KR101161103B1 - 사용자 위치 추적 방법, 이를 이용한 평면도 제작 방법 및 장치 - Google Patents

사용자 위치 추적 방법, 이를 이용한 평면도 제작 방법 및 장치 Download PDF

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KR101161103B1
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신효정
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 사용자 위치 추적 방법, 이를 이용한 평면도 제작 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 평면도 제작 장치는 사용자의 보행에 따라 센서를 통해 센싱된 변화 정보를 이용하여 사용자의 위치를 추정하는 사용자 위치 추적부-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 상기 추정된 사용자 위치에서의 무선 신호 세기를 저장하는 무선 신호 세기 저장부; 및 상기 추정된 사용자 위치 및 상기 무선 신호 세기 정보를 이용하여 평면도를 생성하는 평면도 생성부를 포함한다. 본 발명에 따르면 적은 연산량으로도 사용자의 위치 추적 및 평면도 제작이 가능한 장점이 있다.

Description

사용자 위치 추적 방법, 이를 이용한 평면도 제작 방법 및 장치{METHOD FOR TRACKING USER LOCATION, METHOD AND APPARATUS FOR CONSTRUCTING MAP USING THE SAME}
본 발명은 사용자 위치 추적 방법, 이를 이용한 평면도 제작 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내에서 사용자의 위치를 추적하고, 이를 이용하여 실내 평면도를 제작하는 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 방법이 있다.
그러나, Wi-Fi 핑거프린팅 방식은 사전에 데이터베이스가 구축되어야 있어야 하고, 환경적인 요소에 영향을 크게 받고 또한 라디오 지도(Radio Map) 구축 비용이 크다는 단점이 있다.
그밖에 INS(Inertial Navigation System) 및 거리 측정을 이용한 방법이 존재하나, INS는 높은 연산량을 요구하기 때문에 스마트폰에서는 사용되지 못한다.
거리 측정을 이용한 방법(Range-Based Localization)은 UWB, Ultra-Sonic 또는 Zigbee 등 위치를 알고 있는 Beacon을 설치하고, 현재 사용자의 위치를 추적하는 방법으로서, 높은 정확도를 보이기는 하나, Beacon을 설치해야 하기 때문에 설치비용 및 관리비용이 증가하는 문제점이 있다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 추가 장비, 설비 및 사전 라디오 제작이 없이도 사용자 위치 추적 및 평면도 제작이 가능한 사용자 위치 추적 방법, 이를 이용한 평면도 제작 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 높은 연산량 없이 센서가 내장된 이동 단말을 통해서도 평면도 제작이 가능한 사용자 위치 추적 방법, 이를 이용한 평면도 제작 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 사용자의 위치 추적을 통해 평면도를 제작하는 장치로서, 사용자의 보행에 따라 센서를 통해 센싱된 변화 정보를 이용하여 사용자의 위치를 추정하는 사용자 위치 추적부-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 상기 추정된 사용자 위치에서의 무선 신호 세기를 저장하는 무선 신호 세기 저장부; 및 상기 추정된 사용자 위치 및 상기 무선 신호 세기 정보를 이용하여 평면도를 생성하는 평면도 생성부를 포함하는 평면도 제작 장치가 제공된다.
상기 무선 신호 세기는 실내 복도 환경에서의 액세스 포인트(Access Point)에 의한 Wi-Fi, UWB 및 Wibro 중 적어도 하나의 신호 세기일 수 있다.
상기 사용자 위치 추적부는 주기적으로 사용자의 위치를 추정하며, 상기 무선 신호 세기 저장부는, 주기적으로 추정된 복수의 사용자 위치 각각에서의 무선 신호 세기를 수집하여 저장할 수 있다.
상기 사용자 위치 추적부는 상기 센서의 오차 확률을 고려하여 서로 다른 추정 위치를 갖는 복수의 보행 경로 후보를 생성하며, 상기 무선 신호 세기 저장부는, 상기 복수의 보행 경로 후보 별로 추정된 위치에 상응하는 무선 신호 세기를 저장할 수 있다.
상기 평면도 생성부는, 무선 신호 세기가 유사한 제1 및 제2 위치의 물리적 거리가 유사한지 여부를 이용하여 상기 복수의 보행 경로 후보 중 최적 보행 경로를 결정하며, 결정된 최적 보행 경로에 기초하여 상기 평면도를 생성할 수 있다.
