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    • 专利摘要:
    本発明は建物の内側及び外側における、人のナビゲーション用の支援装置に関する。人により装着される装置は、少なくとも： −メモリ内に、出発点と到着点との間の、人の経路が計画される場所（１）のデジタル化されたマップ、及び位置決定ソフトウェアを備えるコンピュータ（４１）と、 −コンピュータにつながれたヒューマン・マシン・インターフェースと、 −人に装着されてコンピュータにつながれた、人の動きについての情報を配信する一組のセンサー（４２）とを備え、位置決定ソフトウェアが、センサー（４２）及びインターフェースから由来する信号の処理を行ない、かつデジタル化されたマップと、センサー及びインターフェースから由来する情報とによって提供されるデータの融合を行ない、次にこれらのデータに基づきマップ上で人の絶対位置を計算し、そして位置の推定エラーを修正する。
    公开号:JP2011506913A
    申请号:JP2010515465
    申请日:2008-06-27
    公开日:2011-03-03
    发明作者:アレクサンドル、ジャン−マーク；ジェラン、ロドルフ；ラミー−ペルバル、シルヴィ
    申请人:コミシリア ア レネルジ アトミック；
    IPC主号:G01C21-00
    专利说明:

    [0001] 本発明は建物の内側及び外側における、人のナビゲーション用の支援装置に関する。]
    背景技術

    [0002] 幾つかの場合においては、建物の内側あるいは外側で人をその移動においてガイドすることが必要である。特に、公共の場所における盲人のナビゲーションによる支援は必須となりつつある。]
    [0003] 技術的な問題は、屋外ではＧＰＳ信号の使用を通じて解決できる。多数のナビゲーションシステムが、自動車及びハイカーへの装備用に市販で存在する。建物の内部では最早ＧＰＳ信号を使用することが出来ない。現状の解決策は十分ではない。２つのタイプの解決策が存在する。第１のタイプの解決策は位置決め無線ビーコンの使用に基づく。もう一つの解決策は場所の認識に基づく。]
    [0004] 無線ビーコン・システムに関しては、公共の場所における実験の目的で確立された解決策が存在する。これらのシステムは位置標識を用いる。多数の基準無線ビーコンを統合することにより、及び三辺測量、三角測量に基づく既知の方法、又は双曲線に基づく方法を適用することにより、対象物を位置付けし、その後にナビゲーションを提案することが可能である。しかしながら、これらの方法は建物用の非常に多数の補足的な設備を必要とし、従ってこれらのシステムに不利益を与える設置費用及び保守費用をもたらす。例えば、ＲＦＩＤビーコンに基づく解決策は、標識が地下道及び地下鉄の駅内に５ｍごとに設置されることを必要とし、これは財政的に考えられない。]
    [0005] 場所の認識に基づくシステムの場合、様々な解決策が存在し、それらは大部分ロボット工学に由来する。幾つかは慣性ユニットを用いる。これらのユニットは加速度計タイプ又はジャイロメーター・タイプのセンサーを含む。これらのセンサー間のデータ融合により、ユニットの三次元的方向を再現することが可能である。しかしながら、「一般大衆」による使用を目的とする慣性ユニットに対して、実施される測定は、絶対位置決定を不可能にする大きな時間的ドリフトを示す。別の解決策は画像の範囲において実際に用いられる。位置決定機能はこれらの場合、「同時位置決めと地図作成（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）」を表わす、ＳＬＡＭと呼ばれる技術の使用を通じて、カメラからの画像により確実にされ得る。しかしながら、画像に基づく全ての方法は現在むしろ信頼出来ず、それらは例えば明るさの変化、移動される対象物、あるいは様々な視界の角度のような、特に捉えられた光景における変化に敏感である。その上、それらは多量の計算を要する。さらに、位置付けされかつガイドされるべき人によって装着されるカメラ利用の準備が必要であり、これはその装置の目立たなさに対して不利となる。最後に、他の解決策はレーザーを用いる。二次元レーザースキャナーは、約１８０°の角度に応じて障害物に対する距離を測ることを可能にする。得られた画像はその後、位置付けされるべき対象物がある又は人がいる建物のマップに対して再調整される。この再調整は、この対象物を光景内で再度位置決めすることを可能にする。業界で現在一般に用いられるこの原理は、この位置決定用途には適さない。実際、レーザーによって障害物と見なされる他の人々の存在が、測定を妨げ位置決定を邪魔する。さらにレーザースキャナー・システムは、まだ容易に装着されるほど十分には小型化されておらず、それらは目立つ。その上、それらは高価である。]
