KR100942352B1 - Method of estimating location of indoor object based on ultrasonic wave, Apparatus and System for estimating location of indoor object using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법, 이를 이용한 객체 위치 추정 장치 및 시스템에 관한 것이다. 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법은 실내의 고정된 위치에 배치된 측정 노드와 복수의 수신 노드들 중 적어도 하나의 수신 노드를 이용하여 상기 실내에서의 초음파 속도를 산출한다. 복수의 수신 노드는 실내의 서로 다른 위치에 배치되어 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호를 수신한다. 상기 객체 위치 추정 방법은 객체에 부착된 비콘으로부터 동시에 출력된 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호가 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 세 개의 수신 노드에 도착한 제1 도착 시간의 차이 및 상기 산출된 초음파 속도에 기초하여 상기 비콘과 상기 적어도 세 개의 수신 노드와의 각각의 거리를 산출하고, 상기 산출된 상기 비콘과 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 세 개의 수신 노드와의 각각의 거리에 기초하여 상기 실내에서의 상기 비콘의 위치를 산출한다. 온도 또는 습도등의 실내 환경 요소의 변화에 따라 유동적으로 변화하는 초음파의 속도를 구하여 객체 위치 추정을 수행함으로써 객체 위치 추정의 정확도를 높일 수 있다.The present invention relates to an ultrasound-based object location estimation method in a room, and an object location estimation device and system using the same. The ultrasound-based object position estimation method in the room calculates the ultrasound velocity in the room by using a measurement node disposed at a fixed location in the room and at least one reception node among a plurality of reception nodes. The plurality of receiving nodes are disposed at different locations in the room to receive a first wireless signal and the first ultrasonic signal. The object position estimation method includes a difference between a first radio signal simultaneously output from a beacon attached to an object and a first arrival time when the first ultrasound signal arrives at at least three of the plurality of receiving nodes and the calculated value. Calculate respective distances between the beacons and the at least three receiving nodes based on ultrasonic speed, and based on the calculated distances between the beacons and at least three receiving nodes of the plurality of receiving nodes, respectively. Calculate the location of the beacon in the room. The accuracy of the object position estimation can be increased by obtaining the object position estimation by obtaining the velocity of the ultrasonic wave that changes fluidly according to the change of the indoor environment factors such as temperature or humidity.

실내, 실내 환경, 온도, 습도, 객체 위치 추정, 초음파, RF 신호 Indoor, indoor environment, temperature, humidity, object localization, ultrasound, RF signal

Description

실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법, 이를 이용한 객체 위치 추정 장치 및 시스템{Method of estimating location of indoor object based on ultrasonic wave, Apparatus and System for estimating location of indoor object using the same}Method of estimating location of indoor object, system and apparatus for estimating object location using the same

본 발명은 실내에서의 객체 위치 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 실내 환경에서 초음파 기반으로 객체의 위치를 추정하기 위한 객체 위치 추정 방법, 이를 이용한 객체 위치 추정 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an object location estimation method in a room. More particularly, the present invention relates to an object location estimation method for estimating the location of an object based on ultrasound in various indoor environments, and an object location estimation apparatus and system using the same.

유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 통해 언제 어디서나 사람 또는 사물등의 객체(object)의 위치를 인식하고, 객체의 위치를 기반으로 유용한 서비스를 제공하는 유비쿼터스 위치기반 서비스(Ubiquitous Location Based Services: u-LBS)가 중요한 서비스로 대두되고 있다. Through ubiquitous computing and ubiquitous network, Ubiquitous Location Based Services (u-LBS) recognizes the location of objects such as people or objects and provides useful services based on the location of objects. It is emerging as an important service.

유비쿼터스 위치기반 서비스 제공을 위해 가장 중요한 기반 요소 기술중의 하나로서 건물내부 또는 가정내부 등과 같은 실내 환경에서 객체의 위치를 인식하기 위한 위치 인식 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. As one of the most important base element technologies for providing ubiquitous location-based services, researches on the location recognition system for recognizing the location of an object in an indoor environment such as inside a building or home are being actively conducted.

ACM International Conference on Mobile Computing and Networking에서 발 표된 논문(“The Cricket Location-Support System", 2000년 8월, Nissanka B Priyantha, Anit Chakraborty, and Hari Balakrishnan)에서는 RF신호 및 초음파 신호의 도착시간 차이를 이용하여 실내에서의 위치추정 알고리즘을 제시한다. A paper presented at the ACM International Conference on Mobile Computing and Networking (“The Cricket Location-Support System”, August 2000, Nissanka B Priyantha, Anit Chakraborty, and Hari Balakrishnan) takes advantage of differences in arrival times for RF and ultrasound signals. We propose a location estimation algorithm indoors.

상기와 같은 실내 환경에서의 종래의 객체 위치 인식 기술에서는 움직이는 객체에 부착된 비콘(Beacon)에서 동시에 RF 신호와 초음파 신호를 발신하여 상기 RF 신호와 초음파 신호를 수신하는 수신 노드인 리스너(Listener)에서 상기 RF 신호와 초음파 신호의 도착시간 차이를 이용하여 실내 환경에서의 객체의 위치를 추정하는 방법을 사용한다. In the conventional object position recognition technology in the indoor environment as described above in the listener (Listener) which receives the RF signal and the ultrasonic signal by transmitting the RF signal and the ultrasonic signal at the same time from the beacon (Beacon) attached to the moving object A method of estimating the position of an object in an indoor environment using the difference in arrival time between the RF signal and the ultrasonic signal is used.

상기 리스너와 비콘 사이의 거리를 추정하는데 있어 [거리 = 속도 x 시간] 으로 리스너와 비콘 사이의 거리를 추정한다. 여기에서, 시간은 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간 차이를 의미한다. In estimating the distance between the listener and the beacon, the distance between the listener and the beacon is estimated by [distance = velocity x time]. Here, time means a difference in arrival time of the RF signal and the ultrasonic signal.

RF 신호의 속도는 3 x 108 m/s 인데 비해서 초음파의 속도는 대략 344 m/s로 RF 신호가 초음파에 비해 훨씬 빠른 속력을 가지고 있으므로 상기 리스너와 비콘 사이의 도착시간 차이는 아래의 수학식 1을 사용하여 산출한다.The speed of the RF signal is 3 x 108 m / s, whereas the speed of the ultrasonic waves is approximately 344 m / s. Since the RF signal has a much faster speed than the ultrasonic waves, the arrival time difference between the listener and the beacon is expressed by Equation 1 below. Calculate using

[수학식1][Equation 1]

Figure 112007078378217-pat00001
Figure 112007078378217-pat00001

여기서, 거리는 리스너와 비콘 사이의 거리를 나타낸다. Here, the distance represents the distance between the listener and the beacons.

RF 신호의 속력은 3 x 108 m/s로서 수학식 1에서 거리/RF 신호의 속도 값은 무시할 수 있는 정도의 충분히 작은 값이므로, 추정하고자 하는 리스너와 비콘 사이의 거리는 하기의 수학식 2에 의해 계산할 수 있다.Since the speed of the RF signal is 3 x 10 8 m / s, the distance / speed of the RF signal is small enough to be negligible in Equation 1. Can be calculated by

[수학식2][Equation 2]

거리 = 도착시간의 차이 x 초음파의 속도Distance = difference in arrival time x speed of ultrasound

실내 환경에서의 종래의 위치 인식 시스템에서는 리스너와 객체에 부착된 비콘 사이의 거리 계산에 있어서 수학식 2와 같이 미리 정해진 고정된 초음파 속도를 이용하여 리스너와 객체에 부착된 비콘 사이의 거리를 산출한다. In a conventional location recognition system in an indoor environment, the distance between the listener and the beacon attached to the object is calculated by using a predetermined fixed ultrasonic velocity as shown in Equation 2 in calculating the distance between the listener and the beacon attached to the object. .

