KR101997411B1 - Method and device for estimating location of pedestrian based on mutiple sensors - Google Patents

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김용훈
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최민준
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세종대학교산학협력단
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Abstract

Disclosed are a method and a device for estimating the location of a pedestrian using a magnetic sensor and an inertial sensor. The disclosed method for estimating the location of a pedestrian using multiple sensors comprises: a step of estimating a first initial location of the pedestrian using a measured value of at least one magnetic sensor worn on the pedestrian and a difference value of a magnetic value of a magnetic map; a step of estimating a speed and posture of the pedestrian using the measured value of the inertial sensor worn on the pedestrian; a step of estimating a second initial position of the pedestrian using the speed and posture of the pedestrian; and a step of determining a final position of the pedestrian on the basis of the first and second initial positions.

Description

다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ESTIMATING LOCATION OF PEDESTRIAN BASED ON MUTIPLE SENSORS} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method and apparatus for estimating a position of a pedestrian using multiple sensors,

본 발명은 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기 센서와 관성 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and an apparatus for estimating a position of a pedestrian using multiple sensors, and more particularly to a method and an apparatus for estimating a position of a pedestrian using a magnetic sensor and an inertial sensor.

위치 정보를 이용한 개인 항법 시스템은 다양한 분야에서 활용 될 수 있으며 특히 실내에서 사람의 위치 정보를 제공하는 개인 항법 시스템은 백화점 서비스 분야, 통제된 상황에서 구난 서비스, 실버산업 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용 될 수 있다. 특히 개인 항법 시스템에서 위치 및 속도 등의 항법 정보의 정확도 향상은 개인 항법 시스템의 활용 범위를 넓히기 위해 반드시 필요한 부분으로, 많은 연구가 진행되어 왔다.The personal navigation system using location information can be utilized in various fields. In particular, the personal navigation system providing the location information of the person in the room can be widely used in various fields such as department store service field, have. Especially, the accuracy improvement of navigation information such as position and speed in personal navigation system is an indispensable part for expanding the application range of personal navigation system.

절대 위치 정보를 제공하는 GNSS(Global Navigation Satellite System)신호를 활용하는 실외 항법과 달리 실내에서는 GNSS 신호를 사용할 수 없으므로 절대 위치 정보 이용이 제한된다. 이러한 이유로 실내에서 정확한 위치를 측위하고 이용하기 위해서 WLAN(Wireless Local Area Network) 기반 실내 위치 추정, LiDAR(Light Detection and Ranging) 센서를 이용한 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping) 기반 위치 검출 기법, 관성 센서를 이용한 보행자 추측 항법 및 자기 센서를 이용한 자기 지도기반 위치 검출 기법 등 다양한 방법이 연구되었다. Unlike outdoor navigation, which utilizes a Global Navigation Satellite System (GNSS) signal that provides absolute location information, the use of absolute location information is limited because the GNSS signal can not be used indoors. For this reason, it is necessary to use indoor location estimation based on WLAN (Wireless Local Area Network), position detection using SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) using LiDAR (Light Detection and Ranging) Various methods such as pedestrian guided navigation and magnetic map based position detection using magnetic sensors have been studied.

WLAN을 사용한 위치 검출 기법은 무선신호의 세기를 이용해 실내에서 위치를 검출 하는 방식으로 실내에서의 상대 위치를 측정할 수 있다는 장점이 존재하지만, 위치 검출을 위해 실내에 추가적인 신호 발생 장치와 같은 인프라를 구축해야하고 검출된 위치의 정확도가 낮다는 단점이 있다. The location detection method using WLAN has a merit that it can measure the relative position in the room by detecting the position in the room by using the strength of the wireless signal. However, in order to detect the position in the room, And the accuracy of the detected position is low.

LiDAR 센서를 이용한 위치 검출 방법은 실내 지도를 기반으로 상대 위치가 측정되며 높은 위치 정확도를 가지지만 센서가 사람에게 적절하게 부착되기 어렵다는 단점이 존재한다. 또한 관성 센서를 이용한 보행자 추측항법의 경우 사람의 위치를 검출하기에 적합한 기술이지만 위치를 구하기 위한 이중 적분이 필요하며 이때 발생하는 오차의 누적으로 인해 시간이 지남에 따라 위치가 발산하는 단점을 가진다. 이러한 단점으로 인해서 실내에서 위의 센서를 이용해 정확한 위치를 측위 하는데 어려움이 있다.The position detection method using the LiDAR sensor measures relative position based on the indoor map and has a high positional accuracy, but there is a disadvantage that it is difficult to attach the sensor properly to a human being. In the case of the pedestrian guided navigation using the inertial sensor, it is a suitable technique for detecting the position of a person, but a double integration is required to obtain the position, and there is a disadvantage in that the position diverges over time due to accumulation of errors occurring at this time. Due to these disadvantages, it is difficult to locate the accurate position using the above sensor indoors.

자기 센서를 이용한 자기 지도기반 위치 검출 방법은 건물 내부에 철골 구조가 변화하지 않는다는 점을 이용한 지도기반 위치 검출 방법으로, 실내에서의 상대 위치가 측정되고 추가적인 데이터가 필요하지 않다는 장점으로 실내 위치 측위를 위한 방법으로 다양한 선행연구가 진행되었다. 하지만 실내 환경의 경우 철골구조 등으로 인한 자기장 왜곡 형태가 유사한 곳이 많이 나타나며, 이로 인해 잘못된 위치를 추정하는 단점이 있다. A magnetic map-based position detection method using a magnetic sensor is a map-based position detection method in which the structure of a steel frame is not changed inside a building. Since the relative position in the room is measured and additional data are not needed, A variety of previous researches have been conducted as a method for. However, in the case of indoor environment, there are many places where the shape of the magnetic field distortion is similar due to the steel structure and the like, and there is a disadvantage in estimating the wrong position.

