KR101354944B1 - 이동하는 무선 단말에 대한 이동경로망 기반 위치 예측과 추정 방법 - Google Patents

이동하는 무선 단말에 대한 이동경로망 기반 위치 예측과 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실내 내비게이션 시스템에 관한 것으로, 불안전한 위치 측정 환경에서 비선형의 불규칙한 이동 성향의 무선 단말에 대한 위치를 더욱 정확하게 예측하기 위해 현재의 무선 단말이 가진 속도와 측정 위치를 기반으로 다음 시점의 위치를 예측하고, 예측한 위치와 측정된 위치를 가중 평균하여 최종 위치를 추정하는 방법에 관한 것으로서, 특히, 역방향, 수직방향 등의 이동에 따른 예상 좌표를 이동 가능한 경로를 따라 복수로 계산한 후, 가장 적절한 것을 예측 좌표로 선택되게 함으로써, 상기한 무선 단말의 더욱 다양한 형태의 이동에 따른 위치 예측을 가능하게 하여 실내 내비게이션 시스템의 신뢰도를 향상시키는 효과를 발생시킬 뿐만 아니라, 무선 단말이 이동 가능한 이동경로망을 이용하여 무선 단말의 위치를 예측하고, 측정의 오차를 이용하여 동적 가중치를 적용함으로써, 더욱 정확한 예측과 추정을 가능하게 하는 방법을 제공할 수 있도록 하기 위한 것이다.

Description

이동하는 무선 단말에 대한 이동경로망 기반 위치 예측과 추정 방법{Methods for Prediction and Estimation of Location of Mobile Devices Using Way Network}
본 발명은 실내 내비게이션 시스템에 관한 것으로, 특히 불안전한 위치 측정 환경에서 이동하는 무선 단말의 위치를 더욱 정확하게 예측하기 위해 현재의 무선 단말이 가진 속도와 측정 위치를 기반으로 다음 시점의 위치를 예측하고, 예측한 위치와 측정된 위치를 가중 평균하여 최종 위치를 추정하는 방법에 관한 것이다.
종래기술에 의한 실내에서의 위치 예측 및 추정 방법에 있어서는 실내 동선 중 코너 또는 분기점 등에서의 예측 및 추정이 실제 위치와 큰 차이를 보이는 단점이 있으며, 예측치와 측정치를 가중평균하여 최종 위치를 추정하기 위한 가중치에 실제 측정에 따른 오차를 적용할 수가 없었다.
종래의 기술이 가지는 문제점을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 도 1a는 종래의 기술이 가지는 문제점을 도시한 개념도이다. 종래기술에서는 이동하는 무선 단말의 속도(velocity) 벡터에 의해 다음 시점의 위치가 예측되므로, 코너 또는 분기점에서 갑작스런 방향 전환이 발생하였을 경우와 같은 비선형 이동에 대한 예측에 있어서 실제 위치와 예측 위치의 차이가 커지는 것이 당연하였다.
또한, 실내의 무선랜 신호를 이용하여 무선 단말의 위치를 인식하는 경우에 무선랜 신호 자체가 불안정하고 주변 환경에 따라 쉽게 영향을 받게 되므로, 이와 같은 환경에서의 무선 단말의 위치를 예측하기가 더욱 어려웠다.
도 1b와 도 1c는 종래의 기술을 이용하여 무선 단말의 위치를 예측 및 추정해 본 결과의 예를 도시한 것이다. 위치의 예측을 위해 기본 칼만 필터(Basic Kalman Filter, BKF)를 사용하였는데, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술이므로, 여기서는 그 설명을 생략한다. 도 1b와 도 1c에서 도시한 바와 같이, 코너 또는 분기점에서 실제 위치와 추정 위치의 차이가 더욱 커짐을 알 수 있다.
도 2a는 종래의 기술을 평가하기 위한 실내 동선 계획도이다. 도 2a에서의 출발점(Start)으로부터 도착점(Finish)까지 이동하면서 무선 단말의 실제 위치와 BKF에 의한 추정 위치 사이의 오차를 구하여 도 2b에 도시하고, 이와 함께, 상기한 추정 위치를 구하기 위해 가중치로 이용되는 칼만 이득(Kalman Gain)을 도시하였다.
도 2b에 도시된 바와 같이 실제 측정의 오차와 관계없이 칼만 이득은 일정한 값으로 수렴함을 알 수 있다. 이는 칼만 이득을 이용한 측정치 및 예측치의 가중 평균은 실제 측정에서의 오차를 반영할 수 없음을 의미한다.
종래의 기술에 있어서는 무선 신호의 가변성, 장애물 또는 사람에 의한 측정치 변경 등의 실내 무선 단말에 대한 위치 측정시 불안정한 측정 환경에서 정확한 위치 예측 및 추정을 위한 측정 오차가 동적으로 반영될 수 없으며, 특히 무선 단말 또는 무선 단말을 휴대한 사람의 비선형 이동에 따른 위치 예측이 어려운 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 예측의 정확도를 향상시킬 수 있는 이동하는 무선 단말에 대한 위치 예측 방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 비선형 동선의 이동에 대한 예측의 정확도를 향상시킬 수 있는 이동하는 무선 단말에 대한 위치 예측 방법을 제공하기 위한 것이다.
