方位センサとが含まれ、
前記保持状態判別機能は、前記３軸加速度センサの出力に基づいて前記保持状態の判別を行い、
前記測位制御機能は、
前記保持状態判別機能により不安定保持状態と判別された場合に、
前記歩行体の歩行運動と前記方位センサにより検出された方位の変化に基づく移動方向の相対的な変化量を、前記自律測位機能により算出させて方位の定まっていない仮の一連の位置データを作成するとともに、前記衛星測位機能により間欠的に測位を行わせて、この測位データに基づき前記仮の一連の位置データを方位の定まった一連の位置データに補正することを特徴とするプログラムである。

本発明に従うと、装置の保持状態が判別されて、この判別結果に応じた方式で測位が行われるので、例えば、装置が歩行体の上体に付けられて保持されている場合でも、手提げカバンに入れられ手からつるされて保持されている場合でも、適宜、自律航法により歩行体の移動位置を測定していくことができる。

本発明の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。 移動軌跡の相似変換補正を説明する図である。 移動軌跡の回転変換補正を説明する図である。 ＣＰＵが実行する測位制御処理の制御手順を示すフローチャートの第１部である。 同、測位制御処理のフローチャートの第２部である。 加速度の水平成分弱状態の測位パターンの第１例を説明するタイムチャートである。 加速度の水平成分弱状態の測位パターンの第２例を説明するタイムチャートである。 加速度の水平成分弱状態の測位パターンの第３例を説明するタイムチャートである。 加速度の水平成分弱状態の測位パターンの第４例を説明するタイムチャートである。 加速度の水平成分弱状態の測位パターンの第５例を説明するタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の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。

この実施形態の測位装置１は、ユーザに携帯されて、ＧＰＳ（全地球測位システム）による測位（ＧＰＳ測位と記す）と、自律航法用センサを用いた測位（自律航法測位と記す）とを併用して、ユーザの移動軌跡を表わす一連の位置データを記録していく装置である。

この測位装置１は、図１に示すように、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信アンテナ１３と、ＧＰＳ衛星からの信号受信処理および測位処理を行うＧＰＳ受信部１４と、自律航法用センサとしての３軸地磁気センサ１５および３軸加速度センサ１６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ＲＯＭ（Read Only Memory）１２等を備えている。上記のＧＰＳ受信アンテナ１３およびＧＰＳ受信部１４により衛星測位手段が構成され、ＣＰＵ１０により自律測位手段、保持状態判別手段、測位制御手段、保持状態変化判別手段が構成される。また、このＣＰＵ１０がプログラムを実行するコンピュータとなる。

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。

３軸地磁気センサ１５は、方位センサの一実施形態であり、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のセンサ信号は所定の周波数でサンプリングされてＣＰＵ１０に取り込まれる。

ＣＰＵ１０は、３軸地磁気センサ１５および３軸加速度センサ１６のセンサ出力を受けて、ユーザが歩行状態にあるかそれ以外の状態にあるかの判別、歩行時における測位装置１の保持状態の判別、保持状態に応じて第１方式と第２方式との自律航法測位の演算処理、ＧＰＳ測位の実行間隔の制御、ＧＰＳ測位の結果を受けて自律航法測位で得られた移動軌跡を補正する演算処理等を行う。

次に、ＣＰＵ１０により実行される上記各処理について説明する。

ユーザが歩行状態にあることの判別は、次のようにして行う。すなわち、先ず、３軸加速度センサ１６のセンサ出力の時間平均を算出することで重力方向を特定し、３軸加速度センサ１６のセンサ出力を鉛直成分と水平成分とに分離する。そして、鉛直成分の大きな変動を抽出して、この変動の周波数が人の歩行周期である１．２Ｈｚ〜２．２Ｈｚであれば歩行状態と判別し、それ以外であれば歩行状態でないと判別する。

測位装置１の保持状態の判別は、次のようにして行う。すなわち、３軸加速度センサ１６のセンサ出力の水平成分の変動量と鉛直成分の変動量との比率（水平成分／鉛直成分）を算出し、この比率がしきい値以上（例えば１／５以上）であれば、ユーザの上体の水平成分の運動を検出可能な安定保持状態と判別し、しきい値より小さければ、ユーザの上体の水平成分の運動が検出困難な不安定保持状態と判別する。上記センサ出力の水平成分と鉛直成分の変動量は、例えば、各成分の所定時間（例えば２〜４秒）内における大小ピーク間の大きさとして計測できる。

