KR101053900B1 - 위치 추적 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위치 추적 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 삼각 측량과 같은 수식에 의하지 않고 직관적인 그래픽화된 원을 확장 또는 축소함으로서 서버의 부하를 줄일 수 있으면서도, 실내나 실외 또는 날씨 등에 따른 전파의 오류를 상쇄할 수 있는 위치 추적 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.
본 발명은 균일한 간격의 격자 형태로 분포하여 태그의 전파를 수신하는 수신기들을 포함하는 위치 추적 시스템에 있어서, 태그가 발진하는 위치신호를 수신하는 수신기들에서 위치신호세기 데이터를 게이트웨이를 통해 전달받아 저장하는 데이터베이스와, 상기 데이터에 의거하여 상기 수신기들 중 3개 이상의 수신기로부터 이격된 거리를 도출하여, 상기 도출된 거리를 반경으로 하는 3개 이상의 원을 생성하며, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하거나, 중첩 영역이 존재하지 않을 경우 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하여, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 위치추적서버를 포함하여 구성된다.
위치 추적, 삼각 측량, 태그, 그래픽 확장/축소

Description

위치 추적 시스템 및 그 방법{A POSITION TRACKING SYSTEM AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 위치 추적 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 삼각 측량과 같은 수식에 의하지 않고 직관적인 그래픽화된 원을 확장 또는 축소함으로서 서버의 부하를 줄일 수 있으면서도, 실내나 실외 또는 날씨 등에 따른 전파의 오류를 상쇄할 수 있는 위치 추적 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.
일반적으로 삼각측량법은 간단한 기하학적인 방법으로 위치 추적 시스템(RTLS)에서는 2차원 평면상에서 이동하는 개체의 실시간 위치를 추정하는데 가장 보편적으로 사용되는 방법이다.
2차원 평면상(이하 2차원 평면만을 가정한다)에서 이동하는 개체의 실시간 위치를 추정하기 위해서는 최소 3개 이상의 기준점이 필요하다. 이런 기준점을 AP1, AP2, AP3라고 하고, 도1에서 보는 바와 같이 각 AP의 좌표를 ( x1 , y1 ), ( x2 , y2 ), ( x3 , y3 )라고 한다.
또한 이동하는 개체를 M으로 나타내고, 현재의 위치가 ( x , y )라고 하며, 이동 개체 M으로부터 세 개의 기준점까지의 거리를 d1 , d2 , d3라고 한다.
따라서 이동 개체 M으로부터 각 기준점 사이의 거리는 피타고라스 정리에 의해 간단히 계산될 수 있다. 즉,
Figure 112009076025564-pat00001
Figure 112009076025564-pat00002
Figure 112009076025564-pat00003
가 된다. 여기서, d1 , d2 , d3의 값은 다양한 방식에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 수신 신호의 세기(RSSI)와의 관계를 이용해서 구할 수도 있으며, 도착 시간(TOA) 혹은 도착 시간차(TDOA) 등을 이용해서도 구할 수 있다. 따라서, 여기에서는 d1 , d2 , d3의 값을 알고 있다고 가정한다. 또한, 세 기준점의 좌표값도 알고 있기 때문에, 이동 개체의 현재 위치인 ( x , y )의 값은 위의 식(1)~식(3)을 이용해서 구할 수 있다.
또한 수신 신호 세기를 이용한 삼각측량법에 의한 위치 추정을 설명하면, 상술한 바와 같이 삼각 측량법의 원리는 그대로 적용되며 이동 개체로부터 세 개의 기준점 사이의 거리를 구하는 과정만이 추가로 설명될 것이다.
수신 신호 세기를 이용하는 경우 이동 개체로부터 기준점 사이의 거리는 Friis의 공식
Figure 112009076025564-pat00004
을 통해 구할 수 있다. 식(4)의 Friis의 공식은 자유 공간에서의 경로 손실을 구하는 것이며, 여기서 λ 는 전파의 파장을 나타내며 거리 d 와 동일한 단위를 사용한다. 식(4)를 두 지점 사이의 거리 d에 대해 나타내면,
Figure 112009076025564-pat00005
과 같이 된다. 여기서 c 는 전파 속도이며 f 는 주파수를 나타낸다.
