準天頂衛星シ RFID を用いた視覚障 い者向け道
案内シ 開発
Development of a Pedestrian Navigation System for Visually Impaired People
with QZSS and RFID
佐藤佳
1坂 晴信
1佐藤俊
1高石一樹
1木岡拓
1山 旔弘
1林勝志
1Kei SATO
1, Harunobu SAKAUE
1, Syunta SATO
1, Kazuki TAKAISHI
1, Takumi KIOKA
1,
Akihiro YAMASHITA
1and Katsushi MATSUBAYASHI
11
国立東京 業高等専門学校 情報 学
1
Department of Computer Science, National Institute of Technology, Tokyo College
It is extremely hard for visually impaired people to walk unknown places. Using a white cane or taking a guide dog is required by law when they go outside. However， even if they are used to using the white cane or familiar with a guide dog， they usually hesitate to go to unknown places because these canes or dogs don't have any ability to navigate the user. In this research， we propose a pedestrian navigation system named "PULLDOG" for visually impaired people with UHF band RFID technology and quasi-zenith satellite system (QZSS) Michibiki. This system calculates as safe routes as possible from current position to destination， such as giving priority to braille block way. We investigated accuracy of positional estimation with RFID and QZSS and implemented the route-search algorithm based on Dijkstra's method. In this paper， the system outline and the results of investigations are described. Additionally， the results and feedbacks from demonstration experiments at Keio Kitano station are also reported. (Keywords : Pedestrian Navigation, Visually Impaired, RFID, QZSS)
1. に
現在，視覚 い者 数 全国 約 31 万人 あ
．視覚 い 等 在 ，視機能 使 え い状態 あ 全盲 ，視機能 使え 状態 あ 日常生活 支 あ 弱視 ，様々 状態 あ ． ， う 中 共通 問題
挙 ，外 旓 問題 あ ．視覚 い者 ，外 白杖 携 ， 盲 犬 同伴 義 付 ，自 安全 確保
歩行 ． ，訪 無い場所
一人 困 あ ． 原因 一
，白杖や盲 犬 ン機能 持 い
