JP2012107992A - 歩行状況検出装置、歩行状況検出方法及び歩行状況検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイム性を確保しながら携帯箇所によらずに使用者の歩行の状況を精度良く検出できるようにする。
【解決手段】スマートフォン１の制御部２は、鉛直加速度値Ａ３の波形を基に着地半波ＨＷを検出し、着地半波長Ｔ２に対する着地半波間隔Ｔ１の比率である着地半波比率Ｒを算出して比閾値ＴＨと比較する。このとき制御部２は、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ未満であれば着地半波ＨＷが１歩に相当するものと判定し、それ以外の場合は２歩に相当するものと判定し、その判定結果に基づき連続歩数ＷＣ及び累積歩数ＷＳ等の値を更新して歩行情報Ｆを生成する。これによりスマートフォン１は、その携帯箇所が上半身又は下半身のいずれであるかに関わらず、使用者が歩行したこと及びその歩数を１歩目から精度良く検出することができる。
【選択図】図１２

Description

本発明は歩行状況検出装置、歩行状況検出方法及び歩行状況検出プログラムに関し、例えば使用者の歩数を基に現在位置を推定するナビゲーション機能を有するスマートフォンに適用して好適なものである。

近年、携帯電話機に高度な演算処理能力を持たせたスマートフォンが普及しつつある。このスマートフォンでは、アプリケーションをインストールすることにより様々な機能を実現することができ、その一例としてナビゲーション機能がある。

スマートフォンは、ナビゲーション機能を実行する場合、例えば内蔵するＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナにより受信するＧＰＳ信号を基に現在位置を算出し、その近傍の地図画面を表示することができる。

またスマートフォンは、ＧＰＳ信号を受信できない屋内等では、例えば加速度センサによる加速度値の検出結果等を基に、使用者の移動方向及び移動距離を算出して現在位置を推定することができる。

例えばスマートフォンは、使用者が歩いた際に３軸の加速度センサにより得られた加速度値のうち鉛直方向成分（以下これを鉛直加速度値と呼ぶ）を抽出し、その波形を基に使用者が歩行しているのか否か、及び歩行しているときの歩数等といった歩行状況に関する情報（以下これを歩行情報と呼ぶ）を得る。続いてスマートフォンは、得られた歩数に使用者の平均歩幅を乗算することにより移動距離を算出し、さらに移動方向も検出することにより、現在位置を推定する。

ところで、使用者が歩行しているのか否か、或いは歩行しているときの歩数等の歩行情報を得る手法として、鉛直加速度値の信号波形に対し所定の解析処理を施すことにより歩数を得るものが知られている。

しかしながらこの方法では、解析処理の原理上、ある程度（例えば１０歩程度）歩いた後でなければ歩数を得ることができず、現在位置の算出が大幅に遅れてしまい、リアルタイム性に劣るという問題があった。

このようなリアルタイム性の欠如は、単なる歩数計の場合にはそれほど問題にならない場合もあるが、ナビゲーション機能においては、使用者の現在位置を正しく反映できないことに繋がり、実用性を大きく損なうおそれがある。

例えばスマートフォンにおいてナビゲーション機能の実行中に、図１に示すように使用者が通路を歩行した後に店の手前の地点Ｎ１において一度立ち止まり、その後再び歩行して、図中実線の矢印で示すように真の位置Ｎ２に移動したような場合を想定する。

ここで歩行再開時における歩行状態の検出が遅れた場合、スマートフォンは、その間における移動方向の変化を現在位置の推定に反映できない可能性があり、この結果破線の矢印で示すように、位置Ｎ３のように誤った位置を現在位置として推定してしまう恐れがある。

これに対し、鉛直加速度値に現れる波形の類似性を利用した演算により、歩行開始後直ちに使用者の歩行の状況を検出し、その歩数を得る手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２４４４９５公報（第１８図）

ところで、加速度センサにより検出される鉛直加速度値は、例えば図２（Ａ）に示すようにほぼ一様な波形が周期的に現れる場合や、図２（Ｂ）に示すように大きさや形状が異なる波形が含まれる場合が考えられる。

この場合スマートフォンは、得られた波形が１歩ごとの歩行を表すものであるか否かを判断することができず、歩行状況を正しく検出することが極めて困難である、という問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、リアルタイム性を確保しながら携帯箇所によらずに使用者の歩行状況を精度良く検出し得る歩行状況検出装置、歩行状況検出方法及び歩行状況検出プログラムを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明おいては、使用者の行動に応じた鉛直方向の加速度成分を表す鉛直加速度値を所定周期で取得し、鉛直加速度値における下向き加速度を表す半波のうち使用者が着地したことを表す着地半波を検出し、着地半波と直前に検出された着地半波との対応する特徴点同士の時間間隔でなる着地半波間隔と、着地半波における開始点及び終了点の時間間隔でなる着地半波長とを検出し、着地半波長に対する着地半波間隔の比率を表す着地半波比率が所定の比閾値を越える場合には着地半波を２歩分と判定し、それ以外の場合には着地半波を１歩分と判定し、歩数判定部による判定結果に基づき、使用者の歩行状況を表す歩行情報を着地半波に対応させて出力するようにした。

本発明では、着地半波を検出した上で着地半波長に対する着地半波間隔の比率を用いることにより、加速度値に現れる着地半波が１歩又は２歩のいずれに相当するかを直ちに精度良く判断することができるので、使用者の携帯箇所に関わらず、その１歩ずつに応じた適切な歩行情報を出力することができる。

本発明によれば、着地半波を検出した上で着地半波長に対する着地半波間隔の比率を用いることにより、加速度値に現れる着地半波が１歩又は２歩のいずれに相当するかを直ちに精度良く判断することができるので、使用者の携帯箇所に関わらず、その１歩ずつに応じた適切な歩行情報を出力することができる。かくして本発明は、リアルタイム性を確保しながら携帯箇所によらずに使用者の歩行の状況を精度良く検出し得る歩行状況検出装置、歩行状況検出方法及び歩行状況検出プログラムを実現できる。

歩行状況の検出遅延による現在位置の推定におけるずれを示す略線図である。 鉛直加速度値の波形を示す略線図である。 スマートフォンの構成を示す略線的ブロック図である。 ナビゲーション画面の表示を示す略線図である。 歩行情報生成処理における機能ブロックを示す略線的ブロック図である。 加速度の方向及びその鉛直方向成分を示す略線図である。 ＬＰＦ処理による波形の変化を示す略線図である。 着地半波の検出を示す略線図である。 鉛直加速度値による状態遷移を示す略線図である。 着地半波の面積の比較を示す略線図である。 スマートフォンの携帯箇所を示す略線図である。 着地半波間隔及び着地半波長を示す略線図である。 携帯箇所ごとの着地半波比率の度数分布を示す略線図である。 歩行情報の出力タイミングを示す略線図である。 歩行情報生成処理手順を示すフローチャートである。 鉛直成分推定ルーチンを示すフローチャートである。 着地半波検出ルーチンを示すフローチャートである。 歩数判定出力ルーチンを示すフローチャートである。

以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．他の実施の形態

＜１．実施の形態＞
［１−１．スマートフォンの構成］
図３に示すように、スマートフォン１は、制御部２を中心として各部が接続された構成となっており、当該制御部２によって全体を統括制御するようになされている。

制御部２のＣＰＵ（Central Processing Unit）３は、バス７を介してＲＯＭ（Read Only Memory）４や不揮発性メモリ６等から基本プログラムや各種アプリケーションプログラム等を読み出し、ＲＡＭ（Random Access Memory）５を作業領域として用いながら実行する。

データベース（DB）８は、例えばフラッシュメモリ等でなり、電話帳データ、楽曲データ、画像データ及び地図データ等の各種データがそれぞれ所定のデータベース形式で格納されている。

操作部１１は、タッチパネルや各種ボタン等でなり、使用者の操作指示を受け付けて操作信号をＣＰＵ３へ供給する。表示部１２は、例えば液晶パネルでなり、バス７を介して供給される表示データに基づいて表示画面を生成して表示する。因みに操作部１１のタッチパネルは、表示部１２の液晶パネルの表面に構成されている。