ここで、安定保持状態とは、例えば、測位装置１がユーザの上体に付けられて保持されている状態や、ユーザの上体に密着した入れ物に入れられている保持状態のことで、ユーザの上体と同様の運動を行う保持状態である。不安定保持状態とは、例えば、手持ちカバンに入れられてユーザの手から吊り下げられて保持された状態など、ユーザの上体の水平方向の運動が余り伝わらない保持状態である。

第１方式の自律航法測位は、次のようにして行う。すなわち、先ず、３軸加速度センサ１６のセンサ出力の鉛直成分の変化からユーザの歩数をカウントし、予め設定されている歩幅データと歩数とを乗算することで移動量を算出する。さらに、鉛直成分の加速度が減少する期間（頭が一番高くなった状態から足を付くまでの期間）の水平成分の加速度のピークを求め、このピークの向きに基づいて移動方向を算出する。この移動方向は、３軸地磁気センサ１５のセンサ出力に基づき方位表現で求める。そして、上記の移動量と移動方向とからなる移動ベクトルを逐次算出していく。

ここで、自律航法測位の開始地点の位置データが既知であれば、この位置データに一連の移動ベクトルを逐次積算していくことで、絶対座標でユーザの移動経路の各地点の位置データが求められる。また、開始地点の位置データが既知でなければ、開始地点を仮に表わす仮の位置データに一連の移動ベクトルを逐次積算していくことで、相対座標でユーザの移動軌跡を表わす一連の位置データが求められる。

第２方式の自律航法測位は、次のようにして行う。すなわち、先ず、３軸加速度センサ１６のセンサ出力の鉛直成分の変化からユーザの歩数をカウントし、予め設定されている歩幅データと歩数とを乗算することで相対的な移動量を算出する。さらに、不安定保持状態においては、ユーザの水平成分の加速度変化が検出困難である一方、手提げカバン等に入れられて測位装置１の向きとユーザの移動方向とが一定の関係に維持される期間が長く続くと考えられる。それゆえ、移動方向を算出する際には、移動方向の絶対的な方位を定めずに、相対的な移動方向の変化のみを算出する。詳細には、自律航法測位の開始時に、仮の移動方向（例えば北方０°）を設定しておく。そして、３軸地磁気センサ１５のセンサ出力から地磁気の向きを連続的に測定して地磁気の向きが３０度変化すれば移動方向が−３０度変化したものとして、前回の測位地点の移動方向に上記の角度変化を加算することで今回の測位地点での移動方向を算出する。この移動方向は、絶対的な方位が定まっていないが、移動経路に沿った各地点間の移動方向の相対的な変化が表わされるものとなる。そして、上記の移動量と移動方向とから、方位の定まっていない仮の移動ベクトルを逐次算出していく。

上記のように算出された一連の移動ベクトルを逐次積算していくことで、方位の定まっていない仮の移動軌跡を表わす一連の位置データが求められる。

ＧＰＳ測位の実行間隔の制御は、通常時には例えば１０分間ごとに１分間の測位を行わせるなど、経過時間に従って間欠的にされる。一方、測位装置１の保持状態の判別で不安定保持状態と判別されている期間には、カバンの持ち替え等の状態変化が生じていないか監視を行い、状態変化が生じた場合には、即時にＧＰＳ測位が行われるように測位指令を発行する。上記の状態変化とは、例えば、カバンの持ち替え等、測位装置１の向きとユーザの進行方向との関係が変化した可能性のある状況である。そして、３軸地磁気センサ１５と３軸加速度センサ１６のセンサ出力に基づき、短時間に方位が大きく変化した場合（例えば１秒以内に１７５°以上）、重力方向が所定角度以上（例えば８０°以上）変化した場合、加速度の変動量が所定量以上（例えば半分以下又は２倍以上）変化した場合、またはこれらの場合を複合した条件を満たした場合に、上記の状態変化が発生したと判断する。

