JP2009276094A - 姿勢特定装置、移動方位特定装置、位置特定装置、コンピュータプログラム及び姿勢特定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行者が携帯した場合でも自身の姿勢を特定することができる姿勢特定装置、移動方位特定装置、位置特定装置、コンピュータプログラム及び姿勢特定方法を提供する。
【解決手段】座標変換部３１は、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）との間の座標変換を、ピッチ角α、ロール角β、ヨー角γをパラメータとして行う。角度算出部３２は、座標変換部３１での座標変換に３軸加速度センサ２２及び３軸地磁気センサ２３で検出したデータ（加速度、地磁気）を適用することにより、ピッチ角α、ロール角β、ヨー角γを算出する。姿勢特定部３０は、基準となる基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）に対するピッチ角α、ロール角β、ヨー角γを求めることにより、自身の姿勢を特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置特定の技術に関し、特に歩行者が携帯した場合でも自身の姿勢を特定することができる姿勢特定装置、該姿勢特定装置を備えた移動方位特定装置、該移動方位特定装置を備えた位置特定装置、前記姿勢特定装置を実現するためのコンピュータプログラム及び姿勢特定方法に関する。

車両等の移動体の位置を検出するためにナビゲーションで広く利用されている位置検出方法には、例えば、自立航法、衛星航法、地図マッチング法、ハイブリッド航法などがある。自立航法は、距離センサ、方位センサ又は角速度センサなど用い、例えば、経緯度座標系を基にした直交座標系に対する車両の走行の方位角と単位時間当たりの走行距離に基づいて、逐次車両位置を算出するものであるが、道路との整合性は考慮されておらず、走行距離の増加に応じて車両位置の誤差が累積するという問題がある。

また、衛星航法は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いるものであり、検出される位置には、１０〜２０ｍ程度の誤差を含む。ＧＰＳを用いるため、距離センサ、方位センサ又は角速度センサ等の車載のセンサは不要である。しかし、高架下の道路、建物に挟まれた道路、山道、街路樹等で覆われた道路では、所定数のＧＰＳ衛星から電波を受信することができず、検出精度が大きく劣化するという問題がある。また、道路間隔の狭い細街路では、走行道路を間違うという問題もある。

また、地図マッチング法は、自立航法による走行軌跡と道路地図との整合性（マッチング）を考慮して車両の位置を検出するものである（特許文献１参照）。すなわち、自立航法による軌跡と、道路地図データとを比較して相関をとりながら、走行していると考えられる複数の道路候補の中から、最も確からしい道路を選定してゆく。そして、候補となる道路が１本に限定された時点で、自立航法により得られた車両の走行軌跡を道路に合致させる。しかし、限定した道路が間違っている場合、それ以降の位置検出が不能になるという問題がある。

また、ハイブリッド航法は、衛星航法と地図マッチング法とを組み合わせたものであり、自立航法と衛星航法の誤差を勘案しながら、合理的に車両の位置を推定し、走行している道路を特定するものである（特許文献２参照）。ハイブリッド航法では、例えば、通常時には、地図マッチング法を用いて車両の位置を検出する。地図マッチング法で車両の位置が検出不能に陥った場合、衛星航法により車両の位置、方位を検出して車両の位置を推定し、道路地図データとの整合性を考慮して車両の位置を検出するものである。ハイブリッド航法を用いれば、特殊な場合を除けば、車両が走行している道路を間違う可能性は殆どなく、道路方向の位置精度も、平均的には１０ｍ程度の誤差範囲内であり、道路案内目的のナビゲーションでは、実用上殆ど問題ない精度レベルである。

一方、歩行者が携帯する携帯電話又は簡易型ナビゲーション装置等の携帯機器では、ＧＰＳ衛星又は基地局との通信を用いて、歩行者の現在位置を検出する方法が実用化されている。ＧＰＳ衛星から電波を受信して位置を検出する場合、ＧＰＳ衛星の受信状態が良いときには、位置誤差が１０〜２０ｍ程度であるが、都心のビル等の建造物の谷間又は高架下の道路などでは、位置を検出することが不能となる場合、あるいはマルチパス等の影響により位置誤差が数百ｍ程度になり正確な位置が求められない場合がある。特に、歩行者の場合、車両等の移動体と異なり、建造物の近くを建造物に沿って歩く傾向があるため、ＧＰＳ衛星からの電波の受信レベルが低下する。

また、従来の携帯機器で歩行者の位置を地図上に表示するものがあるが、ＧＰＳ衛星からの電波により測位した位置に近い地図上の道路に歩行者の位置を単に表示するだけであり、歩行者の歩行軌跡、道路以外に歩行者が歩行可能な領域、このような歩行可能な領域と道路との接続性などは全く考慮されていない。このため、道路間隔の狭い細街路を歩行するような場合、あるいは、ＧＰＳ衛星の電波の受信レベルが劣化した場合には、時間経過に伴って歩行者の位置が地図上の道路を頻繁に飛ぶという事態が発生する。

また、車両の場合と異なり歩行者の場合には屋外のみならず屋内に入る頻度が高く、建物などの内部に歩行者が入った場合には、ＧＰＳ衛星からの電波をほとんど受信することができず、このような場合に、基地局との通信が不可能であると位置検出を行うことが全くできないという事態に陥る。仮に基地局との通信が可能だとしても、位置検出の精度は格段に低下してしまう。

従来は、携帯機器を用いた位置検出では、だいたいの位置が分かれば、歩行者が最終的な位置を判断することも可能なので、ある程度の誤差があっても使用に耐えるものであった。しかし、近年、携帯機器保有者の防犯の必要性、あるいは車両との交通事故の防止の必要性が増し、安全又は安心の観点から、より高精度の位置検出が必要になってきており、少なくとも、道路間隔の狭い細街路での道路特定、建造物の特定、高架下等での位置精度向上が要求されてきている。

このような状況にあって、携帯機器を用いた位置検出においても、ＧＰＳ衛星による位置検出だけでなく、自立航法を利用するもの、あるいは地図マッチング法を利用するものが提案されている。

例えば、歩行者の歩幅から距離を算出する装置（特許文献３、４参照）、地磁気方位センサ又は角速度センサ及び加速度センサによる自立航法を用いて、ＧＰＳデータを補正し、あるいはＧＰＳデータを取得できない場合に自立航法を用いる方法（特許文献５参照）、測定地点の地磁気の垂直成分を記憶しておき、３軸地磁気センサで検出したデータから、水平面に対する傾斜角度を算出し、これをもとに方位を補正する方法（特許文献６参照）が開示されている。
特開昭６３−１４８１１５号公報 特開平２−２７５３１０号公報 特開平８−６８６４３号公報 特開平９−８９５８４号公報 特開２００４−２３３０５８号公報 特開昭６３−２７７１１号公報

しかしながら、従来の携帯機器による自立航法は、携帯機器に内蔵されたセンサの姿勢が不変であるという前提、あるいは、センサの検出軸が歩行者座標系（例えば、歩行者の移動方向に対して水平横方向をｘ軸、歩行者の移動方向をｙ軸、鉛直方向をｚ軸）のいずれかの軸の回りだけに回転した場合に限定するというセンサの姿勢が限定的な条件を満たすという前提が必要であった。

車両に設置された機器の場合であれば、車両と機器との相対的な姿勢は不変であるため、車両座標系から見た姿勢は不変である。また、車両の振動も比較的微小であるため、水平面上を直線走行している限り、道路座標系から見た姿勢の変動も微小である。

しかし、歩行者の場合には、携帯機器を手に持って見ている場合だけであれば、携帯機器の姿勢をある程度限定することが可能であるが、一般的には、歩行者が携帯機器を手に持っているとは限らず、携帯機器の姿勢は不確定である。また、歩行者が歩行する場合には、歩行者の歩行に伴って携帯機器（内蔵のセンサも含む）も振動するため、歩行者から見ても、携帯機器の姿勢が常時振動して変化する。従って、自立航法を利用して歩行者の位置を検出するためには、歩行者が携帯する携帯機器の姿勢を常時特定する必要があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、歩行者が携帯した場合でも自身の姿勢を特定することができる姿勢特定装置、該姿勢特定装置を備えた移動方位特定装置、該移動方位特定装置を備えた位置特定装置、前記姿勢特定装置を実現するためのコンピュータプログラム及び姿勢特定方法を提供することを目的とする。

第１発明に係る姿勢特定装置は、基準直交３次元座標の座標軸に対する自身の姿勢を特定する姿勢特定装置であって、前記基準直交３次元座標の各軸と任意の角度をなす軸を有する装置直交３次元座標と前記基準直交３次元座標との間の座標変換を行う変換手段と、３軸加速度センサと、３軸地磁気センサと、前記変換手段で行う座標変換、前記３軸加速度センサで検出した前記装置直交３次元座標での加速度成分及び前記３軸地磁気センサで検出した前記装置直交３次元座標での地磁気成分を用いて前記角度を算出する角度算出手段とを備え、該角度算出手段で算出した角度により自身の姿勢を特定するように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る姿勢特定装置は、第１発明において、前記角度算出手段は、前記変換手段で行う座標変換に前記基準直交３次元座標での重力加速度及び適宜の地点の地磁気情報を用いるように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る姿勢特定装置は、第１発明又は第２発明において、前記３軸地磁気センサの２つの軸がともに前記基準直交３次元座標の２軸で特定される基準面に平行にならないように前記３軸地磁気センサを設置する設置手段を備えることを特徴とする。

第４発明に係る姿勢特定装置は、第３発明において、操作を受け付けるための操作面を備え、前記設置手段は、前記３軸地磁気センサの２つの軸の少なくとも一方が前記操作面と略４５度をなすように前記３軸地磁気センサを設置してあることを特徴とする。

第５発明に係る姿勢特定装置は、第１発明乃至第４発明のいずれか１つにおいて、歩行者による携帯が可能であり、携帯時の自身の姿勢変化又は歩行者の歩行特性の変化に応じて、自身の姿勢を特定するか否かを判定する判定手段を備えることを特徴とする。

第６発明に係る姿勢特定装置は、第５発明において、前記３軸加速度センサで検出した加速度の絶対値と所定の加速度閾値とを比較する加速度比較手段を備え、前記判定手段は、前記絶対値が前記加速度閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定するように構成してあることを特徴とする。

第７発明に係る姿勢特定装置は、第５発明において、前記３軸地磁気センサで検出した地磁気の絶対値と所定の地磁気閾値とを比較する地磁気比較手段を備え、前記判定手段は、前記絶対値が前記地磁気閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定するように構成してあることを特徴とする。

第８発明に係る姿勢特定装置は、第５発明において、前記３軸加速度センサで検出した加速度の変動又は前記３軸地磁気センサで検出した地磁気の変動により、歩行周期、歩数又は歩行速度の変化を検知する検知手段を備え、前記判定手段は、前記検知手段で変化を検知した場合、自身の姿勢を特定しないと判定するように構成してあることを特徴とする。

第９発明に係る姿勢特定装置は、第８発明において、前記判定手段は、前記検知手段で歩行停止を検知した場合、自身の姿勢を特定しないと判定するように構成してあることを特徴とする。

第１０発明に係る姿勢特定装置は、第１発明乃至第９発明のいずれか１つにおいて、前記角度算出手段で算出した角度の信頼性を前記変換手段で行う座標変換を用いて評価する評価手段と、該評価手段で信頼性が低いと評価した場合、算出した角度を無効にする無効手段とを備えることを特徴とする。

第１１発明に係る姿勢特定装置は、第１発明乃至第９発明のいずれか１つにおいて、複数の時点に亘って前記角度算出手段で算出した角度を記憶する記憶手段と、前記角度算出手段で算出した角度と前記記憶手段で記憶した角度との角度差を算出する角度差算出手段と、該角度差算出手段で算出した角度差が所定の閾値より大きい場合、前記角度算出手段で算出した角度を無効にする無効手段とを備えることを特徴とする。

第１２発明に係る移動方位特定装置は、第１発明乃至第１１発明のいずれか１つに係る姿勢特定装置と、前記角度算出手段で算出した角度を用いて前記基準直交３次元座標の２軸で特定される基準面上の各軸の地磁気成分を算出する地磁気算出手段と、該地磁気算出手段で算出した地磁気成分により自身の移動方位を特定する方位特定手段とを備えることを特徴とする。

第１３発明に係る位置特定装置は、第１２発明に係る移動方位特定装置と、移動距離を検出する距離検出手段と、該距離検出手段で検出した移動距離及び前記移動方位特定装置で特定した移動方位に基づいて自身の位置を特定する位置特定手段とを備えることを特徴とする。

第１４発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、基準直交３次元座標の座標軸に対する装置の姿勢を特定する手段として機能させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、前記基準直交３次元座標の各軸と任意の角度をなす軸を有する装置直交３次元座標と前記基準直交３次元座標との間の座標変換を行う変換手段と、前記変換手段で行う座標変換、３軸加速度センサで検出した前記装置直交３次元座標での加速度成分及び３軸地磁気センサで検出した前記装置直交３次元座標での地磁気成分を用いて前記角度を算出する角度算出手段と、算出した角度により装置の姿勢を特定する特定手段として機能させることを特徴とする。