상기 제1 위치 및 제2 위치에서의 무선 신호 세기는 동일한 지점에서 서로 다른 시간에 측정된 무선 신호 세기일 수 있다.
상기 제1 및 제2 위치에서의 무선 신호 세기의 유사 여부는 무선 신호 벡터의 p-norm 거리에 의해 판단될 수 있다.
상기 평면도 생성부는 파티클 필터(particle filter) 알고리즘을 이용하여 상기 최적 보행 경로를 결정할 수 있다.
상기 센서는 사용자의 보행에 따른 가속도 변화를 센싱하는 가속도 센서 및 사용자 보행에 따른 자기장 변화를 센싱하는 자기장 센서를 포함하며, 상기 사용자 위치 추적부는, 상기 가속도 센서를 이용하여 사용자의 보행 여부를 판단하고, 상기 자기장 센서를 이용하여 사용자의 진행 방향을 판단할 수 있다.
상기 사용자 위치 추적부는, 상기 가속도 센서에서 감지된 신호가 주기적으로 반복되면 사용자의 보행으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 사용자 위치를 추적하는 방법으로서, 센서를 이용하여 사용자 보행에 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 센서의 오차 확률을 고려하여 사용자의 보행에 따른 복수의 보행 경로 후보를 생성하는 단계-상기 복수의 보행 경로 후보 각각에 대해 위치 추정값 및 이에 상응하는 무선 신호 세기 정보가 저장됨-; 상기 현재 위치 추정값 및 이에 상응하는 선 신호 세기 정보를 이용하여 상기 복수의 보행 경로 후보 중 최적 보행 경로를 결정하는 단계; 및 상기 최적 보행 경로를 이용하여 사용자의 현재 위치를 추적하는 단계를 포함하는 사용자 위치 추적 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 사용자의 위치 추적을 통해 평면도를 제작하는 방법으로서, 사용자의 보행에 따른 변화 정보를 센싱하는 센서를 이용하여 사용자의 위치를 추정하는 단계-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-; 상기 추정된 사용자 위치에서의 무선 신호 세기를 저장하는 단계; 및 상기 추정된 사용자 위치 및 상기 무선 신호 세기 정보를 이용하여 평면도를 생성하는 단계를 포함하는 평면도 제작 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 내장된 센서를 이용하여 사용자의 위치를 추적하고, 각 위치에서 무선 신호 세기를 이용하여 최적 보행 경로를 결정하기 때문에 적은 연산량으로도 정확하게 사용자의 위치를 추적하고 이를 기반으로 평면도를 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 추가 장비 없이 스마트폰과 같은 센서가 내장된 단말을 이용하여 평면도를 제작할 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명에 따르면, 각 위치에서 수집된 무선 신호 세기를 이용하여 라디오 맵(radio map)을 자동적으로 생성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평면도 제작 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 가속도 센서의 센서값 변화를 도시한 도면.
도 3은 사용자의 움직임에 따른 복수의 보행 경로 후보를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평면도 생성부(108)의 상세 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평면도 생성 과정을 도시한 도면.
도 6은 사용자의 보행에 따른 자기장 센서의 경향성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 평면도 생성 과정의 순서도.
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 기기에 내장된 센서 및 무선 신호 세기를 이용하여 사용자 위치 추적하고, 이를 이용하여 평면도를 제작한다. 이처럼 GPS 신호가 아닌 내장된 센서값을 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 것이라는 점에서 GPS 신호가 수신되지 않는 실내에서의 위치 추적 및 실내 평면도 제작에 유용하게 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 평면도는 평면도는 건물과 같은 실내 환경을 식별할 수 있도록 하는 도면일 수도 있으며, 이에 한정됨이 없이 무선 신호 세기를 이용한다는 점에서 사용자의 위치를 추적해가면서 생성한 실내의 각 위치에서의 무선 신호 정보에 관한 라디오 맵(radio map)을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평면도 제작 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 평면도 제작 장치는 가속도 센서(100), 자기장 센서(102), 사용자 위치 추적부(104), 무선 신호 세기 저장부(106) 및 평면도 생성부(108)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 평면도 제작 장치는 가속도 센서(100) 및 자기장 센서(102)가 내장된 이동 통신 단말일 수 있다.