따라서 본 발명의 일 양상은, 컴퓨터 또는 휴대 단말에서 실행되는 이동하는 무선 단말에 대한 위치 예상 방법으로서, 이동하는 무선 단말의 위치를 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점에 측정하여 상기 연속되는 시점들 중 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표, 속력, 및 이동 방향을 계산하고, 상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 적어도 2 이상의 예상 좌표를 상기 무선 단말이 이동 가능한 방향을 따라 각각 구하여, 상기 2 이상의 예상 좌표중에서 상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 가장 가까운 예상 좌표가 상기 다음 시점에서의 예측 좌표로 결정되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 양상은, 이동하는 무선 단말의 위치를 예측하기 위해 무선 단말이 이동가능한 경로에 대응되는 도면상의 좌표를 서로 연결하여 이동경로망을 형성하고, 이동하는 무선 단말의 위치를 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점에 측정하여 상기 연속되는 시점들 중 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표, 속력, 및 이동 방향을 계산하며, 상기 이동경로망 상에서 상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표를 적어도 하나 이상 구하여, 상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 가장 가까운 예상 좌표를 상기 다음 시점에서의 예측 좌표로 결정하고, 상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 상기 예측 좌표에 각각 가중치가 적용되어 상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표를 계산하는데 이용될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 양상은, 이동하는 무선 단말의 위치로 인식되는 적어도 하나 이상의 후보 위치에 대한 좌표를 이용하여 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점들 중 하나의 시점에서 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표를 결정하고, 상기 하나의 시점에 이어진 이전 시점으로부터 상기 하나의 시점에 상기 이동하는 무선 단말에 대하여 예측되는 위치의 예측 좌표가 결정되며, 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 측정 좌표와 상기 측정 좌표를 결정하기 위해 이용된 상기 적어도 하나 이상의 후보 위치에 대한 좌표 사이의 거리로부터 상기 측정 좌표에서의 측정 신뢰도를 도출하여, 상기 하나의 시점에서의 상기 측정 좌표와 상기 예측 좌표에 상기 측정 좌표에서의 측정 신뢰도에 따라 계산된 가중치가 각각 배분 적용되어 상기 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표를 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 실내에서의 무선 단말 또는 무선 단말을 휴대한 사람의 이동과 같이 비선형의 불규칙한 성향의 이동이 잦은 경우 역방향, 수직방향 등의 이동에 따른 예상 좌표를 이동 가능한 경로를 따라 복수로 계산한 후, 가장 적절한 것을 예측 좌표로 선택되게 함으로써, 상기한 무선 단말의 더욱 다양한 형태의 이동에 따른 위치 예측을 가능하게 하여 실내 내비게이션 시스템의 신뢰도를 향상시키는 효과를 발생시킨다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 형성된 이동경로망에 한정하여 이동하는 무선 단말의 위치를 예측함으로써, 예측을 위한 자원 사용을 경감하고 예측의 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 이전 상태와 역방향으로의 이동에 대해 경감된 속력을 적용함으로써, 실제 무선 단말 또는 무선 단말을 휴대한 사람의 이동에 있어서 이동 방향을 역방향으로 전환할 경우 속력이 감경됨을 반영한 것으로 비선형 동선의 이동에 대한 예측의 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 무선 단말의 위치에 대한 좌표를 측정하는 과정에서 발생하는 측정 오차를 산정하고 이를 추정 좌표의 계산에 동적으로 적용되게 함으로써, 무선 단말에 대한 위치 추정의 정확도를 더욱 향상시키는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 기술이 가지는 문제점을 도시한 개념도.
도 1b는 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 기술이 시행된 제 1 시행도.
도 1c는 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 기술이 시행된 제 2 시행도.
도 2a는 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 기술을 평가하기 위한 실내 동선 계획도.
도 2b는 도 2a에 도시한 계획에 따라 평가된 종래의 기술에 의한 가중치와 측정 오차의 비교 그래프.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망의 형성도.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망에 의한 예측 개념도.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상에서의 예상 좌표 개념도.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상의 분기점에서의 예상 좌표 개념도.
