KR101312069B1 - 이동체의 위치 정보 제공 방법 - Google Patents

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권해경
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조경훈
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김일동
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엔지엘 주식회사
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Abstract

본 발명은 이동체의 위치 정보 제공 장치 및 위치 정보 제공 방법에 관한 것으로, 상세하게는 GPS(Global Positioning System)와 RFID(Radio Frequency Identification) 기술을 병용하여, 최적화된 위치 정보를 제공하는 이동체의 위치 정보 제공 방법에 관한 것이다.

Description

이동체의 위치 정보 제공 방법{Method for vehicle location information tracking}
본 발명은 이동체의 위치 정보 제공 방법에 관한 것으로, 상세하게는 GPS(Global Positioning System)와 RFID(Radio Frequency Identification) 기술을 병용하여, 최적화된 위치 정보를 제공하는 이동체의 위치 정보 제공 방법에 관한 것이다.
차량 등의 이동체의 위치 정보를 제공하는 방법에서, GPS(Global Positioning System, 위성측위 시스템)를 이용하는 방법은 GPS 신호의 단절에 의해 이동체의 위치 측정이 불가능할 수 있으며, 이동통신망을 이용한 방법도 기지국의 배치 및 전파환경 등에 크게 영향을 받는다.
한편, 실내에서의 위치 추적 방법으로는 RFID, 무선랜, UWB(Ultra-Wide Band) 기술 등을 이용하고 있다. 이중, RFID를 이용하는 방법은 이동체의 이동 경로에 RFID 리더를 설치하고, 이동체에 RFID 태그를 설치하여, 이동체가 이동하면서 RFID 리더와 RFID 태그 간의 정보 교환으로 이동체의 위치를 알 수 있다.
그러나, RFID를 이용하는 방법은 RFID 리더와 RFID 태그 간의 통신 반경이 커질수록 그 통신 반경만큼의 인식 거리 오차가 증가하고, 통신 반경이 좁다면 RFID 태그를 인식하지 못하는 경우가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 이동체의 고속 이동 시에는, 통신 반경에 따라 RFID 리더가 RFID 태그 바로 위를 지나가는 경우에도 태그 반응 속도가 느려서 태그를 인식하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 이동체의 위치 정보는 어느 곳에서도 측정이 가능하여야 하는데, 특정지역에서 이동체의 위치 정보를 얻을 수 없거나 이동환경의 변경에 따라 위치정보 수신이 일시 중단되는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 이동체의 속도가 커서 순간 이동경로가 클 경우 RF 신호의 통신 반경을 벗어나게 되어 실내 진입 후에 일시적으로 차량의 위치추적이 중단되는 현상이 일어난다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 GPS(Global Positioning System)와 RFID(Radio Frequency Identification) 기술을 병용하여, 최적화된 위치 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 RFID 태그와 GPS 수신부를 포함하는 이동체의 위치를 추적하는 방법에 있어서, 이동체의 이동 경로에 배치되어 있는 RFID 리더와 상기 RFID 태그가 태그 신호를 송수신하는 단계; GPS 신호를 수신하는 단계; 상기 태그 신호 또는 상기 GPS 신호를 토대로 위치 좌표를 추출하는 단계; 상기 태그 신호와 상기 GPS 신호의 송수신 세기를 토대로 상기 RFID 리더와 GPS 수신부를 제어하여 동작 모드를 결정하는 단계; 및 결정된 동작 모드에 대응하도록 추출한 위치 좌표를 이용하여 상기 이동체의 위치를 결정하는 단계;를 포함하는 이동체의 위치 정보 제공 방법을 제공한다.
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본 발명에 있어서, 상기 RFID 리더는 상기 RFID 태그가 인식되지 않을 때까지 안테나의 출력을 단계적으로 감소시켜 이동체와 상기 RFID 태그 간의 인식 거리(d)를 계산하고, 상기 인식 거리 d =
Figure 112013067486436-pat00007
인 것을 특징으로 하는 이동체의 위치 정보 제공방법을 제공한다.
(A = Pr*Gr*Gt*L^2, B = (4*pi)^2*Pt, 이때, Pr : RFID 리더의 출력포트 전력, Gr : RFID 리더 안테나의 게인(Gain) , Gt : RFID 태그 안테나의 게인(Gain), Pt : RFID 태그의 태그 정보부가 동작하기 위한 최소전력, fo : 중심주파수 , pi : 원주율, L : c/fo, c : 광속)
본 발명에 있어서, 상기 위치 정보 제공 장치의 동작 모드는 GPS 단독 모드, RFID 단독 모드, GPS와 RFID 혼합 모드를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 GPS와 RFID 혼합 모드에서, 상기 이동체의 위치를 결정하는 단계는, 상기 GPS 단독 모드일 경우에서 생성된 위치 정보 제공 장치의 위치 예측 범위와, 상기 RFID 단독 모드일 경우에서 생성된 위치 정보 제공 장치의 위치 예측 범위가 중복되는 부분을 실제 위치 정보 제공 장치가 위치하는 예측 범위로 결정할 수 있다.
