KR101482783B1

KR101482783B1 - 측위 오차 보정 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101482783B1
Application number: KR20130096874A
Authority: KR
Inventors: 박영식; 황유민; 김진영
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-01-15

Abstract

측위 오차 보정 방법 및 그 장치가 개시된다. 위치 파악 시스템을 통해 일정 주기로 위치좌표를 파악하고, 현 위치좌표 이전에 파악된 일정 개수의 위치좌표들을 선택한 후 시간순으로 가장 오래된 위치좌표를 기준점으로 하여 나머지 선택된 위치좌표들에 대한 각각의 위치벡터와 위치벡터를 합한 방향벡터를 구하고, 현 위치좌표를 방향벡터가 가리키는 방향으로 보정한다.

Description

측위 오차 보정 방법 및 그 장치{Method of correcting positioning error and apparatus thereof}

본 발명은 GPS 등을 이용하여 측정한 위치 정보의 오차를 보정하는 방법 및 그 장치에 관한 것입니다.

사용자들의 위치를 이용하여 주변 교통 정보나 생활 정보의 제공, 길안내 등 다양한 서비스를 제공하는 위치기반서비스(Location Based Service)가 널리 이용되고 있다.

위치기반서비스의 제공을 위해서는 사용자의 위치를 정확하게 측정하여야 하며, 대표적인 위치 측정 방법으로 GPS(Global Positioning System)을 이용하는 방법이 있다.

도 1은 종래 이동 단말이 GPS를 통해 위치를 파악하는 일 예를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 스마트폰이나 네비게이션 등과 같은 이동 단말(100)은 지구 저궤도에 떠 있는 GPS 위성들(110,112,114)로부터 수신한 신호를 기초로 현재 위치를 파악한다. 그러나 이동 단말(100)이 건물이 밀집한 도심지역에 위치한 경우 주변 건물로 인한 반사, 굴절 등에 의한 측위 오차가 발생하여 정확한 위치를 파악하는 데 어려운 문제점이 있다.

특허공개번호 제2005-0079578호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 신뢰도 높은 위치 정보를 제공할 수 있도록, 주변 환경에 따라 발생하는 반사나 굴절 등에 의한 위치 정보의 오차를 보정하는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 측위 오차 보정 방법의 일 예는, 위치 파악 시스템을 통해 일정 주기로 위치좌표를 파악하는 단계; 현 위치좌표 이전에 파악된 일정 개수의 위치좌표들을 선택하는 단계; 상기 선택된 위치좌표들 중 시간순으로 가장 오래된 위치좌표를 기준점으로 하여 나머지 선택된 위치좌표들에 대한 각각의 위치벡터를 구하는 단계; 상기 각각의 위치벡터를 합하여 방향벡터를 구하는 단계; 및 상기 현 위치좌표를 상기 방향벡터가 가리키는 방향으로 보정하는 단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 측위 오차 보정 장치의 일 예는, 일정 주기로 위치좌표를 파악하는 위치 파악부; 현 위치좌표 이전에 상기 위치 파악부를 통해 파악된 일정 개수의 위치좌표들을 선택하고, 상기 선택된 위치좌표들 중 가장 오래된 위치좌표를 기준점으로 하여 나머지 선택된 위치좌표들에 대한 위치벡터를 구하는 위치벡터 산출부; 상기 위치벡터 산출부에서 구한 위치벡터를 모두 더하여 방향벡터를 산출하는 방향벡터 산출부; 및 상기 현 위치좌표를 상기 방향벡터가 가리키는 방향으로 보정하는 좌표 보정부;를 포함한다.

본 발명에 따르면, GPS를 이용한 위치 파악시 주변 건물들에 의한 신호의 반사나 굴절 등으로 인한 오차를 보정하여 정확한 위치 정보를 제공할 수 있다.