音声処理部１３は、マイクロホン１４により集音した音声をディジタル形式の音声データに変換してバス７へ供給すると共に、当該バス７を介して取得した音声データを音声信号に変換してスピーカ１５へ供給することにより、音声として出力する。

通信処理部１６は、アンテナ１６Ａを介して基地局（図示せず）との間で無線接続し、バス７を介して供給される各種データを基地局へ送信すると共に、基地局から送信されてきた各種データを受信してバス７へ供給する。

外部インタフェース（I/F）１７は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）端子でなり、ＵＳＢケーブル（図示せず）を介して接続されるコンピュータ装置（図示せず）等との間でデータを授受するようになされている。

ＧＰＳ回路１８は、ＧＰＳ衛星（図示せず）から送信されるＧＰＳ信号をＧＰＳアンテナ１８Ａにより受信し、所定の復調処理や復号化処理等を施して得られた測位データをバス７へ供給する。

加速度センサ２１は、互いに直交する３軸方向の加速度をそれぞれ検出して加速度信号を生成し、これをＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路２１Ａにより２５［Ｈｚ］のサンプリングレートでディジタル形式の加速度値Ａ１に変換してバス７へ供給する。この加速度値Ａ１は、スマートフォン１が使用者により携帯されている場合には、当該使用者の行動に応じて生じた加速度を表す値となる。

ジャイロセンサ２２は、互いに直交する３軸まわりの角速度を検出して角速度信号を生成し、これをＡ／Ｄ変換回路２２Ａにより所定のサンプリングレートでディジタル形式の角速度値に変換してバス７へ供給する。

磁気センサ２３は、磁界の方向を検出して磁気信号を生成し、これをＡ／Ｄ変換回路２３Ａにより所定のサンプリングレートでディジタル形式の磁気値に変換してバス７へ供給する。

気圧センサ２４は、気圧を検出して気圧信号を生成し、これをＡ／Ｄ変換回路２４Ａにより所定のサンプリングレートでディジタル形式の気圧値に変換してバス７へ供給する。

かかる構成により制御部２は、例えば使用者から操作部１１を介して通話機能の実行指示を受け付けると、所定の通話プログラムを実行すると共に、通信処理部１６により基地局と無線接続し、マイクロホン１４により集音した音声をデータ化して相手方へ送信すると共に、相手方から送信されてきた音声データをスピーカ１５から出力させる。

また制御部２は、使用者から操作部１１を介して楽曲再生機能の実行指示を受け付けると、所定の楽曲再生プログラムを実行すると共に、データベース８から圧縮状態の楽曲データを読み出し、音声処理部１３により所定の復号化処理等を施して、その音声をスピーカ１５から出力させる。

さらに制御部２は、例えば使用者から操作部１１を介してナビゲーション機能の実行指示を受け付けると、所定のナビゲーションプログラムを実行すると共に、ＧＰＳ回路１８により得られる測位データを基に現在位置の緯度、経度及び高度等を算出する。

そして制御部２は、図４に示すように、算出した現在位置に応じた範囲の地図データをデータベース８から読み出し、所定の現在位置マークや指定された目的地への経路と共にナビゲーション画面として表示部１２に表示する。

このとき制御部２は、加速度センサ２１による加速度値Ａ１、ジャイロセンサ２２による角速度値、磁気センサ２３による磁気値及び気圧センサ２４による気圧値等を適宜利用することにより、現在位置を補正するようにもなされている。

このようにスマートフォン１は、使用者の操作指示に従って種々のアプリケーションプログラムを実行することにより、通話機能、楽曲再生機能及びナビゲーション機能等の各種機能を実現するようになされている。

［１−２．歩行情報の生成］
ところで制御部２は、上述したナビゲーション機能を実現する場合に、使用者の歩行状況として、使用者が歩行しているか否か、及び歩行している場合の歩数等を表す歩行情報を生成し、現在位置の推定に用いるようになされている。

このとき制御部２は、歩行情報生成プログラムを実行することにより、図５に示すような複数の機能ブロックを構成し、使用者の行動に応じて生成される加速度値Ａ１を基に、各機能ブロックによる処理を経て歩行情報Ｆを生成するようになされている。

［１−２−１．鉛直加速度値の生成］
すなわち制御部２は、加速度センサ２１（図３）により２５［Ｈｚ］の周期で得られる加速度値Ａ１を鉛直方向推定部３１及び鉛直成分抽出部３２へ順次供給する。

鉛直方向推定部３１及び鉛直成分抽出部３２は、特許文献２に示されているような手法に従い、３次元のベクトル値である加速度値Ａ１のうち鉛直方向の成分を抽出するようになされている。

特開２００７−２２６３７１号公報

具体的に鉛直方向推定部３１は、過去３秒分の加速度値Ａ１について平均値を算出し、その単位ベクトルを鉛直単位ベクトルＵＶとして鉛直成分抽出部３２へ供給する。

ここで各タイミングの加速度値Ａ１については、スマートフォン１の向きや使用者の状態等に応じて様々な方向となるものの、携帯中における向きはほぼ一定になり、使用者に恒常的に加わる加速度としては重力が支配的であると想定される。このため、ある程度の期間における平均値を算出すれば、おおむね鉛直方向となると考えられる。

鉛直成分抽出部３２は、共に３次元である加速度値Ａ１及び鉛直単位ベクトルＵＶの内積を演算することにより、図６に示すように当該加速度値Ａ１の鉛直成分を抽出し、これを鉛直加速度値Ａ２としてＬＰＦ部３３へ供給する。ここで鉛直加速度値Ａ２は、スマートフォン１に加わる鉛直方向の加速度を表す１次元の値となる。

ＬＰＦ（Low Pass Filter）部３３は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタにより構成されており、図７（Ａ）に示す鉛直加速度値Ａ２のうち所定のカットオフ周波数以上の成分を除去することにより、図７（Ｂ）に示すような低域成分のみの鉛直加速度値Ａ３を生成し、これを着地半波検出部３４へ供給する。

このようなＬＰＦ処理は、使用者の歩行の周期（以下歩行テンポＴＷと呼ぶ）が一般に１〜２［Ｈｚ］程度であり、以降の処理では主に低域成分が用いられるために行われる。

［１−２−２．着地半波の検出］
着地半波抽出部３４は、鉛直加速度値Ａ３に含まれる波形のうち使用者の歩行に起因する部分を検出するようになされている。

一般にスマートフォン１の使用者が歩行している場合、鉛直加速度値Ａ３は、図７（Ｂ）に示したように周期的に正負に変動する波形を描き、特に使用者が足を着地したときにゼロレベル以下となる。

また鉛直加速度値Ａ３は、外部からの衝撃や使用者の操作等によりゼロレベル以下となる場合も想定されるが、このような場合にはその周期が短いか、或いはピークレベルが小さいと考えられる。

そこで着地半波抽出部３４は、ゼロレベル以下の負の半波に着目し、当該半波が所定の条件を満たす場合に、当該半波を歩行時の着地に起因した半波（以下これを着地半波ＨＷと呼ぶ）であると判断するようになされている。

また着地半波抽出部３４は、鉛直加速度値Ａ３の値に関する状態として、図９に示すように、値が負であり且つ下降した状態である下降状態Ｓ２、値が負であり且つ上昇した状態である上昇状態Ｓ３、及びそのいずれでもない初期状態Ｓ１に分類し、各状態の間を遷移するようになされている。

具体的に着地半波抽出部３４は、図７（Ｂ）と対応する図８に示すように、まず鉛直加速度値Ａ３が減少しており、且つある時点ｔ１において正の値Ｖ１であり、その次の時点ｔ２において負の値Ｖ２となるような時点ｔ２を検出する。このとき着地半波抽出部３４は、時点ｔ１では、初期状態Ｓ１（図９）とする。