    [0006] 田所嘉昭（Ｙ．Ｔａｄｏｋｏｒｏ）、宅野慎二（Ｓ．Ｔａｋｕｎｏ）、及び篠田豊（Ｙ．Ｓｈｉｎｏｄａ）による論文（“Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｂｌｉｎｄ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｊｏｉｎｔ ＢＭＥＳ／ＥＭＢＳＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ａｄｖａｎｃｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｏｃｔ．１９９９，Ａｔｌａｎｔａ，ｐａｇｅ ５８９）には、メモリ内に目的地に向かう計画された経路を伴うコンピュータ、運動センサー、及び可聴式ＨＭＩ（ヒューマン・マシン・インターフェース）を備えた、携帯型ナビゲーションシステムについて記述されている。コンピュータは移動距離及び動きの方向を計算し、それらを計画された経路と比較し、そしてＨＭＩは使用者に指示を与える。しかしながら、この出版物において記述された解決策は、真の経路に対する計算経路のドリフトを修正することを可能にしない。]
    [0007] 国際公開第２００５／０８０９１７号パンフレットの特許出願では、歩行者によって辿られる経路を決定するためのシステムが開示されている。このシステムは、使用者に取り付けられた３つの慣性センサーを含む。それは各センサー用の較正を必要とする。]
    発明が解決しようとする課題

    [0008] 本発明の目的は前述の欠点を軽減し、一方で特に建物内の補足的設備の追加を回避出来るようにすることである。このために本発明の主題は、人に装着され、少なくとも：
    −メモリ内に、出発点と到着点との間の、人の経路が計画される場所のデジタル化されたマップ、及び位置決定ソフトウェアを備えるコンピュータと、
    −コンピュータにつながれたヒューマン・マシン・インターフェースと、
    −人に装着されてコンピュータにつながれた、人の動きについての情報を配信する一組のセンサーと
    を備え、位置決定ソフトウェアが、センサー及びインターフェースにより与えられる信号の処理を行ない、かつデジタル化されたマップと、人により装着されたセンサー及びインターフェースから由来する情報とによって提供されるデータの融合を行ない、次にこれらのデータに基づき、そうすることによって事前に備え付けられた場所（ＧＰＳ、ＲＦＩＤ等）又はその環境の事前学習に頼ることなしに、人の相対位置を計算する、人のナビゲーション用の支援装置である。]
    課題を解決するための手段

    [0009] ナビゲーション・ソフトウェアは、そのとき例えば以前に計算された位置に基づいて人が移動するべきルートを計算でき、かつヒューマン・マシン・インターフェースを通じて人のナビゲーションに必要な情報を提供することができる。]
    [0010] 少なくとも１つのセンサーは、例えば慣性ユニットである。]
    [0011] 移動すべきルートの計算は、例えば到達される経路の、デジタル化されたマップ上にマークされている識別された中間目標物によって更新される。]
    [0012] 到達される目標物は、少なくとも１つのセンサーにより検出される（例えばセンサーの信号のシグネチャにおいて観察される）人の特徴的な動きによって識別できる。]
    [0013] 到達される目標物はまた、人によってインターフェースに対して提供される情報により識別できる。]
    [0014] 有利なことに、装置は、例えば経路に沿って到達すべき中間目標物の更新に応じた反復プロセス、
    −到達すべき目標物が確定されるプロセスと、
    −第１ステップにおいてルートの推定と共に、場合によっては可能性のある軌道の修正が計算されるプロセスと、
    −次のステップにおいて、目標物に到達すると、新たな到達すべき目標物が確定され、目標物に到達しないと、位置の確率的推定が行なわれ、次に新たな到達すべき目標物が確定されるプロセスと
    を実行する。]