관련 선행문헌으로 특허 문헌인 대한민국 공개특허 제2015-0061389호, 대한민국 등록특허 제10-1718392호가 있다.Related publications are Korean Patent Publication No. 2015-0061389 and Korean Patent No. 10-1718392.

본 발명은 자기 센서와 관성 센서를 이용하여 보다 향상된 위치 추정 성능을 제공할 수 있는, 보행자 위치 추정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a pedestrian position estimation method and apparatus capable of providing improved position estimation performance using a magnetic sensor and an inertial sensor.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행자에 착용된 적어도 하나의 자기 센서의 측정값과, 자기 지도의 자기값의 차이값을 이용하여, 상기 보행자의 제1초기 위치를 추정하는 단계; 상기 보행자에 착용된 관성 센서의 측정값을 이용하여, 상기 보행자의 속도 및 자세를 추정하는 단계; 상기 보행자의 속도 및 자세를 이용하여, 상기 보행자의 제2초기 위치를 추정하는 단계; 및 상기 제1 및 제2초기 위치에 기반하여, 상기 보행자의 최종 위치를 결정하는 단계를 포함하는 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a position of a pedestrian by using a difference between a measured value of at least one magnetic sensor worn on a pedestrian and a magnetic value of a magnetic map, Estimating; Estimating a speed and an attitude of the pedestrian using the measurement value of the inertial sensor worn on the pedestrian; Estimating a second initial position of the pedestrian using the velocity and posture of the pedestrian; And determining a final position of the pedestrian based on the first and second initial positions.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 자기 센서; 관성 센서; 미리 설정된 좌표별로 측정된 자기값을 포함하는 자기 지도를 저장하는 데이터 저장부; 상기 자기 센서의 측정값과, 자기 지도의 자기값의 차이값을 이용하여, 상기 보행자의 제1초기 위치를 추정하고, 상기 관성 센서의 측정값을 이용하여, 상기 보행자의 제2초기 위치를 추정하는 위치 추정부; 및 상기 제1 및 제2초기 위치에 기반하여, 상기 보행자의 최종 위치를 결정하는 위치 결정부를 포함하는 웨어러블 타입의 보행자 위치 추정 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic sensor comprising: a magnetic sensor; Inertial sensor; A data storage unit for storing a magnetic map including a magnetic value measured for each predetermined coordinate; Estimating a first initial position of the pedestrian by using a difference between a measured value of the magnetic sensor and a magnetic value of the magnetic map, estimating a second initial position of the pedestrian by using the measured value of the inertial sensor, ; And a position determiner for determining a final position of the pedestrian based on the first and second initial positions.

본 발명에 따르면, 관성 센서를 통해 추정된 속도 뿐만 아니라, 자기 센서의 측정값 기반으로 관성 센서를 통해 추정된 위치의 오차도 보상함으로써, 보행자 위치 추정의 정확도가 향상될 수 있다.According to the present invention, the accuracy of the pedestrian position estimation can be improved by compensating not only the velocity estimated by the inertial sensor but also the error of the position estimated by the inertial sensor based on the measured value of the magnetic sensor.

또한, 본 발명에 따르면, 자기 센서의 측정값을 이용함으로써, 위치 추정 시점에서 보행자가 바라보는 전방 방향의 추정 정확도도 향상될 수 있다.Further, according to the present invention, by using the measured value of the magnetic sensor, the estimation accuracy in the forward direction viewed by the pedestrian at the position estimation point can be improved.

도 1은 관성 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a pedestrian position estimation method using an inertial sensor.
2 is a view for explaining a pedestrian position estimating apparatus using multiple sensors according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a pedestrian position estimation method using multiple sensors according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a pedestrian position estimation method using multiple sensors according to another embodiment of the present invention.

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. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 관성 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a pedestrian position estimation method using an inertial sensor.

관성 센서를 이용한 추측 항법(Dead Reckoning), 즉 보행자 위치 추정 방법은, 보행자의 위치를 계산하기 위해, 관성 센서의 측정값을 이용하여 먼저 보행자의 속도 및 자세를 산출한다. 가속도 센서에서 측정된 가속도를 적분하여 속도가 산출되는데, 가속도 센서의 측정값은 보행자의 자세에 따라서 달라지므로, 보행자의 자세에 기반한 속도가 산출된다. 산출된 속도가 적분되면 보행자의 이동 거리가 산출되므로 최종적으로 보행자의 위치가 추정될 수 있다. In order to calculate the position of the pedestrian, the dead reckoning method using the inertial sensor calculates the speed and attitude of the pedestrian using the measured value of the inertial sensor. The velocity is calculated by integrating the acceleration measured by the acceleration sensor. Since the measurement value of the acceleration sensor changes according to the posture of the pedestrian, the velocity based on the posture of the pedestrian is calculated. When the calculated speed is integrated, the moving distance of the pedestrian is calculated, so that the position of the pedestrian can finally be estimated.