続いて着地半波抽出部３４は、鉛直加速度値Ａ３（図８）が値Ｖ２、Ｖ３及びＶ４のように負の値のまま時点ｔ２から連続して３回以上減少したことを検出した場合、初期状態Ｓ１から下降状態Ｓ２に遷移する（図９）。また着地半波抽出部３４は、最初に負となった時点ｔ２をゼロクロス点とみなし、開始時刻ＴＳとして記憶する。

その後着地半波抽出部３４は、鉛直加速度値Ａ３（図８）が値Ｖ７、Ｖ８及びＶ９のように負の値のまま時点ｔ７から連続して３回以上増加したことを検出した場合、下降状態Ｓ２から上昇状態Ｓ３に遷移する（図９）。また着地半波抽出部３４は、最初に増加に転じた時点ｔ７をピーク点とみなし、この時点ｔ７を極値時刻ＴＰとして記憶し、またこのときの値Ｖ７を極値ＶＰとして記憶する。

さらに着地半波抽出部３４は、鉛直加速度値Ａ３（図８）が値Ｖ１２のように負から正になったことを検出した場合、再び初期状態Ｓ１（図９）に遷移すると共に、この時点ｔ１２をゼロクロス点と見なし、終了時刻ＴＥとして記憶する。

着地半波抽出部３４は、このように初期状態Ｓ１、下降状態Ｓ２及び上昇状態Ｓ３を経て再び初期状態Ｓ１に戻ってきた場合、使用者の歩行における着地を表す可能性が高い負の半波を検出したものと見なす。以下、このようにして検出した半波を仮着地半波ＨＷＴと呼ぶ。

次に着地半波抽出部３４は、図１０に示すように、仮着地半波ＨＷＴのうち値が負となる時点ｔ２の値Ｖ２から時点ｔ１１の値Ｖ１１までを加算することにより、仮着地半波ＨＷＴの面積に相当する値である仮面積値ＭＴを算出する。そして着地半波抽出部３４は、仮面積値ＭＴが、過去の着地半波ＨＷにおける面積の平均値である平均面積値ＭＡの０．５倍以上であれば、仮着地半波ＨＷＴを正式な着地半波ＨＷと判定する。

このとき着地半波抽出部３４は、仮面積値ＭＴが極端に小さい場合には、仮着地半波ＨＷＴが使用者の歩行によるものではなく、外部からの衝撃等の他の要因による可能性が高いと考えられるため、このような面積を用いた判定処理を行うようになされている。

このように着地半波抽出部３４は、初期状態Ｓ１、下降状態Ｓ２及び上昇状態Ｓ３を経て再び初期状態Ｓ１に戻ってきた場合であって、且つその面積が過去の平均値の０．５倍以上である場合に、着地半波ＨＷを検出したものと判定する。

さらに着地半波抽出部３４は、最後に検出した着地半波ＨＷの極値時刻ＴＰとその直前に検出した着地半波ＨＷ０の極値時刻ＴＰ０との時間間隔を着地半波間隔Ｔ１として算出する。また着地半波抽出部３４は、最後に検出した着地半波ＨＷにおける終了時刻ＴＥと開始時刻ＴＳとの時間間隔を着地半波長Ｔ２として算出する。そして着地半波抽出部３４は、着地半波間隔Ｔ１及び着地半波長Ｔ２を歩数判定処理部３５へ供給する。

因みにこの着地半波間隔Ｔ１及び着地半波長Ｔ２は、後述する歩数判定処理において用いる値である。

このように着地半波抽出部３４は、着地半波ＨＷを検出すると共に、当該着地半波ＨＷについての特徴を表す値として着地半波間隔Ｔ１及び着地半波長Ｔ２を算出するようになされている。

［１−２−３．歩数の判定］
ところで、使用者がスマートフォン１を携帯する際の携帯箇所としては、図１１に示すように、例えばズボンの前後や左右におけるポケットに相当する携帯箇所Ｐ１及びＰ２や、上着の各部のポケットに相当する携帯箇所Ｐ３及びＰ４が考えられる。

また、他の携帯箇所として、使用者がスマートフォン１をネックストラップにより首につり下げたときの携帯箇所Ｐ５やショルダーバッグに入れたときの携帯箇所Ｐ６、さらには手に持っている場合の携帯箇所Ｐ７等も考えられる。因みに携帯箇所Ｐ５及びＰ６は、実際のスマートフォン１の箇所ではなく、鉛直方向に関してその支持点となる箇所を表している。

ここで鉛直加速度値Ａ３に現れる負の半波について調査したところ、携帯箇所Ｐ３〜Ｐ７の場合、すなわち使用者がスマートフォン１を上半身に身に付けている場合には、図１２（Ａ）に示すように、鉛直加速度値Ａ３にほぼ同じ大きさの半波が周期的に現れた。

これは、左右の足それぞれの着地による垂直方向の力が上半身まで同程度に伝わってくるために、左右の足それぞれについての半波が同程度の大きさで現れるものと推察される。

一方、携帯箇所Ｐ１及びＰ２の場合、すなわち使用者がスマートフォン１を下半身に身に付けている場合には、図１２（Ｂ）に示すように、鉛直加速度値Ａ３に比較的大きな半波と比較的小さな半波とが交互に現れた。

これは、例えば使用者のズボンにおける右側のポケットにスマートフォン１が入っている場合、使用者が右足を着地したときには鉛直方向に大きな力が作用して比較的大きな半波が現れる一方、左足を着地したときには鉛直方向にあまり大きな力が作用せず比較的小さな半波が現れるためと推察される。

この図１２（Ｂ）の場合、前段の着地半波抽出部３４では、比較的小さな半波について、左足による歩行に起因したものであるにも関わらず、他の要因による場合との区別が困難であるため、着地半波ＨＷとしては検出できない。このため制御部２は、仮に着地半波ＨＷの数をそのまま歩数とした場合、使用者の歩数を正しく検出できないことになる。

ここで、着地半波間隔Ｔ１を着地半波長Ｔ２で除算した値（以下これを着地半波比率Ｒと呼ぶ）について検討する。

仮に左右両方の足による着地が全て着地半波ＨＷに現れる場合、鉛直加速度値Ａ３の性質上、着地半波間隔Ｔ１がほぼ歩行テンポＴＷに相当し、着地半波長Ｔ２が歩行テンポＴＷの約半分に相当することから、着地半波比率Ｒの値は約２になると考えられる。

一方、左右いずれか一方の足による着地のみが着地半波ＨＷに現れる場合、着地半波間隔Ｔ１が歩行テンポＴＷの約２倍に相当し、着地半波長Ｔ２が歩行テンポＴＷの約半分に相当することから、着地半波比率Ｒの値は約４になると考えられる。

そこで、実際に使用者がスマートフォン１を身体の様々な携帯箇所（図１１）に身に付けた場合における着地半波比率Ｒについて調査し、これを上半身と下半身とに分けて度数分布として集計したところ、図１３に示すような度数分布特性が得られた。因みに図１３では、度数を規格化しており、また着地半波比率Ｒの値を０．５刻みで集計している。

図１３からわかるように、上半身についての着地半波比率Ｒは、値２〜２．５となる場合が最も多いものの、他の値についても僅かずつ分布しており、いわば値２〜２．５を中心にやや広めに分布する傾向が現れている。

これに対し下半身についての着地半波比率Ｒは、値４．５〜５．０及び５．０以上の範囲に集中しており、値３．０〜３．５及び３．５〜４．０の範囲には殆ど分布していない。

ここで上半身についての着地半波比率Ｒの分布が比較的狭いのは、足からの距離が比較的近く、人体での力の伝達経路上における関節の数が比較的少ないためと考えられる。また、一般にズボンのポケットは比較的小さいため、スマートフォン１が当該ポケット内で自由に動き回る可能性が低く、身体とほぼ一体に動くためとも考えられる。

一方、上半身についての着地半波比率Ｒの分布が比較的広いのは、足からの距離が比較的遠く、人体での力の伝達経路上における関節の数が比較的多いためと考えられる。また、一般に上着のポケットやバッグ等は比較的大きいため、スマートフォン１が当該ポケットやバッグ等の中で自由に動き回る可能性が高く、いわば暴れやすいためとも考えられる。

