KR102494708B1

KR102494708B1 - 시각장애인용 대각선 횡단보도 보행 안내 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102494708B1
Application number: KR1020200110313A
Authority: KR
Inventors: 신기영; 강동구; 배영민; 이원주; 장민혜
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2023-02-02
Also published as: KR20220028798A

Abstract

본 발명은 시각장애인용 대각선 횡단보도 보행 안내 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 보행 안내를 위한 사용자 단말기에서의 보행 안내 방법은, 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 계산하는 단계; 상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리에 대하여, 최소자승 알고리즘을 이용하여, 상기 사용자 단말기의 위치를 계산하는 단계; 상기 사용자 단말기의 위치가 이동하는 경로를 추적하여 사용자의 출발지 비콘 단말기의 위치에 대한 상기 사용자의 목적지 비콘 단말기 위치를 결정하고, 상기 사용자 단말기의 위치가 미리 정해진 횡단보도 구역을 이탈하는 지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 사용자 단말기의 위치가 상기 횡단보도 구역을 이탈하면 알람 신호를 발생하는 단계를 포함한다.

Description

시각장애인용 대각선 횡단보도 보행 안내 시스템 및 방법{Pedestrian guidance system and method for the visually impaired on diagonal crosswalk}

본 발명은 시각장애인용 보행 안내 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 대각선 횡단보도 등에서도 시각장애인이 안전하게 보행할 수 있도록 안내하는 보행 안내 시스템 및 방법에 관한 것이다.

종래의 횡단보도 보행 안내 시스템은 보행 신호기(신호등 또는 소리 안내)에 비콘 단말기 기능을 내장하여 시각장애인의 접근 여부나 횡단보도 시작 시점과 끝 시점을 파악하는 정도의 서비스를 제공하였다. 또한, 종래의 횡단보도 보행 안내 시스템은 단순한 횡단보도에서의 보행에 관한 기술을 제공하며, 시각장애인이 대각선 횡단보도 등에서 대각선 방향으로의 보행에 대해 안전하고 빠르게 보행할 수 있도록 적절히 안내해 주지 못하고 있는 실정이다.

종래의 관련 문헌으로서, 특허등록번호 제10-2075646호(2020.02.10)에서는　시각장애인에 대한 횡단 서비스의 종료 시점을 파악하여 안내하지만, 시각장애인의 위치 파악 및 대각선 방향으로의 보행 경로에 대한 안내가 불가능하며, 특허등록번호 제10-1480958호(2015.01.09)에서는 신호등 컨트롤러가 GPS를 통한 시각장애인의 위치정보(평균속력)를 이용하여 신호등의 녹색불이 켜지는 시기를 조절하는 기술을 개시하지만, 시각장애인이 횡단보도 상에서 위치 정확한 정보와 이를 통한 보행 경로의 안내에 대한 것은 아니며, 특허공개번호 제10-2019-0139716호(2019.12.18)에서는 시각장애인의 정확한 보행 경로를 파악하는 것이 아닌 보행 경로상에 위치한 신호등을 검출하여 통신하는 기술을 개시한다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 시각장애인이 횡단보도 이동시 정확한 이동 위치 계산을 통하여 보행 경로를 파악해 대각선 횡단보도 등에서도 정해진 횡단보도 구역을 이탈하지 않고 안전하고 빠르게 보행하도록 안내할 수 있는 시각장애인용 보행 안내 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 보행 안내를 위한 사용자 단말기에서의 보행 안내 방법은, 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 계산하는 단계; 상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리에 대하여, 최소자승 알고리즘을 이용하여, 상기 사용자 단말기의 위치를 계산하는 단계; 상기 사용자 단말기의 위치가 이동하는 경로를 추적하여 사용자의 출발지 비콘 단말기의 위치에 대한 상기 사용자의 목적지 비콘 단말기 위치를 결정하고, 상기 사용자 단말기의 위치가 미리 정해진 횡단보도 구역을 이탈하는 지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 사용자 단말기의 위치가 상기 횡단보도 구역을 이탈하면 알람 신호를 발생하는 단계를 포함한다.

상기 각각의 거리를 계산하는 단계에서, 상기 비콘 단말기로부터 수신하는 상기 각 비콘 신호의 강도를 산출하고 산출된 상기 강도에 칼만 필터를 적용해 노이즈를 제거한 상기 각 비콘 신호의 상기 강도에 대응되는 상기 각각의 거리를 계산한다.

상기 알람 신호의 발생에 따라 상기 사용자 단말기는 경고음, 경고 멘트, 또는 진동으로 사용자에게 인지되도록 한다.

상기 비콘 단말기와 상기 사용자 단말기는 근거리 무선 통신 방식(예, 블루투스, 지그비, 와이파이 등)으로 통신할 수 있다.

상기 각각의 거리를 계산하는 단계는, 실시간으로 수학식

을 이용해, 상기 각 비콘 신호의 강도(RSSI)에 대응되는 상기 각각의 거리(d)를 산출하는 단계를 포함하고, 여기서, n은 전파손실도를 반영하는 계수, A는 소정의 오프셋값이다.