移動軌跡の補正処理は、自律航法測位により求められた一連の位置データを、ＧＰＳ測位により求められた正確な位置データに基づいて補正するものであり、ＧＰＳ測位の位置データに応じて相似変換補正と回転変換補正の２種類により行われる。

図２には、移動軌跡の相似変換補正を説明する図を示す。

相似変換補正は、自律航法測位で得られた移動軌跡Ｌ１の始点Ａと終点Ｂｘ（正確な位置は地点Ｂ）の２地点の正確な位置データがＧＰＳ測位により得られている場合に行われるものである。図２では、自律航法測位で求められた一連の位置データにより移動軌跡Ｌ１が表わされ、移動軌跡Ｌ１の始点Ａの位置データと終点Ｂｘの正確な地点Ｂの位置データとがＧＰＳ測位により得られている。

ここで、始点Ａは、自律航法測位の基準地点となるので、ＧＰＳ測位の位置データと自律航法測位の位置データは同一である。一方、自律航法測位では、ユーザが移動するに従って誤差が累積的に加算されていくため、移動軌跡Ｌ１の終点Ｂｘの位置データは、この地点でＧＰＳ測位により正確に求められる地点Ｂの位置データから大きくずれている。

このように自律航法測位の一連の位置データ（移動軌跡Ｌ１）と、ＧＰＳ測位により得られた始点Ａおよび終点Ｂの位置データとが得られたら、ＣＰＵ１０は、次のように移動軌跡Ｌ１の座標変換を行う。すなわち、移動軌跡Ｌ１の始点Ａと終点Ｂｘが、ＧＰＳ測位により求められた正確な地点Ａと地点Ｂに重なるように、移動軌跡Ｌ１の全体を一律に伸縮又は縮小し且つ回転させる。それにより、始点Ａと終点Ｂが正確な位置データの地点Ａ，Ｂと重なった補正後の移動軌跡Ｌ２が求められる。補正前の移動軌跡Ｌ１と補正後の移動軌跡Ｌ２とは相似な関係となる。このように、補正後の移動軌跡Ｌ２が求められたら、移動軌跡Ｌ１を表わしている一連の位置データを、移動軌跡Ｌ２の対応する地点の位置データに変換して補正完了となる。

この相似変換補正は、上述した第１方式の自律航法測位によって求められた方位の定まった移動軌跡であっても、第２方式の自律航法によって求められた方位の定まっていない移動軌跡であっても、同様に適用することができる。

図３には、移動軌跡の回転変換補正を説明する図を示す。

回転変換補正は、自律航法測位で得られた移動軌跡Ｌ３の始点ＣｘではＧＰＳ測位により正確な位置データが得られてなく、仮の基準地点の位置データが設定されて作成された移動軌跡に対して行われるものである。

このような移動軌跡Ｌ３に対しては、先ず、移動軌跡Ｌ３の終点付近の各地点Ｄｘ１〜ＤｘｎにおいてＧＰＳ測位により連続的に測位を行わせて複数地点Ｄ１〜Ｄｎの正確な位置データを取得する。そして、移動軌跡Ｌ３の全体をその終点付近の各地点Ｄｘ１〜Ｄｘｎが正確な地点Ｄ１〜Ｄｎと平行に重なるように回転および平行移動させる。それにより、終点付近における位置と移動方向とがＧＰＳ測位のものと一致する補正後の移動軌跡Ｌ４が求められる。補正前の移動軌跡Ｌ３と補正後の移動軌跡Ｌ４とは合同な形状となる。このように、補正後の移動軌跡Ｌ４が求められたら、移動軌跡Ｌ３を表わしている一連の位置データを、移動軌跡Ｌ４の対応する地点の位置データに変換して補正完了となる。移動軌跡Ｌ３の始点Ｃｘは仮の位置データであったのに対し、補正後の移動軌跡Ｌ４では始点Ｃから終点Ｄｎまで絶対座標での位置データが得られる。

この回転変換補正は、第２方式の自律航法によって求められた方位の定まっていない移動軌跡に対して特に有用に適用することができる。また、第１方式の自律航法によって求められた方位の定まっている移動軌跡に対しても適用できるものである。