도 5a는 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 기술에 의한 좌표 계산의 개념도.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상에서의 좌표 계산의 개념도.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상에서의 예측 좌표 결정의 개념도.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상의 분기점에서의 예측 좌표 결정의 개념도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 기반의 위치 예측 방법에 대한 블록도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 기반의 위치 예측 방법의 흐름도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 오차와 실제 오차의 관계 그래프.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법에 대한 블록도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법에 대한 흐름도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망의 형성도이다. 이동경로망은 무선 단말 또는 무선 단말을 휴대한 사람이 이동가능한 경로에 대응되는 도면상의 좌표를 서로 연결하여 형성되는데, 직선의 이동경로와 이러한 이동경로가 서로 만나는 분기점으로 이루어져 있으며, 이러한 이동경로망의 좌표값을 확인할 수 있으면 충분하고 도면상에 표시되어야 하는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 이동경로망은 좁은 통로일 경우 상기 통로의 중앙을 따라 형성하는 것이 보통이고, 넓은 공간일 경우 여러 이동경로로 나누어 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 이동경로망을 형성하는 목적은 상기한 바와 같이 형성된 이동경로망에 한정하여 이동하는 무선 단말의 위치를 예측하기 위한 것이고, 예측을 위한 자원 사용을 경감하고 예측의 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망에 의한 예측 개념도이다. 무선 단말의 위치에 대한 좌표가 이동경로망 상에서만 예측될 수 있게 함에 따라, 상기한 바와 같은 이동경로망의 형성에 의해 부적절한 예측을 미리 방지하여 예측의 정확도를 향상시키게 되는 것이다.
또한, 실내에서의 무선 단말 또는 무선 단말을 휴대한 사람의 이동과 같이 비선형의 불규칙한 성향의 이동이 잦은 경우 종래의 기술로는 예측하기 어려운 역방향, 수직방향 등의 이동에 따른 예상 좌표를 이동 가능한 경로를 따라 복수로 계산하고, 이러한 예상 좌표 중 가장 적절한 것을 예측 좌표로 선택되게 함으로써, 상기한 무선 단말의 더욱 다양한 형태의 이동에 따른 위치 예측을 가능하게 하여 실내 내비게이션 시스템의 신뢰도를 향상시키는 효과를 발생시킨다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상에서의 예상 좌표를 구하는 방법을 도시한다. 도 4a에서 보는 바와 같이, 분기점이 없는 이동경로망 상에서 이동하는 무선 단말의 위치를 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점에 예측하는 경우, 하나의 시점(t=k)에 이어진 다음 시점(t=k+1)의 예상 좌표는 상기한 하나의 시점에 해당하는 좌표로부터 상기한 하나의 시점에 계산된 이동 방향의 순방향과 역방향에서 상기한 하나의 시점에 계산된 속력에 비례하는 거리만큼 이동한 지점의 좌표로 구해질 수 있다.
또한, 도 4b에서 보는 바와 같이, 분기점이 있는 이동경로망 상에서는 상기한 하나의 시점(t=k)에 이어진 다음 시점(t=k+1)의 예상 좌표는 상기한 하나의 시점에 해당하는 좌표로부터 상기한 하나의 시점에 계산된 이동 방향의 역방향을 포함하여 분기점에 이어진 이동경로망 상의 각 직선 이동경로에서 상기한 하나의 시점에 계산된 속력에 비례하는 거리만큼 이동한 지점의 좌표로 구해질 수 있다.
이와 같이, 예상 좌표는 그 이동 방향이 상기한 하나의 시점에 계산된 이동 방향의 역방향인 경우 또한 포함하는 이동 가능한 모든 경로 상에서 구해지는 것이며, 이렇게 함으로써 실내에서의 무선 단말 또는 무선 단말을 휴대한 사람의 이동과 같은 비선형의 불규칙한 성향의 이동을 예측할 수 있어 종래기술에 비해 다양한 이동에 대한 정확한 예측을 가능하게 할 수 있게 되는 것이다.
다만, 그 이동 방향이 상기한 하나의 시점에 계산된 이동 방향의 역방향인 경우, 상기한 하나의 시점에 계산된 속력을 감경하여 적용함으로써 상기한 하나의 시점에서의 무선 단말의 좌표와 상대적으로 가까운 곳에서 예상 좌표가 구해지도록 하는 것이 바람직하다. 이 또한, 실제 무선 단말 또는 무선 단말을 휴대한 사람의 이동에 있어서 이동 방향을 역방향으로 전환할 경우 속력이 감경됨을 반영한 것으로 무선 단말의 위치 예측에 대한 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
도 5a는 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 기술에 의한 좌표 계산의 개념을 도시한다. 일정한 시간 간격(δT)으로 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에서의 x 좌표와 y 좌표가 각각 Cx k, Cy k이고, 이때의 x 축과 y 축의 속도 벡터가 각각 Vx k, Vy k라고 할 때, 상기한 하나의 시점에 이어진 이전 시점(t=k-1)에서의 좌표로부터 상기한 하나의 시점(t=k)에 대한 좌표가 다음의 수학식 1과 같이 계산된다.
