KR102023030B1 - Magnetic field based indoor positioning method using smart device and system having the method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실내에서 사용자의 스마트 기기에 구비된 자기장 센서의 자기장 정보를 기반으로 핑거프린트 방식을 통해 측위가 가능한 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic field-based indoor positioning method and system using a smart device, and more particularly, to a smart device capable of positioning through a fingerprint method based on magnetic field information of a magnetic field sensor provided in a smart device of a user indoors. The present invention relates to a magnetic field-based indoor positioning method and system.

Description

스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법 및 시스템{Magnetic field based indoor positioning method using smart device and system having the method}Magnetic field based indoor positioning method using smart device and system having the method

본 발명은 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실내에서 사용자의 스마트 기기에 구비된 자기장 센서의 자기장 정보를 기반으로 핑거프린트 방식을 통해 측위가 가능한 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic field-based indoor positioning method and system using a smart device, and more particularly, to a smart device capable of positioning through a fingerprint method based on magnetic field information of a magnetic field sensor provided in a smart device of a user indoors. The present invention relates to a magnetic field-based indoor positioning method and system.

특정 대상의 위치 확인을 하기 위해서는 일반적으로 미국의 GPS(Global Positioning System)가 사용되고 있으며, 이 GPS는 지구 밖에 위치한 위성으로부터 신호를 송신 받아 특정 대상의 위치를 측위한다.In order to locate a specific target, a global positioning system (GPS) of the United States is generally used. The GPS receives a signal from a satellite located outside the earth to locate a specific target.

위와 같이 위성을 이용하여 특정 대상의 위치를 측위하는 기술들을 글로벌 내비게이션 위성 시스템(Global Positioning System)이라 불리고 있으며, 미국의 GPS 이외에도 러시아의 GLONASS, 유럽의 Galileo와 중국의 BeiDou 등이 있다.As described above, technologies for positioning specific targets using satellites are called global positioning satellite systems. In addition to US GPS, there are GLONASS in Russia, Galileo in Europe, and BeiDou in China.

상기 글로벌 내비게이션 위성 시스템은 군사적 용도와 항공기, 선박 등에 많이 사용되었으나 최근에는 민간 분야에서도 많이 사용되고 있으며, 주로 야외 환경에서 특정 대상의 위치를 확인하기 위해 사용되고 있다.The global navigation satellite system has been widely used in military applications, aircraft, ships, etc., but recently, it is also widely used in the civil field, and is mainly used to identify a specific target in an outdoor environment.

한편, 상기 글로벌 내비게이션 위성 시스템이 야외 환경에서 주로 사용되는 이유는 실내 환경에서 사용할 경우 신호가 건물에 의해 신호 감쇄가 일어날 뿐만 아니라 건물이 신호의 장애물이 되어 신호의 크기가 변화됨으로써 잘못된 신호를 수신하게 되는 다중경로 페이딩 문제가 발생하기 때문에 실내에서는 사용이 제한된다.Meanwhile, the global navigation satellite system is mainly used in an outdoor environment because when the signal is used in an indoor environment, the signal is not only attenuated by the building but also becomes an obstacle to the signal, so that the size of the signal is changed so that an incorrect signal is received. Because of the multipath fading problem that arises, its use is limited indoors.

이러한, 문제점을 해결하기 위해 제시된 방법으로 실내에서 특정 대상을 측위하기 위해 무선 액세스 포인트(AP), 블루투스 및 RFID와 같은 인프라 기반의 측위 기술들이 사용되고 있다.In order to solve such a problem, infrastructure-based positioning techniques such as wireless access point (AP), Bluetooth, and RFID are used to locate a specific object indoors.

상기 인프라 기반의 측위 기술들은 건물 실내에 위치를 추정하기 위해 무선 액세스 포인트(AP), 블루투스 또는 RFID와 같은 데이터를 송신하는 장치를 설치하고 상기 장치로부터 수신된 신호 정보를 이용하여 위치를 추정한다.The infrastructure-based positioning techniques install a device that transmits data such as a wireless access point (AP), Bluetooth or RFID to estimate the location inside a building and estimate the location using signal information received from the device.

또한, 상기 위치를 추정하기 위한 방법으로는 수신된 신호의 도래각을 측정하여 위치를 결정하는 삼각 측량 방법과 주어진 공간에서 임의로 설정된 위치에서의 수신되는 신호의 강도를 미리 저장하고 측정값과 이를 비교하여 위치를 추정하는 핑거프린트 방법이 주로 사용되고 있다.In addition, the method for estimating the position is a triangulation method for determining the position by measuring the angle of arrival of the received signal and in advance to store the strength of the received signal at a randomly set position in a given space and compare it with the measured value The fingerprint method of estimating the position is mainly used.