ＲＯＭ１２には、ＣＰＵ１０に上記の各処理を実行させる各モジュールプログラムと、統括的に測位制御を行うための測位制御処理のプログラム１２ａ等が格納されている。このプログラムは、ＲＯＭ１２に格納するほか、例えば、データ読取装置を介してＣＰＵ１０が読み取り可能な、例えば、光ディスク等の可搬型記憶媒体、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリに格納しておくことが可能である。また、このようなプログラムをキャリアウェーブ（搬送波）を媒体として通信回線を介して測位装置１にダウンロードされる形態を適用することもできる。

［測位制御処理］
次に、上記構成の測位装置１における全体的な処理の流れについて説明する。

図４と図５には、ＣＰＵ１０が実行する測位制御処理のフローチャートを、図６〜図１０には、不安定保持状態での第２方式の自律航法測位の測位パターンの第１例〜第５例を説明するタイムチャートを示す。

この測位制御処理は、ユーザが歩行状態にあると判定されている状態で実行される処理である。この測位制御処理が開始されると、先ず、ＣＰＵ１０は、ＧＰＳ測位を間欠的に行うためにそのインターバル期間（例えば１０分）のタイマー設定を行う（ステップＳ１）。このタイマー設定により、インターバル期間ごとにＧＰＳ受信部１４に測位指令が発行されて１分間の測位が自動的になされる。

次に、ＣＰＵ１０は、一区間の移動軌跡の新規作成を開始する（ステップＳ２）。一区間の移動軌跡とは、一回の補正処理の対象となる移動軌跡のことである。この一区間の移動軌跡が複数連なってユーザの移動経路の全体が表わされる。

続いて、ＣＰＵ１０は、３軸加速度センサの水平成分と鉛直成分の変動量の比率に基づいて保持状態の判別処理を実行する（ステップＳ３）。保持状態の判別処理の詳細は上述したごとくである。この判別の結果、比率がしきい値より大きい場合には、ユーザの上体の水平方向の加速度変動が検出可能な保持状態であることから、移動方向を方位で求める第１方式の自律航法測位を実行するため“ＹＥＳ”側に分岐する。

そして、上述した第１方式の自律航法測位によって３軸加速度センサ１６のセンサ出力に基づき歩数をカウントし（ステップＳ４）、３軸加速度センサ１６と３軸地磁気センサ１５のセンサ出力から移動方向を方位で算出し（ステップＳ５）、移動量（＝歩数×歩幅データ）と移動方向とから移動ベクトルを作成してこれを補正前の測位データとしてＲＡＭ１１に保存する（ステップＳ６）。

続いて、間欠的なＧＰＳ測位のインターバル期間が経過によりＧＰＳ受信部１４でＧＰＳ測位が実行されて、ＧＰＳ受信部１４からＣＰＵ１０へ測位出力がなされているか判別する（ステップＳ７）。その結果、測位出力がなければ、ステップＳ３に戻る。

すなわち、測位装置１が安定保持状態で保持されていればインターバル期間を通してステップＳ３〜Ｓ７のループ処理により第１方式の自律航法測位が連続的に実行されて、一連の移動ベクトルがＲＡＭ１１に蓄積される。

一方、測位装置１が手提げカバンに入れられている場合など、測位装置１が不安定保持状態にある場合には、ステップＳ３の判別処理で“ＮＯ”側に移行する。そして、上述した第２方式の自律航法測位によって３軸加速度センサ１６のセンサ出力に基づき歩数をカウントし（ステップＳ８）、３軸地磁気センサ１５のセンサ出力から移動方向の相対的な変化を算出する（ステップＳ９）。さらに、移動量（＝歩数×歩幅データ）と相対的な移動方向とから、方位の定まっていない仮の移動ベクトルを作成してこれを補正前の測位データとしてＲＡＭ１１に保存する（ステップＳ１０）。

続いて、現在、後述するステップＳ１４で開始されるＧＰＳ測位中であるか判別し（ステップＳ１１）、測位中でなければ上述したカバン持ち替え等の状態変化が生じていないか確認する（ステップＳ１２）。その結果、状態変化も生じていなければステップＳ７に移行する。

すなわち、測位装置１が不安定保持状態で保持され上記の状態変化も途中で生じなければインターバル期間を通してステップＳ３，Ｓ８〜Ｓ１２，Ｓ７のループ処理により第２方式の自律航法測位が連続的に実行されて、一連の移動ベクトルがＲＡＭ１１に蓄積される。