Figure 112012063092197-pat00001
한편, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상에서의 좌표 계산의 개념을 도시한다. 일정한 시간 간격(δT)으로 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에서의 x 좌표와 y 좌표가 각각 Cx k, Cy k이고, 이때의 속력이 Sk이며, 상기한 하나의 시점(t=k)에서의 좌표를 포함한 이동경로망의 한 직선에 대한 시작점과 끝점을 각각 WPS k, WPE k라고 하고 상기한 직선이 기준선과 이루는 각도를 θ라고 할 때, 상기한 하나의 시점에 이어진 이전 시점(t=k-1)에서의 좌표로부터 상기한 하나의 시점(t=k)에 대한 좌표가 다음의 수학식 2와 같이 계산된다. 상기한 기준선은 이동경로망 상의 다른 모든 직선에 대하여서도 동일한 것을 사용해야 함은 당연하다.
Figure 112012063092197-pat00002
이와 같이, 수학식 2를 예상 좌표를 구하기 위해 적용함으로써 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상에서의 예측 좌표 결정에 이용될 수 있게 하는 것이다. 수학식 2는 수학식 1을 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상에서의 요소가 이용된 수학식으로 변형한 것으로서, 예상 좌표가 구해질 수 있는 이동경로망을 따라 형성된 방향의 개수에 따라 θ값을 달리하여 개별적으로 시행되는 것이다. 수학식 2에서 k-1이 k로, k가 k+1로 각각 치환되어도 동일한 계산 결과를 나타냄은 당연하다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 상에서의 예측 좌표 결정의 개념을 도시한다. 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에 이어진 다음 시점(t=k+1)에 대한 예상 좌표가 상기한 바와 같이 구해지면, 구해진 적어도 하나 이상의 예상좌표 중에서 상기한 다음 시점(t=k+1)에서의 측정 좌표와 가장 가까운 예상 좌표를 상기한 다음 시점(t=k+1)에 대한 예측 좌표로 결정한다.
본 발명의 일실시예에 따라 예측 좌표 결정에 이용되는 상기한 측정 좌표를 구하기 위한 방법은 실내에 구비된 무선랜 AP(Access Point) 신호에 대한 신호지문을 이용하는 방법을 포함하는 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 무선 단말의 위치를 측정하여 도면상의 측정 좌표를 결정할 수 있는 다른 방법이 이용될 수 있음은 당연하다.
이와 같이, 상기한 다음 시점(t=k+1)에서의 측정 좌표와 예측 좌표가 결정되면 상기 측정 좌표와 상기 예측 좌표에 각각 가중치가 적용되어 상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표를 계산하는데 이용된다. 가중치 적용 및 추정 좌표의 계산은 추후 도 9 내지 도 11을 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 기반의 위치 예측 방법을 수행하는 장치의 기능을 개념적으로 도시한 기능 블록도이다. 본 발명에 따른 이동경로망 기반의 위치 예측 방법은 컴퓨터 또는 휴대 단말에서 실행될 수 있다.
이동경로망 설정부(10)는, 도 3a를 통해 설명한 바와 같은 이동경로망을 형성하는 것으로서, 형성된 이동경로망을 도면상의 좌표값으로 제공하는 것이며, 상기한 이동경로망의 형성은 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 기반의 위치 예측 방법이 동작되기 전에 준비 단계에서 미리 실시되어야 하는 것이다.
무선 단말 위치 측정부(20)는 이동하는 무선 단말의 위치를 측정하여 측정 좌표 결정부(30)로 전달하는 것으로서, 무선 단말의 내부뿐만 아니라 별도의 장치에 구비될 수도 있는 것이며, 측정 좌표 결정부(30)에서 도면상의 측정 좌표를 결정하기 위해 이용될 수 있는 형태이면 충분하다. 또한, 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점에 무선 단말의 위치를 측정하여 전달하는 것이다.
측정 좌표 결정부(30)는 무선 단말 위치 측정부(20)로부터 전달받은 위치 데이터로부터 무선 단말의 위치에 대한 측정 좌표를 결정한다. 전달받은 위치 데이터에 대한 신뢰도에 따라 위치 데이터를 직접 측정 좌표로 변환하여 이용할 수도 있고, 적어도 하나 이상의 후보 위치에 대한 위치 데이터로부터 통계적 계산 방법을 통해 가공하여 측정 좌표를 결정하기도 한다.
또한, 측정 좌표 결정부(30)는 시간 간격으로 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에서의 측정 좌표와 상기 하나의 시점에 이어진 이전 시점(t=k-1)의 측정 좌표를 이용하여 상기 하나의 시점(t=k)에서의 속력과 이동 방향을 계산한다. 상기 이전 시점(t=k-1)의 측정 좌표가 결정되지 않은 경우 상기 하나의 시점에서와 같은 측정 좌표가 속력과 이동 방향의 계산을 위해 이용되도록 할 수 있다.
예상 좌표 계산부(40)는 도 4a 내지 도 5b를 통해 설명한 바와 같이 이동경로망 상에서 적어도 하나 이상의 예상 좌표를 계산한다. 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에 계산된 속력과 이동 방향을 이용하여 상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점(t=k+1)에 대한 예상 좌표를 계산한다.