그러나, 상기 인프라 기반의 측위 기술들은 상기 무선 액세스 포인트, 블루투스 또는 RFID와 같은 장비를 설치해야 하므로 비용 효율이 좋지 않다는 문제점이 있고, 상기 인프라 기반의 측위 기술들은 데이터를 송신하기 위해 개발된 장치들을 사용하기 때문에 측위 오차가 큰 편이다.However, the infrastructure-based positioning techniques have a problem in that it is not cost-effective because equipment such as the wireless access point, Bluetooth or RFID must be installed, and the infrastructure-based positioning techniques use devices developed for transmitting data. Because of this, the positioning error is large.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 무선 액세스 포인트(AP), 블루투스 또는 RFID와 같은 별도의 신호를 발생하는 장치를 건물 내부에 설치하지 않고도 실내 위치를 측위할 수 있는 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to position indoors without installing a device that generates a separate signal such as a wireless access point (AP), Bluetooth, or RFID in a building. The present invention provides a magnetic field-based indoor positioning method and system using a smart device.

상술한 목적을 해결하기 위해 본 발명은 측위를 위한 장소 내의 복수의 위치(이하, '참조 위치'라 함)에서 3축 자기장 데이터(이하, '오프라인 데이터'라 함)를 수집하여 핑거프린트 맵을 구축하는 단계; 스마트 기기가 상기 장소 내의 임의의 위치에 위치하고, 상기 스마트 기기에서 출력되는 3축 자기장 데이터(이하, '온라인 데이터'라 함)를 획득하는 단계; 및 상기 핑거프린트 맵에서 상기 오프라인 데이터와 상기 온라인 데이터의 차이가 가장 작은 참조 위치를 상기 스마트 기기의 위치로 측위하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법을 제공한다.In order to solve the above-described object, the present invention collects three-axis magnetic field data (hereinafter referred to as 'offline data') at a plurality of positions (hereinafter referred to as 'reference positions') within a location for positioning to generate a fingerprint map. Building; Acquiring three-axis magnetic field data (hereinafter, referred to as 'online data') outputted from the smart device at a location where the smart device is located in the place; And positioning a reference location having the smallest difference between the offline data and the online data as the location of the smart device in the fingerprint map. do.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 핑거프린트 맵에는 상기 참조 위치들의 위치 정보가 저장된다.In a preferred embodiment, the fingerprint map stores location information of the reference locations.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 오프라인 데이터의 3축 자기장 데이터는 각 참조 위치에서 0도, 90도, 180도 및 270도 방향에 대한 각각의 3축 자기장 데이터로 획득된다.In a preferred embodiment, the triaxial magnetic field data of the offline data is obtained with respective triaxial magnetic field data for the 0 degree, 90 degree, 180 degree and 270 degree directions at each reference position.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 오프라인 데이터에는 상기 오프라인 데이터의 3축 자기장 데이터로부터 계산된 자기장 세기가 더 포함되고, 상기 온라인 데이터에는 상기 온라인 데이터의 3축 자기장 데이터로부터 계산된 자기장 세기가 더 포함된다.In a preferred embodiment, the offline data further includes the magnetic field strength calculated from the three-axis magnetic field data of the offline data, the online data further includes the magnetic field strength calculated from the three-axis magnetic field data of the online data.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 측위하는 단계:는 상기 오프라인 데이터와 상기 온라인 데이터 간의 차를 계산하는 단계; 계산된 차로부터 평균 제곱근 오차를 구하는 단계; 및 상기 핑거프린트 맵에서 상기 평균 제곱근 오차가 가장 작은 오프라인 데이터를 갖는 참조 위치의 위치 정보를 출력하는 단계;를 포함한다.In a preferred embodiment, the positioning step comprises: calculating a difference between the offline data and the online data; Obtaining a mean square root error from the calculated difference; And outputting location information of a reference location having offline data having the smallest mean square root error in the fingerprint map.

또한, 본 발명은 상기 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법을 수행하는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 더 제공한다.In addition, the present invention further provides a computer program stored in a recording medium for performing a magnetic field-based indoor positioning method using the smart device.

또한, 본 발명은 상기 컴퓨터 프로그램이 저장된 스마트 기기를 더 제공한다.The present invention also provides a smart device in which the computer program is stored.

