KR101013701B1 - 방위각정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법 - Google Patents

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Abstract

수신되는 GPS 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 못하여 추측항법으로 이동체의 위치를 추정할 경우에 이동체가 주행하는 도로의 방위각 정보를 이동체의 위치 추정에 반영하여 이동체의 위치를 정확하게 추정한다.
이동체가 현재 주행중인 도로의 방위각을 제어부가 디지털 지도에서 추출하고, 이동체의 주행에 따라 센서부에서 출력되는 펄스신호의 수로 이동체의 단위시간당 이동거리를 추출하는 추측항법 위치 추출과정과, 상기 추출과정에서 추출한 도로의 방위각 및 이동체의 단위시간당 이동거리와, 바로 전에 추정한 이동체의 경도 및 위도 좌표로 이동체의 현재 경도 및 위도좌표를 추정하는 좌표 추정과정과, 상기 추출과정에서 추출한 도로의 방위각과, 상기 좌표 추정과정에서 추정한 이동체의 경도 및 위도 좌표로 디지털 지도에 이동체를 매칭시킬 위치 및 도로를 선정하는 위치/도로 선정과정과, 상기 위치/도로 선정과정에서 선정한 위치 및 도로에 이동체를 매칭시켜 표시부에 표시하는 표시과정으로 이루어진다.
네비게이션, GPS, 방위각, 추측항법, 이동체, 경도, 위도

Description

방위각정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법{Method for matching position of vehicle using azimuth information}
도 1은 본 발명의 위치 정합방법이 적용되는 네비게이션 시스템의 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명의 위치 정합방법을 보인 신호흐름도.
도 3a 및 도 3b는 종래 및 본 발명의 위치 정합방법에 따라 이동체의 위치를 표시한 상태를 예로 들어 보인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : GPS 위성 102 : GPS 수신기
104 : 명령 입력부 106 : 센서부
108 : 지도 데이터 저장부 110 : 제어부
112 : 표시 구동부 114 : 표시부
본 발명은 GPS(Global Positioning System) 위성이 송신하여 GPS 수신기가 수신하는 위치정보신호의 신뢰도가 낮을 경우에 이동체에 설치된 센서들의 검출신 호로 이동체의 위치를 추정하는 방위각정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법에 관한 것으로 특히 이동체가 주행하는 도로의 방위각 정보를 이용하여 이동체의 위치를 정확하게 추정하는 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법에 관한 것이다.
GPS는 미국의 국방성에서 개발한 범세계 측위 시스템으로서, GPS 위성이 송신하는 위치정보신호를 GPS 수신기가 수신하고, 수신한 위치정보신호를 이용하여 GPS 수신기의 위치를 3차원 좌표로 계산할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 GPS는 지구 상공의 정지궤도 상에 복수의 GPS 위성을 위치시켜 각기 위치정보신호를 송신하고, GPS 수신기는 복수의 GPS 위성들 중에서 최소한 3개 이상의 GPS 위성이 송신하는 위치정보신호를 수신하며, 수신한 위치정보신호로 상기 GPS 위성과 GPS 수신기 사이의 거리와 GPS 위성의 위치벡터를 검출하여 GPS 수신기의 위치벡터를 산출하는 것으로서 전 세계 어디에서나 GPS 위성의 위치정보신호를 수신하는 위치를 3차원의 좌표로 정확하게 검출할 수 있다.
상기 GPS를 이용하면 매우 정확한 위치좌표의 취득이 가능하다. 그러나 GPS는 그 원리에서 알 수 있듯이 GPS 위치정보신호를 정확히 수신할 수 있는 지역에서만 사용할 수 있다. 즉, GPS 위성을 이용하여 위치정보신호를 수신한 위치를 산출하는 GPS는 터널 내부나 나무가 우거진 숲 속 또는 고층빌딩으로 둘러싸인 도심지 내부 등과 같이 GPS 위성이 송신하는 위치정보신호를 GPS 수신기가 정확하게 수신하지 못하는 수신불능 지역에서는 GPS 위성의 위치정보신호를 수신하는 위치좌표를 산출할 수 없게 되거나 또는 위치좌표의 산출결과가 매우 부정확해지는 등의 문제 점을 가지고 있다.