第１５発明に係る姿勢特定方法は、基準直交３次元座標の座標軸に対する自身の姿勢を特定するための姿勢特定装置で姿勢を特定する姿勢特定方法であって、前記姿勢特定装置は、前記基準直交３次元座標の各軸と任意の角度をなす軸を有する装置直交３次元座標と前記基準直交３次元座標との間の座標変換を行い、該座標変換、３軸加速度センサで検出した前記装置直交３次元座標での加速度成分及び３軸地磁気センサで検出した前記装置直交３次元座標での地磁気成分を用いて前記角度を算出し、算出した角度により自身の姿勢を特定することを特徴とする。

第１発明、第１４発明及び第１５発明にあっては、基準直交３次元座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とする。基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、例えば、３つの座標軸のうちの２軸（ｘ軸、ｙ軸）で特定される基準面を有する。基準面は、例えば、歩行者が歩行する道路又は通路の面に平行な面とすることができる。また、ｙ軸方向を歩行者の歩行方向とし、ｘ軸を歩行者の歩行方向に対して右横方向、ｚ軸を鉛直方向とすることができる。基準直交３次元座標の各軸と任意の角度をなす軸を有する装置直交３次元座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とし、基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）に対する装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の回転角を、それぞれα（ピッチ角）、β（ロール角）、γ（ヨー角）とし、すべて右ねじの進む方向を正とする。この場合、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）との間では、回転角α、β、γをパラメータとする所定の変換式（変換手段）が成立する。

この変換式と３軸加速度センサで検出した装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）での加速度成分及び３軸地磁気センサで検出した装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）での地磁気成分を用いて角度（α、β、γ）を算出する。この場合、３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサの各軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とすることができる。姿勢特定装置は、算出した角度により自身の姿勢を特定する。すなわち、基準となる基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）に対する回転角を求めることにより、自身の姿勢を特定する。３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサを用いることにより、歩行者が携帯した場合でも自身の姿勢を特定することができる。

第２発明にあっては、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）との間の所定の変換式（変換手段）を用いる場合に、基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）での重力加速度ｇ及び適宜の地点の地磁気情報を用いる。重力加速度ｇは、ｘ軸成分及びｙ軸成分が０であり、ｚ軸成分がｇとなる。また、地磁気情報は、例えば、適宜の地点としての歩行者の位置（例えば、経度及び緯度）が分かれば既知であり、その鉛直方向の成分又は絶対値を求めることができる。これにより、歩行者が携帯した場合でも自身の姿勢を特定することができる。

第３発明にあっては、３軸地磁気センサの２つの軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）がともに基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）の２軸（例えば、ｘ軸及びｙ軸）で特定される基準面（例えば、ｘｙ平面）に平行にならないように３軸地磁気センサを設置する。３軸地磁気センサのＸ軸及びＹ軸がｘｙ平面に平行になった場合、ピッチ角α及びロール角βがいずれも０となりヨー角γを算出することができなくなる。３軸地磁気センサの２つの軸それぞれが基準面に平行にならないように３軸地磁気センサを設置することにより、自身の姿勢を特定することができる。

第４発明にあっては、３軸地磁気センサの２つの軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）の少なくとも一方が操作面と略４５度をなすように３軸地磁気センサを設置する。例えば、歩行者が携帯機器（姿勢特定装置）を保有して歩行する場合、以下の状態を考えることができる。第１に携帯機器をポケットやカバンに入れている状態である。この場合、携帯機器の操作面上の縦又は横方向は、水平又は鉛直の方向に近いと考えられる。第２に携帯機器を手に持って操作している状態である。この場合、携帯機器の操作面上の縦又は横方向は、鉛直方向よりやや下方、あるいは水平方向よりやや上方に傾斜した姿勢に近いと考えられる。第３に携帯機器を手に持って歩行している状態である。この場合、携帯機器の操作面上の縦又は横方向は、概略（例えば、時間的な平均）水平方向に近いと考えられる。従って、上述の各状態において、３軸地磁気センサの２つの軸それぞれが基準面（例えば、水平面）に平行にならないように３軸地磁気センサを設置するためには、３軸地磁気センサの２つの軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）の少なくとも一方が操作面と略４５度をなすように３軸地磁気センサを設置すればよい。これにより、姿勢特定装置が歩行者により携帯される場合でも、常に自身の姿勢を特定することが可能となる。

第５発明にあっては、携帯時の自身の姿勢変化又は歩行者の歩行特性の変化（例えば、歩行停止の有無、歩行方向の変化など）に応じて、自身の姿勢を特定するか否かを判定する。歩行者の歩行特性の変化がなく一定のリズムで歩行し、携帯機器（姿勢特定装置）の姿勢も変化しない場合には、３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサで検出するデータも歩行に伴う周期性があり、データの最大値又は最小値等にも大きな変動がない。しかし、自身の姿勢変化又は歩行者の歩行特性の変化がある場合には、３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサで検出するデータにも予期しない変動が含まれるため、このような場合には自身の姿勢を特定しないようにする。これにより、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

第６発明にあっては、３軸加速度センサで検出した加速度の絶対値と所定の加速度閾値とを比較し、検出した加速度の絶対値が加速度閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定する。例えば、ポケット又はカバンに保持していた携帯機器（姿勢特定装置）を取り出す場合、ポケット又はカバン等に携帯機器を収める場合、携帯機器を持つ手を持ち替えた場合、あるいは携帯機器を入れたカバンの姿勢が変化する場合には、携帯機器の姿勢も変化し、少なくとも一時的に３軸加速度センサで検出した加速度の絶対値が大きく変化する。このような状態でも加速度データを用いて自身の姿勢を特定した場合には、正しい姿勢を求めることができないので、検出した加速度の絶対値が加速度閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定する。これにより、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

第７発明にあっては、３軸地磁気センサで検出した地磁気の絶対値と所定の地磁気閾値とを比較し、検出した地磁気の絶対値が地磁気閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定する。例えば、ポケット又はカバンに保持していた携帯機器（姿勢特定装置）を取り出す場合、ポケット又はカバン等に携帯機器を収める場合、携帯機器を持つ手を持ち替えた場合、あるいは携帯機器を入れたカバンの姿勢が変化する場合には、携帯機器の姿勢も変化し、少なくとも一時的に３軸地磁気センサで検出した地磁気の絶対値が大きく変化する。また、歩行者が歩行方向を変えた場合にも、３軸地磁気センサで検出した地磁気の絶対値が大きく変化する。このような状態でも地磁気データを用いて自身の姿勢を特定した場合には、正しい姿勢を求めることができないので、検出した地磁気の絶対値が地磁気閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定する。これにより、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。なお、携帯機器の姿勢の変化であるか、あるいは歩行者の歩行方向の変化であるかは、異なる地磁気閾値を用いることにより判別することができる。

第８発明にあっては、携帯機器（姿勢特定装置）の姿勢が変化しない場合には、３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサで検出するデータも歩行に伴う周期性があり、歩行周期、歩数又は歩行速度などは大きな変動がなく略一定である。しかし、携帯機器の姿勢が変化した場合には、歩行周期、歩数又は歩行速度等も変化する。３軸加速度センサで検出した加速度の変動又は３軸地磁気センサで検出した地磁気の変動により、歩行周期、歩数又は歩行速度の変化を検知した場合、自身の姿勢を特定しないと判定する。これにより、携帯機器の姿勢が変化した場合には、自身の姿勢を特定しないようにして、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

第９発明にあっては、歩行停止を検知した場合、自身の姿勢を特定しないと判定する。歩行者が歩行停止した場合には、例えば、携帯機器（姿勢特定装置）をポケット又はカバン等から取り出すことが考えられ、携帯機器の姿勢が変化する可能性が高いため、このような場合には、自身の姿勢を特定しないようにすることで、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

第１０発明にあっては、算出した角度の信頼性を、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）との間の変換式（変換手段）を用いて評価し、信頼性が低いと評価した場合、算出した角度を無効にする。例えば、３軸加速度センサで検出した加速度データ及び３軸地磁気センサで検出した地磁気データが上述の変換式を充足するか否かを判定し、充足しない場合に信頼性が低いと判定することができる。なお、無効にするとは、例えば、算出した角度を積極的に棄却してもよく、あるいは、算出した角度を棄却することなく使用しないようにすることなどを含む。これにより、仮に姿勢を特定するための角度が求めることができた場合でも、算出結果の信頼性が低いときには、算出結果を無効にし、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

第１１発明にあっては、複数の時点に亘って算出した角度を記憶しておく。これにより、過去に算出したデータを収集する。新たに算出した角度と記憶した角度との角度差を算出し、算出した角度差が所定の閾値より大きい場合、算出した角度を無効にする。例えば、算出したデータが過去に算出したデータに比べて、その差異が大きい場合には、３軸加速度センサで検出した加速度データ及び３軸地磁気センサで検出した地磁気データに何らかの異常が含まれると判断して、算出結果には信頼性がないとし算出結果を無効にする。なお、無効にするとは、例えば、算出した角度を積極的に棄却してもよく、あるいは、算出した角度を棄却することなく使用しないようにすることなどを含む。これにより、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

第１２発明にあっては、算出した角度を用いて基準面上（例えば、水平面）で直交する２軸（例えば、ｘ軸及びｙ軸）の地磁気成分を算出し、算出した地磁気成分により自身の移動方位を特定する。例えば、地磁気のｘ軸成分及びｙ軸成分をそれぞれｍｘ、ｍｙとする。また、歩行者の歩行方位（ｙ軸の向き）と真東との方位角をθ（反時計回りを正）とすると、ｔａｎθ＝ｍｙ／ｍｘにより方位角θを求めることができる。θが０の場合、歩行方位は真東であり、θがπ／２の場合、歩行方位は真北となる。３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサを用いることにより、歩行者の歩行方位を求めることができる。

第１３発明にあっては、移動距離を検出するとともに、移動方位を特定することにより、自身の位置を特定する。移動距離の検出は、例えば、距離センサを用いることができる。また、移動方位の特定は、３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサを用いることができる。これにより、ＧＰＳ衛星からの電波の受信レベルが不十分又は受信できない状態であっても、自立航法又は地図マッチング法により歩行者の位置を特定することができる。

本発明にあっては、歩行者が携帯した場合でも自身の姿勢を特定することができる。

以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る位置特定装置としての位置検出装置１００の構成の一例を示すブロック図である。位置検出装置１００は、歩行者（自転車で走行する歩行者も含む）が携帯可能であって、後述するように自身の姿勢を特定する機能、歩行者の移動方位（歩行方位）を検出する機能、歩行者の位置を検出する機能などを有する。

位置検出装置１００は、装置全体を制御する制御部１０、通信部１１、測位部２０、ＧＰＳ１２、地図データベース１３、姿勢特定装置としての姿勢特定部３０、方位特定部１４、記憶部１５、操作部１６、出力部１７、位置検出処理部４０などを備えている。また、姿勢特定部３０及び方位特定部１４などにより移動方位特定装置を構成することができる。なお、ＧＰＳ１２を備えない構成とすることもできる。この場合であっても、自立航法又は地図マッチング法により歩行者の位置を検出することができる。

測位部２０は、距離センサ２１、３軸加速度センサ２２、３軸地磁気センサ２３、方位補正部２４、センサ較正部２５などを備えている。また、姿勢特定部３０は、座標変換部３１、角度算出部３２、判定部３３などを備えている。また、位置検出処理部４０は、位置推定部４１、誤差算出部４２、属性判定部４３、歩行挙動判定部４４、位置更新部４５、信頼度算出部４６、評価部４７などを備える。

通信部１１は、光ビーコン、電波ビーコン、ＲＦＩＤ若しくはＤＳＲＣ等の路上装置との間で通信を行う狭域通信機能、ＵＨＦ帯若しくはＶＨＦ帯などの無線ＬＡＮ等の中域通信機能、又は、携帯電話、ＰＨＳ、多重ＦＭ放送若しくはインターネット通信などの広域通信機能を備える。通信部１１は、例えば、交差点の周辺を範囲とした無線ＬＡＮ等の中域通信を利用し、路上装置間の路路間通信、路上装置と車両との路車間通信、又は車々間通信で通信された地図情報又は交差点の信号情報などを取得する。ここで、路上装置としては、例えば、超音波感知器、光ビーコン若しくは画像感知器等の交通情報収集装置、交通情報を文字又は図形で提供する情報板装置、信号制御装置等がある。また、通信部１１は、携帯電話等の広域通信を利用することにより、情報処理センタ又は交通管制センタ等のセンタ装置から歩行者の周辺の交差点の信号情報又は地図情報を取得することもできる。

通信部１１は、基地局との間で通信を行う通信機能を備え、複数の基地局からの電波を受信し、受信結果を測位部２０へ出力する。また、通信部１１は、路上装置との狭域通信により得られた通信地点の位置情報を測位部２０へ出力する。

測位部２０は、歩行者の位置を時々刻々（例えば、０．５秒、１秒等の経過の都度、１ｍ、２ｍ等の移動の都度など）測位し（測位位置を求め）、歩行者の移動距離及び移動方位（測位方位）を時刻とともに測位軌跡として記憶部１５に記憶する。

距離センサ２１は、非常に短い時間での速度、移動距離を検出することができる加速度センサ、比較的長い移動距離を検出することができる歩数センサなどを備えている。ここで歩数センサとして、例えば加速度センサを用いれば、歩行のピッチに合わせて生ずる急峻なデータが得られ、この数を計数することにより歩数や歩行速度を求めることができる。また、この場合、自転車に乗ってペダルをこいでいる場合、あるいは、歩道橋又は地下横断通路の階段を上下する場合には、急峻なデータの特性、例えば、ピーク値（歩行の強さ）が異なるため、これにより、ある程度歩行場所を特定することも可能である。これにより、自立航法において歩行者の位置を短時間かつ短距離の歩行毎に検出することができる。なお、都市圏以外で周囲にビル等がなくＧＰＳ衛星の測位精度が非常に良好な場合には、歩数センサを使用せず、ＧＰＳの位置測位の差により、歩行した距離を算出するようにしてもよい。なお本願では、歩行速度は、歩行ピッチ（単位時間当たりの歩数）を含む概念で用いる。