또한, 본 발명은 상기 컴퓨터 프로그램이 저장된 서버; 및 상기 서버와 3축 자기장 데이터를 송수신이 가능한 스마트 기기를 포함하고, 상기 서버는 상기 스마트 기기로부터 실시간으로 3축 자기장 데이터를 수신받아, 온라인 데이터와 오프라인 데이터 간의 차이를 계산하여 상기 스마트 기기의 위치를 출력할 수 있는 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 시스템을 더 제공한다.In addition, the present invention server; And a smart device capable of transmitting and receiving three-axis magnetic field data to and from the server, wherein the server receives the three-axis magnetic field data in real time from the smart device, calculates a difference between the online data and the offline data to locate the smart device. It further provides a magnetic field-based indoor positioning system using a smart device capable of outputting.

또한, 본 발명은 상기 컴퓨터 프로그램이 저장된 스마트 기기; 및 오프라인 데이터가 저장되는 서버;를 포함하고, 상기 스마트 기기가 상기 서버와 통신하여 오프라인 데이터를 수신하고 상기 오프라인 데이터와 온라인 데이터 간의 차이를 계산하여 상기 스마트 기기의 위치를 출력할 수 있는 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 시스템을 더 제공한다.The present invention also provides a smart device that stores the computer program; And a server storing offline data, wherein the smart device communicates with the server to receive offline data, calculates a difference between the offline data and online data, and outputs the location of the smart device. It further provides a magnetic field-based indoor positioning system.

본 발명의 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법 및 시스템에 의하면, 스마트 기기에 구비된 자기장 센서만을 이용하여 위치를 추정할 수 있으므로, 실내에 위치 추적을 위한 신호를 발생하는 장치들을 설치하여 인프라를 구축하지 않아도 된다는 장점이 있다.According to the magnetic field-based indoor positioning method and system using the smart device of the present invention, since the location can be estimated using only the magnetic field sensor provided in the smart device, the infrastructure for installing signals for location tracking is installed in the room. The advantage is that you do not need to build a.

또한, 본 발명은 오프라인 데이터의 3축 자기장 데이터를 0도, 90도, 180도 및 270도 방향에 대한 3축 자기장 데이터를 획득하고 상기 스마트 기기로부터 출력되는 3축 자기장 데이터와 차이를 비교하여 위치를 측위함으로써, 방향에 따라 다르게 측정되는 3축 자기장 데이터를 이용하더라도 측위 오차를 최소화할 수 있다. In addition, the present invention obtains three-axis magnetic field data of the offline data in the 0 degree, 90 degree, 180 degree and 270 degree direction and compares the position with the 3-axis magnetic field data output from the smart device and the difference Positioning can minimize positioning error even when using 3-axis magnetic field data measured differently according to directions.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거프린트 맵 동작 설명을 위한 다이어그램,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법과 종래의 인프라 기반의 측위 방법의 성능 비교 결과를 보여주는 그래프이다.
1 shows a system according to an embodiment of the invention,
2 is a flowchart illustrating a magnetic field-based indoor positioning method using a smart device according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram for describing a fingerprint map operation according to an embodiment of the present invention;
4 is a graph illustrating a performance comparison result between a magnetic field-based indoor positioning method and a conventional infrastructure-based positioning method using a smart device according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.The terms used in the present invention were selected as general terms as widely used as possible, but in some cases, the terms arbitrarily selected by the applicant are included. In this case, the meanings described or used in the detailed description of the present invention are considered, rather than simply the names of the terms. The meaning should be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings will be described in detail the technical configuration of the present invention.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Like numbers refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법은 스마트 기기에 구비된 자기장 센서로부터 출력되는 자기장 정보를 이용하여 실내에서 스마트 기기의 위치를 측위할 수 있는 방법이다.Magnetic field-based indoor positioning method using a smart device according to an embodiment of the present invention is a method for positioning the location of the smart device in the room using the magnetic field information output from the magnetic field sensor provided in the smart device.

또한, 본 발명의 일 실시예에 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법은 컴퓨터에 의해 수행되며, 상기 컴퓨터에는 상기 컴퓨터를 기능시켜 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된다.In addition, the magnetic field-based indoor positioning method using a smart device according to an embodiment of the present invention is performed by a computer, the computer program for performing the magnetic field-based indoor positioning method using a smart device by operating the computer Stored.

또한, 상기 컴퓨터는 일반적인 퍼스널 컴퓨터뿐만 아니라, 스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 스마트 기기를 포함하는 광의의 컴퓨팅 장치를 의미한다.In addition, the computer refers to a broad computing device including not only a general personal computer but also a smart device such as a smartphone or a tablet PC.

또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 별도의 기록 매체에 저장되어 제공될 수 있으며, 상기 기록매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다.In addition, the computer program may be stored and provided in a separate recording medium, and the recording medium may be those specially designed and configured for the present invention or may be known and available to those skilled in the computer software field. .