또한, 상기 다음 시점(t=k+1)에서의 예상 좌표를 계산하기 위한 출발점으로는 상기 하나의 시점(t=k)에서의 예측 좌표가 이용될 수 있으며, 더욱 정확하게는 상기 하나의 시점(t=k)에서의 예측 좌표와 측정 좌표를 가중 평균하여 계산한 추정 좌표가 이용되는 것이 바람직하다.
예측 좌표 결정부(50)는 도 6a 내지 도 6b를 통해 설명한 바와 같이 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에서의 속력과 이동 방향을 이용하여 계산된 상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점(t=k+1)에 대한 적어도 하나 이상의 예상 좌표 중 상기 다음 시점(t=k+1)에서의 결정된 측정 좌표와 가장 가까운 것을 예측 좌표로 결정한다.
추정 좌표 계산부(90)는 연속되는 시점들 중 하나의 시점에 이어진 다음 시점(t=k+1)에서의 예측 좌표와 측정 좌표를 가중 평균하여 추정 좌표를 계산하는 것으로서, 추정 좌표의 계산 및 이를 위한 가중치의 적용은 추후 도 9 내지 도 11을 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이동경로망 기반의 위치 예측 방법의 흐름도이다.
우선, 이동경로망 설정부(10)를 통해 무선 단말이 이동가능한 경로에 대응되는 도면상의 좌표를 서로 연결하여 이동경로망을 형성(S110)하고, 좌표 계산을 위한 데이터 요청에 응답할 수 있도록 준비한다.
연속되는 시점들에서 반복하여 시행되는 이동경로망 기반의 위치 예측 방법이 실행되는 동작 단계에서, 무선 단말 위치 측정부(20)에서 상기 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에 무선 단말의 위치를 측정(S220)하고, 측정된 위치 데이터를 측정 좌표 결정부(30)로 전달(F223)한다. 측정 좌표 결정부(30)는 전달받은 위치 데이터를 이용하여 상기 하나의 시점에서의 측정 좌표를 결정(S230)하고, 추정 좌표 계산부(90)로 측정 좌표를 전달(F233)한다. 상기 하나의 시점에서 예측 좌표가 아직 결정되지 않은 경우, 상기 이동경로망 설정부(10)로부터 이동경로망 데이터를 전달(F111)받아, 상기 측정 좌표와 가장 가까운 이동경로망 상의 한 지점을 예측 좌표로 이용하여 추정 좌표가 계산(S298)되게 할 수도 있다.
한편, 측정 좌표 결정부(30)는 상기 F223에 의해 전달받은 위치 데이터를 이용하여 상기 하나의 시점(t=k)에서의 이동하는 무선 단말에 대한 속력과 이동 방향을 계산(S235)한다. 상기 속력과 이동 방향은 상기 하나의 시점에 이어진 이전 시점(t=k-1)에서의 측정 좌표와 상기 하나의 시점(t=k)에서의 측정 좌표를 비교하여 구할 수 있고, 상기 이전 시점(t=k-1)에서의 측정 좌표가 결정되지 않은 경우, 상기 하나의 시점(t=k)에서의 측정 좌표를 같이 이용하여 속력이 '0'이 되도록 할 수 있다. 상기 이동 방향은 이동경로망 상의 직선에 공통으로 적용되는 기준선과 이루는 각도(θ)로 계산되는 것이 바람직하다.
이와 같이 계산된 속력과 이동 방향이 예상 좌표 계산부(40)로 전달되어(F236) 상기 이동경로망 상에서 상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점(t=k+1)에서의 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표의 계산(S247)에 이용된다. 예상 좌표는 이동경로망 설정부(10)로부터 이동경로망 데이터를 전달받아(F115) 분석된 이동경로망 상에서 무선 단말이 이동할 수 있는 방향의 수에 따라 적어도 하나 이상이 구해지며, 수학식 2와 같이 계산된다. 예상 좌표의 계산에 이용되는 출발점으로는 상기 하나의 시점에 이어진 이전 시점(t=k-1)에 계산된 추정 좌표를 전달받아(F295) 이용한다.
S247에서 계산된 예상 좌표는 상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점(t=k+1)에서의 예측 좌표 결정(S354)을 위해 예측 좌표 결정부(50)로 전달(F248)되면서, 상기 연속되는 시점들 중 하나의 시점에 이어진 다음 시점(t=k+1)으로 동작 단계가 이어진다. 상기한 하나의 시점(t=k)에서와 같이 상기 다음 시점(t=k+1)에서의 무선 단말의 위치를 측정(S320)하고, 측정된 위치 데이터를 측정 좌표 결정부(30)로 전달(F323)한다. 측정 좌표 결정부(30)는 전달받은 위치 데이터를 이용하여 상기 다음 시점(t=k+1)에서의 측정 좌표를 결정(S330)하고, 추정 좌표 계산부(90)로 측정 좌표를 전달(F333)한다.