３軸加速度センサ２２は、相互に直交する３軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の加速度を検出し、検出した加速度を姿勢特定部３０へ出力する。

３軸地磁気センサ２３は、相互に直交する３軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の地磁気を検出し、検出した地磁気を姿勢特定部３０へ出力する。

方位補正部２４は、地図マッチング法により、歩行者が歩行する道路が特定され、歩行者の推定位置が確定し、かつ測位方位（移動方位）が所定の移動距離（例えば、２０ｍ）以上変化がない場合に、測位方位を地図上の道路の方位に補正する。なお、方位補正の詳細は後述する。

センサ較正部２５は、加速度センサ又は歩数センサの較正を行い、例えば、地図マッチング法により２地点間の通過が確実であると判定した場合、その間の道路地図の距離とその間に計測された歩数とから歩数センサを較正する。なお、２地点間の測位軌跡により歩行距離を補正しても良い。

ＧＰＳ１２は、複数のＧＰＳ衛星から電波を受信し、歩行者の位置を測位する。なお、ＧＰＳ１２に加えて、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）を搭載することもできる。ＤＧＰＳは、予め位置が分かっている基準局から発信されるＦＭ放送又は中波を受信し、ＧＰＳ１２で求めた測位位置のずれを補正することができ、歩行者の位置の精度を向上させることができる。なお、携帯電話の複数の基地局からの電波により位置を概略的に測位する方式とＧＰＳとを複合した形で測位することも可能である。これにより、屋内でＧＰＳ衛星からの電波を受信しにくい場合でも、位置精度が悪いものの一応位置を得ることができる確率が高くなる。なお、通常時には、測位部２０とＧＰＳ１２とを用いて、衛星航法又はハイブリッド航法により歩行者の位置を検出することができるが、ＧＰＳ１２で測位することができない場合、測位部２０を用いて、自立航法又は地図マッチング法により歩行者の位置を検出することができる。

姿勢特定部３０は、３軸加速度センサ２２及び３軸地磁気センサ２３で検出したデータ（加速度、地磁気）を用いて、装置の姿勢を特定する。より具体的には、姿勢特定部３０は、後述するように、基準となる基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）に対する回転角α（ピッチ角）、β（ロール角）、γ（ヨー角）を求めることにより、自身の姿勢を特定する。以下、姿勢の特定方法について説明する。

図２は姿勢を特定するための座標系を示す説明図である。図２に示すように、基準面上で直交する２軸（ｘ軸、ｙ軸）と該２軸に直交する軸（ｚ軸）とを有する基準直交３次元座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とする。基準面は、例えば、歩行者が歩行する道路又は通路の面に平行な面とすることができる。なお、道路又は通路が傾斜している場合でも、歩行者は傾斜しないので基準面は水平のままである。また、ｙ軸方向を歩行者の歩行方向とし、ｘ軸を歩行者の歩行方向に対して右横方向、ｚ軸を鉛直方向とすることができる。

次に、基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）の各軸と任意の角度をなす軸を有する装置直交３次元座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とし、基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）に対する装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の回転角を、それぞれα（ピッチ角）、β（ロール角）、γ（ヨー角）とし、すべて右ねじの進む方向を正とする。装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、位置検出装置１００の座標系を示し、例えば、３軸加速度センサ２２の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）、３軸地磁気センサ２３の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）とすることができる。なお、以下では、説明を簡略化するために、３軸加速度センサ２２の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）と３軸地磁気センサ２３の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）とが同一であるとするが、予め対応する軸同士の角度が分かっていれば、３軸加速度センサ２２の３軸と３軸地磁気センサ２３の３軸とが同一でなくてもよい。

座標変換部３１は、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）との間の座標変換を行う。すなわち、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）との間の座標変換は、回転角α、β、γをパラメータとした変換式として、式（１）及び式（２）で表わすことができる。

角度算出部３２は、座標変換部３１の変換式に、３軸加速度センサ２２及び３軸地磁気センサ２３で検出したデータ（加速度、地磁気）を適用することにより、回転角α、β、γを算出する。以下、角度の算出方法について説明する。

３軸加速度センサ２２で検出したＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸成分の加速度をＡＣ_X 、ＡＣ_Y 、ＡＣ_Z とする。また、基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）での重力加速度ｇのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸成分は、それぞれ０、０、ｇとなる。これを式（１）に代入すると、式（３）を得ることができる。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸成分の加速度をＡＣ_X 、ＡＣ_Y 、ＡＣ_Z には、式（４）の関係が成立する。

重力加速度ｇは既知であるから、式（３）及び式（４）により回転角α、βを算出することができるが、回転角γを算出することができない。そこで、３軸地磁気センサ２３で検出したデータ（地磁気）を用いて回転角γを算出する。なお、説明を簡略化するために、３軸地磁気センサ２３は、Ｙ軸を水平に真北に向けた場合にＸ軸の値が０でＹ軸の値が最大値になるように設定されているものとする。

基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）での地磁気情報としての地磁気ｍのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸成分をそれぞれｍｘ、ｍｙ、ｍｚとする。鉛直方向の成分ｍｚは、適宜の地点としての歩行者の概略の位置、すなわち経度及び緯度が決れば既知であり、緯度及び経度に対応付けて地磁気の鉛直方向の成分ｍｚを記憶しておくことができる。また、３軸地磁気センサ２３で検出したＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸成分の地磁気をＭＧ_X 、ＭＧ_Y 、ＭＧ_Z とすると、式（１）から式（５）を得ることができる。また、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸成分の地磁気ｍｘ、ｍｙ、ｍｚには、式（６）の関係が成立する。

回転角α、βは式（３）及び式（４）により算出することができるので、これを式（５）に代入すれば、γ、ｍｘ、ｍｙのみが未知数となる。式（５）でｍｘ、ｍｙを消去すれば、回転角γのみの関係式である式（７）を得ることができる。式（７）により回転角γを算出することができる。なお、回転角γは数値解等として求めることができる。

なお、特別な場合として、回転角α＝０、β≠０の場合、式（５）は式（８）のようになる。また、回転角α≠０、β＝０の場合、式（５）は式（９）のようになる。回転角α＝０、β＝０の場合には、回転角γを算出することができないので、回転角α＝０、β＝０とならないように３軸地磁気センサ２３の３軸を設定する必要がある。３軸地磁気センサ２３の３軸の設定例は後述する。

上述の例では、地磁気の鉛直方向の成分ｍｚを用いたが、これに代えて、地磁気の絶対値ｍが一定であるとして、式（５）に式（６）を代入してｍｚを消去し、ｍｚの代わりにｍを用いることもできる。

位置検出装置１００を歩行者が携帯して歩行する場合、位置検出装置１００は歩行に合わせて振動し、動的な加速度変動を受ける。図３は歩行時の３軸加速度センサ２２で検出する加速度データの一例を示す説明図である。図３の例では、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）とが一致し、歩行者がほぼ真っ直ぐに歩行している状態を示す。

図３に示すように、歩行者が歩行している場合、水平面（基準面）上のＸ軸、Ｙ軸の加速度は、それぞれ動的加速度が影響するものの微小である。一方、Ｚ軸の加速度は、重力に逆らって足を振り上げ、重力の方向に足を下ろす歩行動作の影響、すなわち、鉛直方向の動的加速度の影響を受けて、加速度が大きくなる。

したがって、この場合には、３軸加速度センサ２２の各軸のデータに関して、歩行周期の複数倍を基準としたような平均的な値（例えば、平均値、中央値、最大値と最小値の中間値等であり、以下、これらを「標準値」という。）ＡＣＸ、ＡＣＹ、ＡＣＺを算出することにより、平均的な加速度を得ることができる。

次に、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）とが一致しない場合について説明する。例えば、Ｘ軸及びＹ軸が水平面（基準面、ｘｙ平面）上にない場合である。これは、位置検出装置１００が歩行者の衣服のポケット又はカバンなどに収納された場合、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）とが一致するとは限らず、位置検出装置１００の姿勢が不確定であるからである。

この場合についても、位置検出装置１００は歩行者の歩行に合わせて振動し、動的な加速度変動を受けるものの、歩行に伴う振動以外には大きな振動を受けないと考えることができる。従って、加速度データの標準値ＡＣＸ、ＡＣＹ、ＡＣＺを、地磁気データＭＧ_X 、ＭＧ_Y 、ＭＧ_Z の標準値ＭＧＸ、ＭＧＹ、ＭＧＺをそのまま式（３）〜（５）に適用することができる。

なお、重力加速度ｇは定数でもよいが、歩行者の位置に応じて変化し得る場合もあり、また、図３の例で示した１ｇの値が加速度ＡＣ_Z の最大値と最小値との中間にあるとは限らず、振動を平均化して加速度の標準値を求めたときに偏差を生じ得ることから、重力加速度ｇに代えて、式（４）を用いるほうが好ましい。

次に、回転角α＝０、β＝０とならないように３軸地磁気センサ２３の３軸を設定する方法について説明する。図４は３軸地磁気センサ２３の軸の設定の一例を示す説明図である。図４は位置検出装置１００の外観を模式的に示しており、３軸地磁気センサ２３は位置検出装置１００に内蔵してある。また、３軸地磁気センサ２３の３軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。位置検出装置１００は、歩行者からの操作を受け付ける操作ボタンなどが配置された操作面を有する。

図４に示すように、３軸地磁気センサ２３のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のすべてが操作面と略４５度をなすように３軸地磁気センサ２３を設置する。例えば、歩行者が位置検出装置１００を保有して歩行する場合、以下の状態を考えることができる。第１に位置検出装置１００をポケットやカバンに入れている状態である。この場合、位置検出装置１００の操作面上の縦又は横方向は、水平又は鉛直の方向に近いと考えられる。第２に位置検出装置１００を手に持って操作している状態である。この場合、位置検出装置１００の操作面上の縦又は横方向は、鉛直方向よりやや下方、あるいは水平方向よりやや上方に傾斜した姿勢に近いと考えられる。第３に位置検出装置１００を手に持って歩行している状態である。この場合、位置検出装置１００の操作面上の縦又は横方向は、概略（例えば、時間的な平均）水平方向に近いと考えられる。従って、上述の各状態において、３軸地磁気センサ２３のＸ軸及びＹ軸がともに基準面（例えば、水平面）に平行にならないように３軸地磁気センサ２３を設置するためには、３軸地磁気センサ２３のＸ軸及びＹ軸の少なくとも一方が操作面と略４５度をなすように３軸地磁気センサ２３を設置すればよい。これにより、歩行者により携帯される場合でも、回転角α、β、γを算出することができ、常に自身の姿勢を特定することが可能となる。

図５は３軸地磁気センサ２３の軸の設定の他の例を示す説明図である。図５の例では、３軸地磁気センサ２３のＸ軸及びＺ軸が操作面と略４５度をなし、Ｙ軸は操作面と平行になるように３軸地磁気センサ２３を設置する。この場合においても、３軸地磁気センサ２３のＸ軸及びＹ軸がともに基準面（例えば、水平面）に平行にならないように３軸地磁気センサ２３を設置することができ、歩行者により携帯される場合でも、回転角α、β、γを算出することができ、常に自身の姿勢を特定することが可能となる。なお、３軸地磁気センサ２３のＹ軸及びＺ軸が操作面と略４５度をなし、Ｘ軸は操作面と平行になるように３軸地磁気センサ２３を設置してもよい。いずれの場合も、３軸地磁気センサ２３のＸ軸及びＹ軸の少なくとも一方が操作面と略４５度をなすように３軸地磁気センサ２３を設置することができ、歩行者により携帯される場合でも、回転角α、β、γを算出することができ、常に自身の姿勢を特定することが可能となる。

上述の例で、略４５度は、例えば、４０〜５０度程度とすることができる。なお、略４５度に限定されるものではなく、例えば、１５〜７５度程度であってもよい。

判定部３３は、姿勢特定部３０で自身（位置検出装置１００）の姿勢を特定するか否かを判定する。より具体的には、判定部３３は、携帯時の自身の姿勢変化又は歩行者の歩行特性の変化（例えば、歩行停止の有無、歩行方向の変化など）に応じて、自身の姿勢を特定するか否かを判定する。

歩行者の歩行特性の変化がなく一定のリズムで歩行し、位置検出装置１００の姿勢も変化しない場合には、３軸加速度センサ２２及び３軸地磁気センサ２３で検出するデータも歩行に伴う周期性があり、データの最大値又は最小値等にも大きな変動がない。しかし、自身の姿勢変化又は歩行者の歩行特性の変化がある場合には、３軸加速度センサ２２及び３軸地磁気センサ２３で検出するデータにも予期しない変動が含まれるため、このような場合には自身の姿勢を特定しないようにする。これにより、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

