KR102446883B1 - 실내 위치 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 실내 위치 측정 방법에 관한 것으로서, 복수의 초음파 센서 유닛을 준비하는 단계, 상기 초음파 센서 유닛은 음파 신호 및 전파 신호를 수신하며, 측정 범위 전체에 대하여 셀을 형성함; 상기 측정 객체에 설치된 태그에 의해 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호를 동시에 발진시키는 단계; 상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각이 상기 음파신호 및 상기 전파 신호를 수신하는 단계; 상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각으로부터의 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호에 기초하여 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하는 단계; 및 상기 복수의 거리 정보 중 하나를 선택하여 상기 측정 객체에 대한 객체 위치 정보를 생성하여 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

실내 위치 측정 방법 {METHOD FOR MEASURING INDOOR POSITION}
본 발명은 실내 위치 측정 방법에 관한 것이다.
스마트폰 등의 모바일 디바이스의 보급이 늘어나면서, 실내 공간을 위한 위치 기반 서비스를 제공하고자 하는 시도들이 꾸준히 늘어나고 있다. 위성을 이용한 측위 방식이 일반화된 실외 환경과 달리, 실내 공간에서의 위치 측위는 공간의 크기 및 특성에 따라 다양한 기술이 연구되고 있다.
이에 따라 다수의 액서스 포인트(AP:Acess Point)의 수신 신호 강도를 이용한 실내 위치 측정 기술이 개시되어 있다. 특히 블루투스 기술을 활용한 비콘(Beacon) 기반의 실내 측위 기술이 개시되어 있다.
이러한 Beacon을 활용한 기술의 경우, "신호 세기"에 기초하여 위치를 측정하므로, 오차 범위가 크고 또한, 다수의 AP에서 신호가 수신되는 경우, 이를 계산하는 것이 복잡하다는 문제점이 있어 왔다.
이에 따라 초음파를 활용한 측위 기술이 개발되어 왔다. 하지만 초음파를 활용한 경우, 장애물등으로 인하여 도착 시간이 왜곡되는 경우가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 위치 측정의 신뢰성이 높은 초음파 센서를 이용한 실내 위치 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 일실시예인 초음파 센서를 이용한 실내 위치 측정 방법은, 복수의 초음파 센서 유닛을 준비하는 단계, 상기 초음파 센서 유닛은 음파 신호 및 전파 신호를 수신하며, 측정 범위 전체에 대하여 셀을 형성함; 상기 측정 객체에 설치된 태그에 의해 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호를 동시에 발진시키는 단계; 상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각이 상기 음파신호 및 상기 전파 신호를 수신하는 단계; 상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각으로부터의 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호에 기초하여 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하는 단계; 및 상기 복수의 거리 정보 중 하나를 선택하여 상기 측정 객체에 대한 객체 위치 정보를 생성하여 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 초음파 센서 유닛은, 음파 신호를 수신하는 적어도 3개의 초음파 센서; 전파 신호를 수신하는 전파 수신부; 초음파 센서 유닛의 위치를 대표하는 유닛 위치 정보를 저장하는 메모리; 상기 음파 신호, 상기 전파 신호에 기초하여 측정객체에 대한 거리 정보를 생성하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어하에 상기 거리 정보 및 상기 유닛 위치 정보를 외부 서버로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메모리는 거리 범위 정보를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 거리 정보 및 상기 유닛 위치 정보에 기초하여 상기 객체 위치 정보를 생성한 후, 상기 객체 위치 정보가 상기 거리 범위 정보에 있으면, 상기 거리 정보와 상기 유닛 위치 정보를 상기 외부 서버로 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각으로부터의 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호에 기초하여 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하는 단계는, 상기 초음파 센서로부터 적어도 3개의 음파 신호를 수신하는지를 확인하여, 3개 이상의 음파 신호가 수신되는 경우, 상기 거리 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각으로부터의 