상기 각각의 거리를 계산하는 단계는, 상기 복수의 보행 신호기에 설치된 상기 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 측정 위치에서의 상기 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 미리 룩업-테이블에 저장해 놓고, 상기 룩업-테이블을 참조해 상기 각 비콘 신호의 강도와 매핑되는 상기 각각의 거리를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 룩업-테이블에서 상기 각 비콘 신호의 강도와 가장 유사한 복수의 엔트리들 중, GPS 모듈로부터 수신한 위치와 가장 가까운 측정 위치에 대한 엔트리를 선택해 상기 각각의 거리를 결정할 수 있다.

상기 각각의 거리를 계산하는 단계는, 상기 복수의 보행 신호기에 설치된 상기 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 위치에서의 비콘 신호들의 강도 및 해당 거리들에 대하여 신경망 학습을 통해, 임의의 비콘 신호의 강도에 대한 해당 거리를 산출하기 위한 파라미터를 갖는 학습 모델을 저장한 학습 모델 데이터베이스를 미리 유지하고, 상기 학습 모델 데이터베이스를 참조해, 실시간으로 입력된 상기 각 비콘 신호의 강도에 대하여 해당 학습 모델에 적용하여 상기 각각의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 사용자 단말기의 위치를 계산하는 단계에서, 상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리 중, GPS 모듈을 이용하여 측위된 위치와 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 계산된 상기 사용자 단말기의 위치 사이의 차이가 최소가 되도록, 하나 이상의 해당 위치 및 거리에 대한 정보를 제거한 후, 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 단말기의 위치를 계산할 수 있다.

상기 GPS 모듈을 이용하여 측위된 위치는, 복수의 비콘 단말기들로부터의 비콘 신호들에 의해 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 단말기의 위치를 계산 가능한 시점에서의 초기 GPS 위치에 해당할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른, 보행 안내를 위한 사용자 단말기에서의 보행 안내 방법은, 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 위치에서의 비콘 신호들의 강도 및 해당 사용자 단말기의 위치들에 대하여 신경망 학습을 통해, 상기 사용자 단말기의 위치를 계산하는 단계; 상기 사용자 단말기의 위치가 이동하는 경로를 추적하여 사용자의 출발지 비콘 단말기의 위치에 대한 상기 사용자의 목적지 비콘 단말기 위치를 결정하고, 상기 사용자 단말기의 위치가 미리 정해진 횡단보도 구역을 이탈하는 지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 사용자 단말기의 위치가 상기 횡단보도 구역을 이탈하면 알람 신호를 발생하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 보행 안내 시스템은, 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 계산하는 거리계산부; 상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리에 대하여, 최소자승 알고리즘을 이용하여, 상기 보행 안내 시스템을 탑재한 사용자 단말기의 위치를 계산하는 위치계산부; 상기 사용자 단말기의 위치가 이동하는 경로를 추적하여 사용자의 출발지 비콘 단말기의 위치에 대한 상기 사용자의 목적지 비콘 단말기 위치를 결정하고, 상기 사용자 단말기의 위치가 미리 정해진 횡단보도 구역을 이탈하는 지 여부를 판단하는 경로이탈 판단부; 및 상기 사용자 단말기의 위치가 상기 횡단보도 구역을 이탈하면 알람 신호를 발생하는 알람부를 포함한다.

상기 보행 안내 시스템은, 상기 비콘 단말기로부터 수신하는 상기 각 비콘 신호의 강도를 산출하고 산출된 상기 강도에 칼만 필터를 적용해 노이즈를 제거한 상기 각 비콘 신호의 강도를 상기 거리계산부로 출력하는 노이즈 필터링부를 더 포함할 수 있다.

상기 알람부에서의 상기 알람 신호의 발생에 따라 상기 사용자 단말기가 경고음, 경고 멘트, 또는 진동으로 사용자에게 인지되도록 할 수 있다.

상기 거리 계산부는, 실시간으로 수학식

을 이용해, 상기 각 비콘 신호의 강도(RSSI)에 대응되는 상기 각각의 거리(d)를 산출하고, 여기서, n은 전파손실도를 반영하는 계수, A는 소정의 오프셋값이다.

상기 보행 안내 시스템은, 상기 복수의 보행 신호기에 설치된 상기 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 위치에서의 상기 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 미리 측정해 저장한 룩업-테이블을 더 포함할 수 있고, 상기 거리 계산부는, 상기 룩업-테이블을 참조해 상기 각 비콘 신호의 강도와 매핑되는 상기 각각의 거리를 결정할 수 있다.

상기 보행 안내 시스템은, GPS 모듈을 더 포함하고, 상기 위치계산부는, 상기 룩업-테이블에서 상기 각 비콘 신호의 강도와 가장 유사한 복수의 엔트리들 중, 상기 GPS 모듈로부터 수신한 위치와 가장 가까운 측정 위치에 대한 엔트리를 선택해 상기 각각의 거리를 결정할 수 있다.