，遈案内 い あ ．従来
ン ，情報 示方法や 置測 精度 ，健常者 使用 想定 ， 視覚 い者 同様 使用 い．
研究 ，視覚 い者 土地 い
場所 一人 安全 外 開発
目的 ． ， 置測 RFID や準
頂衛斴( QZSS) 使い，力覚 いう新 い方向
示方法 活用 設計 ． 稿 ，実環境 駅構内 び駅前 歩遈 実施 実証実験 結果 報告 ．
2. シ 構成
従来 RFID 技術 用い 視覚 い者向
ン 研究 い [1][2].
，専用 白杖 必要 あ ，GPS 連携 無 い ，実用 至 い い． 研究
RFID 高精度GPS 連携 汎用性
高 検討 ． 全体構成
1 示 ． ，中央制御基 ，RFID
，QZSS 信機， ン，操作用 ン，
， ッ 構成 い ． 中央制御基 ，RFID ，QZSS 信機， ッ
鞄 納 ， ン，
鞄 肩紐 固定 ， 入 力 行う 可能 い ． ，視覚
*連絡先：国立東京 業高等専門学校 情報 学
〒193-0942 東京都八王子市椚田 1220-2 E-mail : cwj5e21@gmail.com
い者 ン 面 操作
困 あ ，腕 装着 あ 操
作用 ン ， 全体 操作 ．実
視覚 い者 装着 い 様子
2 示 ．
1 全体構成
2 装着 様子
3. RFID タ を用いた位置測位
3.1. RFID タ 読 取 に関 予備実験
，点 ッ 埋 RFID 読 現在置 推定 方法 用 ．
点 ッ 一般的 ン 製 あ ，
ン 内 埋 込 RFID 読 必要 あ ． ， ン 中 RFID 所持 場合，路面 80cm以 距 読
可能 い． ，比較的長距
通信 可能 あ UHF RFID 用い
．先行研究 ，UHF RFID 自動 車 ン 応用 研究成果 報告
い [3]．実 読 可能 条件 検証 ， 先行研究[4] 参考 表1 RFID 関
測定 実施 ．
静 状態 読 可能距 測定 屋内等 想定 ン 床 直接 RFID 設置 場合 い 測定
歩行中 想定 移動状態 測定
水 (雨) 読 可能距 影響 測定 実環境 ン 製点 ッ 内 埋設
RFID 対 読 測定
測定結果 い 節以降 述 ． RFID
Unitech社 RM300 使用 ．
3.2. 静 状態 読 取 可能距離 測定
点 ッ 内 埋 込 状態 直接置い 状態 測定 ．読 距 0 20 刻 読 可能
距 測定 ． 信信 強度 表 あ RSSI 測定 稿 省略
． 金属対応 一部 い ，裏 金
属 付 読 可能距 変
検証 ．結果 3，4 示 ． 面 都合 ，計
測 う ，H1， H1 (iron)(H1 面
薄い ン 設置)， H1 (aluminum)(H1
3 点 ッ 内 埋 込 RFID
読 可能距 測定結果
グＩＤ製作企業 品名 グの性質 通信距離
H1 CONFIDEX SURVIVOR 金属対応 長
H2-1 CONFIDEX HALO 金属対応 長
H2-2 CONFIDEX CARRIER TOUGH 金属対応 長 H2-3 CONFIDEX CARRIER PRO 金属対応 長 H2-4 CONFIDEX IRONSIDE SLIM 金属対応 長
H3 CONFIDEX IRONSIDE 金属対応 中
H4 CONFIDEX 不明 金属対応 中
H5 CONFIDEX IRONSIDE MICRO 金属対応 短
S1 Omni-ID Exo750 金属対応 中
M4QT SMARTRAC M4QT カード型 中
IQ600 Omni-ID IQ600 カード型 中 IQ400 Omni-ID IQ400 カード型 短 X1 UPM Belt 金属非対応 短 X2 不明 不明リー 付属 金属非対応 短
表1 RFID 候補
面 薄い 設置)， S1， H2-2， H3， M4QT， IQ600， IQ600 (iron)(IQ600 面 薄 い ン 設置) 測定結果 掲載 ． 結果 H1 最 読 可能距 長い