예를 들어, 2.4GHz 대역을 사용하는 무선랜 기반의 위치 추적 시스템에서 이동 개체가 송신한 신호의 손실이 60dB이고 공기 중 무선 신호의 전파 속도가 3×108 [m/sec]라면, 두 지점 사이의 거리 d 는
Figure 112009076025564-pat00006
가 된다.
나머지 두 기준점에 대해서도 동일한 방식으로 거리를 구하고, 식(1)~식(3)에 대입하면 이동 개체의 현재 위치인 ( x , y )의 좌표값을 구할 수 있게 된다.
그러나 상술한 종래의 삼각 측량 방법은 거리계산 수식을 사용하여 서버에 부하를 주고, 식(6)과 같이 개략적으로 연산이 되는 것이 반복되면 정확한 위치 추적이 어려우며, 특히 실내나 실외 또는 날씨 등에 따라 많은 편차를 보이는 실정이어서, 실제로도 사용하기 어려운 기술인 문제점이 있었다.
본 발명은 직관적인 그래픽화된 원을 확장 또는 축소함으로서 서버의 부하를 줄일 수 있고, 연산 속도가 빠르며, 날씨 등에 따른 전파의 오류를 상쇄할 수 있는 위치 추적 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 쇼핑지나 관광지, 박물관, 컨테이터 위치추적, 건설현장 자재관리에 유용하게 사용될 수 있는 위치 추적 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 균일한 간격의 격자 형태로 분포하여 태그의 전파를 수신하는 수신기들을 포함하는 위치 추적 시스템에 있어서, 태그가 발진하는 위치신호를 수신하는 수신기들에서 위치신호세기 데이터를 게이트웨이를 통해 전달받아 저장하는 데이터베이스와, 상기 데이터에 의거하여 상기 수신기들 중 3개 이상의 수신기로부터 이격된 거리를 도출하여, 상기 도출된 거리를 반경으로 하는 3개 이상의 원을 생성하며, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하거나, 중첩 영역이 존재하지 않을 경우 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하여, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 위치추적서버를 포함하여 구성된다.
상기 위치추적서버는 상기 최대 중첩 영역이 선택된 후, 더욱 정확한 정밀 위치 파악이 필요한 경우 상기 일반위치스텝치를 최소화한 정밀위치스텝치로 상기 도출한 거리를 반경으로 하는 단계적 원을 생성한다.
상기 위치추적서버는 위치 추적 정밀도를 나타내는 영역치를 단말로부터 입력받아 상기 영역치에 해당하는 중첩영역에서, 최대 중첩 영역을 선택한다.
상기 태그는 이동단말에 부착되어 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명은 픽셀과 스텝치와 영역치를 설정하는 단계와, 균일한 간격의 격자 형태로 분포한 수신기를 통하여 태그의 전파를 수신하는 단계와, 태그가 발진하는 위치신호를 수신하는 수신기에서 위치신호세기 데이터를 전달받아 데이터베이스에 저장하는 단계와, 위치추적서버를 통하여 상기 데이터를 전달받아, 상기 데이터에 의거하여 상기 수신기로부터 이격된 거리를 도출하는 단계와, 상기 위치추적서버를 통하여 상기 도출된 거리를 반경으로 하는 3개 이상의 원을 생성하며, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 단계와, 상기 위치추적서버를 통하여 중첩 영역이 존재하지 않을 경우 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하여, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 단계로 이루어진다.