도 1은 이동 단말이 GPS를 통해 위치를 파악하는 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 측위 오차 보정에 사용할 위치좌표를 선택하는 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 측위 오차 보정 전의 위치좌표를 기초로 현 위치좌표를 보정하는 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 측위 오차 보정 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면, 그리고,
도 5는 본 발명에 따른 측위 오차 보정 방법의 일 실시예의 흐름을 도시한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 위치 파악 방법 및 그 시스템에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 측위 오차 보정에 사용할 위치좌표를 선택하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, GPS 등을 통해 파악된 현 위치좌표의 오차를 보정하기 위하여, 시간 순으로 과거 일정 개수의 위치좌표를 이용한다. 예를 들어, 현 시간이 t5인 경우, t0 부터 t4 까지 5 개의 과거 위치좌표(A,B,C,D,E)(200)를 이용하여 t5의 위치좌표(F)를 보정한다. 시간이 t6인 경우, 측위 오차 보정을 위해 다시 이전 과거 5개의 위치좌표, 즉 t1에서 t5까지의 위치좌표(B,C,D,E,F)(210)를 이용한다. 즉, 시간이 경과 함에 따라 과거 위치좌표를 선택하기 위한 일종의 윈도우(200,210,220) 또한 시간 축을 따라 이동한다. 측위 오차 보정을 위해 사용되는 과거 위치좌표의 개수(본 실시예는 5개)는 위치좌표를 파악하는 주기나 시스템의 성능 등에 따라 다양하게 설계 변경하여 사용할 수 있다. 과거 위치좌표를 기초로 현 위치좌표의 오차를 보정하는 구체적인 방법은 이하에서 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 측위 오차 보정 전의 위치좌표를 기초로 현 위치좌표를 보정하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 현 시간이 t5인 경우, 측위 오차 보정을 위해 t0부터 t4까지의 위치좌표를 이용한다. 선택된 위치좌표들 중 가장 먼저 파악된 위치좌표, 즉 t0의 위치좌표(A)를 기준점으로 하여 이후 시간 t1에서 t4까지의 각 위치좌표에 대한 위치벡터를 구한다. 그리고 위치벡터를 모두 더하여 방향벡터(A)를 구한 후, 현 시간 t5의 위치좌표 F(300)를 방향벡터A가 가리키는 방향 위 F'(310)로 보정한다. 현 위치좌표를 방향벡터 위로 보정하는 여러 가지 방법이 있을 수 있으나, 일 예로, 현 위치좌표 F(300)에서 방향벡터로 선을 그을 때 그 선이 방향벡터와 직교하는 지점을 보정좌표 F'(310)로 할 수 있다. 시간이 경과함에 따라, GPS 등과 같은 위치 파악 시스템을 통해 파악된 원 위치좌표와 본 발명에 따라 보정된 보정 위치좌표의 두 종류의 좌표가 존재하게 되나, 본 실시예의 경우 측위 오차 보정시 보정 위치좌표가 아닌 원 위치좌표를 이용한다. 즉, 현 시점이 도 2의 t6인 경우, t5시점에서 보정된 위치좌표 F'(310)를 이용하는 것이 아니라 보정 전 위치좌표 F(300)를 이용한다.

도 4는 본 발명에 따른 측위 오차 보정 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.

본 실시 예의 측위 오차 보정 장치는 휴대폰이나 네비게이션 등 좌표 정보가 필요한 각종 장치에 내장 또는 외장될 수 있는 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예에서 측위 오차 보정 장치라고 기재하고 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 반드시 하드웨어 형태에 국한되는 것은 아니며 다양한 이동 단말에 소프트웨어 형태로 구현되어 내장될 수 있다. 또한 이동 단말에 구현된 측위 오차 보정 장치는 이동 단말의 하드웨어 또는 소프트웨어의 일부 구성으로서 혼재하여 구성되어 있을 수 있음을 물론이다.

도 4를 참조하면, 측위 오차 보정 장치(400)는 위치 파악부(410), 정확도 산출부(415), 위치벡터 산출부(420), 방향벡터 산출부(430) 및 좌표 보정부(440)를 포함한다.