そして、インターバル期間が経過してＧＰＳ受信部１４の測位出力がなされたら、ステップＳ７の判別処理で“ＹＥＳ”側に移行する。そして、上記一連の移動ベクトルを始点の位置データに逐次加算して移動軌跡（一連の位置データ）を作成し、移動軌跡記憶部１７に保存する（ステップＳ１９）。始点の位置データがない場合には、仮の位置データが設定されて相対座標で表わされる移動軌跡が作成される。この処理により、第１方式の自律航法測位または第２方式の自律航法測位によって、図２や図３の補正前の移動軌跡Ｌ１又はＬ３等が作成・保存される。

なお、インターバル期間が経過してＧＰＳ受信部１４によりＧＰＳ測位がなされた際に、ＧＰＳ衛星の信号が届かないところに居るなどして測位出力がない場合には、ステップＳ７の判別処理で“ＮＯ”と判別され、再びステップＳ３に戻って、次のインターバル期間まで自律航法の処理が繰り返される。

移動軌跡を作成したら、次に、ＣＰＵ１０は、ＧＰＳ測位により移動軌跡の始点位置が取得されているか判別し（ステップＳ２１）、取得されていればこの始点位置の位置データと直前のステップＳ７で取得された終点位置の位置データとに基づいて、図２に示したように移動軌跡を相似変換補正する。さらに、移動軌跡記憶部１７に保存されている移動軌跡のデータ（一連の位置データ）を補正後の位置データに書き換えて保存する（ステップＳ２２）。

一方、ステップＳ２１の判別処理で、始点位置が取得されていないと判別された場合には、暫くの間ＧＰＳ測位を継続して行って連続的な位置データを取得する（ステップＳ２３）。この直前にＧＰＳ測位は成功していることから、ステップＳ２３の連続的なＧＰＳ測位はほぼ成功する。また、この連続的な位置データの取得中にも自律航法測位を継続して行ってステップＳ１９で作成した移動軌跡の終点付近の位置データとして付加するようにしても良い。

そして、ステップＳ２３で取得されたＧＰＳの連続的な位置データ（終点の位置データと終点付近の連続的な位置データ）に基づいて、図３に示したように移動軌跡を回転変換補正する。さらに、移動軌跡記憶部１７に保存されている移動軌跡のデータ（一連の位置データ）を補正後の位置データに書き換えて保存する（ステップＳ２４）。

上記のような処理により、図６のタイムチャートに示すように、測位装置１が不安定保持状態で保持されてユーザが歩行を継続している場合に、第２方式の自律航法測位（Ｓ８，Ｓ９）が連続的に行われる一方、その始点と終点で間欠的なＧＰＳ測位が行われて、その間の移動軌跡が相似変換補正されて保存される。また、図９のタイムチャートに示すように、ＧＰＳ測位により移動軌跡の始点の位置データが取得されていない場合には、その終点付近Ｂ〜でＧＰＳ測位が連続的に行われて、その間の移動軌跡が回転変換補正されて保存される。

そして、ステップＳ２２又はステップＳ２４で補正が完了したら、ステップＳ２に戻って、次の一区間の移動軌跡の新規作成を開始する。この繰り返し処理により、図６や図９に示される一区間ごとの移動軌跡の作成およびその補正処理が繰り返されるようになっている。

なお、フローチャートでは示していないが、第１方式の自律航法測位の途中で安定保持状態から不安定保持状態に変更された場合、或いは、第２方式の自律航法測位の途中で不安定保持状態から安定保持状態に変更された場合には、即時にＧＰＳ測位を行って、それまでの移動軌跡の作成および補正処理を行って、そこから新たな一区間の移動軌跡の作成を開始するようにしても良い。

次に、手提げカバンに入れられているなどの不安定保持状態において、カバンの持ち替えなどの状態変化が発生した場合の処理について説明する。この場合、ステップＳ１２の判別処理で“持ち替え有り”と判別されて、次に進む。すると、先ず、ＣＰＵ１０は、この時点までに保存されている一連の移動ベクトルから移動軌跡を作成して移動軌跡記憶部１７に保存する（ステップＳ１３）。そして、即時にＧＰＳ測位が行われるように測位命令を発行して持ち替え時のＧＰＳ測位を開始させ（ステップＳ１４）、次いで、ＧＰＳ測位が成功しない場合のタイムアウト時間（例えば１分）を計数するタイマーを起動させる（ステップＳ１５）。

