KR102146941B1 - 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가시광 통신을 통해 조명으로부터 위치에 관련된 정보를 수신하여 위치 정보를 보정하거나 기존 방식으로 위치 측정이 어려운 상황에서 위치를 확인하거나 혹은 더 다양한 위치 관련 정보를 통해 위치 기반 서비스의 품질을 높일 수 있도록 한 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 조명에 의한 가시광 통신으로 위치에 관련된 복합적인 정보를 수신하여 정확한 실제 높이나 해발 고도 혹은 층에 대한 정보를 통해 위치 관련 정보의 품질을 높이고, 기존의 전통적 위치 측위 정보를 보정하여 위치 측위 정밀도를 높임으로써 위치 기반 서비스의 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치 및 방법{Positional information processing apparatus using visible light communication and method therof}

본 발명은 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 가시광 통신을 통해 조명으로부터 위치에 관련된 정보를 수신하여 위치 정보를 보정하거나 기존 방식으로 위치 측정이 어려운 상황에서 위치를 확인하거나 혹은 더 다양한 위치 관련 정보를 통해 위치 기반 서비스의 품질을 높일 수 있도록 한 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

다양한 위치기반 서비스가 등장하면서 위치에 관련된 정보의 중요성이 높아지고 있는 상황이며, 그 근간이 되는 위치 측위의 정밀성이나 신뢰성에 대한 요구도 높아지고 있는 상황이다.

대표적인 위치 측위 방식인 위성을 이용한 GPS(Global Positioning System)의 경우 비교적 정밀한 측위가 가능하며 누구나 무료로 사용할 수 있어 대표적인 측위 방식으로 활용되고 있으나 미국 국방성의 운영 정책에 의존적이고 태양 흑점 폭발이나 악의적 교란에 취약하며, 실내나 음영지역에서는 사용할 수 없다는 한계가 있다.

다른 방식으로 이동통신 단말기의 기지국을 이용한 위치 확인 방식이 있는데 이 경우 실내에서도 위치를 확인할 수 있으나 오차가 상당하여 정밀한 위치 기반 서비스에 이용되지 못하며 지속적으로 가입비가 요구되는 이동통신 서비스에 가입해야 사용할 수 있어 범용성이 낮다.

이동통신 기능과 GPS 기능을 모두 탑재한 최근의 이동통신 단말기는 실외에서는 GPS를 이용하고, 실내에서는 기지국을 이용하는 방식으로 위치 기반 서비스를 제공하고 있으며, 실외 GPS 위성 탐색 속도를 높이기 위해 기지국 정보를 이용하는 방식을 사용하고 있다. 그러나 이러한 복합적인 방식을 이용하더라도 각 방식의 한계는 여전하므로 환경에 민감하고, 실내에서 정확한 위치 기반 서비스 제공이 어렵다.

한편, 기지국을 이용한 측위에 비해 정밀도가 높은 GPS의 경우에도 일반적으로 수~수십 m 오차가 발생하며, 고도 정보의 경우 GPS는 지구질량 중심에 기준점을 두고 설정한 지오이드면을 기준으로 한 정보이므로 예를 들어 한국과 같이 인천 앞바다의 평균 해수면을 기준으로 하는 해발 고도와는 상당한 차이가 발생하게 된다. 따라서, GPS 정보를 통해 얻어지는 고도 정보를 토대로 현재 자신의 위치에 대한 정확한 3차원 공간 정보를 얻기 어려운데, 실내에서의 층 정보는 물론이고 고가도로인지 그 옆길인지도 구분하기 어려운 실정이다.

한국공개특허 제10-2010-0059194호 [명칭: 가시광 조명 식별자를 이용한 가시광 통신 시스템 및 방법]

본 발명의 목적은 조명에 의한 가시광 통신 신호를 가시광 통신부를 통해 수신함에 있어 광원 위치 정보 외에도 고도, 오차, 부가 정보 등의 추가 정보를 더 수신한 후 이러한 정보를 이용하여 정확한 실제 높이나 해발 고도 혹은 층에 대한 정보를 포함하는 위치 정보를 산출함으로써 다양한 위치 기반 서비스의 품질을 높이는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 일반적으로 알려져 있는 다양한 위치 측위 구성을 통해 얻어진 위치 측위 정보에 대한 오차 정보를 인접한 가시광 통신 조명으로부터 수신하여 위치 정보를 정확하게 보정하도록 하며, 복수의 가시광 통신 조명의 배치를 수신 신호의 종류, 세기, 패턴, 광원 이미지 등을 통해 판단하는 것으로 광원 위치 정보도 보정하도록 함으로써 정밀한 위치 결정이 가능하도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가시광 통신을 위한 이미지 센서를 통해 가시광 통신 조명의 광원으로부터 광 분포나 광원의 이미지 패턴을 획득하여 해당 광 분포나 광원 이미지 패턴의 왜곡 상태를 통해 해당 광원과의 상대 거리 및 위치 정보를 산출하고, 광원이 제공하는 광원의 위치 정보를 통해 자신의 위치를 산출할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치는 광원으로부터 제공되는 광 신호를 수신하는 가시광 통신부; 가시광 통신부를 통해 수신된 신호를 해석하여 광원 위치 정보와 함께 고도, 오차, 부가 정보 중 적어도 하나의 추가 정보를 생성하는 가시광 위치 정보 확인부; 미리 설정된 하나 이상의 외부 위치 측위 정보를 수신하여 수신 위치를 가시광 위치 정보 확인부의 광원 위치 정보와 추가 정보를 이용하여 보정하는 위치 측정부; 및 위치 측정부의 보정 위치와 가시광 위치 정보 확인부의 광원 위치 및 추가 정보를 이용하여 현재 위치를 포함한 위치 관련 정보를 생성하는 위치 결정부;를 포함한다.