，金属 読 可能距 大
差 見 ．以 ，点 ッ
埋設用 H1 用 ， ン 床 直接設置 場合 ， 薄 考慮
IQ600 用 ．
3.3. 歩行中を想定 た移動状態 測定
歩行中 RFID 読 可能 検 証 ， 5 う 等間隔 設置 3
点 ッ 中 H1 埋 ，2km/h，5km/h，
10km/h 各速度 歩行 ，通過 各
読 回数 RSSI 測定 ． 6 ，各歩行速 度 10 回 測定 旓 読 回数 均 あ
．2km/h 5km/h 各 必 2回以 読
成 一方 ，10km/h 読
回数 均 2回 回 ，10 回 測定 う ，
一度 一 読 飛 う場合
在 ． ， 10km/h ン 速
あ ，視覚 い者 通常歩行 速度
速い速度 あ ，実用 問題 い．
5 歩行中 RFID 読 測定
3.4. 水 分 を 含 点 字 ブ ッ 内 タ 読
取 測定
点 ッ 雨 濡 場合 想定 ，透水性
点 ッ H1 埋 ，吸わ
水 変 読 可能距 測定 ．
結果，300ml 程度 水 あ 読 可能 あ
( 7)．一 点 ッ 面積 900㎠ あ
，計算 ，雨 1mm 雨 約 旓間降
読 可能 あ ．強い雨 旓 視覚 い者 外 機会 少 い 十 実用 範 内 あ ．
7水 含 点 ッ 内 読 結果
3.5. 実環境 読 取 測定
実環境 用性 検証 ，八
王子市 協力 京王線 駅南口 点 ッ
157個 H1 設置 ( 8)．実環境
設置 読 可能 検証 ，敷
設 経過後 現場 3.2 節 同様 測定 実施 ．建造物 無や人通 読 距 あ ，全 場所 80cm 以 読 可能 あ 確 ．3.2節
述 実験 H1 読 距 160cm
以 あ ，実環境 読 距 場所 大 く異 い ．特 停や横断歩遈 前 ，点 ッ 終端 一部 通信距
目立 ． 傾斜 影響 点 ッ 雨水 水 い 可能性 考え ．
対策 ，点 ッ 埋設
4 ン 直接置い RFID
読 可能距 測定結果
6 各歩行速度 通過 均読 回数
く，点 ッ 中 埋 込 ， 地表 近い部 RFID 設置 考え
．
4. 準天頂衛星 (QZSS) によ 位置測位
4.1. 準天頂衛星 ちび につい
RFID 敷設 い い屋外 ，QZSS
び 高精度 GPS信 元 置測 行う．
QZSS 利用 ，従来 10m程度 精度
，1m程度 高 可能 あ [5]．白杖や 盲 犬 半径 1m 以内 害物 発見 ， 視覚 い者 誘 誤差 1m 程度 精度 置 測 必要 いえ ． ， 記 精度 び 得 ，測 実験 行 ． ， び
信 信 NEC 製
QZ1 使用 ．
4.2. ちび 精度検証
び 測 精度 検証 ，1周400m 東京高専運動場 5周 ，歩い 軌跡 Google Map
． 9 GPS衛斴 測 行 結果 あ ， 10 び 送 L1-
SAIF信 利用 測 行 結果 あ ．
， び 利用 場合，誤差1～2m程度
測 精度 得 確 ．
4.3. ちび RFID 同時測定
置推定手法 検証 ，京王線 駅南口周 辺 1周約350m 遈路 3周 ， び 利用 置測 行 ．同旓 ，点 ッ 埋 込 RFID 読 測定 行 ． 11
測定結果 読 RFID 置 示 ． ，
使用 び 信 L1-C/A信 あ ．
駅 測定結果 ， び 置測 ， 歩遈橋 ，衛斴 電波 完全 遮断 場 所 ，歩い 置 移動 大 く ，高い建 物 近く 電波 一部遮断 場所 ，歩い
置 一方，移動 比較的 確 あ
．
8 京王線 駅南口 敷設 点 ッ 面
9 運動場 精度検証(GPS衛斴 )
10 運動場 精度検証(L1-SAIF信 使用)
4.4. RFID を 用 い た位 置 情 報 補 手 法 提 案
び 前計測結果 ，高い建物 在 影響 や い場所 ，あ 方向 ッ え う 誤差 生
． 補 ，RFID 読 環 境 場合，最後 読 RFID 置情報�⃗ ���
， 瞬 間 び 置 情 報�⃗ � 差
�⃗ ���− �⃗ � 補 信 � ， 後 び 得 新 置情報�⃗ ′ � え，推定 置�⃗ = �⃗ ′ � + � ．求 推定 置 移動軌 跡 結果 12 示 ．
，RFID 結 直線 基準 推定 置 ， び 測 結果 均誤差
13 示 ． 均誤差 ，測 精度 向 確
． ，RFID ， び
信 電波状況 良く 確 測 可能 遈路沿い
，RFID 補 引 い ，逆 誤
差 大 く 課題 あ 明 ．
記 踏 え，補 信 � 係数
推定 置�⃗ = �⃗ ′ � + �� 定 ，徐々
く ，RFID 置情報 弱 精度 向
試 ．15 1，0.8，0.5，0.2，0 結果 14 示 ．
5. 案内 た 力覚 バイ 開発
5.1. 力覚
力覚[6][7] ，人間 五感情報(視覚，聴覚，触覚，
味覚，嗅覚) う 触覚 関 感覚 ，外力 力感覚 指 ．通常力覚 ，物体 接 触 旓 発生 ， 研究 力覚 自己
発生 開発 ． 視
覚 い者 対 力覚 発生 ，歩行中 聴覚 遮 く誘 行う 可能 ．
研究 開発 力覚発生手法 ，
非対称性振動 用い ． 並進運動 行 い 物体 ， 示 い方向 大 速度 短旓間
移動 ，逆方向 速度 長旓間 移 動 行 場合 速度 非対称性 大 速度 人間 感 ，1 方向 力覚 想起 いう原理 あ ． ，
15 示 う 並進運動 2方向 速度
差 大 い ，強い力覚 想起 可能 あ 考え ．
5.2. 力覚 バイ 試作
前述 非対称性振動 発生 ，力覚 惹起 力覚 試作 ．試作 力覚
構造 16 示 ．力覚 ，中央
11 駅南口 測定(斴印：RFID 置)
13 測定結果 拡大 誤差
14 駅南口 置推定(係数 変 )
12 駅南口 置推定(RFID+ び )
復 型3 ンソ 呼
ソ 独自 設計 専用 構
成 い ．ソ ，電磁石 並
進運動 行う直動 ， 中央復 型
3 ンソ ，2
右 対方向 向い 付 ， 右
2 あ ． ，2
付 い ，無通電旓 鉄心
力 ，中央部 復 う い ．
力 遊い 利用 非対称性振動
発生 試 ． ，試作 力覚
， 手 接触 ， 作用
鉄心 速度 大 い方向 対方向 対 力覚 発生 ．
16 試作 力覚 構造
5.3. 力覚 バイ 制御
力覚 ， 右 あ 入力信
ON-OFF 制御 ．入力
信 ， 右独立 周期的 え ． ，今回 信 1周期 20 割 ， 区
ON-OFF 替え 非対称性振動
生 試 ． ，力覚 強 び向
， 右 20 割 合計40個 ON-OFF
，信 周波数 決定 ．制御 ン 一例 17 示 ．
17 制御 ン 一例
5.4. 力覚 バイ シ ュ ータ
効率 く力覚 発生 最適 ン 索
，力覚 開発 ．
開発 ソ 面 18 示 ．
， ，摩擦 発生
力 鉄心 置 物理 ン
算 ，力覚 動
いうソ あ ． 力覚
使い， 制御 ン 周波数 力覚 動 計算 ， 速度 差 最大 力覚 最 強く発生 考え
ン 周波数 索 ．
18 力覚
5.5. 遺伝的ア ゴ を用いた探索
今回用い 制御 ン
2
40通 組 合わあ 近似解法 用い ，最適 解 ．
索法 ，遺伝的 (Genetic Algorithm:以
GA) 用い ．GA 生物界 進 組 模
近似解 索 進 的
一 あ ．GA 処理 段階 ，選択 交 突然変異 3 あ ．選択 ッ 選 択 用 ，交 2点交 用 ． ， 突然変異 関 ，4 乱数 生成
示 4 所 ッ 転 操作 行う． ッ 選択 選別 10 個体 交 突然変異 30個体 生成 ， 40個体
世代 集団 ．交 新 生成 30個 体 対 行い，突然変異 30% 確立 発 生 ．評価 E 式(1) 示 う ，制御信 1 周期 中 ，力覚 向く 速度 最大 aL 右 向く 速度 最大 aR 差 100周 期 合計 ， 100 割 用 い ．
，制御信 100周期 右 向く 速度 差 最 大 旓 均 今 回 評 価