그러므로 GPS 위성의 위치정보신호를 정확하게 수신하지 못하여 위치산출이 불가능한 지역에서는 이동체의 이동거리와 이동방향을 측정하여 이동체의 현재위치를 추정하는 추측항법 시스템이 도입되었다. 상기 추측항법 시스템은 구동륜의 회전수 및 이동체의 주행각도 변위량을 감지하는 센서를 각기 구비한 주행거리계 및 자이로스코프 등을 이용하여 이동체의 초기위치로부터 이동거리 및 이동방향을 계속해서 측정하고, 상기 측정한 이동거리 및 이동방향으로부터 구동륜의 회전수 및 주행각도 변화량을 계속 적분하여, 외부의 도움 없이 독립적으로 이동체의 현재위치를 연속적으로 추측하는 것이다. 이러한 추측항법 시스템은 반드시 초기에 참조할 만한 이동체의 위치 좌표를 알고 있어야만 하므로 데드레코닝(Dead-Reckoning) 항법이라고 한다.
그러나 상기 추측항법 시스템은 이동체의 초기 위치정보를 정확하게 설정해주어야 하고, 또한 추측항법 시스템을 이용하여 이동체의 위치를 추정하는 상태에서 이동체가 장시간 주행할 경우에 각 센서들이 갖고 있는 측정오차의 누적 등으로 인하여 측정되는 이동체의 위치가 부정확하게 되는 문제점이 있다. 예를 들면, 길이가 긴 터널이나 도로 양쪽에 높은 산이 길게 가로막고 있는 지역에서는 추측항법으로 이동체의 위치를 계속해서 추정해야 하나, 추측항법으로 그 특성상 측정오차의 누적이 시간에 경과에 따라 비례하여 커지게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 이동체의 주행각도 변위량을 검출하는 자이로스코프와, 이동체의 주행거리를 검출하는 주행거리계를 GPS 수신기에 접목한 형태의 혼합항법시스템이 개발되었다. 상기 혼합항법시스템은 GPS 수신기로 위치정보신호를 수신하여 추측항법에 필요한 이동체의 초기 위치좌표를 제공하므로 GPS + 추측항법 시스템이라고도 한다.
혼합항법시스템은, 자이로스코프로 검출하는 이동체의 주행각도 변위량과 주행거리계로 검출하는 이동체의 주행거리로 구하는 추측항법의 위치정보와, GPS 수신기가 수신하는 위치정보신호를 이용하여 이동체의 위치를 정확하게 추정할 수 있다.
이러한 혼합항법 시스템은 수신되는 GPS 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 못하여 추측항법으로 이동체의 위치를 추정할 경우에 자이로스코프의 검출신호와 주행거리계에 전적으로 의존하여 추정하고, 이동체의 방위각은 자이로스코프의 출력신호로 검출하고 있다.
그러나 각도 변화량을 누적하여 이동체의 방위각을 계산하는 자이로스코프의 특성상 적분오차가 누적되어 실제로 이동체가 주행하는 방향과는 어느 정도의 오차가 발생하게 되고, 그 발생한 오차는 이동체의 주행에 따라 누적되어 이동체의 위치를 정확하게 추정할 수 없는 문제점이 있었다.
그러므로 본 발명의 목적은 이동체가 주행중인 도로의 방위각을 활용하여 이동체의 위치를 정확하게 추정할 수 있는 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 가지는 본 발명의 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합 방법에 따르면, 수신되는 GPS 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 못하여 추측항법으로 이동체의 위치를 추정할 경우에 지도데이터의 매칭정보를 적극적으로 활용하는 것으로서 디지털 지도에서 이동체가 현재 주행하고 있는 도로의 방위각을 추출하여 이동체의 주행방향을 결정하도록 한다.