이때, 위치 결정부에서 생성된 위치 관련 정보를 이용하여 하나 이상의 위치 기반 서비스를 제공하는 위치 기반 서비스 제공부가 더 포함될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서 가시광 위치 정보 확인부는 가시광 통신부를 통해 수신된 신호를 해석하고 상기 신호를 식별자로 하여 외부 가시광 식별자 연동 서버로부터 광원 위치 정보와 추가 정보를 생성할 수도 있다. 여기서 위치 결정부를 통해 생성된 위치 관련 정보는 현재 위치 외에 고도, 위치 식별 정보 혹은 층 정보를 포함하며, 해당 위치 관련 정보를 이용하여 긴급 구난 요청을 미리 설정된 수신자에게 전송하는 부가 기능부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서 가시광 위치 정보 확인부는 가시광 통신부를 통해 수신되는 신호가 복수의 광원으로부터 제공되는 것인 경우 복수 광원 위치를 기준으로 위치 측정부에 제공할 광원 위치 정보를 생성할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서 가시광 위치 정보 확인부는 건물의 진출입 경로 상의 광원으로부터 진출입 식별자를 부가정보로 수신하며, 위치 측정부는 가시광 위치 정보 확인부가 수신한 부가정보에 포함된 진출입 식별자를 통해 외부 위치 측위 정보 사용 여부를 판단할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서 가시광 통신부는 복수의 수신 센서나 이미지 센서를 포함하며, 가시광 위치 확인부는 수신 센서나 이미지 센서의 센싱 결과로부터 광원과의 배치 상태를 파악하고, 배치 상태를 기준으로 위치 측정부나 위치 결정부에 제공할 광원 위치 정보를 보정할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서 가시광 통신부는 이미지 센서를 포함하며, 가시광 위치 확인부는 이미지 센서를 통해 얻어진 광원의 광 패턴 이미지 형태를 분석하여 광원과의 배치 상태를 파악하고, 배치 상태를 기준으로 위치 측정부나 위치 결정부에 제공할 광원 위치 정보를 보정할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치는 복수의 센서로 구성된 가시광 센서부; 가시광 센서부를 통해 광을 매체로 통신하는 가시광 통신부; 가시광 통신부 수신 신호에서 광원 위치 정보와 더불어 해발고도, 층, 오차, 부가 정보 중 적어도 하나의 추가 정보를 수신하는 가시광 위치 정보 확인부; 및 위치정보 확인부를 통해 얻어진 위치 관련 정보를 이용하여 부가 기능을 수행하는 부가 기능부;를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서 부가 기능부는 위치 관련 정보를 이용하는 긴급 구난 요청, 네비게이션, 지도 연동, 위치 기반 정보 제공, 위치 트래킹 중 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서 가시광 위치 정보 확인부는 부가 정보로 진출입 식별자, 건물 도면, 건물 내 위치 식별 정보, 방향별 경사 정보, 진출입 방향, 주변 교통 정보, 사고 정보, 긴급 상황 정보, 주차 공간 정보 중 적어도 하나 이상을 수신할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서 가시광 센서부는 이미지 센서를 포함하며, 가시광 위치 확인부는 가시광 센서부를 통해 얻어진 광원의 광 패턴을 미리 설정된 패턴과 비교하여 거리와 회전 방향을 분석한 후 현재 위치에 대한 위치 관련 정보를 연산할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 방법은 가시광 위치 정보 확인부를 통해 광원으로부터 수신한 신호에서 광원 위치 정보와 더불어 해발고도, 층, 오차, 부가 정보 중 적어도 하나의 추가 정보를 수신하는 가시광 위치 정보 확인 단계; 및 위치기반 서비스 제공부를 통해 가시광 위치 정보 확인 단계에서 얻어진 광원 위치 정보와 추가 정보를 위치 관련 정보로서 이용하여 위치 기반 서비스를 제공하는 위치기반 서비스 제공 단계;를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서 위치 정보 확인 단계에서 얻어진 광원 위치 정보 및 추가 정보 외에 별도의 위치 측정부를 통해 하나 이상의 외부 위치 측위 정보를 더 수신하여 현재 위치를 연산하고 이를 위치 관련 정보로서 위치 기반 서비스 제공부에 전달하는 위치 측정 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 조명에 의한 가시광 통신으로 위치에 관련된 복합적인 정보를 수신하여 정확한 실제 높이나 해발 고도 혹은 층에 대한 정보를 통해 위치 관련 정보의 품질을 높이고, 기존의 전통적 위치 측위 정보를 보정하여 위치 측위 정밀도를 높임으로써 위치 기반 서비스의 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 일반적으로 알려져 있는 다양한 위치 측위 구성을 통해 얻어지는 위치 측정 정보에 대한 오차 정보를 가시광 통신으로 수신하여 해당 측위 정보를 보정하는 것으로 위치 측위 정밀도를 높이고, 건물 내 위치 식별 정보나 긴급 상황 정보, 진출입 방향 정보를 더 제공하여 긴급 구난에 대응할 수 있도록 하며, 정확한 층 정보나 주차 공간 정보, 진출입 경로 식별자 등을 통해 건물 내 위치 관련 정보를 활용할 수 있도록 하여 위치 기반 서비스의 다양성과 신뢰성 및 품질을 고도화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 복수 광원의 신호를 통해서 광원 간 배치 정보를 예측하여 현재 위치나 광원 위치를 더 정확하게 보정할 수 있고, 가시광 통신을 위한 이미지 센서를 통해 광원에 의한 광 분포나 광원 이미지 패턴의 왜곡 상태를 통해 해당 광원과의 상대 거리 및 위치 정보를 산출하고, 광원이 제공하는 광원의 위치 정보를 통해 자신의 위치를 산출할 수 있도록 하여 불연속적인 광원 별 위치 정보를 통해서도 정확한 현재 위치 관련 정보를 생성할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치 정보 처리 장치의 예시적 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위치 정보 처리 장치의 활용 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광원 위치 보정 방식 중 하나를 설명하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광원 위치 보정 방식 중 다른 하나를 설명하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광원 위치 보정 방식 중 또 다른 하나를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 도 6에 도시된 광원 위치 보정 방식의 예시적 상황을 보인 센싱 이미지의 예이다.
도 8은 본 발명 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 과정을 설명하는 순서도이다.
도 9는 본 발명 실시예에 따른 선택적 위치 결정 과정을 설명하는 순서도이다.
도 10은 본 발명 실시예에 따른 광원 위치를 반영한 위치 정보 보정 과정을 포함한 위치 결정 과정을 설명하는 순서도이다.

