KR100520709B1 - 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법 - Google Patents

Abstract

임의의 점으로부터 임의의 직선에 수선을 연결하고, 그 수선과 직선이 교차되는 발(intersection point)의 좌표를 구하는 일반적인 직선 방정식(General line equation)을 이용하는 것으로 GPS 수신기의 수신신호로 획득한 디지털 지도상의 이동체의 좌표에서 가장 근접한 도로링크 상에 정사영(orthogonal projection)시킨 좌표를 찾는다.

GPS 수신신호로 이동체의 현재위치를 검출하고, 검출한 이동체의 현재위치를 디지털 지도에 매칭시켜 이동체의 현재위치 좌표 를 획득하고, 획득한 이동체의 좌표 로부터 가장 가까운 곳에 위치하는 도로링크를 디지털 지도에서 검색하고, 검색한 도로링크의 양 끝점 좌표 및 를 획득하며, 상기 획득한 좌표 에서 상기 획득한 도로링크의 좌표 및 가 이루는 직선 에 수직으로 연결하는 발의 좌표 을 구한 후 상기 구한 발의 좌표

Description

네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법{Method for detecting map matching position of vehicle in navigation system}

본 발명은 네비게이션 시스템에 있어서, GPS(Global Positioning System) 수신기의 수신신호를 이용하여 획득한 디지털 지도상에서의 이동체의 좌표에서 디지털 지도 내의 도로링크 상에 맵 매칭시킬 최적의 좌표를 획득하는 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는 임의의 점으로부터 임의의 직선에 수선(perpendicular line)을 연결하고, 그 수선과 직선이 교차되는 발(intersection point)을 구하는 일반적인 직선 방정식(General line equation)을 이용하는 것으로 GPS 수신기의 수신신호로 획득한 디지털 지도상의 이동체의 임의의 좌표에서 가장 근접한 도로링크 상에 정사영(orthogonal projection)시킨 좌표를 찾는 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법에 관한 것이다.

일반적으로 네비게이션 시스템은 지구의 정지 궤도상에 위치되는 복수의 GPS 위성들로부터 수신되는 GPS 수신신호와, 이동체에 설치되어 이동체의 주행방향을 검출하는 자이로(gyro) 및 주행속도를 검출하는 속도센서 등을 비롯한 복수의 센서들의 검출신호들을 이용하여 이동체의 현재위치를 검출하고, 검출한 이동체의 현재위치를 디지털 지도에 매칭시킨 후 그 매칭시킨 이동체의 현재위치로부터 이동체의 목적지까지의 주행경로를 디지털 지도 데이터를 통해 탐색하며, 탐색한 주행경로를 따라 이동체가 목적지까지 주행할 수 있도록 안내하고 있다.

이러한 네비게이션 시스템에 있어서, 사용자에게 이동체의 현재 위치를 정확하게 검출하여 알려 주고, 또한 이동체의 현재위치로부터 목적지까지의 주행경로를 정확하게 안내하기 위해서는 GPS 수신신호로 획득한 이동체의 위치를 디지털 지도 데이터상의 도로링크에 정확하게 맵 매칭시켜야 된다.

GPS 수신신호로 획득한 이동체의 현재위치를 디지털 지도에 맵 매칭시키는 종래의 기술로서는 대한민국 특허출원 제1997-78443호(공개번호 제1999- 58343호)가 알려져 있다. 상기 종래의 기술에 따르면, GPS 위성으로부터 수신되는 GPS 수신신호를 이용하여 이동체의 위치를 검출하고, 검출한 이동체의 위치에 대응되는 좌표가 도로링크의 보간영역 내에 위치하는 지의 여부를 판단하여, 이동체의 위치에 대응되는 좌표가 도로링크의 보간영역 내에 위치할 경우에 상기 보간영역내에 위치하는 보간점들을 대상으로 상기 이동체의 좌표와의 이격거리를 산출하고, 산출한 이격거리가 최소인 보간점을 보간 대상점으로 선택한 후 이동체의 좌표를 상기 선택한 보간 대상점으로 대치하고, 이동체의 주행궤적을 추종하도록 하고 있다.