    [0015] 本発明の他の特徴及び利点は、添付図に関連して与えられる以下の記述で明らかになるであろう。]
    図面の簡単な説明

    [0016] 本発明による装置を用いる原理の図である。
    本発明による装置において実行される反復ステップの説明である。
    前述のステップの可能なシーケンスの図である。
    本発明による装置の、可能な主要機能ブロックの説明である。]
    実施例

    [0017] 図１は本発明による装置を用いる原理を示している。使用者は適切なヒューマン・マシン・インターフェースＨＭＩを介して、使用者がいる位置、使用者の出発点Ａ、及び使用者の到着点Ｂを表示する。出発点Ａは、ＲＦＩＤと呼ばれる無線識別標識、又はいずれかの他の絶対位置決定手段のいずれかによって与えられ、あるいは確認されて、使用者によりナビゲーション装置へ入力されることが出来る。] 図１
    [0018] 地下鉄の通路１は本発明の可能な用途の一例である。次に使用者は、使用者が入って行く地下鉄の駅の入口である出発点Ａに入り、この駅入口はＲＦＩＤ標識により確認され得る。使用者はさらに、この場合には使用者が行きたい地下鉄駅である到着点Ｂを表示する。ナビゲーション・ソフトウェアは次に、使用者によって辿られるべきルートを計算する。図１の例において、ナビゲーション・ソフトウェアは、利用すべき地下鉄線を探すことから開始し、その人が行くべきプラットフォームをマークする。それは次に使用者によって辿られるべきルートを計算する。] 図１
    [0019] システムは、使用者が移動するであろう場所のマップを有する。ＨＭＩは、使用者に辿るべき方向及び使用者が到着するであろう重要な地点を指示する。それは例えば出発場所から２００ｍの所に階段２があり、階段をおりたら９０°右に曲がる必要があることを指示する。]
    [0020] システムは、使用者の位置に応じて使用者に辿るべき方向を正確に指示するように、マップ上で使用者の移動経路を辿ることを可能にする。]
    [0021] このために、本システムは図２のステップにより示されるプロセスを実行する。] 図２
    [0022] 図２はそれゆえ、本発明によるシステムによって適用される３つの可能なステップを示している。進行の推定ステップ２１は、三次元、３Ｄにおける移動の推定を含む。この推定は、例えば加速度計、ジャイロメーター、磁力計、あるいは気圧計のような、使用者によって装着されるセンサーに基づいて得られる。] 図２
    [0023] 使用者の移動の過程中に、システムは、固定された目標物に対する方向又は進行のドリフトを検出した場合、定期的に又は不定期に使用者の向きを変更することができる。]
    [0024] センサーに基づいて得られる三次元移動を基礎にして、位置決定システムは、例えばセンサーのドリフトに起因する横方向の位置決めエラーを取り除くように、マップに関して再調整を行なう。とりわけ図１の例において、もし推定が使用者を壁の内部に位置決めした場合、システムはその軌道に沿った進行の推定を維持しつつ、使用者を通路１の中央に再調整する。] 図１
    [0025] 次のステップ２２において、システムは、到達された目標物の識別を行なう。得られる進行の推定は実際、使用者の各歩幅に伴う誤差の集積を通じて、時間と共にドリフトする。従って、定期的に使用者を位置マップ上で再度位置付けする必要がある。システムは次に、指示された目標物に達したことを識別しようとする。例えば２つの識別モードが用いられ得る：
    −１つのモードは、ナビゲーション装置に例えば「クリック」タイプの情報を送ることにより、目標物に達したことを示す使用者の知覚を用い、
    −もう１つのモードは、センサーに由来する信号のシグネチャに基づく目標物の認識に基づく。]
    [0026] これら双方の場合において、ナビゲーション装置は一旦目標物に到達すると、到達すべき新たな目標物を与える。これら全ての目標物は、実際に出発点Ａと到着点Ｂとの間にある中間の目標物である。目標物への到達の認識は、例えばとりわけ通路の変更のような方向の変化の測定を通じて、階段の場合の上り又は下りの推定を通じて、人が特に地下鉄車両内にいる時の、人の実際の動きのない移動の識別を通じて、あるいは人によるＨＭＩへの表示を通じて行なわれ得る。]
    [0027] もう１つのステップ２３は、使用者の位置の喪失の場合に関する。これら位置の喪失の場合は特に、例えば群衆が存在するか、あるいは非常に大きなホール内である、極度に困難な地点において生じ得る。]