위치 파악부(410)는 측위 오차 보정 장치의 현 위치를 주기적으로 파악한다. 위치 파악부(410)는 일반적으로 GPS를 이용하여 위치좌표를 구할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 측위 오차 보정 장치(400)가 스마트 폰 등으로 구현되는 경우에는 GSP 외에 기지국을 이용하여 위치좌표를 파악할 수도 있다. 다만 GPS 등과 같은 위성을 이용하여 위치좌표를 파악하는 경우, 위성의 기하학적 배치상태에 따라 위치 좌표값의 정확도가 달라지므로 측위 오차 보정시 이를 반영하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 정확도 산출부(415)는 위성의 기하학적 배치상태에 따른 위치 좌표값의 정확도를 산출하며, 그 산출 방법의 일 예로 DOP(Dilution of Precision)를 이용할 수 있다.

예를 들어, 위치 파악부가 4개의 GPS 위성을 이용하여 위치좌표를 파악할 때의 PDOP(Position DOP)를 구하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 다음 수학식과 같은 설계행렬(design matrix) A를 구한다.

여기서, X^j(t),Y^j(t),Z^j(t) (j=1,2,3,4)는 각각 j번째 GPS 위성의 시간 t에서의 X,Y,Z 좌표값, X_i0, Y_i0, Z_i0은 관측자의 위치 좌표값,

(j=1,2,3,4)는 j번째 GPS 위성에서 관측자에 대한 방향을 나타내는 단위벡터, c는 빛의 속도를 나타낸다.

설계행렬 A로부터 여인수 행렬(cofactor matrix) Q_X를 구하면 다음 수학식과 같다.

여인수 행렬(Q_X)은 4x4 행렬로 표현되며, 이중 3x3은 관측자의 위치 X,Y,X에 의해 결정되며, 나머지 1개의 성분은 수신 시작에 의해서 결정된다. 여인수 행렬(Q_X)의 대각요소를 이용하여 PDOP를 다음과 같이 구한다.

PDOP의 수치가 낮을수록 위치 좌표값의 정확도가 높다.

정확도 산출부(415)는 위치 파악부(410)가 위성신호가 아닌 기지국 등의 다른 신호를 이용하여 위치를 파악하는 경우에 생략될 수 있다.

위치벡터 산출부(420)는 현 위치좌표 이전에 파악된 일정 개수의 위치좌표를 선택한 후 선택된 위치좌표에서 가장 오래된 위치좌표를 기점으로 나머지 선택된 위치좌표들에 대한 위치벡터를 구한다. 보다 구체적으로 위치벡터 산출부(420)는 도 3에서 살핀 바와 같이 위치 보정을 위해 선택한 다수 개의 위치좌표들 중 가장 오래된 위치좌표(즉, t0의 A)을 기점으로 하여 나머지 위치좌표들(B,C,D,E)에 대한 위치벡터를 산출한다.

위치 파악부(410)가 GPS를 이용하여 위치좌표를 측정하는 경우, 위성의 배치에 따른 정확도가 서로 상이하므로, 위치벡터 산출부(420)는 위치벡터에 정확도에 따른 가중치를 부여할 수 있다.

예를 들어, 정확도 산출부(415)가 구한 위치좌표의 DOP가 2보다 작으면 매우 우수, 2~3은 우수, 4~5는 보통, 6이상이면 부적합으로 정의한 후, 위치 파악부(400)에 의해 측정된 위치좌표의 DOP를 구하여 매우 우수인 경우에 해당하는 경우에는 위치벡터 크기에 1.6의 가중치를 곱하고, 우수인 경우에 해당하는 위치벡터에 1.4의 가중치를 곱하고, 보통인 경우에는 1의 가중치를 부여하고, 마지막으로 부적합한 위치좌표는 측위 오차 보정시 사용하지 않고 버린다.

방향벡터 산출부(430)는 위치벡터 산출부(420)에 의해 구한 위치벡터들을 합하여 방향벡터를 구한다. 이때, 방향벡터 산출부(430)는 위치벡터 산출부(420)에 의해 위치벡터들에 대해 각각 가중치를 부여된 경우라면 가중치가 부여된 위치벡터들을 이용하여 방향벡터를 구한다.

좌표 보정부(440)는 방향벡터 산출부(430)에서 구한 방향벡터의 방향에 위치하도록 현 위치좌표를 보정한다.

