KR101464652B1 - 오차 보정 위치 추적 장치 및 방법과 이를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행자의 위치 추정 값의 오차를 보정 할 수 있는 오차 보정 위치 추적 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 오차 보정 위치 추적 장치는 상기 보행자의 양쪽 발에 각각 하나 이상 설치된 움직임 측정 센서들을 이용하여 보행자의 움직임 정보를 수집하는 신호수신부, 상기 신호수신부에서 수집된 보행자 움직임 정보를 이용하여 보행자의 위치를 추정하는 위치추정부, 상기 위치추정부에서 추정된 보행자 위치 추정 정보의 오차를 보정하는 위치보정부 및 상기 위치보정부에서 계산된 보행자의 위치 정보를 외부에 제공하는 위치제공부를 포함하여 이루어짐으로써, 보행자의 위치 추정 오차를 줄일 수 있다.

Description

오차 보정 위치 추적 장치 및 방법과 이를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체{ERROR CORRECTION LOCATION TRACKING APPARATUS AND METHOD THEREOF AND RECORD MEDIUM WHERE A PROGRAM FOR EXECUTING THE SAME IS RECORDED}

오차 보정 위치 추적 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 관성측정장치를 이용하여 도출한 보행자 위치 정보의 오차를 보정할 수 있는 오차 보정 위치 추적 장치 및 방법에 관한 것이다.

보행자의 위치를 확인하는 방법 중 현재 가장 대중적으로 쓰이는 방법은 GPS를 이용한 방법이다. GPS는 밤낮에 관계없이 지구상 어디에서도 보행자의 정확한 위치를 파악할 수 있는 장점이 있다.

하지만 지구의 위성 궤도를 돌고 있는 GPS 위성으로부터 신호를 받지 못하는 지역 즉, 터널 내부나 건물 내부와 같은 GPS 음영 지역의 경우 GPS를 이용한 보행자 위치 추적 방법이 제대로 작동하지 않는 문제점이 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 GPS 음영 지역에서는 보행자의 몸에 장착된 관성측정장치를 이용해 보행자의 움직임에 따른 가속도 값과 각속도 값을 측정하여 보행자의 위치를 추정하는 방법이나, 지자기 센서를 이용하여 보행자의 위치를 추정하는 방법이 제안되었다.

그러나 현재 적용되거나 제시된 제안들은 건물 내 전력선 주변의 지자기 외란과 같은 외부 환경 및 수치 적분의 오차 등에 의해 보행자의 실제 위치와 비교하여 오차가 발생하였다. 또한, 보행자의 현재 위치 추정은 과거 보행자의 위치 추정 값을 기초로 도출되므로, 도 1에 그래프로 도시한 것과 같이 보행자의 위치 추정 값은 시간이 지날수록 오차가 커진다는 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-1229958호 한국공개특허 제10-2012-0028416호 한국공개특허 제10-2011-0094009호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, GPS 음영지역에서 보행자의 위치를 추적하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 추정된 보행자 위치 정보의 오차를 보정하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