さらに、この持ち替え時のＧＰＳ測位が成功するまでの期間についても自律航法測位により移動軌跡が作成されるように、一区間の移動軌跡の新規作成を開始する（ステップＳ１６）。そして、持ち替え時のＧＰＳ測位のタイムアウトになったか確認し（ステップＳ１７）、未だであればＧＰＳの測位出力が取得できたか判別する（ステップＳ１８）。

つまり、ＧＰＳ測位のタイムアウトでなくＧＰＳの測位出力も取得できていなければ、ステップＳ３，Ｓ８〜Ｓ１１、Ｓ１７，Ｓ１８のループ処理が繰り返されて、第２方式の自律航法測位が連続的に実行されてカバン持ち替え後の移動軌跡が作成されていく。

一方、カバン持ち替えによるＧＰＳ測位の出力が取得できないままタイムアウトになってしまったら、カバン持ち替え直前までの移動軌跡は方位が定まっておらず、それを補正することができないため、この移動軌跡を破棄する（ステップＳ２０）。そして、ステップＳ１からの処理を再び開始する。

また、タイムアウト前にＧＰＳの測位出力が取得できれば、カバン持ち替え直前までの移動軌跡を補正するためにステップＳ２１に移行する。続く、ステップＳ２１，Ｓ２２の移動軌跡の補正処理は前述したごとくである。そして、補正処理後にステップＳ２に戻る。なお、ステップＳ１６で、カバン持ち替え後の移動軌跡の新規作成を開始している場合には、ステップＳ２では継続的な移動軌跡が作成されるように処理する。

上記のステップＳ１２で“ＹＥＳ”と判別された後の処理により、図７、図８に示すように、ＧＰＳ測位のインターバル期間の途中でも、カバン持ち替え有りと判別されたら、そこで一区間の移動軌跡を終了とし、ＧＰＳ測位が即時に開始されるようになっている。そして、図７に示すように、ＧＰＳ測位により終点Ｂの位置データが取得され、移動軌跡の始点Ａの位置データも取得されている場合には、その間の移動軌跡が相似変換補正されて移動軌跡記憶部１７に保存されるようになっている。

また、ＧＰＳ測位により終点Ｂの位置データが取得されずにタイムアウトになった場合には、図８に示すように、その間の移動軌跡は方位を定めることができないため破棄され 、さらに、持ち替え有りと判別されたタイミングから新規の移動軌跡を作成すべく第２方式の自律航法測位が開始されるようになっている。この場合、移動軌跡の始点が不知のまま第２方式の自律航法測位が行われることになる。従って、図９に示した動作と同様に、その後にＧＰＳ測位が成功して連続的な位置データが取得されれば、その間の移動軌跡が回転変換補正により補正されて保存されることになる。

なお、フローチャートでは示していないが、図１０に示すように、移動軌跡の始点が不知のまま第２方式の自律航法測位が開始され、その後、ＧＰＳ測位を行う前に、再度、持ち替え有りと判別された場合には、その間の移動軌跡は方位を定めることができないため破棄するようにしても良い。

以上のように、この実施形態の測位装置１によれば、測位装置１の保持状態を判別して、保持状態により自律航法測位の方式を切り替えるようになっているので、例えば、測位装置１がユーザの上体に付けられて保持されている期間と、手提げカバンに入れられて吊り下げられて保持されている期間など、同一の方式で測位を行うことができない場合にも適宜方式を切り替えて自律航法による測位を行うことができる。

また、保持状態の判別を、加速度の水平成分の変動量と鉛直成分の変動量との比率に基づいて行っているので、測位装置１がユーザの上体とほぼ同様に運動する保持状態と、ユーザの上体の運動が伝わり難い保持状態とを適宜判別することができる。

また、上記実施形態の測位装置１によれば、加速度の水平成分の変動量の割合が大きい安定保持状態と判別された場合には、この水平成分の加速度からユーザの移動方向を算出して移動軌跡を作成するとともに、間欠的なＧＰＳ測位の結果に基づき相似変換補正や回転変換補正を行って補正された移動軌跡が保存されるようになっている。すなわち、測位装置１の保持状態に適した自律航法測位やＧＰＳ測位が行われて正確な移動軌跡が求められるようになっている。