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호에 기초하여 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하는 단계는, 상기 초음파 센서 유닛의 각각의 제어부에 의하여 각각 상기 거리 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 거리 정보 중 하나를 선택하여 상기 측정 객체에 대한 객체 위치 정보를 생성하는 단계는, 외부 서버가 상기 초음파 센서 유닛의 각각에 대한 유닛 위치 정보 및 상기 거리 범위 정보를 저장하는 단계; 상기 외부 서버는 상기 거리 정보 및 상기 유닛 유치 정보에 기초하여 상기 객체 위치 정보가 상기 거리 범위 정보내에 있는지를 확인하는 단계; 및 상기 객체 위치 정보가 상기 거리범위 정보 내에 있으며, 이를 객체 위치 정보로서 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 초음파 센서 유닛은, 음파 신호를 수신하는 적어도 3개의 초음파 센서; 전파 신호를 수신하는 전파 수신부; 초음파 센서 유닛의 위치를 대표하는 유닛 위치 정보를 저장하는 메모리; 상기 음파 신호, 상기 전파 신호에 기초하여 측정객체에 대한 거리 정보를 생성하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어하에 상기 거리 정보 및 상기 유닛 위치 정보를 외부 서버로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메모리는 거리 범위 정보를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 거리 정보 및 상기 유닛 위치 정보에 기초하여 상기 객체 위치 정보를 생성한 후, 상기 객체 위치 정보가 상기 거리 범위 정보에 있으면, 상기 거리 정보와 상기 유닛 위치 정보를 상기 외부 서버로 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따르면, 초음파 센서 유닛이 각각 자신의 거리 범위를 셀로 형성하고 이 셀에 내에 위치한 대상 객체에 대해서만 객체 위치 정보를 생성하여 대상 객체의 위치를 확인하게 되므로, 객체 위치의 정확성이 높아지고, 객체 위치 산정 알고리즘이 간이하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법이 적용되는 실내 측위 시스템의 전체적인 개념도.
도 2는 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법에 적용된 단위 셀의 개념을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법에 사용되는 초음파 센서 유닛의 블록 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법에서 사용되는 거리 측정 방식을 설명하기 위한 개념도.
보여주는 예시의 상세한 설명을 다양한 도면과 관련하여 아래에 설명할 것이며, 이하의 설명은 예시적인 것으로 청구된 발명의 범위를 결코 제한하는 것이 아니다. 구현 가능한 자세한 예시를 제공하며, 여기에 설명된 개념이 실시될 수 있는 유일한 구성을 나타내기 위한 것이 아니다. 이와 같이, 상세한 설명은 다양한 개념의 철저한 이해를 제공하기 위한 구체적인 세부 사항을 포함하며, 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법이 적용되는 실내 측위 시스템의 전체적인 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법에 적용된 단위 셀의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 실내에서 초음파 센서를 통해 실내 위치를 측정하는 방법으로서, 대상 객체(0:예컨대, 사용자의 스마트폰, 로봇 청소기등)에는 초음파 태그가 부착되어 있다. 그리고 대상 객체의 위치 측정을 위핸 억세스 포인트(AP)로서 초음파 센서의 다수개는 천장에 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 그리고 대상 객체 주변에는 옷장이나 책장, 쇼파 등의 장애물(P)이 있을 수 있다.
이와 같은 상태에서 태그는 초음파 신호와 전파 신호를 발진하게 되며, 억세스 포인트인 초음파 센서는 이를 감지하게 된다. 이 때 전파 신호로서 "블루투스 신호"가 발진하게 된다.
복수의 초음파 센서를 포함하는 초음파 센서 유닛(측정 범위에 대하여 셀을 형성하게 구성됨)는 복수의 초음파 센서로부터 각각 초음파 신호와 전파 신호를 시간차를 두고 수신하게 되고, 이 시간차를 이용하여 각 센서에서의 거리 정보가 생성되게 된다. 이를 기초로 하여 3각 측량법을 통해 대상 객체의 객체 위치 정보를 생성하게 된다. 이 때 서버(100)에 거리 정보를 전송하고, 서버에서 객체 위치 정보를 산출할수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 센서 유닛은 4개(적어도 3개 이상)의 초음파 센서를 포함하게 되며, 각 센서에서 부터 획득되는 전파 신호와 음파 신호에 기초하여 각각 거리 정보를 획득하게 되며, 이들 거리 정보와, 각 초음파 센서의 위치 정보를 이용하면 대상객체에 대한 객체 위치 정보를 생성할 수 있게 된다.
