KR100321547B1

KR100321547B1 - 지피에스 수신 신호의 정밀 좌표 해석을 통한 음성 안내 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100321547B1
Application number: KR1019990039651A
Authority: KR
Inventors: 강인준; 장용구
Original assignee: 강인준
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2002-01-24
Also published as: KR20010027754A

Abstract

본 발명은 GPS 수신 신호를 이용하는 음성지원 안내 시스템을 보다 간단하고 정밀하게 구성하기 위하여,

GPS 위성으로부터 국제경위도좌표 데이터를 수신하는 수신부와, 지형 데이터 저장부와, 연산부 및 출력부로 구성되는 지피에스 음성지원 안내 시스템에 있어서,

사용자로부터 변환 모드를 입력받기 위한 입력부를 포함하고, 상기 연산부는 상기 입력부에서 입력되는 변환 모드별로 상기 국제경위도좌표 데이터를 베셀 경위도좌표 데이터로 변환하는 제1좌표 변환 단계와; 상기 제1좌표 변환 단계에서 변환된 베셀 경위도좌표 데이터를 평면직교좌표 데이터로 변환하는 제2좌표 변환 단계와; 상기 제2좌표 변환 단계에서 변환된 평면직교좌표 데이터로부터 이와 가장 근접하는 지형 데이터 저장부에 저장되어 있는 지역구간을 검색하는 제1검색단계와; 상기 제1검색단계에서 검색되는 지역구간내에 저장되어 있는 중요지형지물 데이타 중에서 상기 평면직교좌표 데이터와 가장 근접하는 중요지형지물 데이터를 추출하는 제2검색 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 지피에스 수신 신호를 이용한 음성지원 안내 시스템을 제공한다.

Description

지피에스 수신 신호의 정밀 좌표 해석을 통한 음성 안내 시스템 및 방법{ NAVIGATION VOICE SYSTEM AND METHOD BASED ON THE PRECISE COORDINATE INTERPRETATION OF GPS RECEIVER}

본 발명은 지피에스(Global Positioning System) 수신 신호를 이용하는 음성 안내 시스템(Navigation Voice System) 및 음성 안내 방법에 관한 것으로서, 보다상세하게는 GPS 위성에서 송신하는 이동체의 위치 데이타와 GPS 신호를 수신받는 이동체의 실제 위치 사이에 발생하는 오차를 별도의 위치 보정장치의 도움없이 정밀 위치 변환 방법에 의하여 정밀 변환을 수행하여 오차를 감소시킴으로써 보다 간단하고 정밀하게 음성으로 현재위치를 안내할 수 있는 지피에스 수신 신호의 정밀 좌표 해석을 통한 음성 안내 시스템 및 음성 안내 방법에 관한 것이다.

일반적으로, GPS 시스템은 인공위성으로부터 발사된 전파의 도달시간을 계측하여 위성으로부터의 거리를 계산하고 이로부터 현재위치를 파악하여 관련 정보를 사용자 등에게 CRT화면이나 음성등에 의하여 전달하는 수신장치와 연산장치 및 출력장치로 구성된다.

상기에서 GPS 위성으로부터 수신받는 반송파 신호에는 위치정보와 시각 정보가 담겨 있으며 이는 주파수 대역에 따라, 군사용으로 사용되며 측정 정밀도가 15m이내인 P코드와 일반용으로 사용되며 측정 정밀도가 100m정도인 C/A코드가 있다.

그런데, 일반인들이 사용하게 되는 C/A코드는 그 오차가 상기와 같이 실제 위치와 상당한 차이를 보이므로 보다 정밀한 위치 안내가 요구되는 상황, 예를 들면, 맹인이 목적지에 안전하게 도달할 수 있도록 음성으로 도로정보나 주변 지형지물을 맹인에게 안내하는 음성지원 위치안내 시스템에서는 이를 그대로 이용할 수가 없다.

이에 따라, 종래의 GPS를 이용한 위치 안내 시스템에 도입되고 있는 오차 보정 방법으로는 추측항법(Dead Rechoning)과 맵매칭법(Map Matching Method) 등이 있다.

상기 추측항법(Dead Rechoning)은 차량에 차륜 회전 센서를 장착하여 주행거리를 계측하고 자이로와 같은 관성유도장치에 의하여 진행방향을 구하여 차량의 현재 위치를 추측하여 지도상에 표현하는 방법이다.