전술한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 대표적인 실시예를 설명할 것이다. 여기서, 본 발명을 효과적으로 설명하기 위하여 광원 위치, 위치 정보, 위치 관련 정보라는 용어를 사용하고 있는데, 광원 위치는 가시광 통신을 위한 광원이 제공하는 해당 광원의 실제 위치에 따른 위도, 경도, 고도 등의 정보와 현재 위치를 결정하기 위해 실제 광원의 이격 거리와 방향 등을 고려하여 광원이 현재 위치와 겹치도록 가상적으로 연산한 광원의 가상 위치를 포괄하는 것이고, 위치 정보는 위도, 경도, 고도와 같은 위치 파악을 위한 수치적 정보를 의미하며, 위치 관련 정보는 이러한 위치 정보와 위치를 파악할 수 있는 위치 식별자나 위치에 관련된 다양한 추가 정보를 포괄하는 정보를 의미하는 것이다.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 방식을 설명하기 위한 개념도이다.

도시된 바와 같이 일반적으로 사용되는 GPS(Global Positioning System) 위성(1)을 통한 GPS 측위 정보는 운영자의 정책에 따라 언제 사용이 중단되거나 정밀도가 조절될지 알 수 없고 태양 흑점 폭발이나 인위적 교란에 의해 사용이 어려워지는 경우가 있으며 건물(30) 내부와 같은 음영지역에서 사용할 수 없다는 한계가 있다. 또한, GPS 측위에 따른 고도 정보는 실제 지형의 경사를 판단하기에는 오차 범위가 너무 크고 실제 지점의 해발 정보를 제공하지 못하는 한계가 있어 경사를 예측하거나 높이를 판단하는데 한계가 있다.

한편, GPS 측위 정보를 얻을 수 있는 상황이라 하더라도 건물에서의 층수나 위치를 정확하게 파악하기 어렵다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 다양한 조명(가로등, 실내등)을 가시광 통신용 광원으로 활용하여 각각 자신의 위치 정보와 여러 추가 정보를 전달하도록 함으로써, 위치 정보를 처리하는 장치가 GPS 위치 측위나 정밀하지 못한 기존의 기지국 위치 측위 외에도 정확한 위치 관련 정보를 용이하게 얻을 수 있도록 한 것이다.

최근 고효율 광원에 대한 요구를 만족하기 위해서 기존의 조명을 LED(Light Emitting Diode) 조명으로 교체하고 있으며, 이러한 LED 조명은 가시광 통신용 광원 겸용으로 전환될 수 있어 현재 일반적인 조명 중 태반이 가시광 통신이 가능한 LED 광원으로 전환될 것으로 예상된다.

도시된 예와 같이 본 발명의 실시예에 따른 위치 기반 서비스 제공 장치를 구비한 차량들(41, 42)이 도로를 지나가는 경우 상기 위치 기반 서비스 제공 장치는 전통적인 방식의 GPS 위성(1)을 이용한 위치 측위와 별도로, 가로등에 구성된 가시광 통신용 광원(11, 12, 13, 14)으로부터 각 광원의 위치와 추가 정보를 수신하여 GPS 측위 위치를 보정하거나, 다양한 교통정보를 얻거나 혹은 경사에 관한 정보를 얻어 위치를 기반으로 하는 각종 서비스의 품질을 높일 수 있으며, GPS와 같은 전통적 측위 방식을 이용하지 못하는 경우라도 가시광 통신만으로 자신의 위치를 예측함으로써 위치 기반 서비스를 지속적으로 이용할 수 있도록 한다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 위치 기반 서비스 제공 장치를 구비한 차량(43)이 기존의 측위 방식으로는 정확한 정보를 얻기 어려운 건물(30) 내부에 위치한 경우에도 차량(43)의 위치 기반 서비스 제공 장치는 가시광 통신 방식으로 자신의 위치 정보와 추가 정보를 제공하는 실내등(31 내지 36)을 통해 자신의 구체적인 위치를 층별 정보까지 정확하게 파악할 수 있어 실내와 실외 위치기반 서비스를 지속적으로 연동할 수 있는 것은 물론이고, 실내에서의 층별 위치를 포함한 정확한 위치 정보를 알 수 있어 위치기반 서비스의 품질을 높일 수 있다.