まず、位置検出装置１００の姿勢変化について説明する。３軸加速度センサ２２で検出した加速度の絶対値と所定の加速度閾値とを比較し、検出した加速度の絶対値が加速度閾値より大きい場合（異常値である場合）、位置検出装置１００の姿勢が大きく変化したとして、位置検出装置１００の姿勢を特定しないと判定する。例えば、ポケット又はカバンに保持していた位置検出装置１００を取り出す場合、ポケット又はカバン等に位置検出装置１００を収める場合、位置検出装置１００を持つ手を持ち替えた場合、あるいは位置検出装置１００を入れたカバンの姿勢が変化する場合には、位置検出装置１００の姿勢も変化し、少なくとも一時的に３軸加速度センサ２２で検出した加速度の絶対値が大きく変化する。このような状態でも加速度データを用いて自身の姿勢を特定した場合には、正しい姿勢を求めることができないので、検出した加速度の絶対値が加速度閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定する。これにより、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

また、３軸地磁気センサ２３で検出した地磁気の絶対値と所定の地磁気閾値とを比較し、検出した地磁気の絶対値が地磁気閾値より大きい場合（異常値である場合）、位置検出装置１００の姿勢が大きく変化したとして、位置検出装置１００の姿勢を特定しないと判定することもできる。例えば、ポケット又はカバンに保持していた位置検出装置１００を取り出す場合、ポケット又はカバン等に位置検出装置１００を収める場合、位置検出装置１００を持つ手を持ち替えた場合、あるいは位置検出装置１００を入れたカバンの姿勢が変化する場合には、位置検出装置１００の姿勢も変化し、少なくとも一時的に３軸地磁気センサ２３で検出した地磁気の絶対値が大きく変化する。また、歩行者が歩行方向を変えた場合にも、３軸地磁気センサ２３で検出した地磁気の絶対値が大きく変化する。このような状態でも地磁気データを用いて自身の姿勢を特定した場合には、正しい姿勢を求めることができないので、検出した地磁気の絶対値が地磁気閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定する。これにより、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

上述の位置検出装置１００の姿勢変化に伴う異常値の判定は、例えば、以下のようにすることができる。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸成分の加速度をＡＣ_X 、ＡＣ_Y 、ＡＣ_Z とすると、異常時の場合、ＡＣ_X −ＡＣｘｍａｘ＞Ｔ１ｘ、ＡＣ_Y −ＡＣｙｍａｘ＞Ｔ１ｙ、ＡＣ_Z−ＡＣｚｍａｘ＞Ｔ１ｚ、ＡＣ_X −ＡＣｘｍｉｎ＜−Ｔ２ｘ、ＡＣ_Y −ＡＣｙｍｉｎ＜−Ｔ２ｙ、又はＡＣ_Z−ＡＣｚｍｉｎ＜−Ｔ２ｚのいずれかが成立する。ここで、Ｔ１ｘ、Ｔ１ｙ、Ｔ１ｚ、Ｔ２ｘ、Ｔ２ｙ、Ｔ２ｚは、正の定数である。また、ＡＣｘｍａｘ、ＡＣｙｍａｘ、ＡＣｚｍａｘは、定数又は過去の姿勢安定時の加速度データの各軸の最大値をもとにしたデータであり、その平均値又は指数平滑値等である。また、ＡＣｘｍｉｎ、ＡＣｙｍｉｎ、ＡＣｚｍｉｎは、定数又は過去の姿勢安定時の加速度データの各軸の最小値をもとにしたデータであり、その平均値又は指数平滑値等である。

同様に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸成分の地磁気をＭＧ_X 、ＭＧ_Y 、ＭＧ_Z とすると、異常時の場合、ＭＧ_X −ＭＧｘｍａｘ＞Ｔ３ｘ、ＭＧ_Y −ＭＧｙｍａｘ＞Ｔ３ｙ、ＭＧ_Z−ＭＧｚｍａｘ＞Ｔ３ｚ、ＭＧ_X −ＭＧｘｍｉｎ＜−Ｔ４ｘ、ＭＧ_Y −ＭＧｙｍｉｎ＜−Ｔ４ｙ、又はＭＧ_Z−ＭＧｚｍｉｎ＜−Ｔ４ｚのいずれかが成立する。ここで、Ｔ３ｘ、Ｔ３ｙ、Ｔ３ｚ、Ｔ４ｘ、Ｔ４ｙ、Ｔ４ｚは、正の定数である。また、ＭＧｘｍａｘ、ＭＧｙｍａｘ、ＭＧｚｍａｘは、定数又は過去の姿勢安定時の地磁気データの各軸の最大値をもとにしたデータであり、その平均値又は指数平滑値等である。また、ＭＧｘｍｉｎ、ＭＧｙｍｉｎ、ＭＧｚｍｉｎは、定数又は過去の姿勢安定時の地磁気データの各軸の最小値をもとにしたデータであり、その平均値又は指数平滑値等である。

また、位置検出装置１００の姿勢が変化しない場合には、３軸加速度センサ２２及び３軸地磁気センサ２３で検出するデータも歩行に伴う周期性があり、歩行周期、歩数又は歩行速度などは大きな変動がなく略一定である。しかし、位置検出装置１００の姿勢が変化した場合には、歩行周期、歩数又は歩行速度等も変化する。３軸加速度センサ２２で検出した加速度の変動又は３軸地磁気センサ２３で検出した地磁気の変動により、歩行周期、歩数又は歩行速度の変化を検知した場合、位置検出装置１００の姿勢を特定しないと判定する。これにより、位置検出装置１００の姿勢が変化した場合には、位置検出装置１００の姿勢を特定しないようにして、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

例えば、歩数をＨＷとすると、（ＨＷ−ＨＷａｖｅ）の絶対値が閾値Ｈｋより大きい場合に、データの周期性に異常があると判定することができる。ここで、ＨＷａｖｅは、例えば、定数又は過去の姿勢安定時の歩数データの平均値又は指数平滑値等である。

次に歩行特性の変化について説明する。歩行特性の変化の一例として、例えば、歩行停止を検知した場合、位置検出装置１００の姿勢を特定しないと判定する。歩行者が歩行停止した場合には、例えば、位置検出装置１００をポケット又はカバン等から取り出すことが考えられ、位置検出装置１００の姿勢が変化する可能性が高いため、このような場合には、位置検出装置１００の姿勢を特定しないようにすることで、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。具体的には、歩行周期、歩数などが検出できなくなった場合に歩行停止と判定することができる。

また、歩行特定の変化の他の例として、例えば、歩行方向の変化を検知した場合、位置検出装置１００の姿勢を特定しないと判定する。歩行者が歩行方向を変えた場合には、３軸地磁気センサ２３で検出した地磁気データの変化が生じると考えることができる。したがって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸成分の地磁気をＭＧ_X 、ＭＧ_Y 、ＭＧ_Z とすると、（ＭＧ_X −ＭＧｘａｖｅ）の絶対値がＴ５ｘより大きい、（ＭＧ_Y −ＭＧｙａｖｅ）の絶対値がＴ５ｙより大きい、又は（ＭＧ_Z−ＭＧｚａｖｅ）の絶対値がＴ５ｚより大きい場合に、歩行特性の変化があったと判定することができる。ここで、ＭＧｘａｖｅ、ＭＧｙａｖｅ、ＭＧｚａｖｅは、定数又は過去の姿勢安定時の各軸の地磁気データの平均値又は指数平滑値等である。また、Ｔ５ｘ、Ｔ５ｙ、Ｔ５ｚは正の定数である。

判定部３３での判定は、上述の判定を一定期間継続して実施した結果を用いて最終判定を行ってもよく、あるいは、上述の判定の一部のみを実施してもよい。

姿勢特定部３０は、角度算出部３２で算出した角度の信頼性を、装置直交３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準直交３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）との間の変換式（変換手段）を用いて評価し、信頼性が低いと評価した場合、算出した角度を無効にする。例えば、３軸加速度センサ２２で検出した加速度データが上述の式（３）及び式（４）を十分に満たさない場合、算出結果の信頼性が低いと判定することができる。なお、無効にするとは、例えば、算出した角度を積極的に棄却してもよく、あるいは、算出した角度を棄却することなく使用しないようにすることなどを含む。これにより、仮に姿勢を特定するための角度が求めることができた場合でも、算出結果の信頼性が低いときには、算出結果を無効にし、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

また、姿勢特定部３０は、複数の時点に亘って算出した角度を記憶部１５に記憶しておく。これにより、過去に算出したデータを収集する。姿勢特定部３０は、新たに算出した角度と記憶した角度との角度差を算出し、算出した角度差が所定の閾値より大きい場合、算出した角度を無効にする。例えば、算出したデータが過去に算出したデータに比べて、その差異が大きい場合には、３軸加速度センサ２２で検出した加速度データ及び３軸地磁気センサ２３で検出した地磁気データに何らかの異常が含まれると判断して、算出結果には信頼性がないとし算出結果を無効にする。これにより、誤った姿勢を特定することを防止して精度を高めることができる。

姿勢特定部３０での姿勢の特定（回転角α、β、γの算出）は適宜行うことができる。例えば、位置検出装置１００の姿勢変化がなければ、歩行による振動以外には姿勢が変化しないと考えられるため、姿勢の特定頻度を少なくすることができる。例えば、判定部３３で位置検出装置１００の姿勢が変化中であると判定した後、姿勢が安定したと判定したタイミングで３軸加速度センサ２２及び３軸地磁気センサ２３で検出したデータを用いて姿勢を特定する。その後は再度、位置検出装置１００の姿勢が変化したと判定するまでは、姿勢はそのままであると判断して姿勢を特定しなくてもよく、あるいは姿勢の精度を高めるために適宜姿勢を特定しその平均を求めるようにしてもよい。なお、適宜姿勢を特定して平均する場合には、単なる平均値を求める以外に、例えば、中央値、最大値と最小値を除去した平均等、種々の方法の採用が可能である。また、これらの値を過去の収集データとして利用することができる。

方位特定部１４は、角度算出部３２で算出した角度を用いて基準面上（例えば、水平面）で直交する２軸（例えば、ｘ軸及びｙ軸）の地磁気成分を算出し、算出した地磁気成分により自身の移動方位を特定する。例えば、地磁気のｘ軸成分及びｙ軸成分をそれぞれｍｘ、ｍｙとする。また、歩行者の歩行方位（ｙ軸の向き）と真東との方位角をθ（反時計回りを正）とすると、式（１０）により方位角θを求めることができる。

方位角θが０の場合、歩行方位は真東であり、θがπ／２の場合、歩行方位は真北となる。３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサを用いることにより、歩行者の歩行方位を求めることができる。なお、この場合、地磁気の示す方位と真方位との差である偏角（例えば、５〜７度）、すなわち、真北と磁北とのずれを考慮することもできる。

測位部２０は、距離センサ２１で検出したデータ、方位特定部１４で特定した歩行者の移動方位（歩行方位）、ＧＰＳ１２で得られた測位結果などの測位データ、通信部１１を経由して得られた基地局からの電波の受信結果、又は路上装置との狭域通信により得られた通信地点の位置情報などに基づいて、測位位置及び測位位置の誤差を算出する。以下、測位位置及びその誤差の算出方法について説明する。

図６は測位位置の誤差範囲の例を示す説明図である。歩行者が歩行する道路又は通路の面と平行な平面上の直交座標系（ｘ方向及びｙ方向）において、ＧＰＳ、基地局又は路上装置との狭域通信により検出された位置の誤差範囲を、一例として、矩形領域（ｘ方向の長さが４ａ、ｙ方向の長さが４ｂ）として設定する。すなわち、測位位置は、矩形領域の中心位置であり、誤差範囲は、中心位置からｘ方向に±２ａの範囲だけ広がり、ｙ方向に±２ｂの範囲だけ広がる。例えば、２ａを２シグマと設定した場合、ｘ方向の分散はａ² となり、標準偏差はａと設定することができる。また、２ｂを２シグマと設定した場合、ｙ方向の分散はｂ² となり、標準偏差はｂと設定することができる。

路上装置との狭域通信による誤差は、ＧＰＳ又は基地局通信の場合に比べて小さい（例えば、誤差範囲が数ｍ）ため、誤差範囲は、路上装置との狭域通信を利用するか、ＧＰＳ又は基地局通信を利用するかに応じて異なる。また、例えば、ＧＰＳを利用する場合、誤差範囲は、環境条件、より具体的には、ＧＰＳの受信レベル、捕捉衛星数、２次元又は３次元測位の別、ＣＥＰ（Circular Error Probability）により時間的に変化する。また基地局通信の場合には、誤差範囲は、基地局との通信レベル、基地局の通信範囲等で時間的に変化する。誤差範囲を予め大きめに設定した所定の定数、場所又は時間に応じて予め決定した定数等を用いてもよい。また、誤差範囲の形状は、矩形形状に限らず、円形、楕円形等任意の形状でもよい。例えば、ＧＰＳのみで測位する場合、環境条件が良好なときには、誤差範囲として１０〜２０ｍ程度を設定することができる。

以下、歩行者の測位位置の算出方法について説明する。なお、測位位置は、直交座標系における２次元ベクトルで表現するが、３次元では、高度情報を加えるだけであり、容易に拡張可能である。また、以下の説明では、時刻で定式化しているが、実際の処理においては、単位時間の経過の都度の処理の代わりに単位走行距離の都度処理を行ってもよい。また、以下、大文字のアルファベットはベクトル又は行列とする。