E あ ．最 評価 高 ン 19
示 ． ， 索結果 20 示 ．今回 ，世代 交代 400回行い，制御信 周波数 30[Hz] 固 定 ．
今後 ，今回 ン 結果 踏 え 力覚発生実験 行い， ン 結果
い 検証 いく予定 あ ．
100 100 1
1
k
Rk Lk a a
E (1)
19 最 評価 高 制御 ン
20 GA 索結果
6. 実証実験
開発 用性 検証 ，八王
子市 京王電鉄株式会社 協力 ，京王線 駅 実証実験 実施 ． 実験 ， 駅
降車 被験者 ， 利用 改 通過 ， 停 目指 想定 行 ．実験 協 力頂い ，30代 盲学校教諭 先 性 全盲 方 あ ． 教諭 駅 訪 経験 無い．
6.1. 実証実験(一回目)
被験者 納 背 い鞄 白杖
所持 状態 実験 行 ．
実験 ，RFID 読 安定 ，何度
被験者 点 ッ 脱 ．
，(1)鞄 入 RFID ン 置 高く
距 想 定 ，
(2)RFID ン 置 体 後 読
遅 ， 点 原因 あ ． ，音声 案内 ン や案内 内容 い 指摘 頂い
．主 改善点 あ ．
RFID 高 ン 体 前
置 う
目的地点 近 い 音声 伝え
岐点 手前 案内 岐点 指示 要 右奥 や 奥 いう指示 右斜 前 斜 前 いう表現 変更
改 人改 無人改 あ
明示
停 系統 情報 追
6.2. 実証実験(二回目)
回目 実験 ，鞄 肩掛 変更 ，
RFID ン 置 地 近く う 改善
． 一回目 実験結果 基 い 音声 示 案内 内容 一部改良 ．
回目 実証実験 ，9割以 RFID 読 成 ，被験者 一回目 実験 旓 う 逸脱 く ，被験者 最終
地点 一人 到遉 ． ，被験
者 多く ッ 得
．以 主 意見 示 ．
完成度 高く安心 歩行 実用的 指示 欲 い 指示 連 地点 右斜 前 後， 折
横断歩遈 う 欲 い
岐点 折後，直線 10m う 地点 岐 情報 伝え 欲 い
ベ ， ン 置や降 後 場所 情報 欲 い
右 ．右 ． く， 右 ． 右
． う 表現 混乱 い 起動旓 音声通知 あ 良い
音声入力 終了 良い
ベ 階段 選択 ， 合
作成 便利
鞄 体 前 あ 白杖 振 くい ， ッ や ッ 入 う 良い
手首 ン 付 拘束感 あ ン 面 直接操作 方 汎用的
6.3. 実証実験(三回目)
今回 実験 変更点 ，被験者，実験 ，機 能 3点 あ ．被験者 ，最近視力
外 等 支 いう弱視 方 協力 頂い ．被験者 ，実験場所 駅 訪問経 験 い． ，実験 前回 実験 同
逆向 使用 ．
今回 実験 ， 読 込 情報
呼 旓間 記録 機能 実装 実験 行 ． 実験 被験者 目的地 到遉
， 逸脱 う あ ，一人
目的地 到遉 ． ，
被験者 白杖 用い 歩行 慣 ， ン ン 自身 歩行 い 場所 少
混乱 生 原因 考え
． ， 点 ッ 優先
作成 行う 被験者 十 理解 い
， 岐点 指示 い旓 点 ッ あえ 逸脱 い ．新 追
読 情報記録機能 記録 解析 結果， 100%読
い ， 読 問題
考え ．以 得 意見 示 ． 個人 指示 方や ン ，
条件等 変え う う 良い
RFID 鞄 入 い や，点 ッ
優先 作成 行う ，あ 程度
概要 理解 方 使いや い 横断歩遈や細 い曲 角 確指示
行 い
6.4. 実証実験 結果 今後 展望
駅 実証実験 ，視覚 い者
用性 確 ． ッ
得 改良点 斵 ，今後 対応地域 広域 ， 力覚 活用， 示 音声情報 内容 改
善， ン 改善 実用 向
組 必要 あ ． ， 研究 構築 RFID びQZSS 用い 置測 び案内
組 ，視覚 い者 く ， 配者や，一 般 健常者 方 対 応用可能 あ ．視覚
い 者 以 外 方 供 考 え 場 合 ， RFID 設置方法や ン 供方
法 ， ン 意識 開発 行
う ，社会 ン 等 急速 普 可能性 秘 い ．
7.
