JP5111993B2

JP5111993B2 - 行動識別システム

Info

Publication number: JP5111993B2
Application number: JP2007260336A
Authority: JP
Inventors: 廉千田
Original assignee: バイセン株式会社
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: JP2009089740A

Description

本発明は、人の歩く、走る、階段を上る、階段を下るなどの行動を識別し、さらには人の行動から正確にカロリーを計算することができる行動識別システムに関するものである。

近年、人の生活習慣改善のために、人の一日に動いた量に対応するカロリーを計算する必要性が重要視されている。このカロリーを計算する方法としては、例えば人の体に万歩計をつけて一日の歩数をカウントし、当該歩数に基づいてカロリーを計算することが行われている。

例えば、特許文献１には、人が身に付けている万歩計のデータをサーバに送信して、サーバにおいて当該万歩計のデータに基づいてカロリーを計算するシステムが開示されている。

特開２００４−２７２４５３号公報

しかしながら、従来のように万歩計を利用した方法では、単に歩数をカウントしているにすぎず、人が歩いている、走っている、階段を上っている、階段を下がっている、電車に乗っている、運動をしているなどの行動までも識別することができなかった。

このため人の行動に対応したカロリーを正確に計算することができず、人の生活習慣改善に十分に役立てることが難しいという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みたものであって、人の行動を自動的に精度良く識別することができ、さらに人の行動に対応したカロリーを正確に計算することができ、ひいては人の生活習慣改善に役立てることが可能な行動識別システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、人の前後方向、左右方向、および上下方向における体軸の加速度の大きさと向きに基づいて、所定の計算により３次元加速度変換値と前後加速度変換値を求め、それらをグラフ上にプロットすれば人の行動ごとに所定範囲内に入ることを発見し、それを自動的に識別するためにシステム化したものである。

すなわち、本発明は、人の行動を識別する行動識別システムにおいて、人の前後方向、左右方向、および上下方向における体軸の加速度の大きさと向きを一定時間ごとに検出する加速度センサと、該加速度センサにより一定時間ごとに検出された加速度の大きさと向きのデータを記録する加速度データ記録手段と、該加速度データ記録手段により記録された各加速度データの大きさと向きに基づいて、各加速度データの３次元ベクトルスカラーＡnを算出する３次元ベクトルスカラー算出手段と、該３次元ベクトルスカラー算出手段により算出された各加速度データの３次元ベクトルスカラーＡnについて、検出時間が隣り合うもの同士Ａn+1、Ａnの変化量ｄｉｆｆnを算出する３次元ベクトルスカラー変化量算出手段と、該３次元ベクトルスカラー変化量算出手段により算出された３次元ベクトルスカラーの変化量ｄｉｆｆnについて、所定時間ごとに当該所定時間内の連続した３次元ベクトルスカラーの変化量ｄｉｆｆnを加算することにより３次元加速度変換値ｐnを算出する３次元加速度変換値算出手段と、前記加速度データ記録手段により記録された各加速度データの大きさと向きに基づいて、各加速度データの前後方向の成分である前後ベクトルスカラーＺnを算出する前後ベクトルスカラー算出手段と、該前後ベクトルスカラー算出手段により算出された各前後ベクトルスカラーＺnについて、検出時間が隣り合うもの同士Ｚn+1、Ｚnの変化量Ｚｄｉｆｆnを算出する前後ベクトルスカラー変化量算出手段と、該前後ベクトルスカラー変化量算出手段により算出された前後ベクトルスカラーの変化量Ｚｄｉｆｆnについて、所定時間ごとに当該所定時間内の連続した前後ベクトルスカラー変化量Ｚｄｉｆｆnを加算することにより前後加速度変換値ｑnを算出する前後加速度変換値算出手段と、前記３次元加速度変換値算出手段により算出された所定時間ごとの３次元加速度変換値ｐnを横軸または縦軸とし、かつ前記前後加速度変換値算出手段により算出された所定時間ごとの前後加速度変換値ｑnを他方の縦軸または横軸として互いに対応するようにグラフにプロットする加速度変換値プロット手段と、該加速度変換値プロット手段によりグラフ上にプロットされた各加速度変換値（ｐn、ｑn）が所定範囲内に入るかどうかを判断することにより人の行動を識別する行動識別手段とを備えることを特徴とする。これによれば、人の歩く、走る、階段を上る、階段を下る、電車に乗る、運動をするなどの行動を自動的に精度良く識別することができる。