그러나, RF 신호와는 달리 초음파 신호의 속력은 위치 추정을 하고자 하는 실내 환경의 온도나 습도등과 같은 환경적 요소의 영향을 받으며 항상 일정한 값을 갖는 것이 아니라 실내 환경에 따라 변하게 된다.However, unlike the RF signal, the speed of the ultrasonic signal is influenced by environmental factors such as temperature or humidity of the indoor environment to estimate the position, and does not always have a constant value but changes according to the indoor environment.

따라서, 종래의 RF 신호와 초음파 신호의 도착시간 차이를 이용하여 위치를 추정하는 시스템에서는 실내 온도 변화나 습도 변화등의 실내 환경의 변화를 고려하지 않고 고정된 초음파 속도값을 사용하여 리스너와 비콘의 거리를 산출하는 과정에서 오차가 발생될 수 있으므로 실내 환경 변화에 따라 움직이는 객체의 정밀한 위치 추정이 어려운 문제점이 있다. Therefore, in the conventional system for estimating the position by using the arrival time difference between the RF signal and the ultrasonic signal, the listener and the beacon of the listener and the beacon are fixed by using a fixed ultrasonic speed value without considering the change in the indoor environment such as the change in the room temperature or the humidity. Since an error may occur in the process of calculating the distance, it is difficult to accurately estimate the moving object according to the change of the indoor environment.

따라서 본 발명의 제1 목적은 실내 환경에서의 움직이는 객체의 위치 추정의 정확성을 높이기 위하여 온도 또는 습도등의 실내 환경적 변화요소를 고려한 초음파 기반의 위치 추정 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, a first object of the present invention is to provide an ultrasound-based location estimation method in consideration of indoor environmental change factors such as temperature or humidity in order to increase the accuracy of location estimation of a moving object in an indoor environment.

또한, 본 발명의 제2 목적은 실내 환경에서의 움직이는 객체의 위치 추정의 정확성을 높이기 위하여 온도 또는 습도등의 실내 환경적 변화요소를 고려한 초음파 기반의 위치 추정 장치를 제공하는 것이다. In addition, a second object of the present invention is to provide an ultrasonic-based position estimation apparatus considering the indoor environmental change factors such as temperature or humidity in order to increase the accuracy of the position estimation of the moving object in the indoor environment.

또한, 본 발명의 제3 목적은 실내 환경에서의 움직이는 객체의 위치 추정의 정확성을 높이기 위하여 온도 또는 습도등의 실내 환경적 변화요소를 고려한 초음파 기반의 위치 추정 시스템을 제공하는 것이다.In addition, it is a third object of the present invention to provide an ultrasound-based position estimation system considering indoor environmental change factors such as temperature or humidity in order to increase the accuracy of position estimation of a moving object in an indoor environment.

상기한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 객체에 부착되어 제1 무선 신호와 제1 초음파 신호를 동시에 출력하는 비콘과, 실내의 서로 다른 위치에 배치되어 상기 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호를 수신하 는 복수의 수신 노드를 이용한 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법은, 상기 실내의 고정된 위치에 배치된 측정 노드와 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 하나의 수신 노드를 이용하여 상기 실내에서의 초음파 속도를 산출하는 단계와, 상기 동시에 출력된 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호가 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 세 개의 수신 노드에 도착한 제1 도착 시간의 차이 및 상기 산출된 초음파 속도에 기초하여 상기 비콘과 상기 적어도 세 개의 수신 노드와의 각각의 거리를 산출하는 단계와, 상기 산출된 상기 비콘과 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 세 개의 수신 노드와의 각각의 거리에 기초하여 상기 실내에서의 상기 비콘의 위치를 산출하는 단계를 포함한다. 상기 실내에서의 초음파 속도를 산출하는 단계는 상기 측정 노드에서 동시에 출력된 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호가 상기 적어도 하나의 수신 노드에 도착한 제2 도착 시간의 차이 및 상기 측정 노드와 상기 적어도 하나의 수신 노드간의 거리에 기초하여 상기 실내에서의 초음파 속도를 산출할 수 있다. 상기 비콘은 제1 주기로 상기 제1 무선 신호와 제1 초음파 신호를 동시에 발신할 수 있고, 상기 측정 노드는 상기 제1 주기보다 더 긴 제2 주기로 상기 제2 무선 신호와 상기 제2 초음파 신호를 동시에 발신할 수 있다. 상기 실내에서의 초음파 속도를 산출하는 단계는 상기 측정 노드의 위치와 상기 적어도 하나의 수신 노드의 위치로부터 상기 측정 노드와 상기 적어도 하나의 수신 노드와의 거리를 산출하는 단계와, 상기 측정 노드에서 동시에 출력된 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호가 상기 적어도 하나의 수신 노드에 도착한 제2 도착 시간의 차이를 측정하는 단계와, 상기 측정 노드와 상기 적어도 하나의 수신 노드와의 거리를 상기 제2 도착 시간의 차이로 나누어 상기 실내에서의 초음파 속도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 실내에서의 초음파 속도는 상기 복수의 수신 노드들 각각에 대해 상기 초음파 속도를 계산한 후 상기 계산된 초음파 속도의 평균값을 구하여 산출할 수 있다. 상기 복수의 수신 노드는 수신 노드 식별자(ID), 비콘 식별자(ID) 및 상기 제1 도착 시간의 차이를 외부의 서버로 메시지의 형태로 전송할 수 있다. 상기 복수의 수신 노드는 수신 노드 식별자(ID), 측정 노드 식별자(ID) 및 상기 측정 노드에서 동시에 출력된 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호가 도착한 제2 도착 시간의 차이를 외부의 서버로 메시지의 형태로 전송할 수 있다. 상기 실내에서의 초음파 속도는 상기 실내의 환경 변화에 따라 주기적으로 산출할 수 있다. A beacon attached to an object according to an aspect of the present invention for simultaneously achieving the first object of the present invention and outputting the first wireless signal and the first ultrasonic signal, and disposed at different locations in the room the first In the indoor ultrasound-based object position estimation method using a plurality of receiving nodes for receiving a radio signal and the first ultrasonic signal, at least one of the measuring node and the plurality of receiving nodes disposed at a fixed position in the room. Calculating an ultrasonic speed in the room by using one receiving node, and a first wireless signal and the first ultrasonic signal output simultaneously to at least three receiving nodes of the plurality of receiving nodes. Calculating respective distances between the beacons and the at least three receiving nodes based on the difference in arrival time and the calculated ultrasonic velocity; And calculating a position of the beacon in the room based on the calculated distance between the beacon and at least three receiving nodes of the plurality of receiving nodes. The calculating of the ultrasonic velocity in the room may include: a difference between a second radio signal simultaneously output from the measurement node and a second arrival time when the second ultrasonic signal arrives at the at least one receiving node, and the measurement node and the at least one. The ultrasonic velocity in the room can be calculated based on the distance between the receiving nodes. The beacon may simultaneously transmit the first radio signal and the first ultrasound signal in a first period, and the measurement node simultaneously transmits the second radio signal and the second ultrasound signal in a second period longer than the first period. I can send it. The calculating of the ultrasonic velocity in the room may include calculating a distance between the measurement node and the at least one receiving node from the position of the measuring node and the position of the at least one receiving node, and simultaneously at the measuring node. Measuring a difference between a second arrival time at which the output second wireless signal and the second ultrasonic signal arrive at the at least one receiving node; and determining a distance between the measuring node and the at least one receiving node. It may include the step of calculating the ultrasonic speed in the room by dividing by the time difference. The ultrasonic speed in the room may be calculated by calculating the average ultrasonic speed after calculating the ultrasonic speed for each of the plurality of receiving nodes. The plurality of receiving nodes may transmit a difference between a receiving node identifier (ID), a beacon identifier (ID), and the first arrival time in the form of a message to an external server. The plurality of receiving nodes may message to an external server a difference between a receiving node identifier (ID), a measuring node identifier (ID), and a second arrival time at which the second wireless signal and the second ultrasound signal simultaneously output from the measuring node arrive. Can be transmitted in the form of. The ultrasonic velocity in the room may be periodically calculated according to the environment change of the room.