그러나, 평면도 제작 장치는 이동 통신 단말에 한정되지 않고, 상기한 센서들이 내장되어 사용자의 위치 추적이 가능한 단말이라면 제한 없이 적용될 수 있다.
가속도 센서(100)는 보행하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서로서, 물체의 운동 상태를 상세하게 감지할 수 있다.
가속도 센서(100)는 3축 가속도 센서일 수 있으며, 본 발명에는 관성식, 자이로식, 실리콘 반도체식에 제한 없이 모든 가속도 센서(100)가 사용될 수 있다.
자기장 센서(102)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(102)는 디지털 compass, 지자계 센서, 자기 센서 등 다양한 용어로 사용될 수 있으며, 본 발명은 자기장의 변화를 감지하는 모든 센서를 자기장 센서(102)라 정의한다.
사용자 위치 추적부(104)는 상기한 가속도 센서(100) 및 자기장 센서(102)를 이용하여 사용자의 위치를 추적한다.
보다 상세하게, 본 실시예에 따른 사용자 위치 추적부(104)는 가속도 센서(100)를 이용하여 사용자의 보행 여부를 판단하며, 자기장 센서(102)를 이용하여 사용자의 진행 방향(Heading)을 판단한다.
상기에서는 자기장 센서(100)를 이용하여 사용자의 진행 방향을 판단하는 것으로 설명하였으나, 사용자의 이동에 따른 각속도의 변화를 센싱하는 자이로 센서가 자기장 센서(102) 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 추적하고 평면도를 제작하는 것도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다는 점을 이해하여야 할 것이다.
한편, 사용자의 진행 방향은 장치의 거치 상태에 따라 사용자의 실제 진행 방향과 다르게 나타날 수 있으며, 이에 제작된 평면도는 실제 건물의 배치 방향과 다를 수 있다. 그러나, 평면도의 절대 배치 각도는 본 발명에서 큰 의미를 가지지 않으며 단지 사용자의 가독성을 높이기 위해 하기에서 설명하는 자기장 센서의 경향성에 의해 배치(회전)될 수 있다.
주로 본 발명에 따른 방법으로 제작된 평면도는 가로 방향으로 회전될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 가속도 센서의 센서값 변화를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가속도 센서(100)에서 감지된 신호가 주기적으로 반복되면 사용자가 보행하는 것으로 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 여부뿐만 아니라, 사용자의 보폭을 고려하여 사용자의 이동한 거리를 계산할 수 있다.
한편, 사용자 위치 추적부(104)는 자기장 센서(102)를 이용하여 사용자의 진행 방향을 판단한다.
이때, 사용자 위치 추적부(104)는 가장 큰 가속도를 갖는 축을 중력축으로 판단하며, 자기장 변화를 측정하여 사용자의 진행 방향을 판단한다.
일반적으로, 가속도 센서(100) 및 자기장 센서(102)를 이용하는 경우, 센서의 부정확성 및 오차의 누적 문제가 발생하기 때문에 이를 보정하는 것이 필요하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 오차 보정을 위해 무선 신호 세기가 이용되며, 무선 신호 세기 저장부(106)는 사용자 위치 추적부(104)에 추정된 사용자 위치에서의 무선 신호 세기를 수집하고 이를 저장한다.
여기서, 무선 신호 세기는 소정 위치에서의 무선 랜 신호 세기일 수 있으며, 바람직하게는 건물 내부에 설치된 액세스 포인트(Access Point)에 의한 Wi-Fi 신호 세기일 수 있다.
그러나, 이에 한정됨이 없이 Wi-Fi 이외에 infra(무선 액세스 포인트)가 구축된 모든 라디오(radio) 신호가 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 무선 신호는 UWB, 4G, WiBro 신호 일 수 있다.
근래에 건물 내부에는 복수의 액세스 포인트가 설치되기 때문에 무선 신호 세기는 복수의 액세스 포인트에 대한 신호 벡터로 표현될 수 있다.
일반적으로, 복수의 액세스 포인트는 고정된 상태로 설치되어 있기 때문에 동일 위치에서 무선 신호 세기는 매우 유사하게 나타날 수 있다.