一方、加速度の水平成分の変動量の割合が小さい不安定保持状態と判別された場合には、地磁気の計測によりユーザの相対的な移動方向（移動方向の前後地点間の相対的変化）を算出して方位の定まっていない仮の移動軌跡を作成するとともに、間欠的なＧＰＳ測位の結果に基づいて相似変換補正や回転変換補正を行って、方位の定まった移動軌跡に補正し保存されるようになっている。すなわち、測位装置１の保持状態に適した自律航法測位やＧＰＳ測位が行われて正確な移動軌跡が求められるようになっている。

また、上記実施形態の測位装置１によれば、不安定保持状態のときにカバン持ち替え等の保持状態の変化が発生していないか監視を行い、変化の発生があれば、即時にＧＰＳ測位を行って、それまでの移動軌跡の補正処理を実行するようになっている。従って、かばん持ち替え等により、測位装置１の向きとユーザの進行方向との関係が変化するような場合にも対応して、その前後の移動軌跡を正確に求めることが可能になっている。

具体的には、右手に持っていたカバンを左手に持ち替える行動等による短時間に大きな方位変化が検出された場合、外部からの大きな衝撃でカバンの中で測位装置が回転すること等による所定量以上の重力方向の変化が検出された場合、手に持っていたカバンを脇に抱えること等による水平方向の加速度の変動量が大きく変化した場合、或いは、これらを複合した条件によりカバン持ち替え等の保持状態の変化が発生したと判別するので、自律航法用センサを用いて比較的容易に且つ正確に保持状態の変化を検出することができる。

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、上記実施形態では、自律航法用センサとして３軸加速度センサと３軸地磁気センサを例示したが、測位装置の天地の向きが一定になると保証されている場合には２軸の地磁気センサを用いることもできる。また、方位センサとしてジャイロスコープを用いて第２方式の自律航法測位における相対的な移動方向を算出することもできる。

また、測位装置の保持状態の判別方法も、加速度の水平成分と鉛直成分の変動量の比率に基づく方法に限られず、たとえば、やや精度が低下するが、加速度の水平成分の変動量の大きさのみに基づいて判別するように構成することもできる。

その他、実施形態で示した細部構成および細部方法は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 測位装置
１０ ＣＰＵ
１１ ＲＡＭ
１２ ＲＯＭ
１２ａ 測位制御処理プログラム
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 移動軌跡記憶部
Ｌ１，Ｌ３ 補正前の移動軌跡
Ｌ２，Ｌ４ 補正後の移動軌跡

Claims (7)