그러나 상기한 종래의 기술은 도로링크 상의 정확한 위치를 찾지 않고, 도로링크 상의 보간점을 이동체의 좌표로 대치하므로 이동체가 서로 인접한 두 보간점의 사이에 존재할 경우에 이동체의 좌표를 정확히 찾을 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 임의의 점으로부터 임의의 직선으로 수선을 연결하고, 그 수선과 직선이 교차되는 발을 구하는 일반적인 직선 방정식을 이용하여, GPS 수신신호로 획득한 디지털 지도상의 이동체의 좌표로부터 인접한 도로 링크 상에 존재하는 가장 가까운 지점의 좌표를 계산하는 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법을 제공하는데 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법은, GPS 수신신호로 이동체의 현재위치를 검출하고, 검출한 이동체의 현재위치를 디지털 지도에 매칭시켜 이동체의 현재위치 좌표 를 획득하고, 획득한 이동체의 좌표 로부터 가장 가까운 곳에 위치하는 도로링크를 디지털 지도에서 검색하고, 검색한 도로링크의 양 끝점 좌표 및 를 획득하며, 상기 획득한 좌표 에서 상기 획득한 도로링크의 좌표 및 가 이루는 직선 에 수직으로 연결하는 발의 좌표 을 구한 후 상기 구한 발의 좌표 에 이동체의 현재위치를 맵 매칭시키는 것을 특징으로 한다.

발의 좌표 는 먼저 직선 가 디지털 지도상에서 수직 또는 수평인지를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 발의 좌표 를 검출하는 것으로서 직선 가 수직 및 수평이 모두 아닐 경우에 직선 및 의 방정식을 미리 설정한 소정의 방정식을 이용하여 발의 좌표 를 계산한다.

그리고 직선 가 수직 또는 수평일 경우에는 이동체의 좌표 , 도로링크의 끝점 좌표 및 를 이용하여 발의 좌표 를 검출하는 것으로 직선 의 방향이 수직일 경우에 발의 좌표 는 (, )이고, 직선 의 방향이 수평일 경우에 발의 좌표 는 (, )으로 설정한다. 여기서, 은 좌표 및 의 축 좌표 값이고, 은 좌표 의 축 좌표 값이며, 은 좌표 의 축 좌표 값이고, 은 좌표 및 의 축 좌표 값이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 맵 매칭위치 검출방법이 적용되는 네비게이션 시스템의 구성을 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 복수의 GPS 위성(100)이 송신하는 위치 데이터를 안테나(102)를 통해 수신하는 GPS 수신기(104)와, 사용자의 조작에 따른 동작명령을 입력받는 입력부(106)와, 컴팩트 디스크 등의 저장매체에 디지털 지도 데이터를 저장하고 있는 지도 데이터 저장부(108)와, 상기 GPS 수신기(104)의 수신신호로 이동체의 현재위치를 판단하고, 판단한 이동체의 현재위치를 상기 지도 데이터 저장부(108)에 저장된 디지털 지도에 맵 매칭시키며, 그 맵 매칭시킨 위치로부터 이동체의 목적지까지의 주행경로를 탐색하여 안내하는 동작을 제어하는 메인 제어부(110)와, 상기 메인 제어부(110)의 제어에 따라 디지털 지도와 함께 이동체의 현재위치를 표시부(114)에 표시하는 표시 구동부(112)와, 상기 메인 제어부(110)의 제어에 따라 이동체의 주행을 스피커(118)를 통해 음성신호로 안내하는 음성신호 안내부(116)로 구성된다.

이러한 구성을 가지는 네비게이션 시스템은 이동체가 주행할 경우에 복수의 GPS 위성(100)이 송신하는 소정의 위치 데이터를 GPS 수신기(102)가 수신하여 메인 제어부(110)로 입력시키는 것으로서 메인 제어부(110)는 GPS 수신기(102)의 수신신호로 이동체의 현재 위치를 판단하고, 판단한 이동체의 현재 위치를 지도 데이터 저장부(108)에 저장된 디지털 지도 데이터에 맵 매칭시킨 후 표시 구동부(112)를 통해 표시부(114)에 표시하게 된다.

그리고 이동체의 사용자가 입력부(106) 등을 통해 목적지를 입력시킬 경우에 메인 제어부(110)는 지도 데이터 저장부(108)에 저장된 지도 데이터를 참조하여 이동체의 현재위치로부터 목적지까지의 주행경로를 탐색하고, 그 탐색한 주행경로를 표시 구동부(112)를 통해 표시부(114)에 표시함과 아울러 음성안내부(116)를 통해 스피커(118)로 안내 음성을 출력하면서 이동체의 주행경로를 안내한다.