이러한 점을 이용하여 본 발명은 각 지점에서의 무선 신호 세기를 랜드마크(Landmark)로 하여 사용자 위치를 추적한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 사용자 위치 추적부(104)는 파티클 필터(particle filter) 알고리즘을 이용하여 센서의 오차를 반영한 복수의 보행 경로 후보를 생성한다.
하기에서는 파티클 필터를 이용한 최적 이동 경로 결정 과정을 설명할 것이나, 이에 한정됨이 없이 Extended Kalman Filter, Unscented Kalman Filter 등 다른 Bayesian Filter 등이 사용될 수도 있을 것이다.
파티클 필터 알고리즘은 시뮬레이션에 기반을 둔 예측 방법으로서, 사용자의 움직임에 따라 오차의 확률분포를 이용하여 복수의 보행 경로 후보를 생성하고, 이중 최적 보행 경로를 결정하는 알고리즘이다.
본 발명에 따르면, 사용자 위치 추적부(104)는 가우시안 분포(Gaussian Distribution)에 따라 센서값에 변이(deviation)을 부여하여 확률적으로 가능한 복수의 보행 경로 후보를 생성한다.
여기서, 각 보행 경로 후보가 하나의 파티클로 정의될 수 있다.
도 3은 사용자의 움직임에 따른 복수의 보행 경로 후보를 도시한 도면으로서, 복수의 보행 경로 후보들 각각에 대한 위치 추정값을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 사용자가 보행 경로 중 하나의 지점에 위치하고 있다고 하더라도 센서의 오차를 고려하면 서로 다르게 현재 위치가 추정될 수 있으며, 사용자 위치 추적부(104)는 서로 다른 위치 추정값을 저장한다.
평면도가 생성되기 이전에 각 위치의 절대 좌표를 알 수 없으며, 위치 추정값은 소정 기준점(예를 들어, 사용자 보행 시작점)에 대한 상대 좌표일 수 있다.
사용자 위치 추적부(104)는 주기적으로 사용자의 위치를 추정하며, 무선 신호 세기 저장부(106)는 추정된 위치 각각에서의 무선 신호 세기를 저장한다.
도 3을 참조하면, 사용자가 어느 한 지점에 위치하고 있는 경우, 복수의 보행 경로 각각에 대해 위치 추정값은 서로 다르다고 하더라도 무선 신호 세기는 실제 동일 지점에서 수집된 정보이므로 각 위치 추정값에 대한 무선 신호 세기는 서로 동일하다.
평면도 생성부(108)는 위치 추정값 및 무선 신호 세기를 이용하여 복수의 보행 경로 후보 각각을 평가하여 최적 보행 경로를 결정하고 이에 기초하여 평면도를 생성한다.
보행 경로 후보의 평가는 사용자가 이전에 지나온 위치를 다시 되돌아오는 경우에 이루어질 수 있다. 즉, 평면도 생성부(108)는 사용자의 움직임에 따른 이전 경로와 현재 경로가 근접한지 여부를 평가한다.
이때, 보행 경로 후보의 평가는 각 보행 경로 후보에 대해 독립적으로 이루어질 수 있다.
독립적인 평가를 위해, 각 보행 경로 후보 별로 무선 신호 세기의 유사도 및 물리적 거리의 유사도 비교 과정이 수행된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평면도 생성부(108)의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 평면도 생성부(108)는 무선 신호 세기 비교부(400), 거리 계산부(402) 및 최적 경로 결정부(404)를 포함할 수 있다.
무선 신호 세기 비교부(400)는 현재 위치에서의 무선 신호 세기(제1 무선 신호 세기)와 이전에 저장된 복수의 무선 신호 세기를 비교한다.
여기서, 복수의 무선 신호 세기는 사용자의 보행을 통해 이전 시점에 저장된 무선 신호 세기이다.
예를 들어, 무선 신호 세기의 비교는 동일 지점에서 이전에 저장된 Wi-Fi 신호 벡터와 현재 저장된 Wi-Fi 신호 벡터 사이의 p-norm 거리를 비교하는 것일 수 있다.