특히, 도시된 구성과 같이 건물(30)의 진출입 경로 상에 위치 정보 외의 추가 정보로 진출입을 식별할 수 있는 정보(진출입 식별자)를 제공하는 광원(21)을 구성할 경우 차량 내 위치 기반 서비스 제공 장치가 환경 변화를 확인할 수 있게 되므로 해당 상황에 따른 적절한 위치 확인 방식을 선택(예를 들어 실내로 진입할 경우 GPS 측위 기능 중단 선택, 실내에서 실외로 진출할 경우 중단되었던 GPS 측위 기능이 다시 동작하도록 선택)하거나 위치 연동을 실시하여 연속적인 위치 기반 서비스가 가능하도록 할 수 있다.

여기서, 이러한 가시광 통신용 광원이 제공할 수 있는 정보는 자신의 위치에 관한 위도, 경도, 고도 정보와 같은 광원 위치 정보 외에 다양한 추가 정보를 더 포함할 수 있는데, 해당 광원의 위치나 용도에 따라 진출입 식별자, 건물 도면, 건물 내 위치 식별 정보, 방향별 경사 정보, 진출입 방향, 주변 교통 정보, 사고 정보, 긴급 상황 정보, 주차 공간 정보 등이 추가 정보에 포함될 수 있다.

특히, 위치 기반 서비스 제공 장치는 건물 내부 정보를 근거로 하는 건물 내 위치 식별 정보(예를 들어, '2층 섹터 A', '지하 2층 동편 A4 구역' 등)를 통해서 자신이 건물 내 어떠한 위치에 있는지 명확하게 파악할 수 있어 고품질 위치 기반 서비스(주차 안내, 원하는 건물 내 위치에 대한 경로 안내, 해당 층의 매장 안내 등)는 물론이고 이러한 건물 내 위치 식별 정보는 긴급 상황 발생 시 긴급 구난을 위한 정보(구난 요청을 위한 현 위치 정보, 탈출 경로 안내 정보 등)로도 효과적 활용이 가능하다.

그 외에 위치 기반 서비스 제공 장치는 진출입 식별자 정보를 통해 실내와 실외 진출입 상황을 파악할 수 있고, 건물 도면을 통해서 시각적인 건물 내 경로 안내나 건물 내에서의 정확한 위치 파악이 가능하며, 경사 정보를 통해서 효율적 경로 안내가 가능하고, 진출입 방향 정보에 따라 진출을 위한 경로 안내도 가능하며, 교통 상황이나 사고에 관한 정보를 획득하거나 인재나 자연재해에 대한 긴급한 상황 발생도 신속하게 파악할 수 있고 건물 내 주차정보를 통해 주차 안내도 가능할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치 정보 처리 장치(110)를 포함한 위치 기반 서비스 제공 장치(100)의 예시적 구성도로서, 도시된 바와 같이 위치 정보 처리 장치(110)는 외부 광원과 통신하는 가시광 통신부(113)와, 가시광 통신부(113)를 통해 수신된 신호를 해석하여 광원 위치 정보와 함께 해발고도, 층, 오차, 부가 정보 중 적어도 하나의 추가 정보를 수신하는 가시광 위치 정보 확인부(114)와, 미리 설정된 하나 이상의 외부 위치 측위 정보를 수신하여 수신 위치를 가시광 위치 정보 확인부(114)의 광원 위치 정보와 추가 정보를 이용하여 보정하는 위치 측정부(111)와, 위치 측정부(111)의 보정 위치와 가시광 위치 정보 확인부(114)의 광원 위치 및 추가 정보를 이용하여 현재 위치를 포함하는 위치 관련 정보를 생성하는 위치 결정부(112)를 포함한다.

한편, 위치 정보 처리장치(110)는 위치 결정부(112)에서 생성된 위치 관련 정보를 미리 설정된 수신자에게 전달하면서 긴급 구난을 요청하거나 해당 정보를 특정한 용도로 이용하는 부가 기능을 제공하는 부가 기능부(115)를 포함할 수 있으며, 위치 결정부(112)에서 생성된 위치 관련 정보를 이용하여 길안내를 실시하는 네비게이션부(104)나 지도상에 위치를 표시하는 지도 연동부(105)와 연동할 수 있다.

부가 기능부(115), 네비게이션부(104), 지도 연동부(105)는 물론이고 그 외에 위치에 따라 미리 설정된 정보나 광고를 수신하여 제공하는 위치 기반 정보(광고) 제공부(미도시), 위치 정보를 누적하여 이동 경로를 제공하는 위치 트래킹부(미도시) 등과 같이 위치 결정부(112)에서 생성된 위치 관련 정보를 이용하는 다양한 구성들은 위치 기반 서비스 제공부로 통칭될 수 있는데, 위치 정보 처리 장치(110)는 이러한 위치 기반 서비스 제공부와 연동하거나 일부 구성을 포함할 수 있다. 예를 들면, 부가 기능부(115)로서 긴급 구난 요청부, 네비게이션부, 지도 연동부, 위치 기반 정보 제공부, 위치 트래킹부 중 하나 이상이 위치 정보 처리 장치(110)에 포함될 수 있다.

도시된 구성에서, 위치 정보 처리장치(110)는 전통적인 위치 측위 수단들(GPS, 기지국을 이용한 위치 측위 수단)로부터 위치 정보를 수신하고 이를 가시광 통신을 통해 얻은 광원 위치 및 추가 정보를 이용하여 보정하는 것으로 정밀한 위치 정보를 생성하거나 추가 정보를 이용하여 위치에 관련된 유용한 정보를 더 활용하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서 위치 정보 처리장치(110)는 도시된 바와 같이 위성 신호를 통해 위치를 측위하는 GPS부(101)와 기지국의 셀 트래킹을 이용하거나 복수 기지국과의 위치 측정을 통해 대략적 위치를 측위하는 이동통신부(102)와 연동할 수 있고, 각종 통신 방식의 억세스 포인트(와이파이 AP, 블루투스 AP)에서 위치 정보를 수집하거나 지상파 DMB의 중계국 위치를 수집하는 등 다양한 통신 방식을 이용하여 위치관련 정보를 확인할 수 있는 보조 통신부(103)와도 연동할 수 있다.