예를 들면, 상기 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.For example, the recording medium may be magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CDs and DVDs, magnetic-optical recording media capable of both magnetic and optical recording, ROM, RAM, flash memory. Etc. may be a hardware device specifically configured to store and execute program instructions, alone or in combination.

또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 컴퓨터 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 컴퓨터 프로그램일 수 있다.Further, the computer program may be a computer program composed of program instructions, local data files, local data structures, etc. alone or in combination, and may be executed by a computer using an interpreter as well as machine code such as produced by a compiler. It can be a computer program written in high-level language code.

또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 통신망을 통해 상기 컴퓨터 프로그램을 전송할 수 있는 서버에 저장될 수 있다.In addition, the computer program may be stored in a server capable of transmitting the computer program via a communication network.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 위치 측위 시스템을 보여주는 도면으로 도 1을 참조하면 본 발명의 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 위치 측위 시스템(100)은 스마트기기(110) 및 상기 스마트 기기(110)와 통신망을 통해 연결되는 서버(120)로 구성된다.1 is a diagram illustrating a magnetic field-based indoor positioning system using a smart device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a magnetic field-based indoor positioning system 100 using a smart device of the present invention is smart. The device 110 and the smart device 110 and the server 120 is connected through a communication network.

여기서, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 스마트 기기(110)에 저장되거나, 상기 서버(120)에 저장될 수 있다.The computer program may be stored in the smart device 110 or in the server 120.

만약, 상기 컴퓨터 프로그램이 상기 스마트 기기(110)에 저장될 경우에는 아래에서 설명할 오프라인 데이터가 상기 서버(120)에 저장되고, 상기 스마트 기기(110)가 상기 서버(120)로부터 상기 오프라인 데이터를 수신받아 상기 스마트 기기(110)의 위치를 측위할 수 있다.If the computer program is stored in the smart device 110, offline data to be described below is stored in the server 120, and the smart device 110 receives the offline data from the server 120. The location of the smart device 110 may be received by the reception.

그러나, 상기 오프라인 데이터는 상기 스마트 기기(110)에 저장될 수 있고, 이 경우 상기 서버(120)가 필요없이 상기 스마트 기기(110)만으로 위치를 측위할 수 있다.However, the offline data may be stored in the smart device 110, and in this case, the location may be determined only by the smart device 110 without requiring the server 120.

또한, 상기 컴퓨터 프로그램이 상기 서버(120)에 저장될 경우에는 상기 서버(120)가 상기 스마트 기기(110)로부터 3축 자기장 데이터를 전송받아 상기 스마트 기기(110)의 위치를 측위할 수 있으며 측위 결과를 상기 스마트 기기(110)에 전송해 줄 수 있다.In addition, when the computer program is stored in the server 120, the server 120 may receive the 3-axis magnetic field data from the smart device 110 to position the smart device 110, positioning The result may be transmitted to the smart device 110.

이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 위치 측위 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of positioning a location based on a magnetic field using a smart device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기를 이용한 자기장 기반 실내 측위 방법은 크게 핑거프린트 맵을 구축하는 단계(S1000), 스마트 기기에서 출력되는 3축 자기장 데이터 획득 단계(S2000) 및 상기 스마트 기기의 위치를 측위하는 단계(S3000)를 포함하여 이루어진다. Referring to FIG. 2, in the magnetic field-based indoor positioning method using a smart device according to an embodiment of the present invention, a fingerprint map may be largely constructed (S1000), a three-axis magnetic field data acquisition step (S2000) output from the smart device, and Positioning the location of the smart device (S3000) is made.

상기 핑거프린트 맵을 구축하는 단계(S1000)는 먼저, 측위를 위한 장소의 복수의 위치(이하, '참조 위치'라 함)에서 스마트 기기를 이용하여 3축 자기장 데이터를 수집한다(S1100). In the building of the fingerprint map (S1000), first, 3-axis magnetic field data is collected using a smart device at a plurality of locations (hereinafter, referred to as a reference location) of a location for positioning (S1100).

또한, 상기 3축 자기장 데이터는 같은 위치에 있어도 측정되는 방향에 따라 값이 달라지기 때문에 각 참조 위치마다 4개의 방향인 0도, 90도, 180도, 270도에서 3축 자기장 데이터를 취득한다.In addition, since the value of the three-axis magnetic field data varies depending on the measured direction even at the same position, the three-axis magnetic field data is acquired in four directions, 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, for each reference position.

다음, 취득된 3축 자기장 데이터를 아래의 식을 이용하여 자기장 세기를 구한다(S1200).Next, the magnetic field strength is obtained from the acquired three-axis magnetic field data using the following equation (S1200).