여기서, 상기 GPS 단독 모드일 경우, 상기 위치 정보 제공 장치의 위치 예측 범위는, 상기 GPS 신호를 통해 측정된 상기 위치 정보 제공 장치의 위치로부터 소정의 오차 거리 이내의 범위일 수 있다.
여기서, 상기 RFID 단독 모드일 경우, 상기 위치 정보 제공 장치의 위치 예측 범위는, 상기 RFID 리더가 상기 RFID 태그가 인식되지 않을 때까지 안테나의 출력을 단계적으로 감소시켜서 측정되는 범위일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의해서, GPS(Global Positioning System)와 RFID(Radio Frequency Identification) 기술을 병용하여, 최적화된 위치 정보를 제공하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 및 RFID를 이용한 이동체의 위치 정보 제공 장치를 적용한 이동체의 주행 시 동작환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 GPS 및 RFID를 이용한 이동체의 위치 정보 제공 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 RFID 리더의 안테나의 출력을 감소하면서 RFID 태그까지의 거리를 측정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 GPS와 RFID 혼합 모드일 경우, 이동체의 위치정보를 측정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 시간의 흐름에 따라, 위치 정보 제공 장치가 차례로 이동해가는 경우, 이동체의 위치정보를 측정하는 과정을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예의 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 및 RFID를 이용한 이동체의 위치 정보 제공 장치를 적용한 이동체의 주행 시 동작환경을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 GPS 및 RFID를 이용한 이동체의 위치 정보 제공 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 이동체의 위치 정보 제공 장치(100)는 GPS 수신부(110), RFID 태그(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
이동체(10)에 장착되는 GPS 수신부(110)는 GPS 위성(20)으로부터 GPS 신호를 수신하여, GPS 수신영역에 존재하는 이동체(10)의 위치를 인식한다. 여기서, GPS 수신영역은 GPS 위성(20)으로부터 GPS 신호를 수신할 수 있는 영역이다.
한편, RFID 태그(120)는 안테나부(121) 및 태그 정보부(122)를 포함한다. 여기서, 안테나부(121)는 RFID 리더(200)로부터 송신 신호를 수신하여, RFID 리더(200)로 태그 신호를 전송한다. 한편, 태그 정보부(122)는 식별자 정보인 RFID 태그별 아이디(ID) 등을 저장한다. 한편, 능동형(Active) RFID의 경우에는 RFID 태그에 전지가 내장되어, 자체 전원으로 식별한 정보를 지속적으로 RFID 리더(200)로 송신하는 것도 가능하다 할 것이다.
제어부(130)는 GPS 신호 내지 태그 신호를 토대로 위치좌표를 추출하여 저장한다.
또한, 제어부(130)는 GPS 신호와 태그 신호의 세기를 각각 기준 세기와 비교하여, 비교결과를 토대로 GPS 수신부(110) 및 RFID 리더(200)의 온/오프를 제어하고 위치 정보 제공 장치(100)의 동작 모드를 결정한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치(100)의 동작 모드는 GPS 단독 모드, RFID 단독 모드, GPS와 RFID 혼합 모드를 포함한다.
상세히, GPS 단독 모드는 RFID 태그 신호가 미약한 경우 등에서, 오직 GPS 신호만으로 토대로 이동체의 위치 정보를 측정하는 모드이다. 한편, RFID 단독 모드는 GPS 신호가 미약한 경우 등에서, 오직 RFID 태그 신호를 토대로 이동체의 위치정보를 측정하는 모드이다. 한편, GPS와 RFID 혼합 모드는 GPS 신호와 RFID 신호가 모두 정상적으로 수신될 경우에, GPS 신호와 RFID 태그 신호 양쪽 모두를 토대로 이동체의 위치정보를 측정하는 모드이다.
또한, 제어부(130)는 결정된 모드에 대응하게 위치좌표를 이용하여 이동체의 위치를 추적한다.