時刻ｔにおける歩行者の位置Ｐ（ｔ）を式（１１）とすると、時刻ｔ＋１（時刻ｔ、ｔ＋１の間隔は、所定時間であり、例えば、１秒、０．５秒などである）における歩行者の位置Ｐ（ｔ＋１）は、式（１２）で表すことができる。あるいは、時刻ｔから歩行者が所定の走行距離（例えば、１ｍ、２ｍなど）を走行した時刻を時刻ｔ＋１とすることもできる。なお、ベクトルに付した「Ｔ」は転置を意味する。また、式（１２）は、歩行者の動特性を示すものである。なお、時刻ｔにおける歩行者の位置Ｐ（ｔ）は、歩行者の真の位置（実際の位置）であり、未知の誤差の存在のため観測不可能な位置である。すなわち、歩行者の測位位置は、真の位置Ｐ（ｔ）に対する最適な推定位置を求めるものである。

ここで、Ｄ（ｔ）は、式（１３）で表され、ｄ（ｔ）は、時刻ｔから時刻ｔ＋１までに歩行者が移動（歩行）した距離、θ（ｔ）は、直交座標系に対する歩行者の移動（歩行）の方位角である。また、Ｅ（ｔ）は、式（１４）で表され、ｅ（ｔ）は、移動距離ｄ（ｔ）の誤差である。また、誤差Ｅ（ｔ）の分散Ｑ（ｔ）は、式（１５）で表され、ｑは、単位距離移動での誤差分散であり、一定値とすることができる。

また、時刻ｔにおいて、ＧＰＳ、基地局通信又は路上装置との通信により検出された位置Ｓ（ｔ）は、式（１６）で表すことができる。ここで、Ｇ（ｔ）は、位置Ｓ（ｔ）の誤差であり、誤差Ｇ（ｔ）の共分散行列Ｒ（ｔ）は、式（１７）で表すことができる。式（１７）において、ａ、ｂそれぞれは、図６で示した誤差範囲である矩形領域のｘ方向及びｙ方向の長さの４分の１である。すなわち、共分散行列Ｒ（ｔ）は、２ａ、２ｂを２シグマとした場合のｘ方向及びｙ方向の分散で構成されている。なお、Ｅ（ｔ）、Ｇ（ｔ）の平均値は０としても一般性は失わない。

時刻ｔにおける歩行者の位置Ｐ（ｔ）の最適な推定位置Ｈ（ｔ）は、カルマンフィルタにより式（１８）のような漸化式で表される。

ここで、Γ（ｔ）は、推定位置Ｈ（ｔ）の推定誤差の分散であり、式（１９）のような漸化式で表すことができる。また、行列に付した「-１」は、その行列の逆行列を意味する。また、初期時刻０における推定位置Ｈ（０）、その推定誤差の分散Γ（０）は、それぞれ式（２０）、式（２１）で表すことができる。ここで、Ｍは、歩行者の最初の位置の先験情報であり、Σは、その誤差分散である。仮に先験情報がない場合、Ｍ＝０、Σ^-1＝０となり、初期時刻０における推定位置Ｈ（０）、その推定誤差の分散Γ（０）は、それぞれ式（２２）、式（２３）で表される。

なお、式（１６）は、ＧＰＳ、基地局通信又は路上装置との通信により位置が検出された場合に得られるので、ＧＰＳ、基地局通信又は路上装置との通信が行われない間は、式（１７）における誤差ａ、ｂが十分大きな値と考えることにより、式（１８）において、Ｒ^-1（ｔ）＝０とすれば、式（１８）をそのまま用いて推定位置を繰り返し算出することができる。すなわち、この場合は、自立航法のみで位置を測位することと等価になる。

移動距離ｄ（ｔ）の誤差ｅ（ｔ）は、距離センサの種類により異なる。例えば、複数の種類の距離センサを同時に利用する場合には、各センサの誤差を結合した結合誤差を設定すれば良い。例えば、２種類のセンサで得られた距離をそれぞれｄ１、ｄ２、誤差の分散をそれぞれｑ１、ｑ２とすると、その結合距離を、式（２４）で設定し、その結合誤差として分散は、式（２５）で設定することができる。

上述の定式化では、記述を簡単にするために、方位（方位角）θの誤差がないと仮定したが、方位（方位角）θの誤差ｆ（ｔ）を考慮して、線形近似することにより上述の定式化を容易に拡張することができる。この場合、誤差ｅ（ｔ）、Ｇ（ｔ）と同様に、誤差ｆ（ｔ）の誤差分散を定義する。あるいは、方位誤差を考慮して、位置の誤差分散を大きくすることもできる。

例えば、時刻ｔの方位θの計測値に誤差Ｆ（ｔ）が累加した場合、高次の誤差を無視すれば、式（１２）は式（２６）及び式（２７）のように拡張することができる。

この場合、式（１５）は、式（２８）に置き換えればよい。ここで、ｕは方位θの誤差の分散である。なお、式（２６）〜式（２８）に代えて、式（１５）のＱ（ｔ）を大きめに設定するだけとしてもよい。なお、以上の数式では、２次元の位置検出として定式化したが、高さの次元を加えて３次元で定式化してもよい。

地図データベース１３は、広範囲の地図情報を記憶してある。なお、歩行者の位置に応じて、その付近の地図情報をセンタ装置又は路上装置などの外部から通信で取得して記憶しておくこともできる。

図７は地図情報の一例を示す模式図であり、図８は地図上の領域の属性の一例を示す説明図である。歩行者の位置を検出する場合には、車両の位置を検出する場合に比較して複雑かつ困難になる。すなわち、車両の場合には、推定した位置と地図上の車道との地図マッチングにより、車両の位置を検出することができるのに対し、歩行者の場合には、歩行者用の歩道以外に歩行者が歩行可能な領域は種々存在する。また、屋外のみならず屋内であっても歩行者の位置検出を行う必要性が高い。

また、歩行者の位置を検出する場合、歩道と車道との分離等、きめ細かな地図マッチングが必要となるため、地図情報としても詳細のデータが必要になる。ただし、広範囲な地図情報を位置検出装置１００の記憶部１５に記憶しておく必要はなく、歩行者の位置に合わせて適宜、情報センタ装置又は路上装置等の外部から通信で取得しても良い。

図７に示すように、地図上には、歩行者専用道路（歩道）、車道、横断歩道、ビル、小売店、公園、池など、種々の領域が存在する。そこで、図８に示すように、地図上の領域の属性を定義して、地図上の領域を分類する。属性は、まず、歩行可能領域と禁止領域とに区分する。禁止領域は、例えば、立入禁止区域、川、池、海、湖、沼、池、崖、鉄道敷地、皇居など、一般には歩行者の進入が禁止されている領域、あるいは進入が不可能な領域である。

歩行可能領域は、屋内領域、道路領域及びその他領域に区分される。屋内領域は、例えば、ビル、地下道、駅舎、店舗、小売店、家屋、工場、地下街、建造物内部などである。道路領域は、例えば、歩行者専用道路、歩道・車道分離の幹線道路の場合の歩道、横断歩道、歩行者用陸橋（歩道橋）、地下横断通路、踏切、その他私有地の道路等（今後、何れも道路と呼ぶ）である。また、その他領域は、例えば、車道、公園、運動場、その他自由に歩行可能な全ての屋外の領域である。なお、屋内領域又はその他領域において、歩行者の歩行が限定されている場合には、その中に歩行通路（道路）を設定して道路領域とすることもできる。

図７に示すように、道路領域は、歩行者専用道路、幹線道路の歩道、横断歩道、歩行者用陸橋、地下横断通路であり、屋内領域は、ビル、小売店、家屋であり、小売店には道路が設定されている。また、禁止領域は池であり、その他領域は幹線道路の車道、公園である。図７及び図８の情報に基づいて、地図上の道路（道路領域、地図マッチングのための線分）を設定することができる。なお、図８では、属性を歩行可能領域と禁止領域とに区分した上で、歩行可能領域を屋内領域、道路領域及びその他領域に区分し、各属性の例示として歩行者専用道路、横断歩道、歩行者用陸橋等を挙げたが、属性は上述のように階層構造に限定されるものではなく、歩行者専用道路、横断歩道、歩行者用陸橋等をそれぞれ１つの属性として定義することもできる。また、図８の例は一例であって、これに限定されるものではない。

図９は地図上の道路の設定例を示す説明図である。図９に示すように、道路領域、屋内領域、その他領域の道路に対して、地図マッチングのための１又は複数の線分（標準歩行線、地図上の道路）を定義し、各線分の接続関係の情報を設定する。地図上の道路（道路領域）は、リンク及びノードにより構成することもでき、あるいは、線分に対する道路幅に相当する幅を設定することもできる。ノードは、地図上の道路の一部であり、ノードはリンクの接続点、すなわち、地図上の道路の接続性を定義する。なお、設定される道路は、道路領域と同義である。

例えば、図７の例に対して、地図上の道路は、図９のように設定される。地図上の道路には、道路幅の情報、接続関係の情報を含めることもできる。また、屋内領域、禁止領域には、それぞれの領域の範囲の情報を含めることもできる。その他領域に、領域の範囲の情報を含めてもよく、あるいは、道路領域、屋内領域、禁止領域の何れでもなければその他領域であると判断する場合、その他領域に領域の範囲の情報を含めなくてもよい。なお図７、図９には記していないが、領域と領域とを接続する地点又は道路（通路）を地図上に設定してもよい。例えば、道路上に屋内領域の地下街又は地下鉄駅舎に通じるための連絡口（階段、エレベータ、エスカレータ等）がある場合等であり、これにより、道路から屋内領域に移る場合に、歩行者の位置を修正することができる。

記憶部１５は、通信部１１を介して受信した各種情報、測位部２０で測位した測位データ、姿勢特定部３０、方位特定部１４、位置検出処理部４０等で処理した処理結果などを記憶する。なお、制御部１０、姿勢特定部３０、方位特定部１４、位置検出処理部４０などのいずれか又はいくつかをＣＰＵ、ＲＡＭなどで構成する場合、各部の処理手順を定めたコンピュータプログラムを記憶することもできる。

操作部１６は、各種操作ボタンを備え、歩行者と位置検出装置１００とのユーザインタフェースとして機能する。例えば、操作部１６は、歩行者の操作により位置検出装置１００の動作の開始又は停止の操作を受け付ける。

位置検出処理部４０は、歩行者の位置を検出するための処理を行う。

位置推定部４１は、前回（例えば、直近でもよく、２回又は３回などの複数回前でもよい）に算出された推定位置又は推定位置を更新して歩行者の位置として検出された検出位置と、測位部２０で算出した測位位置の軌跡（測位軌跡）とに基づいて、地図上の推定位置（推定位置の軌跡）を算出する。より具体的には、前回に算出された推定位置又は検出位置から測位位置までの測位軌跡に沿った軌跡を求めることにより、推定位置の軌跡及び推定位置を算出する。

誤差算出部４２は、位置推定部４１で推定した推定位置の誤差範囲を算出する。より具体的には、誤差算出部４２は、後述するように推定位置を初期登録する場合、あるいは、推定位置を更新する場合、推定位置の誤差範囲を所定値に設定する。例えば、推定位置を初期登録した場合、推定位置の誤差範囲を測位位置の誤差範囲（例えば、２０〜２００ｍ）とすることができる。また、道路上のカーブ、交差点等の特徴地点で推定位置を更新した場合、最小の誤差（例えば、道路幅程度の範囲）とすることができる。

誤差算出部４２は、初期登録した推定位置又は更新した推定位置の誤差範囲を所定値に設定した後は、設定した所定値に、初期登録又は更新した推定位置からの歩行者の移動距離又は移動方向に応じた値（例えば、測位誤差の増加分）を加算して誤差範囲を算出する。これにより、一旦歩行者の位置が決定（確定）され、その位置での誤差範囲を所定値に設定した後は、測位軌跡の増加（移動距離又は移動方位）に伴って測位誤差が増加した場合でも、測位軌跡に応じて、推定位置の適切な誤差範囲を求めることができる。なお、誤差範囲を常に適当な所定の一定値（例えば、１００ｍ）とすることもできる。

属性判定部４３は、誤差算出部４２で算出した推定位置の誤差範囲内に存在する地図上の領域の属性を判定する。なお、推定位置の誤差範囲内に複数の属性が存在する場合には、推定位置に最も近い（距離が短い）領域の属性であると判定することができる。あるいは、各属性に優先順位を設定しておき、最も優先順位の高い属性であると判定することもできる。この場合、属性の優先順位は、例えば、順位の高いほうから道路領域、屋内領域、その他領域とすることもでき、あるいは、順位の高いほうから道路領域、その他領域、屋内領域とすることもできる。

歩行挙動判定部４４は、測位部２０で得られた測位データに基づいて、歩行者の歩行挙動を判定する。歩行挙動は、歩行者の歩行特性を示すものであり、自転車に乗った場合の走行特性も含む。歩行挙動は、例えば、歩行の開始、歩行速度、歩行速度の変動、歩行の強さ（例えば、歩数センサで加速が大きさで示されるレベル強度）、歩行の強さの変動、単位時間当たりの歩数（自転車の場合には、ペダルをこぐ回数）、歩数の変動、歩行方位、歩行停止などである。

歩行挙動判定部４４は、歩行挙動に基づいて歩行の乱れの有無を判定する。歩行の乱れは、例えば、所定の歩行速度又は単位時間当たりの歩数を基準として歩行速度が遅い又は歩数が少ない場合、歩行速度が略一定でなく歩行速度の変動が頻繁にある場合、歩行方位の蛇行又は周回性がある場合、あるいは、歩行の強さが不安定である場合などである。