또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 객체에 부착되어 제1 무선 신호와 제1 초음파 신호를 동시에 출력하는 비콘과, 실내에 고정 위치에 배치되어 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호를 동시에 발신하는 측정 노드와, 실내의 서로 다른 위치에 배치되어 상기 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호를 수신하는 복수의 수신 노드와 연동하여 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정을 수행하는 초음파 기반의 객체 위치 추정 장치는 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 하나의 수신 노드와 상기 측정 노드간의 거리 및 상기 제2 무선 신호와 상기 제2 초음파 신호가 도착한 도착 시간의 차이를 이용하여 상기 실내에서의 초음파 신호의 속도를 산출하고, 상기 도착 시간의 차이와 상기 산출된 초음파 속도를 이용하여 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 세 개의 수신 노드와 상기 비콘과의 거리를 산출하여 상기 비콘의 위치를 추정하는 서버와, 상기 복수의 수신 노 드들 중 적어도 하나의 수신 노드와 상기 측정 노드간의 거리 및 상기 실내에서의 초음파 신호의 속도를 저장하는 저장부를 포함한다. 상기 서버는 상기 측정 노드의 고정 위치와 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 하나의 수신 노드의 위치로부터 상기 측정 노드와 상기 적어도 하나의 수신 노드와의 거리를 산출하고, 상기 측정 노드에서 동시에 발신된 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호가 상기 적어도 하나의 수신 노드에 도착한 도착 시간의 차이를 측정하고, 상기 측정 노드와 상기 적어도 하나의 수신 노드와의 거리를 상기 도착 시간의 차이로 나누어 상기 실내에서의 초음파 속도를 산출할 수 있다. In addition, a beacon attached to an object according to an aspect of the present invention for simultaneously outputting the first wireless signal and the first ultrasonic signal for achieving the second object of the present invention, and the second wireless signal disposed in a fixed position in the room And a measurement node for simultaneously transmitting a second ultrasound signal and a plurality of reception nodes arranged at different locations in the room to receive the first wireless signal and the first ultrasound signal, and thus position the ultrasound-based object in the room An ultrasound-based object position estimating apparatus for estimating uses a distance between at least one receiving node of the plurality of receiving nodes and the measurement node and a difference between arrival times of the second wireless signal and the second ultrasonic signal. Calculating a speed of the ultrasonic signal in the room, and using the difference in the arrival time and the calculated ultrasonic speed. A server for estimating the position of the beacon by calculating a distance between at least three receiving nodes of the receiving nodes and the beacon, a distance between at least one receiving node of the plurality of receiving nodes and the measuring node, and the indoor It includes a storage unit for storing the speed of the ultrasonic signal. The server calculates a distance between the measurement node and the at least one receiving node from the fixed position of the measurement node and the position of at least one receiving node of the plurality of receiving nodes, and simultaneously transmits from the measuring node. Measuring a difference between arrival times of the 2 wireless signals and the second ultrasonic signals arriving at the at least one receiving node, and dividing the distance between the measuring node and the at least one receiving node by the difference of the arrival times; The ultrasonic velocity can be calculated.

또한, 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 시스템은 객체에 부착되어 제1 무선 신호와 제1 초음파 신호를 동시에 발신하는 비콘과, 실내에 고정 위치에 배치되어 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호를 동시에 발신하는 측정 노드와, 상기 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호가 도착한 제1 도착 시간의 차이 및 상기 제2 무선 신호와 상기 제2 초음파 신호가 도착한 제2 도착 시간의 차이를 측정하는 수신 노드와, 상기 수신 노드와 상기 측정 노드간의 거리 및 상기 제2 도착 시간의 차이를 이용하여 상기 실내에서의 초음파 신호의 속도를 산출하고, 상기 제2 도착 시간의 차이와 상기 산출된 초음파 속도를 이용하여 적어도 세 개의 수신 노드와 상기 비콘과의 거리를 산출하여 상기 비콘의 위치를 추정하는 서버를 포함한다.In addition, the ultrasonic based object position estimation system in the room according to an aspect of the present invention for achieving the third object of the present invention is a beacon attached to the object and transmits the first wireless signal and the first ultrasonic signal at the same time, A measurement node arranged at a fixed position in the room and simultaneously transmitting a second radio signal and a second ultrasound signal, a difference between a first arrival time at which the first radio signal and the first ultrasound signal arrive, and the second radio signal; The speed of the ultrasonic signal in the room is calculated by using a reception node measuring a difference in a second arrival time when the second ultrasonic signal arrives, a distance between the reception node and the measurement node, and a difference in the second arrival time. The distance between the at least three receiving nodes and the beacon is calculated by using the difference between the second arrival time and the calculated ultrasonic speed. And a server for estimating the value.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 초음파 기반의 위치 추정 방법 및 시 스템에 따르면, 고정된 위치에 배치된 측정 노드를 추가적으로 사용하여 온도 또는 습도등의 실내 환경 요소의 변화에 따라 유동적으로 변화하는 초음파의 속도를 산출함으로써 보다 정확한 초음파 속도를 이용하여 리스너와 움직이는 객체에 부착된 비콘의 거리를 산출한다. 따라서, 어떠한 실내 환경에서도 초음파 기반의 위치 추정 시스템의 최종 목표인 추정하고자 하는 객체 위치 추정의 정확도를 높일 수 있다. As described above, according to the ultrasound-based position estimation method and system of the present invention, by additionally using a measurement node disposed at a fixed position, the ultrasonic wave may be changed according to the change of an indoor environment element such as temperature or humidity. By calculating the velocity, the distance between the listener and the beacon attached to the moving object is calculated using more accurate ultrasonic velocity. Therefore, in any indoor environment, it is possible to increase the accuracy of the object position estimation to be the final target of the ultrasound-based position estimation system.

또한, 실내 환경 변화를 실시간으로 고려하여 적응적으로 객체 위치 추정을 수행함으로써 실내 환경 변화에 관계없이 어떠한 실내 환경에서도 객체 위치 추정의 정확도를 높일 수 있다. In addition, by performing the object position estimation in consideration of the change in the indoor environment in real time, it is possible to increase the accuracy of the object position estimation in any indoor environment regardless of the change in the indoor environment.

또한, 실내 환경 변화를 실시간으로 고려하여 객체 위치 추정을 수행함으로써 상기 추정된 객체 위치 정보에 기반한 다양한 유비쿼터스 위치기반 서비스를 제공할 수 있다.In addition, by performing object location estimation in consideration of changes in the indoor environment in real time, various ubiquitous location-based services based on the estimated object location information may be provided.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있 지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the reference numerals in order to facilitate the overall understanding.