도 5는 본 발명에 따른 측위 오차 보정 방법의 일 실시예의 흐름을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 자신의 현 위치를 인식하고자 하는 단말은 먼저 GPS 등과 같은 종래 여러 가진 측위 방법을 통해 현 위치를 주기적으로 파악한다(S500). 그러나 파악된 현 위치좌표는 주변 환경(건물 등)에 따라 오차가 존재한다. 이 오차를 보정하기 위하여, 먼저 단말은 현 위치좌표 파악 이전에 파악된 일정 개수의 위치좌표를 선택한다(S510). 단말은 선택된 위치좌표들 중 시간순으로 가장 먼저 측정된 위치좌표를 기점으로 하여 나머지 위치좌표에 대한 위치벡터를 산출하고(S520), 그 위치벡터들을 모두 합하여 하나의 방향벡터를 생성한다(S530). 이때 위치좌표의 정확도를 기준으로 위치벡터에 가중치를 달리하여 부여한 후 방향벡터를 구할 수 있다. 다시 말하면, 위치좌표는 위성의 기하학적 배치 또는 단말의 주변 환경 등에 따라 그 측정된 위치좌표의 정확도가 서로 상이하므로 보다 정확도가 높은 좌표에 더 높은 가중치를 부여하여 오차 보정의 정확도를 향상시킨다. 단말은 현 위치좌표를 방향벡터 위로 보정한다(S540).

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

위치 파악 시스템을 통해 일정 주기로 위치좌표를 파악하는 단계;
현 위치좌표 이전에 파악된 일정 개수의 위치좌표들을 선택하는 단계;
상기 선택된 위치좌표들 중 시간순으로 가장 오래된 위치좌표를 기준점으로 하여 나머지 선택된 위치좌표들에 대한 각각의 위치벡터를 구하는 단계;
상기 각각의 위치벡터를 합하여 방향벡터를 구하는 단계; 및
상기 현 위치좌표를 상기 방향벡터가 가리키는 방향 위로 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위 오차 보정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 위치 파악 시스템은 GPS인 것을 특징으로 하는 측위 오차 보정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 선택된 위치좌표들에 대한 DOP(Dilution of Precision)을 구하는 단계;를 더 포함하고,
상기 위치벡터를 구하는 단계는, 상기 DOP의 크기를 기준으로 상기 위치벡터의 크기에 서로 다른 가중치를 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위 오차 보정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 위치좌표들을 선택하는 단계에서 선택된 위치좌표들은 상기 현 위치좌표 이전에 파악된 위치좌표들로서 보정되지 아니한 위치좌표인 것을 특징으로 하는 측위 오차 보정 방법.
일정 주기로 위치좌표를 파악하는 위치 파악부;
현 위치좌표 이전에 상기 위치 파악부를 통해 파악된 일정 개수의 위치좌표들을 선택하고, 상기 선택된 위치좌표들 중 가장 오래된 위치좌표를 기준점으로 하여 나머지 선택된 위치좌표들에 대한 위치벡터를 구하는 위치벡터 산출부;
상기 위치벡터 산출부에서 구한 위치벡터를 모두 더하여 방향벡터를 산출하는 방향벡터 산출부; 및
상기 현 위치좌표를 상기 방향벡터가 가리키는 방향 위로 보정하는 좌표 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위 오차 보정 장치.
제 5항에 있어서, 상기 위치 파악부는,
GPS를 이용하여 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 측위 오차 보정 장치.
제 5항에 있어서,
상기 선택된 위치 좌표값에 대한 각각의 DOP(Dilution of Precision)을 구하는 DOP 산출부;를 더 포함하고,
상기 위치벡터 산출부는, 상기 DOP의 크기를 기준으로 상기 선택된 위치벡터의 크기에 서로 다른 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 측위 오차 보정 장치.
제 5항에 있어서,
상기 선택된 위치좌표들은 상기 현 위치좌표 이전에 파악된 위치좌표들로서 보정되지 아니한 위치좌표인 것을 특징으로 하는 측위 오차 보정 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.