이어서, 상기 다음 시점(t=k+1)에서의 예측 좌표를 결정하기 위해 상기 측정 좌표가 예측 좌표 결정부(50)로 전달되고(F336), 상기 S247에 의해 계산되어 전달받은(F248) 예상 좌표 중 상기 측정 좌표와 가장 가까운 예상 좌표를 예측 좌표로 결정(S354)한다. 이와 같이 결정된 예측 좌표는 추정 좌표 계산부(90)로 전달되어(F359) 상기 F333에 의해 전달된 측정 좌표와 함께 상기 다음 시점(t=k+1)에서의 추정 좌표 계산(S398)에 이용된다. S398에 의해 계산된 추정 좌표는 상기 다음 시점에 이은 또 다른 시점(t=k+2)에서의 예상 좌표를 계산하기 위해 예상 좌표 계산부(40)로 전달된다.
한편, 측정 좌표 결정부(30)는 상기 F323에 의해 전달받은 위치 데이터를 이용하여 상기 다음 시점(t=k+1)에서의 이동하는 무선 단말에 대한 속력과 이동 방향을 계산(S335)한다. 상기 속력과 이동 방향의 계산은 S235를 통해 설명한 방법과 같으며, 이와 같이 계산된 속력과 이동 방향이 예상 좌표 계산부(40)로 전달되어(F336) 상기 이동경로망 상에서 상기 다음 시점에 이은 또 다른 시점(t=k+2)에서의 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표의 계산 이용된다.
이와 같이 계산된 상기 다음 시점에 이은 또 다른 시점(t=k+2)에서의 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표가 상기 다음 시점에 이은 또 다른 시점(t=k+2)에서의 예측 좌표 결정을 위해 예측 좌표 결정부(50)로 전달되면서, 상기 연속되는 시점에서의 동작 단계가 반복되어 실행된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 오차와 실제 오차의 관계를 도시한 그래프이다.
무선 단말의 위치에 대하여 측정 좌표를 결정하기 위해 적어도 하나 이상의 후보 위치에 대한 위치 데이터를 통계적 계산 방법을 통해 가공하여 측정 좌표를 결정하도록 할 경우, 상기 결정된 측정 좌표와 상기 후보 위치에 대한 도면상의 좌표 사이의 거리를 이용하여 측정 오차를 산정해 볼 수 있다. 이때, 측정 오차를 산정하기 위한 후보 위치는 적어도 하나 이상이 이용되는 것이며, 오차 산정의 정확도와 효율을 위하여 후보 위치를 일정한 개수로 선정되게 할 수도 있다. 이와 같이 산정된 측정 오차(Estimated Error)를 실제 발생한 오차(True Error)와 대비하여 도시한 도 9를 통해 상기 산정된 측정 오차와 실제 측정 오차 사이에 어느 정도의 비례 관계가 형성됨을 확인할 수 있다.
이러한 결과에 따라 무선 단말의 위치에 대한 좌표를 측정하는 과정에서 측정 오차를 산정하고 이 측정 오차로부터 계산되는 측정 신뢰도를 정규화하여 무선 단말의 추정 좌표를 계산하기 위한 측정 좌표와 예측 좌표의 가중치로 배분하여 이용함으로써, 측정 좌표에 대한 측정 오차로부터 계산된 측정 신뢰도가 추정 좌표의 계산에 동적으로 반영되어 무선 단말에 대한 위치 추정의 정확도를 향상시키는 효과를 발생시킨다.
일정한 시간 간격으로 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에 산정된 측정 오차를 erre k라고 하고, 정규화 계수를 Nk, 추정 좌표의 계산을 위해 예측 좌표와 추정 좌표에 곱해지는 가중치를 각각 wp k, wm k라고 하면, 정규화 계수와 각 가중치는 수학식 3을 통해 계산된다.
Figure 112012063092197-pat00003
추정 좌표를 각각 xk, yk, 예측 좌표를 각각 xp k, yp k, 측정 좌표를 각각 xm k, ym k라고 하면, 추정 좌표는 수학식 4를 통해 계산된다.
Figure 112012063092197-pat00004
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법을 수행하는 장치의 기능을 개념적으로 도시한 기능 블록도이다. 본 발명에 따른 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법은 컴퓨터 또는 휴대 단말에서 실행될 수 있다.
이동경로망 설정부(110), 무선 단말 위치 측정부(120), 예상 좌표 계산부(140), 및 예측 좌표 결정부(150)는 도 7을 통해 설명한 내용과 같다.
측정 좌표 결정부(130)는 도 7을 통해 설명한 내용과 같으며, 다만 측정 좌표의 결정을 위해 적어도 하나 이상의 후보 위치에 대한 위치 데이터로부터 통계적 계산 방법을 통해 가공하여 측정 좌표를 결정하는 방법에 해당되는 것을 말한다.