보행자의 위치를 추적하는 위치 추적 장치에 있어서 상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명에 따른 오차 보정 위치 추적 장치는, 상기 보행자의 양쪽 발에 각각 하나 이상 설치된 움직임 측정 센서들로부터 보행자의 움직임 정보를 전송받는 신호수신부, 상기 신호수신부에서 수집된 보행자 움직임 정보를 이용하여 보행자의 위치를 추정하는 위치추정부, 상기 위치추정부에서 추정된 보행자 위치 추정 정보의 오차를 보정하는 위치보정부 및 상기 위치보정부에서 계산된 보행자의 위치 정보를 외부에 제공하는 위치제공부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신호수신부가 움직임 측정 센서들로부터 받는 보행자의 움직임 정보는, 보행자 양쪽 발 각각의 각속도 정보 및 보행자 양쪽 발 각각의 가속도를 정보인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치추정부는 상기 각속도 센서에 측정된 각속도 값을 적분하여 보행자의 이동 방향을 추정하고, 상기 가속도 센서에서 측정된 가속도 값을 적분하여 보행자의 이동 거리를 추정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치보정부는 위치추정부에서 추정된 보행자의 보폭이 미리 설정해두었던 기준 보폭보다 클 경우, 보행자의 추정된 현재 발 위치를 기준 보폭 이하가 되도록 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치보정부는 위치추정부에서 계산하였던 보행자의 과거 위치 추정 정보를 바탕으로 칼만필터를 이용해 현재 발의 위치를 예측하여 보행자의 위치 추정 정보의 오차를 보정 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준 보폭은 보행자의 평균 보폭 값을 이용하여 구하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 보행자의 위치를 추적하는 위치 추적 방법에 있어서 상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명에 따른 오차 보정 위치 추적 방법은, 보행자의 양쪽 발에 각각 하나 이상 설치된 움직임 측정 센서들을 이용하여 보행자의 위치를 추정하는 위치추정단계, 상기 위치추정단계에서 추정된 보행자 위치 추정 정보의 오차를 보정하는 위치보정단계 및 상기 위치보정단계에서 계산된 보행자의 위치 정보를 외부에 제공하는 위치제공단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치보정단계는 위치추정단계에서 추정된 보행자의 보폭이 미리 설정해두었던 기준 보폭보다 클 경우, 보행자의 추정된 현재 발 위치를 기준 보폭 이하가 되도록 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준 보폭은 보행자의 평균 보폭의 값을 이용하여 구하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 보행자의 양발에 센서를 장착하여 가속도, 및 각속도를 측정하고 이를 적분하여 보행자의 위치를 추정함으로써, GPS 음영지역에서 보행자의 위치를 추적할 수 있는 오차 보정 위치 추적 장치 및 방법이 제공된다.

또한, 기준 보폭을 이용하여 보행자 위치 추정 값의 오차를 보정함으로써, 더욱 정확한 보행자 위치 정보를 제공할 수 있는 오차 보정 위치 추적 장치 및 방법이 제공된다.

도 1은 기존 보행자 위치 추적의 오차를 그래프로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오차 보정 위치 추적 장치의 구성도이다.
도 3은 위치추정부가 추정한 보행자 위치의 오차를 그래프로 도시한 것이다.
도 4는 기준 보폭의 개념도이다.
도 5는 기준 보폭을 이용하여 이동 거리 오차가 보정된 모습을 도시한 것이다.
도 6은 기준 보폭을 이용하여 이동 방향 오차가 보정된 모습을 도시한 것이다.
도 7은 보정 전 보행자 위치 오차와 보정 후 보행자의 위치 오차를 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 오차 보정 위치 추적 장치의 사용 예를 도시한 것이다.
도 9는 오차 보정 위치 추적 방법을 도시한 것이다.

본 발명은 오차 보정 위치 추적 장치 및 방법으로써, 기존 보행자 위치 추적 장치에서 발생하였던 위치 추정 오차를 억제하는 것을 특징으로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 오차 보정 위치 추적 장치 및 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오차 보정 위치 추적 장치의 구성도이다.

도면에 도시한 것과 같이 본 발명의 일실시예에 다른 오차 보정 위치 추적 장치(100)는 신호수신부(10), 위치추정부(20), 위치보정부(30) 및 위치제공부(40)로 이루어진다.

신호수신부(10)는 보행자의 움직임을 정보를 수신받는 장치로써, 왼발의 움직임을 측정하는 왼발 움직임 측정센서(1)와 오른발의 움직임을 측정하는 오른발 움직임 측정센서(2)로부터 움직임 정보를 수신받는다. 이때, 상기 두 움직임 측정 센서는 각속도를 측정하는 각속도 센서와, 가속도를 측정하는 가속도 센서와 같은 관성 측정 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)를 포함하고 있다.

위치추정부(20)는 상기 신호수신부(10)에서 수신된 양 발의 가속도 및 각속도 정보를 이용하여 보행자의 현재 위치를 추정하는 장치이다. 더욱 자세히 설명하면, 보행자가 GPS 음영지역에 진입하여 GPS 신호가 끊긴 지점을 기준으로 하여, 보행자 양 발의 가속도 값을 적분하여 이동거리를 구하고, 각속도 값을 적분하여 이동방향을 구함으로써 보행자의 현재 위치를 추정할 수 있게 된다.