Figure 112018010310020-pat00001
Figure 112018010310020-pat00001

여기서, MA는 자기장 세기, mx는 x축 자기장 데이터, my는 y축 자기장 데이터 mz는 z축 자기장 데이터를 나타낸다.Here, M A is magnetic field strength, m x is x-axis magnetic field data, m y is y-axis magnetic field data m z is z-axis magnetic field data.

상기 자기장 세기는 측위 정확도를 향상시키기 위해 추가적으로 계산되는 값으로, 상기 자기장 세기를 계산하지 않고 상기 3축 자기장 데이터만으로도 측위가 가능하다.The magnetic field strength is a value that is additionally calculated to improve positioning accuracy, and the positioning may be performed using only the three-axis magnetic field data without calculating the magnetic field strength.

다만, 측위 정확도 향상을 위해 상기 자기장 세기를 사용하는 것이 바람직하다.However, it is preferable to use the magnetic field strength to improve the positioning accuracy.

다음, 상기 3축 자기장 데이터 및 자기장 데이터(이하, '오프라인 데이터'라 함)를 이용하여 핑거프린트 맵을 생성한다(S1300).Next, a fingerprint map is generated using the three-axis magnetic field data and the magnetic field data (hereinafter, referred to as 'offline data') (S1300).

여기서, 상기 핑거프린트 맵은 일정한 크기로 분할된 실내 지도 맵을 생성하고 사전에 수집한 핑거프린트와 수집된 위치 정보를 데이터베이스화하는 작업으로 본 발명에서 상기 핑거프린트는 상기 오프라인 데이터를 뜻한다.Here, the fingerprint map is an operation of generating an indoor map map divided into a predetermined size, and databaseting the previously collected fingerprint and the collected location information. In the present invention, the fingerprint means the offline data.

또한, 상기 핑거프린트 맵은 상기 오프라인 데이터를 수집한 참조 위치들을 상기 실내 지도 맵에 표현하기 위한 위치 정보가 저장된다.In addition, the fingerprint map stores location information for representing the reference locations for collecting the offline data on the indoor map map.

따라서, 상기 핑거프린트 맵을 구축하기 위해 표 1과 같이 데이터베이스화 될 수 있다.Accordingly, the fingerprint map may be databased as shown in Table 1 to construct the fingerprint map.


번호

number

참조위치

Reference location

방향

direction
x축 자기장(mx)x-axis magnetic field (m x ) y축 자기장(my)y-axis magnetic field (m y ) z축 자기장(mz)z-axis magnetic field (m z ) 자기장
세기(MA)
magnetic field
Century (M A )


1


One

x1, y1

x1, y1
0도0 degrees 3030 100100 -10-10 105105
90도90 degrees -20-20 140140 1313 142142 180도180 degrees -20-20 -110-110 5050 122122 270도270 degrees 110110 9090 6060 154154

2


2

x2, y2

x2, y2
0도0 degrees -50-50 110110 4242 127127
90도90 degrees -80-80 1212 7777 112112 180도180 degrees 3636 -123-123 8989 156156 270도270 degrees 4141 -45-45 6868 9191 .
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즉, 상기 핑거프린트 맵은 일정한 크기로 분할된 실내 지도 맵에 수집된 오프라인 데이터의 위치인 참조 위치를 출력할 수 있다.That is, the fingerprint map may output a reference position, which is a location of offline data collected on an indoor map map divided into a predetermined size.

상기 핑거프린트 맵을 구축한 후에는 상기 장소 내의 임의의 위치에 있는 스마트 기기에서 출력되는 3축 자기장 데이터를 취득하는 단계(S2000)를 수행한다.After constructing the fingerprint map, a step of acquiring three-axis magnetic field data output from a smart device at an arbitrary location in the place is performed (S2000).

먼저, 상기 스마트 기기에서 출력되는 3축 자기장 데이터를 획득한다(S2100).First, three-axis magnetic field data output from the smart device is acquired (S2100).

다음, 상기 3축 자기장 데이터를 취득 후에는 상기 수학식 1을 이용하여 자기장 세기를 계산한다(S2200).Next, after acquiring the three-axis magnetic field data, the magnetic field strength is calculated using Equation 1 (S2200).

만약, 상기 오프라인 데이터에 자기장 세기가 포함되지 않는 경우 상기 스마트 기기에서 출력되는 3축 자기장 데이터로부터 자기장 세기는 계산되지 않을 수 있다.If the magnetic field strength is not included in the offline data, the magnetic field strength may not be calculated from the 3-axis magnetic field data output from the smart device.

