KR101140045B1 - 사용자 위치 추적 방법 및 장치 - Google Patents

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신효정
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 사용자 위치 추적 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 장치는 사용자의 이동에 따른 변화 정보를 센싱하는 센서-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 및 상기 센서를 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단하고, 상기 변화 정보 및 상기 코너를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 사용자 위치 추적부를 포함한다. 본 발명에 따르면 실내 환경에서 맵이 없이도 사용자 위치를 추적할 수 있다.

Description

사용자 위치 추적 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRACKING USER LOCATION}
본 발명은 사용자 위치 추적 방법 및 장치에 관한 것으로서, 휴대용 단말을 이용하여 실내에서 사용자의 위치를 추적하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 사용자의 위치 정보를 바탕으로 서비스를 제공하는 위치 기반 서비스(Location Based Service: LBS)가 많은 관심을 받고 있다. 특히, 근래에는 스마트폰에 탑재되는 센서를 활용하여 사용자의 위치를 추적하여 LBS를 제공하는 서비스가 늘어나고 있는 추세이다.
일반적으로 건물 외부 환경에서는 GPS(Global Positioning System)를 활용하여 비교적 쉽게 사용자의 위치를 추적하는 것이 가능하나, 아직까지 GPS 신호가 수신되지 않은 실내 환경에서 사용자 위치 추적을 위한 방법을 제시되지 못하고 있는 실정이다.
현재 실내 환경에서 사용자의 위치를 추적하기 위한 방법은 Wi-Fi 신호의 핑거프린팅(finger-printing)을 이용한 방법과 가속도 센서와 디지털 컴패스(digital compass)를 이용하는 Dead Reckoning(DR) 방법이 있다.
그러나, Wi-Fi 핑거프린팅 방식은 사전에 데이터베이스가 구축되어야 있어야 하고, 환경적인 요소에 영향을 크게 받는 단점이 있다. 반면 DR 방식은 사전 데이터베이스 구축 작업이 필요 없고 환경에 독립적이라 가용성이 높다.
그러나, DR 방식의 경우 이동거리가 길어질수록 오차가 커지는 단점이 있다.
스마트폰을 가지고 실내에서 위치를 추적하고자 하는 경우, DR 방식을 이용하기 위해서는 스마트폰 거치 상태가 고정되어야 하기 때문에 이는 매우 비효율적인 문제점이 있다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 GPS 신호가 수신되지 않는 실내에서 배터리 소모를 줄이면서 편리하게 사용자의 위치를 추적할 수 있는 사용자 위치 추적 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 사용자 위치 추적 장치에 있어서, 사용자의 이동에 따른 변화 정보를 센싱하는 센서-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 및
상기 센서를 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단하고, 상기 변화 정보 및 상기 코너를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 사용자 위치 추적부를 포함하는 사용자 위치 추적 장치가 제공된다.
상기 사용자 위치 추적부는, 상기 센서의 오차 확률을 고려하여 사용자의 이동에 따라 복수의 이동 경로 후보를 생성하고, 상기 복수의 이동 경로 후보 중 동일 구간에서 이전 경로 및 현재 경로의 유사도를 비교하여 사용자의 최적 이동 경로를 결정할 수 있다.
상기 사용자 위치 추적부는 파티클 필터(particle filter) 알고리즘을 이용하여 상기 최적 이동 경로를 결정할 수 있다.
상기 사용자 위치 추적부는, 상기 복수의 이동 경로 후보 별로 독립적으로 코너를 판단하고, 각 이동 경로 후보의 개별 코너 위치를 저장할 수 있다.
상기 사용자 위치 추적부는, 제1 이동 경로 후보에 대해 현재 위치와 복수의 코너 각각에 대한 제1 거리 및 상기 현재 위치와 상기 복수의 코너 중 두 개의 코너를 연결한 선과의 제2 거리 중 적어도 하나를 계산하여 상기 제1 이동 경로 후보를 평가할 수 있다.
상기 제1 거리 및 상기 제2 거리 중 최소값을 이용하여 상기 제1 이동 경로 후보를 평가할 수 있다.
상기 사용자 위치 추적부는, 상기 현재 위치에서의 진행 방향값을 추가로 이용하여 상기 제1 이동 경로 후보를 평가할 수 있다.