그러므로 본 발명의 방위각정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법은, 이동체가 현재 주행중인 도로의 방위각을 제어부가 디지털 지도에서 추출하고, 이동체의 주행에 따라 센서부에서 출력되는 펄스신호의 수로 이동체의 단위시간당 이동거리를 추출하는 추측항법 위치 추출과정과, 상기 추출과정에서 추출한 도로의 방위각 및 이동체의 단위시간당 이동거리와, 바로 전에 추정한 이동체의 경도 및 위도 좌표로 이동체의 현재 경도 및 위도좌표를 추정하는 좌표 추정과정과, 상기 추출과정에서 추출한 도로의 방위각과, 상기 좌표 추정과정에서 추정한 이동체의 경도 및 위도 좌표로 디지털 지도에 이동체를 매칭시킬 위치 및 도로를 선정하는 위치/도로 선정과정과, 상기 위치/도로 선정과정에서 선정한 위치 및 도로에 이동체를 매칭시켜 표시부에 표시하는 표시과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 방위각정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법은, GPS 수신기가 수신하는 GPS 위치정보의 신뢰도를 제어부가 입력받아 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단과정과, 상기 신뢰도 판단과정의 판단 결과 신뢰도가 양호할 경우에 상기 GPS 수신기가 수신하는 GPS 위치정보에서 이동체의 경도 및 위도 좌표와, 이동체의 방위각을 추출하는 GPS 위치 추출과정과, 상기 신뢰도 판단과정의 판단 결과 신뢰도가 양호하지 못할 경우에 이동체가 현재 주행중인 도로의 방위각을 제어부가 디 지털 지도에서 추출하고, 이동체의 주행에 따라 센서부에서 출력되는 펄스신호의 수로 이동체의 단위시간당 이동거리를 추출하는 추측항법 위치 추출과정과, 상기 추측항법 위치 추출과정에서 추출한 도로의 방위각 및 이동체의 단위시간당 이동거리와, 바로 전에 추정한 이동체의 경도 및 위도 좌표로 이동체의 현재 경도 및 위도좌표를 추정하는 좌표 추정과정과, 상기 GPS 위치 추출과정에서 추출한 이동체의 경도 및 위도 좌표와, 이동체의 방위각 또는 상기 추측항법 위치 추출과정에서 추출한 도로의 방위각과, 상기 좌표 추정과정에서 추정한 이동체의 경도 및 위도 좌표로 디지털 지도에 이동체를 매칭시킬 위치 및 도로를 선정하는 위치/도로 선정과정과, 상기 위치/도로 선정과정에서 선정한 위치 및 도로에 이동체를 매칭시켜 표시하는 표시과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 이동체의 위치 정합방법이 적용되는 네비게이션 시스템의 구성을 보인 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이 GPS 위성(100)이 송신하는 위치정보신호를 수신하는 GPS 수신기(102)와, 사용자의 조작에 따른 동작명령을 입력하는 명령입력부(104)와, 이동체에 자이로스코프 및 주행거리계와, 이동체의 횡축 및 종축 경사도를 검출하는 2축 경사계를 설치하여 이동체의 주행각도 변위량, 주행거리, 횡축 경사도 및 종축 경사도를 검출하는 센서부(106)와, 디지털 지도 데이터를 저장하고 있는 지도 데이터 저장부(108)와, 상기 GPS 수신기(104)가 수신한 위치정 보신호 및 상기 센서부(106)의 검출신호를 이용하여 혼합항법으로 이동체의 위치를 결정하고 추측항법시 상기 횡축 경사도 및 종축 경사도로 이동체의 위치를 보정하여 결정하며, 결정한 이동체의 위치를 상기 지도 데이터 저장부(108)에 저장된 디지털 지도 데이터에 매칭시킨 후 그 매칭시킨 디지털 지도 데이터 및 이동체의 위치의 표시를 제어하는 제어부(110)와, 상기 제어부(110)의 제어에 따라 디지털 지도 데이터 및 이동체의 위치를 표시부(114)에 표시하는 표시 구동부(112)로 구성된다.
이와 같이 구성된 네비게이션 시스템은, 사용자가 명령 입력부(104)를 통해 이동체의 주행 안내를 명령할 경우에 GPS 위성(100)이 송신하는 위치정보신호를 GPS 수신기(102)가 수신하여 제어부(110)로 입력시키고, 센서부(106)가 이동체의 주행에 따른 각 변위량 및 주행거리에 따른 펄스신호를 발생하여 제어부(110)로 입력된다.