여기서, 무선 신호 세기의 유사 여부 판단이 p-norm 거리에 의해 이루어진다는 것은 수학적인 벡터 유사도 분석에 의해 무선 신호 세기 유사 여부가 판단된다는 점을 의미한다.
무선 신호 세기 비교부(400)는 무선 신호 세기 비교 과정을 통해 제1 무선 신호 세기와 유사도가 높은 제2 무선 신호 세기를 탐색한다.
예를 들어, 무선 신호 세기가 완전히 일치하는 경우를 유사도 1이라 할 때, 무선 신호 세기 비교부(400)는 제1 무선 신호 세기와 유사도가 0.9 이상인 제2 무선 신호 세기를 탐색할 수 있다.
여기서, 탐색된 제2 무선 신호 세기에서의 위치(제1 위치)는 현재 위치(제2 위치)와 동일한 지점이라고 가정할 수 있다.
즉, 제1 및 제2 무선 신호 세기는 동일 지점에서 서로 다른 시간에 측정된 무선 신호 세기인 것이다.
완전히 동일한 지점에서 측정되었다 하더라도 측정 시간 및 측정 환경에 따라 무선 신호 세기가 완전히 일치하지 않을 수 있으므로 본 발명은 무선 신호 세기 비교에 있어 유사도 수치를 적용한다.
제2 무선 신호 세기가 탐색되는 경우, 거리 계산부(402)는 제1 위치 및 제2 위치의 물리적 거리를 계산한다.
여기서, 제1 위치는 동일 지점에 대해 이전 시점에서 추정된 위치이며, 제2 위치는 현재 시점에서 추정된 위치이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 무선 신호 세기 비교 및 거리 계산은 복수의 보행 경로 후보 각각에 대해 독립적으로 이루어지고, 또한, 사용자의 위치가 변경되는 때마다 반복적으로 수행된다.
최적 경로 결정부(404)는 거리 계산부(402)에서 계산된 거리를 이용하여 복수의 보행 경로 후보 중 최적 보행 경로를 결정한다.
최적 경로 결정부(404)는 무선 신호 세기가 유사한 현재 위치 및 이전 위치의 물리적 거리가 가장 유사한 보행 경로 후보를 최적 보행 경로로 결정한다.
이와 같이 결정된 최적 보행 경로를 이용하여 사용자의 위치를 정확히 추정할 수 있으며, 이를 통해 실제 사용자의 보행을 반영하는 평면도를 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평면도 생성 과정을 도시한 도면이다.
도 5에서 소정의 시작점에서부터 복수의 보행 경로 후보가 생성된 상태를 도시한 도면으로서, 사용자가 시작점으로 다시 되돌아오고, 이전에 지나온 구간으로 다시 보행함에 따라 보행 경로 후보의 평가가 이루어진 결과를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 사용자의 보행에 따라 복수의 보행 경로 후보가 생성되고, 동일 구간으로 반복해서 보행함에 따라 복수의 보행 경로 후보 중 낮은 유사도를 갖는 보행 경로 후보는 제거되고, 높은 유사도를 갖는 보행 경로 후보가 계속 남게 된다.
여기서, 무선 신호 세기가 유사한 2개의 위치 사이의 거리가 가까운 것으로 평가되는 보행 경로 후보가 유사도가 높은 것이 된다.
즉, 본 발명에 따른 평면도 생성부(108)는 사용자의 보행에 따라 여러 시뮬레이션을 생성하고, 이중 사용자의 실제 보행 경로와 가장 잘 일치하는 최적 보행 경로를 결정하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 최적 보행 경로는 다양한 위치(실제 위치)에 대해 무선 신호 세기 정보가 저장되기 때문에 평면도 생성과 함께 Wi-Fi 핑거프린팅 방식에서 사용하는 라디오 지도(radio map)까지 생성할 수 있다.
평면도 생성부(108)는 평면도의 가독성을 높이기 위해 최적 보행 경로를 통한 평면도를 회전시켜 가로축으로 정렬한다. 도 6은 사용자의 보행에 따른 자기장 센서의 경향성을 도시한 것으로서, 도 6과 같이 도시된 센서값의 평균이 평면도의 기울기이고, 이를 이용하여 평면도를 회전시키게 된다.