도 2는 본 발명의 맵 매칭위치 검출방법을 보인 신호흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이 단계(200)에서 메인 제어부(110)는 GPS 수신기(104)가 수신하는 GPS 수신신호를 입력받고, 단계(202)에서 상기 입력받은 GPS 수신신호로, 지도 데이터 저장부(108)에 저장된 디지털 지도상에서의 이동체의 현재 좌표 를 검출한다.

다음 단계(204)에서는 상기 지도 데이터 저장부(108)에 저장된 디지털 지도 내에서 상기 검출한 이동체의 좌표 로부터 가장 가까운 곳에 위치하는 도로링크를 검색하고, 단계(206)에서 상기 검색한 도로링크의 양 끝점 좌표 및 를 검색하여 저장한다.

다음 단계(208)에서는 상기 검색한 도로링크의 양 끝점 좌표 및 가 이루는 직선 의 방향을 확인한 후 상기 검출한 이동체의 좌표 에서 상기 직선 을 수선으로 연결하는 발의 좌표 를 구하는 공식에 적용하여 단계(210)에서 수선의 발의 좌표 를 구하고, 그 구한 수선의 발의 좌표 에 이동체의 위치를 맵 매칭시킨다.

여기서, 이동체의 좌표 에서 직선 을 수선으로 연결하는 발의 좌표 을 구하는 동작을 도 3 내지 도 5의 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

기울기가 이고, 축의 절편이 인 직선의 방정식은 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.

상기 수학식 1의 직선 방정식에 있어서, 직선의 방향이 수직에 가까울수록 기울기 의 값은 무한대에 접근하므로 축에 평행한 직선을 방정식으로 표현할 수 없다.

그러므로 본 발명에서 이동체의 좌표 로부터 직선 을 수선으로 연결하는 발의 좌표 를 구하기 위해서는 상기한 수학식 1의 직선 방정식을 사용할 수 없고, 다음의 수학식 2와 같은 일반적인 직선의 방정식(General line equation)을 사용해야 된다.

상기 수학식 2에서 이라고 하면, 축에 평행한 직선을 방정식으로 표현할 수 있다. 그러므로 수학식 2는 기울기와 절편으로 표현되는 상기 수학식 1의 직선 방정식보다 일반적인 직선의 방정식임을 알 수 있다.

상기한 수학식 2로 수선의 발을 구하기 위하여 본 발명에서는 먼저, 직선 및 직선 의 직선 방정식을 수학식 3 및 수학식 4와 같이 정의한다.

상기 직선 의 방향(orientation)은 수직(vertical)인 경우와, 수평(horizontal)인 경우와, 수직 및 수평이 모두 아닌 경우로 구분할 수 있는 것으로 직선 의 방향에 따라 수선의 발의 좌표 를 구하는 것을 구분하여 설명한다.

1. 직선 가 수직인 경우(, )(도 3 참조)

직선 의 방정식은, , 및 의 x축 좌표 값 , 및 이 ==이고, 직선 의 방정식은 이므로, 이 두 직선 및 를 연결하는 수선의 발 의 좌표는 (, )이다.

2. 직선 가 수평인 경우(, )(도 4 참조)

직선 의 방정식은, , 및 의 y축 좌표 값 , 및 이 ==이고, 직선 의 방정식은 이므로, 이 두 직선 및 를 연결하는 수선의 발 의 좌표는 (, )이다.

3. 직선 가 수직이나 수평이 아닌 경우(, )(도 5 참조)

두 직선 및 의 수선의 발 의 좌표를 (, )라고 가정하면, 다음의 수학식 5가 성립된다.

상기 수학식 5를 정리하여 수선의 발 의 좌표 (, )를 구하면 수학식 6과 같다.

따라서, 수선의 발 의 좌표 (, )는 직선의 방정식의 계수 , , , , 및 에 종속(dependent)된다.

일반적으로 직선의 방정식은 양변에 0이 아닌 임의의 수를 곱해도 등식이 성립한다. 즉, 수학식 7과 같이 직선 의 방정식의 0이 아닌 상수 를 곱하여도 직선 와 동일한 직선의 방정식을 나타낸다.

( )

따라서, 직선의 방정식의 계수들 중에서 하나를 특정한 값으로 고정시킬 수 있다.

여기서, 수학식 8과 같이 직선 의 방정식의 계수들 중에서 이라고 가정하고, 또한 직선 의 방정식의 계수들 중에서 이라고 가정한다.

그러면, 직선 및 에 대하여 다음의 수학식 9 및 수학식 10과 같은 방정식을 얻을 수 있다.