다음, 상기 장소 내의 임의의 위치에 있는 스마트 기기에서 출력되는 상기 3축 자기장 데이터와 상기 자기장 세기(이하, '온라인 데이터'라 함)를 획득한 후에는 상기 핑거프린트 맵에서 상기 온라인 데이터와 상기 오프라인 데이터의 차이가 가장 작은 참조 위치를 상기 스마트 기기의 위치로 측위하는 단계를 수행한다(S3000).Next, after acquiring the three-axis magnetic field data and the magnetic field strength (hereinafter referred to as 'online data') output from the smart device at an arbitrary position in the place, the online data and the offline data in the fingerprint map. In step S3000, the reference location having the smallest difference in data is positioned as the location of the smart device.

상기 스마트 기기의 위치로 측위하는 단계(S3000)는 먼저, 상기 온라인 데이터와 상기 오프라인 데이터 간의 차를 계산한다(S3100).In step S3000, the location of the smart device is first calculated in operation S3100.

다음, 계산된 차로부터 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error,RMSE)를 아래의 식을 이용하여 구한다(S3200).Next, the root mean square error (RMSE) is calculated from the calculated difference using the following equation (S3200).

Figure 112018010310020-pat00002
Figure 112018010310020-pat00002

여기서, Dj는 j번째 참조 위치의 오프라인 데이터와 온라인 데이터 간의 평균 제곱근 오차를 의미하며,

Figure 112018010310020-pat00003
는 상기 j번째 참조 위치에 해당하는 k번째 방향의 오프라인 데이터의 x축 자기장과 온라인 데이터의 x축 자기장 간의 차,
Figure 112018010310020-pat00004
는 상기 j번째 참조 위치에 해당하는 k번째 방향의 오프라인 데이터의 y축 자기장과 온라인 데이터의 y축 자기장 간의 차,
Figure 112018010310020-pat00005
는 상기 j번째 참조 위치에 해당하는 k번째 방향의 오프라인 데이터와 온라인 데이터의 z축 자기장 간의 차,
Figure 112018010310020-pat00006
는 상기 j번째 참조 위치에 해당하는 k번째 방향의 오프라인 데이터의 자기장 세기와 온라인 데이터의 자기장 세기 간의 차, N은 측정된 방향의 총 개수를 의미한다.Here, D j is the mean square root error between the offline data and the online data of the j th reference location,
Figure 112018010310020-pat00003
Is the difference between the x-axis magnetic field of the offline data in the k-th direction corresponding to the j-th reference position and the x-axis magnetic field of the online data,
Figure 112018010310020-pat00004
Is a difference between the y-axis magnetic field of the offline data in the k-th direction corresponding to the j-th reference position and the y-axis magnetic field of the online data,
Figure 112018010310020-pat00005
Is the difference between the z-axis magnetic field of the offline data and the online data in the k-th direction corresponding to the j-th reference position,
Figure 112018010310020-pat00006
Is a difference between the magnetic field strength of the offline data in the k-th direction corresponding to the j-th reference position and the magnetic field strength of the online data, and N denotes the total number of measured directions.

한편, 상기 수학식 2에는 상기 평균 제곱근 오차를 구하기 위해 오프라인 데이터의 자기장 세기와 온라인 데이터의 자기장 세기의 차인

Figure 112018010310020-pat00007
가 포함되어 계산되었으나, 상기
Figure 112018010310020-pat00008
,
Figure 112018010310020-pat00009
,
Figure 112018010310020-pat00010
만으로 평균 제곱근 오차 계산이 가능하다.Meanwhile, in Equation 2, the difference between the magnetic field strength of the offline data and the magnetic field strength of the online data is calculated to obtain the mean square root error.
Figure 112018010310020-pat00007
Was calculated to include, but
Figure 112018010310020-pat00008
,
Figure 112018010310020-pat00009
,
Figure 112018010310020-pat00010
Only the root mean square error can be calculated.

다만, 측위 정확도 향상을 위해 상기

Figure 112018010310020-pat00011
를 포함하여 계산하는 것이 바람직하다.However, in order to improve the positioning accuracy
Figure 112018010310020-pat00011
It is preferable to calculate including.

다음, 상기 핑거프린트 맵에서 상기 평균 제곱근 오차가 가장 작은 참조 위치의 위치를 출력한다(S3300).Next, the position of the reference location having the smallest mean square root error in the fingerprint map is output (S3300).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거프린트 맵의 동작을 설명하기 위한 다이어그램으로, 도 3을 참조하면, 핑거프린트 맵은 일정한 크기로 분할된 실내 지도 맵(s)에 복수의 참조 위치(a1, ...an)가 존재하고 각 참조 위치는 4개 방향(0도, 90도, 180도, 270도)의 오프라인 데이터가 계측되어 매핑된다.FIG. 3 is a diagram for describing an operation of a fingerprint map according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the fingerprint map includes a plurality of reference positions in an indoor map map s divided into a predetermined size. a 1 , ... a n ) exist and each reference position is measured and mapped to offline data in four directions (0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees).