このように着地半波比率Ｒの値については、上半身の場合と下半身の場合とでその分布範囲及び分布特性が異なることがわかる。そこで図１３の度数分布特性から、着地半波比率Ｒの値を基に、スマートフォン１の携帯箇所を判定すると共に１個の着地半波ＨＷに相当する歩数を判定するための比閾値ＴＨを３．５に定めた。

すなわち歩数判定部３５は、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ以上であれば、スマートフォン１が下半身に身に付けられており１個の着地半波ＨＷが２歩に相当するものと見なし、比閾値ＴＨ未満であれば、スマートフォン１が上半身に身に付けられており１個の着地半波ＨＷが１歩に相当するものと見なすこととした。

具体的に歩数判定部３５は、着地半波ＨＷの終了時刻ＴＥにおいて、着地半波間隔Ｔ１を着地半波長Ｔ２で除算することにより着地半波比率Ｒを算出し、これを比閾値ＴＨと比較することにより、スマートフォン１の携帯箇所が上半身又は下半身のいずれであるか、すなわち着地半波ＨＷが１歩又は２歩のいずれに相当するかを判定する。

続いて歩数判定部３５は、判定結果に関わらず、着地半波ＨＷに対し１歩の歩数をカウントする。また歩数判定部３５は、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ以上であった場合のみ、図１４に示すように、着地半波ＨＷの終了時刻ＴＥから過去の所定期間における平均歩行テンポＴＷＡ（すなわち１歩に要する平均時間）の経過後に、次の１歩をカウントする。

さらに歩数判定部３５は、判定した歩数（すなわち１歩又は２歩）で着地半波間隔Ｔ１を除算することにより、直前の歩行テンポＴＷを算出し、これを用いて平均歩行テンポＴＷＡを更新する。

また歩数判定部３５は、１歩をカウントするごとに、最後に停止してから現在までの連続した歩行における歩数である連続歩数ＷＣと、最後に初期化してから現在までの累積した歩数である累積歩数ＷＳとを更新する。

そして歩数判定部３５は、使用者が歩行していることを表す歩行フラグＬと、連続歩数ＷＣと、累積歩数ＷＳと、着地半波ＨＷの極値ＶＰと、歩行テンポＴＷと、平均歩行テンポＴＷＡとを歩行情報Ｆとして、これをナビゲーションプログラム等の他のプログラムに引き渡す。

これに応じてナビゲーションプログラム等は、例えば最後に現在位置を算出した後にＧＰＳ信号を受信できず、且つ歩行情報Ｆを取得した場合、連続歩数ＷＣと使用者の平均的な歩幅とを乗算することにより移動距離を算出し、別途推定した移動方向と組み合わせることにより最新の現在位置を推定するようになされている。

このように歩数判定部３５は、着地半波比率Ｒと比閾値ＴＨとの比較結果に応じて、スマートフォン１が上半身又は下半身のいずれに身に付けられているか、すなわち着地半波ＨＷが１歩又は２歩のいずれを表すかを判定して歩数をカウントするようになされている。

［１−３．歩行情報生成処理］
次に、スマートフォン１において使用者の歩行状況を表す歩行情報Ｆを生成するときの歩行情報生成処理手順について、図１５〜図１８のフローチャートを用いて詳細に説明する。

スマートフォン１の制御部２は、ナビゲーション機能の実行指示等に応じて、不揮発性メモリ６（図３）から歩行情報生成プログラムを読み出して実行することにより図１５の歩行情報生成処理手順ＲＴ１を開始し、鉛直成分推定ルーチンＲＴ２へ移る。

このとき制御部２は、図１６の鉛直成分推定ルーチンＲＴ２を開始してステップＳＰ１１へ移り、加速度センサ２１から加速度値Ａ１を取得して所定のバッファに蓄積し、次のステップＳＰ１２へ移る。

ステップＳＰ１２において制御部２は、バッファに加速度値Ａ１が１秒分（すなわち２５サンプル）溜まったか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、制御部２は次のステップＳＰ１３へ移る。

ステップＳＰ１３において制御部２は、１秒分の加速度値Ａ１の平均値である１秒平均値Ａ１Ａを算出して記憶すると共にバッファを空にして、次のステップＳＰ１４へ移る。因みに１秒平均値Ａ１Ａは３次元のベクトル値となる。また制御部２は、直近の１秒平均値Ａ１Ａを最大で３個まで記憶するようになされている。

ステップＳＰ１４において制御部２は、１秒平均値Ａ１Ａを既に３秒分算出したか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは鉛直単位ベクトルＵＶを算出するのに１秒平均値Ａ１Ａの数が不足していること、すなわち加速度値Ａ１の蓄積数が不十分であることを表しており、このとき制御部２は再度ステップＳＰ１１へ戻る。

一方、ステップＳＰ１４において肯定結果が得られると、制御部２は次のステップＳＰ１５へ移る。ステップＳＰ１５において制御部２は、３秒分の１秒平均値Ａ１Ａの平均値を算出し、これを鉛直単位ベクトルＵＶとして次のステップＳＰ１７へ移る。

一方、ステップＳＰ１２において否定結果が得られると、このことは１秒平均を算出するには加速度値Ａ１の蓄積数が不足していることを表しており、このとき制御部２は次のステップＳＰ１６へ移る。

ステップＳＰ１６において制御部２は、加速度値Ａ１の１秒平均値Ａ１Ａを３秒分算出したか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは未だ単位鉛直ベクトルＵＶを算出しておらず鉛直加速度値Ａ２を算出し得ないことを表しており、このとき制御部２はさらに加速度値Ａ１を蓄積するべくステップＳＰ１１へ戻る。

一方、ステップＳＰ１６において肯定結果が得られると、このことは１秒平均値Ａ１Ａを算出するまでは加速度値Ａ１が蓄積されていないものの、既に鉛直単位ベクトルＵＶを算出しているため鉛直加速度値Ａ２を算出し得ることを表している。このため制御部２は、次のステップＳＰ１７へ移る。

ステップＳＰ１７において制御部２は、最新の加速度値Ａ１から鉛直単位ベクトルＵＶを減算することにより、当該加速度値Ａ１から重力成分を除去した重力減算加速度値Ａ１Ｇを算出し、次のステップＳＰ１８へ移る。

ステップＳＰ１８において制御部２は、重力減算加速度値Ａ１Ｇと鉛直単位ベクトルＵＶとの内積を算出することにより、１次元のベクトル値である鉛直加速度値Ａ２を算出し、次のステップＳＰ１９へ移る。

このように制御部２は、鉛直成分推定ルーチンＲＴ２において、歩行情報生成プログラムの開始後３秒分の加速度値Ａ１を蓄積してから鉛直単位ベクトルＵＶを算出し、それ以降は１秒毎に鉛直単位ベクトルＵＶを更新しながら、順次取得する加速度値Ａ１を基に鉛直加速度値Ａ２を算出する。

ステップＳＰ１９において制御部２は元の歩行情報生成処理手順ＲＴ１（図１５）へ戻り、次のステップＳＰ１へ移る。

ステップＳＰ１において制御部２は、鉛直加速度値Ａ２のうち所定のカットオフ周波数以上の成分を除去することにより鉛直加速度値Ａ３を生成し（図７）、次の着地半波検出ルーチンＲＴ３へ移る。

このとき制御部２は、図１７の着地半波検出ルーチンＲＴ３を開始してステップＳＰ２１へ移り、鉛直加速度値Ａ３が上昇状態Ｓ３（図９）にあるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、制御部２は次のステップＳＰ２２へ移る。

ステップＳＰ２２において制御部２は、鉛直加速度値Ａ３が下降状態Ｓ２（図９）にあるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは鉛直加速度値Ａ３が初期状態Ｓ１（図９）にあることを表しており、このとき制御部２は、下降状態Ｓ２へ遷移するタイミングを検出するべく、次のステップＳＰ２３へ移る。