본 발명은 상기 최대 중첩 영역이 선택된 후, 더욱 정확한 정밀 위치 파악이 필요한 경우 상기 일반위치스텝치를 최소화한 정밀위치스텝치로 상기 도출한 거리를 반경으로 하는 단계적 원을 생성하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명은 영역치를 단말로부터 입력받아 상기 영역치에 해당하는 중첩영역에서, 최대 중첩 영역을 선택하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명은 종래의 삼각 측량과 같은 수식에 의하지 않고 직관적인 그래픽화 된 원을 확장 또는 축소함으로서 서버의 부하를 줄일 수 있고, 연산 속도가 빠르며, 날씨 등에 따른 전파의 오류를 상쇄할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 추가적인 구성없이 기존의 수신기 등만으로 소프트웨어적으로 정확한 위치를 추적할 수 있어, 쇼핑지나 관광지, 박물관, 컨테이터 위치추적, 건설현장 자재관리에 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위치 추적 시스템에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 위치 추적 시스템은 균일한 간격의 격자 형태로 분포하여 태그(10)의 전파를 수신하는 수신기(20)들에 연결되는 장치로서, 데이터베이스(30)와 위치추적서버(40)로 나뉘어진다.
먼저 본 발명에서 주로 사용되는 용어를 정의한다.
태그 : 이동단말에 부착될 수 있으며, 개별적인 확인 아이디를 포함하고 이에 따른 일정 전파를 발신하는 장치.
수신기 : 픽셀 내에 균일한 간격의 격자 형태로 분포하여 태그의 전파를 수신하는 장치.
픽셀 : 화면 해상도에 따라 정해지는 최소 단위의 위치추적정보로서, 예를 들면 화면 해상도가 1024x768 픽셀인 경우 여기에 지도를 축소하여 놓고 픽셀 하나가 해당하는 거리를 최소 거리로 설정한다.
스텝치 : 미리 설정되어 서버에 저장되는 상수로서, 일반적인 픽셀 크기로 원을 확장생성 또는 축소생성하기 위한 일반위치스텝치와, 최소화한 픽셀 크기(실내나 실외에 따라 다름)를 사용하는 정밀위치스텝치로 나뉜다.
영역치 : 미리 설정되어 서버에 저장되는 상수로서, 위치 추적 정밀도를 나타내고 영역치가 클 수록 넓은 면적에서 위치를 추적할 수 있다.
도2는 본 발명에 따른 위치 추적 시스템의 위치추적서버를 중심으로한 전체적인 구성과 위치추적서버의 구성 모듈을 보여주는 도면이고, 도3은 본 발명에 따른 위치 추적 시스템의 수신기들을 중심으로 위치신호세기 데이터를 전달받아 신호세기에 따른 거리를 그래픽화된 원으로 표현한 도면이며, 도4는 본 발명에 따른 위치 추적 시스템이 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하는 것을 보여주는 도면이고, 도5는 도4의 반대로 일반위치스텝치를 마이너스한 반경의 단계적 원을 생성하는 것을 보여주는 도면이며, 도6은 도4와 도5의 결과에 의해 일정 부분이 중복되어 중첩 영역에 가중치를 연산한 것을 보여주는 도면이고, 도7은 본 발명에 따른 위치 추적 시스템이 중첩 영역에 가중치에서 최대 중첩영역을 선택하는 것을 보여주는 도면이며, 도8은 본 발명에 따른 위치 추적 시스템이 영역치에 해당하는 중첩영역으로 확장하여 최대 중첩영역 중 가운데를 선택하는 것을 보여주는 도면이다.
도2에서 보는 바와 같이 상기 데이터베이스(30)는 태그(10)가 발진하는 위치신호를 수신하는 수신기(20)들에서 위치신호세기(RSSI;Received signal strength indication) 데이터를 게이트웨이를 통해 전달받아 저장하는 장치이다. 즉 도3에서 보는 바와 같이 각 위치신호세기는 상기 수신기(20)의 위치가 픽셀화된 디스플레이장치에서 그래픽화된 원형상으로 표현된다.
도4와 도5에서 보는 바와 같이 상기 위치추적서버는 도3에서 표현된 원형상을 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 축소 또는 확장(S1->S2->S3)하여 생성한다.