이하에서는 초음파 신호와 RF(radio freqeuncy) 신호간의 도착 시간의 차이를 이용하여 실내에서의 객체의 위치를 추정하는 방법 및 시스템에 대해 설명하지만, 초음파 신호와 함께 사용되는 신호는 RF 신호에 한정되는 것은 아니며, 적외선 신호등과 같이 초음파 신호의 속도 344 m/s에 비해 수학식 1에서

Figure 112007078378217-pat00002
항이 무시될 수 있을 정도의 전파 속도를 가지는 다른 신호도 사용이 가능하다. Hereinafter, a method and system for estimating the position of an object in a room using a difference in arrival time between an ultrasonic signal and a radio freqeuncy (RF) signal will be described. However, the signal used with the ultrasonic signal is not limited to the RF signal. In comparison to the speed of the ultrasonic signal 344 m / s, such as an infrared signal lamp,
Figure 112007078378217-pat00002
Other signals with propagation speeds such that the term can be ignored can be used.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 시스템에 사용되는 비콘(Beacon) 노드와 리스너(Listener) 노드의 개략적인 내부 구성도이고, 도 2는 RF 신호와 초음파 신호의 속도 차이에 의한 도착 시간 차이를 보여주는 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 노드(Calibration node)를 이용한 실내 위치 추정 시스템의 전체적 구성도를 나타낸다. FIG. 1 is a schematic internal configuration diagram of a beacon node and a listener node used in a position estimation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating arrival due to speed difference between an RF signal and an ultrasonic signal. 3 is a conceptual diagram illustrating a time difference, and FIG. 3 illustrates an overall configuration diagram of an indoor location estimation system using a measurement node according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 비콘 노드(100)는 RF 신호를 발신하는 RF 송신기(110) 및 초음파 신호를 발신하는 초음파 송신기(120)로 이루어진다. 리스너 노드(200)는 비콘 노드(100)에서 발신하는 RF 신호를 수신하는 RF 수신기(200) 및 비콘 노드(100)에서 발신하는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기(220)를 포함한다. 이하, 리스너 노드는 수신 노드를 나타낸다. RF 신호의 속도는 3 * 108 m/s 이고, 초음파 신호의 속도는 344 m/s이다. 여기서, RF 신호로는 예를 들어 300MHz 내지 1000MHz 대역의 주파수를 가지는 신호를 사용할 수 있다. Referring to FIG. 1, the beacon node 100 includes an RF transmitter 110 that transmits an RF signal and an ultrasonic transmitter 120 that transmits an ultrasonic signal. The listener node 200 includes an RF receiver 200 for receiving an RF signal transmitted from the beacon node 100 and an ultrasonic receiver 220 for receiving an ultrasonic signal transmitted from the beacon node 100. Hereinafter, the listener node represents a receiving node. The speed of the RF signal is 3 * 10 8 m / s and the speed of the ultrasonic signal is 344 m / s. Here, for example, a signal having a frequency in a 300 MHz to 1000 MHz band may be used as the RF signal.

도 2를 참조하면, 비콘 노드(100)에서 발신한 RF 신호가 리스너 노드(200)에 t0 시각에 도착하고, 비콘 노드(100)에서 발신한 초음파 신호가 t0 이후 t1 시각에 리스너 노드(200)에 도착하는 경우, 상기 RF 신호와 초음파 신호의 도착시간 차이(t1-t0)를 이용하면 각 리스너 노드로부터 비콘 노드까지의 거리를 추정할 수 있다. Referring to FIG. 2, an RF signal transmitted from the beacon node 100 arrives at the listener node 200 at time t0, and an ultrasonic signal transmitted from the beacon node 100 arrives at the time t1 after t0. When arriving at, the distance from each listener node to the beacon node can be estimated using the difference between arrival times t1-t0 of the RF signal and the ultrasonic signal.

예를 들어, 비콘 노드 또는 후술할 측정 노드(Calibration node)로부터 발신하는 RF 신호는 초음파 신호에 비해 리스너 노드에 먼저 도착하므로 상기 RF 신호와 초음파 신호의 도착시간 차이를 이용하면 각 리스너 노드로부터 비콘 노드 또는 측정 노드까지의 거리를 산출할 수 있다. For example, an RF signal transmitted from a beacon node or a measurement node to be described later arrives at a listener node first, compared to an ultrasonic signal, and thus, when the arrival time difference between the RF signal and the ultrasonic signal is used, the beacon node is received from each listener node. Alternatively, the distance to the measurement node can be calculated.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 RF 신호 및 초음파 신호의 속도 차이를 이용한 위치 추정 시스템은 복수의 리스너(Listener) 노드(301, 303, 305, 307, 309, 311)와, 온도나 습도와 같은 실내 환경의 변화에 따라 실시간 으로 좀 더 정확한 위치 추정을 위해 초음파의 속도를 계산하기 위한 측정(Calibration) 노드(321)와, 최종 위치 추정의 목표가 되는 객체에 부착된 비콘(Beacon) 노드(331)와, 초음파 기반의 객체 위치 추정 장치(350)를 포함한다. 상기 초음파 기반의 객체 위치 추정 장치(350)는 복수의 리스너 노드들(301, 303, 305, 307, 309, 311)로부터 각 리스너 노드와 비콘 노드(331)간의 RF 신호와 초음파 신호의 도달 시간 차이, 각 리스너 노드와 측정 노드(321)간의 RF 신호와 초음파 신호의 도달 시간 차이, 및 리스너 식별자(ID) 등의 정보를 제공받아 객체의 위치를 추정하는 서버(352)와 저장부(354)를 포함한다. As shown in FIG. 3, the position estimation system using the speed difference between the RF signal and the ultrasonic signal according to an embodiment of the present invention includes a plurality of listener nodes 301, 303, 305, 307, 309, and 311. And a calibration node 321 for calculating the velocity of the ultrasonic wave for more accurate position estimation in real time according to changes in the indoor environment such as temperature or humidity, and a beacon attached to the object that is the target of the final position estimation. (Beacon) node 331, and the ultrasound-based object position estimation device 350. The ultrasound-based object position estimating apparatus 350 compares the arrival time difference between the RF signal and the ultrasonic signal between each listener node and the beacon node 331 from a plurality of listener nodes 301, 303, 305, 307, 309, and 311. The server 352 and the storage unit 354 for estimating the position of the object by receiving information such as a difference in arrival time between the RF signal and the ultrasonic signal between each listener node and the measurement node 321, and a listener identifier (ID) are provided. Include.

비콘 노드(331) 및 측정 노드(321)는 RF 신호 및 초음파 신호를 주기적으로 발신하고, 천정에 부착된 복수의 리스너 노드는 비콘 노드(321) 및 측정 노드(321)로부터 발신된 RF 신호 및 초음파 신호를 수신한다. 비콘 노드(100)는 상기 RF 신호와 초음파 신호를 동시에 발신한다. The beacon node 331 and the measurement node 321 periodically transmits an RF signal and an ultrasonic signal, and the plurality of listener nodes attached to the ceiling are RF signals and ultrasonic waves transmitted from the beacon node 321 and the measurement node 321. Receive the signal. The beacon node 100 simultaneously transmits the RF signal and the ultrasonic signal.

비콘 노드(331)는 빠른 업데이트를 위해 제1 주기 간격으로 상기 RF 신호와 초음파 신호를 발신할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 주기는 0.5 초가 될 수 있다. 측정 노드(321)는 비콘 노드(331)보다 상대적으로 더 느린 제2 주기 주기 간격으로 상기 RF 신호와 초음파 신호를 발신할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 주기는 5초가 될 수 있다. The beacon node 331 may transmit the RF signal and the ultrasonic signal at a first periodic interval for quick update. For example, the first period may be 0.5 second. The measurement node 321 may transmit the RF signal and the ultrasonic signal at second intervals that are relatively slower than the beacon node 331. For example, the second period may be 5 seconds.