また、前記加速度変換値プロット手段によりグラフ上にプロットされた３次元加速度変換値ｐnと前後加速度変換値ｑnについてグラフの両軸を対数変換する対数変換手段が設けられ、前記行動識別手段は、グラフの両軸が対数変換された各加速度変換値（ｐn、ｑn）が所定範囲内に入るかどうかを判断することにより人の行動を識別するのが好ましい。これによれば、対数変換により各加速度変換値ｐn、ｑnが対数グラフ上で集約されるため、人の行動をより一層精度良く識別することができる。

また、前記行動識別手段により人の行動を識別した場合、当該人の行動に対応するカロリー計算を実行するカロリー計算実行手段が設けられているのが好ましい。これによれば、人の行動に対応してカロリーを正確に計算することができる。

本発明によれば、人の歩く、走る、階段を上る、階段を下る、電車に乗る、運動をするなどの行動を自動的に精度良く識別することができる。特に対数変換により各加速度変換値ｐn、ｑnが対数グラフ上に集約した場合、人の行動をより一層精度良く識別することができる。このため人の行動から正確にカロリーを計算することができ、ひいては人の生活習慣改善に役立てることが可能となる。

［実施形態１］
次に本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態に係る行動識別システムのハードウェア構成を示す概略図である。

この行動識別システムは、図１に示すように、主に加速度センサ（１）とパソコン（２）とにより構成されている。

前記加速度センサ（１）は、人の前後、左右、および上下の全ての方向における、体軸の動きの加速度の大きさと向きとを検出するための３次元加速度センサ（１０１）と、３次元加速度センサ（１０１）から送られた信号を処理するための信号処理回路（１０２）と、信号処理回路（１０２）による処理後の信号パソコン（２）に送信するための無線信号送信部（１０３）と、アンテナ（１０４）と、加速度センサ（１）内の各部に電源を供給するためのバッテリ（１０５）とを備えてなる。

この加速度センサ（１）は、主に人の背中側の腰に取り付けられる。図２に示すように、人の前後方向の体軸をＺ軸、左右方向の体軸をＸ軸、上下方向の体軸をＹ軸とし、加速度センサ（１）もそれに応じてＺ軸、Ｘ軸、およびＹ軸が設定されている。なお、図２において、左上図は人を横側から見てＸ軸およびＺ軸を設定した図、右下図は人を後側から見てＸ軸およびＹ軸を設定した図、右上図は加速度センサ（１）に対してＸ軸およびＹ軸を設定した図（Ｚ軸は紙面に垂直な方向）、左下図は加速度の大きさ（３次元ベクトルスカラー）Ａnと向き（Ｘn、Ｙn、Ｚn）を表した図である。

本実施形態では、加速度センサ（１）は、１秒間に２０秒のペース（２０Ｈｚ）にて加速度と向きを検出するものとなされている。この検出された加速度データはアンテナを介してパソコン（２）に送信される。送信のタイミングについては、検出ごとに加速度データを送信したり、１秒ごとに２０個分の加速度データをまとめて送信したり、あるいはその他の時間ごとに複数の加速度データをまとめて送信してもよい。ただ、パソコン（２）にてタイムリーに計算を実行する場合には１秒以内の間隔で加速度データを送信するのが好ましい。なお、加速度センサ（１）による加速度の検出ペースは行動識別の精度との関係上、１秒間に５回（５Ｈｚ）以上であるのが好ましい。

前記パソコン（２）は、パソコン（２）全体を制御するためのＣＰＵ（中央演算処理装置）（２０１）と、加速度センサ（１）からアンテナ（２０２）を介して無線信号を受信するための無線信号受信部（２０３）と、加速度センサ（１）から受信した加速度の大きさと向きのデータを含む各種データや各種プログラムなどを格納するためのＨＤＤ（３次元加速データ記録部としての機能を含む）（２０４）と、各種プログラム等がローディングされるＲＡＭ（２０５）と、各種の制御用のプログラムを記憶したＲＯＭ（２０６）と、各種操作を行うための操作部（２０７）と、各種画面を表示するためのディスプレイ（２０８）と、パソコン（２）内の各ブロックに電源を供給するための電源部（２０９）とを備えてなる。