1. 歩行体に保持されて測位を行う測位装置において、
   動き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信して測位を行う衛星測位手段と、
   前記自律航法用センサの出力に基づき相対的な位置変化を求めて測位を行う自律測位手段と、
   当該測位装置の保持状態を判別する保持状態判別手段と、
   前記衛星測位手段および前記自律測位手段を制御して前記歩行体の移動経路に沿った一連の位置データを作成するとともに、前記保持状態判別手段の判別結果に基づいて前記自律測位手段による測位の方式を切り替える測位制御手段とを備え、
   前記自律航法用センサには、３軸方向の加速度をそれぞれ検出する３軸加速度センサと方位を検出する方位センサとが含まれ、
   前記保持状態判別手段は、前記３軸加速度センサの出力に基づいて前記保持状態の判別を行い、
   前記測位制御手段は、
   前記保持状態判別手段により不安定保持状態と判別された場合に、
   前記歩行体の歩行運動と前記方位センサにより検出された方位の変化に基づく移動方向の相対的な変化量を、前記自律測位手段により算出させて方位の定まっていない仮の一連の位置データを作成するとともに、前記衛星測位手段により間欠的に測位を行わせて、この測位データに基づき前記仮の一連の位置データを方位の定まった一連の位置データに補正することを特徴とする測位装置。
2. 前記測位制御手段は、
   前記保持状態判別手段により前記３軸加速度センサの出力のうち鉛直成分の変動量に対する前記水平成分の変動量の比率がしきい値より小さい場合に不安定保持状態と判別することを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
3. 前記測位制御手段は、
   前記保持状態判別手段により前記３軸加速度センサの出力のうち鉛直成分の変動量に対する前記水平成分の変動量の比率がしきい値より大きい安定保持状態と判別された場合に、
   前記歩行体の歩行運動と前記歩行運動の水平方向の加速度変化と方位に基づく移動方向を、前記自律測位手段により算出させて前記一連の位置データを作成するとともに、前記衛星測位手段により間欠的に測位を行わせて、この測位データに基づいて前記一連の位置データを補正する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測位装置。
4. 前記保持状態判別手段により前記不安定保持状態と判別されている場合に、前記３軸加速度センサ及び／又は前記方位センサの出力に基づき当該測位装置の保持状態が変化したことを判別する保持状態変化判別手段を備え、
   前記測位制御手段は、
   前記保持状態変化判別手段により保持状態が変化したと判別された場合に、前記衛星測位手段により即時に測位を行わせて前記一連の位置データの補正を行うことを特徴とする請求項１から３いずれか一項に記載の測位装置。
5. 前記保持状態変化判別手段は、
   方位が所定時間に所定量以上変化した場合、重力方向が所定量以上変化した場合、加速度の変動量が所定量以上変化した場合、或いは、これら複数の場合の何れかを複合させた条件を満たした場合に、前記保持状態が変化したと判別することを特徴とする請求項４に記載の測位装置。
6. 動き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信して測位を行う衛星測位手段とを有する測位装置を歩行体に保持させて当該歩行体の移動地点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に基づき相対的な位置変化を求めて測位を行う自律測位ステップと、
   前記衛星測位手段を用いて測位を行う衛星測位ステップと、
   前記測位装置の保持状態を判別する保持状態判別ステップと、
   前記衛星測位ステップおよび前記自律測位ステップの実行制御を行って前記歩行体の移動経路に沿った一連の位置データを作成するとともに、前記保持状態判別ステップの判別結果に基づいて前記自律測位ステップによる測位の方式を切り替える測位制御ステップとを含み、
   前記自律航法用センサには、３軸方向の加速度をそれぞれ検出する３軸加速度センサと方位を検出する方位センサとが含まれ、
   前記保持状態判別ステップは、前記３軸加速度センサの出力に基づいて前記保持状態の判別を行い、
   前記測位制御ステップは、
   前記保持状態判別ステップにより不安定保持状態と判別された場合に、
   前記歩行体の歩行運動と前記方位センサにより検出された方位の変化に基づく移動方向の相対的な変化量を、前記自律測位ステップにより算出させて方位の定まっていない仮の一連の位置データを作成するとともに、前記衛星測位ステップにより間欠的に測位を行わせて、この測位データに基づき前記仮の一連の位置データを方位の定まった一連の位置データに補正することを特徴とする測位方法。
7. 動き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信して測位を行う衛星測位手段とを有し、歩行体に保持される測位装置に搭載されたコンピュータに、
   前記自律航法用センサの出力に基づき相対的な位置変化を求めて測位を行う自律測位機能と、
   前記衛星測位手段を用いて測位を行う衛星測位機能と、
   前記測位装置の保持状態を判別する保持状態判別機能と、
   前記衛星測位機能および前記自律測位機能の作動制御を行って前記歩行体の移動経路に沿った一連の位置データを作成するとともに、前記保持状態判別機能の判別結果に基づいて前記自律測位機能による測位の方式を切り替える測位制御機能とを実現させ、
   前記自律航法用センサには、３軸方向の加速度をそれぞれ検出する３軸加速度センサと方位を検出する方位センサとが含まれ、
   前記保持状態判別機能は、前記３軸加速度センサの出力に基づいて前記保持状態の判別を行い、
   前記測位制御機能は、
   前記保持状態判別機能により不安定保持状態と判別された場合に、
   前記歩行体の歩行運動と前記方位センサにより検出された方位の変化に基づく移動方向の相対的な変化量を、前記自律測位機能により算出させて方位の定まっていない仮の一連の位置データを作成するとともに、前記衛星測位機能により間欠的に測位を行わせて、この測位データに基づき前記仮の一連の位置データを方位の定まった一連の位置データに補正することを特徴とするプログラム。

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