位置更新部４５は、測位位置に基づいて推定位置の初期登録を行う。また、位置更新部４５は、地図マッチング法を利用して、属性判定部４３で判定した誤差範囲内の属性と位置推定部４１で算出した推定位置とに基づいて、誤差範囲内で歩行していると考えられる位置に推定位置を更新し、更新した位置を歩行者の位置として検出する。この場合、評価部４７で算出される評価係数に基づいて、最も確からしい推定位置を歩行者の位置として検出する。評価係数の詳細は後述する。なお、評価係数の逆数を相関度と定義し、相関度を用いることもできる。

信頼度算出部４６は、測位部２０で測位した測位データの信頼度を算出する。より具体的には、信頼度算出部４６は、距離センサ２１、３軸加速度センサ２２、３軸地磁気センサ２３などのセンサ単体でのデータの自己矛盾、あるいは、センサ相互のデータの矛盾又は地図情報との不整合などの異常の有無の判定、ＧＰＳ１２の測位結果及び基地局通信の信頼性を示す使用環境指標の算出などを行う。また、センサ等に異常があると判定した場合には、使用可能なセンサを選択するとともに、使用不可のセンサに対しては、そのセンサの誤差分散を無限大にする（又は大きくする）処理を行う。これにより、常にセンサの使用可否を監視する。以下、信頼度算出部４６での処理の詳細について説明する。

ＧＰＳ１２の異常の有無の判定は、例えば、ＧＰＳ１２で得られた測位結果に基づいて測位した測位位置、歩行者の歩行速度、移動方位などの時間的変化に自己矛盾があるか否かで判定することができる。異常がある場合には、ＧＰＳ１２のデータの誤差分散を無限大にして利用しないようにする。また、このような異常な状況が、所定の時間及び／又は所定の距離の間継続した場合、ＧＰＳ１２の信頼度は低いとする。また、このような異常な状況がなくなった場合、ＧＰＳ１２のデータを利用するとともに、さらに正常な状況が所定の時間又は所定の距離の間継続すれば、ＧＰＳの信頼度を正常な値に復帰させる。

ＧＰＳ１２の使用環境指標としては、例えば、ＧＰＳ１２の受信レベル、捕捉衛星数、２次元又は３次元測位の別、ＣＥＰ（Circular Error Probability）が所定の標準値以下であれば、異常であるとしてＧＰＳ１２のデータの誤差分散を無限大にして利用しないようにする。また、このような異常な状況が、所定の時間及び／又は所定の距離の間継続した場合、ＧＰＳ１２の信頼度は低いとする。また、このような異常な状況がなくなった場合、ＧＰＳ１２のデータを利用するとともに、さらに正常な状況が所定の時間又は所定の距離の間継続すれば、ＧＰＳ１２の信頼度を正常な値に復帰させる。

基地局通信の使用環境指標としては、例えば、基地局との通信レベル、基地局の通信範囲等が所定の標準値より低下した場合、異常であるとして基地局通信によるデータの誤差分散を無限大にして利用しないようにする。また、このような異常な状況が、所定の時間及び／又は所定の距離の間継続した場合、基地局通信の信頼度は低いとする。また、このような異常な状況がなくなった場合、基地局通信のデータを利用するとともに、さらに正常な状況が所定の時間及び／又は所定の距離の間継続すれば、基地局通信の信頼度を正常な値に復帰させる。なお上記では、ＧＰＳと基地局通信とを区別したが、ＧＰＳと基地局通信とを結合した測位方式を利用してもよい。

評価部４７は、位置推定部４１で算出した推定位置、及び位置更新部４５で更新した推定位置を評価するための評価係数を算出する。評価係数は、推定位置の確からしさを評価するための係数であり、例えば、評価係数が小さいほど推定位置の確からしさ（確率）が大きいとすることができる。評価係数は、例えば、推定位置と測位位置との位置ずれ、カーブ、交差点等の特徴地点における推定位置と測位位置との位置ずれの差の平均、カーブ、交差点等の特徴地点における推定位置と道路との位置ずれ（距離ずれ）の平均等である。なお、評価係数の詳細は後述する。

出力部１７は、液晶表示パネル、スピーカなどを備え、歩行者に自身の位置を地図上に表示するとともに、歩行者の位置を表示する際に、歩行者に所要の情報を通知するため、又は注意を促すため音声又は音響を出力する。

次に位置検出装置１００の地図マッチング法による位置検出処理について説明する。なお、以下の説明では、屋内領域及びその他領域には通路（道路）が設定されていないものとする。通路が設定されている場合には、その通路を道路として取り扱うことができる。

図１０は推定位置の新規登録の一例を示す説明図である。推定位置の新規登録（初期登録）は、地図マッチング処理を開始した場合、あるいは、推定位置の候補が１つもなくなってしまった場合に行う処理である。

推定位置の新規登録を行うか否かは、例えば、次の条件（１）、条件（２）により判定する。すなわち、条件（１）及び条件（２）の両方を充足する場合、推定位置の新規登録を実施せず、条件（１）又は条件（２）のいずれかが充足しない場合、推定位置の新規登録を行う。条件（１）は、センサ等の信頼度が所定の閾値以下（信頼性が悪い）場合であり、例えば、ＧＰＳ１２の信頼性が悪い場合などである。また、条件（２）は、所定の範囲（時間及び／又は距離）以上、歩行の乱れがある場合である。すなわち、条件（１）及び条件（２）を充足する場合、歩行者の位置は屋内領域にある可能性が高いため、歩行者が屋内領域から屋外領域に出るまで地図マッチング処理を実施しない。

図１０に示すように、測位位置Ａの誤差範囲内に道路領域、すなわち、地図上の道路があるか否かを判定し、道路（道路領域）がある場合には、測位位置Ａに最も近い当該道路上の地点を測位位置Ａに対応する新規の推定位置として登録する。図１０では、誤差範囲内に２つの道路が存在するため、それぞれの道路において測位位置Ａから最も近い地点Ｍ、Ｎを推定位置として登録する。この場合、測位位置Ａまでの測位軌跡の方位又は測位位置Ａでの測位方位とほぼ方位が一致する道路を予め登録しておくこともできる。仮に、測位軌跡の方位又は測位方位と道路の方位とが略一致するような道路がない場合には、誤差範囲内に登録できる道路が存在するまで推定位置の新規登録を行わずに待機する。

推定位置を新規に登録した場合、その推定位置に対応する測位位置の誤差範囲を、新規登録した推定位置の誤差範囲として設定（登録）する。図１０の例では、推定位置Ｍ、Ｎの誤差範囲は、推定位置Ａの誤差範囲を引き継ぐ。また、新規登録した推定位置Ｍ、Ｎとそれに対応する測位位置Ａとの位置ずれに基づいて、推定位置Ｍ、Ｎの評価係数を算出する。

図１１は新規登録した推定位置の評価係数の算出の一例を示す説明図である。図１１の例は、測位位置Ａに対応させて推定位置Ｍを新規登録した場合を示す。測位位置Ａの座標を（ｘａ、ｙａ）、新規登録した推定位置Ｍの座標を（ｘ、ｙ）とすると、推定位置Ｍの評価係数Ｃは、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２とすることができる。ここで、Ｃ１＝｜ｘ−ｘａ｜、Ｃ２＝｜ｙ−ｙａ｜で表わすことができる。すなわち、推定位置Ｍの評価係数Ｃは、推定位置Ｍと測位位置Ａのｘ座標の差、推定位置Ｍと測位位置Ａのｙ座標の差とすることができる。この場合、評価係数が小さいほど、推定位置の確からしさ（確率）が高いということができる。評価係数Ｃは、ｘ座標毎、ｙ座標毎に算出するだけでなく、ｘ座標とｙ座標の絶対値の和、あるいは、自乗和の平方根等により１つの指標とすることもできる。これにより、推定位置Ｍが測位位置Ａに対して、どの程度確かな位置であるかを把握することができる。

次に、新規登録後の推定位置の軌跡の算出例について説明する。図１２は推定位置の軌跡の算出例を示す説明図である。図１２の例では、測位位置Ａに対応させて推定位置Ｍを新規登録した場合を示す。図１２（ａ）に示す推定位置の軌跡の算出例は、推定位置Ｍを起点として、測位位置Ａからの測位軌跡をそのまま平行移動（ずらす）させることにより、推定位置の軌跡を求めるものである。

図１２（ｂ）の場合は、図１２（ａ）の場合において、地図上の道路の方位と推定位置の軌跡の方位又は推定位置での方位との方位差が所定の閾値より小さい場合には、所定時間の経過及び／又は所定距離の移動の都度、推定位置を道路上に更新（修正）する。なお、推定位置を道路上の位置に更新する際に、位置ずれに応じた値を評価係数に加算してもよい。

図１２（ｃ）の場合は、図１２（ａ）の場合において、地図上の道路の方位と推定位置の軌跡の方位又は推定位置での方位との方位差が所定の閾値より小さい場合には、常時、推定位置を道路上に更新（修正）する。なお、推定位置を道路上の位置に更新する際に、位置ずれに応じた値を評価係数に加算してもよい。

図１２（ｄ）の例は、図１２（ｃ）の場合において、地図上の道路の方位と推定位置の軌跡の方位又は推定位置での方位との方位差が所定の閾値を超えたときに、道路上の位置に更新（修正）することは行わないことを示す。なお、図１２（ａ）、図１２（ｂ）の場合には、表示部１８に表示させるときだけ、地図上に修正することもできる。

図１２（ｅ）の例は、図１２（ｃ）が道路を線分で表現した場合の推定位置の修正例であるのに対して、道路を２次元図形そのままで表現した場合に推定位置を修正する例である。

推定位置の誤差範囲は、推定位置の新規登録（初期登録）では、測位誤差（例えば、２０〜２００ｍの範囲）とすることができる。また、推定位置の誤差範囲は、カーブ、交差点等の特徴地点で推定位置を道路上の位置に更新（修正）した場合には、最小の誤差範囲（例えば、道路幅程度）とすることができる。その後、歩行者が歩行するにつれて、測位誤差が累加されるため、推定位置の誤差範囲を増加させることができる。これにより、一旦歩行者の位置が決定（確定）され、その位置での誤差範囲を所定値に設定した後は、測位軌跡の増加（移動距離又は移動方位）に伴って測位誤差が増加した場合でも、測位軌跡に応じて、推定位置の適切な誤差範囲を求めることができる。なお、推定位置の誤差範囲を常に適当な所定の一定値（例えば、１００ｍ）とすることもできる。これにより、位置検出の処理労力を低減することができる。

次に、推定位置の更新方法について説明する。推定位置の更新は、例えば、推定位置の誤差範囲内の地図上の領域の属性、道路の接続特性、道路領域と他の領域との接続特性、歩行者の歩行挙動、測位データの信頼度（信頼性）、推定位置の評価係数等に基づいて行う。また、推定位置が妥当でない場合には、推定位置の棄却を行う。

図１３は推定位置の更新の一例を示す説明図である。図１３の例では、歩行者は屋外を歩行しているものとする。測位位置Ａまでの測位軌跡に対応して、前回（例えば、直近でもよく、２回又は３回などの複数回前でもよい）に更新した推定位置からの推定位置の軌跡により、測位位置Ａに対応して２つの推定位置Ｍ、Ｎが存在するとする。推定位置Ｍの誤差範囲内には、道路（道路領域）が存在するので、推定位置Ｍを道路上の位置に更新する。また、推定位置Ｍと更新した推定位置との位置ずれに対応する値を推定位置Ｍの評価係数に加算して、更新した推定位置の評価係数として引き継ぐようにしてもよい。また、カーブ、交差点等の特徴のある地点において、推定位置Ｍの位置ずれを補正して推定位置を更新し、評価係数、誤差範囲を更新することもできる。この場合、更新する誤差範囲としては、例えば、最小値（道路幅程度の範囲）を設定することができる。なお、推定位置の方位と道路の方位との方位差が所定の閾値より小さいか否かを判定し、方位差が閾値より大きい場合、推定位置を道路上に更新しないようにすることもできる。

推定位置Ｎの誤差範囲内では、前回に更新した推定位置が存在していた道路（道路領域）が誤差範囲外となるため、誤差範囲内に別の道路があるか否かを判定する。仮に別の道路が存在する場合、推定位置をその道路の位置に更新するとともに、推定位置Ｎの誤差範囲、評価係数を更新した推定位置の誤差範囲、評価係数として引き継ぐ。仮に更新すべき道路がないと判定した場合、推定位置の属性を判定し、判定した属性がその他領域であれば、推定位置Ｎから、歩行者の歩行に伴う歩行軌跡の変化分を累計した位置を推定位置の軌跡とし、評価係数、誤差範囲を引き継ぐ。また、判定した属性が禁止領域であれば、推定位置Ｎを棄却する（図１３参照）。

図１４は推定位置の更新の他の例を示す説明図である。図１４の例は、前回（例えば、直近でもよく、２回又は３回などの複数回前でもよい）に更新した推定位置が存在する道路が２つの道路に分岐するような場合である。測位位置Ａまでの測位軌跡に対応して、前回に更新した推定位置からの推定位置の軌跡により、測位位置Ａに対応して１つの推定位置Ｍが存在するとする。推定位置Ｍの誤差範囲内には、分岐した一方の道路（道路領域）が存在するので、推定位置Ｍを道路上の位置に更新する。また、推定位置Ｍと更新した推定位置との位置ずれに対応する値を推定位置Ｍの評価係数に加算して、更新した推定位置の評価係数として引き継ぐようにしてもよい。推定位置Ｍの誤差範囲外となった他方の道路上の推定位置は棄却する。なお、この場合においても、カーブ、交差点等の特徴のある地点において、推定位置Ｍの位置ずれを補正して推定位置を更新し、評価係数、誤差範囲を更新することもできる。