図３は、本実施形態に係る行動識別システムを実施するためのプログラムの機能を示すブロック図である。

本行動識別システムは、図２に示すように、所定の計算により３次元加速度変換値ｐnを求める３次元ベクトルスカラー算出部（２１）、３次元ベクトルスカラー変化量算出部（２２）、および３次元加速度変換値算出部（２３）と、所定の計算により前後加速度変換値ｑnを求める前後ベクトルスカラー算出部（２４）、前後ベクトルスカラー変化量算出部（２５）、前後加速度変換値算出部（２６）と、加速度変換値プロット部（２７）と、行動識別部（２８）とを備える。このプログラムによる各機能は上述のＣＰＵ（２０１）、ＲＡＭ（２０５）およびＲＯＭ（２０６）により適宜実行されるものである。

前記３次元ベクトルスカラー算出部（２１）は、ＨＤＤ（加速度データ記録部）（２０４）により記録された各加速度データの大きさと向きに基づいて、各加速度データの３次元ベクトルスカラーＡn（ｎ＝１、２、３、・・・）を下記式（１）により算出する。なお、（ｘn、ｙn，ｚn）は加速度データの上記Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に対応する値である。

前記３次元ベクトルスカラー変化量算出部（２２）は、３次元ベクトルスカラー算出部（２１）により算出された各加速度データの３次元ベクトルスカラーＡnについて、検出時間が隣り合うもの同士Ａn+1、Ａnの変化量ｄｉｆｆn（ｎ＝１、２、３、・・・）を下記式（２）により算出する。

前記３次元加速度変換値算出部（２３）は、３次元ベクトルスカラー変化量算出部（２２）により算出された３次元ベクトルスカラーの変化量ｄｉｆｆnについて、所定時間ごとに当該所定時間内の連続した３次元ベクトルスカラー変化量ｄｉｆｆnを加算することにより３次元加速度変換値ｐn（ｎ＝１、２、３、・・・）を算出する。本実施形態では、３次元加速度変換値算出部（２３）は、下記式（３）により１秒間ごとに２０個の３次元ベクトルスカラー変化量ｄｉｆｆnを加算することにより３次元加速度変換値ｐnを算出する。

前記前後ベクトルスカラー算出部（２４）は、ＨＤＤ（加速度データ記録部）（２０４）により記録された各加速度データの大きさと向きに基づいて、各加速度データの前後方向の成分である前後ベクトルスカラーＺn（ｎ＝１、２、３、・・・）を算出する。

前記前後ベクトルスカラー変化量算出部（２５）は、前後ベクトルスカラー算出部（２４）により算出された各前後ベクトルスカラーＺnについて、検出時間が隣り合うもの同士Ｚn＋１、Ｚnの変化量Ｚｄｉｆｆn（ｎ＝１、２、３、・・・）を下記式（４）により算出する。

前記前後加速度変換値算出部（２６）は、前後ベクトルスカラー変化量算出部（２５）により算出された前後ベクトルスカラーの変化量Ｚｄｉｆｆnについて、所定時間内の連続した前後ベクトルスカラー変化量Ｚｄｉｆｆnを加算することにより前後加速度変換値ｑn（ｎ＝１、２、３、・・・）を算出する。本実施形態では、３次元加速度変換値算出部（２３）は、下記式（５）により１秒間ごとに２０個の前後ベクトルスカラー変化量Ｚｄｉｆｆnを加算することにより前後加速度変換値ｑnを算出する。

前記加速度変換値プロット部（２７）は、図４に示すように、３次元加速度変換値部により算出された１秒ごとの３次元加速度変換値ｐnを横軸とし、かつ前後加速度変換値算出部（２６）により算出された１秒ごとの前後加速度変換値ｑnを他方の縦軸として互いに対応するようにグラフにプロットする。

前記行動識別部（２８）は、加速度変換値プロット部（２７）によりグラフ上にプロットされた各加速度変換値（ｐn、ｑn）が所定範囲内に入るかどうかに基づいて人の行動を識別する。

例えば、前記行動識別部（２８）は、３次元加速度変換値ｐnが１３．２〜２０．５の範囲内、前後加速度変換値ｑnが７．８〜２２．１の範囲内である場合、人が走っていると識別する（図４上図の○印）。

また、３次元加速度変換値ｐnが１１．４〜１４．１の範囲内、前後加速度変換値ｑnが０．３〜５．２９の範囲内である場合、人が階段を下っていると識別する（図４上図の■印）。