ステップＳＰ２３において制御部２は、図８の値Ｖ２、Ｖ３及びＶ４のように、鉛直加速度値Ａ３の値が負であり、且つ連続して３回減少しているか否かを判定する。

ここで否定結果が得られると、このことは鉛直加速度値Ａ３について初期状態Ｓ１（図９）のまま変化していないことを表している。このため制御部２は、次の鉛直加速度値Ａ３を取得するべく、次のステップＳＰ３７へ移る。

これに対しステップＳＰ２３において肯定結果が得られると、制御部２は次のステップＳＰ２４へ移り、初期状態Ｓ１から下降状態Ｓ２へ遷移して（図９）、次のステップＳＰ２５へ移る。

ステップＳＰ２５において制御部２は、最初に負となった時点（図８における時点ｔ２）を開始時刻ＴＳとして記憶した後、今度は上昇状態Ｓ３（図９）への遷移を検出するために次の鉛直加速度値Ａ３を取得するべく、次のステップＳＰ３７へ移る。

一方、ステップＳＰ２２において肯定結果が得られると、このことは既に初期状態Ｓ１から下降状態Ｓ２に遷移したことを表しており（図９）、このとき制御部２は次のステップＳＰ２６へ移る。

ステップＳＰ２６において制御部２は、図８の値Ｖ７、Ｖ８及びＶ９のように、鉛直加速度値Ａ３の値が負であり、且つ連続して３回増加しているか否かを判定する。

ここで否定結果が得られると、このことは鉛直加速度値Ａ３について下降状態Ｓ２（図９）のまま変化していないことを表している。このため制御部２は、次の鉛直加速度値Ａ３を取得するべく、次のステップＳＰ３７へ移る。

これに対しステップＳＰ２６において肯定結果が得られると、制御部２は次のステップＳＰ２７へ移り、下降状態Ｓ２から上昇状態Ｓ３へ遷移して（図９）、次のステップＳＰ２８へ移る。

ステップＳＰ２８において制御部２は、最初に増加に転じた時点（図８における時点ｔ７）を極値時刻ＴＰとして記憶すると共にこのときの値Ｖ７を極値ＶＰとして記憶し、今度は初期状態Ｓ１（図９）への遷移を検出するために次の鉛直加速度値Ａ３を取得するべく、次のステップＳＰ３７へ移る。

一方、ステップＳＰ２１において肯定結果が得られると、このことは既に初期状態Ｓ１から下降状態Ｓ２を経て上昇状態Ｓ３に遷移したことを表しており（図９）、このとき制御部２は次のステップＳＰ２９へ移る。

ステップＳＰ２９において制御部２は、鉛直加速度値Ａ３の値が０以上であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは鉛直加速度値Ａ３について上昇状態Ｓ３（図９）のまま変化していないことを表している。このため制御部２は、次の鉛直加速度値Ａ３を取得するべく、次のステップＳＰ３７へ移る。

これに対しステップＳＰ２９において肯定結果が得られると、このことは図８の値Ｖ１２のように、鉛直加速度値Ａ３が負の値から０又は正の値になったことを表している。このとき制御部２は、次のステップＳＰ３０へ移り、上昇状態Ｓ３から初期状態Ｓ１へ遷移して（図９）、次のステップＳＰ３１へ移る。

ステップＳＰ３１において制御部２は、このときの時刻（図８における時点ｔ１２）を終了時刻ＴＥとして記憶し、次のステップＳＰ３２へ移る。この場合、開始時刻ＴＳから終了時刻ＴＥまでの負の半波が仮着地半波ＨＷＴ（図８）となる。

ステップＳＰ３２において制御部２は、仮着地半波ＨＷＴの面積である仮面積値ＭＴを算出して記憶し（図１０）、次のステップＳＰ３３へ移る。

ステップＳＰ３３において制御部２は、仮面積値ＭＴが平均面積値ＭＡの０．５倍以上であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは仮面積値ＭＴが極端に小さいことから仮着地半波ＨＷＴが歩行以外の要因により生じた波形であると見なし得ることを表している。このとき制御部２は、次の仮着地半波ＨＷＴを検出するべく、次のステップＳＰ３７へ移る。

これに対しステップＳＰ３３において肯定結果が得られると、このことは仮着地半波ＨＷＴの仮面積値ＭＴが十分に大きいことを表しており、このとき制御部２は次のステップＳＰ３４へ移る。

ステップＳＰ３４において制御部２は、仮着地半波ＨＷＴを着地半波ＨＷとして認定し、次のステップＳＰ３５へ移る。

ステップＳＰ３５において制御部２は、最後に検出した着地半波ＨＷの極値時刻ＴＰとその直前に検出した着地半波ＨＷ０の極値時刻ＴＰ０との時間間隔を着地半波間隔Ｔ１（図１２）として算出すると共に記憶し、次のステップＳＰ３６へ移る。

ステップＳＰ３６において制御部２は、最後に検出した着地半波ＨＷにおける終了時刻ＴＥと開始時刻ＴＳとの時間間隔を着地半波長Ｔ２（図１２）として算出すると共に記憶し、次のステップＳＰ３７へ移る。

ステップＳＰ３７において制御部２は、元の歩行情報生成処理手順ＲＴ１（図１５）へ戻り、次の歩数判定出力ルーチンＲＴ４へ移る。

このとき制御部２は、図１８の歩数判定出力ルーチンＲＴ４を開始してステップＳＰ４１へ移る。ステップＳＰ４１において制御部２は、直前の着地半波検出ルーチンＲＴ３において着地半波ＨＷを検出したか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは着地半波ＨＷを検出したことに伴い歩数のカウント処理を行う必要があることを表しており、このとき制御部２は次のステップＳＰ４２へ移る。

ステップＳＰ４２において制御部２は、着地半波間隔Ｔ１を着地半波長Ｔ２で除算することにより着地半波比率Ｒを算出し、次のステップＳＰ４３へ移る。

ステップＳＰ４３において制御部２は、当該着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ（すなわち３．５）未満であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、制御部２は次のステップＳＰ４４へ移る。

ステップＳＰ４４において制御部２は、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ未満であることからスマートフォン１の携帯箇所が使用者の上半身であり、検出した着地半波ＨＷが１歩に相当するものと判定し、次のステップＳＰ４６へ移る。

これに対しステップＳＰ４３において否定結果が得られると、制御部２は次のステップＳＰ４５へ移る。ステップＳＰ４５において制御部２は、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ以上であることからスマートフォン１の携帯箇所が使用者の下半身であり、検出した着地半波ＨＷが２歩に相当するものと判定し、次のステップＳＰ４６へ移る。

ステップＳＰ４６において制御部２は、判定した歩数に関わらず、連続歩数ＷＣ及び累積歩数ＷＳの値を１歩増加させると共に歩行情報Ｆを生成して出力し、次のステップＳＰ４７へ移る。

ステップＳＰ４７において制御部２は、着地半波間隔Ｔ１及び判定した歩数を基に直前の歩行テンポＴＷを算出して次のステップＳＰ４８へ移る。

一方、ステップＳＰ４１において否定結果が得られると、このことはこの処理サイクル（図１５における１回のループ）では着地半波ＨＷを検出していないため１歩目のカウントに関する処理を行う必要が無いことを表しており、このとき制御部２は次のステップＳＰ４８へ移る。

ステップＳＰ４８において制御部２は、最後に検出した着地半波ＨＷについて２歩に相当すると判定したか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは最後に検出した着地半波ＨＷに応じてもう１歩分をカウントする必要があることを表しており、このとき制御部２は次のステップＳＰ４９へ移る。

ステップＳＰ４９において制御部２は、最後に検出した着地半波ＨＷの終了時刻ＴＥから平均歩行テンポＴＷＡに相当する時間が経過したか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは未だ次の１歩をカウントすべきタイミングではないことを表しており、このとき制御部２は次のステップＳＰ５１へ移る。

これに対しステップＳＰ４９において肯定結果が得られると、制御部２は次のステップＳＰ５０へ移り、２歩目のカウント処理として、連続歩数ＷＣ及び累積歩数ＷＳの値を１歩増加させると共に歩行情報Ｆを生成して出力し、次のステップＳＰ５１へ移る。