그리고 맵매칭법은 차량의 위치는 도로상에 표현되어야 한다는 기본적인 가정하에서 현재의 위치가 도로와 일정 범위를 벗어나면 도로상의 교차점이나 주요지점의 좌표와 비교하여 차량의 현위치를 도로상에 표현하는 방법이다.

그런데 상기 추측항법이나 맵매칭법은 GPS에서 수신하는 위치 데이타를 그대로 지도상의 직교좌표로 변환하기 때문에 상기 오차가 제대로 보정되지 아니하며 이에 따라 유사한 지형이 있을 경우에는 현재위치를 오판할 가능성이 높았다.

이를 방지하기 위하여 외부장치를 추가로 갖추고 있기는 하지만 외부장치로 주로 이용되는 자이로(Gyro) 등은 고가의 장비이기 때문에 일반인들이 이용하기에는 문제가 있었다.

또한, 맹인 등을 위한 음성지원 위치 안내 시스템과 같이 사용자가 수신장치를 휴대하고 있어야 할 필요가 있는 경우 외부장치가 많이 부가될수록 휴대가 불편해지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 GPS에서 수신되는 이동체의 위치 데이타를 보다 정밀하고 간단한 구성으로 구성하고 분석하여 사용자에게 음성으로 전달해 주기 위한 음성 안내 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 음성 안내 시스템의 구성도

도 2는 본 발명에 의한 음성 안내 방법 순서도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 수신부 14 : GPS위성

16 : 수신안테나 18 : 신호 변환기

20 : 지형 데이타 저장부 22 : 입력부

24 : 연산부 26 : 출력부

28 : 음성변조기 30 : 음성증폭기

32 : 스피커

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 지피에스 수신 신호의 정밀 좌표 해석을 이용한 음성 안내 시스템은,

GPS 위성으로부터 국제경위도좌표 데이터를 수신하는 수신부와, 공중 사진에 의해 제작되는 지형 지도를 지역구간별로 구획하여 중요 지형지물만을 수치화해서 저장하는 지형 데이터 저장부와, 상기 수신부로부터 수신되는 데이터와 지형 데이터 저장부에 저장되는 데이터를 비교 연산하는 연산부와, 이 연산부에서 연산한 결과를 음성으로 출력하는 출력부로 구성되는 지피에스 음성 안내 시스템에 있어서,

사용자로부터 변환 모드를 입력받기 위한 입력부를 포함하고, 상기 연산부는 상기 입력부에서 입력되는 변환 모드별로 상기 국제경위도좌표 데이터를 베셀 경위도좌표 데이터로 변환하는 제1좌표 변환 단계와; 상기 제1좌표 변환 단계에서 변환된 베셀 경위도좌표 데이터를 평면직교좌표 데이터로 변환하는 제2좌표 변환 단계와; 상기 제2좌표 변환 단계에서 변환된 평면직각좌표 데이타가 속해있는 지역구간을 지형 데이터 저장부로부터 호출하는 지역구간 호출단계와; 상기 지역구간 호출단계에서 호출한 지역구간내에 저장되어 있는 중요지형지물 데이타 중에서 상기 평면직교좌표 데이터와 가장 근접하는 중요 지형지물을 추출하는 추출단계와; 상기 추출단계에서 추출한 중요 지형지물에서 사용자가 필요한 중요 지형지물정 보를 가공해 내는 정보 가공단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 특징에 따른 지피에스 수신 신호의 정밀 좌표 해석을 통한 음성 안내 방법은,

GPS 위성으로부터 이동체의 현재 위치 데이타를 수신부를 통하여 수신받는 제11단계와; 상기 제11단계에서 수신받은 현재 위치 데이타를 국제경위도좌표 데이타로 변환하는 제12단계와; 입력부를 통해 사용자로부터 좌표 데이타 변환모드를 입력받는 제13단계와; 상기 제12단계에서 변환한 국제경위도좌표 데이타를 상기 제13단계에서 입력받은 변환 모드별로 베셀 경위도좌표 데이타로 변환하는 제14단계와; 상기 제14단계에서 변환한 베셀 경위도좌표 데이터를 평면직각좌표 데이타로 변환하는 제15단계와; 상기 제15단계에서 변환한 평면직각좌표 데이타가 속해있는 지역구간을 지형 데이터 저장부로부터 호출하는 제16단계와; 상기 제16단계에서 호출한 지역구간내에 저장되어 있는 중요지형지물 데이타 중에서 상기 평면직교좌표 데이터와 가장 근접하는 중요 지형지물을 추출하는 제17단계와; 상기 제17단계에서 추출한 중요 지형지물에서 사용자가 필요로 하는 중요 지형지물에 대한 관련정보를 연산하는 제18단계와; 상기 제18단계에서 연산된 중요 지형지물 정보를 음성으로 출력하는 제19단계로 구성된다.