図１５は推定位置の更新の他の例を示す説明図である。図１５の例も、前回（例えば、直近でもよく、２回又は３回などの複数回前でもよい）に更新した推定位置が存在する道路が２つの道路に分岐するような場合である。測位位置Ａまでの測位軌跡に対応して、前回に更新した推定位置からの推定位置の軌跡により、測位位置Ａに対応して１つの推定位置Ｍが存在するとする。推定位置Ｍの誤差範囲内には、分岐した両方の道路（道路領域）が存在するので、推定位置Ｍを各道路上の位置に更新する。更新した推定位置を第１候補の推定位置及び第２候補の推定位置とする。また、推定位置Ｍと第１候補の推定位置及び第２候補の推定位置との位置ずれに対応する値を推定位置Ｍの評価係数に加算して、第１候補の推定位置及び第２候補の推定位置の評価係数として引き継ぐようにしてもよい。なお、この場合においても、カーブ、交差点等の特徴のある地点において、推定位置Ｍの位置ずれを補正して推定位置を更新し、評価係数、誤差範囲を更新することもできる。

次に、カーブ、交差点等の特徴地点での推定位置の評価係数の算出方法について説明する。図１６は特徴地点での推定位置の評価係数の算出の一例を示す説明図である。図１６の例では、カーブ等の特徴地点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３において、測位位置Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応して道路上の位置に更新した推定位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３があるとする。測位位置Ａ１と推定位置Ｍ１との位置ずれを（ｘ１、ｙ１）とし、測位位置Ａ２と推定位置Ｍ２との位置ずれを（ｘ２、ｙ２）とし、測位位置Ａ３と推定位置Ｍ３との位置ずれを（ｘ３、ｙ３）とする。また、前回（例えば、直近でもよく、２回又は３回などの複数回前でもよい）に更新した推定位置と対応する測位位置との位置ずれを（ｘ０、ｙ０）とする。推定位置（例えば、推定位置Ｍ３）の評価係数を、推定位置と測位位置との位置ずれの差の平均値として求めることができる。

すなわち、ｘ方向の位置ずれの差の平均値は、{｜ｘ１−ｘ０｜＋｜ｘ２−ｘ１｜＋｜ｘ３−ｘ２｜}／３となり、ｙ方向の位置ずれの差の平均値は、{｜ｙ１−ｙ０｜＋｜ｙ２−ｙ１｜＋｜ｙ３−ｙ２｜}／３となる。各特徴地点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３での位置ずれが等しいほど評価係数は小さくなり、推定位置の確からしさ（確率）が大きいといえる。これにより、推定位置が測位位置に対して、どの程度確かな位置であるかを把握することができる。

なお、評価係数として、各特徴地点での位置ずれの差の２乗を合計して平均し、平均した値の平方根を求めることもできる。また、平均値に代えて、中央値、最大値と最小値の和の２分の１の数値など他の統計値を用いることもできる。

次に測位方位の補正について説明する。地図マッチング法により、道路の特定とその推定位置が確定し、かつ測位方位が所定の歩行距離（例えば、２０ｍ）以上変化がない場合に、測位方位を地図上の道路の方位に補正することができる。測位方位の補正のタイミングは、例えば、特定された推定位置が唯一である状況が所定の時間（例えば、１分）又は所定の距離（例えば、５０ｍ）以上継続した場合、あるいは、特定された全ての推定位置に対応する地図上の道路方位が、所定閾値（例えば、２度）の範囲内である状況が所定の時間（例えば、１分）及び／又は所定の距離（例えば、５０ｍ）以上継続し、かつ測位方位に所定の歩行距離（例えば、２０ｍ）以上変化がない場合である。

また、以下のような補正タイミングの条件を付加することもできる。条件（１）として、所定の時間（例えば、１分）又は所定の距離（例えば、５０ｍ）の間で推定位置と測位位置との差が所定の閾値（例えば、５０ｍ）以内である場合、条件（２）として、所定の時間（例えば、１分）又は所定の距離（例えば、５０ｍ）の間で地磁気センサが正常である確率が低い場合、例えば、所定の歩行距離（例えば、２０ｍ）以上連続して地磁気センサが正常でない場合、条件（３）として、所定の時間（例えば、１分）及び／又は所定の距離（例えば、５０ｍ）の間でＧＰＳ１２が正常である確率が低い場合、例えば、所定の歩行距離（例えば、５０ｍ）以上連続してＧＰＳ１２が正常でない場合である。なお、この測位方位の補正は、地図上の道路方位が直進である場合に限定してもよい。

次に、歩行者の位置を地図上で表示する表示例について説明する。歩行者の位置を出力部１７で表示する場合、推定位置がないときは、測位位置又は暫定位置を表示し、推定位置があるときは、その推定位置（更新した推定位置を含む）を表示する。

例えば、推定位置が１つの場合、その推定位置（又は更新した推定位置を含む）を地図上に表示した上で、表示した推定位置の誤差範囲も同時に表示する。なお、推定位置が複数ある場合には、評価係数の最も小さい推定位置を１つ表示することもできる。

また、推定位置が複数存在する場合、複数の推定位置を包含する領域を推定位置として表示する。この場合、各推定位置の誤差範囲を含むような範囲を表示してもよい。また、推定位置の評価係数の大小に応じて、その推定位置の誤差範囲の大きさを拡大又は縮小して上で、推定位置とその誤差範囲とを同時に表示することもでき、また、推定位置が複数ある場合には、各推定位置の誤差範囲を含む範囲を表示してもよい。また、複数の推定位置の重心位置を表示してもよい。

推定位置を更新することにより特定（検出）した位置を歩行者の位置として表示する場合に、特定した位置が複数あるときには、算出又は補正した評価係数の大小に応じて、最も確からしい特定位置を表示することもでき、あるいは、複数の特定位置をすべて表示してもよく、あるいは、特定した位置の中からいくつかを選択して表示してもよい。また、歩行者の位置を検出している過程のある時点において、一時的に精度よく位置を検出することができず、仮に評価係数が大きくなり、検出した位置を表示した場合には、歩行者に誤った位置を表示する恐れがあるようなときでも、その後の測位の結果、特定位置の確からしさが十分確保できたような場合には、位置の確からしさを確保できた時点以降、その特定位置を表示させることもできる。

次に姿勢特定処理を含む位置検出処理の手順について説明する。図１７、図１８及び図１９は位置検出処理の手順を示すフローチャートである。制御部１０は、位置検出装置１００内の各部と協働して自身の姿勢特定処理、位置検出処理などを行う。制御部１０は、初期位置の探索が必要であるか否かを判定する（Ｓ１１）。

歩行者の場合と異なり、車両の場合には、位置検出が不能になることは殆どなく、電源が切られた場合でも、検出した位置が保存されるため、初期位置を探索する必要性が殆ど皆無である。しかし歩行者の場合には、地下から出てくる場合等、位置検出が不能になる場合があり、初期位置を探索する必要がある。初期位置の探索は、ＧＰＳ１２による測位には時間がかかるため、通常基地局との通信により行う。

初期位置の探索が必要である場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御部１０は、初期位置の探索を行い（Ｓ１２）、探索位置を暫定的な測位位置とする（Ｓ１３）。初期位置の探索が必要でない場合（Ｓ１１でＮＯ）、すなわち、１又は複数の推定位置をすでに保持している場合、制御部１０は、ステップＳ１２、ステップＳ１３の処理を行わずに後述のステップＳ１４の処理を行う。

制御部１０は、路上装置との通信の有無を判定し（Ｓ１４）、路上装置との通信がある場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、測位位置を通信位置に補正し（Ｓ１５）、保持していた推定位置をすべて棄却する（Ｓ１６）。路上装置との狭域通信（局所通信）による誤差は、ＧＰＳ等に比べてかなり小さく、精度が高いため、局所通信により通信位置が得られた場合には、この通信位置を最も信頼性の高い推定位置とすることができる。

制御部１０は、補正した測位位置を推定位置として登録し（Ｓ１７）、推定位置の地図領域の属性、誤差範囲、評価係数を登録する（Ｓ１８）。これにより、推定位置の新規登録（初期登録）が完了するとともに、推定位置の誤差範囲、評価係数が設定される。路上装置との通信がない場合（Ｓ１４でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ１７の処理を行い、暫定的な測位位置を推定位置として登録する。

制御部１０は、測位データを取得し（Ｓ１９）、自身の姿勢を特定する（Ｓ２０）。なお、姿勢特定処理の詳細は後述する。制御部１０は、測位データの異常の有無を確認し（Ｓ２１）、確認結果に応じて、測位データの信頼度を算出する（Ｓ２２）。制御部１０は、測位データに基づいて測位位置を算出し（Ｓ２３）、測位位置の測位誤差を算出する（Ｓ２４）。測位位置の算出は、上述したように、距離センサ２１、方位特定部１４などによる自立航法又は地図マッチング法と、ＧＰＳ１２等による衛星航法との組み合わせにより行うことができる。ただし、周囲にビル等の高い障害物があり、ＧＰＳ衛星の測位性能が良くない場合には、自立航法又は地図マッチング法だけで測位することも可能である。

制御部１０は、歩行者の歩行挙動を取得し（Ｓ２５）、外部装置からの地図情報、信号情報の更新の有無を判定する（Ｓ２６）。地図情報、信号情報の更新があった場合（Ｓ２６でＹＥＳ）、制御部１０は、地図情報、信号情報を取得する（Ｓ２７）。地図情報、信号情報の更新がない場合（Ｓ２６でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ２７の処理を行わずに後述のステップＳ２８の処理を行う。

制御部１０は、地図マッチング機能の停止中であるか否かを判定する（Ｓ２８）。地図マッチング機能が停止するか否かの条件は、例えば、歩行者の歩行速度が所定の閾値より大きい場合、又は屋内領域内の所定距離以上に亘って歩行者の位置が検出された場合である。所定の閾値は、例えば、６０ｋｍ／ｈとすることができ、歩行速度が所定の閾値より大きくなった場合、歩行者は、電車、自動車等の車両、あるいは他の交通機関を利用したとして、地図マッチングによる歩行者の位置検出を停止する。また、所定距離は、例えば、５ｋｍとすることができ、屋内領域内の所定距離以上に亘って歩行者の位置が検出された場合には、歩行者は、電車、地下鉄等の他の交通機関を利用したとして、地図マッチングによる歩行者の位置検出を停止する。これにより、誤った位置検出を防止することができる。

地図マッチング機能が停止中でない場合（Ｓ２８でＮＯ）、制御部１０は、推定位置の更新処理を行う（Ｓ２９）。制御部１０は、推定位置の更新を行った後、地図マッチング機能の停止の必要性を判定し（Ｓ３０）、停止の必要性がある場合（Ｓ３０でＹＥＳ）、地図マッチング機能を停止し、推定位置をすべて棄却する（Ｓ３１）。

制御部１０は、推定位置の初期登録（新規登録）の条件を充足するか否かを判定し（Ｓ３２）、条件を充足する場合（Ｓ３２でＹＥＳ）、測位位置に基づいて推定位置の初期登録（新規登録）を行う（Ｓ３３）。地図マッチング機能が停止中である場合（Ｓ２８でＹＥＳ）、制御部１０は、ステップＳ３２の処理を行う。地図マッチング機能の停止の必要性がない場合（Ｓ３０でＮＯ）、制御部１０は、後述のステップＳ３４の処理を行い、推定位置の初期登録（新規登録）の条件を充足しない場合（Ｓ３２でＮＯ）、同様に後述のステップＳ３４の処理を行う。

制御部１０は、推定位置（更新した推定位置を含む）の有無を判定し（Ｓ３４）、推定位置がある場合（Ｓ３４でＹＥＳ）、推定位置を出力部１７に表示し（Ｓ３５）、推定位置がない場合（Ｓ３４でＮＯ）、測位位置又は暫定位置を出力部１７に表示する（Ｓ３６）。

制御部１０は、測位方位の補正条件を充足するか否かを判定し（Ｓ３７）、条件を充足する場合（Ｓ３７でＹＥＳ）、測位方位を地図上の道路方位に補正する（Ｓ３８）。測位方位の補正条件を充足しない場合（Ｓ３７でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ３８の処理を行わずに、後述のステップＳ３９の処理を行う。

制御部１０は、センサの較正の要否を判定し（Ｓ３９）、較正が必要である場合（Ｓ３９でＹＥＳ）、センサを較正する（Ｓ４０）。センサの較正が必要でない場合（Ｓ３９でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ４０の処理を行わずに、後述のステップＳ４１の処理を行う。制御部１０は、処理終了の指示の有無を判定し（Ｓ４１）、指示がない場合（Ｓ４１でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を続け、指示がある場合（Ｓ４１でＹＥＳ）、処理を終了する。