    [0028] 受け取った最新の測定に基づいて、及び例えば通路又はゲートの存在についての情報のような、使用者によって提供され得るデータに基づいて、システムは当初に確定されたもの以外の、最も確からしい位置の確率計算を行なうことができ、次に確定された目標物に到達するための代替の解決策を提案することができる。]
    [0029] 図３は、行程全体に沿って到達した目標物の更新に応じて、反復プロセスに従って相続くことが出来る、前述のステップ２１、２２、２３の可能なシーケンスを示している。最初に到達すべき目標物３１が表わされている。次に第１ステップ２１において、システムは移動の推定と共に、場合によっては軌道の修正を行なう。次のステップ２２において、目標物に到達しているか又は到達していないかによって、幾つかの対応が可能である。目標物に到達している場合は、新たな到達すべき目標物の提供３１が行われる。目標物に到達していない場合、位置の確率的推定３２が行なわれ、次に新たな到達すべき目標物が与えられる。] 図３
    [0030] 図４は前述のような、本発明によるシステムの様々な可能である機能ブロックを提示している。装置は、例えば使用者の腰のレベルに装着されるコンピュータ４１、及び使用者の体にわたって分配されるセンサー４２を備える。各センサー４２は、体の特定のスポットの中心に置かれる一組のセンサーを表わすことが出来る。] 図４
    [0031] コンピュータ４１は、とりわけ入力データの入力、特に出発点及び到着点の入力と共に、例えば中間マーカーの入力を目的とする、ＨＭＩ４５へ双方向リンクによりつながれ得る。ＨＭＩは例えば又、とりわけ計画されたルート、距離、又は方向の変化に関する指示のような、コンピュータ４１からの出力としての情報提供を目的とする。この情報は可聴性、可視性、あるいは触知性の形で配信され得る。]
    [0032] コンピュータは、使用者の移動が計画されている場所の二次元又は三次元デジタルマッピングをメモリ内に含む。]
    [0033] コンピュータはさらにメモリ内に、センサー４２及びＨＭＩから由来する信号処理のシステムと共に、例えばマッピングと、センサー及びＨＭＩから生じる情報との間のデータ融合を行なうコンピュータ化されたシステムであって、これらのデータに基づき使用者の瞬間的な絶対位置、すなわちマップに関して参照された使用者の位置を計算するシステムとを含む、位置決定ソフトウェアを備える。それはまた、例えば到着点及びマップとの関連で参照される使用者の位置に基づいて移動すべきルートのプランニングを実行する、ナビゲーション・ソフトウェア４４も含むことができる。]
    [0034] センサー４２はコンピュータにつながれている。]
    [0035] これらのセンサー４２は、この場合３つのジャイロメーターと３つの加速度計の組合せであり得る、慣性ユニットであることができる。これらの慣性ユニットは加速度及び回転速度の情報を与えるが、位置情報は与えない。このシステムは、従ってこれらのセンサーにより提供されるデータに基づき、使用者の位置を決定しなければならない。装置はさらに気圧計及び／又は磁力計のような他のタイプのセンサーを含むことができ、これらのセンサーは例えば、コンピュータを含むものと同じケーシング内に位置する。]
    [0036] 使用者の位置を確定するためには、このように計算された位置が急速にドリフトするため、センサーにより与えられた速度と加速度の単純な統合では不十分である。システムは従って、使用者の計算された位置の定期的な再調整を可能にする。このため、例えばシステムは：
    −例えば階段あるいは方向の変化のような、経路の重要地点に到達した際の信号のシグネチャと、
    −例えば地下鉄の柵に到達したときに、使用者によって与えられる情報と、
    −歩幅の検出と
    を用いる。]
    [0037] ＨＭＩは入力データをインプットし、出力において情報を与えるために用いられ得る。このＨＭＩは例えば可聴性あるいは触知性、及び／又は可視性の知覚信号を使用することができる。インターフェースは、例えば使用者によって慣例的に利用される、マスキングされず、変更、あるいは妨害されない可聴性、触覚性、嗅覚性、又は熱的な指数のような、重要であり得る規則に従うように選ばれる。ＨＭＩはさらに、望ましくはエラーを発生させず、又は監視レベルを低下させずに、適切な瞬間に有用なものだけを伝達しなければならない。]
    [0038] 場所のマッピングに関して、もし人が自分の移動を１つの階床だけに限定する場合は、例えば既存の地下道の３Ｄ図及び、公共の場所又は建物の図は、三次元あるいは二次元で製作することが比較的簡単である。ナビゲーションの操作については、標準アルゴリズムが使用できる。]