여기서, 상기 제19단계에서 음성으로 출력하는 방법은 중요지형지물 데이타를 음성데이타로 변조하는 제20단계와; 상기 제20단계에서 변조된 음성데이타를 가청주파수 영역으로 증폭하는 제21단계와; 상기 제21단계에서 증폭된 음성데이타를 스피커를 통해 출력하는 제22단계로 구성된다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 음성지원 안내 시스템의 구성을 나타내는 도면으로서, 수신부(12)는 GPS위성(14)에서 전송하는 반송파를 수신하는 수신안테나(16)와 수신한 반송파를 디지탈화하여 국제경위도좌표 데이터를 추출하는 신호변환기(18)로 구성된다.

지형 데이터 저장부(20)는 공중사진을 바탕으로 만들어지는 축척 1/25000의 지형도를 기초로 하여 필요한 지리적 정보가 수치화하여 CD-ROM등에 기록하여 저장하는 장치로서, 이에 저장되는 데이터에는 전국을 경도 및 위도별 일정 거리만큼 구획하여 지형구간을 구성하고, 이 지형구간 내의 중요 지형지물을 노드 번호별로 지정하여 그 위치뿐만 아니라 명칭, 종류, 층수, 페인트색 등 지형지물에 대한 다양한 속성을 함께 기록한다.

그리고 입력부(22)는 MRE변환모드, S-M변환모드, M-B변환모드, B-W변환모드 등 모두 4개의 모드로 구성되어 사용자가 지역에 따라 적절한 변환모드를 선택할 수 있도록 한다.

상기 입력부(22)에 의해 입력되는 좌표 변환모드에 따라 연산부(24)는 상기 수신부(12)로부터 수신한 국제경위도좌표 데이타와 지형 데이타 저장부(20)에 저장된 노드별 중요지형지물 데이타를 비교 연산하여 현재위치와 가장 근접한 중요 지형지물 데이타를 추출한다.

상기에서 추출된 중요 지형지물 데이타는 사용자가 음성으로 인식할 수 있도록 출력부(26)를 통하여 음성으로 변조되어 출력된다.

상기 출력부(26)는 상기 중요 지형지물 데이타를 음성으로 변조하는 음성변조기(28)와, 이 음성변조기(28)에 의하여 변조된 음파를 사용자가 청취할 수 있도록 가청주파수 영역으로 증폭하는 음성증폭기(30)와, 이 음성증폭기(30)에 의하여 증폭된 음파를 사용자에게 전달하는 스피커 장치(32)로 구성된다.

상기 음성변조기(28)는 일반적인 보이스 제너레이터(Voice Generator) 등을 이용할 수도 있으며, 미리 상기 지형 데이타 저장부(20)에 음성으로 데이타를 기록하여 두었다가 이를 호출하는 방법에 의할 수도 있다.

한편, 상기와 같이 구성되는 음성지원 안내 시스템을 이용한 음성지원 안내방법은 도 2에 도시한 바를 참고로 하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 수신안테나(16)로부터 현재 위치 데이타를 수신하여(S1), 이를 상기 신호변환기(18)에 의하여 현재 위치 데이타를 국제경위도좌표 데이타로 변환한다.(S2)

상기 국제경위도좌표 데이터는 GPS 측위방법에 의한 삼각측량의 원리에 의하여 구하여지며 지구상의 어느 지역에서나 동일한 표준으로서 WGS-84 타원 좌표계의 위도(Ψw ), 경도(λw),고도(Hw)의 3개의 데이터로 구성된다.

그러나, 상기 WGS-84 타원 좌표계의 국제경위도좌표 데이터는 타원좌표이므로 지도상의 평면직교좌표와 대조하기 위해서는 직교좌표로 좌표 변환이 이루어져야 한다.

이 때, 본 발명에서는 상기 WGS-84 타원좌표를 직교좌표로 바로 변환하지 않고 입력부(22)를 통하여 사용자로부터 변환모드를 입력받은 후(S3), 변환모드별로 다시 베셀(BESSEL)경위도좌표로 변환하는 단계를 더 수행한다.(S4)

상기에서 WGS-84 타원좌표를 베셀(BESSEL) 타원좌표로 변환하는 변환모드는모두 4가지 변환모드로서, MRE변환모드, S-M변환모드, M-B변환모드, B-W변환모드로 구성된다.