후보 위치 선정부(170)는 상기 측정 좌표 결정부(130)에 의해 결정된 측정 좌표와 가까운 순서에 따라 적어도 하나 이상의 후보 위치를 선정하고, 해당 후보 위치의 좌표를 측정 신뢰도 계산부(180)로 전달한다. 선정되는 후보 위치의 개수는 일정한 수로 정해질 수 있게 하여 효율적인 측정 신뢰도를 계산할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
측정 신뢰도 계산부(180)는 측정 좌표 결정부(130)로부터 전달받은 측정 좌표와 후보 위치 선정부(170)로부터 전달받은 후보 위치에 대한 좌표 사이의 거리를 이용하여 측정 오차를 계산하고, 상기한 수학식 3을 통해 이를 측정 신뢰도로 이용하여 추정 좌표를 계산하기 위한 가중치로 정규화한 후, 추정 좌표 계산부(190)로 전달한다.
추정 좌표 계산부(190)는 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에서의 예측 좌표와 측정 좌표를 가중 평균하여 추정 좌표를 계산하는 것으로서, 수학식 4를 통해 측정 신뢰도로부터 계산된 동적 가중치를 적용하여 무선 단말의 추정 좌표를 계산한다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법에 대한 흐름도이다.
연속되는 시점들에서 반복하여 시행되는 동적 가중치 적용을 통한 위치 추정 방법에서, 무선 단말 위치 측정부(120)에서 상기 연속되는 시점들 중 하나의 시점(t=k)에 무선 단말의 위치가 측정되고(S520), 측정된 위치 데이터를 측정 좌표 결정부(130)와 후보 위치 선정부(170)로 전달(F523, F527)한다.
측정 좌표 결정부(130)는 전달받은 위치 데이터로부터 측정 좌표를 결정(S530)하여, 결정된 측정 좌표를 측정 신뢰도 계산부(180)와 추정 좌표 계산부(190)로 전달(F538, F539)하고, 예측 좌표 결정부(150)는 도 7 내지 도 8을 통해 설명한 바와 같이 예측 좌표를 결정(S554)하여 추정 좌표 계산부(190)로 전달(F559)한다.
이어서, 후보위치 선정부는 무선 단말의 측정 좌표를 결정하는데 이용될 후보 위치를 선정(S572)하고, 이를 측정 신뢰도 계산부(180)로 전달(F578)한다. 상기한 F578은 S530에서 결정된 측정 좌표와 가까운 순서의 후보 위치에 대한 좌표를 일정한 개수로 보내도록 할 수 있다.
측정 신뢰도 계산부(180)는 측정 좌표와 후보 위치에 대한 좌표의 거리를 이용하여 측정 오차를 계산하고, 수학식 3을 통해 측정 신뢰도에 기반한 정규화된 가중치를 예측 좌표와 측정 좌표에 배분하여 추정 좌표 계산부(190)로 전달(F589)한다.
이어서, 추정 좌표 계산부(190)는 F539와 F559를 통해 전달받은 측정 좌표와 예측 좌표에 F589를 통해 전달받은 가중치를 적용하여 수학식 4를 이용한 추정 좌표 계산을 수행함으로써, 본 발명의 일실시예에 따른 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법은 마무리된다.
상기한 위치 추정 방법에 적용된 수학식 4에 의해 계산된 가중치는 측정의 신뢰도를 동적으로 추정 좌표의 계산에 적용하는 것으로서, 불안정한 위치 측정 환경에서 적절한 오차 보정을 수행함으로써 무선 단말의 위치 추정에 대한 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 권리범위는 상기한 본 발명에 따른 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.
아울러, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
이동경로망 설정부: 10, 110 무선 단말 위치 측정부: 20, 120
측정 좌표 결정부: 30, 130 예상 좌표 계산부: 40, 140
예측 좌표 결정부: 50, 150 후보 위치 선정부: 170
측정 신뢰도 계산부: 180 추정 좌표 계산부: 90, 190

Claims (14)

  1. 컴퓨터 또는 휴대 단말에서 실행되며, 무선 단말이 이동가능한 경로에 대응되는 도면상의 좌표가 서로 연결되어 형성된 이동경로망을 이용한 무선 단말에 대한 위치 예상 방법으로서,
    이동하는 무선 단말의 위치를 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점에 측정하여 상기 연속되는 시점들 중 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표, 속력, 및 이동 방향을 계산하고,
    상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 적어도 2 이상의 예상 좌표를 상기 무선 단말이 이동 가능한 방향을 따라 각각 구하며,
    상기 2 이상의 예상 좌표 중에서, 상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 가장 가까운 예상 좌표가 상기 다음 시점에서의 예측 좌표로 결정되도록 하며,
    상기 무선 단말이 이동 가능한 방향은,
    상기 무선 단말이 상기 형성된 이동경로망 상의 한 지점으로부터 상기 형성된 이동경로망을 따라 이동 가능한 방향으로 한정되는 것을 특징으로 하는 이동하는 무선 단말에 대한 위치 예상 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표는,
    상기 무선 단말이 이동 가능한 방향이 상기 연속되는 시점들 중 하나의 시점에서의 이동 방향에 대하여 역방향일 경우,
    상기 예상 좌표가 구해지기 위해 상기 속력이 감경되어 적용되도록 하는 것을 특징으로 하는 이동하는 무선 단말에 대한 위치 예상 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다음 시점에서의 예측 좌표는,
    상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 상기 예측 좌표에 각각 가중치가 적용되어 상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표를 계산하는데 이용될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 이동하는 무선 단말에 대한 위치 예상 방법.