그러면, 제어부(102)는 GPS 수신기(102)가 수신한 위치정보신호의 신뢰도가 양호한 지의 여부를 판단하고, 위치정보신호의 신뢰도가 양호할 경우에 그 위치정보신호로 이동체의 현재위치를 검출하고, 검출한 이동체의 현재위치를 지도 데이터 저장부(108)에 저장된 디지털 지도 데이터에 매칭시킨 후 표시 구동부(112)로 출력하여 표시부(114)에 표시된다.
그리고 GPS 수신기(102)가 수신한 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 못하여 이동체의 위치를 정확하게 검출할 수 없을 경우에 제어부(110)는 위치정보신호의 신뢰도가 양호하여 높아 이동체의 위치를 정확하게 검출한 최종 위치로부터, 센서 부(106)가 출력하는 주행각도 변위량 및 주행거리에 따른 펄스신호의 수를 누적하고, 누적한 주행각도 변위량 및 펄스신호의 수와, 단위 시간당 발생되는 상기 펄스신호의 수로 검출되는 이동체의 주행속도와, 현재 이동체가 주행하고 있는 도로의 방향각을 지도 데이터에서 추출하여 이동체의 현재위치 및 매칭시킬 도로를 판별한 후 지도 데이터 저장부(108)에 저장된 디지털 지도 데이터에 매칭시키고, 표시 구동부(112)로 출력하여 표시부(114)에 표시한다.
도 2는 본 발명의 위치 정합방법을 보인 신호흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이 단계(200)에서 제어부(110)는 GPS 수신기(102)가 수신하는 GPS 위치정보신호와, 수신한 GPS 위치정보신호의 수신감도 및 전계의 세기 등으로 판단하는 위치정보신호의 신뢰도(Horizontal Dilution of Precision)를 입력받고, 단계(202)에서 상기 입력받은 신뢰도가 양호한지의 여부를 판단한다. 즉, 상기 신뢰도의 값은 GPS 위치정보신호로 이동체의 현재위치를 정확하게 검출할 수 있는지의 여부를 판단하는 것으로서 미리 2 또는 3으로 임계값을 설정하여 두고, 설정한 임계값보다 신뢰도의 값이 낮을 경우에 신뢰도가 양호한 것으로 판단하며, 설정한 임계값보다 신뢰도의 값이 높을 경우에 신뢰도가 양호하지 않은 것으로 판단한다.
상기 단계(202)의 판단 결과 GPS 위치정보신호의 신뢰도가 양호할 경우에 제어부(110)는 단계(204)에서 그 GPS 위치정보신호에서 추출되는 경도, 위도 및 방위각을 변수 Px, Py 및 A에 각기 저장한다.
그리고 상기 단계(202)의 판단 결과 GPS 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 않을 경우에 제어부(110)는 단계(206)에서 바로 전에 이동체의 위치를 매칭시킨 도로의 방위각을 디지털 지도에서 추출하여 변수 A에 저장하고, 단계(208)에서 주행속도계의 검출신호로 이동체의 단위시간당 주행거리를 산출 즉, 이동체가 주행함에 따라 발생되는 펄스신호의 개수에 거리 상수를 곱셈하여 이동체의 단위시간당 주행 거리를 산출한 후 변수 d에 저장한다.
다음 단계(210)에서는 상기 단계(206)에서 추출한 도로의 방위각 A와, 단계(208)에서 산출한 이동체의 단위시간당 주행거리 d와, 바로 전에 검출한 이동체의 경도 및 위도 좌표를 고려하여 주행중인 이동체의 현재 경도 및 위도 좌표를 추정하고, 단계(212)에서 상기 추정한 경도 및 위도 좌표를 변수 Px 및 Py에 각기 저장한다.
이와 같이 하여 이동체의 현재위치의 경도 및 위도좌표와, 이동체가 주행하는 도로의 방위각이 추출되면, 제어부(110)는 단계(214)에서 변수 Px 및 Py에 저장한 이동체의 경도 및 위도 좌표를 변수 Px-1 및 Py-1에 저장하여 다음에 이동체의 위치를 검출할 때 사용할 수 있도록 한다.
다음 단계(216)에서는 상기 추출한 이동체의 경도 및 위도 좌표와, 방위각을 고려하여 이동체를 디지털 지도에 매칭시킬 위치 및 도로를 선정하고, 단계(218)에서 디지털 지도에 상기 선정한 이동체의 위치 및 도로에 이동체를 매칭시켜 표시부(114)의 화면에 표시한다.