一方、ステップＳＰ４８において否定結果が得られると、このことは最後に検出した着地半波ＨＷについて２歩目をカウントする必要が無いことを表しており、このとき制御部２は次のステップＳＰ５１へ移る。

ステップＳＰ５１において制御部２は、元の歩行情報生成処理手順ＲＴ１（図１５）へ戻り、次のステップＳＰ２へ移る。

ステップＳＰ２において制御部２は、最後に算出した仮面積値ＭＴを用いて平均面積値ＭＡを更新すると共に、最後に算出した歩行テンポＴＷを用いて平均歩行テンポＴＷＡを更新して、再度鉛直成分推定ルーチンＲＴ２へ戻る。

このように制御部２は、加速度センサ２１（図３）による加速度値Ａ１が生成される周期（すなわち２５［Ｈｚ］）で歩行情報生成処理手順ＲＴ１を繰り返すことにより、使用者が歩行し始めたときに直ちにその１歩を検出して歩行情報Ｆを生成するようになされている。

［１−４．動作及び効果］
以上の構成において、スマートフォン１の制御部２は、加速度値Ａ１からその鉛直方向成分である鉛直加速度値Ａ３を生成し、当該鉛直加速度値Ａ３の波形を基に着地半波ＨＷを検出する。

続いて制御部２は、当該着地半波ＨＷを検出したタイミングで、着地半波間隔Ｔ１及び着地半波長Ｔ２を算出した上で、着地半波長Ｔ２に対する着地半波間隔Ｔ１の比率である着地半波比率Ｒを算出し、これを比閾値ＴＨと比較する。

ここで制御部２は、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ未満であれば、スマートフォン１の携帯箇所が使用者の上半身であり着地半波ＨＷが１歩に相当するものと判定する。一方制御部２は、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ以上であれば、スマートフォン１の携帯箇所が使用者の下半身であり、検出した着地半波ＨＷが２歩に相当するものと判定する。

そして制御部２は、直ちに連続歩数ＷＣ及び累積歩数ＷＳ等の値を更新すると共に歩行情報Ｆを生成して他のプログラム等へ引き渡す。

従って制御部２は、鉛直加速度値Ａ３を基に、スマートフォン１を携帯している使用者が歩行したことを、その携帯箇所が上半身又は下半身のいずれであるかに関わらず、その１歩目から検出することができる。

このとき制御部２は、着地半波比率Ｒの度数分布の傾向が上半身と下半身とで大きく異なることを利用し（図１３）、適切に定めた比閾値ＴＨ（すなわち３．５）と当該着地半波比率Ｒとの大小関係から、着地半波ＨＷが使用者の１歩又は２歩のいずれに相当するかを精度良く判定することができる。

また制御部２は、鉛直加速度値Ａ３に含まれる負の半波のうち、「初期状態Ｓ１、下降状態Ｓ２、上昇状態Ｓ３、初期状態Ｓ１」といった一連の状態遷移（図９）を経て、且つその面積がある程度大きい場合（図１０）のみ着地半波ＨＷとして検出する。

ここで、携帯箇所が下半身である場合には（図１２（Ｂ）等）、携帯箇所と反対側の足が着地したときの半波が極めて小さく、外力等の他の要因による半波と類似しているため、使用者の歩行に起因したものであることを正しく判定することは極めて難しい。

この点において制御部２は、着地半波検出ルーチンＲＴ３（図１７）により、スマートフォン１の携帯箇所が上半身であるときの両足の着地による半波、及び下半身であるときの携帯箇所側の足の着地による半波のみを着地半波ＨＷとして検出する。

このため制御部２は、他の要因による半波や、携帯箇所と反対側の足が着地したときの半波（すなわち他の要因による半波と区別が難しい半波）については除外することができ、足の着地によるものである確実性が高い半波のみを着地半波ＨＷとすることができる。この場合、携帯箇所と反対側の足が着地したときの半波を除外することについては、着地半波比率Ｒを基に着地半波ＨＷを２歩相当と判定することにより、歩数のカウントを適切に補うことができる。

さらに制御部２は、着地半波ＨＷの判定において用いる仮面積値ＭＴについて、鉛直加速度値Ａ３を加算するだけでこれに相当する値を算出することができるため、複雑な演算が必要な共相関を用いる場合等と比較して、その演算負荷を大幅に削減することができ、リアルタイム性を高めることができる。

以上の構成によれば、スマートフォン１の制御部２は、鉛直加速度値Ａ３の波形を基に着地半波ＨＷを検出し、着地半波長Ｔ２に対する着地半波間隔Ｔ１の比率である着地半波比率Ｒを算出して比閾値ＴＨと比較する。このとき制御部２は、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ未満であれば着地半波ＨＷが１歩に相当するものと判定し、それ以外の場合は２歩に相当するものと判定し、その判定結果に基づき連続歩数ＷＣ及び累積歩数ＷＳ等の値を更新して歩行情報Ｆを生成する。これによりスマートフォン１は、その携帯箇所が上半身又は下半身のいずれであるかに関わらず、使用者が歩行したこと及びその歩数を１歩目から精度良く検出することができる。

＜２．他の実施の形態＞
なお上述した実施の形態においては、上半身及び下半身それぞれの着地半波比率Ｒの度数分布特性（図１３）を基に、比閾値ＴＨの値を３．５とするようにした場合について述べた。

本発明はこれに限らず、例えば両分布における最頻値同士の中間値や、近似曲線を描いたときの交点となる値とする等、上半身及び下半身それぞれの着地半波比率Ｒについての種々の性質や特性等を基に比閾値ＴＨの値を定めるようにしても良い。この場合、要はスマートフォン１の携帯箇所を判定すると共に１個の着地半波ＨＷに相当する歩数を判定するのに適した値であれば良い。

また上述した実施の形態においては、着地半波比率Ｒが比閾値ＴＨ以上であり１個の着地半波ＨＷを２歩に相当すると判定した場合に、まず１歩をカウントした後、歩行テンポＴＷの経過後に次の１歩をカウントするようにした場合について述べた。

本発明はこれに限らず、例えばナビゲーション画面において１歩ごとの表示の更新まではしないような場合に、着地半波ＨＷの検出時又は歩行テンポＴＷの経過後に、２歩まとめてカウントするようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、「初期状態Ｓ１、下降状態Ｓ２、上昇状態Ｓ３、初期状態Ｓ１」といった一連の状態遷移（図９）を経て、且つその面積がある程度大きい場合（図１０）のみ着地半波ＨＷとして検出するようにした場合について述べた。

本発明はこれに限らず、例えば特許文献１に開示されているように共相関を用いるようにし、或いは極値ＶＰが所定の閾値を越えることや極値時刻ＴＰ同士の間隔が一定の範囲であることを要件とし、さらにはこれらを組み合わせる等、種々の要件により着地半波ＨＷを検出するようにしても良い。またこの場合、各閾値を固定値とするのみでなく、過去の極値ＶＰや平均歩行テンポＴＷＡ等を基に随時更新するようにしても良い。

この場合、要は、スマートフォン１の携帯箇所が上半身であるときの両足の着地による半波、及び下半身であるときの携帯箇所側の足の着地による半波のみを着地半波ＨＷとして検出できれば良い。

さらに上述した実施の形態においては、着地半波ＨＷの極値時刻ＴＰと直前の着地半波ＨＷ０の極値時刻ＴＰ０との間隔を着地半波間隔Ｔ１とするようにした場合について述べた。

本発明はこれに限らず、例えば着地半波ＨＷ及び直前の着地半波ＨＷ０それぞれの開始時刻ＴＳ同士の間隔や終了時刻ＴＥ同士の間隔等、両半波において対比の対象となり得るような特徴点同士の時間間隔を着地半波間隔Ｔ１とするようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、３次元の加速度値Ａ１を基に鉛直単位ベクトルＵＶを生成し、これと加速度値Ａ１との内積を１次元の鉛直加速度値Ａ２とし、さらにその低域成分を鉛直加速度値Ａ３とするようにした場合について述べた。