상세히, 종래의 위치 추적 장치는 실외에서 GPS 신호를 토대로 차량의 위치 좌표를 계산할 수 있었으나, GPS 신호를 수신할 수 없는 GPS 음영영역이나 실내에서는 차량에 대한 위치 추적이 불가능하였다. 또한, 종래의 위치 추적 장치는 실외의 GPS 수신영역에서 실내 또는 GPS 음영영역으로 차량이 진입하는 경우, 내지 그 반대 방향으로 진입하는 경우 GPS 및 RFID 신호세기의 미약으로 인하여 차량의 위치 추적이 중단되는 현상이 발생하였다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치(100)는 RFID 태그(120)를 차량에 부착하고, 하나 이상의 RFID 리더(200)를 이동체의 예상 이동경로의 바닥에 일정 간격을 두고 매설함으로써, 실내 및 GPS 음영영역에서도 RFID 리더(200)는 RFID 태그(120)로부터 태그 신호를 수신하여 태그 ID 및/또는 위치좌표 정보를 통해 차량의 위치를 추적할 수 있는 것이다.
RFID 리더(200)는 송신 신호를 RFID 태그(120)로 전송하여 RFID 태그(120)를 감지하고, 감지한 RFID 태그(120)로부터 태그 신호를 수신한다. 이때, RFID 리더(200)는 이동체(10)의 실내 내지 실외의 GPS 음영영역에 설정된 간격을 토대로 배치될 수 있으며, RFID 태그(120)와의 통신 반경에 따른 위치 인식 정확도에 따라 RFID 태그의 밀집도를 적절하게 조정하여 배치할 수 있다. 즉, RFID 리더(200)는 배치되는 특정 물리적 장소 또는 이동체(10)의 특성에 따라 적절하게 배치한다.
한편, 능동형(Active) RFID의 경우에는 RFID 태그(120)가 자체 전원으로 식별한 정보를 지속적으로 RFID 리더(200)로 송신하는 것도 가능하다 할 것이다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치(100)의 동작 모드는 GPS 단독 모드, RFID 단독 모드, GPS와 RFID 혼합 모드를 포함한다.
먼저, GPS 단독 모드일 경우, 이동체의 위치정보를 측정하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 임의의 타겟 지점(고정 좌표)을 선정한 후, 타겟 지점에 대한 GPS의 위,경도를 산출하여 절대좌표로 환산한다. 다음으로, 고정된 절대좌표와 GPS의 산출된 절대좌표에 대한 오차 범위 보정하여, GPS 이동 경로에 대한 후보군을 생성하여 이동경로를 예측하고, 예측된 이동경로 중 유일한 이동경로를 획득하는 것이다.
다음으로, RFID 단독 모드일 경우, 이동체의 위치정보를 측정하는 방법은 다음과 같다. 먼저, RFID 리더(200)는 RFID 태그(120)를 인식하면, RFID 태그(120)가 인식되지 않을 직전까지 안테나의 출력을 단계적으로 감소시키는 작업을 수행함으로써, RFID 태그(120)까지의 정확한 거리(태그 인식거리, d)를 계산한다. 그리고, 이로부터 RFID 이동경로 후보군을 생성하여 이동경로를 예측하고, 예측된 이동경로 중 유일한 이동경로를 획득하는 것이다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 초기에 RFID 리더(200)의 안테나의 출력이 반경 d1 범위 내의 RFID 태그(120)를 인식할 수 있다고 가정한다. 이때, RFID 리더(200)가 반경 d1 내에서 RFID 태그(120)를 인식하였다면, RFID 리더(200)의 출력이 단계적으로 감소한다. 이때, 안테나의 출력이 반경 d2일 때는 RFID 태그(120)를 인식하였다가, 안테나의 출력이 반경 d3로 감소하였을 때는 RFID 태그(120)를 인식하지 못하였을 경우, RFID 태그(120)는 RFID 리더(200)로부터 d2 거리만큼 떨어진 곳에 위치하고 있다고 판단하는 것이다.
여기서, 태그 인식거리(d)는 다음과 같은 방법으로 계산할 수 있다.
d =
Figure 112013025473661-pat00001
여기서,
A = Pr*Gr*Gt*L^2
B = (4*pi)^2*Pt
이때,
Pr : RFID 리더의 출력포트 전력
Gr : RFID 리더 안테나의 게인(Gain)
Gt : RFID 태그 안테나의 게인(Gain)
Pt : RFID 태그의 태그 정보부가 동작하기 위한 최소전력
fo : 중심주파수
pi : 원주율
L : c/fo
c : 광속
다음으로, GPS와 RFID 혼합 모드일 경우, 이동체의 위치정보를 측정하는 방법은 다음과 같다. 먼저, GPS 단독 모드일 경우에서의 이동체의 위치정보를 측정 방법을 이용하여 이동경로 후보군을 생성하고, RFID 단독 모드일 경우에서의 이동체의 위치정보를 측정 방법을 이용하여 이동경로 후보군을 생성하여, 이들 두 이동경로 후보군의 맵핑을 통해 이동경로를 획득한다. 여기서, 두 이동경로 후보군의 맵핑은 다음과 같은 방법에 의해 수행된다.