상기 보행 안내 시스템은, 상기 복수의 보행 신호기에 설치된 상기 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 위치에서의 비콘 신호들의 강도 및 해당 거리들에 대하여 신경망 학습을 통해, 임의의 비콘 신호의 강도에 대한 해당 거리를 산출하기 위한 파라미터 갖는 학습 모델을 저장한 학습 모델 데이터베이스를 더 포함할 수 있고, 상기 거리 계산부는, 상기 학습 모델 데이터베이스를 참조해, 실시간으로 입력된 상기 각 비콘 신호의 강도에 대하여 해당 학습 모델에 적용하여 상기 각각의 거리를 산출할 수도 있다.

상기 보행 안내 시스템은, GPS 모듈을 더 포함하고, 상기 위치계산부는, 상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리 중, 상기 GPS 모듈을 이용하여 측위된 위치와 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 계산된 상기 사용자 단말기의 위치 사이의 차이가 최소가 되도록, 하나 이상의 해당 위치 및 거리에 대한 정보를 제거한 후, 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 단말기의 위치를 계산할 수 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 보행 안내 시스템은, 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 위치에서의 비콘 신호들의 강도 및 해당 사용자 단말기의 위치들에 대하여 신경망 학습을 통해, 상기 보행 안내 시스템을 탑재한 사용자 단말기의 위치를 계산하는 위치계산부; 상기 사용자 단말기의 위치가 이동하는 경로를 추적하여 사용자의 출발지 비콘 단말기의 위치에 대한 상기 사용자의 목적지 비콘 단말기 위치를 결정하고, 상기 사용자 단말기의 위치가 미리 정해진 횡단보도 구역을 이탈하는 지 여부를 판단하는 경로이탈 판단부; 및 상기 사용자 단말기의 위치가 상기 횡단보도 구역을 이탈하면 알람 신호를 발생하는 알람부를 포함한다.

본 발명에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템 및 방법에 따르면, 시각장애인이 횡단보도 이동시 정확한 이동 위치 계산을 통하여 보행 경로를 파악해 대각선 횡단보도 등에서도 정해진 횡단보도 구역을 이탈하지 않고 안전하고 빠르게 보행하도록 안내할 수 있다. 본 발명에서는, 사용자 단말(앱)에서 블루투스 통신 등을 통해 횡단보도에 설치된 다수의 보행 신호기 내부의 비컨에서 송출되는 고유 식별코드와 수신 신호의 RSSI 강도를 토대로 대각선 횡단보도 등에서 보행하는 시각장애인의 위치를 계산하되, 룩업-테이블 방식이나 인공신경망을 통한 모델을 이용하여 더욱 더 정확히 위치를 산출함으로써, 시각장애인의 보행 경로를 정확히 검출해 대각선 방향 이동 시에도 정해진 횡단보도 구역을 이탈할 경우 경고음, 경고 멘트, 또는 진동을 통해 알람을 발생하여 안전한 보행이 가능하도록 할 수 있다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 필터링 전후의 시간에 따른 비콘 신호 강도(RSSI)의 그래프이다.
도 4는 본 발명에서의 사용자 단말기와 비콘 단말기 간의 거리 계산의 제1방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에서의 사용자 단말기와 비콘 단말기 간의 거리 계산의 제2방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에서의 사용자 단말기와 비콘 단말기 간의 거리 계산의 제3방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 교차로에서의 m=8인 비콘 단말기(B1, B2,..., Bm)에 대한 위치의 예이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 단말기의 전파 지향성과 보행자의 위치에 따른 비콘 신호 강도(RSSI)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7c는 본 발명에 따라 GPS를 이용한 보행자의 위치를 계산하여 오차가 작은 전파 지향성 비콘 단말기의 선택 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 본 발명에서의 사용자 단말기의 위치 계산에 대한 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템의 블록도이다.
도 9는 보행자의 횡단 보도 통행 시의 본 발명의 경로이탈 판단 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 안내 시스템의 구현 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)은, 비콘신호수신부(110), 노이즈 필터링부(120), 거리계산부(130), 위치계산부(140), 경로이탈 판단부(150), 알람부(160)를 포함한다.

사용자 단말기에 탑재될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)의 위와 같은 각부 구성 요소들은, 반도체 프로세서와 같은 하드웨어, 어플리케이션(앱) 프로그램과 같은 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있다.

시각장애인용 보행 안내 시스템(100)은 시각장애인의 보행 안내를 위해 사용자 단말기에 탑재되며, 사용자 단말기는 시각장애인의 보행 안내 전용 포터블 단말기일 수도 있고, WiFi, WiBro 등 무선 인터넷 통신, WCDMA, LTE 등 이동통신을 지원하는 스마트폰, 웨어러블 디바이스, 테블릿 PC, 노트북 PC 등의 무선 단말을 포함할 수 있다.

이하 도 2의 흐름도를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)의 동작을 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)의 동작 설명을 위한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 소지한 위와 같은 보행 안내 시스템(100)을 탑재한 사용자 단말기를 소지한 시각장애인 등의 사용자가 횡단보도 주위에 진입하면, 비콘신호수신부(110)는 횡단보도의 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기로부터 비콘 신호를 수신한다(S110).