만약, 스마트 기기가 있는 위치(b)에서 온라인 데이터를 취득하게 되면 상기 핑거프린트 맵(s)에 있는 오프라인 데이터들과 상기 온라인 데이터 간에 계산된 평균 제곱근 오차가 가장 낮은 참조 위치를 상기 핑거프린트 맵(s)에서 검색하여 출력한다.If the on-line data is acquired at the location (b) where the smart device is located, the fingerprint map (the reference map having the lowest mean square root error calculated between the off-line data and the on-line data in the fingerprint map s) may be used. search and print from s).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법과 종래의 인프라 기반의 측위 방법의 성능 비교 결과를 보여주는 것으로, 누적분포함수를 이용하여 측위 오차범위를 비교하였다.FIG. 4 shows performance comparison results between a magnetic field-based indoor positioning method using a smart device and a conventional infrastructure-based positioning method using a smart device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 실내 복도와 연구실에서 각각 실험을 진행하였으며, 종래의 인프라 기반의 측위 기술과 본 발명의 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법 간의 측위 오차를 비교하면, 상기 인프라 기반의 측위 기술보다 큰 복잡도가 없이 간단하면서도 효과적인 측위가 가능함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, an experiment was conducted in an indoor corridor and a laboratory, and comparing the positioning error between the conventional infrastructure-based positioning technology and the magnetic field-based indoor positioning method using the smart device of the present invention, the infrastructure-based positioning It can be seen that simple and effective positioning is possible without greater complexity than technology.

따라서, 본 발명의 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법은 측위를 위해 별도의 신호 발생 장치를 실내에 설치하여 인프라를 구축하지 않고도 스마트 기기만을 이용하여 위치를 측위할 수 있다는 장점이 있다.Therefore, the magnetic field-based indoor positioning method using the smart device of the present invention has the advantage that it is possible to position the location using only the smart device without installing an infrastructure by installing a separate signal generator device for indoor positioning.

또한, 본 발명의 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법은 오프라인 데이터 취득 시 4개 방향에 대한 3축 자기장 데이터와 자기장 세기를 획득하고 오프라인 데이터와 비교하여 위치를 측위하기 때문에 방향에 따라 측정값이 달라지는 3축 자기장 데이터를 이용하더라도 측위 오차를 최소화할 수 있다.In addition, the magnetic field-based indoor positioning method using the smart device of the present invention obtains three-axis magnetic field data and magnetic field strengths in four directions when offline data acquisition and positioning the position by comparing with the offline data measured values according to the direction Even using this varying 3-axis magnetic field data, positioning errors can be minimized.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.As described above, the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, but is not limited to the above-described embodiments, and is provided to those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

100:실내 측위 시스템 110:스마트 기기
120:서버
100: indoor positioning system 110: smart equipment
120: server

Claims (9)

측위를 위한 장소의 복수의 위치(이하'참조 위치'이라함)에서 0도, 90도, 180도 및 270도 방향을 바라보며 측정되는 3축 자기장 데이터 및 자기장 세기(이하'오프라인 데이터'이라함)를 수집하여 핑거프린트 맵을 구축하는 단계;
상기 장소 내의 임의의 위치에서, 스마트 기기에서 출력되는 3축 자기장 데이터 및 자기장 세기(이하'온라인 데이터'이라함)를 획득하는 단계; 및
상기 핑거프린트 맵에서 상기 오프라인 데이터와 상기 온라인 데이터의 차이가 가장 작은 참조 위치를 상기 스마트 기기의 위치로 측위하는 단계;를 포함하고,
상기 측위하는 단계:는
상기 오프라인 데이터와 상기 온라인 데이터 간의 차를 계산하는 단계;
계산된 차로부터 평균 제곱근 오차를 구하는 단계; 및
상기 핑거프린트 맵에서 상기 평균 제곱근 오차가 가장 작은 오프라인 데이터를 갖는 참조 위치를 상기 스마트 기기의 위치로 출력하는 단계;를 포함하며,
상기 평균 제곱근 오차는 아래의 수학식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법.
[수학식 1]
Figure 112019048071093-pat00016