도 6에 따른 경향성은 건물의 기울기를 나타내며 이는 완성된 실내 평면도를 읽기 좋게 배치(회전)하는데 사용된다.
도 7은 본 발명에 따른 평면도 생성 과정의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 평면도 제작 장치는 가속도 센서(100)를 이용하여 사용자의 보행에 따른 가속도 변화를 센싱한다(단계 700).
또한, 자기장 센서를 이용하여 사용자 보행에 따른 자기장 변화를 센싱한다(단계 702).
평면도 제작 장치는 가속도 변화 및 자기장 변화를 이용하여 사용자의 위치를 추정한다(단계 704).
단계 704에서, 평면도 제작 장치는 가속도 변화를 이용하여 사용자의 보행 여부를 판단하며, 자기장 변화를 이용하여 사용자의 진행 방향을 판단하여 사용자의 현재 위치를 추정한다.
또한, 단계 704에서, 센서의 오차확률을 고려하여 하나의 지점에 대해 서로 다른 위치 추정값을 생성할 수 있다. 이와 같은 서로 다른 위치 추정값에 의해 사용자의 보행에 따라 복수의 보행 경로 후보가 생성될 수 있다.
추정된 위치는 소정 기준점에 대한 상대 좌표로 저장될 수 있다.
또한, 평면도 제작 장치는 각 사용자의 위치에서 주변 무선 신호 세기를 수집하고, 이를 저장한다(단계 706).
여기서, 무선 신호 세기는 복수의 액세스 포인트에 의한 Wi-Fi 신호 벡터일 수 있으며, 하나의 위치에 대해 1:1로 대응되어 저장된다.
단계 706에서 무선 신호 세기는 복수의 보행 경로 후보 각각의 위치 추정값에 대해 독립적으로 저장된다.
사용자의 보행이 계속 진행됨에 따라 이미 지나온 위치로 다시 되돌아오는 경우, 평면도 제작 장치는 보행 경로 후보 평가를 수행한다(단계 708).
전술한 바와 같이, 보행 경로 후보의 평가는 무선 신호 세기가 유사한 제1 및 제2 위치의 물리적 거리가 유사한지를 평가하는 것으로서, 여기서, 제1 위치는 동일 지점에 대해 제1 시점에 추정된 위치, 제2 위치는 상기한 동일 지점에 대해 제2 시점에 추정된 위치이다.
단계 708에서, 각 보행 경로 후보의 모든 위치에 대해 무선 신호 세기 유사도 비교 및 거리 유사도 비교 과정을 수행하며, 이를 통해 각 보행 경로 후보의 평가를 수행한다.
평면도 제작 장치는 보행 경로 후보 평가를 통해 사용자의 실제 보행 경로와 가장 근접한 최적 보행 경로를 결정하며(단계 710), 최적 보행 경로를 기반으로 평면도를 생성한다(단계 712).
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. 사용자의 위치 추적을 통해 평면도를 제작하는 장치로서,
    사용자의 보행에 따라 센서를 통해 센싱된 변화 정보를 이용하여 사용자의 위치를 추정하는 사용자 위치 추적부-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-;
    상기 추정된 사용자 위치에서의 무선 신호 세기를 저장하는 무선 신호 세기 저장부; 및
    상기 추정된 사용자 위치 및 상기 무선 신호 세기 정보를 이용하여 평면도를 생성하는 평면도 생성부를 포함하되,
    상기 사용자 위치 추적부는 상기 센서의 오차 확률을 고려하여 서로 다른 추정 위치를 갖는 복수의 보행 경로 후보를 생성하고,
    상기 무선 신호 세기 저장부는, 상기 복수의 보행 경로 후보 별로 추정된 위치에 상응하는 무선 신호 세기를 저장하며,
    상기 평면도 생성부는 현재 위치에서의 제1 무선 신호 세기와 유사한 제2 무선 신호 세기를 탐색하고, 상기 제2 무선 신호 세기에서의 위치와 상기 현재 위치의 물리적 거리를 계산하며, 상기 계산된 거리를 이용하여 상기 복수의 보행 경로 후보 중 최적 보행 경로를 결정하며, 결정된 최적 보행 경로에 기초하여 상기 평면도를 생성하는 평면도 제작 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 신호 세기는 실내 복도 환경에서의 액세스 포인트(Access Point)에 의한 Wi-Fi, UWB 및 Wibro 중 적어도 하나의 신호 세기인 평면도 제작 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 위치 추적부는 주기적으로 사용자의 위치를 추정하며,