이와 같이, 관성 센서로부터 추정된 속도 및 자세에 의해 보행자의 위치가 결정될 수 있는데, 가속도 센서의 바이어스(bias)로 인해 측정값에 누적 오차가 발생하고, 따라서, 오차가 보상되지 않으면, 보행자의 위치에 대한 오차 역시 발산하는 문제가 있다.In this way, the position of the pedestrian can be determined by the velocity and the posture estimated from the inertial sensor. If the accumulated error occurs in the measured value due to the bias of the acceleration sensor and therefore the error is not compensated, There is also a problem of divergence.

이를 해결하기 위해, 영속도 보정 알고리즘이 이용된다. 영속도 보정 알고리즘은 보행자의 영속도 구간, 즉 속도가 0인 구간을 이용하여 보행자의 속도를 보정하는 알고리즘이다.To solve this problem, a zero speed correction algorithm is used. The zero speed correction algorithm is an algorithm that corrects the speed of a pedestrian by using the zone of zero speed of the pedestrian, that is, the speed of zero.

도 1에 도시된 바와 같이, 보행자의 걸음 패턴은 다리 하나를 기준으로 디딤기 구간(stance pahse)과 스윙 구간(swing phase)으로 구분된다. 그리고 디딤기 구간은 신발의 뒷꿈치가 지면에 닿는 구간인 디딤기 진입 구간(110), 신발 전체가 지면에 닿는 구간은 영속도 구간(120) 및 신발의 뒷꿈치가 지면에서 떨어지는 디딤기 탈출 구간(130)으로 구분된다. 도 1에서 검은색으로 표시된 부분이 신발과 지면의 접촉 부위를 나타낸다.As shown in FIG. 1, the walking pattern of a pedestrian is divided into a stance pahse and a swing phase based on one leg. The leg section 120 is a section where the foot of the shoe touches the ground and the leg section of the shoe 130 is separated from the ground. ). In Fig. 1, the black portion indicates the contact area between the shoe and the ground.

여기서, 영속도 구간은 보행자의 속도가 0인 구간, 즉 보행자가 일시적으로 멈춰있는 구간으로서, 영속도 구간에서는 속도 오차가 없는 것으로 간주될 수 있기 때문에, 관성 센서의 측정값에 대한 오차를 보상할 수 있다. 결국, 보행자 위치 추정 방법은 관성 센서의 측정값에 대한 오차 보상을 통해, 보행자의 실제 속도와 관성 센서로부터 추정된 속도 사이의 오차를 보상할 수 있으며, 오차가 보상된 속도에 의해 보행자의 위치 추정의 정확도가 향상될 수 있다.Here, the zero speed section is a section in which the pedestrian's speed is zero, that is, the section in which the pedestrian is temporarily stopped, and can be regarded as having no speed error in the zero speed section. Therefore, . As a result, the method of estimating the position of the pedestrian can compensate the error between the actual speed of the pedestrian and the speed estimated from the inertial sensor through the error compensation of the measured value of the inertial sensor, Can be improved.

속도 보상을 위해 확장 칼만 필터가 이용될 수 있으며, 관성 센서 및 시스템 특성을 고려하여 미리 설계된 오차 모델을 통해 속도에 대한 오차가 보상될 수 있다.An extended Kalman filter can be used for speed compensation, and error in speed can be compensated by a pre-designed error model considering inertial sensor and system characteristics.

다만, 보행자가 보행하는 동안 영속도 구간이 아닌 구간에 대해서는 지속적으로 위치에 대한 누적 오차가 발생하게 되므로, 본 발명은 보행자 위치 추정의 정확성을 높이기 위해 자기 센서를 이용하여 추정된 위치를 추가로 이용하는 방법을 제안한다. 즉, 본 발명은 속도 보상 뿐만 아니라, 자기 센서를 통해 추정된 위치를 이용하여, 보행자의 실제 위치와 관성 센서를 통해 추정된 위치 사이의 오차를 보상함으로써, 보행자 위치 추정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.However, since the cumulative error with respect to the position is continuously generated with respect to the section that is not the zero speed section while the pedestrian is walking, the present invention further uses the estimated position using the magnetic sensor to improve the accuracy of the pedestrian position estimation Method. That is, the present invention compensates for the error between the actual position of the pedestrian and the estimated position using the inertial sensor, using the estimated position through the magnetic sensor as well as the velocity compensation, thereby further improving the accuracy of the pedestrian position estimation have.

자기 지도 기반의 보행자 위치 추정 방법은, 보행자가 착용하고 있는 자기 센서의 측정값과 자기값의 차이를 비교하여, 측정값과 가장 가까운 자기값에 대응되는 자기 지도 상의 좌표를 보행자의 위치로 추정한다. 즉, 측정값과 자기값의 차이가 가장 적은 자기 지도 상의 지점이 보행자의 위치로 추정되는 것이다. The self-map-based pedestrian position estimation method compares the measured value of the magnetic sensor worn by the pedestrian with the difference of the magnetic value, and estimates the coordinates on the magnetic map corresponding to the magnetic value closest to the measured value as the position of the pedestrian . That is, the point on the magnetic map having the smallest difference between the measured value and the magnetic value is estimated as the position of the pedestrian.