도 3은 상기 위치추정부(20)가 추정한 보행자 위치의 오차를 그래프로 도시한 것이다. 도면에 도시된 것과 같이 보행자 양발에서 수집된 정보를 이용하여 현재 위치를 추정함으로써, 양 발의 위치 추정 편류 오차는 시간이 지남에 따라 좌우로 대칭되게 발산되는 것을 알 수 있다.

위치보정부(30)는 상기 위치추정부(20)에서 추정한 보행자 위치 정보의 오차를 보정하는 장치이다. 본 발명에서는 보행자의 기준 보폭을 설정하고 보행자의 위치 추정 값이 상기 기준 보폭보다 클 경우, 이를 보정하여 추정 오차를 줄이는 것을 특징으로 한다.

도 4 내지 6을 이용하여 기준 보폭을 이용한 오차 보정을 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 기준 보폭의 개념도이다. 보행자는 일반적으로 도면에 도시된 것과 같이 보행자는 좌우 양발의 발자국(R, L, A)을 교대로 남기며 걸음을 내딛는다. 보폭은 발자국 사이의 거리(rl, al)이며, 축적된 이동거리 값과 걸음 값을 나누어 평균 보폭 값을 구한다.

그리고, 기준 보폭은 어느 한 발자국에서부터 다음 발자국이 형성될 수 있는 범위 값을 상정한 것이다. 도면에 도시한 것과 같이 발자국 L 이후 다음 발자국 A가 형성될 수 있는 기준 보폭(S)은 그 범위가 원형으로 형성된 것을 알 수 있다.

기준 보폭(S)의 값은 평균 보폭의 값에 상수 값을 곱하여 구하며, 상기 상수 값은 1 이상으로 한다. 도면에 그려진 기준 보폭(S)의 범위는 상수 값이 1.2일 때의 기준이며, 상수 값이 커질수록 기준 보폭 값이 커져 오차범위도 넓어지므로 현장에 맞추어 알맞은 상수 값을 대입하는 것이 바람직하다.

도 5는 기준 보폭을 이용하여 이동 거리 오차가 보정된 모습을 도시한 것이다. 도면에 도시한 것과 같이 과거 발자국 L을 기준으로 현재 발자국 위치를 구하는데 있어서, 위치추정부(20)에서는 보행자의 과거 발자국 L을 기준으로 현재 발자국 위치를 C 위치로 추정하였지만, 실제 발자국 위치는 A인 경우가 발생한다.

상기와 같은 경우, 위치보정부(30)는 추정 발자국 C의 위치가 과거 발자국 L을 기준으로 한 기준 보폭 범위(S)의 외곽에 있을 경우, 발자국 L과 발자국 C를 연결한 직선(cl)과 기준 보폭 범위(S) 간의 교점을 현재 발자국 위치로 보정 한다. 도면에는 교정된 발자국 B로 표시되어 있다.

상기와 같은 보정에 의하여, 본 발명에 따른 보정된 위치 추정의 오차(bl - al)는 기존 보행자 위치 추정의 오차(cl - al) 보다 개선된 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 기준 보폭(S)을 이용한 오차 보정은 위치 추정에 의한 발자국 C의 오차가 클수록 오차 보정의 폭도 더 커지는 것도 확인할 수 있다.

도 6은 기준 보폭을 이용하여 이동 방향 오차가 보정된 모습을 도시한 것이다. 이때, 이동 방향은 기존 보폭의 중점과 현재 보폭의 중점을 연결하여 알 수 있다.

도면을 참조하여 상기 이동 방향을 더욱 자세히 설명하면, 실제 발자국(A) 위치를 기준으로 한 보행자의 실제 이동 방향(ad)은 발자국 L, R 사이의 중점(rp)과 발자국 L, A 사이의 중점(ap)을 연결한 화살표 방향이다.

상기와 같은 방법으로 추정된 발자국(C) 위치를 기준으로 한 추정 이동 방향(cd)은 발자국 L, R 사이의 중점(rp)과 발자국 L, C 사이의 중점(cp)을 연결한 화살표 방향이고, 오차 보정된 발자국(B) 위치를 기준으로 한 보정 이동 방향(bd)은 발자국 L, R 사이의 중점(rp)과 발자국 L, B 사이의 중점(bp)을 연결한 화살표 방향이다.