상기 센서는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화를 센싱하는 가속도 센서를 포함하며, 상기 사용자 위치 추적부는, 상기 가속도 센서의 센서값이 최대인 축이 변화하는지 여부를 이용하여 거치상태의 변화를 판단하고, 상기 거치상태의 변화에 따른 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함할 수 있다.
상기 센서는 상기 사용자의 이동에 따른 진행 방향을 센싱하는 자기장 센서 및 자이로 센서 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 사용자 위치 추적부는, 상기 자기장 센서 및 자이로 센서 중 적어도 하나에 의해 센싱된 변화 정보를 통해 제1 지점에서의 제1 벡터 및 상기 제1 지점에 연속한 제2 지점에서의 제2 벡터의 내적을 계산하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지 여부를 판단하는 코너 판단부를 포함할 수 있다.
상기 코너 판단부는 상기 제1 벡터 및 제2 벡터 사이의 각도가 미리 설정된 각도 이상 되는 경우, 상기 제1 시점 및 제2 시점 사이에 코너가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 사용자 위치 추적 방법에 있어서, 사용자의 이동에 따른 변화 정보를 센싱하는 단계-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 상기 변화 정보를 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단하는 단계; 및 상기 변화 정보 및 상기 코너를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 단계를 포함하는 사용자 위치 추적 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 센서를 포함하는 장치에서 사용자 위치를 추적하는 방법으로서, 상기 센서를 이용하여 상기 장치의 거치상태를 판단하는 단계; 상기 거치상태의 변화에 따른 오차를 보정하는 단계; 상기 센서에 의해 센싱된 변화 정보를 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단하는 단계-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 및 상기 변화 정보 및 상기 코너를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 단계를 포함하는 사용자 위치 추적 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 랜드마크 정보 및 거치상태에 따른 센서 정보를 이용하여 오차를 작게 하여 위치를 추적할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 사용자 위치 추적 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 사용자 위치 추적부의 상세 구성을 도시한 도면.
도 3은 사용자의 사용 방식에 따른 이동 통신 단말의 거치상태를 도시한 도면.
도 4는 거치상태의 변화에 따른 가속도 센서 각축의 변화를 나타낸 도면.
도 5는 거치상태가 변화에 따른 보정 결과를 도시한 도면.
도 6은 직선 구간과 코너에서의 자기장의 변화를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 이동 경로 평가부의 상세 구성을 도시한 도면.
도 8은 사용자의 움직임에 따른 복수의 이동 경로 후보를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 경로 평가를 위한 거리 계산 과정을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 사용자 위치 추적 과정의 순서도.
도 11는 본 발명에 따른 가속도 센서의 센서값 변화를 도시한 도면.
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.
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.
본 발명은 사용자 위치 추적 방법 및 장치에 관한 것으로서, 기기에 내장된 센서를 이용하는 것이다. 이처럼 GPS 신호가 아닌 내장된 센서값을 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 것이라는 점에서 GPS 신호가 수신되지 않는 실내에서 유용하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 사용자 위치 추적 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 사용자 위치 추적 장치는 자기장 센서(100), 가속도 센서(102) 및 사용자 위치 추적부(104)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 사용자 위치 추적 장치는 자기장 센서(100) 및 가속도 센서(102)가 내장된 이동 통신 단말일 수 있으며 하기에서는 사용자 위치 추적 장치가 이동 통신 단말인 것을 가정하여 설명한다.
그러나, 사용자 위치 추적 장치는 이동 통신 단말에 한정되지 않고, 상기한 센서들이 내장되어 사용자의 위치 추적이 가능한 단말이라면 제한 없이 적용될 수 있다.
자기장 센서(100)는 물체의 이동에 따른 자기장 변화를 감지하는 센서로서, 주로 반도체를 흐르는 전류에 대해 수직으로 자기장을 걸면 전압이 변화하는 홀 효과(Hall Effect) 등을 이용하는 센서이다.
자기장 센서(100)는 지자기 센서, 지자계 센서, 자기 센서 등 다양한 용어로 사용될 수 있으며, 본 발명은 자기장의 변화를 감지하는 모든 센서를 자기장 센서(100)라 정의한다.
가속도 센서(102)는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서로서, 물체의 운동 상태를 상세하게 감지할 수 있다.
일반적으로 가속도 센서(102)는 3축 가속도를 측정하는 3축 가속도 센서일 수 있으며, 본 발명에는 관성식, 자이로식, 실리콘 반도체식에 제한 없이 모든 가속도 센서(102)가 사용될 수 있다.