자기 지도(magnetic map)는 지도와 미리 설정된 좌표 별로 측정된 자기장 데이터가 결합된 지도로서, 자기장 데이터 별로 좌표가 할당된다. 여기서, 자기장 데이터는 자기력의 세기 및 방향에 대한 데이터로서, X, Y, Z축 각각에 대한 3차원 벡터로 표현될 수 있다. 자기 지도의 자기장 데이터는 전술된 자기 지도의 자기값에 대응된다.A magnetic map is a map that combines magnetic field data measured by a map and predetermined coordinates, and coordinates are assigned to each magnetic field data. Here, the magnetic field data is data on the intensity and direction of the magnetic force, and can be expressed as a three-dimensional vector for each of the X, Y, and Z axes. The magnetic field data of the magnetic map corresponds to the magnetic value of the magnetic map described above.

이하 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 보행자 위치 추정 방법을 보다 자세히 설명하로 한다.Hereinafter, a method for estimating a position of a pedestrian according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명에 따른 보행자 위치 추정 장치는 웨어러블 디바이스일 수 있다.FIG. 2 is a view for explaining a pedestrian position estimating apparatus using multiple sensors according to an embodiment of the present invention. The pedestrian position estimating apparatus according to the present invention may be a wearable device.

도 2를 참조하면 본 발명에 따른 보행자 위치 추정 장치는 자기 센서(210), 관성 센서(220), 데이터 저장부(230), 위치 추정부(240), 위치 결정부(250)를 포함한다. 관성 센서(220)는 가속도 센서 및 자이로 센서를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the apparatus for estimating a position of a pedestrian according to the present invention includes a magnetic sensor 210, an inertial sensor 220, a data storage unit 230, a position estimating unit 240, and a positioning unit 250. The inertial sensor 220 may include an acceleration sensor and a gyro sensor.

자기 센서(210)는 보행자 주변의 자기장 즉, 자기력의 방향 및 세기를 측정한다. 자기 센서는 복수개가 이용될 수 있으며, 일실시예로서 자기 센서는 보행자의 허리 및 발에 착용될 수 있다. 실시예에 따라서, 자기 센서의 개수 및 착용 위치는 다양하게 결정될 수 있다.The magnetic sensor 210 measures the direction and intensity of the magnetic field around the pedestrian, that is, the magnetic force. A plurality of magnetic sensors can be used, and in one embodiment, the magnetic sensors can be worn on the waist and feet of a pedestrian. Depending on the embodiment, the number and position of the magnetic sensors may be variously determined.

신발에 장착한 자기 센서는 건축물 바닥의 철골 구조에 크게 영향을 받는데 비해, 허리에 장착한 자기 센서의 경우 건축물의 바닥보다 문, 벽면, 창 등에 설치된 자성체의 영향을 더 많이 받게 되므로, 서로 다른 위치에 착용된 자기 센서가 제공하는 측정값은 서로 상관성이 적다. 따라서, 복수개의 자기 센서를 이용해 위치를 추정할 경우, 위치 추정의 정확도가 더욱 향상될 수 있다.The magnetic sensor mounted on the shoe is greatly influenced by the steel structure of the floor of the building. On the other hand, the magnetic sensor mounted on the waist is more influenced by the magnetic body installed on the door, wall and window than the floor of the building, The measurement values provided by the magnetic sensors worn by the magnetic sensors are less correlated with each other. Therefore, when the position is estimated using a plurality of magnetic sensors, the accuracy of the position estimation can be further improved.

데이터 저장부(230)는 미리 설정된 좌표별로 측정된 자기값을 포함하는 자기 지도를 저장하며, 여기서 자기 지도는 건축물의 실내에서 측정된 자기값을 포함할 수 있다.The data storage unit 230 stores a magnetic map including a magnetic value measured for each predetermined coordinate, wherein the magnetic map may include a magnetic value measured in a room of the building.

위치 추정부(240)는 보행자에 착용된 자기 센서의 측정값과, 자기 지도의 자기값의 차이값을 이용하여, 보행자의 제1초기 위치를 추정한다. 일예로서, 2개의 자기 센서가 이용되는 경우, 위치 추정부(240)는 6차원 벡터의 측정값과, 6차원 벡터의 자기값에 대한 평균 제곱근 편차(Root Mean Square Deviation; RMSD)를 차이값으로 이용할 수 있다.The position estimating unit 240 estimates the first initial position of the pedestrian using the difference between the measured value of the magnetic sensor worn on the pedestrian and the magnetic value of the magnetic map. For example, when two magnetic sensors are used, the position estimator 240 calculates a difference between a measured value of a six-dimensional vector and a root mean square deviation (RMSD) Can be used.

또한 위치 추정부(240)는 관성 센서의 측정값을 이용하여, 보행자의 제2초기 위치를 추정한다. 구체적으로 위치 추정부(240)는 관성 센서의 측정값을 이용하여, 보행자의 속도 및 자세를 추정하고, 보행자의 속도 및 자세를 이용하여, 보행자의 제2초기 위치를 추정할 수 있다. 위치 추정부(240)는 제2초기 위치를 추정하기 위해, 다양한 측위 알고리즘을 이용할 수 있으며, 제2초기 위치의 정확도를 높이기 위해 전술된 영속도 보정 알고리즘을 이용할 수 있다.The position estimating unit 240 estimates the second initial position of the pedestrian using the measured value of the inertial sensor. Specifically, the position estimating unit 240 estimates the speed and attitude of the pedestrian using the measurement value of the inertial sensor, and estimates the second initial position of the pedestrian using the speed and attitude of the pedestrian. The position estimating unit 240 may use various positioning algorithms to estimate the second initial position and may use the above described velocity constant correction algorithm to increase the accuracy of the second initial position.