비콘 노드(331) 및 측정 노드(321)는 자신의 식별자(ID)를 표시하기 위해 자신의 ID를 실어서 RF 신호와 초음파 신호를 발신한다. 예를 들어, 비콘 노드(331) 및 측정 노드(321)는 자신의 ID를 RF 신호에 실어서 발신할 수 있다. 예를 들어, 비콘 노드(331)는 beacon 이라는 ID, 측정 노드(321)는 cal 이라는 ID를 RF 신호에 실어서 발신할 수 있다.The beacon node 331 and the measurement node 321 carry an RF signal and an ultrasonic signal carrying their ID to display their identifier (ID). For example, the beacon node 331 and the measurement node 321 may transmit their ID by putting them on the RF signal. For example, the beacon node 331 may transmit an ID called beacon and the measurement node 321 may carry an ID called cal on an RF signal.

도 3에서는 복수의 리스너 노드들(301, 303, 305, 307, 309, 311)은 각각 P21, P22, P23, P24, P25, P26의 위치와 같이 천정의 고정된 위치에 부착된 것을 예로 들었으나, 복수의 리스너 노드들의 배치 위치는 실내의 천정외에 다른 위치에 배치될 수 있음은 물론이다. 서버(352)에서는 상기 복수의 리스너 노드들의 P21(x21, y21, z21), P22(x22, y22, z22), P23(x23, y23, z23), P24(x24, y24, z24), P25(x25, y25, z25), P26(x26, y26, z26) 좌표 정보와 같은 위치 정보를 가지고 있다. In FIG. 3, for example, the plurality of listener nodes 301, 303, 305, 307, 309, and 311 are attached to fixed ceiling positions, such as the positions of P21, P22, P23, P24, P25, and P26, respectively. In addition, the arrangement positions of the plurality of listener nodes may be disposed at other positions besides the ceiling of the room. In the server 352, P21 (x21, y21, z21), P22 (x22, y22, z22), P23 (x23, y23, z23), P24 (x24, y24, z24), and P25 (x25) of the plurality of listener nodes. , y25, z25) and P26 (x26, y26, z26) have positional information such as coordinate information.

비콘 노드(331)는 위치 추정의 타겟이 되는 사람 또는 사물과 같은 객체에 부착될 수 있다. 측정 노드(321)는 실내의 온도 또는 습도등의 환경 요소등을 고려하여 보다 정확한 초음파의 속도를 계산하기 위하여 실내의 고정된 위치에 배치된다. 측정 노드(321)는 예를 들어 실내의 바닥에 위치할 수 있다. 서버(352)에서는 측정 노드(321)의 P1(x1, y1, z1) 좌표 정보와 같은 위치 정보를 가지고 있다.  The beacon node 331 may be attached to an object, such as a person or object, that is the target of location estimation. The measuring node 321 is disposed at a fixed location in the room in order to calculate a more accurate speed of ultrasonic waves in consideration of environmental factors such as temperature or humidity of the room. The measuring node 321 may be located on the floor of the room, for example. The server 352 has location information such as P1 (x1, y1, z1) coordinate information of the measurement node 321.

복수의 리스너 노드들(301, 303, 305, 307, 309, 311)은 비콘 노드(331)와 측정 노드(321)로부터의 RF 신호와 초음파 신호의 도착시간 차이를 측정한다. The plurality of listener nodes 301, 303, 305, 307, 309, and 311 measure differences in arrival times of RF signals and ultrasonic signals from the beacon node 331 and the measurement node 321.

측정 노드(321)는 항상 고정된 위치에 놓임으로써, 고정된 측정 노드(321)의 위치와 리스너 노드의 위치를 이용하면 하기의 수학식 3과 같이 유클리디언 공식을 이용하여 측정 노드(321)와 각 리스너 노드간의 거리를 계산할 수 있다.Since the measurement node 321 is always placed at a fixed position, using the fixed position of the measurement node 321 and the position of the listener node, the measurement node 321 using the Euclidean formula as shown in Equation 3 below. And the distance between each listener node.

[수학식3][Equation 3]

Figure 112007078378217-pat00003
Figure 112007078378217-pat00003

여기서, x1, y1, z1는 측정 노드(321)의 P1 지점(x1, y1, z1)에서의 좌표를 나타내고, x2i, y2i, z2i는 i 번째 리스너의 Pi 지점(x2i, y2i, z2i)에서의 좌표를 나타낸다. Here, x1, y1, z1 represent the coordinates at the P1 points (x1, y1, z1) of the measuring node 321, and x2i, y2i, z2i are the Pi points (x2i, y2i, z2i) of the i-th listener. Represents a coordinate.

서버(352)는 상기 계산된 측정 노드(321)와 각 리스너 노드간의 거리를 저장부(354)에 저장할 수 있다. The server 352 may store the calculated distance between the measured node 321 and each listener node in the storage unit 354.

측정 노드와 각 리스너 너드간의 거리를 알고, 소정 시간간격으로 RF 신호와 초음파 신호의 도착시간의 차이를 측정함으로써 하기 수학식 4에 나타난바와 같이 실내 환경 변화에 따른 초음파의 속도를 실시간으로 좀더 정확하게 계산할 수 있다.By knowing the distance between the measuring node and each listener, and measuring the difference between the arrival time of the RF signal and the ultrasonic signal at a predetermined time interval, the speed of the ultrasonic wave according to the change of the indoor environment can be calculated more accurately in real time as shown in Equation 4 below. Can be.

[수학식4][Equation 4]

초음파의 속도 =

Figure 112007078378217-pat00004
Speed of ultrasound =
Figure 112007078378217-pat00004

여기서, 고정된 위치에 놓인 측정 노드(321)와 복수의 리스너 사이의 각각의 거리를 계산하여 복수의 초음파 속도를 산출하여 평균값을 구할수 도 있고, 또는 고정된 위치에 놓인 측정 노드(321)와 하나의 리스너 사이의 각각의 거리를 계산하여 초음파 속도를 산출할 수도 있다. Here, an average value may be obtained by calculating a plurality of ultrasonic velocities by calculating respective distances between the measurement node 321 positioned at a fixed position and the plurality of listeners, or the measurement node 321 positioned at a fixed position. The ultrasonic velocity may also be calculated by calculating each distance between one listener.

동적인 움직임을 가지는 모바일 사용자에 부착된 비콘 노드(331)와 리스너 노드(321)까지의 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간 차이를 측정하고, 상기 측정 노드(321)를 통해 산출된 초음파의 속도를 이용하면 비콘 노드(331)로부터 각 리스 너 노드까지의 거리를 산출할 수 있다. Measuring the arrival time difference between the RF signal and the ultrasonic signal to the beacon node 331 and the listener node 321 attached to the mobile user having a dynamic movement, and measures the speed of the ultrasonic wave calculated through the measurement node 321 In this case, the distance from the beacon node 331 to each listener node can be calculated.

적어도 3개의 리스너 노드와 비콘 노드(331)간의 거리를 이용하여 최종적으로 비콘 노드(331)의 3차원에서의 위치를 추정할 수 있다. The distance between the at least three listener nodes and the beacon node 331 may finally estimate the location of the beacon node 331 in three dimensions.

실내 환경의 변화를 반영하여 정밀한 초음파 속도를 계산함으로써 실내 환경에서의 위치 추정 시스템에서의 정밀도를 향상 시킬 수 있다. The precision of the position estimation system in the indoor environment can be improved by calculating the precise ultrasonic velocity by reflecting the change in the indoor environment.