  5. 컴퓨터 또는 휴대 단말에서 실행되는 이동하는 무선 단말에 대한 이동경로망 기반의 위치 예측 방법으로서,
    무선 단말이 이동가능한 경로에 대응되는 도면상의 좌표를 서로 연결하여 이동경로망을 형성하고,
    이동하는 무선 단말의 위치를 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점에 측정하여 상기 연속되는 시점들 중 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표, 속력, 및 이동 방향을 계산하며,
    상기 이동경로망 상에서 상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점의 상기 이동하는 무선 단말의 가능한 위치로서 예상 좌표를 적어도 2 이상 구하여,
    상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 가장 가까운 예상 좌표를 상기 다음 시점에서의 예측 좌표로 결정하고,
    상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 상기 예측 좌표에 각각 가중치가 적용되어 상기 다음 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표를 계산하는데 이용될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 이동하는 무선 단말에 대한 이동경로망 기반의 위치 예측 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표는,
    상기 하나의 시점에서 계산된 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표와 가장 가까운 상기 이동경로망 상의 한 지점에 대한 좌표로부터 상기 이동경로망 상에서 상기 무선 단말이 이동 가능한 방향을 따라 상기 속력으로 이동하여 상기 하나의 시점에 이어진 다음 시점에 도달 가능한 지점의 좌표가 계산되어 구해지는 것을 특징으로 하는 이동하는 무선 단말에 대한 이동경로망 기반의 위치 예측 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표의 계산은,
    상기 하나의 시점에서 계산된 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표로부터 상기 무선 단말이 이동 가능한 방향이 상기 이동 방향의 역방향일 경우,
    상기 속력이 감경되어 상기 예상 좌표의 계산에 적용되도록 하는 것을 특징으로 하는 이동하는 무선 단말에 대한 이동경로망 기반의 위치 예측 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표를 구하기 위해 이용되는 상기 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표가 아직 계산되지 않은 경우,
    상기 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 가장 가까운 거리에 있는 상기 이동경로망 상의 한 지점에 대한 좌표를 상기 하나의 시점에 대한 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표로 이용되도록 하는 것을 특징으로 하는 이동하는 무선 단말에 대한 이동경로망 기반의 위치 예측 방법.
  9. 컴퓨터 또는 휴대 단말에서 실행되는 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법으로서,
    이동하는 무선 단말의 위치로 인식되는 적어도 하나 이상의 후보 위치에 대한 좌표를 이용하여 일정한 시간 간격으로 연속되는 시점들 중 하나의 시점에서 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표를 결정하고,
    상기 하나의 시점에 이어진 이전 시점으로부터 상기 하나의 시점에 상기 이동하는 무선 단말에 대하여 예측되는 위치의 예측 좌표가 결정되며,
    상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 측정 좌표와 상기 측정 좌표를 결정하기 위해 이용된 상기 적어도 하나 이상의 후보 위치에 대한 좌표 사이의 거리로부터 상기 측정 좌표에서의 측정 신뢰도를 도출하여,
    상기 하나의 시점에서의 상기 측정 좌표와 상기 예측 좌표에 상기 측정 좌표에서의 측정 신뢰도에 따라 계산된 가중치가 각각 배분 적용되어 상기 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 추정 좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 측정 좌표에서의 측정 신뢰도를 도출하기 위하여,
    상기 측정 좌표에 대한 위치와 가까운 후보 위치부터 일정한 개수만큼 선정되도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 예측 좌표는,
    상기 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 예상 좌표가 적어도 하나 이상 구해지고,
    상기 하나의 시점에서의 상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 도면상의 측정 좌표와 가장 가까운 예상 좌표가 상기 예측 좌표로 결정되는 것을 특징으로 하는 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 예상 좌표가,
    무선 단말이 이동가능한 경로에 대응되는 도면상의 좌표를 서로 연결하여 형성시킨 이동경로망 상에서 구해지도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 측정 좌표에서의 측정 신뢰도를 도출함은,
    상기 이동하는 무선 단말의 위치에 대한 측정 좌표와 상기 측정 좌표를 결정하기 위해 이용된 상기 적어도 하나 이상의 후보 위치에 대한 좌표 사이의 거리를 평균한 값에 반비례하도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 측정 신뢰도에 따라 계산된 가중치는,
    상기 측정 신뢰도를 정규화하여 상기 측정 좌표와 상기 예측 좌표의 가중치로 각각 곱해지도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 가중치 적용을 통한 이동 무선 단말의 위치 추정 방법.
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