    [0039] 本発明は有利にも、センサーから、使用者から、及び予め記録されたマッピングから由来する一組の変数を同一の装置内で統合することを可能にし、センサーから生じるデータと、マッピングを用いて使用者から与えられる詳細との融合を用いる。センサーから生じるデータの融合は、例えば連続的に行なわれる。システムに組み込まれた位置決定及びナビゲーションのソフトウェアは、センサーから生じる情報、使用者により与えられる情報及びマッピング情報を考慮に入れ、この情報に基づいて、それは辿られるべきルートのための情報を配信する。]
    [0040] 有利なことに、本発明による装置は、通行される建物用の補足的設備を何ら必要としない。さらにそれは目立たず、装着が容易で軽量である。それは事前にマッピングされた全ての場所に対して適用可能である。それは小型化されて低価格のセンサーを用いる。それは特に弱視者に適応するが、しかしそれは健常者によっても使用可能である。]
    权利要求:

    請求項1
    人のナビゲーション用の支援装置であって、前記装置が人に装着され、それが少なくとも：−メモリ内に、出発点（Ａ）と到着点（Ｂ）との間の、人の経路が計画される場所（１）のデジタル化されたマップ、及び位置決定ソフトウェアを備えるコンピュータ（４１）と、−コンピュータ（４１）につながれたヒューマン・マシン・インターフェース（４５）と、−人に装着されてコンピュータにつながれた、人の動き及び前記マップにおける人の位置についての情報を配信する一組のセンサー（４２）とを備え、位置決定ソフトウェア（４３）が、センサー（４２）及びヒューマン・マシン・インターフェース（４５）から由来する信号の処理を行ない、そしてデジタル化されたマップと、人により装着されたセンサー及びインターフェースから由来する情報とによって提供されるデータの融合を行ない、次にこれらのデータに基づき、人の位置を計算することを特徴とする装置。
    請求項2
    ナビゲーション・ソフトウェアが、計算された位置に基づいて、経路（Ａ，Ｂ）上で人が移動するべきルートを計算し、かつヒューマン・マシン・インターフェースの支援により、人のナビゲーションに必要な情報を提供することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
    請求項3
    少なくとも１つのセンサーが慣性ユニットであることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
    請求項4
    移動すべきルートの計算が、経路（Ａ，Ｂ）の、デジタル化されたマップ上にマークされている識別されかつ到達される中間目標物に応じて更新されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
    請求項5
    到達される目標物が、少なくとも１つのセンサー（４２）により検出される人の特徴的な動きによって識別されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
    請求項6
    動きの検出が、センサー信号のシグネチャを用いて行なわれることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
    請求項7
    到達された目標物が、人によってインターフェース（５１）に対して提供される情報により識別されることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載の装置。
    請求項8
    経路全体に沿って到達すべき中間目標物の更新に応じて反復プロセス：−到達すべき目標物が確定されるプロセス（３１）と、−第１ステップ（２１）においてルートの推定と共に、場合によっては可能性のある、軌道の修正が計算されるプロセスと、−次のステップ（２２）において、目標物に到達すると、新たな到達すべき目標物が確定されるプロセス（３１）と、目標物に到達しないと、各位置の履歴に基づいて位置の確率的推定（３２）が行なわれ、次に新たな到達すべき目標物が確定されるプロセス（３１）とを実行することを特徴とする、請求項４〜７のいずれか一項に記載の装置。
    类似技术:
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