また、３次元加速度変換値ｐnが２．２３〜４．０２の範囲内、前後加速度変換値ｑnが２．２〜４．７の範囲内である場合、人が歩いていると識別する（図４上図の＋印）。また、３次元加速度変換値ｐnが１．０４〜２．０１の範囲内、前後加速度変換値ｑnが０．２６〜１．５３の範囲内である場合、人が階段を上がっていると識別する（図４左下図の△印）。

また、３次元加速度変換値ｐnが０．１９〜０．８５の範囲内、前後加速度変換値ｑnが０．０５〜０．１４の範囲内である場合、自転車に乗っていると識別する（図４右下図の□印）。

また、また、３次元加速度変換値ｐnが１８．４〜２４．４の範囲内、前後加速度変換値ｑnが２１．２〜２４．９の範囲内である場合、バスケットボールなどの運動をしていると識別する。

また、３次元加速度変換値ｐnが１１．０４〜１３．５の範囲内、前後加速度変換値ｑnが０．１２〜１．４１の範囲内である場合、転倒事故経験者であると識別する。

このように人の前後方向、左右方向、および上下方向における体軸の加速度の大きさと向きに基づいて、所定の計算により３次元加速度変換値ｐnと前後加速度変換値ｑnを求め、それらをグラフ上にプロットすれば人の行動ごとに所定範囲内に入るかどうかを判断すれば、人の歩く、走る、階段を上る、階段を下る、電車に乗る、運動をするなどの行動を自動的に精度良く識別することができる。

［実施形態２］
次の本発明に係る第２の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

なお、本実施形態に係る行動識別システムのハードウェア構成は図１に示すものと同一であるので、その説明を省略する。

図５は、本実施形態に係る行動識別システムを実施するためのプログラムの機能を示すブロック図である。なお、実施形態１と同一のものについて、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、加速度変換値プロット部（２７）の出力側に対数変換部（３１）が設けられている。

この対数変換部（３１）は、加速度変換値プロット部（２７）によりグラフ上にプロットされた３次元加速度変換値ｐnと前後加速度変換値ｑnについてグラフの両軸を図６に示すように対数変換する。

前記行動識別部（２８）は、グラフの両軸を対数変換された各加速度変換値（ｐn、ｑn）が所定範囲内に入るかどうかを判断することにより人の行動を識別する。例えば、図６に示す各点線枠は各行動の所定範囲を示すものである。

このように対数変換により各加速度変換値ｐn、ｑnが対数グラフ上で集約されるため、人の行動をより一層精度良く識別することができる。

［実施形態３］
次に本発明に係る第３の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図７は、本実施形態に係る行動識別システムを実施するためのプログラムの機能を示すブロック図である。なお、実施形態１と同一のものについて、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、行動識別部（２８）の出力側にカロリー計算実行部（４１）が設けられている。このカロリー計算実行部（５１）は、前記行動識別部（２８）により人の行動を識別した場合、当該人の行動に対応するカロリー計算を実行するものである。すなわち、人が歩いている場合、走っている場合、階段を上っている場合、階段を下がっている場合、電車に乗っている場合、運動をしている場合のそれぞれについてカロリー計算を実行する。この各状態の場合におけるカロリー計算については厚生労働省などにおいて所定の計算方法が確立されているのでその計算方法を利用するのが好ましい。

このように人の行動から正確にカロリーを計算することができ、ひいては人の生活習慣改善に役立てることが可能となる。

なお、上述の各実施形態では、３次元加速度変換値と前後加速度変換値に基づいて人の行動を識別するものとしたが、３次元加速度変換値と左右加速度変換値または上下加速度変換値に基づいて人の行動を識別することも考えられる。この場合には前後加速度変換値と同様にして左右加速度変換値または上下加速度変換値を求めればよい。

また、図８に示すように、加速度センサ（１）により検出した３次元加速度データを２次元又は３次元のグラフ上に直接プロットして、その３次元加速度データ群から人の行動を識別することも考えられる。このように３次元加速度データ群から人の行動を識別する場合、多くの加速度データが必要となるが、直接プロットするために精度が高くなるというメリットがある。