먼저, GPS를 통한 위치 정보 제공 장치(100)에 대한 예측 범위를 원형으로 지정한다. 예를 들어, GPS를 통해 측정된 위치 정보 제공 장치(100)의 위치를 도 4의 G라고 가정하고, GPS를 통해 측정된 위치 정보의 오차 범위가 반경 Gr이라고 하면, 위치 정보 제공 장치(100)는 위치 G로부터 Gr의 거리 이내에 위치한다는 것이다.
다음으로, RFID를 통한 위치 정보 제공 장치(100)의 예측 범위를 지정한다. 이때, RFID 태그(120)는 방향성을 가지기 때문에, RFID 리더(200)의 안테나의 정면을 중심으로 반원타입 방향으로 예측할 수 있다. 이때, 상술한 도 3에서와 같은 방법으로, RFID 리더(200)의 출력을 조절하여 RFID 태그(120)까지의 거리를 측정하여, RFID 태그(120)가 RFID 리더(200)로부터 d2 거리만큼 떨어진 곳에 위치하고 있다고 판단한다.
다음으로, GPS를 통한 예측 범위와, RFID를 통한 예측 범위가 중복되는 부분이 실제 위치 정보 제공 장치(100)가 위치하는 예측 범위가 되는 것이다. 즉, 도 4의 OR이 실제 위치 정보 제공 장치(100)가 위치하는 예측 범위가 되는 것이다.
마지막으로, 상술한 단계를 시간별로 수행하여 위치 정보 제공 장치(100)의 이동경로를 파악할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 시간의 흐름에 따라, 위치 정보 제공 장치(100)가 RFID 리더(200)로부터의 거리가 D1인 위치 100-1, D2인 위치 100-2, D3인 위치 100-3으로 차례로 이동해간다고 가정하자. 이 경우, 상술한 단계를 시간별로 수행하면, 위치 정보 제공 장치(100)가 100-1에 위치할 때의 예측 범위는 OR1, 위치 정보 제공 장치(100)가 100-2에 위치할 때의 예측 범위는 OR2, 위치 정보 제공 장치(100)가 100-3에 위치할 때의 예측 범위는 OR3로 차례로 이동해 가는 것을 볼 수 있으며, 이와 같은 예측 범위의 이동에 따라, 위치 정보 제공 장치(100)의 이동 경로를 파악할 수 있는 것이다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 이동체의 위치 정보 제공 장치
110: GPS 수신부
120: RFID 태그
130: 제어부
200: RFID 리더

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. RFID 태그와 GPS 수신부를 포함하는 이동체의 위치를 추적하는 방법에 있어서,
    이동체의 이동 경로에 배치되어 있는 RFID 리더와 상기 RFID 태그가 태그 신호를 송수신하는 단계;
    GPS 신호를 수신하는 단계;
    상기 태그 신호 또는 상기 GPS 신호를 토대로 위치 좌표를 추출하는 단계;
    상기 태그 신호와 상기 GPS 신호의 송수신 세기를 토대로 상기 RFID 리더와 GPS 수신부를 제어하여 동작 모드를 결정하는 단계; 및
    결정된 동작 모드에 대응하도록 추출한 위치 좌표를 이용하여 상기 이동체의 위치를 결정하는 단계;를 포함하되,
    상기 RFID 리더는 상기 RFID 태그가 인식되지 않을 때까지 안테나의 출력을 단계적으로 감소시켜 이동체와 상기 RFID 태그 간의 인식 거리(d)를 계산하고, 상기 인식 거리 d =
    Figure 112013067486436-pat00008
    인 것을 특징으로 하는 이동체의 위치 정보 제공방법.
    (A = Pr*Gr*Gt*L^2, B = (4*pi)^2*Pt, 이때, Pr : RFID 리더의 출력포트 전력, Gr : RFID 리더 안테나의 게인(Gain) , Gt : RFID 태그 안테나의 게인(Gain), Pt : RFID 태그의 태그 정보부가 동작하기 위한 최소전력, fo : 중심주파수 , pi : 원주율, L : c/fo, c : 광속)
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위치 정보 제공 장치의 동작 모드는 GPS 단독 모드, RFID 단독 모드, GPS와 RFID 혼합 모드를 포함하는 특징으로 하는 이동체의 위치 정보 제공 방법.
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KR101806029B1 (ko) * 2016-03-28 2017-12-07 한양대학교 산학협력단 Gps 및 uwb 기술을 접목하여 차량의 위치를 감지하는 측위 시스템 및 방법

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