사용자 위치 추적부(104)는 상기한 자기장 센서(100) 및 가속도 센서(102)를 이용하여 사용자의 위치를 추적한다.
사용자 위치 추적부(104)는 가속도 센서(102)를 이용하여 사용자의 걸음을 판단한다. 이때, 도 11에 도시된 바와 같이, 사용자 위치 추적부(104)는 가속도 센서(102)에서 감지된 가속도 신호가 주기적으로 반복되면 걸음으로 판단할 수 있다.
신호의 주기적 반복은 신호의 유사도를 판단하는 것일 수 있으며, 이때, Dynamic Time Warping 기법이 시용될 수 있다.
보다 상세하게, 사용자 위치 추적부(104)는 평균과 표준편차를 이용하여 감지된 신호의 피크를 탐지하고, 피크가 탐지된 순간 이전 구간과 현재 구간 신호의 유사도를 비교하며, 두 신호가 유사한 경우에 사용자가 걷는 것으로 인식할 수 있다. 사용자 위치 추적부(104)는 상기한 가속도 센서(100)와 연동하여 사용자의 보행(이동) 여부뿐만 아니라, 사용자의 보폭을 고려하여 사용자의 이동한 거리를 계산할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 센서값을 이용하여 실내에서의 위치 추적을 위해 랜드마크(Landmark) 정보를 이용하며, 본 실시예에서 랜드마크 정보는 실내에 존재하는 코너(corner)일 수 있다.
보다 상세하게, 본 실시예에 따른 사용자 위치 추적부(104)는 자기장 센서(100)를 이용하여 사용자의 진행 방향(Heading)을 판단하며, 아울러 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단하며, 상기한 진행 방향 및 코너를 이용하여 사용자의 위치를 추적한다.
사용자 위치 추적을 위해 사용자의 이동 거리를 계산할 필요가 있으며, 사용자 위치 추적부(104)는 가속도 센서(102)를 이용하여 사용자 이동에 따른 가속도 변화를 센싱하고, 자기장 센서(100)를 통해 얻어진 진행 방향 및 코너 정보를 이용하여 사용자 위치를 추적한다.
상기에서는 자기장 센서(100)를 이용하여 사용자의 진행 방향을 판단(또한 코너 판단)하는 것으로 설명하였으나, 사용자의 이동에 따른 각속도의 변화를 센싱하는 자이로 센서가 자기장 센서(100) 대신 또는 자기장 센서와 함께 이용될 수도 있다.
하기에서는 가속도 센서 및 자기장 센서만을 이용하여 사용자 위치를 추적하는 것으로 설명할 것이나, 사용자의 이동에 따른 가속도 변화, 자기장 변화 및 각속도 변화 중 적어도 하나를 센싱하는 다양한 센서를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 것도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다는 점을 이해하여야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 사용자 위치 추적부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 사용자 위치 추적부는 오차 보정부(200), 코너 판단부(202) 및 이동 경로 평가부(204)를 포함할 수 있다.
오차 보정부(200)는 사용자의 이동 통신 단말의 거치상태에 따른 오차를 보정한다.
이동 통신 단말은 근래에 주로 사용되고 있는 통화, 인터넷 서비스 및 데이터 통신이 가능한 스마트폰일 수 있으며, 일반적으로 사용자는 이동 통신 단말을 하나의 상태로 고정시키기 않고 이용한다.
즉, 사용자의 사용 방식에 따라 사용자 위치 추적 장치의 거치상태가 변화하게 된다.
도 3은 사용자의 사용 방식에 따른 이동 통신 단말의 거치상태를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 거치상태는 메시징(Messaging), 통화(Calling), 스윙(Swing) 및 주머니(Pocket) 상태로 구분될 수 있다.
메시징 상태는 이동 통신 단말에 디스플레이되는 내용을 확인하는 상태로서 사용자가 이동 통신 단말을 통해 메시지를 작성 또는 확인하거나, 인터넷에 접속하는 상태이다.
통화 상태는 사용자의 통화 중 상태이다.
스윙 상태는 사용자가 이동 통신 단말을 손에 파지한 상태로 걷고 있는 상태이다.
주머니 상태는 사용자가 이동 통신 단말이 주머니에 들어가 있는 상태이다.
사용자 위치 추적에 있어서, 정확한 위치 추적을 위해서는 이동 통신 단말의 거치상태에 따라 진행 방향 판단에 오차가 발생되는 것을 최소화해야 한다.