위치 추정부(240)는 위치 추정에 이용되는 보행자의 자세를 자기 센서의 측정값을 이용하여, 갱신할 수 있다. 일실시예로서, 위치 추정부(240)는 자기 센서의 측정값을 이용해 보행자의 전방 방향을 추정하며, 추정된 전방 방향을 이용하여 관성 센서로부터 추정된 보행자의 자세 오차를 보상할 수 있다.The position estimating unit 240 can update the posture of the pedestrian used for the position estimation by using the measured value of the magnetic sensor. In one embodiment, the position estimating unit 240 estimates the forward direction of the pedestrian using the measured value of the magnetic sensor, and compensates for the posture error of the pedestrian estimated from the inertial sensor using the estimated forward direction.

위치 결정부(250)는 제1 및 제2초기 위치에 기반하여, 보행자의 최종 위치를 결정할 수 있으며, 일실시예로서 제1초기 위치를 이용하여, 제2초기 위치의 오차를 보상함으로써, 보행자의 최종 위치를 결정할 수 있다.The position determination unit 250 can determine the final position of the pedestrian based on the first and second initial positions, and in one embodiment, by using the first initial position to compensate for the error of the second initial position, Can be determined.

또한 위치 추정부(240)는 위치 추정뿐만 아니라, 자기 센서의 측정값을 이용하여, 관성 센서의 측정값으로부터 추정된 자세를 갱신할 수 있다. Further, the position estimating unit 240 can update the estimated posture from the measured value of the inertial sensor, using the measured value of the magnetic sensor, as well as the estimated position.

이와 같이, 본 발명에 따르면 관성 센서를 통해 추정된 속도 뿐만 아니라 위치의 오차도 보상함으로써, 보행자 위치 추정의 정확도가 향상될 수 있다.As described above, according to the present invention, the accuracy of pedestrian position estimation can be improved by compensating not only the velocity estimated by the inertial sensor but also the positional error.

또한 본 발명에 따르면, 위치 추정 시점에서 보행자가 바라보는 전방 방향의 추정 정확도도 향상될 수 있을뿐만 아니라, 관성 센서로부터 추정된 자세의 오차가 보상됨으로써, 관성 센서로부터 추정되는 속도의 정확도도 향상될 수 있다.Further, according to the present invention, not only the estimation accuracy of the forward direction viewed by the pedestrian at the position estimation time can be improved, but also the accuracy of the estimated velocity from the inertial sensor is improved by compensating the error of the estimated attitude from the inertial sensor .

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a pedestrian position estimation method using multiple sensors according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 보행자 위치 추정 방법은 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있으며, 이러한 컴퓨팅 장치의 일예로서 도 1의 보행자 위치 추정 장치가 있다. 이하에서는 보행자 위치 추정 장치에서 수행되는 위치 추정 방법이 일실시예로서 설명된다.The pedestrian position estimating method according to the present invention can be performed in a computing device including a processor. An example of such a computing device is the pedestrian position estimating device of Fig. Hereinafter, a position estimation method performed in the pedestrian's position estimation apparatus will be described as an embodiment.

본 발명에 따른 보행자 위치 추정 장치는 보행자에 착용된 적어도 하나의 자기 센서의 측정값과, 자기 지도의 자기값의 차이값을 이용하여, 보행자의 제1초기 위치를 추정(S310)한다.The pedestrian position estimating apparatus according to the present invention estimates the first initial position of the pedestrian using the difference between the measured value of the at least one magnetic sensor worn on the pedestrian and the magnetic value of the magnetic map (S310).

그리고 보행자 위치 추정 장치는 보행자에 착용된 관성 센서의 측정값을 이용하여 제2위치를 추정한다. 보다 구체적으로 보행자의 속도 및 자세를 추정(S320)하고, 보행자의 속도 및 자세를 이용하여, 보행자의 제2초기 위치를 추정(S330)한다. The pedestrian position estimating apparatus estimates the second position using the measured value of the inertial sensor worn by the pedestrian. More specifically, the speed and attitude of the pedestrian are estimated (S320), and the second initial position of the pedestrian is estimated (S330) using the speed and attitude of the pedestrian.

그리고 보행자 위치 추정 장치는 제1 및 제2초기 위치에 기반하여, 보행자의 최종 위치를 결정(S340)한다. 보행자 위치 추정 장치는 제1 및 제2초기 위치에 실시예에 따라서 다양한 방법을 적용하여, 보행자의 최종 위치를 결정할 수 있다. 일예로서, 확장 칼만 필터에 기반한 위치 오차 보상을 통해 최종 위치를 결정하거나 또는 제1 및 제2초기 위치에 가중치를 적용하여 최종 위치를 결정할 수도 있다.The pedestrian position estimating device determines a final position of the pedestrian based on the first and second initial positions (S340). The pedestrian position estimation apparatus can determine the final position of the pedestrian by applying various methods to the first and second initial positions according to the embodiment. As an example, the final position may be determined through position error compensation based on the extended Kalman filter or by applying weights to the first and second initial positions.

일실시예로서 보행자 위치 추정 장치는 단계 S340에서 제1초기 위치를 이용하여, 제2초기 위치의 오차를 보상하고, 보상된 위치를 보행자의 최종 위치를 결정할 수 있다. 관성 센서를 통해 추정된 제1초기 위치와 보행자의 실제 위치 사이에 오차가 존재하는데, 보행자 위치 추정 장치는 제1초기 위치 기반으로 제2초기 위치의 오차를 보상하는 것이다.In one embodiment, the pedestrian's position estimating apparatus may use the first initial position to compensate for the error of the second initial position, and determine the final position of the pedestrian at the compensated position. There is an error between the first initial position estimated by the inertial sensor and the actual position of the pedestrian, and the pedestrian position estimating apparatus compensates the error of the second initial position based on the first initial position.