도 3a는 GPS 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 못하여 데드항법으로 이동체의 위치를 추정할 경우에 도로의 방위각을 반영하지 않는 종래의 위치 정합방법에 따라 이동체의 위치를 추정한 결과를 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 종래의 위치정합방법은, GPS 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 못할 때부터 이동체가 주행함에 따라 자이로스코프의 적분오차가 계속 누적되어 이동체의 실제 주행위치 와 추정된 주행위치 사이의 오차가 계속 누적됨을 알 수 있다.
그러나 도로의 방위각을 반영한 본 발명의 위치 정합방법은, 도 3b에 도시된 바와 같이 GPS 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 못하여 데드항법으로 이동체의 위치를 추정할 경우에 이동체가 주행함에 따라 자이로스코프의 적분오차가 계속 누적되어도 이동체가 주행하는 도로의 방위각을 반영하여 이동체의 실제 주행위치와 추정된 주행위치 사이에 오차가 거의 발생되지 않음을 알 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 위치정보신호의 신뢰도가 양호하지 못하여 데드항법으로 이동체의 위치를 추정할 경우에 이동체가 주행하는 도로의 방위각정보를 반영하여 이동체의 주행위치를 추정함으로써 자이로스코프의 특성상 발생하는 적분오차의 누적오류가 보완되고, 이로 인하여 이동체의 주행위치를 정확하게 판단하여 경로안내 및 경로탐색의 오류를 최소화하고, 네비게이션 시스템의 전체 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 이동체가 현재 이동중인 도로의 방위각을 제어부가 디지털 지도에서 추출하고, 센서부의 출력신호로 이동체의 단위시간당 이동거리를 계산하는 과정;
    상기 도로의 방위각 및 이동체의 단위시간당 이동거리를 이용하여, 바로 전에 추정한 이동체의 경도 및 위도 좌표로부터 이동체의 현재 경도좌표 및 현재 위도좌표를 추정하는 과정; 및
    상기 도로의 방위각과, 상기 이동체의 현재 경도좌표 및 현재 위도좌표에 따라 상기 이동체를 디지털 지도에 매칭시켜 표시부에 표시하는 과정;으로 이루어지는 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법.
  2. GPS 수신기가 수신하는 GPS 위치정보의 신뢰도를 제어부가 미리 설정된 임계값과 비교하여 양호한지의 여부를 판단하는 과정;
    상기 판단 결과 신뢰도가 양호하지 못할 경우에 이동체가 현재 이동중인 도로의 방위각을 제어부가 디지털 지도에서 추출하고, 센서부의 출력신호로 이동체의 단위시간당 이동거리를 추출하는 과정;
    상기 도로의 방위각 및 이동체의 단위시간당 이동거리를 이용하여, 바로 전에 추정한 이동체의 경도 및 위도 좌표로부터 이동체의 현재 경도좌표 및 현재 위도좌표를 추정하는 과정; 및
    상기 도로의 방위각과, 상기 이동체의 현재 경도좌표 및 현재 위도좌표로 따라 상기 이동체를 디지털 지도에 매칭시켜 표시부에 표시하는 과정;으로 이루어지는 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 판단 결과 신뢰도가 양호할 경우에 상기 GPS 수신기가 수신하는 GPS 위치정보로 이동체의 경도좌표 및 위도좌표와 이동체가 이동하는 도로의 방위각을 추출하고, 추출한 이동체의 경도좌표 및 위도좌표와 도로의 방위각에 따라 이동체를 디지털 지도에 매칭시켜 표시부에 표시하는 과정;을 더 포함하는 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이동체의 단위시간당 이동거리의 추출은;
    이동체의 주행거리에 따라 상기 센서부에서 출력되는 펄스신호를 누적하여 추출하는 것을 특징으로 하는 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 이동체를 디지털 지도에 매칭시켜 표시부에 표시하는 과정은;
    상기 이동체의 경도좌표 및 위도좌표와 상기 도로의 방위각으로 디지털 지도에 이동체를 매칭시킬 위치 및 도로를 선정하는 과정; 및
    상기 선정한 위치 및 도로에 이동체를 매칭시켜 표시부에 표시하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 정보를 이용한 이동체의 위치 정합방법.
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