거치상태에 따라 사용자의 진행 방향이 바뀌지 않았음에도 바뀐 것으로 잘못 판단할 수 있는 바, 거치상태의 변화에 따른 오차를 보정하는 것이 필요하다.
이를 위해 오차 보정부(200)는 가속도 센서(102)를 이용하여 기기의 거치상태 변화를 모니터링하고, 거치상태의 변화가 생기는 경우, 센서값을 보정하는 과정을 수행한다.
도 4는 거치상태의 변화에 따른 가속도 센서 각축의 변화를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 거치상태가 변화하는 경우, 각축의 센서값 중 최대값을 갖는 축이 변화하게 되며, 오차 보정부(200)는 이처럼 가속도 센서(102)의 센서값이 최대인 축이 변화하는지를 판단하고, 최대인 축이 변화하는 경우, 이를 도 5와 같이 보정하는 과정을 수행한다.
도 5는 거치상태가 변화에 따른 보정 결과를 도시한 도면이다.
코너 판단부(202)는 자기장 센서(100)를 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단한다.
자기장 센서(100)는 사용자의 위치에서 각축에 대한 자기장 세기의 변화만을 표시하기 때문에 사용자의 걸음걸이에 의한 오차가 적고 도 6에 도시된 바와 같이, 사용자의 직선구간과 코너를 돌았을 때의 센서값의 차이가 크다. 이러한 점을 고려하여 코너 판단부(202)는 자기장 센서(100)를 이용하여 코너를 판단한다.
여기서, 도 6은 직선 구간과 코너에서의 자기장의 변화를 도시한 도면이다.
코너 판단부(202)는 이전 위치와 현재 위치에서의 벡터 변화량을 이용하여 어느 지점이 코너인지를 판단한다.
사용자의 현재 위치에서 각축마다 작용하는 자기장 센서(100)의 센서값(자기장 벡터)은 하나의 벡터 MFn=<mfx, mfy, mfz>로 나타낼 수 있다.
현재 위치에서의 자기장 벡터를 MFn 이라 하고, 이전 위치의 자기장 벡터를 MFn-1==<mfx’, mfy’, mfz’>이라 할 때, 이 두 벡터의 내적은 다음의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112010085390651-pat00001
수학식 1의 내적값을 정리하여 두 벡터 사이의 각도
Figure 112010085390651-pat00002
를 구하는 식은 다음의 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure 112010085390651-pat00003
상기한 벡터 사이의 각도를 벡터의 변화량이라 정의할 수 있으며, 코너 판단부(202)는 벡터 사이의 각도가 미리 설정된 수치보다 큰 경우, 상기한 이전 위치 및 현재 위치 사이에 코너가 있는 것으로 판단할 수 있다.
일반적으로, 가속도 센서(102) 및 자기장 센서(100)를 이용하는 경우, 센서의 부정확성 및 오차의 누적 문제가 발생하기 때문에 이를 보정하는 것이 필요하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이동 경로 평가부(204)는 파티클 필터(particle filter) 알고리즘을 이용하여 센서의 오차를 반영한 복수의 이동 경로를 생성하고, 이중 실제 사용자의 이동 경로에 근접한 최적 이동 경로를 결정한다.
본 발명에 따른 위치 추적 방식은 기준이 되는 맵이 없는 상태에서도 가능한 방식으로서, 사용자가 이전에 지나간 구간을 다시 되돌아온 경우에 사용자 위치 추적이 이루어질 수 있다.
설명의 편의를 위해, 동일 구간에 대해 과거에 지나온 경로를 이전 경로, 현재 시점에서 지나는 경로를 현재 경로라 정의한다.
이동 경로 평가부(204)는 센서의 오차를 반영한 복수의 이동 경로 후보 중 동일 구간에서 이전 경로 및 현재 경로의 유사도가 가장 높은 이동 경로 후보를 최적 이동 경로(실제 사용자 이동 경로)로 결정한다.
파티클 필터 알고리즘은 시뮬레이션에 기반을 둔 예측 방법으로서, 사용자의 움직임에 따라 오차의 확률분포를 이용하여 복수의 이동 경로 후보를 생성하고, 이중 최적 이동 경로를 결정하는 알고리즘이다.