가시광 위치 정보 확인부(114)는 가시광 통신부(113)를 통해서 광원이 제공하는 광원 위치 정보 외에 여러 추가 정보를 수신할 수 있는데, 이러한 추가 정보 중 GPS 측정 오차에 관한 정보를 포함시켜 DGPS(Differential GPS)의 효과를 기대할 수도 있다. 예를 들어, 위치 측정부(111)가 GPS부(101)로부터 GPS 정보를 수신하고, 가시광 위치 확인부(114)로부터 GPS 오차에 관한 정보를 수신하여 수신된 GPS 정보를 보정할 수 있다. 물론, 이러한 DGPS를 위한 명시적인 오차 정보를 이용한 GPS 측위 정보의 보정이 아니더라도 광원 위치 정보를 통해서 일정한 오차 범위를 가지는 GPS 측위 정보가 좀 더 정밀해지도록 보정할 수도 있다.

한편, 가시광 위치 정보 확인부(114)는 가시광 통신부(113)로부터 광원 위치와 추가 정보를 직접 수신(플레인 정보, 압축 정보, 혹은 암호화 정보)할 수 있으나, 차량을 이용하여 광원의 통신 영역을 빠른 속도로 지나가는 경우와 같이 충분한 통신 시간이 보장되지 않을 수 있으므로 광원으로부터 식별자(ID) 정보만 수신한 후 해당 식별자 정보를 외부 가시광 ID 연동 서버에 전달하고 그에 대응되는 위치 정보와 추가 정보를 수신할 수도 있다.

도 3은 도 2에 구성된 위치 정보 처리 장치(110)의 위치 측정부(111) 및 위치 결정부(112)의 동작 방식을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3의 예에서, 차량(200)에 여러 위치 측위 수단들과 위치 정보 처리 장치를 포함하는 차량 단말(210)이 구성될 경우, 차량 단말(210)은 GPS 위성(1)으로부터 GPS 측위 정보를 수신하며, 추가로 기지국(50)을 통해 대략적 측위 정보를 수신할 수 있다. 더불어, 차량 단말(210)은 가시광 통신을 위한 광원을 구비한 가로등(10)으로부터 해당 가로등의 광원 위치 정보와 추가 정보(고도(해발), 층, 오차 정보, 각종 부가 정보)를 수신하여 현재 위치에 관한 정밀한 위치 정보와 추가 정보를 활용한 정보들이 포함된 위치 관련 정보를 생성할 수 있다.

예를 들어, 추가정보 중 부가 정보는 크게 실외에서 사용될 수 있는 정보와 실내에서 사용될 수 있는 정보로 구분될 수 있는데, 실외에서 사용될 수 있는 정보로는 주변 교통 정보(지체, 정체 등의 운행관련 교통 정보, 인접 대중교통 정보와 같은 지식 정보, 빠른 식별을 위한 대표 지명 정보 등), 사고 정보(정체 관련 정보, 공사 정보 등), 방향별 경사 정보(효율적 경로 안내를 위한 경사도 정보) 등과 같이 실외 위치 측위나 위치 기반 서비스 제공을 위해 필요한 관련 정보들을 포함할 수 있고, 진출입 식별자(실내 진출입 여부), 건물 도면, 건물 내 위치 식별 정보(층, 섹터, 구역 등), 진출입 방향(건물 내부 경로 안내, 비상구 안내, 탈출구 안내 등), 주차 공간 정보와 같이 실내 위치 측위나 실내에서의 위치 기반 서비스 제공을 위해 필요한 관련 정보를 포함할 수 있다. 물론, 긴급 상황 정보(화재 등 인재나 지진 등 자연재해)와 같이 실내외에 무관한 정보도 포함할 수 있다.

한편, 앞서 언급한 구체적인 정보들 외에도 부가 정보는 위치를 기반으로 하는 서비스 제공 시 필요한 다양한 정보들이 포함될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 가시광 통신을 통해 수신한 광원 위치 정보와 추가정보를 이용할 경우 기존 위치 측위 방식을 이용할 수 없거나 신뢰할 수 없을 때에도 지속적인 위치 기반 서비스가 가능하며 추가 정보를 통해 다양한 고품질 서비스가 가능하다. 특히, 긴급 상황 발생 시보다 정확한 긴급 구난 요청이 가능할 뿐만 아니라 대피 역시 가능할 수 있다.

다만, 가시광 통신 방식을 통해서 광원이 제공하는 광원 위치 정보의 경우 해당 광원의 통신 범위 내 어디에서 통신을 하더라도 동일한 결과를 수신하게 되므로 가시광 통신을 통해 얻은 광원 위치에 대한 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 광원의 위치 정보를 기반으로 다른 종류의 위치 측위 정보를 보정하고자 할 경우 수신된 광원 위치에 대한 정보 자체가 광원 영역의 범위에 해당하는 오차를 가지므로 정밀도에 한계가 있다.

도 4는 이러한 광원의 위치 정보를 효과적으로 예측하여 광원 위치에 대한 오차를 줄이는 방식에 관한 예로서, 도시된 바와 같이 가시광 통신 기능을 가진 제 1 광원(310)과 제 2 광원(320) 사이의 거리가 10m 이고, 각 광원의 통신 영역(331, 321)이 각각 반경 6m라고 하면, 차량(350)에 구성된 위치 정보 처리 장치가 수신하는 광원 위치의 오차는 반경 6m가 된다.