本発明はこれに限らず、加速度値Ａ１を基に種々の演算を行うことにより鉛直加速度値Ａ３を生成するようにし、或いは鉛直方向の加速度を検出し得る鉛直加速度センサから直接的に鉛直加速度値Ａ２を取得し、その低域成分を鉛直加速度値Ａ３とする等、種々の手法により鉛直加速度値Ａ３を取得するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、鉛直成分推定ルーチンＲＴ２（図１６）において、１秒平均値Ａ１Ａを３秒分蓄積してから鉛直加速度値Ａ２を算出するようにした場合について述べた。

本発明はこれに限らず、１秒平均値Ａ１Ａを１．５秒分、５秒分や１０秒分など、他の任意の秒数分だけ蓄積してから鉛直加速度値Ａ２を算出するようにしても良い。また１秒平均値Ａ１Ａに代えて、例えば０．５秒分の平均値である０．５秒平均値のような任意の期間の平均値を用いるようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、地図データをデータベース８に記憶させておき、当該データベース８から地図データを読み出してナビゲーション画面の表示処理等を行う場合について述べた。

本発明はこれに限らず、例えばインターネット等のネットワーク上に地図データを記憶する地図サーバを設けておき、通信処理部１６からアンテナ１６Ａを介して基地局と通信接続することにより当該地図サーバにアクセスし、地図データを取得してナビゲーション画面の表示処理等を行うようにしても良い。またこの場合、経路探索処理や画面生成処理等の演算処理についても、地図サーバや他のサーバ等において実行するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、制御部２が不揮発性メモリ６から歩行情報生成プログラムを読み出して実行することにより、図５に示した各種機能をソフトウェアにより実現するようにした場合について述べた。

本発明はこれに限らず、図５に示した各種機能をハードウェアにより実現しても良く、さらには機能ごとにソフトウェア及びハードウェアを混在させるようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、情報処理装置としてのスマートフォン１において、制御部２が、不揮発性メモリ６に予め格納されている歩行情報生成プログラムを読み出して実行するようにした場合について述べた。

本発明はこれに限らず、例えば制御部２が通信処理部１６や外部インタフェース１７等を介して外部から取得した歩行情報生成プログラムを不揮発性メモリ６等にインストールして実行するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、本発明をスマートフォン１に適用するようにした場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば携帯型ナビゲーション装置や、携帯型音楽再生装置、ディジタルカメラ、或いは携帯型ゲーム機等のように、使用者に携帯されその歩行状況を検出してナビゲーション機能や歩数計機能等に利用する種々の携帯型電子機器に適用するようにしても良い。

例えば携帯型音楽再生装置の場合、アームバンドやリストバンド等により使用者の腕や手首を携帯箇所Ｐ８及びＰ９（図１１）とし、或いはヘッドフォン一体型の場合に頭部を携帯箇所Ｐ１０とすることも考えられるが、この場合も携帯箇所Ｐ３〜Ｐ７と同様に上半身として扱えば良い。

さらに上述した実施の形態においては、取得部としての加速度センサ２１、鉛直方向推定部３１及び鉛直成分抽出部３２と、着地半波検出部及び間隔検出部としての着地半波検出部３４と、歩数判定部及び出力部としての歩数判定部３５とによって歩行状況検出装置としてのスマートフォン１を構成する場合について述べた。

本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる取得部と、着地半波検出部と、間隔検出部と、歩数判定部と、出力部とによって歩行状況検出装置を構成するようにしても良い。

本発明は、使用者に携帯される種々の携帯型電子機器でも利用できる。

１……スマートフォン、２……制御部、６……不揮発性メモリ、２１……加速度センサ、３１……鉛直方向推定部、３２……鉛直成分抽出部、３４……着地半波検出部、３５……歩数判定部、Ａ１……加速度値、Ａ３……鉛直加速度値、ＨＷ……着地半波、ＶＰ……極値、ＴＳ……開始時刻、ＴＰ……極値時刻、ＴＥ……終了時刻、Ｔ１……着地半波間隔、Ｔ２……着地半波長、Ｒ……着地半波比率、ＴＨ……比閾値、Ｆ……歩行情報。

かかる課題を解決するため本発明おいては、使用者の行動に応じた加速度値を所定周期で取得し、加速度値から第１の時間間隔及び第２の時間間隔を検出し、第２の時間間隔に対する第１の時間間隔の比率に基づいて使用者が端末を身に付けている部位を判別し、判別結果に基づき、使用者の歩数を判定するようにした。

本発明では、使用者が端末を身に付けている部位に応じて第２の時間間隔に対する第１の時間間隔の比率が異なることを利用することにより、使用者が端末を身に付けている部位を精度良く判断した上でその歩数を判定することができるので、使用者の携帯箇所に関わらず、その１歩ずつに応じた適切な歩行情報を出力することができる。

本発明によれば、使用者が端末を身に付けている部位に応じて第２の時間間隔に対する第１の時間間隔の比率が異なることを利用することにより、使用者が端末を身に付けている部位を精度良く判断した上でその歩数を判定することができるので、使用者の携帯箇所に関わらず、その１歩ずつに応じた適切な歩行情報を出力することができる。かくして本発明は、リアルタイム性を確保しながら携帯箇所によらずに使用者の歩行の状況を精度良く検出し得る歩行状況検出装置、歩行状況検出方法及び歩行状況検出プログラムを実現できる。

［１−２−２．着地半波の検出］
着地半波検出部３４は、鉛直加速度値Ａ３に含まれる波形のうち使用者の歩行に起因する部分を検出するようになされている。

そこで着地半波検出部３４は、ゼロレベル以下の負の半波に着目し、当該半波が所定の条件を満たす場合に、当該半波を歩行時の着地に起因した半波（以下これを着地半波ＨＷと呼ぶ）であると判断するようになされている。

また着地半波検出部３４は、鉛直加速度値Ａ３の値に関する状態として、図９に示すように、値が負であり且つ下降した状態である下降状態Ｓ２、値が負であり且つ上昇した状態である上昇状態Ｓ３、及びそのいずれでもない初期状態Ｓ１に分類し、各状態の間を遷移するようになされている。

具体的に着地半波検出部３４は、図７（Ｂ）と対応する図８に示すように、まず鉛直加速度値Ａ３が減少しており、且つある時点ｔ１において正の値Ｖ１であり、その次の時点ｔ２において負の値Ｖ２となるような時点ｔ２を検出する。このとき着地半波検出部３４は、時点ｔ１では、初期状態Ｓ１（図９）とする。

続いて着地半波検出部３４は、鉛直加速度値Ａ３（図８）が値Ｖ２、Ｖ３及びＶ４のように負の値のまま時点ｔ２から連続して３回以上減少したことを検出した場合、初期状態Ｓ１から下降状態Ｓ２に遷移する（図９）。また着地半波検出部３４は、最初に負となった時点ｔ２をゼロクロス点とみなし、開始時刻ＴＳとして記憶する。

その後着地半波検出部３４は、鉛直加速度値Ａ３（図８）が値Ｖ７、Ｖ８及びＶ９のように負の値のまま時点ｔ７から連続して３回以上増加したことを検出した場合、下降状態Ｓ２から上昇状態Ｓ３に遷移する（図９）。また着地半波検出部３４は、最初に増加に転じた時点ｔ７をピーク点とみなし、この時点ｔ７を極値時刻ＴＰとして記憶し、またこのときの値Ｖ７を極値ＶＰとして記憶する。

さらに着地半波検出部３４は、鉛直加速度値Ａ３（図８）が値Ｖ１２のように負から正になったことを検出した場合、再び初期状態Ｓ１（図９）に遷移すると共に、この時点ｔ１２をゼロクロス点と見なし、終了時刻ＴＥとして記憶する。

着地半波検出部３４は、このように初期状態Ｓ１、下降状態Ｓ２及び上昇状態Ｓ３を経て再び初期状態Ｓ１に戻ってきた場合、使用者の歩行における着地を表す可能性が高い負の半波を検出したものと見なす。以下、このようにして検出した半波を仮着地半波ＨＷＴと呼ぶ。