여기서, 각 이동 경로 후보가 하나의 파티클로 정의될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 이동 경로 평가부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이동 경로 평가부(204)는 이동 경로 후보 생성부(700), 코너 위치 저장부(702), 거리 계산부(704), 진행 방향 차이 계산부(706), 가중치 계산부(708) 및 최적 경로 결정부(710)를 포함할 수 있다.
이동 경로 후보 생성부(700)는 가우시안 분포(Gaussian Distribution)에 따라 센서값에 변이(deviation)을 부여하여 확률적으로 가능한 복수의 이동 경로 후보를 생성한다.
도 8은 사용자의 움직임에 따른 복수의 이동 경로 후보를 도시한 도면으로서, 복수의 이동 경로 후보들 각각에 대한 현재 위치 추정값을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 지점에서 센서의 오차에 의해 현재 위치 추정값이 서로 다르게 나타날 수 있다.
전술한 바와 같이, 이동 경로 후보의 평가는 사용자가 이전에 지나온 위치를 다시 되돌아오는 경우에 이루어질 수 있다. 즉, 이동 경로 평가부(204)는 사용자의 움직임에 따른 이전 경로와 현재 경로가 근접한지 여부를 평가한다.
본 발명과 같이, 가속도 센서 및 자기장 센서를 이용하여 위치를 추적하는 경우, 시간에 따라 오차는 점차적으로 누적될 수 밖에 없는 바, 동일한 위치에서 현재 시점에서 측정된 위치 추정값은 이전 시점에 측정된 위치 추정값보다 오차가 크게 반영될 수밖에 없다. 이러한 점을 전제로 하여 본 발명은 이전 시점과 현재 시점에서의 위치 추정값의 차이가 가장 작은, 즉 유사도가 가장 큰 이동 경로 후보가 가장 작은 오차를 가지는 것으로 판단하고, 하기에서 설명하는 바와 같이 이를 최적 이동 경로로 결정하게 된다.
이때, 이동 경로 후보의 평가는 각 이동 경로 후보에 대해 독립적으로 이루어질 수 있다.
독립적인 평가를 위해, 각 이동 경로 후보 별로 독립적으로 코너가 판단되며, 코너 위치 저장부(702)는 각 이동 경로 후보 별로 판단된 코너 위치를 저장한다.
거리 계산부(704)는 각 이동 경로 후보 별로 코너 위치와 현재 위치와의 거리를 계산한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 경로 평가를 위한 거리 계산 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 하나의 이동 경로 후보에 대한 거리 계산을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 하나의 이동 경로 후보에 대해 각 코너 위치(900,902)가 미리 저장된다.
거리 계산부(704)는 제1 코너(900)와 현재 위치(910)와의 제1 거리(d) 및 제1 코너(900)와 제2 코너(902)를 연결한 선과 현재 위치와의 제2 거리(dl)을 계산한다.
본 실시예에 따르면, 제1 거리는 현재 위치와 모든 코너 각각의 거리로, 제2 거리는 복수의 코너 중 2개를 연결한 선과의 거리로 정의될 수 있다.
즉, 제1 거리는 현재 위치(910)와 제2 코너 내지 제4 코너(902 내지 906) 각각의 거리이고, 제2 거리는 현재 위치(910)와 제1 내지 제4 코너 중 두 개의 코너는 연결하는 선과의 거리로 정의될 수 있는 것이다.
여기서, 제2 거리를 계산하는 이유는 현재 위치와 특정 코너와의 거리가 멀더라도, 현재 위치가 제1 및 제2 코너 사이에 존재하는 경우에 더 좋은 평가를 받을 수 있기 때문이다.
거리 계산부(704)는 하나의 현재 위치 추정값에 대해 모든 코너 각각에 대해 제1 거리 및 제2 거리를 계산하며, 이중 최소값을 저장한다.
도 9와 같이 현재 위치(910)가 제1 코너(900) 및 제2 코너(902) 사이에 위치하는 경우에는 d 또는 dl이 최소값으로 저장될 수 있다.
이때, 거리 계산부(704)는 모든 현재 위치 추정값에 대해 상기와 같이 모든 코너 위치와의 거리를 계산하고, 각 현재 위치에 대해 거리가 최소인 값을 저장한다.
또한, 상기와 같은 거리 계산은 모든 이동 경로 후보에 대해 독립적으로 수행된다.
센서값의 오차로 인해, 사용자가 제1 지점에 서로 다른 시점에 위치하고 있고, 동일한 방향을 이동하고 있다고 하더라도 현재 위치와 이전 위치에서 진행 방향에 차이가 있을 수 있다.