보행자의 실제 이동 방향(ad)을 기준으로 하였을 때, 보정 이동 방향(bd)은 추정 이동 방향(cp)보다 오차가 보정된 것을 확인할 수 있다.

도 7은 보정 전 보행자의 위치 오차와 보정 후 보행자의 위치 오차를 비교한 그래프이다. 도면에 도시한 것과 같이 위치보정부(30)에 의해 보정된 보행자의 위치 오차는 보정 전과 비교하여 시간에 따른 오차의 발산이 크지 않은 것을 확인할 수 있다.

그리고 위치보정부(30) 상기 기준 보폭을 이용한 오차 보정뿐만 아니라 칼만 필터를 이용하여 위치추정부(20)에서 추정한 보행자의 위치 정보를 보정 할 수 있다.

더욱 자세히 설명하면, 인간의 발은 지면에 딛는 순간 일시적으로 정지상태가 된다. 이렇게 발이 지면에 정지한 순간의 속도를 영(zero)으로 판단하고, 속도 및 방향의 오차를 칼만 필터를 이용하여 보정한다.

상기 칼만 필터를 이용한 오차 보정은 기준 보폭을 이용한 오차 보정을 하기 전에 실시하는 것이 바람직하며, 상황에 따라 보정 순서를 변경할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 오차 보정 위치 추적 장치의 사용 예를 도시한 것이다. 화재 현장에서 소방관들(F1, F2, F3)이 본 발명에 따른 오차 보정 위치 추적 장치(100)를 사용한다고 가정할 경우, 소방관들은 양 발에 움직임 측정 센서(1, 2)를 장착하고, GPS나 기타 장치들을 이용하여 현재 위치를 확인한다.

그리고, 화재 진압을 위하여 건물 내부로 들어가는데 있어서 GPS 신호를 수신받지 못하는 경우, 본 발명에 따른 오차 보정 위치 추적 장치(100)의 구성요소인 신호수신부(10), 위치추정부(20) 및 위치보정부(30)와 양 발에 장착된 움직임 측정 센서(1, 2)를 이용하여 소방관의 위치를 추적하고, 위치제공부(40)를 이용하여 소방관의 개인 단말기뿐만 아니라 지휘부(M)의 관리 단말기(200)로 소방관의 위치 추적 정보를 전송하게 된다.

상기와 같은 구성으로 소방관(F1, F2, F3)은 전파방해지역에 고립되더라도 자신의 위치 추적 정보를 제공받아 현장에서 활용할 수 있도록 한다.

도 9는 오차 보정 위치 추적 방법을 도시한 것이다.

도면에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 오차 보정 위치 추적 방법은 위치추정단계(S110), 위치보정단계(S120) 및 위치제공단계(S130)로 이루어진다.

위치추정단계(S110)는 보행자의 양쪽 발에 각각 하나 이상 설치된 움직임 측정 센서를 이용하여 보행자의 위치를 추정하는 단계이다. 이때 움직임 측정 센서에서 측정하는 정보는 보행자가 각 발의 가속도 및 각속도 값이며, 상기 가속도 및 각속도 값을 적분하여 보행자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.

위치보정단계(S120)는 상기 위치추정단계(S110)에서 추정한 보행자의 위치 정보를 보정하는 단계이다. 더욱 자세히 설명하면 위치추정단계에서 추정한 보행자의 현재 발의 위치에서부터 이전 발 위치까지의 거리가 미리 설정해두었던 기준 보폭보다 클 경우, 보행자의 현재 발의 위치를 기준 보폭 이하가 되도록 보정하여 오차를 줄이는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 기준 보폭은 보행자의 평균 보폭의 값에 상수를 곱하여 구하며, 보행자의 평균 보폭은 전체이동거리에 걸음 수를 나누어 구하는 것이 바람직하다. 또한 상기 상수의 값은 1.2를 기준으로 하며, 상수 값이 커질수록 기준 보폭 값이 커져 오차범위도 넓어지므로 현장에 맞추어 알맞은 상수 값을 대입하는 것이 바람직하다.