좌표 (, ) 및 좌표 (, )는 직선 상의 점이므로, 상기 수학식 9의 직선 방정식에 두 점의 좌표 과 를 대입하면 다음의 수학식 11과 같은 관계식을 얻을 수 있다.

상기 수학식 11을 정리하여 계수 및 를 계산하면 수학식 12와 같다.

두 직선 및 는 서로 수직의 위치 관계가 있으므로, 계수 는 다음의 수학식 13과 같이 구할 수 있다.

, aa'=-1

()

한편, 좌표 는 직선 상의 하나의 점이므로 의 좌표 (, )를 상기 수학식 10에 대입하여 정리하면 수학식 14와 같다.

이와 같이 구한 계수들의 값을 수학식 6에 대입하면 이동체의 현재위치 좌표 로부터 직선 을 수선으로 연결할 수 있는 발의 좌표 를 구할 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 GPS 수신신호를 이용하여 획득한 이동체의 현재위치 좌표를 디지털 지도상에서 찾은 후 일반적인 직선의 방정식을 적용하여 이동체의 현재위치 좌표로부터 가장 가까운 도로 링크 상에 수선을 연결하고, 그 수선의 발을 찾아 이동체의 현재위치를 디지털 지도상에 맵 매칭시키는 것으로 디지털 지도상에 이동체의 현재위치를 정확하게 맵 매칭시키고, 이로 인하여 이동체의 현재 위치를 보다 정확하게 사용자에게 알릴 수 있음은 물론 이동체의 주행경로를 보다 정확하게 탐색하여 주행을 안내할 수 있다.

도 1은 본 발명의 맵 매칭위치 검출방법이 적용되는 네비게이션 시스템의 구성을 보인 블록도.

도 2는 본 발명의 맵 매칭위치 검출방법을 보인 신호흐름도.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 맵 매칭위치 검출방법에서 수선의 발을 구하는 동작을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : GPS 위성 102 : 안테나

104 : GPS 수신기 106 : 입력부

108 : 지도 데이터 저장부 110 : 메인 제어부

112 : 표시 구동부 114 : 표시부

116 : 음성신호 안내부 118 : 스피커

Claims (6)

1. 이동체의 현재위치에 대응되는 디지털 지도 상의 좌표 에 가장 인접된 도로링크를 검색하는 제 1 과정;

   상기 좌표 에서 상기 검색한 도로링크에 수선을 연결하는 발의 좌표 을 구하는 제 2 과정; 및

   상기 발의 좌표 에 이동체의 현재위치를 맵 매칭시키는 제 3 과정으로 이루어진 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법.
2. GPS 수신신호로 이동체의 현재위치를 검출하고, 검출한 이동체의 현재위치를 디지털 지도에 매칭시켜 이동체의 현재위치 좌표 를 획득하는 제 10 과정;

   상기 획득한 이동체의 좌표 로부터 가장 가까운 곳에 위치하는 도로링크를 디지털 지도에서 검색하고, 검색한 도로링크의 양 끝점 좌표 및 를 획득하는 제 11 과정;

   상기 제 11 과정에서 획득한 좌표 로부터 상기 제 12 과정에서 획득한 도로링크의 좌표 및 가 이루는 직선 에 수직으로 연결하는 발의 좌표 을 구하는 제 13 과정; 및

   상기 제 13 과정에서 구한 발의 좌표 에 이동체의 현재위치를 맵 매칭시키는 제 14 과정으로 이루어진 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 13 과정은;

   도로링크의 좌표 및 가 디지털 지도 상에서 이루는 직선 의 방향을 판단하고, 판단한 방향에 따라 발의 좌표 을 구하는 것을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 직선 의 방향이 수평 및 수직이 모두 아닐 경우에 발의 좌표 (, )는;

   다음의 수학식 6으로 계산하는 것을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법.

   수학식 6

   여기서, , , , , 및 는 직선 의 방정식 과, 직선 의 방정식 의 계수이다.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 직선 의 방향이 수직일 경우에 발의 좌표 (, )는;

   (, )인 것을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법.

   여기서, 은 좌표 및 의 축 좌표 값이고, 은 좌표 의 축 좌표 값이다.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 직선 의 방향이 수평일 경우에 발의 좌표 (, )는;

   (, )인 것을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 이동체의 맵 매칭위치 검출방법.

   여기서, 은 좌표 의 축 좌표 값이고, 은 좌표 및 의 축 좌표 값이다.