상기 MRE변환모드는 다중회귀 방정식에 의한 좌표 변환 방법으로서, 상기 국제경위도좌표 데이타(Ψw,λw,Hw)에 일정치의 변수량을 회귀시켜 위도, 경도, 고도의 변위량(ΔΨ,Δλ,ΔH)을 구한 후에, 이를 다시 국제경위도좌표 데이터의 값에 더하여 새로운 베셀 경위도좌표 데이터를 구한다.

상기 S-M변환모드는 Standard Molodensky 좌표 변환 방법으로 알려진 것으로서, 상기 국제경위도좌표 데이터를 지심좌표계로 환산한 값(Xw,Yw,Zw)을 이용하여 위도, 경도, 고도의 변위량(ΔΨ,Δλ,ΔH)을 구한 후에, 이를 다시 국제경위도좌표 데이터의 값에 더하여 새로운 베셀 경위도좌표 데이터를 구한다.

그리고 상기 M-B변환모드는 Molodensky Badekas 좌표 변환 방법으로 알려진 것으로서, 상기 국제경위도좌표 데이타를 지심좌표계로 환산한 값(,,)과 베셀(BESSEL)타원체의 지심좌표계(,,)와의 7개의 매개변수(ω,ψ,χ, X,ΔY,ΔZ)를 이용하여 위도, 경도, 고도의 변위량(Δψ,Δλ,ΔH)을 구한 후에, 이를 다시 국제경위도좌표 데이터의 값에 더하여 새로운 베셀 경위도좌표 데이타를 구한다.

마지막으로, 상기 B-W변환모드는 상기 M-B변환모드와 거의 동일한 방법에 의하여 베셀 경위도좌표 데이타를 구하나 상기 M-B변환모드가 전국적인 광역지역에 알맞은 데 비하여 상기 B-W변환모드는 지역적인 소규모지역에 적합하다.

상기와 같이 연산부(24)는 변환모드별로 사용자가 원하는 방식에 의하여 국제경위도좌표 데이터를 베셀 경위도좌표 데이터로 변환한 후에 이를 다시 평면직교좌표 데이터로 변환한다.(S5)

상기에서 직교좌표로 변환하는 방법은 현재 국내의 일반측지에서 사용하고 있는 TM투영방법인 Gauss-Kruger투영을 이용하면 된다.

상기와 같은 방법에 의하여 GPS에서 수신되는 국제타원좌표를 베셀 타원 좌표로 변환하는 과정을 거친 후에 수신 지역에 적합한 직교좌표로 변환하면, GPS 시스템은 현재 위치에 대하여 보다 정밀한 정보를 얻을 수 있다.

상기 연산부(24)는 상기와 같은 정밀 좌표 해석 방법에 따라 국제경위도좌표 데이터로부터 평면직교좌표 데이터를 구한 후에는 상기 지형 데이터 저장부(20)로부터 상기 정밀 좌표 해석과정을 거쳐 변환한 직교좌표가 속해 있는 지역구간을 호출하고(S6), 검색된 지역구간내에서 다시 상기 직교좌표와 가장 근접한 중요 지형지물을 검색하여 추출한다.(S7)

상기와 같이 중요 지형지물이 추출되면, 이로부터 사용자가 필요로 하는 중요 지형지물에 대한 상대거리, 방향 등과 같은 관련 정보를 연산하고(S8), 이 연산결과를 중요 지형지물이 지니는 속성과 함께 출력부에 출력하면 본 발명에 의한 음성지원 안내방법은 완료된다.(S9)

여기서 최종 연산결과가 출력되는 예를 보면,

'좌측(우측) 방향으로 25m떨어진 곳에 시청이 있습니다'

라는 식으로 출력되며 이러한 음성출력을 실현하기 위한 구체적인 방법으로서 먼저 음성변조기(28)로서 상기 중요지형지물정보를 음성데이타로 변조하고, 이를 음성증폭기(30)로서 가청주파수 영역으로 증폭하여, 스피커(32)를 통해 출력하는 방법을 이용하면 된다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변형이나 변경이 가능한 것은 물론이다.