예컨대, 보행자 위치 추정 장치는 제1 및 제2초기 위치의 차이를 제2초기 위치에 대한 오차로 이용하여, 제2초기 위치에 대한 오차를 보상할 수 있다. 오차 보상을 위해 확장 칼만 필터가 이용될 수 있으며, 오차 보상을 위한 오차 모델은 센서 및 시스템 특성을 고려하여 미리 설계될 수 있다. For example, the pedestrian's position estimating apparatus can compensate for the error of the second initial position by using the difference between the first and second initial positions as the error with respect to the second initial position. An extended Kalman filter can be used for error compensation, and an error model for error compensation can be designed in advance in consideration of sensor and system characteristics.

이 때, 오차 보상에 이용되는 제1초기 위치는 보행자의 디딤기 구간 중 디딤기 진입 구간(110)에서 추정된 위치이다. 디딤기 구간의 영속도 구간(120) 및 디딤기 탈출 구간(130) 대비 디딤기 진입 구간(110)에서는 보행자가 위치를 변경할 경우가 매우 적으므로, 디딤기 진입 구간(110)에서의 제1초기 위치를 이용함으로써, 위치 추정의 정확도가 향상될 수 있다.At this time, the first initial position used for error compensation is a position estimated at the stepping-in entry period 110 of the pedestrian's stance section. Since the pedestrian is very rarely changed in the stepping-in entry period 110 compared to the persistent speed section 120 and the stepping-out exit section 130 of the stepping period, By using the position, the accuracy of the position estimation can be improved.

한편, 본 발명에 따른 보행자 위치 추정 장치는 단계 S320에서 자기 센서의 측정값을 이용하여, 관성 센서의 측정값으로부터 추정된 보행자의 자세를 갱신할 수 있다.Meanwhile, the pedestrian's position estimating apparatus according to the present invention can update the posture of the pedestrian estimated from the measured value of the inertial sensor using the measured value of the magnetic sensor in step S320.

자기 센서는 일종의 나침반이기 때문에, 보행자 위치 추정 장치는 자기 센서의 측정값을 이용하여 보행자의 전방 방향(heading)을 추정할 수 있다. 이 때, 보행자의 전방 방향 추정에 이용되는 자기 센서는, 보행자의 배에 착용된 자기 센서일 수 있다. 배의 전방 방향과 보행자의 전방 방향은 일치하므로, 배에 착용된 자기 센서를 이용해 보행자의 전방 방향이 추정될 수 있다.Since the magnetic sensor is a kind of compass, the pedestrian position estimating device can estimate the heading of the pedestrian using the measured value of the magnetic sensor. At this time, the magnetic sensor used for estimating the forward direction of the pedestrian may be a magnetic sensor worn on a ship of a pedestrian. Since the forward direction of the ship is coincident with the forward direction of the pedestrian, the forward direction of the pedestrian can be estimated by using a magnetic sensor worn on the ship.

관성 센서의 측정값으로부터 추정되는 보행자의 자세는 요(yaw), 피치(pitch) 및 롤(roll)의 3가지 성분으로 표현되는데, 이 중 요값이 보행자의 전방 방향에 대응되므로, 보행자 위치 추정 장치는 자기 센서로부터 추정된 보행자의 전방 방향을 이용하여, 관성 센서로부터 측정된 자세 중 요값의 오차를 보상한다. The attitude of the pedestrian estimated from the measured value of the inertial sensor is represented by three components of yaw, pitch and roll. Since the relative value corresponds to the forward direction of the pedestrian, Uses the forward direction of the pedestrian estimated from the magnetic sensor to compensate for the error of the yaw value measured from the inertial sensor.

제2초기 위치의 오차 보상과 비슷한 방식으로, 자기 센서로부터 추정된 전방 방향과 관성 센서로부터 측정된 요값의 차이를, 관성 센서로부터 측정된 요값과 보행자의 실제 요값 사이의 오차로 이용하여, 오차 보상이 이루어질 수 있으며, 오차 보상을 위해서 미리 설계된 오차 모델을 이용하는 확장 칼만 필터가 이용될 수 있다. 이 때, 위치 보상과 같이, 자세 보상에 이용되는 자기 센서의 측정값은 디딤기 진입 구간에서의 측정값일 수 있다.The difference between the yaw value measured from the inertial sensor and the forward direction estimated from the magnetic sensor is used as an error between the yaw value measured from the inertial sensor and the actual yaw value of the pedestrian in a similar manner to the error compensation of the second initial position, And an extended Kalman filter using an error model previously designed for error compensation can be used. At this time, as in the case of position compensation, the measurement value of the magnetic sensor used for the posture compensation may be a measurement value at the stepping-in entry period.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a pedestrian position estimation method using multiple sensors according to another embodiment of the present invention.

자기 센서 기반의 위치 추정 방법은 자기 외란에 취약하다. 예컨대, 건축물에 새로운 강자성체 구조물이 설치되거나, 강자성체 구조물의 위치가 변경되는 경우, 자기 센서 기반으로 추정된 위치의 정확도가 낮아질 수 있다.A magnetic sensor based position estimation method is vulnerable to magnetic disturbance. For example, when a new ferromagnetic structure is installed in a building or a position of a ferromagnetic structure is changed, the accuracy of the estimated position based on the magnetic sensor may be lowered.