이러한 오차를 줄이기 위해서 도시된 인접 광원들은 각각 통신 주파수나 변조 방식이 상이하거나 파장이 상이하거나 혹은 시분할 설정이 상이하도록 하여 위치 정보 처리 장치가 이러한 복수의 인접 광원 정보들을 동시에 수신할 수 있도록 한다. 위치 정보 처리 장치가 복수의 광원들(310, 320)로부터 각각의 광원 위치 정보를 수신하게 되면 위치 정보 처리 장치는 자신이 공통 영역(330)에 위치한 것으로 판단하여 각 광원의 중간에 위치한 것으로 판단한다.

이 경우 위치 정보 처리 장치의 가시광 위치 정보 확인부는 광원의 위치를 가상적인 중간 위치로 보정(혹은 중간 위치에 존재하는 가상의 단일 광원 위치 정보 생성)할 수 있으며, 이렇게 보정된 광원의 위치를 위치 측정부나 위치 결정부에 제공할 수 있다.

결국, 차량의 평균 속도 등을 감안할 경우 가시광 통신만을 통해서도 차량의 현재 위치를 상당히 낮은 오차 범위에서 확인할 수 있으며, 이러한 오차 범위는 GPS의 오차범위보다 현저히 작을 수 있다. 결국, 해당 정보만으로 현재 위치를 결정할 수도 있고, 이러한 정보를 이용하여 정확한 위치가 파악되는 시점마다 별도로 측위되는 GPS를 보정함으로써, GPS의 정밀도를 높인 후 현재 위치를 결정할 수 있다.

한편, 도 4에서 예시한 방법을 통해 광원 간 중간 지점에 대한 정보를 얻을 수는 있으나 광원과의 각도에 의한 오차가 여전히 존재하기 때문에 이를 더욱 정밀하게 보정하는 것이 바람직하다.

도 5는 복수의 센서(복수의 포토 다이오드, 이미지 센서 등)를 이용하는 가시광 센서부(410)를 가진 가시광 통신부로 광원의 위치를 좀 더 정밀하게 파악하기 위한 예이다.

도시된 복수의 광원들(401, 402, 403)은 실제로는 하나의 광원이지만 가시광 센서부(410)의 위치에 따라 배치가 달라진다는 것을 보인 것이다. 예를 들어, 가시광 센서부(410)가 광원을 통과하여 이동하는 상황(도시된 경우 좌측에서 우측으로 이동)이라면 가시광 센서부(410)가 이동함에 따라 광원의 배치는 전방(403), 상방(402), 후방(401)의 순서로 달라지게 된다. 그러나, 이러한 모든 경우에 있어 가시광 위치 정보 확인부는 모두 동일한 광원 위치 정보를 수신하게 된다.

하지만, 가시광 센서부(410)가 복수의 센서로 구성되는 경우(복수의 개별 센서 배열 혹은 이미지 센서) 광원의 위치에 따라 센서들 간의 상이한 수신광 세기를 통해 광원의 치우침을 예측할 수 있고, 이를 통해 실제 광원과의 거리(d1, d2)를 대략적으로 유추할 수 있다. 즉, 일종의 광원 배치 패턴을 분석하여 배치 상태에 따른 보정이 가능할 수 있다.

이를 통해서 광원과의 상대적 이격 위치를 예측하여 수신된 광원 위치를 적절히 보정함으로써 가상적 광원이 현재 위치(402)에 있는 것으로 간주할 수 있게 된다. 도시된 경우 하나의 축에 대해서만 예시하였으나 센서들을 2차원으로 배치하면 공간상의 광원 배치 상태를 예측할 수 있다.

즉, 앞서 설명한 보정 방법을 도 4를 통해 설명한 방법과 함께 사용할 경우 가시광 통신만을 이용하더라도 비교적 정확한 현재 위치를 얻을 수 있게 된다.

도 6 및 7은 가시광 센서부로 이미지 센서를 이용하는 경우의 예로서, 카메라 관련 기술의 진보를 통해 이미지 센서를 구비한 카메라를 가시광 통신을 위한 수신 센서로 활용하는 경우 정확한 현재 위치를 산출하는 방식을 설명한 것이다. 이는 도 5를 통해 설명한 광원 위치 보정 방식을 좀 더 정밀화한 것으로 볼 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 대부분의 LED 광원(520)은 복수의 LED(530)로 이루어져 있으며 이들 중 일부 혹은 전부를 이용하여 가시광 통신을 실시하게 된다. 이러한 복수의 LED 중에서 일부의 색상을 달리하거나 주파수를 달리하거나 혹은 고정 출력하는 등의 방식으로 LED 광원(520)으로부터 특정한 패턴(검은색 부분, 540)을 이미지를 통해 구분한다. 한편, 이러한 패턴(540)은 방향을 구분할 수 있도록 특정한 구분 영역(541)을 가질 수 있으며, 이러한 패턴(540)의 형상이나 크기 등은 사전에 공유되거나 가시광 통신을 통해 전달될 수 있다.

일반적으로 LED 광원(520)과 가시광 센서부(510)는 어긋나게 위치될 수 있는데, 이 경우 LED 광원(520)을 통해 직접 전달되는 광원 위치 정보는 실질적으로 일정한 범위에 대한 위치 정보가 된다. 하지만, 해당 광원에 대한 위치 정보와 함께 이미지 센서를 포함하는 가시광 센서부(510)의 촬영 영상을 토대로 LED 광원(520)과 이격된 가시광 센서부(510)의 위치를 정확하게 연산함으로써 이러한 오차를 최소화할 수 있다.