예를 들어, 도 4와 같이 보행자가 도로의 건너편 방향으로 횡단할 수 있는 횡단보도를 포함하여 대각선 방향으로도 횡단할 수 있는 횡단보도가 있는 교차로에, 복수의 보행 신호기, 즉, 교차로의 각 횡단보도로 보행자의 통행 가능 여부를 신호등 또는 소리로 알려주기 위한 제어기를 갖춘 보행 신호기가 설치될 수 있다. 각각의 보행 신호기에는 본 발명이 보행 안내를 보조하기 위하여 비콘 단말기가 구비될 수 있다. 각각의 비콘 단말기와 사용자 단말기는 근거리 무선 통신 방식(예, 블루투스, 지그비, 와이파이 등)으로 통신하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서는 WiBro, WCDMA, LTE 등 이동통신 방식으로 통신하는 것을 배제하는 것은 아니다. 이하에서, 도 4와 같이 4거리 교차로의 횡단보도를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)은 하나의 횡단보도가 있는 곳이나, 3거리 교차로에서의 횡단보다 등에서도 보행 안내를 위해 동작 가능하다.

이와 같은 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기는, 고유 식별코드를 포함하여 자신의 위치를 알리기 위한 소정의 비콘 신호를 송출할 수 있다. 비콘 신호에는 미리 저장된 해당 위치에 대한 정보, 또는 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 실시간으로 획득되는 위치정보(GPS 정보) 등이 포함될 수도 있다.

비콘신호수신부(110)가 이와 같은 보행 신호기들에 설치된 각각의 비콘 신호를 수신하면, 노이즈 필터링부(120)는, 각 비콘 단말기로부터 수신하는 각각의 비콘 신호의 강도를 산출하고 상기 강도에 칼만 필터 등을 적용해 노이즈를 제거한 각각의 비콘 신호의 강도(RSSI, Received signal strength indication)를 거리계산부(130)로 출력할 수 있다(S120). 여기서, 칼만 필터는 예시적인 것으로서 노이즈를 제거하기 위한 대역필터 등 다른 필터가 적용될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 필터링부(120)에서의 노이즈 필터링 전후의 시간에 따른 비콘 신호 강도(RSSI)의 그래프이다.

도 3의 (a)와 같이, 각 비콘 단말기로부터 수신하는 각각의 비콘 신호(A, B, C, D)의 강도(RSSI)에 대한 칼만 필터 적용 전 로(raw) 데이터는 노이즈가 포함되어 안정적인 처리가 어려우므로, 도 3의 (b)와 같이, 칼만 필터를 적용해 노이즈를 제거한 각각의 비콘 신호의 강도(RSSI)를 이용함으로써, 안정적이고 정확한 거리 측정이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

거리계산부(130)는 횡단보도 주위의 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도(RSSI)에 대응되는 각각의 거리를 계산한다(S130).

도 4는 본 발명에서의 사용자 단말기(200)와 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4) 간의 거리 계산의 제1방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 보행 안내 시스템(100)을 탑재한 사용자 단말기(200)를 소지한 시각장애인 등의 사용자가 4 거리 교차로의 대각선 방향 횡단 보도를 보행할 때, 사용자 단말기(200)는 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)로부터, 각 비콘 신호를 수신하는 예를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 거리계산부(130)는, 실시간으로 [수학식1]을 이용해, 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)로부터 각 비콘 신호의 강도(RSSI)에 대응되는 상기 각각의 거리(d)(d1, d2, d3, d4)를 산출할 수 있다. 여기서, n은 산악, 도시 환경 등에 따라 달라지는 전파손실도를 반영하는 계수, A는 소정의 오프셋값(예, 1m 거리에서의 RSSI 값 등)이다. 도 4의 예에서, 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)로부터 각각의 거리(d)(d1, d2, d3, d4)를 반경으로 하는 원들이 중첩되어 만나는 한점이 사용자 단말기(200)의 위치가 될 수 있다.

[수학식1]

도 5는 본 발명에서의 사용자 단말기(200)와 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4) 간의 거리 계산의 제2방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 보행 안내 시스템(100)은, 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)로부터 각각의 거리(d)(d1, d2, d3, d4)를 결정하기 위하여 거리계산부(130)에 의해 참조되는 룩업-테이블(500)을 더 포함할 수 있다.

룩업-테이블(500)은 횡단보도 등의 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)에 의해 정의되는 서비스 커버리지(모든 비콘단말기의 비콘 신호가 수신되는 영역) 내(300)에서, 복수의 측정 위치(P11,..Pij,..Pmn)(예, 수십 cm ~ 수 m 간격)에서의 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 미리 측정해 메모리 등에 저장한 정보일 수 있다. 도 5에서, 측정 위치 Pij에서 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)에서 각각 수신되는 비콘 신호의 강도가 R1ij, R2ij, R3ij, R4ij인 경우에 대한, 사용자 단말기(200)로부터의 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)까지의 측정 거리 d1ij, d2ij, d3ij, d4ij인 예를 나타내었다.