이러한 차이를 평가하기 위해, 이동 경로 평가부(204)는 진행 방향 차이 계산부(706)를 더 포함할 수 있으며, 진행 방향 차이 계산부(706)는 현재 위치(제1 지점)의 진행 방향과 이전 위치에서 저장된 진행 방향의 차이를 계산한다.
가중치 계산부(708)는 현재 위치에서의 코너와의 거리 최소값 및 진행 방향 차이값(H)을 이용하여 다음의 수학식 3과 같이 가중치를 계산한다.
[수학식 3]
Figure 112010085390651-pat00004
가중치는 각 이동 경로 후보에 대해 독립적으로, 그리고 복수의 위치에서 모두 계산된다. 최적 경로 결정부(710)는 상기와 같은 가중치를 이용하여 복수의 이동 경로 후보 중 가중치가 가장 높은 이동 경로 후보를 최적 이동 경로로 결정한다.
사용자 위치 추적부(204)는 최적 이동 경로가 결정되는 경우, 해당 최적 이동 경로에서의 현재 위치를 사용자의 위치로 판단한다.
본 발명에 따르면, 코너를 랜드마크로 지정하여 각 이동 경로 후보 중 최적 이동 경로를 결정하며, 이때 코너와 코너 사이는 직선으로 가정하기 때문에 랜드마크의 수가 적더라도 정확한 사용자 위치 추적이 가능하다.
도 10은 본 발명에 따른 사용자 위치 추적 과정의 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 사용자 위치 추적 장치는 가속도 센서를 이용하여 사용자의 이동에 따른 가속도 변화를 센싱한다(단계 1000).
또한, 자기장 센서를 이용하여 사용자의 이동에 따른 자기장 변화를 센싱한다(단계 1002).
상기한 가속도 변화를 이용하여 사용자의 거치상태의 변화를 판단하며(단계 1004), 거치상태가 변화한 경우, 이를 보정한다(단계 1006).
또한, 사용자 위치 추적 장치는 자기장 변화를 이용하여 사용자의 진행 방향 및 이동 경로 중 코너가 존재하는지 판단한다(1008).
전술한 바와 같이, 코너의 존재 여부는 연속하는 지점에서의 자기장 벡터의 변화값이 미리 설정된 값 이상이 되는지를 통해 판단할 수 있다.
사용자 위치 추적 장치는 코너 위치를 저장한다(단계 1010).
실내 환경에 따라 코너 위치는 복수 개로 저장될 수 있다.
사용자가 한번 이동한 구간으로 다시 되돌아오는 경우, 사용자 위치 추적 장치는 현재 위치와 미리 저장된 코너 위치와의 거리를 계산한다(단계 1012).
단계 1012에서의 거리는 현재 위치와 복수의 코너 각각에 대한 거리 및 현재 위치와 복수의 코너 중 2개를 연결한 선과의 거리일 수 있다.
사용자 위치 추적 장치는 단계 1012에서 계산된 복수의 거리 정보 중 최소값을 저장한다(단계 1014).
또한, 사용자 위치 추적 장치는 현재 위치와 이에 상응하는 이전 위치에서의 진행 방향값(Heading Value)의 차이를 계산한다(단계 1016).
이후, 단계 1014내지 1016에서 계산된 거리 및 진행 방향의 차이를 이용하여 자신의 이동 경로를 평가한다(단계 1018).
단계 1018에서의 평가는 상기한 가중치를 계산하는 과정일 수 있다.
사용자 위치 추적 장치는 복수의 이동 경로 후보에 대해 단계 1000 내지 1018 과정을 수행하며, 이를 통해 복수의 이동 경로 후보 중 최적 이동 경로를 결정한다(단계 1020).
단계 1020에서 최적 이동 경로가 결정되는 경우, 최적 이동 경로에서의 현재 위치가 사용자 위치가 된다.
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.