일반적으로 실내 위치 추정 시스템에서 추정하고자 하는 모바일 노드(비콘)의 위치 추정은 삼각측량법(Triangulation)을 통한 방법이 많이 사용된다. 삼각측량법은 삼각형의 기하학적인 성질을 이용하여 대상의 위치를 계산 하는 방법으로, 미리 알고 있는 천정에 부착된 3개 이상의 리스너 노드의 절대 위치로부터 추정 하고자 하는 모바일 노드까지의 거리를 측정하여 모바일 노드의 위치를 계산하는 Lateration 기법을 사용 한다. Lateration 기법을 사용하여, 최종 모바일 노드의 3-D 에서의 위치 추정을 위해서는 각각의 리스너와 비콘 사이에서의 측정된 거리 및 최초의 추정되는 비콘 노드의 위치 정보를 필요로 한다. 각각의 리스너와 비콘(331) 사이에서의 거리는 리스너에서 측정 된 비콘으로부터 수신된 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간 차이 및 측정노드(321)를 이용해 계산된 초음파의 속도를 사용하여 획득될 수 있다. Lateration 방법에서는 비콘 노드의 추정위치를 반복적인 계산 방법을 통하여 최종 위치에서의 오차를 최소로 하는 방법을 택한다. 이를 통해, 움직이는 비콘의 최종 위치를 추정할 수 있다. In general, triangulation is used to estimate the position of a mobile node (beacon) to be estimated in an indoor position estimation system. Triangulation is a method of calculating the position of an object using the geometrical characteristics of a triangle. It measures the distance from the absolute position of three or more listener nodes attached to the ceiling in advance to the mobile node to be estimated. Use the Lateration technique to calculate the position. Using the Lateration technique, the position estimation in 3-D of the final mobile node requires the measured distance between each listener and the beacon and the position information of the first estimated beacon node. The distance between each listener and the beacon 331 may be obtained using the arrival time difference between the RF signal and the ultrasonic signal received from the beacon measured at the listener and the velocity of the ultrasonic waves calculated using the measurement node 321. In the lateration method, the method of minimizing the error at the final position through the iterative calculation method for the estimated position of the beacon node is selected. Through this, the final position of the moving beacon can be estimated.

이하, 도 3을 참조하여 구체적인 예를 들어 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 기반의 위치 추정 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, an ultrasound-based position estimation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

측정 노드(321)가 발신한 RF 신호와 초음파 신호를 리스너 3(305)와 리스너 6(311)에서 수신 하였다고 가정한다. 이때 리스너 3(305)에서는 측정 노드(321)로부터 받은 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간의 차이가 10ms로 측정되고, 리스너 6(311)에서는 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간의 차이가 12ms 라고 가정한다. 이때, 리스너 3(305)와 리스너 6(311)은 측정 노드(321)로부터 RF 신호와 초음파 신호를 수신할 경우 측정 노드(321)의 고유 아이디(cal)를 함께 수신함으로써 수신된 RF 신호와 초음파 신호가 측정 노드(321)로부터 온 신호임을 알 수 있다. It is assumed that the RF signal and the ultrasonic signal transmitted by the measurement node 321 are received by the listener 3 305 and the listener 6 311. In this case, the difference between the arrival time of the RF signal and the ultrasonic signal received from the measurement node 321 is measured to 10 ms in the listener 3 305, and the difference between the arrival times of the RF signal and the ultrasonic signal is 12 ms in the listener 6 311. do. In this case, when the listener 3 305 and the listener 6 311 receive the RF signal and the ultrasound signal from the measurement node 321, the listener 3 305 and the listener 6 311 receive the unique ID (cal) of the measurement node 321 together with the received RF signal and the ultrasound. It can be seen that the signal is a signal from the measurement node 321.

측정 노드(321)로부터의 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간 차이를 인지한 리스너 3(305)와 리스너 6(311)은 상기 도착시간 차이 및 측정 노드(321)의 고유 아이디(cal)를 RF 통신 혹은 시리얼 통신으로 서버(352)에게 전송한다. 리스너 3(305)에서 서버로 전송하는 메시지는 리스너 ID, 측정 노드 ID, 도착 시간 차이값을 (Listener3, cal, 10ms) 형태로 포함하고, 리스너 6(311)에서 서버(352)으로 전송하는 메시지는 (Listener6, cal, 12ms) 형태로 포함한다. Listener 3 (305) and Listener 6 (311), which recognize the difference in the arrival time of the RF signal and the ultrasonic signal from the measurement node 321, communicates the difference between the arrival time and the unique ID (cal) of the measurement node 321 by RF communication. Or it transmits to the server 352 by serial communication. The message transmitted from the listener 3 305 to the server includes the listener ID, the measurement node ID, and the arrival time difference in the form of (Listener3, cal, 10 ms), and the message transmitted from the listener 6 311 to the server 352. Contains in the form (Listener6, cal, 12ms).

서버(352)에서는 미리 알고 있는 측정 노드(321) P1 위치에서의 좌표값 (300, 400, 0), 리스너 3의 P3 위치에서의 좌표값 (450,0,300), 리스너 6의 P6 위치에서의 좌표값(450,200,300)을 이용하여 각 리스너로부터 측정 노드(321) 까지의 거리 d3, d6를 수학식 3의 유클리디언 거리의 공식을 이용하여 계산할 수 있다. 서버(352)에서는 상기 계산된 각 리스너로부터 측정 노드(321)까지의 거리를 저장부(354)에 저장할 수 있다. 여기에서 계산한 거리값과 10ms 및 12ms 로 측정된 도착 시간의 차이값을 이용하여 서버(352)에서는 각각의 초음파 신호의 속도를 계산 할 수 있다. 서버(352)에서는 상기 계산된 두 개의 초음파 신호의 속력의 평균값을 이용해서 현재 측정하고자 하는 실내에서의 초음파의 속도를 계산하고 초음파 속도값을 저장부(354)에 저장하고, 주기적으로 상기 초음파 속도 계산 과정을 수행함으로서 초음파 속도값을 실내 환경의 변화에 따라 업데이트할 수 있다. In the server 352, the coordinate values (300, 400, 0) at the P1 position of the measurement node 321 known in advance, the coordinate values (450, 0, 300) at the P3 position of the listener 3, and the coordinates at the P6 position of the listener 6 are known. Using the values 450, 200, and 300, the distances d3 and d6 from each listener to the measurement node 321 may be calculated using the Euclidean distance equation (3). The server 352 may store the calculated distance from each listener to the measurement node 321 in the storage unit 354. The server 352 may calculate the speed of each ultrasonic signal using the difference between the distance value calculated here and the arrival time measured in 10 ms and 12 ms. The server 352 calculates the speed of the ultrasonic waves in the room to be measured currently using the average value of the speeds of the two ultrasonic signals, stores the ultrasonic speed value in the storage unit 354, and periodically stores the ultrasonic speed. By performing the calculation process, the ultrasonic velocity value may be updated as the indoor environment changes.