거리계산부(130)는, 이와 같은 룩업-테이블(500)을 참조해 입력되는 각 비콘 신호의 강도(R1ij, R2ij, R3ij,..)와 매핑되는 각각의 거리(d1ij, d2ij, d3ij,..)를 결정할 수 있다. 도 5에서, 비콘 단말기(B1, B2, B3,..)가 4개인 예를 도시하였으나 더 많은 수로 설치될 수도 있다. 다만, 거리계산부(130)는, 이와 같은 룩업-테이블(500)의 각 비콘 신호의 강도(R1ij, R2ij, R3ij,..) 중 계산에 불필요하거나 부정확한 정보를 주는 비콘 단말기들의 비콘 신호들의 영향을 제거해 각각의 거리(d1ij, d2ij, d3ij,..)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 7b와 같이 비콘 단말기들(B)은 지향성 안테나에 의한 전파 지향성으로 비콘 신호 등을 송출할 수 있다. 이와 같은 지향성으로 인해 또는 무지향성 비콘 단말기를 사용하더라도 신호등이나 보행 신호기 등이 설치된 지주로 인해 보행자가 비콘 단말기(B)의 인근에 있더라도 수신되는 RSSI 값이 작아질 수 있다. 이로 인해 보행자의 위치, 즉, 사용자 단말기(200)의 거리(d1ij, d2ij, d3ij,..)나 위치 X(x,y)의 계산에 오차가 발생할 수 있다. 이를 위하여, 필요에 따라 본 발명의 보행 안내 시스템(100)은, GPS 위치 정보를 측위하는 GPS 모듈을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 복수의 비콘 단말기들(B)로부터 비콘 신호가 수신될 때, 거리계산부(130)는 비콘 신호 강도(RSSI) 값이 방해 받지 않는 비콘 단말기의 비콘 신호들을 선택적으로 이용하여 위치를 계산할 수 있다. 예를 들어, 도 7c의 예에서, 비콘 단말기 B5, B6 주위로 보행자가 접근 시, 각각의 지주에 의해 보행자에 대해 가려진 비콘 단말기들 B3, B5, B6, B8의 비콘 신호 강도(RSSI)에 의한 영향은 제거되는 것이다.

이를 위하여, 거리계산부(130)가, 위와 같이 룩업-테이블(500)을 참조해 각 비콘 신호의 강도(R1ij, R2ij, R3ij,..)와 가장 유사한 복수의 엔트리들 중 어느 하나(엔트리)를 선택하여 상기 거리를 결정할 수 있다. 즉, 거리계산부(130)는 GPS 모듈로부터, 사용자 단말기(200)의 GPS 위치 정보(위도, 경도, 고도 등)를 수신하고, 해당 위치가 룩업-테이블(500)에서의 측정 위치들(P11,..Pij,..Pmn) 중 가장 가까운 위치에 대응된 엔트리를 선택해 해당 거리값을 결정할 수 있다. 엔트리는 도면에서 각 행의 정보, 즉, 측정 위치(P11,..Pij,..Pmn), 해당 비콘 신호의 강도(R1ij, R2ij, R3ij,..), 해당 거리(d1ij, d2ij, d3ij,..)를 포함한다.

도 6은 본 발명에서의 사용자 단말기(200)와 비콘 단말기(B1, B2,..., Bn) 간의 거리 계산의 제3방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 보행 안내 시스템(100)은, 각각의 비콘 단말기(B1, B2,..., Bn)로부터 각각의 거리(d1, d2,..., dn)를 결정하기 위하여 거리계산부(130)에 의해 참조되는 학습 모델 데이터베이스(600)을 더 포함할 수 있다.

학습 모델 데이터베이스(600)는, 서비스 커버리지 내(300)에서, 미리 다수의 위치(예, 수십 cm ~ 수 m 간격)에서 각 비콘 신호의 강도(RSSI1, RSSI2, ..., RSSIn) 및 해당 각각의 거리(d1, d2,..., dn)에 대하여 신경망 학습을 통해, 임의의 비콘 신호의 강도(R)에 대한 해당 거리(Y)를 산출하기 위한 파라미터(들)(W1, W2,..Wn)을 갖는 학습 모델을 저장한다.

학습 모델은 임의의 비콘 신호의 강도(R)에 대한 해당 거리(Y)를 산출하기 위한 하나 이상의 파라미터(W1, W2,..Wn)와 관련된 함수를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 각 비콘 신호의 강도(RSSI1, RSSI2,..., RSSIn) 및 해당 각각의 거리(d1, d2,..., dn)를 만족시키기 위한 로지스틱 함수를 획득하기 위한 심층 신경망 학습 과정의 회귀 계수 등을 위와 같은 파라미터로 가질 수 있다.

필요에 따라 본 발명의 보행 안내 시스템(100)은, 이와 같은 심층 신경망 학습 과정을 수행하는 기계 학습 장치를 더 포함할 수 있다.