이에 본 발명에 따른 보행자 위치 추정 장치는 단계 S340에서, 자기 센서 기반으로 추정된 제1초기 위치와, 관성 센서 기반으로 추정된 제2초기 위치의 차이를 판단(S410)하고, 제1 및 제2초기 위치의 차이가 임계값 이하인 경우에 보상된 위치를 보행자의 최종 위치로 결정(S420)할 수 있다.Accordingly, in step S340, the pedestrian's position estimating apparatus according to the present invention determines the difference between the first initial position estimated based on the magnetic sensor and the second initial position estimated based on the inertial sensor (S410) If the difference between the initial positions is equal to or less than the threshold value, the compensated position may be determined as the final position of the pedestrian (S420).

일실시예로서 제1 및 제2초기 위치는 미리 설정된 좌표계의 좌표값일 수 있으며, 이러한 좌표값의 차이를 오차 공분산으로 나눈값이 임계값 이하인 경우에, 보상된 위치가 최종 위치로 결정될 수 있다.In one embodiment, the first and second initial positions may be coordinate values of a predetermined coordinate system. If the value obtained by dividing the difference of the coordinate values by the error covariance is less than or equal to a threshold value, the compensated position may be determined as the final position.

제1 및 제2초기 위치의 차이가 임계값보다 큰 경우, 보행자 위치 추정 장치는 제2초기 위치를 보행자의 최종 위치로 결정(S430)할 수 있다.If the difference between the first and second initial positions is greater than the threshold value, the pedestrian's position estimating apparatus may determine the second initial position as the final position of the pedestrian (S430).

한편, 도 4에서 이용되는 임계값은 제1초기 위치의 추정에 이용된 차이값의 크기에 따라 결정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 제1초기 위치는 자기 지도의 자기값과 자기 센서의 측정값의 차이값 중에서 최소값에 대응되는 자기 지도 상의 위치로 결정될 수 있는데, 이러한 최소값의 크기가 증가하는 패턴을 보이는 환경은 자기 외란이 발생하는 환경인 것으로 추정될 수 있다. Meanwhile, the threshold used in FIG. 4 may be determined according to the magnitude of the difference value used for the estimation of the first initial position. As described above, the first initial position can be determined as a position on the magnetic map corresponding to the minimum value among the magnetic value of the magnetic map and the measured value of the magnetic sensor, and the environment in which the magnitude of the minimum value shows an increasing pattern It can be assumed that the magnetic disturbance occurs in the environment.

따라서, 보행자 위치 추정 장치는 최소값의 크기가 증가할 경우 임계값을 감소시켜, 제1초기 위치가 반영될 가능성을 감소시키고, 최소값의 크기가 감소할 경우에는 임계값을 증가시켜, 제1초기 위치가 반영될 가능성을 증가시킬 수 있다.Accordingly, when the minimum value is increased, the pedestrian-position estimating device decreases the threshold value, decreases the possibility of reflecting the first initial position, increases the threshold value when the minimum value decreases, May be reflected.

앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The above-described technical features may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (10)