한편, 모바일 사용자가 지니는 비콘 노드(331)가 발신한 RF 신호와 초음파 신호를 리스너 1(301), 리스너 2(303), 리스너 4(307)에서 수신하였다고 가정한다. 이때 리스너 1(301), 리스너 2(303), 리스너 4(307)에서 수신한 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간의 차이가 각각 10ms, 20ms, 30ms 라고 가정하면, 리스너 1(301), 리스너 2(303), 리스너 4(307)는 각각 리스너 ID, 비콘 ID, 도착 시간 차이값을 (Listener1, beacon, 10ms), (Listener2, beacon, 20ms), (Listener4, beacon, 30ms) 형태의 메시지로 서버(352)에 전송한다. 서버(352)는 상기 메시지들을 수신하고, 상기 도착 시간 차이 및 측정 노드(321)를 이용하여 이미 계산하여 저장하고 있던 초음파 신호의 속도값을 이용하여 리스너 1(301)과 비콘(331)간의 거리(Listener1 <-> Beacon), 리스너 2(303)과 비콘(331)간의 거리(Listener2 <-> Beacon), 리스너 4(307)과 비콘(331)간의 거리(Listener4 <-> Beacon) 까지의 거리를 계산할 수 있고, 상기 비콘(331)과의 거리 값을 이용해 최종적으로 비콘(331)의 최종 좌표 값을 계산할 수 있다. Meanwhile, it is assumed that the RF signal and the ultrasonic signal transmitted by the beacon node 331 of the mobile user are received by the listener 1 301, the listener 2 303, and the listener 4 307. At this time, assuming that the difference between the arrival time of the RF signal and the ultrasonic signal received by the listener 1 301, the listener 2 303, and the listener 4 307 is 10 ms, 20 ms, and 30 ms, respectively, the listener 1 (301) and the listener 2 303 and Listener 4 307 respectively set the listener ID, beacon ID, and arrival time difference as (Listener1, beacon, 10ms), (Listener2, beacon, 20ms), and (Listener4, beacon, 30ms) messages. To 352. The server 352 receives the messages, the distance between the listener 1 301 and the beacon 331 using the arrival time difference and the velocity value of the ultrasonic signal that has been calculated and stored using the measurement node 321. (Listener1 <-> Beacon), distance between Listener 2 303 and Beacon 331 (Listener2 <-> Beacon), distance between Listener 4 307 and Beacon 331 (Listener4 <-> Beacon) It may be calculated, and finally the final coordinate value of the beacon 331 by using the distance value with the beacon 331.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 기반의 실내 위치 추정 방법을 나타낸 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of estimating an indoor position based on ultrasound according to an embodiment of the present invention.

먼저 현재 실내 환경에서의 초음파 속도를 산출하기 위하여 고정된 위치에 놓인 측정 노드(321)와 복수의 리스너 사이의 거리를 계산한다(단계 S410). 여기서, 고정된 위치에 놓인 측정 노드(321)와 복수의 리스너 사이의 각각의 거리를 계산하여 복수의 초음파 속도를 산출하여 평균값을 구할수 도 있고, 또는 고정된 위치에 놓인 측정 노드(321)와 하나의 리스너 사이의 각각의 거리를 계산하여 초음파 속도를 산출할 수도 있다. 이하에서는, 고정된 위치에 놓인 측정 노드(321)와 복수의 리스너 사이의 각각의 거리를 계산하여 산출한 복수의 초음파 속도의 평균값으로 현재 실내 환경에서의 초음파 속도를 구하는 경우를 예로 들어 설명한다. First, in order to calculate the ultrasonic velocity in the current indoor environment, the distance between the measurement node 321 placed at a fixed position and the plurality of listeners is calculated (step S410). Here, an average value may be obtained by calculating a plurality of ultrasonic velocities by calculating respective distances between the measurement node 321 positioned at a fixed position and the plurality of listeners, or the measurement node 321 positioned at a fixed position. The ultrasonic velocity may also be calculated by calculating each distance between one listener. Hereinafter, a case where the ultrasonic velocity in the current indoor environment is obtained using an average value of the plurality of ultrasonic velocities calculated by calculating respective distances between the measurement node 321 placed at a fixed position and the plurality of listeners will be described.

측정 노드(321)에서 주기적으로 발신하는 RF 신호와 초음파 신호는 각 리스너에서 수신하는데, 이때 RF 신호와 초음파 신호의 전파 속도 차이로 인해 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간 차이를 각각의 리스너 노드에서 측정한다(단계 S420). The RF signal and the ultrasonic signal periodically transmitted from the measurement node 321 are received at each listener, and the difference in the arrival time of the RF signal and the ultrasonic signal is measured at each listener node due to the difference in the propagation speed of the RF signal and the ultrasonic signal. (Step S420).

단계 S410에서 산출한 측정 노드(321)과 각 리스너 사이의 거리와 S420을 통해 측정한 도착 시간 차이를 수학식 4에 대입하여 위치 추정을 이루고자 하는 실내에서의 초음파 속도를 계산할 수 있다 (단계 S430). The ultrasonic velocity in the room to achieve a position estimation may be calculated by substituting the distance between the measurement node 321 calculated in step S410 and each listener and the arrival time difference measured through S420 into Equation 4 (step S430). .

최종적으로 위치를 추정하고자 하는 객체에 부착된 비콘 노드(331)는 측정 노드(321)과 마찬가지로 주기적으로 RF 신호와 초음파 신호를 발신하며, 각 리스너 노드에서는 측정 노드(321)에서 발신하는 RF 신호와 초음파 신호간의 도착 시간의 차이값 뿐 아니라, 비콘 노드(331)에서 발신하는 RF 신호와 초음파 신호간의 도착신호의 차이값 또한 주기적으로 측정한다(단계 S440). Finally, the beacon node 331 attached to the object for which the position is to be estimated periodically transmits an RF signal and an ultrasonic signal, similarly to the measurement node 321, and each listener node transmits an RF signal and an RF signal transmitted from the measurement node 321. In addition to the difference value of the arrival time between the ultrasonic signals, the difference value of the arrival signal between the RF signal and the ultrasonic signal transmitted from the beacon node 331 is also periodically measured (step S440).

각 리스너 노드에서 측정한 비콘 노드(331)에서 발신하는 RF 신호와 초음파 신호간의 도착신호의 차이값과 단계 S430에서 구한 초음파 속도값을 이용하여 수학 식 2에 따라서 각 리스너 노드에서 비콘 노드(331)간의 거리를 계산한다(단계 S450). The beacon node 331 at each listener node according to Equation 2 using the difference value of the arrival signal between the RF signal and the ultrasonic signal transmitted from the beacon node 331 measured at each listener node and the ultrasonic speed value obtained at step S430. The distance between them is calculated (step S450).

적어도 3개의 리스너 노드와 비콘 노드(331)간의 거리를 이용하여 최종적으로 비콘 노드(331)의 3차원에서의 위치를 추정한다(단계 S460). Finally, the position of the beacon node 331 in three dimensions is estimated using the distance between the at least three listener nodes and the beacon node 331 (step S460).

이때, 계산된 각 리스너 노드에서 비콘 노드(331)간의 거리는 실내 환경 요소를 충분히 고려하여 구한 거리이므로 실내 환경 요소를 고려하지 않은 종래의 고정된 초음파 속도를 이용하였을 때와 비교하여 좀 더 정확한 거리를 얻을 수 있고, 그 결과 최종적으로 객체의 위치 추정의 정밀도를 향상 시킬 수 있다. In this case, since the distance between the beacon nodes 331 in each of the calculated listener nodes is obtained by sufficiently considering the indoor environmental factors, a more accurate distance is compared with the conventional fixed ultrasonic velocity which does not consider the indoor environmental factors. As a result, it is possible to finally improve the precision of the object position estimation.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 시스템에 사용되는 비콘(Beacon) 노드와 리스너(Listener) 노드의 개략적인 내부 구성도이다. 1 is a schematic internal configuration diagram of a beacon node and a listener node used in a position estimation system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 RF 신호와 초음파 신호의 속도 차이에 의한 도착 시간 차이를 보여주는 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating a difference in arrival time due to a speed difference between an RF signal and an ultrasonic signal.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 노드(Calibration node)를 이용한 실내 위치 추정 시스템의 전체적 구성도이다. 3 is an overall configuration diagram of an indoor position estimation system using a measurement node according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 기반의 실내 위치 추정 방법을 나타낸 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of estimating an indoor position based on ultrasound according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100, 331: 비콘 100, 331: Beacon