거리계산부(130)는, 이와 같은 학습 모델 데이터베이스(600)를 참조해, 실시간으로 입력된 각 비콘 신호의 강도(R)에 대하여 학습 모델 데이터베이스(600)에 저장된 해당 학습 모델에 적용하여 각각의 비콘 단말기(B1, B2,..., Bn)로부터 각각의 거리(d1, d2,..., dn)를 산출할 수 있다.

이와 같이, 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3,..)로부터 각각의 거리(d1, d2, d3,..)가 결정되면, 위치계산부(140)는 각 비콘 단말기(B1, B2, B3, ..)의 위치 및 해당 각각의 위치에 대응된 각각의 거리(d1, d2, d3, ..)에 대하여, 최소자승 알고리즘(least square algolithm)을 이용하여, 본 발명의 보행 안내 시스템(100)을 탑재한 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 계산한다(S140).

도 4의 예에서, 각각의 비콘 단말기(B1, B2, B3, B4)로부터 각각의 거리(d1, d2, d3, d4)를 반경으로 하는 원들이 중첩되어 만나는 한점이 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)가 될 수 있지만, 이는 최소자승 알고리즘을 이용하여 산출될 수 있다.

예를 들어, 비콘 단말기 m개의 위치가 (x1, y1), (x2, y2),...,(xm,ym)라고 하자. 또한, 사용자 단말기(200)로부터의 각각의 비콘 단말기(B1, B2,..., Bm)까지의 거리가 (d1, d2,..., dm)라고 하자. 도 7a에서는 교차로에서의 m=8인 비콘 단말기 8개의 위치를 예시하였다. 이와 같은 비콘 단말기의 위치 (x1, y1), (x2, y2),...,(xm,ym)는 본 발명의 보행 안내 시스템(100)의 메모리에 저장된 정보일 수도 있고, 보행 안내 시스템(100) 또는 위치계산부(140)가 각각의 비콘 단말기로부터 수신한 정보일 수도 있다. 각각의 비콘 단말기는, 고유 식별코드를 포함하여 자신의 위치를 알리기 위한 소정의 비콘 신호를 송출할 수 있으며, 비콘 신호에는 미리 저장된 해당 위치에 대한 정보, 또는 GPS를 이용하여 실시간으로 획득되는 위치정보(GPS 정보) 등이 포함될 수도 있다.

사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)는 최소자승 알고리즘에 따라 [수학식2]에서 (x,y)를 계산함으로써 획득된다. [수학식2]는 [수학식3]과 같이 X(x,y)를 산출하는 식으로 변환될 수 있고, 이를 이용하여 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)가 획득될 수 있다.

[수학식2]

[수학식3]

다만, 도 7b와 같이 비콘 단말기들(B)은 지향성 안테나에 의한 전파 지향성으로 비콘 신호 등을 송출할 수 있다. 이와 같은 지향성으로 인해 또는 무지향성 비콘 단말기를 사용하더라도 신호등이나 보행 신호기 등이 설치된 지주로 인해 보행자가 비콘 단말기(B)의 인근에 있더라도 수신되는 RSSI 값이 작아질 수 있다. 이로 인해 보행자의 위치, 즉, 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)의 계산에 오차가 발생할 수 있다.

이를 극복하기 위하여, 필요에 따라 본 발명의 보행 안내 시스템(100)은, GPS 위치 정보를 측위하는 GPS 모듈을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 복수의 비콘 단말기들(B)로부터 비콘 신호가 수신될 때, 위치계산부(140)는 위치 X(x,y)의 계산을 위하여 GPS 모듈로부터, GPS 위치 정보(위도, 경도, 고도 등)로 이루어진 사용자 단말기(200)의 초기 GPS 위치 (x_int, y_int)를 수신할 수 있고, 초기 GPS 위치 (x_int, y_int)를 이용하여 비콘 신호 강도(RSSI) 값이 방해 받지 않는 비콘 단말기의 비콘 신호들을 선택적으로 이용하여 위치를 계산할 수 있다. 여기서, 초기 GPS 위치 (x_int, y_int)는 복수의 비콘 단말기들(B)로부터 비콘 신호들이 수신될 때(최소자승 알고리즘을 이용하여 위치 X(x,y) 계산이 가능한 시점)에 해당하지만, 비콘 신호들에 의해 위치계산부(140)가 최소자승 알고리즘을 이용하여 위치 X(x,y)를 계산할 수 있는 위치들 중 어느 하나의 위치가 될 수도 있다.

즉, 위치계산부(140)는 위와 같은 최소자승알고리즘 방법으로 위치 X(x,y)를 계산하되, GPS 모듈을 이용하여 측위된 위치 (x_int, y_int)와 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 계산된 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y) 사이의 차이가 최소값, 즉, 최소값 Min|(x_int-x)²+(y_int-y)²|가 되도록 최적화 알고리즘, 유전자 알고리즘 등을 적용해, 하나 이상의 비콘 단말기의 위치와 거리 정보에 관련된 데이터를 제외하고, 위치 X(x,y)를 계산할 수 있다. 이에 따라 위치 X(x,y)의 계산에 불필요하거나 부정확한 정보를 주는 비콘 단말기들의 비콘 신호들의 영향을 제거해 정확한 위치 X(x,y)의 계산이 가능해진다. 예를 들어, 도 7c의 예에서, 비콘 단말기 B5, B6 주위로 보행자가 접근 시, 각각의 지주에 의해 보행자에 대해 가려진 비콘 단말기들 B3, B5, B6, B8의 비콘 신호 강도(RSSI)에 의한 영향은 제거된다.