도 2를 참조하면 초음파 센서 유닛은 각각의 셀(C11~C33)을 구성하게 된다. 초음파 센세 유닛은 초음파 센서(AP1~AP4)에서 획득되는 거리 정보가 자신의 셀 범위 즉, 거리 범위 정보내에 있는지를 확인하여, 거리 범위 정보내에 있는 경우에만 이들을 외부 서버(100)로 거리 정보 및 위치 정보를 전송하게 된다. 여기서 셀범위를 나타내는 거리 정보는 초음파 센서 유닛의 메모리 또는 서버 메모리에 저장될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 복수의 초음파 센서 유닛이 각각 구역 (C11~C33)를 형성하게 되고, 각 구역내에 위치하는 태그로부터 전송되는 초음파 신호 및 전파 신호에 기초하여 대상객체에 대한 객체 위치 정보를 결정 및 생성하게 된다.
이에 대하여 도 3을 통해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법은 우선, 초음파 센서 유닛을 매트릭스 형태로 배치한다(S1). 여기서 초음파 센서 유닛은 적어도 3개 이상의 초음파 센서를 구비하며, 이의 구조 및 동작은 도 3에서 보다 상세하게 설명하도록 한다. 초음파 센서 유닛은 전술한 바와 같이, 태그로부터의 초음파 신호 및 전파 신호를 수신하며, 각각 측정 범위에 대하여 도 2와 같이 셀을 형성한다.
그 다음, 태그는 측정객체(예컨대 스마트폰, 또는 로봇 청소기등)에 부착되어 있으며, 태그는 측정객체의 위치를 알리기 위하여 초음파 신호와 전파 신호를 동시에 발진한다(S2). 초음파 신호와 전파 신호를 수신한 초음파 센서 유닛은 상기 음파 신호를 3개의 초음파 센서(AP)이상 으로부터 수신하였는지를 확인한다(S3).만약 3개 미만, 즉 2개 또는 1개의 초음파 센서로부터만 음파 신호가 수신되었으면, 1차로 에러로 처리한다.
3개 이상의 AP로부터 음파 신호가 수신되면, 거리 정보를 생성한다(S4). 즉, 도 2에서와 같이 복수개의 초음파 센서 유닛이 배치되는 경우 적어도 3개의 AP로버터 초음파 신호가 수신되는 모든 초음파 센서 유닛이 각각 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하게 되는 것이다. 이 때 거리 정보의 생성에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다. 이 때 거리 정보는 초음파 센서 유닛 각각의 제어부에 의하여 각각의 거리 정보를 생성할수도 있다. 거리 정보가 거리 범위 정보내인지를 확인하고(S5), 만약 거리 범위 정보 밖이라면 2차로 에러 처리를 하고, 거리 정보가 거리 범위 정보 이내이면, 초음파 센서의 유닛 위치정보와 상기 거리 정보를 이용하여 객체 위치 정보를 결정하여 생성한다(S6). 이 때 거리 정보 및 초음파 센서 유닛의 위치 정보는 외부 서버로 전송되어 외부 서버에서 객체 위치 정보를 생성할 수도 있고, 또는 초음파 센서 유닛 그 자체에서 객체 위치 정보를 생성할 수도 있다. 즉, 외부 서버에서 객체 위치 정보를 생성하는 경우, 외부 서버가 상기 초음파 센서 유닛의 각각에 대한 유닛 위치 정보 및 상기 거리 범위 정보를 저장하고, 상기 외부 서버는 상기 거리 정보 및 상기 유닛 유치 정보에 기초하여 상기 객체 위치 정보가 거리 범위 정보(셀범위 정보)내에 있는지를 확인한 다음, 상기 객체 위치 정보가 상기 거리범위 정보(셀범위정보) 내에 있으며, 이를 객체 위치 정보로서 결정하는 단계를 거칠 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 사용되는 초음파 센서 유닛에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법에 사용되는 초음파 센서 유닛의 블록 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 초음파 센서 유닛(10)은 적어도 3개의 초음파 센서(11), 전파 수신부(13), 메모리(15), 제어부(19), 통신부(17)를 포함하여 구성될 수 있다.