여기서, Dj는 j번째 참조 위치의 오프라인 데이터와 온라인 데이터 간의 평균 제곱근 오차,
Figure 112019048071093-pat00017
는 상기 j번째 참조 위치에 해당하는 k번째 방향의 오프라인 데이터의 x축 자기장과 온라인 데이터의 x축 자기장 간의 차,
Figure 112019048071093-pat00018
는 상기 j번째 참조 위치에 해당하는 k번째 방향의 오프라인 데이터의 y축 자기장과 온라인 데이터의 y축 자기장 간의 차,
Figure 112019048071093-pat00019
는 상기 j번째 참조 위치에 해당하는 k번째 방향의 오프라인 데이터와 온라인 데이터의 z축 자기장 간의 차,
Figure 112019048071093-pat00020
는 상기 j번째 참조 위치에 해당하는 k번째 방향의 오프라인 데이터의 자기장 세기와 온라인 데이터의 자기장 세기 간의 차,
N은 측정된 방향의 총 개수를 의미한다.
3-axis magnetic field data and magnetic field strength (hereinafter referred to as 'offline data') measured while looking in the 0, 90, 180, and 270 degree directions at multiple locations of the location for positioning (hereinafter referred to as 'reference position') Collecting and constructing a fingerprint map;
Acquiring three-axis magnetic field data and magnetic field strength (hereinafter referred to as 'online data') output from the smart device at any location within the place; And
Positioning a reference location having the smallest difference between the offline data and the online data as the location of the smart device in the fingerprint map;
Positioning step:
Calculating a difference between the offline data and the online data;
Obtaining a mean square root error from the calculated difference; And
And outputting, to the location of the smart device, a reference location having offline data having the smallest mean square root error in the fingerprint map.
The mean square root error is calculated by the following Equation 1 magnetic field-based indoor positioning method using a smart device.
[Equation 1]
Figure 112019048071093-pat00016

D j is the mean square root error between the offline data and the online data of the jth reference position,
Figure 112019048071093-pat00017
Is the difference between the x-axis magnetic field of the offline data in the k-th direction corresponding to the j-th reference position and the x-axis magnetic field of the online data,
Figure 112019048071093-pat00018
Is a difference between the y-axis magnetic field of the offline data in the k-th direction corresponding to the j-th reference position and the y-axis magnetic field of the online data,
Figure 112019048071093-pat00019
Is the difference between the z-axis magnetic field of the offline data and the online data in the k-th direction corresponding to the j-th reference position,
Figure 112019048071093-pat00020
Is a difference between the magnetic field strength of the offline data in the k-th direction corresponding to the j th reference position and the magnetic field strength of the online data,
N means the total number of measured directions.
제 1 항에 있어서,
상기 핑거프린트 맵에는 상기 참조 위치들의 위치 정보가 저장되는 것을 특징으로 하는 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법.
The method of claim 1,
Magnetic location-based indoor positioning method using a smart device, characterized in that the location information of the reference location is stored in the fingerprint map.
제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항의 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 방법을 수행하는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a recording medium for performing a magnetic field-based indoor positioning method using a smart device according to any one of claims 1 to 2. 제 3 항의 컴퓨터 프로그램이 저장된 스마트 기기.Smart device having the computer program of claim 3 stored. 제 3 항의 컴퓨터 프로그램이 저장된 서버; 및
상기 서버와 3축 자기장 데이터의 송수신이 가능한 스마트 기기;를 포함하고,
상기 서버는 상기 스마트 기기로부터 실시간으로 3축 자기장 데이터를 수신받아, 온라인 데이터와 오프라인 데이터 간의 차이를 계산하여 상기 스마트 기기의 위치를 출력하는 것을 특징으로 하는 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 시스템.
A server storing the computer program of claim 3; And
Includes; smart device capable of transmitting and receiving three-axis magnetic field data with the server,
The server receives the real-time three-axis magnetic field data from the smart device, calculates the difference between the online data and offline data and outputs the location of the smart device, characterized in that the magnetic device based indoor location using a smart device.
제 4 항의 스마트 기기; 및
오프라인 데이터가 저장되는 서버;를 포함하고,
상기 스마트 기기가 상기 서버와 통신하여 오프라인 데이터를 수신하고 상기 오프라인 데이터와 온라인 데이터 간의 차이를 계산하여 상기 스마트 기기의 위치를 출력하는 것을 특징으로 하는 스마트 기기를 이용한 자기장 기반의 실내 측위 시스템.
The smart device of claim 4; And
A server storing offline data;
And the smart device communicates with the server to receive offline data, calculates a difference between the offline data and the online data, and outputs the location of the smart device.
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KR20170129545A (en) * 2016-05-17 2017-11-27 영남대학교 산학협력단 Method for create a map of the Earth's magnetic field intensity-based and Indoor positioning

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
장호준 외 1명, 지구 자기장 기반 지문인식 및 추측 항법을 결합한 실시간 실내 위치정보 서비스, KIISE Transactions on Computing Practices 23(4), (2017.4.)*

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