200, 301, 303, 305, 307, 309, 311: 수신 노드(Listner)200, 301, 303, 305, 307, 309, 311: Receive node

321: 측정 노드(Calibration node)321: calibration node

Claims (12)

객체에 부착되어 제1 무선 신호와 제1 초음파 신호를 동시에 출력하는 비콘과, 실내의 서로 다른 위치에 배치되어 상기 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호를 수신하는 복수의 수신 노드를 이용한 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법은, Indoors using a beacon attached to an object and simultaneously outputting a first wireless signal and a first ultrasonic signal, and a plurality of receiving nodes arranged at different locations in the room to receive the first wireless signal and the first ultrasonic signal. Ultrasonic-based object location estimation method, 상기 실내의 고정된 위치에 배치된 측정 노드와 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 하나의 수신 노드를 이용하여 상기 측정 노드와 상기 적어도 하나의 수신 노드와의 거리를 산출하고, 상기 산출한 거리 및 상기 측정 노드에서 동시에 출력된 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호가 상기 적어도 하나의 수신 노드에 도착한 제2 도착 시간의 차이에 기초하여 상기 실내에서의 초음파 속도를 산출하는 단계;The distance between the measurement node and the at least one receiving node is calculated using at least one of the plurality of receiving nodes and the measuring node arranged at a fixed position in the room, and the calculated distance and the Calculating an ultrasonic velocity in the room based on a difference between a second radio signal simultaneously output from the measurement node and a second arrival time when the second ultrasonic signal arrives at the at least one receiving node; 상기 동시에 출력된 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호가 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 세 개의 수신 노드에 도착한 제1 도착 시간의 차이 및 상기 산출된 초음파 속도에 기초하여 상기 비콘과 상기 적어도 세 개의 수신 노드와의 각각의 거리를 산출하는 단계; 및 The beacon and the at least three based on a difference between a first arrival time at which the first wireless signal and the first ultrasonic signal output at the same time arrive at at least three receiving nodes of the plurality of receiving nodes and the calculated ultrasonic speed. Calculating respective distances to the two receiving nodes; And 상기 산출된 상기 비콘과 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 세 개의 수신 노드와의 각각의 거리에 기초하여 상기 실내에서의 상기 비콘의 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법. And calculating a position of the beacon in the room based on the calculated distance between the beacon and at least three receiving nodes of the plurality of receiving nodes. Object location estimation method. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 비콘은 제1 주기로 상기 제1 무선 신호와 제1 초음파 신호를 동시에 발신하고, 상기 측정 노드는 상기 제1 주기보다 더 긴 제2 주기로 상기 제2 무선 신호와 상기 제2 초음파 신호를 동시에 발신하는 것을 특징으로 하는 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법. The method of claim 1, wherein the beacon simultaneously transmits the first radio signal and the first ultrasonic signal in a first period, and the measurement node is the second radio signal and the second in a second period longer than the first period An ultrasound-based object position estimation method in a room, characterized by simultaneously transmitting an ultrasonic signal. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 실내에서의 초음파 속도는 According to claim 1, wherein the ultrasonic velocity in the room 상기 복수의 수신 노드들 각각에 대해 상기 초음파 속도를 계산한 후 상기 계산된 초음파 속도의 평균값을 구하여 산출하는 것을 특징으로 하는 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법. And calculating the average value of the calculated ultrasonic velocities after calculating the ultrasonic velocities for each of the plurality of receiving nodes. 제1항에 있어서, 상기 복수의 수신 노드는 수신 노드 식별자(ID), 비콘 식별자(ID) 및 상기 제1 도착 시간의 차이를 외부의 서버로 메시지의 형태로 전송하는 것을 특징으로 하는 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법. The indoor device of claim 1, wherein the plurality of receiving nodes transmits a difference between a receiving node identifier (ID), a beacon identifier (ID), and the first arrival time in a form of a message to an external server. Ultrasonic based object location estimation method. 제1항에 있어서, 상기 복수의 수신 노드는 수신 노드 식별자(ID), 측정 노드 식별자(ID) 및 상기 측정 노드에서 동시에 출력된 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호가 도착한 제2 도착 시간의 차이를 외부의 서버로 메시지의 형태로 전송하는 것을 특징으로 하는 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법. The method of claim 1, wherein the plurality of receiving nodes comprises a difference between a receiving node identifier (ID), a measuring node identifier (ID), and a second arrival time at which the second wireless signal and the second ultrasonic signal simultaneously output from the measuring node arrive. Ultrasonic-based object location estimation method in the room characterized in that for transmitting to the external server in the form of a message. 제1항에 있어서, 상기 실내에서의 초음파 속도는 According to claim 1, wherein the ultrasonic velocity in the room 상기 실내의 환경 변화에 따라 주기적으로 산출하는 것을 특징으로 하는 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 방법. Ultrasonic-based object position estimation method in the room, characterized in that it is calculated periodically in accordance with the change of the environment of the room. 객체에 부착되어 제1 무선 신호와 제1 초음파 신호를 동시에 출력하는 비콘과, 실내에 고정 위치에 배치되어 제2 무선 신호와 제2 초음파 신호를 동시에 발신하는 측정 노드와, 실내의 서로 다른 위치에 배치되어 상기 제1 무선 신호와 상기 제1 초음파 신호를 수신하는 복수의 수신 노드와 연동하여 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정을 수행하는 초음파 기반의 객체 위치 추정 장치는 A beacon attached to an object and simultaneously outputting a first wireless signal and a first ultrasonic signal, a measuring node disposed at a fixed position in the room and simultaneously transmitting a second wireless signal and a second ultrasonic signal, and at different positions in the room An ultrasound-based object position estimation apparatus arranged to perform ultrasound-based object position estimation in a room in cooperation with a plurality of receiving nodes arranged to receive the first wireless signal and the first ultrasound signal may include: 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 하나의 수신 노드와 상기 측정 노드간의 거리를 산출하고, 상기 산출한 거리 및 상기 제2 무선 신호와 상기 제2 초음파 신호가 도착한 도착 시간의 차이를 이용하여 상기 실내에서의 초음파 신호의 속도를 산출하고, 상기 도착 시간의 차이와 상기 산출된 초음파 속도를 이용하여 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 세 개의 수신 노드와 상기 비콘과의 거리를 산출하여 상기 비콘의 위치를 추정하는 서버; 및Calculating a distance between at least one receiving node of the plurality of receiving nodes and the measurement node, and using the calculated distance and a difference between arrival times at which the second wireless signal and the second ultrasonic signal arrive; Calculate a speed of an ultrasonic signal, estimate a position of the beacon by calculating a distance between at least three receiving nodes of the plurality of receiving nodes and the beacon using the difference in arrival time and the calculated ultrasonic speed Server; And 상기 복수의 수신 노드들 중 적어도 하나의 수신 노드와 상기 측정 노드간의 거리 및 상기 실내에서의 초음파 신호의 속도를 저장하는 저장부 A storage unit for storing the distance between the at least one receiving node of the plurality of receiving nodes and the measurement node and the speed of the ultrasonic signal in the room 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 장치. Ultrasonic-based object position estimation apparatus in a room comprising a. 제9항에 있어서, 상기 실내에서의 초음파 속도는 10. The method of claim 9, wherein the ultrasonic velocity in the room 상기 실내의 환경 변화에 따라 주기적으로 산출하는 것을 특징으로 하는 실내에서의 초음파 기반의 객체 위치 추정 장치. Ultrasonic-based object position estimation apparatus in the room, characterized in that it is calculated periodically in accordance with the change of the environment of the room. 삭제delete 삭제delete
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