초음파 센서(11)는 AP로서 태그에서 발진되는 음파 신호를 수신하는 기능을 한다. 적어도 3개의 초음파 센서가 구비되며, 도 2에서와 같이 4개로 이루어지는 겨웅, 4개가 상호 대향되게 위치할 수 있게 구성된다.
전파 수신부(13)는, 태그에서 음파 신호와 동시에 발진하는 전파 신호를 수신하기 위한 구성요소로서 블루투스 기술이 적용될 수 있다.
메모리(15)는, 초음파 센서 유닛의 위치를 대표하는 유닛 위치 정보 및 거리 범위 정보를 저장하는 기능을 한다. 이 유닛 위치 정보는 후술하는 거리 정보와 함께 이용되어 측정 객체의 최종적인 위치 정보인 객체 위치 정보를 생성하는데 이용될 수 있다. 거리 범위 정보는 유닛 위치 정보와 함께 이용되어 도 2에서의 셀(C11~C33)을 정의하는 기준으로 활용된다.
제어부(19)는, 초음파 센서(11), 통신부(17), 메모리(15), 전파 수신부(13)를 제어하는 기능을 하며, 또한 상기 음파 신호, 상기 전파 신호에 기초하여 측정객체에 대한 거리 정보를 생성하는 기능을 한다. 또한, 제어부는, 상기 거리 정보 및 상기 유닛 위치 정보에 기초하여 상기 객체 위치 정보를 생성한 후, 상기 객체 위치 정보가 상기 거리 범위 정보에 있으면, 상기 거리 정보와 상기 유닛 위치 정보를 상기 외부 서버로 전송하도록 상기 통신부(17)를 제어하는 역할을 한다. 외부 서버(100)로 전송할 때 유닛 위치 정보와 함께 유닛 아이디 정보도 함께 전송될 수 있다.
이하, 초음파 센서 유닛에서 거리측정 방식에 대하여 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 실내 위치 측정 방법에서 사용되는 거리 측정 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
t1~t4는 태그에서 발신한 전파도착시간(전파발신시간과 동일)을 기준으로 초음파 센서(AP1-AP4) 각각에 도착한 초음파신호의 도착시간이다. 이 값을 측정하면 태그로부터 각각의 초음파 센서(AP1-AP4)까지의 거리(S)를 구할 수 있다.
태그와 초음파(AP1-AP4)간의 거리(S) = 음파의 속도 x 도달시간(t)
태그와 각각의 초음파(AP1-AP4)간의 거리(S)를 통해 태그의 소공간 좌표값 x, y, z를 산출할 수 있다. d는 기준점(원점)과 초음파 센서(AP)까지의 거리이며 이는 설치시에 정해지고, 메모리에 저장된 값이다. h는 태그와 초음파 센서(AP1-AP4)간의 높이인데, 설치시에 정해지게 된다. 이 또한 메모리에 저장된다.
태그와 초음파 센서(AP1-AP4)간의 거리를 좌표값으로 도 5와 같이 정의된다.
이 식에서 x, y, z를 산출한다.
기준점은 셀공간내에서는 원점이지만, 이는 실내공간에서의 초음파 센서 유닛의 좌표값이다. 초음파 센서 유닛 설치시, 그 값이 정해지며 이는 메모리에 각각에 저장된다.
셀공간의 기준점을 초음파 센서 유닛 좌표값으로 변환하면, 셀 공간 좌표값 (x,y,z)는 쉽게 실내공간 좌표값으로 변환할 수 있다.