Claims (15)

  1. 사용자 위치 추적 장치에 있어서,
    사용자의 이동에 따른 변화 정보를 센싱하는 센서-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 및
    상기 센서를 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단하고, 상기 변화 정보 및 상기 코너를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 사용자 위치 추적부를 포함하되,
    상기 사용자 위치 추적부는,
    상기 센서의 오차 확률을 고려하여 사용자의 이동에 따라 복수의 이동 경로 후보를 생성하고, 상기 복수의 이동 경로 후보 중 동일 구간에서 이전 경로 및 현재 경로의 유사도를 비교하여 사용자의 최적 이동 경로를 결정하는 사용자 위치 추적 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 위치 추적부는 파티클 필터(particle filter) 알고리즘을 이용하여 상기 최적 이동 경로를 결정하는 사용자 위치 추적 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 위치 추적부는,
    상기 복수의 이동 경로 후보 별로 독립적으로 코너를 판단하고, 각 이동 경로 후보의 개별 코너 위치를 저장하는 사용자 위치 추적 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사용자 위치 추적부는,
    제1 이동 경로 후보에 대해 현재 위치와 복수의 코너 각각에 대한 제1 거리 및 상기 현재 위치와 상기 복수의 코너 중 두 개의 코너를 연결한 선과의 제2 거리 중 적어도 하나를 계산하여 상기 제1 이동 경로 후보를 평가하는 사용자 위치 추적 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 거리 및 상기 제2 거리 중 최소값을 이용하여 상기 제1 이동 경로 후보를 평가하는 사용자 위치 추적 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 사용자 위치 추적부는,
    상기 현재 위치에서의 진행 방향값을 추가로 이용하여 상기 제1 이동 경로 후보를 평가하는 사용자 위치 추적 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화를 센싱하는 가속도 센서를 포함하며,
    상기 사용자 위치 추적부는,
    상기 가속도 센서의 센서값이 최대인 축이 변화하는지 여부를 이용하여 거치상태의 변화를 판단하고, 상기 거치상태의 변화에 따른 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함하는 사용자 위치 추적 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 사용자의 이동에 따른 진행 방향을 센싱하는 자기장 센서 및 자이로 센서 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 사용자 위치 추적부는,
    상기 자기장 센서 및 상기 자이로 센서 적어도 하나에 의해 센싱된 변화 정보를 통해 제1 지점에서의 제1 벡터 및 상기 제1 지점에 연속한 제2 지점에서의 제2 벡터의 내적을 계산하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지 여부를 판단하는 코너 판단부를 포함하는 사용자 위치 추적 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코너 판단부는 상기 제1 벡터 및 제2 벡터 사이의 각도가 미리 설정된 각도 이상 되는 경우, 상기 제1 시점 및 제2 시점 사이에 코너가 존재하는 것으로 판단하는 사용자 위치 추적 장치.
  11. 사용자 위치 추적 방법에 있어서,
    사용자의 이동에 따른 변화 정보를 센싱하는 단계-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-;
    상기 변화 정보를 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단하는 단계; 및
    상기 변화 정보 및 상기 코너를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 단계를 포함하되,
    상기 센싱 단계는 상기 사용자의 이동에 따른 자기장 변화를 센싱하며,
    상기 코너 판단 단계는,
    제1 지점에서의 제1 자기장 벡터를 저장하는 단계;
    상기 제1 지점에 연속한 제2 지점에서의 제2 자기장 벡터를 저장하는 단계; 및
    상기 제1 벡터 및 제2 벡터의 내적을 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 사용자 위치 추적 방법..
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센싱 단계는,
    상기 사용자의 이동에 따른 3축 가속도 변화를 센싱하는 단계;
    상기 가속도 변화의 센싱값이 최대인 축이 변화하는지 여부를 이용하여 거치상태의 변화를 판단하는 단계; 및
    거치상태가 변화하는 경우, 상기 거치상태의 변화에 따른 오차를 보정하는 단계를 더 포함하는 사용자 위치 추적 방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 사용자 위치 추적 단계는,
    상기 자기장 변화의 센싱의 오차 확률을 고려하여 사용자의 이동에 따라 복수의 이동 경로 후보를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 이동 경로 후보 중 동일 구간에서 이전 경로 및 현재 경로의 유사도를 비교하여 사용자의 최적 이동 경로를 결정하는 단계를 포함하는 사용자 위치 추적 방법.
  15. 센서를 포함하는 장치에서 사용자 위치를 추적하는 방법으로서,
    상기 센서를 이용하여 상기 장치의 거치상태를 판단하는 단계;
    상기 거치상태의 변화에 따른 오차를 보정하는 단계;
    상기 센서에 의해 센싱된 변화 정보를 이용하여 사용자의 이동 경로 상에 코너가 존재하는지를 판단하는 단계-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 및
    상기 변화 정보 및 상기 코너를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 단계를 포함하는 사용자 위치 추적 방법.
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