보행자의 신발 및 배에 착용된 자기 센서의 측정값과, 자기 지도의 건축물의 실내에서 측정된 자기값의 차이값을 이용하여, 상기 보행자의 제1초기 위치를 추정하는 단계;
상기 보행자에 착용된 관성 센서의 측정값을 이용하여, 상기 보행자의 속도 및 자세를 추정하는 단계;
상기 보행자의 속도 및 자세를 이용하여, 상기 보행자의 제2초기 위치를 추정하는 단계; 및
상기 제1 및 제2초기 위치에 기반하여, 상기 보행자의 최종 위치를 결정하는 단계를 포함하며,
상기 보행자의 최종 위치를 결정하는 단계는
상기 보행자의 디딤기 진입 구간에서의 추정된 상기 제1초기 위치를 이용하여, 상기 제2초기 위치의 오차를 보상하는 단계; 및
상기 보상된 위치를 상기 보행자의 최종 위치로 결정하는 단계를 포함하며,
상기 디딤기 구간은, 신발의 뒷꿈치가 지면에 닿는 구간인 상기 디딤기 진입 구간, 신발 전체가 지면에 닿는 구간인 영속도 구간 및 신발의 뒷꿈치가 지면에서 떨어지는 디딤기 탈출 구간으로 구분되는
다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법.
Estimating a first initial position of the pedestrian using a measured value of a magnetic sensor worn on a footwear of a pedestrian and a difference value of a magnetic value measured inside the building of the magnetic map;
Estimating a speed and an attitude of the pedestrian using the measurement value of the inertial sensor worn on the pedestrian;
Estimating a second initial position of the pedestrian using the velocity and posture of the pedestrian; And
Determining a final position of the pedestrian based on the first and second initial positions,
The step of determining the final position of the pedestrian
Compensating an error of the second initial position by using the estimated first initial position in the stepping-in entry period of the pedestrian; And
Determining the compensated position as the final position of the pedestrian,
The straddle period is divided into a straddle entry section in which the heel of the shoe touches the ground, a persistent section in which the shoe is in contact with the ground, and a straddle exit section in which the heel of the shoe falls from the ground
A method for estimating the position of a pedestrian using multiple sensors.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 보행자의 최종 위치로 결정하는 단계는
상기 제1 및 제2초기 위치의 차이가 임계값 이하인 경우, 상기 보상된 위치를 상기 보행자의 최종 위치로 결정하는
다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법.
The method according to claim 1,
The step of determining the final position of the pedestrian
When the difference between the first and second initial positions is equal to or less than the threshold value, the compensated position is determined as the final position of the pedestrian
A method for estimating the position of a pedestrian using multiple sensors.
제 3항에 있어서,
상기 임계값은
상기 제1초기 위치의 추정에 이용된 상기 차이값의 크기에 따라 결정되는
다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법.
The method of claim 3,
The threshold value
Is determined according to the magnitude of the difference value used for the estimation of the first initial position
A method for estimating the position of a pedestrian using multiple sensors.
제 1항에 있어서,
상기 보행자의 속도 및 자세를 추정하는 단계는
상기 자기 센서의 측정값을 이용하여, 상기 보행자의 전방 방향을 추정하는 단계; 및
상기 보행자의 디딤기 구간 중 디딤기 진입 시점에서 추정된 상기 전방 방향을 이용하여, 상기 자세의 오차를 보상하는 단계
를 포함하는 다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법.
The method according to claim 1,
The step of estimating the speed and posture of the pedestrian
Estimating a forward direction of the pedestrian using the measured value of the magnetic sensor; And
A step of compensating for an error of the posture using the forward direction estimated at the stepping-in time of the stepping-out period of the pedestrian
The method comprising the steps of:
제 5항에 있어서,
상기 보행자의 속도 및 자세를 추정하는 단계는
상기 배에 착용된 자기 센서의 측정값을 이용하여, 상기 전방 방향을 추정하는
다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법.
6. The method of claim 5,
The step of estimating the speed and posture of the pedestrian
Estimating the forward direction using the measured value of the magnetic sensor worn on the boat
A method for estimating the position of a pedestrian using multiple sensors.
제 6항에 있어서,
상기 자기 지도는
상기 보행자의 허리 및 발에 대응되는 위치에서 미리 설정된 좌표별로 측정된 자기값을 포함하는 지도인
다중 센서를 이용하는 보행자 위치 추정 방법.
The method according to claim 6,
The self-
A map including a magnetic value measured for each coordinate set at a position corresponding to the waist and foot of the pedestrian,
A method for estimating the position of a pedestrian using multiple sensors.
웨어러블 타입의 보행자 위치 추정 장치에 있어서,
보행자의 신발 및 배에 착용되는 자기 센서;
관성 센서;
건축물의 실내에서 상기 보행자의 허리 및 발에 대응되는 위치에서 미리 설정된 좌표별로 측정된 자기값을 포함하는 자기 지도를 저장하는 데이터 저장부;
상기 자기 센서의 측정값과, 자기 지도의 자기값의 차이값을 이용하여, 상기 보행자의 제1초기 위치를 추정하고, 상기 관성 센서의 측정값을 이용하여, 상기 보행자의 제2초기 위치를 추정하는 위치 추정부; 및
상기 제1 및 제2초기 위치에 기반하여, 상기 보행자의 최종 위치를 결정하는 위치 결정부를 포함하며,
상기 위치 결정부는
보행자의 디딤기 구간 중 디딤기 진입 구간에서의 추정된 상기 제1초기 위치를 이용하여, 상기 제2초기 위치의 오차를 보상하고, 상기 보상된 위치를 상기 보행자의 최종 위치로 결정하며,
상기 디딤기 구간은, 신발의 뒷꿈치가 지면에 닿는 구간인 상기 디딤기 진입 구간, 신발 전체가 지면에 닿는 구간은 영속도 구간 및 신발의 뒷꿈치가 지면에서 떨어지는 디딤기 탈출 구간으로 구분되는
보행자 위치 추정 장치.
In a wearable type pedestrian position estimating apparatus,
Magnetic sensors mounted on footwear and boats of pedestrians;
Inertial sensor;
A data storage unit for storing a magnetic map including magnetic values measured in predetermined coordinates at positions corresponding to the waist and feet of the pedestrian in the interior of the building;
Estimating a first initial position of the pedestrian by using a difference between a measured value of the magnetic sensor and a magnetic value of the magnetic map, estimating a second initial position of the pedestrian by using the measured value of the inertial sensor, ; And
And a position determination unit for determining a final position of the pedestrian based on the first and second initial positions,
The positioning unit
The method includes compensating an error of the second initial position by using the estimated first initial position in a stepping-in entry period of a pedestrian's stance, determining the compensated position as a final position of the pedestrian,
The straddle period is divided into a straddle entry period in which the heel of the shoe contacts the ground and a straddle period in which the heel of the shoe falls from the ground.
A pedestrian position estimating device.
삭제delete 제 8항에 있어서,
상기 위치 추정부는
상기 자기 센서의 측정값을 이용하여, 상기 보행자의 디딤기 구간 중 디딤기 진입 시점에서의 상기 보행자의 전방 방향을 추정하며, 상기 전방 방향을 이용하여, 상기 관성 센서로부터 추정된 상기 보행자의 자세의 오차를 보상하는
보행자 위치 추정 장치.
9. The method of claim 8,
The position estimating unit
Estimating a forward direction of the pedestrian at the entry point of the stepping motor during the stepping motion of the pedestrian using the measured value of the magnetic sensor and calculating a forward direction of the pedestrian estimated from the inertial sensor Compensate for the error
A pedestrian position estimating device.
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