도 7은 가시광 센서부(510)를 통해 촬영되는 LED 광원(520)의 예시적 영상(600)으로, 도 7a, 도 7b, 도 7c와 같이 다양한 상황에서 각 LED(530)의 패턴(540)과 구분 영역(541)을 식별하여 배치 방향(기준 대비 회전 방향)과 시점의 왜곡 정도를 통해 현재 가시광 센서부(510)의 배치 상태나 LED 광원(520)의 위치를 각 상황마다 다르게 연산할 수 있다.

한편, 패턴(540)의 크기에 대한 정보를 알 수 있다면 패턴의 크기 정보를 통해서 이격 거리에 대한 정보도 비교적 정확하게 연산할 수 있게 된다.

따라서, LED 광원(520)의 정확한 위치 정보를 수신하고, 영상을 통해 배치에 대한 공간 정보를 연산한 후, 영상을 통한 크기 정보를 반영하면 LED 광원(520)의 위치를 기준으로 하는 공간상의 가시광 센서부(510) 위치 정보가 연산될 수 있다. 해당 연산된 위치는 해당 광원 위치를 보정한 값이나 가시광 센서부(510)의 현재 위치로 간주 될 수 있다.

따라서, 극단적으로 하나의 광원으로부터 광원 위치 정보를 수신하더라도 위치 정보 처리 장치는 광원의 이미지를 더 활용하여 광원이나 가시광 센서부의 공간상 배치 상태를 비교적 정확하게 연산할 수 있다. 예를 들어 가시광 위치 정보 확인부가 이러한 연산을 통해서 광원이 가시광 센서부의 상단에 위치하는 것으로 보정하고, 보정된 광원 위치 정보를 위치 측정부나 위치 결정부에 전달하여 다른 종류의 위치 측위 정보를 보정하기 위해서 사용하거나 연산 시 가시광 센서부의 위치 정보를 구하여 이를 현재 위치 정보로 사용할 수 있으며, 추가 정보를 더 활용할 경우 더욱 정확하고 식별이 용이한 위치 관련 정보를 생성할 수 있어 고품질 위치 기반 서비스를 제공할 수 있게 된다.

도 8은 본 발명 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치의 위치 정보 처리 과정을 설명하는 순서도로서, 도시된 바와 같이 위치 정보 처리 장치가 가시광 통신을 대기(S10)하다가 가시광 통신부를 통해 가시광 통신 신호가 수신(S11)될 경우 가시광 통신 신호로부터 광원 위치 정보와, 해발고도, 층, 오차, 부가 정보 중 하나를 포함하는 추가 정보를 수신(S12)한다.

만일 위치 정보 처리 장치가 GPS나 기지국 위치, 통신 억세스 포인트, 방송 중계기 등을 이용하는 알려져 있는 위치 측위 방식들을 통해 다양한 부가적인 위치 측위 정보를 측정 혹은 수신할 수 있다면(S13), 이러한 부가 위치 정보를 측정 혹은 수신한 후 해당 부가 위치 정보를 수신된 광원의 위치 정보와 고도 정보를 통해 보정하거나 추가 정보로 제공되는 오차 정보를 통해 보정(S14)하는 것으로 정확한 현재 위치 정보를 포함한 위치 관련 정보를 생성한다.

만일 위치 정보 처리 장치가 별도의 부가적인 위치 측위 정보를 측정하거나 수신할 수 없을 경우 가시광 통신을 통해 수신한 광원 위치 정보와 추가 정보로부터 현재 위치를 포함하는 위치 관련 정보를 생성한다.

이렇게 얻어진 위치 관련 정보를 이용하여 다양한 위치 정보 서비스를 제공한다(S15). 대표적으로 길안내(네비게이션), 지도 연동 위치 표시, 긴급 구난 요청 등이 가능하며 그 외에도 정밀한 위치와 추가 정보를 활용하는 다양한 서비스가 가능하다.

도 9는 앞서 도 8에서 설명한 부가 위치정보 측정이 불가능한 경우의 위치 기반 서비스 제공 과정을 설명하는 것으로, 특히 긴급 구난 요청 서비스를 제공하는 과정을 보인 순서도이다.

도시된 바와 같이 위치 정보 처리 장치가 부가 위치정보로 GPS 정보를 수신하고 있는 경우, 일반적으로 GPS 정보를 기준으로 위치 기반 서비스가 제공된다(S20). 하지만, 실내와 같은 음영지역에 진입하거나 통신 환경 장애로 인하여 GPS 정보가 정상이 아닌 경우, 위치 정보 처리 장치가 이를 판단(S21)하여 이동통신 기지국을 검색하는 셀 트래킹을 통해 다른 종류의 부가 위치정보를 확인할 수 있다(S22). 하지만, 긴급 구난과 같이 정확한 위치가 필요한 경우 셀 트래킹을 통한 부정확한 위치 정보는 크게 도움이 되지 않는다.

이때, 가시광 통신을 통해 위치 정보가 수신 가능하면(S23) 위치 정보 처리 장치가 가시광 위치 정보를 수신하여 광원 위치를 기준으로 현재 위치를 결정한 후 해당 현재 위치를 포함하는 위치 관련 정보를 생성한다(S24). 한편, 이러한 현재 위치 결정 시 앞서 도 5 내지 도 7을 통해 설명한 바와 같은 보정을 통해 더욱 정밀한 현재 위치를 파악할 수도 있다.