이외에도, S140 단계에서, 위치계산부(140)는 소정의 위치 학습 모델 데이터베이스를 참조하여 횡단보도 주위의 복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도(RSSI)에 대응되는 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 추정할 수도 있다.

도 8a는 본 발명에서의 사용자 단말기(200)의 위치 계산에 대한 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 8a를 참조하면, 본 발명의 보행 안내 시스템(100)은, 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 결정하기 위하여 위치계산부(140)에 의해 참조되는 위치 학습 모델 데이터베이스(700)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 위치 학습 모델 데이터베이스(700)는, 서비스 커버리지 내(300)에서, 미리 다수의 위치(예, 수십 cm ~ 수 m 간격)에서 복수의 비콘 신호의 강도(RSSI1, RSSI2,..., RSSIn)에 대응된 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)에 대하여 신경망 학습을 통해, 임의로 입력되는 복수의 비콘 신호의 강도(RSSI1, RSSI2,..., RSSIn)에 대한 해당 위치 X(x,y)를 산출하기 위한 파라미터(들)(W1, W2,..Wn)을 갖는 학습 모델을 저장한다.

학습 모델은 임의로 입력되는 복수의 비콘 신호의 강도(RSSI1, RSSI2,..., RSSIn)에 대한 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 산출하기 위한 하나 이상의 파라미터(W1', W2',..Wn')와 관련된 함수를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 비콘 신호의 강도(RSSI1, RSSI2,..., RSSIn) 및 해당 위치 X(x,y)를 만족시키기 위한 로지스틱 함수를 획득하기 위한 심층 신경망 학습 과정의 회귀 계수 등을 위와 같은 파라미터로 가질 수 있다. 필요에 따라 본 발명의 보행 안내 시스템(100)은, 이와 같은 심층 신경망 학습 과정을 수행하는 기계 학습 장치를 더 포함할 수 있다. 위치계산부(140)는, 이와 같은 위치학습 모델 데이터베이스(700)를 참조해, 실시간으로 입력된 비콘 신호의 강도(RSSI1, RSSI2, ..., RSSIn)에 대하여 위치 학습 모델 데이터베이스에 저장된 해당 학습 모델에 적용하여 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 산출할 수 있다.

이와 같은 위치학습 모델 데이터베이스(700)를 이용하는 경우, 도 1의 본 발명의 보행 안내 시스템(100)에서, 거리계산부(130)가 생략될 수 있다. 이 경우에 해당하는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(190)의 블록도가 도 8b에 도시되어 있다. 도 8b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(190)은, 비콘신호수신부(110), 노이즈 필터링부(120), 위치계산부(140), 경로이탈 판단부(150), 알람부(160)를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(190)에서의 위치계산부(140)는, 기계 학습 장치를 이용해 심층 신경망 학습에 기초한 위치학습 모델 데이터베이스(700)를 참조하여, 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 즉시 산출할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)에서의, 위치계산부(140)는 위와 같은 거리계산부(130)에서의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리의 계산에 기초하여 최소자승 알고리즘을 이용하여, 상기 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 계산하는 것과, 위치학습 모델 데이터베이스(700)를 참조하여, 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 즉시 산출할 수도 있다.

도 8b에서 위치계산부(140) 이외에 비콘신호수신부(110), 노이즈 필터링부(120), 경로이탈 판단부(150), 알람부(160)의 기능 및 동작은, 도 1의 본 발명의 제1 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)에서의 해당 유닛의 기능 및 동작과 동일하다.

이와 같은 사용자의 이동에 따라 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)가 실시간으로 획득됨에 따라, 이를 토대로 경로이탈 판단부(150)는 사용자 단말기(200)의 위치가 이동하는 경로를 추적하여 사용자의 출발지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B3)의 위치에 대한 사용자의 목적지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B1) 위치를 결정하고, 사용자 단말기(200)의 위치가 미리 정해진 횡단보도 구역을 이탈하는 지 여부를 판단한다(S150). 가로, 세로 및 대각선 방향으로의 도로를 횡단하기 위한 각 횡단보도마다, 출발지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B3)와 목적지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B1) 사이의 경로이탈 판단을 위한 횡단보도 구역이 미리 정의되어 정해질 수 있다. 예를 들어, 출발지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B3)와 목적지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B1)를 잇는 중심선인 목표보행경로(x_ref, y_ref) 수직 방향의 좌우로 소정의 폭(예, 3m) 등으로 정해질 수 있다.