研究 ，視覚 い者向 ン
開発 ，UHF RFID 準 頂 衛斴 び 利用 高精度 置測 ，力覚 直観的 誘 実現 ， 実装
． ，実環境 用性 検証 ， 八王子市，京王電鉄株式会社，都立八王子盲学校
協力 ，京王線 駅構内 南口 RFID 設置 ， 利用 全盲 方 案内 実証実験 実施 ．RFID 高精度 置測
実現 ，安定 RFID 読 可 あ ． ，実環境 想定 様々 常況 読 実験 実施 ，視覚 い者向
ン 実現 十 読
性能 得 確 ． ，準
頂衛斴 び ，従来 GPS 比較 高精度 置測 可能 あ 示 一方 ，現在稼 働 い 衛斴 一基 あ ， 利用 旓間 や状況 限 い ．2019 度 四機
体制 拡大 既 決定 ，今後
常旓高精度 置測 実現 可能性 高い．
，高い建物 付近や屋内
影響 誤差 大 く う ， 研究
案 RFID ッ 式 置測
技術 用い 現実的 あ 思わ ． 研究
RFID 準 頂衛斴 組 合わ ，屋内外 関
わ 高精度 置測 基 い ン
実現 示 ．力覚 試作
行い，経験的 ン 制御 力覚 発生
確 ． ，実用 目指 うえ ，効率 的 力覚 発生 ン 最適 や ，
型 軽 ，装着 方法等 課題 解決 必要 あ ． ，2軸 3軸 力覚 検討 行い，更 幅広い ン 応 用 力覚 開発 目指 ．
実環境 想定 実証実験 ，視覚 い者 対 具体的 案内 方法や ン ，実
全盲 方 多く 益 ッ 得
．今後
展開 普 目指 同旓 ，
多 く 視 覚 い 者 方 使 頂
様々 角度 ッ 得 ，社会
ン 用 自 体等 働 ，実用
目指 予定 あ ．
謝辞
研究 ，八王子市交通部 駅南口点 ッ RFID 敷設 ，京王電鉄(株) 駅構内実証 実験 ，都立八王子盲学校 実証実験 ，( )交通安全 試 験 研 究 ン 点 ッ ， 菱 電 商 (株)
RFID 供 ，(株)東京地 研究社 点 ッ
敷設地 供 ， 皆様 支援 頂い ． 感謝 意 表 ．
参考文献
[ ] Willie Martin, et al., The Smart cane: An Electrical Engineering Design Project, Proc. of the 2009 ASEE North Central Section Conference
[ ] 鵜 宗利, RFID 用い 歩行者 経路誘 –視覚
碍者向 遈案内 -, 情報処理 Vol.45, No.9,
pp.918-922, 2004
[ ] Takeshi Kawamura, et al., Vehicle navigation system using UFH RF-ID, Eur. Transp. Res. Rev. 5, pp.91-99, 2013
[ ] 杉 彩, ン ッ ワ 構築
RFID 埋 込 条件 関 研究,高知 大
学,2010.3
[ ] 矢来博 :準 頂衛斴 び 高精度測
補 技術,第39回国土地理院報告会 2010 [ ] 雨宮 智浩， ：牽引方向近く 能動的
効性 活用 屋内歩行 ン
開 発 ， 電 子 情 報 通 信 学 会 論 文 Vol.J97-D No.2， pp.260-269，2014.2
[ ] 雨宮 智浩， ：知覚 非線形性 利用 非接地型
力覚惹起手法 案 評価 ，日 学会論文集Vol.11, No.1，2006