이상과 같이 위치 관련 정보를 생성하면 위치 정보 처리 장치가 해당 위치 관련 정보를 미리 설정된 수신자에게 전달하여 긴급 구난 요청을 제공함으로써 신속한 구난이 이루어질 수 있도록 한다(S25). 한편, 위치 관련 정보에 포함되는 추가 정보로 피난 정보가 포함될 수 있으므로 이를 통해서 긴급 구난을 위한 대피 경로를 제공하는 위치 기반 서비스가 이루어질 수도 있다.

도 10은 본 발명 실시예에 따른 광원 위치를 반영한 위치 정보 보정을 포함하는 위치 결정 과정을 설명하는 순서도로서, 도시된 바와 같이 위치 정보 처리 장치가 가시광 통신을 대기하면서(S30) 가시광 통신 신호가 수신되는지 판단한다(S31).

만일, 가시광 통신 신호가 수신되면 가시광 통신부를 통해 위치 정보 처리 장치의 가시광 위치 확인부가 광원의 위치를 확인(S32)하는데, 도 5를 통해 설명했던 바와 같이 광원의 위치를 감안하여 현재 위치를 예측하고, 만일 이미지 센서를 포함하는 경우 도 6 및 도 7을 통해 설명했던 바와 같이 광원의 이미지를 통해서 패턴을 분석한다. 더불어, 가시광 통신을 통해서 해당 광원의 위치와 추가 정보를 수신한다(S33).

이렇게 수신된 해당 광원의 위치 정보를 기준으로 위치 정보 처리 장치가 광원의 이미지를 통해서 얻어진 패턴의 형태를 감안하여 현재 위치를 공간상에서 연산하는 것으로 더욱 정확한 현재 위치 정보를 결정하며, 추가 정보를 이용하여 현재 위치를 용이하게 파악할 수 있는 정보들을 포함한 위치 관련 정보를 생성한다(S34).

해당 정보는 그 자체로서 위치 기반 서비스에 이용될 수 있고, 다른 종류의 부가 위치 정보를 획득할 수 있는 경우라면 위치 정보 처리 장치가 이들을 상호 조합하여 필요한 위치 정보를 보정하는 것으로 최종 위치 관련 정보를 생성할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

본 발명은 일반적으로 알려져 있는 다양한 위치 측위 구성을 통해 얻어지는 위치 측정 정보에 대한 오차 정보를 가시광 통신으로 수신하여 해당 측위 정보를 보정하는 것으로 위치 측위 정밀도를 높이고, 건물 내 위치 식별 정보나 긴급 상황 정보, 진출입 방향 정보를 더 제공하여 긴급 구난에 대응할 수 있도록 하며, 정확한 층 정보나 주차 공간 정보, 진출입 경로 식별자 등을 통해 건물 내 위치 관련 정보를 활용할 수 있도록 하여 위치 기반 서비스의 다양성과 신뢰성 및 품질을 고도화할 수 있으므로 다양한 위치 측위 기술 분야에 적용될 수 있으며, 실내 및 실외에 무관하게 다양하고 정확한 위치 측위가 가능해지므로 고품질 위치 기반 서비스 분야에 광범위하게 이용할 수 있다.

100: 위치 기반 서비스 제공 장치 101: GPS부
102: 이동통신부 103: 보조 통신부
104: 네비게이션부 105: 지도 연동부
110: 위치 정보 처리 장치 111: 위치 측정부
112: 위치 결정부 113: 가시광 통신부
114: 가시광 위치 정보 확인부 115: 부가 기능부
310, 320: 광원 410: 가시광 센서부
520: LED 광원 530: LED
540: 패턴 541: 구분 영역

Claims (14)

1. 광원으로부터 제공되는 광 신호를 수신하는 가시광 통신부;
   상기 가시광 통신부를 통해 수신된 신호를 해석하여 광원 위치 정보와 함께 고도, 오차, 부가 정보 중 적어도 하나의 추가 정보를 생성하는 가시광 위치 정보 확인부;
   미리 설정된 하나 이상의 외부 위치 측위 정보를 수신하여 수신 위치를 상기 가시광 위치 정보 확인부의 광원 위치 정보와 추가 정보를 이용하여 보정하는 위치 측정부; 및
   상기 위치 측정부의 보정 위치와 상기 가시광 위치 정보 확인부의 광원 위치 및 추가 정보를 이용하여 현재 위치를 포함한 위치 관련 정보를 생성하는 위치 결정부;를 포함하며,
   상기 가시광 통신부는 이미지 센서를 포함하고,
   상기 가시광 위치 정보 확인부는 상기 이미지 센서를 통해 얻어진 상기 광원의 광 패턴 이미지 형태를 분석하여 상기 광원과의 배치 상태를 파악하고, 상기 배치 상태를 기준으로 상기 위치 측정부나 위치 결정부에 제공할 상기 광원 위치 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치.
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9. 복수의 센서로 구성된 가시광 센서부;
   상기 가시광 센서부를 통해 광을 매체로 통신하는 가시광 통신부;
   상기 가시광 통신부 수신 신호에서 광원 위치 정보와 더불어 해발고도, 층, 오차, 부가 정보 중 적어도 하나의 추가 정보를 수신하는 가시광 위치 정보 확인부; 및
   상기 위치정보 확인부를 통해 얻어진 위치 관련 정보를 이용하여 부가 기능을 수행하는 부가 기능부;를 포함하며,
   상기 가시광 센서부는 이미지 센서를 포함하고,
   상기 가시광 위치 정보 확인부는 상기 이미지 센서를 통해 얻어진 광원의 광 패턴 이미지 형태를 분석하여 상기 광원과의 배치 상태를 파악하고, 상기 배치 상태를 기준으로 상기 광원 위치 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 위치 정보 처리 장치.
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