구체적으로 살펴보면, 도6에서 보는 바와 같이 상기 위치추적서버는 상기 데이터에 의거하여 상기 수신기(20)들 중 3개 이상의 수신기(R2, R3, R5)로부터 이격된 거리를 도출하여, 상기 도출된 거리를 반경으로 하는 3개 이상의 원을 생성하며, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하거나, 중첩 영역이 존재하지 않을 경우 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하여, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 서버이다.
여기에서 일반위치스텝치는 일반적으로 10픽셀 또는 5 픽셀 즉, 가로 23m 또는 11.5m 인 것이 바람직하다.
또한 상기 위치추적서버(40)는 상기 최대 중첩 영역이 선택된 후, 더욱 정확한 정밀 위치 파악이 필요한 경우 상기 일반위치스텝치를 최소화한 정밀위치스텝치로 상기 도출한 거리를 반경으로 하는 단계적 원을 생성한다.
또는 본 발명의 다른 실시예로서 상기 위치추적서버(40)는 중첩 영역이 있을 경우, 중첩 영역이 넓으면 일반위치스텝치에 해당할 정도의 사이즈가 될 때까지 일 반위치스텝으로 각 원들을 축소하거나, 중첩 영역이 일반위치스텝치에 해당할 정도로 작으면 바로 그 위치를 좌표로 환산한다.
만일 중첩 영역이 없을 경우, 상기 위치추적서버(40)는 중첩 영역이 생성될 때까지 각 원을 일반위치스텝치로 확대하고, 생성된 중첩 영역이 일반위치스텝치만큼 작으면 위치좌표로 환산하고 아니면 다시 축소하여 위치좌표 환산한다.
그리고 도7과 도8에서 보는 바와 같이 상기 위치추적서버(40)는 영역치를 단말(50)로 부터 입력받아 처리속도를 빠르게 하고 싶을 경우에는 영역치를 좁게 설정하고, 고객들의 요구에 의해 정밀한 위치 추적이 필요한 경우 도8과 같은 상기 영역치에 해당하는 중첩영역에서 최대 중첩 영역을 선택한다.
즉 실외와 같은 경우 추적의 정밀도는 10~20m이고, 최소 픽셀이 5픽셀 정도 되면 중첩 영역이 넓게 보이게 되며 그 전체를 하나의 위치로 잡는데, 이러한 경우 상기 영역치를 넓게 설정하여 보다 정밀한 위치 추적이 가능하게 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위치 추적 방법에 대하여 자세히 설명한다.
도9에서 보는 바와 같이 먼저 단말을 통하여 위치추적서버에 접속하여 픽셀과 스텝치와 영역치를 미리 설정한다(S110, S120).
계속하여 태그가 발진하는 위치신호를 수신하는 수신기에서 위치신호세기 데이터를 전달받아 데이터베이스에 저장하고, 위치추적서버를 통하여 상기 데이터를 전달받아, 상기 데이터에 의거하여 상기 수신기로부터 이격된 거리를 도출한다(S130).
그리고 상기 도출된 거리를 반경으로 하는 원을 생성하고, 다수의 원이 중첩하는 지점을 선택한다(S140, S150).
마지막으로 상기 최대 중첩지점을 저장하고 위치를 좌표로 환산하여 디스플레이장치를 통해 디스플레이하게 된다(S160).
구체적으로 S140, S150 단계를 설명하면, 상기 위치추적서버를 통하여 상기 도출된 거리를 반경으로 하는 3개 이상의 원을 생성하며, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 단계와, 상기 위치추적서버를 통하여 중첩 영역이 존재하지 않을 경우 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하여, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 단계로 나뉜다.
도1은 종래 발명에 따른 위치추적에 따른 삼각측량을 설명하는 도면.
도2는 본 발명에 따른 위치 추적 시스템의 위치추적서버를 중심으로한 전체적인 구성과 위치추적서버의 구성 모듈을 보여주는 도면.