    상기 무선 신호 세기 저장부는, 주기적으로 추정된 복수의 사용자 위치 각각에서의 무선 신호 세기를 수집하여 저장하는 평면도 제작 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무선 신호 세기와 상기 제2 무선 신호 세기는 동일한 지점에서 서로 다른 시간에 측정된 무선 신호 세기인 평면도 제작 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 무선 신호 세기와 상기 제2 무선 신호 세기의 유사 여부는 무선 신호 벡터의 p-norm 거리에 의해 판단되는 평면도 제작 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 평면도 생성부는 파티클 필터(particle filter) 알고리즘을 이용하여 상기 최적 보행 경로를 결정하는 평면도 제작 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 사용자의 보행에 따른 가속도 변화를 센싱하는 가속도 센서 및 사용자 보행에 따른 자기장 변화를 센싱하는 자기장 센서를 포함하며,
    상기 사용자 위치 추적부는,
    상기 가속도 센서를 이용하여 사용자의 보행 여부를 판단하고, 상기 자기장 센서를 이용하여 사용자의 진행 방향을 판단하는 평면도 제작 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사용자 위치 추적부는,
    상기 가속도 센서에서 감지된 신호가 주기적으로 반복되면 사용자의 보행으로 판단하는 평면도 제작 장치.
  11. 사용자 위치를 추적하는 방법으로서,
    센서를 이용하여 사용자 보행에 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 센서의 오차 확률을 고려하여 사용자의 보행에 따른 복수의 보행 경로 후보를 생성하는 단계-상기 복수의 보행 경로 후보 각각에 대해 위치 추정값 및 이에 상응하는 무선 신호 세기 정보가 저장됨-;
    상기 위치 추정값 및 이에 상응하는 무선 신호 세기 정보를 이용하여 상기 복수의 보행 경로 후보 중 최적 보행 경로를 결정하는 단계; 및
    상기 최적 보행 경로를 이용하여 사용자의 현재 위치를 추적하는 단계를 포함하되,
    상기 최적 보행 경로 결정 단계는 현재 위치에서의 제1 무선 신호 세기와 유사한 제2 무선 신호 세기를 탐색하고, 상기 제2 무선 신호 세기에서의 위치와 상기 현재 위치의 물리적 거리를 계산하며, 상기 계산된 거리를 이용하여 상기 복수의 보행 경로 후보 중 최적 보행 경로를 결정하는 사용자 위치 추적 방법.
  12. 사용자의 위치 추적을 통해 평면도를 제작하는 방법으로서,
    사용자의 보행에 따른 변화 정보를 센싱하는 센서를 이용하여 사용자의 위치를 추정하는 단계-상기 변화 정보는 상기 사용자의 이동에 따른 가속도 변화 정보, 자기장 변화 정보 및 각속도 변화 정보 중 적어도 하나를 포함함-;
    상기 추정된 사용자 위치에서의 무선 신호 세기를 저장하는 단계; 및
    상기 추정된 사용자 위치 및 상기 무선 신호 세기 정보를 이용하여 평면도를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 사용자 위치 추정 단계는 상기 센서의 오차 확률을 고려하여 서로 다른 추정 위치를 갖는 복수의 보행 경로 후보를 생성하고,
    상기 무선 신호 세기 저장 단계는 상기 복수의 보행 경로 후보 별로 추정된 위치에 상응하는 무선 신호 세기를 저장하며,
    상기 평면도 생성 단계는,
    현재 위치에서의 제1 무선 신호 세기와 유사한 제2 무선 신호 세기를 탐색하는 단계;
    상기 제2 무선 신호 세기에서의 위치와 상기 현재 위치의 물리적 거리를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 거리를 이용하여 상기 복수의 보행 경로 후보 중 최적 보행 경로를 결정하는 단계를 포함하는 평면도 제작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무선 신호 세기는 실내 복도 환경에서의 액세스 포인트(Access Point)에 의한 Wi-Fi, UWB 및 Wibro 중 적어도 하나의 신호 세기인 평면도 제작 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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