次に、姿勢の特定処理について説明する。図２０及び図２１は姿勢特定処理の手順を示すフローチャートである。制御部１０は、姿勢の特定が必要であるか否かを判定し（Ｓ２０１）、姿勢の特定が必要でない場合（Ｓ２０１でＮＯ）、処理を終了する。姿勢の特定が必要である場合（Ｓ２０１でＹＥＳ）、制御部１０は、３軸加速度センサ２２のデータを取得し（Ｓ２０２）、３軸地磁気センサ２３のデータを取得する（Ｓ２０３）。

制御部１０は、歩行者の現在位置を参照し（Ｓ２０４）、現在位置（例えば、緯度及び経度）に対応する地磁気の鉛直方向の成分ｍｚを取得する（Ｓ２０５）。制御部１０は、姿勢の特定が可能であるか否かを判定し（Ｓ２０６）、姿勢の特定が可能である場合（Ｓ２０６でＹＥＳ）、すなわち、位置検出装置１００の姿勢変化がない場合、あるいは歩行者の歩行特性の変化がない場合、十分なデータが収集済であるか否かを判定する（Ｓ２０７）。

十分なデータが収集済でない場合（Ｓ２０７でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ２０２以降の処理を続けデータの収集を行う。十分なデータが収集済である場合（Ｓ２０７でＹＥＳ）、制御部１０は、データを平均化して、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の加速度データ及び地磁気データの標準値を算出する（Ｓ２０８）。

制御部１０は、加速度データの標準値からピッチ角α、ロール角βを算出し（Ｓ２０９）、ピッチ角α、ロール角βの両者が０か否かを判定する（Ｓ２１０）。ピッチ角α、ロール角βの両者が０でない場合（Ｓ２１０でＮＯ）、制御部１０は、地磁気データの標準値からヨー角γを算出する（Ｓ２１１）。

制御部１０は、今回算出したピッチ角α、ロール角β、ヨー角γを過去に算出したピッチ角α、ロール角β、ヨー角γと比較し、比較結果に応じて今回のデータを平均化又は棄却（無効に）する（Ｓ２１２）。すなわち、制御部１０は、今回算出したデータの信頼性が低いと判定した場合、過去のデータとの差異が大きいと判定した場合、今回のデータを棄却（無効に）する。

制御部１０は、算出したピッチ角α、ロール角β、ヨー角γを用いて地磁気のｘ軸成分ｍｘ、ｙ軸成分ｍｙを算出して歩行者の歩行方位θを特定し（Ｓ２１３）、処理を終了する。姿勢の特定が不可である場合（Ｓ２０６でＮＯ）、あるいは、ピッチ角α、ロール角βの両者が０である場合（Ｓ２１０でＹＥＳ）、制御部１０は、取得したデータを廃棄し（Ｓ２１４）、所定の時間経過又は所定の距離移動の有無を判定する（Ｓ２１５）。

所定の時間経過又は所定の距離移動がなかった場合（Ｓ２１５でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ２０２以降の処理を続ける。所定の時間経過又は所定の距離移動があった場合（Ｓ２１５でＹＥＳ）、制御部１０は、姿勢の特定不可状態が継続していると判定して、３軸地磁気センサ２３による方位特定を中止し（Ｓ２１６）、処理を終了する。

以上説明したように、本発明によれば、携帯機器に内蔵した３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサを用いることにより、歩行者が携帯した場合でも携帯機器の姿勢を特定することができる。また、３軸加速度センサ及び３軸地磁気センサを用いることにより、歩行者の歩行方位を特定することができる。これにより、携帯機器の姿勢がどのような状態であっても、歩行者の歩行方位を精度良く特定することができるので、ＧＰＳを使用することができない環境であっても、自立航法による歩行者の位置検出を行うことができる。

上述の実施の形態では、物理的な位置又は方位と共に、歩行挙動、測位データの信頼度を、地図情報と関連づけて、歩行者の位置を特定する方法としていくつかの例を示したが、この他に、例えば、エレベータ、エスカレータに乗った場合のエレベータ、エスカレータ位置への特定（歩行停止、高度又は気圧の変化、測位データの信頼度を考慮）、地下街又は地下鉄への連絡口に降りた場合の連絡口への特定（歩行速度の変化や歩行の強さの変化、高度又は気圧の変化、測位データの信頼度を考慮）、地下鉄駅舎の券売機で立ち止まった場合の券売機位置への特定（歩行停止、測位データの信頼度を考慮）、バスや市電に停留所で乗車した場合の停留所への特定（歩行停止、位置の変化）等が、地図情報に公共物等の特定位置を登録しておけば可能となる。

上記の例では、表現を簡単にするため、地図領域の属性、位置検出、位置検出の誤差範囲等を全て２次元で表現しているが、高度の情報を入れて３次元で表現してもよい。これにより、高度が関係する歩行者用陸橋又は地下横断通路等の判定精度を向上させることができるとともに、屋内領域のビルの何階のフロアーにいるか、屋上にいるかどうか等まで推定することも可能となる。また、上記までの表現では、歩行者が、通常歩行時又は自転車走行時に携帯機器を身に付けている場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、歩行者が直接携帯機器を身につけず、かばん、携帯機器を車輪付き旅行ケース、荷車、乳母車、車椅子等に収納、仮設置又は仮置きし、歩行者が持ち歩いたり、車を押したり引いたり、あるいは、手で車輪を回転したりして、歩行者の通行できる領域を通行している場合であってもよい。

また、上記では、歩行者が電車又は自動車に乗った場合、位置検出を中止することにしているが、別途、電車に乗った場合、自動車に乗った場合の地図マッチング型の位置検出システムを用意して、連続的に位置検出が実施できるようにしても良い。これにより、位置検出を最初からやり直す必要がなくなり、より効果的なシステムを構築することができる。さらに、上記の例では、位置検出に必要なデータを全て携帯機器に集約して位置検出する形態を示したが、これに限定されず、路上又はセンタに設置したサーバに携帯機器から必要データを送信し、位置検出処理をサーバで実行させ、その結果を携帯機器に送信する、という形態等にしてもよい。あるいは、処理の実行を分担してもよい。これにより、携帯機器の負担を減らすことが可能となる。

上述の位置検出装置は、例えば、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ＰＨＳ、ノート型パーソナルコンピュータ、音楽プレーヤ、携帯型ゲーム装置等の情報端末装置又は携帯端末装置などに適用することができる。

上述の実施の形態で示した歩行者の位置を推定するための数式は、一例であって、これらに限定されるものではなく、適宜変形した数式を用いることもできる。

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係る位置特定装置としての位置検出装置の構成の一例を示すブロック図である。 姿勢を特定するための座標系を示す説明図である。 歩行時の３軸加速度センサで検出する加速度データの一例を示す説明図である ３軸地磁気センサの軸の設定の一例を示す説明図である。 ３軸地磁気センサの軸の設定の他の例を示す説明図である。 測位位置の誤差範囲の例を示す説明図である。 地図情報の一例を示す模式図である。 地図上の領域の属性の一例を示す説明図である。 地図上の道路の設定例を示す説明図である。 推定位置の新規登録の一例を示す説明図である。 新規登録した推定位置の評価係数の算出の一例を示す説明図である。 推定位置の軌跡の算出例を示す説明図である。 推定位置の更新の一例を示す説明図である。 推定位置の更新の他の例を示す説明図である。 推定位置の更新の他の例を示す説明図である。 特徴地点での推定位置の評価係数の算出の一例を示す説明図である。 位置検出処理の手順を示すフローチャートである。 位置検出処理の手順を示すフローチャートである。 位置検出処理の手順を示すフローチャートである。 姿勢特定処理の手順を示すフローチャートである。 姿勢特定処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 位置検出装置
１０ 制御部
１１ 通信部
１２ ＧＰＳ
１３ 地図データベース
１４ 方位特定部
１５ 記憶部
１６ 操作部
１７ 出力部
２０ 測位部
２１ 距離センサ
２２ ３軸加速度センサ
２３ ３軸地磁気センサ
２４ 方位補正部
２５ センサ較正部
３０ 姿勢特定部
３１ 座標変換部
３２ 角度算出部
３３ 判定部
４０ 位置検出処理部
４１ 位置推定部
４２ 誤差算出部
４３ 属性判定部
４４ 歩行挙動判定部
４５ 位置更新部
４６ 信頼度算出部
４７ 評価部

Claims (15)

1. 基準直交３次元座標の座標軸に対する自身の姿勢を特定する姿勢特定装置であって、
   前記基準直交３次元座標の各軸と任意の角度をなす軸を有する装置直交３次元座標と前記基準直交３次元座標との間の座標変換を行う変換手段と、
   ３軸加速度センサと、
   ３軸地磁気センサと、
   前記変換手段で行う座標変換、前記３軸加速度センサで検出した前記装置直交３次元座標での加速度成分及び前記３軸地磁気センサで検出した前記装置直交３次元座標での地磁気成分を用いて前記角度を算出する角度算出手段と
   を備え、
   該角度算出手段で算出した角度により自身の姿勢を特定するように構成してあることを特徴とする姿勢特定装置。
2. 前記角度算出手段は、
   前記変換手段で行う座標変換に前記基準直交３次元座標での重力加速度及び適宜の地点の地磁気情報を用いるように構成してあることを特徴とする請求項１に記載の姿勢特定装置。
3. 前記３軸地磁気センサの２つの軸がともに前記基準直交３次元座標の２軸で特定される基準面に平行にならないように前記３軸地磁気センサを設置する設置手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の姿勢特定装置。
4. 操作を受け付けるための操作面を備え、
   前記設置手段は、
   前記３軸地磁気センサの２つの軸の少なくとも一方が前記操作面と略４５度をなすように前記３軸地磁気センサを設置してあることを特徴とする請求項３に記載の姿勢特定装置。
5. 歩行者による携帯が可能であり、
   携帯時の自身の姿勢変化又は歩行者の歩行特性の変化に応じて、自身の姿勢を特定するか否かを判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の姿勢特定装置。
6. 前記３軸加速度センサで検出した加速度の絶対値と所定の加速度閾値とを比較する加速度比較手段を備え、
   前記判定手段は、
   前記絶対値が前記加速度閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定するように構成してあることを特徴とする請求項５に記載の姿勢特定装置。
7. 前記３軸地磁気センサで検出した地磁気の絶対値と所定の地磁気閾値とを比較する地磁気比較手段を備え、
   前記判定手段は、
   前記絶対値が前記地磁気閾値より大きい場合、自身の姿勢を特定しないと判定するように構成してあることを特徴とする請求項５に記載の姿勢特定装置。
8. 前記３軸加速度センサで検出した加速度の変動又は前記３軸地磁気センサで検出した地磁気の変動により、歩行周期、歩数又は歩行速度の変化を検知する検知手段を備え、
   前記判定手段は、
   前記検知手段で変化を検知した場合、自身の姿勢を特定しないと判定するように構成してあることを特徴とする請求項５に記載の姿勢特定装置。
9. 前記判定手段は、
   前記検知手段で歩行停止を検知した場合、自身の姿勢を特定しないと判定するように構成してあることを特徴とする請求項８に記載の姿勢特定装置。
10. 前記角度算出手段で算出した角度の信頼性を前記変換手段で行う座標変換を用いて評価する評価手段と、
    該評価手段で信頼性が低いと評価した場合、算出した角度を無効にする無効手段と
    を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の姿勢特定装置。
11. 複数の時点に亘って前記角度算出手段で算出した角度を記憶する記憶手段と、
    前記角度算出手段で算出した角度と前記記憶手段で記憶した角度との角度差を算出する角度差算出手段と、
    該角度差算出手段で算出した角度差が所定の閾値より大きい場合、前記角度算出手段で算出した角度を無効にする無効手段と
    を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の姿勢特定装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１つに記載の姿勢特定装置と、
    前記角度算出手段で算出した角度を用いて前記基準直交３次元座標の２軸で特定される基準面上の各軸の地磁気成分を算出する地磁気算出手段と、
    該地磁気算出手段で算出した地磁気成分により自身の移動方位を特定する方位特定手段と
    を備えることを特徴とする移動方位特定装置。
13. 請求項１２に記載の移動方位特定装置と、
    移動距離を検出する距離検出手段と、
    該距離検出手段で検出した移動距離及び前記移動方位特定装置で特定した移動方位に基づいて自身の位置を特定する位置特定手段と
    を備えることを特徴とする位置特定装置。
14. コンピュータを、基準直交３次元座標の座標軸に対する装置の姿勢を特定する手段として機能させるためのコンピュータプログラムであって、
    コンピュータを、
    前記基準直交３次元座標の各軸と任意の角度をなす軸を有する装置直交３次元座標と前記基準直交３次元座標との間の座標変換を行う変換手段と、
    前記変換手段で行う座標変換、３軸加速度センサで検出した前記装置直交３次元座標での加速度成分及び３軸地磁気センサで検出した前記装置直交３次元座標での地磁気成分を用いて前記角度を算出する角度算出手段と、
    算出した角度により装置の姿勢を特定する特定手段と
    して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
15. 基準直交３次元座標の座標軸に対する自身の姿勢を特定するための姿勢特定装置で姿勢を特定する姿勢特定方法であって、
    前記姿勢特定装置は、
    前記基準直交３次元座標の各軸と任意の角度をなす軸を有する装置直交３次元座標と前記基準直交３次元座標との間の座標変換を行い、
    該座標変換、３軸加速度センサで検出した前記装置直交３次元座標での加速度成分及び３軸地磁気センサで検出した前記装置直交３次元座標での地磁気成分を用いて前記角度を算出し、
    算出した角度により自身の姿勢を特定することを特徴とする姿勢特定方法。

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