위치제공단계(S130)는 위치보정단계(S120)에서 계산된 보행자의 위치 정보를 외부에 제공하는 단계이다. 위치제공단계(S130)를 통하여 보행자의 위치 정보를 보행자 당사자뿐만 아니라 외부의 단말에 전송하여 보행자를 관리할 수 있도록 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 오차 보정 위치 추적 방법은 프로그램으로 구현할 수 있고, 사용자는 상기 프로그램이 기록된 기록매체를 실행시킴으로써 본원발명을 손쉽게 사용할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 오차 보정 위치 추적 장치 및 방법과 이를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체를 첨부된 도면을 참조로 구체적인 실시예로 한정되게 설명하였으나 이는 하나의 실시예일 뿐이며, 첨부된 특허청구범위에서 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

10 : 신호수신부 20 : 위치추정부
30 : 위치보정부 40 : 위치제공부
100 : 오차 보정 위치 추적 장치 200: 관리 단말기
S110 : 위치추정단계 S120 : 위치보정단계
S130 : 위치제공단계

Claims (10)

1. 보행자의 위치를 추적하는 위치 추적 장치에 있어서,
   상기 보행자의 왼발 및 오른발에 각각 하나 이상 설치된 움직임 측정 센서들로부터 상기 왼발의 각속도 정보 및 가속도 정보와 상기 오른발의 각속도 정보 및 가속도 정보를 전송받는 신호수신부;
   상기 신호수신부에서 수집된 왼발의 각속도 정보 및 가속도 정보를 각각 적분해 왼발 한 걸음의 이동 방향 및 이동 거리를 추정하고, 오른발의 각속도 정보 및 가속도 정보를 각각 적분해 오른발 한 걸음의 이동 방향 및 이동 거리를 추정하여, 보행자 위치를 추정하는 위치추정부;
   상기 위치추정부에서 추정된 보행자 위치의 오차를 보정하는 위치보정부; 및
   상기 위치보정부에서 계산된 보행자의 위치 정보를 외부에 제공하는 위치제공부;
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 위치보정부는 상기 보행자 위치의 오차를 보정하는데 있어서, 상기 위치추정부에서 추정된 보행자의 현재 발 위치와 이전에 추정되었던 과거 발 위치 사이의 거리가 미리 설정해두었던 기준 보폭보다 클 경우 추정된 보행자의 현재 발 위치를 상기 기준 보폭 이하가 되도록 보정하는 것을 특징으로 하는 오차 보정 위치 추적 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 위치보정부는 위치추정부에서 계산하였던 보행자의 과거 위치 추정 정보를 바탕으로 칼만필터를 이용해 현재 발의 위치를 예측하여 보행자의 위치 추정 정보의 오차를 보정 하는 것을 특징으로 하는 오차 보정 위치 추적 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 기준 보폭은 보행자의 평균 보폭 값을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 오차 보정 위치 추적 장치.
   
7. 보행자의 위치를 추적하는 위치 추적 방법에 있어서,
   보행자의 왼발 및 오른발에 각각 하나 이상 설치된 움직임 측정 센서들로부터 상기 왼발의 각속도 정보 및 가속도 정보와 상기 오른발의 각속도 정보 및 가속도 정보를 측정하며, 왼발의 각속도 정보 및 가속도 정보를 각각 적분해 왼발 한 걸음의 이동 방향 및 이동 거리를 추정하고, 오른발의 각속도 정보 및 가속도 정보를 각각 적분해 오른발 한 걸음의 이동 방향 및 이동 거리를 추정하여, 보행자 위치를 추정하는 위치추정단계;
   상기 위치추정단계에서 추정된 보행자 위치의 오차를 보정하는 위치보정단계; 및
   상기 위치보정단계에서 계산된 보행자의 위치 정보를 외부에 제공하는 위치제공단계;
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 위치보정단계는 상기 보행자 위치의 오차를 보정하는데 있어서, 상기 위치추정단계에서 추정된 보행자의 현재 발 위치와 이전에 추정되었던 과거 발 위치 사이의 거리가 미리 설정해두었던 기준 보폭보다 클 경우 추정된 보행자의 현재 발 위치를 상기 기준 보폭 이하가 되도록 보정하는 것을 특징으로 하는 오차 보정 위치 추적 방법.
   
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 기준 보폭은 보행자의 평균 보폭의 값을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 오차 보정 위치 추적 방법.
   
10. 제7항 또는 제9항에 따른 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
    
    
    
    
    
    
    
    

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