본 상세한 설명에서는 예시적인 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 여기에 설명된 특정예들이 도시되었지만, 본 상세한 설명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 대안 및/또는 등가 구현이 도시되고 설명된 구체적인 예시를 대체할 수 있는 것은 관련 기술 분야의 당업자에 의해 인식될 것이다. 이와 같이, 본 상세한 설명은 본발명의 사상 및 기술 범위를 벗어나지 않고, 여기에 도시되고 설명된 예 및/또는 실시 예들의 임의의 개조 또는 변형을 포함하도록 의도된다.

Claims (8)

  1. 복수의 초음파 센서 유닛을 준비하는 단계, 상기 초음파 센서 유닛은 음파 신호 및 전파 신호를 수신하며, 측정 범위 전체에 대하여 셀을 형성하며, 각각의 셀을 셀 범위 정보를 구비함 ;
    측정 객체에 설치된 태그에 의해 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호를 동시에 발진시키는 단계;
    상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각이 상기 음파신호 및 상기 전파 신호를 수신하는 단계;
    상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각으로부터의 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호에 기초하여 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 거리 정보 중 하나를 선택하여 상기 측정 객체에 대한 객체 위치 정보를 생성하여 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각으로부터의 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호에 기초하여 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하는 단계는,
    상기 초음파 센서로부터 적어도 3개의 음파 신호를 수신하는지를 확인하여 적어도 3개 이상의 음파 정보가 수신되지 않는 경우, 1차로 에러처리하는 단계; 및
    상기 초음파 센서로부터 적어도 3개 이상의 음파 신호가 수신되는 경우, 상기 거리 정보를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 거리 정보 중 하나를 선택하여 상기 측정 객체에 대한 객체 위치 정보를 생성하는 단계는,
    외부 서버가 상기 초음파 센서 유닛의 각각에 대한 유닛 위치 정보 및 셀 범위 정보를 저장하는 단계;
    상기 외부 서버는 상기 거리 정보 및 상기 유닛 위치 정보에 기초하여 상기 객체 위치 정보가 상기 셀 범위 정보내에 있는지를 확인하는 단계;
    상기 객체 위치 정보가 상기 셀 범위 정보내에 있지 않은 경우, 2차로 에러처리 하는 단계 ;및
    상기 객체 위치 정보가 상기 셀 범위 정보 내에 있으며, 이를 객체 위치 정보로서 결정하는 단계를 포함하는, 실내 위치 측정 방법

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 센서 유닛은,
    음파 신호를 수신하는 적어도 3개의 초음파 센서;
    전파 신호를 수신하는 전파 수신부;
    초음파 센서 유닛의 위치를 대표하는 상기 유닛 위치 정보를 저장하는 메모리;
    상기 음파 신호, 상기 전파 신호에 기초하여 측정객체에 대한 거리 정보를 생성하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어하에 상기 거리 정보 및 상기 유닛 위치 정보를 외부 서버로 전송하는 통신부를 포함하는, 실내 위치 측정 방법
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메모리는 셀 범위 범위 정보를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 거리 정보 및 상기 유닛 위치 정보에 기초하여 상기 객체 위치 정보를 생성한 후, 상기 객체 위치 정보가 상기 셀 범위 정보에 있으면, 상기 거리 정보와 상기 유닛 위치 정보를 상기 외부 서버로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는, 실내 위치 측정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각으로부터의 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호에 기초하여 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하는 단계는,
    상기 초음파 센서로부터 적어도 3개의 음파 신호를 수신하는지를 확인하여, 3개 이상의 음파 신호가 수신되는 경우, 상기 거리 정보를 생성하는 단계를 포함하는, 실내 위치 측정 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 초음파 센서 유닛 각각으로부터의 상기 음파 신호 및 상기 전파 신호에 기초하여 개별적인 복수의 거리 정보를 생성하는 단계는,
    상기 초음파 센서 유닛의 각각의 제어부에 의하여 각각 상기 거리 정보를 생성하는 단계를 포함하는, 실내 위치 측정 방법.
  6. 삭제
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