また、パソコン（２）を利用して人の行動を識別するものとしたが、これをインターネット等のネットワークを介したサーバコンピュータにおいて行ってもよい。

また、パソコン（２）で行っていたプログラムの機能の一部を加速度センサ（１）において行うものとしてもよい。

行動識別システムのハードウェア構成を示す概略図である。人の体軸と加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸との関係を示す図である。第１の実施形態に係る行動識別システムを実施するためのプログラムの機能を示すブロック図である。３次元加速度変換値と前後加速度変換値をグラフ上にプロットした状態を示す図である。第２の実施形態に係る行動識別システムを実施するためのプログラムの機能を示すブロック図である。図４の両軸を対数変換して３次元加速度変換値と前後加速度変換値をグラフ上にプロットした状態を示す図である。第３の実施形態に係る行動識別システムを実施するためのプログラムの機能を示すブロック図である。加速度データをグラフ上に直接プロットした状態を示す図である。

符号の説明

１・・・加速度センサ
２・・・パソコン
２１・・・３次元ベクトルスカラー算出部
２２・・・３次元ベクトルスカラー変化量算出部
２３・・・３次元加速度変換値算出部
２４・・・前後ベクトルスカラー算出部
２５・・・前後ベクトルスカラー変化量算出部
２６・・・前後加速度変換値算出部
２７・・・加速度変換値プロット部
２８・・・行動識別部

Claims

人の行動を識別する行動識別システムにおいて、
人の前後方向、左右方向、および上下方向における体軸の加速度の大きさと向きを一定時間ごとに検出する加速度センサと、
該加速度センサにより一定時間ごとに検出された加速度の大きさと向きのデータを記録する加速度データ記録手段と、
該加速度データ記録手段により記録された各加速度データの大きさと向きに基づいて、各加速度データの３次元ベクトルスカラーＡnを算出する３次元ベクトルスカラー算出手段と、
該３次元ベクトルスカラー算出手段により算出された各加速度データの３次元ベクトルスカラーＡnについて、検出時間が隣り合うもの同士Ａn+1、Ａnの変化量ｄｉｆｆnを算出する３次元ベクトルスカラー変化量算出手段と、
該３次元ベクトルスカラー変化量算出手段により算出された３次元ベクトルスカラーの変化量ｄｉｆｆnについて、所定時間ごとに当該所定時間内の連続した３次元ベクトルスカラーの変化量ｄｉｆｆnを加算することにより３次元加速度変換値ｐnを算出する３次元加速度変換値算出手段と、
前記加速度データ記録手段により記録された各加速度データの大きさと向きに基づいて、各加速度データの前後方向の成分である前後ベクトルスカラーＺnを算出する前後ベクトルスカラー算出手段と、
該前後ベクトルスカラー算出手段により算出された各前後ベクトルスカラーＺnについて、検出時間が隣り合うもの同士Ｚn+1、Ｚnの変化量Ｚｄｉｆｆnを算出する前後ベクトルスカラー変化量算出手段と、
該前後ベクトルスカラー変化量算出手段により算出された前後ベクトルスカラーの変化量Ｚｄｉｆｆnについて、所定時間ごとに当該所定時間内の連続した前後ベクトルスカラー変化量Ｚｄｉｆｆnを加算することにより前後加速度変換値ｑnを算出する前後加速度変換値算出手段と、
前記３次元加速度変換値算出手段により算出された所定時間ごとの３次元加速度変換値ｐnを横軸または縦軸とし、かつ前記前後加速度変換値算出手段により算出された所定時間ごとの前後加速度変換値ｑnを他方の縦軸または横軸として互いに対応するようにグラフにプロットする加速度変換値プロット手段と、
該加速度変換値プロット手段によりグラフ上にプロットされた各加速度変換値（ｐn、ｑn）が所定範囲内に入るかどうかを判断することにより人の行動を識別する行動識別手段とを備えることを特徴とする行動識別装置。
前記加速度変換値プロット手段によりグラフ上にプロットされた３次元加速度変換値ｐnと前後加速度変換値ｑnについてグラフの両軸を対数変換する対数変換手段が設けられ、
前記行動識別手段は、グラフの両軸が対数変換された各加速度変換値（ｐn、ｑn）が所定範囲内に入るかどうかを判断することにより人の行動を識別する請求項１に記載の行動識別装置。
前記行動識別手段により人の行動を識別した場合、当該人の行動に対応するカロリー計算を実行するカロリー計算実行手段が設けられている請求項１または請求項２のいずれかに記載の行動識別装置。