예컨대, 본 발명의 실시예에서는 맹인 등을 위한 일반용으로 사용되는 중요 지형지물에 대한 음성지원 위치 안내 시스템에 대해서만 설명하였으나, 군사용으로 사용되는 음성지원 위치 안내 시스템에 대해서도 동일하게 구현할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 의한 음성 안내 시스템 및 음성 안내 방법은 GPS로부터 수신받은 위치 데이타를 부가장치 없이도 정확히 해석할 수 있으며, 따라서 보다 간단한 구조로 구성될 수 있다.

또한, 제품을 컴팩트하게 제조할 수 있으며 제품단가를 저렴하게 할 수 있으므로 GPS를 이용한 음성지원 안내 시스템의 보다 폭넓은 대중화를 실현할 수 있다.

Claims

사용자로부터 좌표 변환 모드를 입력받기 위한 입력부, GPS 위성으로부터 현재 위치 데이터를 수신하는 수신부, 상기 현재 위치 데이터를 국제 경위도 좌표 데이터로 변환하는 신호 변환기, 공중 사진에 의해 제작되는 지형 지도를 지역구간별로 구획하여 중요 지형지물을 수치화해서 저장하는 지형 데이터 저장부, 상기 수신부로부터 수신되는 현재 위치 데이터와 상기 지형 데이터 저장부에 저장되어 있는 데이터를 비교 연산하는 연산부 및, 상기 연산부에서 연산한 결과를 음성으로 출력하는 출력부를 포함하는 지피에스 수신 신호를 이용한 음성 안내 시스템에서,

상기 좌표 변환 모드는

다중회귀 방정식에 따라 좌표를 변환하는 MRE변환모드,

스탠다드 몰로덴스키(Standard Molodensky) 방법에 따라 좌표를 변환하는 S-M변환모드,

몰로덴스키 바데카스(Molodensky Badekas) 방법에 따라 좌표를 변환하는 M-B변환모드 그리고

버사 울프(Bursa Wolf) 방법에 따라 좌표를 변환하는 B-W변환모드

를 포함하고,

상기 연산부는

상기 현재 위치 데이터를 상기 좌표 변환 모드에 따라 베셀 경위도 좌표 데이터로 변환하는 단계,

상기 베셀 경위도 좌표 데이터 평면 직교 좌표 데이터로 변환하는 단계,

상기 평면 직교 좌표 데이타가 속해 있는 지역구간을 지형 데이터 저장부로부터 호출하는 단계,

상기 호출된 지역 구간내의 중요 지형 지물 데이타 중에서 상기 평면 직교 좌표 데이터와 가장 근접하는 중요 지형지물을 추출하는 단계 그리고

상기 중요 지형 지물에 대한 상대 거리, 방향 등을 포함하는 관련 정보를 연산하는 단계

를 수행하는 지피에스 수신 신호의 정밀 좌표 해석을 통한 음성 안내 시스템.
GPS 위성으로부터 이동체의 현재 위치 데이타를 수신받는 단계,

상기 수신받은 현재 위치 데이타를 국제 경위도 좌표 데이타로 변환하는 단계,

사용자로부터 좌표 변환 모드를 입력받는 단계,

상기 국제 경위도 좌표 데이타를 좌표 변환 모드에 따라 베셀 경위도 좌표 데이타로 변환하는 단계,

상기 베셀 경위도좌표 데이터를 평면 직교 좌표 데이타로 변환하는 단계,

상기 평면 직교 좌표 데이타가 속해 있는 지역구간을 지형 데이터 저장부로부터 호출하는 단계,

상기 호출한 지역 구간내에 저장되어 있는 중요지형지물 데이타 중에서 상기 평면 직교 좌표 데이터와 가장 근접하는 중요 지형지물을 추출하는 단계 그리고

상기 추출한 중요 지형지물에 대한 상대 거리, 방향 등을 포함하는 관련 정보를 연산하는 단계

를 포함하고,

상기 좌표 변환 모드는

다중회귀 방정식에 따라 좌표를 변환하는 MRE변환모드,

스탠다드 몰로덴스키(Standard Molodensky) 방법에 따라 좌표를 변환하는 S-M변환모드,

몰로덴스키 바데카스(Molodensky Badekas) 방법에 따라 좌표를 변환하는 M-B변환모드 그리고

버사 울프(Bursa Wolf) 방법에 따라 좌표를 변환하는 B-W변환모드

를 포함하는 지피에스 수신 신호의 정밀 좌표 해석 방법.
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