次に着地半波検出部３４は、図１０に示すように、仮着地半波ＨＷＴのうち値が負となる時点ｔ２の値Ｖ２から時点ｔ１１の値Ｖ１１までを加算することにより、仮着地半波ＨＷＴの面積に相当する値である仮面積値ＭＴを算出する。そして着地半波検出部３４は、仮面積値ＭＴが、過去の着地半波ＨＷにおける面積の平均値である平均面積値ＭＡの０．５倍以上であれば、仮着地半波ＨＷＴを正式な着地半波ＨＷと判定する。

このとき着地半波検出部３４は、仮面積値ＭＴが極端に小さい場合には、仮着地半波ＨＷＴが使用者の歩行によるものではなく、外部からの衝撃等の他の要因による可能性が高いと考えられるため、このような面積を用いた判定処理を行うようになされている。

このように着地半波検出部３４は、初期状態Ｓ１、下降状態Ｓ２及び上昇状態Ｓ３を経て再び初期状態Ｓ１に戻ってきた場合であって、且つその面積が過去の平均値の０．５倍以上である場合に、着地半波ＨＷを検出したものと判定する。

さらに着地半波検出部３４は、最後に検出した着地半波ＨＷの極値時刻ＴＰとその直前に検出した着地半波ＨＷ０の極値時刻ＴＰ０との時間間隔を着地半波間隔Ｔ１として算出する。また着地半波検出部３４は、最後に検出した着地半波ＨＷにおける終了時刻ＴＥと開始時刻ＴＳとの時間間隔を着地半波長Ｔ２として算出する。そして着地半波検出部３４は、着地半波間隔Ｔ１及び着地半波長Ｔ２を歩数判定処理部３５へ供給する。

このように着地半波検出部３４は、着地半波ＨＷを検出すると共に、当該着地半波ＨＷについての特徴を表す値として着地半波間隔Ｔ１及び着地半波長Ｔ２を算出するようになされている。

この図１２（Ｂ）の場合、前段の着地半波検出部３４では、比較的小さな半波について、左足による歩行に起因したものであるにも関わらず、他の要因による場合との区別が困難であるため、着地半波ＨＷとしては検出できない。このため制御部２は、仮に着地半波ＨＷの数をそのまま歩数とした場合、使用者の歩数を正しく検出できないことになる。

ここで下半身についての着地半波比率Ｒの分布が比較的狭いのは、足からの距離が比較的近く、人体での力の伝達経路上における関節の数が比較的少ないためと考えられる。また、一般にズボンのポケットは比較的小さいため、スマートフォン１が当該ポケット内で自由に動き回る可能性が低く、身体とほぼ一体に動くためとも考えられる。

ステップＳＰ１６において制御部２は、加速度値Ａ１の１秒平均値Ａ１Ａを３秒分算出したか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは未だ鉛直単位ベクトルＵＶを算出しておらず鉛直加速度値Ａ２を算出し得ないことを表しており、このとき制御部２はさらに加速度値Ａ１を蓄積するべくステップＳＰ１１へ戻る。

Claims (9)

1. 使用者の行動に応じた鉛直方向の加速度成分を表す鉛直加速度値を所定周期で取得する取得部と、
   上記鉛直加速度値における下向き加速度を表す半波のうち上記使用者が着地したことを表す着地半波を検出する着地半波検出部と、
   上記着地半波と直前に検出された上記着地半波との対応する特徴点同士の時間間隔でなる着地半波間隔と、上記着地半波における開始点及び終了点の時間間隔でなる着地半波長とを検出する間隔検出部と、
   上記着地半波長に対する上記着地半波間隔の比率を表す着地半波比率が所定の比閾値を越える場合には上記着地半波を２歩分と判定し、それ以外の場合には上記着地半波を１歩分と判定する歩数判定部と、
   上記歩数判定部による判定結果に基づき、上記使用者の歩行状況を表す歩行情報を上記着地半波に対応させて出力する出力部と
   を有する歩行状況検出装置。
2. 過去の上記着地半波間隔を基に、上記使用者の平均的な歩行のテンポである平均歩行テンポを算出する平均歩行間隔算出部
   をさらに有し、
   上記出力部は、
   上記着地半波を２歩分と判定した場合、上記着地半波に対応付けて１歩分の歩行情報を出力し、上記平均歩行テンポの経過後に残りの１歩分の歩行情報を出力する
   請求項１に記載の歩行状況検出装置。
3. 上記比閾値は、
   上記歩行検出装置が上記使用者の上半身に身に付けられたときに得られた上記着地半波比率の度数分布である上半身度数分布と、上記歩行検出装置が上記使用者の下半身に身に付けられたときに得られた上記着地半波比率の度数分布である下半身度数分布とを基に定められた
   請求項１に記載の歩行状況検出装置。
4. 上記比閾値は、
   上記上半身度数分布の中心値と上記下半身度数分布の中心値との中間値よりも当該下半身度数分布の中心値に近い値に定められた
   請求項３に記載の歩行状況検出装置。
5. 上記着地半波検出部は、
   上記所定周期ごとに得られる上記鉛直加速度値の値について、下向きの加速度を表し且つ直前の値よりも減少する下降状態となり、続けて下向きの加速度を表し且つ直前の値よりも増加する上昇状態となった後、上向きの加速度になったときに、上記鉛直加速度値のうち当該下向きの加速度であった範囲を上記着地半波として検出する
   請求項１に記載の歩行状況検出装置。
6. 過去に検出した上記着地半波の面積を表す半波面積の平均値を算出する平均半波面積算出部
   をさらに有し、
   上記着地半波検出部は、
   上記加速度値における下向き加速度を表す半波のうち、その面積が上記平均半波面積の所定倍よりも大きいものを上記着地半波として検出する
   請求項１に記載の歩行状況検出装置。
7. 上記間隔検出部は、
   上記着地半波の極と、直前に検出された上記着地半波の極との時間間隔を上記着地半波間隔として検出する
   請求項１に記載の歩行状況検出装置。
8. 使用者の行動に応じた鉛直方向の加速度成分を表す鉛直加速度値を所定周期で取得する取得ステップと、
   上記鉛直加速度値における下向き加速度を表す半波のうち上記使用者が着地したことを表す着地半波を検出する着地半波検出ステップと、
   上記着地半波と直前に検出された上記着地半波との対応する特徴点同士の時間間隔でなる着地半波間隔と、上記着地半波における開始点及び終了点の時間間隔でなる着地半波長とを検出する間隔検出ステップと、
   上記着地半波長に対する上記着地半波間隔の比率を表す着地半波比率が所定の比閾値を越える場合には上記着地半波を２歩分と判定し、それ以外の場合には上記着地半波を１歩分と判定する歩数判定ステップと、
   上記歩数判定部による判定結果に基づき、上記使用者の歩行状況を表す歩行情報を上記着地半波に対応させて出力する出力ステップと
   を有する歩行状況検出方法。
9. 情報処理装置に対し、
   使用者の行動に応じた鉛直方向の加速度成分を表す鉛直加速度値を所定周期で取得する取得ステップと、
   上記鉛直加速度値における下向き加速度を表す半波のうち上記使用者が着地したことを表す着地半波を検出する着地半波検出ステップと、
   上記着地半波と直前に検出された上記着地半波との対応する特徴点同士の時間間隔でなる着地半波間隔と、上記着地半波における開始点及び終了点の時間間隔でなる着地半波長とを検出する間隔検出ステップと、
   上記着地半波長に対する上記着地半波間隔の比率を表す着地半波比率が所定の比閾値を越える場合には上記着地半波を２歩分と判定し、それ以外の場合には上記着地半波を１歩分と判定する歩数判定ステップと、
   上記歩数判定部による判定結果に基づき、上記使用者の歩行状況を表す歩行情報を上記着地半波に対応させて出力する出力ステップと
   を実行させる歩行状況検出プログラム。
   

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