도3은 본 발명에 따른 위치 추적 시스템의 수신기들을 중심으로 위치신호세기 데이터를 전달받아 신호세기에 따른 거리를 그래픽화된 원으로 표현한 도면.
도4는 본 발명에 따른 위치 추적 시스템이 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하는 것을 보여주는 도면.
도5는 도4의 반대로 일반위치스텝치를 마이너스한 반경의 단계적 원을 생성하는 것을 보여주는 도면.
도6은 도4와 도5의 결과에 의해 일정 부분이 중복되어 중첩 영역에 가중치를 연산한 것을 보여주는 도면.
도7은 본 발명에 따른 위치 추적 시스템이 중첩 영역에 가중치에서 최대 중첩영역을 선택하는 것을 보여주는 도면.
도8은 본 발명에 따른 위치 추적 시스템이 영역치에 해당하는 중첩영역으로 확장하여 최대 중첩영역 중 가운데를 선택하는 것을 보여주는 도면.
도9는 본 발명에 따른 위치 추적 방법의 순서를 개략적으로 나타낸 순서도.
※도면의 주요부분에 대한 설명
10 : 태그 20 : 수신기
30 : 데이터베이스 40 : 위치추적서버
50 : 단말

Claims (7)

  1. 균일한 간격의 격자 형태로 분포하여 태그의 전파를 수신하는 수신기들을 포함하는 위치 추적 시스템에 있어서,
    태그가 발진하는 위치신호를 수신하는 수신기들에서 위치신호세기 데이터를 게이트웨이를 통해 전달받아 저장하는 데이터베이스와;
    상기 데이터에 의거하여 상기 수신기들 중 3개 이상의 수신기로부터 이격된 거리를 도출하여, 상기 도출된 거리를 반경으로 하는 3개 이상의 원을 생성하며, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하거나,
    중첩 영역이 존재하지 않을 경우 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하여, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 위치추적서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치추적서버는,
    상기 최대 중첩 영역이 선택된 후, 더욱 정확한 정밀 위치 파악이 필요한 경우 상기 일반위치스텝치를 최소화한 정밀위치스텝치로 상기 도출한 거리를 반경으로 하는 단계적 원을 생성하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치추적서버는,
    위치 추적 정밀도를 나타내는 영역치를 단말로부터 입력받아 상기 영역치에 해당하는 중첩영역에서, 최대 중첩 영역을 선택하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태그는 이동단말에 부착되어 사용되는 것을 특징으로 하는 위치 추적 시스템.
  5. 픽셀과 스텝치와 영역치를 설정하는 단계와;
    균일한 간격의 격자 형태로 분포한 수신기를 통하여 태그의 전파를 수신하는 단계와;
    태그가 발진하는 위치신호를 수신하는 수신기에서 위치신호세기 데이터를 전달받아 데이터베이스에 저장하는 단계와;
    위치추적서버를 통하여 상기 데이터를 전달받아, 상기 데이터에 의거하여 상기 수신기로부터 이격된 거리를 도출하는 단계와;
    상기 위치추적서버를 통하여 상기 도출된 거리를 반경으로 하는 3개 이상의 원을 생성하며, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 단계와;
    상기 위치추적서버를 통하여 중첩 영역이 존재하지 않을 경우 미리 설정된 일반위치스텝치로 중첩 영역이 존재할 때까지 상기 도출한 거리에 일반위치스텝치를 합한 반경의 단계적 원을 생성하여, 중첩 영역이 존재할 경우 최대 중첩 영역을 선택하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치 추적 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최대 중첩 영역이 선택된 후, 더욱 정확한 정밀 위치 파악이 필요한 경우 상기 일반위치스텝치를 최소화한 정밀위치스텝치로 상기 도출한 거리를 반경으로 하는 단계적 원을 생성하는 단계;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치 추적 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    영역치를 단말로부터 입력받아 상기 영역치에 해당하는 중첩영역에서, 최대 중첩 영역을 선택하는 단계;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치 추적 방법.
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