경로이탈 판단부(150)는 이와 같은 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 통한 이동 경로의 추적으로 사용자의 이동 방향, 속도 등을 알 수 있으며, 해당 이동 방향에 놓인 출발지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B3)와 목적지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B1)를 판단할 수 있다. 출발지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B3)와 목적지 비콘 단말기(도 4의 예에서 B1)가 결정되면, 경로이탈 판단부(150)는 사용자 단말기(200)의 위치 X(x,y)를 추적하면서 해당 방향으로 정의된 횡단보도 구역을 이탈하는지 여부를 실시간으로 판단할 수 있다.

도 9는 보행자의 횡단 보도 통행 시의 본 발명의 경로이탈 판단 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 사용자 단말기(200)에서 모든 비콘단말기의 비콘 신호가 수신되는 비콘 신호 지역인, 서비스 커버리지에서, 사용자의 이동에 따라 [수학식3]과 같이 사용자 단말기(200)의 실시간 위치 X(x,y)와 목표보행경로(x_ref, y_ref) 간의 차이가, 사전에 설정된 기준치(d_thres)(예, 좌우로 3m 등)를 초과할 경우 횡단보도 구역의 이탈로 판단될 수 있다.

[수학식3]

(x_ref-x)²+(y_ref-y)² > d_thres

알람부(160)는 사용자 단말기(200)의 위치가 위와 같은 횡단보도 구역을 이탈하면 알람 신호를 발생한다(S160). 도 9에서, A, B, C 의 위치에서 알람 신호가 발생되는 위치를 나타낸다. 알람부(160)는 알람 신호를 발생함에 따라 사용자 단말기(200)는 경고음(예, '삐삐' 등의 소리), 경고 멘트(예, '경로 이탈입니다' 등의 멘트)이나 진동으로 사용자에게 인지되도록 할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)의 구현 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 안내를 처리하는 보행 안내 시스템(100)(또는 사용자 단말기)은, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 보행 안내 시스템(100)은 위와 같은 기능/단계/과정들을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서를 갖는 도 10과 같은 컴퓨팅 시스템(1000) 또는 인터넷 상의 서버 형태로 구현될 수 있다.

컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다. 프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory)(1310) 및 RAM(Random Access Memory)(1320)을 포함할 수 있다.

또한, 네트워크 인터페이스(1700)는 위에서 기술한 바와 같은 스마트폰 등 무선 단말에서의 WiFi, WiBro 등 무선 인터넷 통신, WCDMA, LTE 등 이동통신을 지원하는 모뎀 등의 통신 모듈이나, 근거리 무선 통신 방식(예, 블루투스, 지그비, 와이파이 등)의 통신을 지원하는 모뎀 등의 통신모듈을 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같이 컴퓨터 등 장치로 판독 가능한 저장/기록 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보(코드)를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보(코드)를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 시각장애인용 보행 안내 시스템(100)에 따르면, 시각장애인이 횡단보도 이동시 정확한 이동 위치 계산을 통하여 보행 경로를 파악해 대각선 횡단보도 등에서도 정해진 횡단보도 구역을 이탈하지 않고 안전하고 빠르게 보행하도록 안내할 수 있다. 본 발명에서는, 사용자 단말(앱)에서 블루투스 통신 등을 통해 횡단보도에 설치된 다수의 보행 신호기 내부의 비컨에서 송출되는 고유 식별코드와 수신 신호의 RSSI 강도를 토대로 대각선 횡단보도 등에서 보행하는 시각장애인의 위치를 계산하되, 룩업-테이블 방식이나 인공신경망을 통한 모델을 이용하여 더욱 더 정확히 위치를 산출함으로써, 시각장애인의 보행 경로를 정확히 검출해 대각선 방향 이동 시에도 정해진 횡단보도 구역을 이탈할 경우 경고음, 경고 멘트, 또는 진동을 통해 알람을 발생하여 안전한 보행이 가능하도록 할 수 있다.

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 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

비콘신호수신부(110)
노이즈 필터링부(120)
거리계산부(130)
위치계산부(140)
경로이탈 판단부(150)
알람부(160)

Claims

보행 안내를 위한 사용자 단말기에서의 보행 안내 방법에 있어서,
복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 계산하는 단계;
상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리에 대하여, 최소자승 알고리즘을 이용하여, 상기 사용자 단말기의 위치를 계산하는 단계;
상기 사용자 단말기의 위치가 이동하는 경로를 추적하여 사용자의 출발지 비콘 단말기의 위치에 대한 상기 사용자의 목적지 비콘 단말기 위치를 결정하고, 상기 사용자 단말기의 위치가 미리 정해진 횡단보도 구역을 이탈하는 지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 사용자 단말기의 위치가 상기 횡단보도 구역을 이탈하면 알람 신호를 발생하는 단계를 포함하고,
상기 사용자 단말기의 위치를 계산하는 단계에서,
상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리 중, GPS 모듈을 이용하여 측위된 위치와 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 계산된 상기 사용자 단말기의 위치 사이의 차이가 최소가 되도록, 하나 이상의 해당 위치 및 거리에 대한 정보를 제거한 후, 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 단말기의 위치를 계산하는 보행 안내 방법.
제1항에 있어서,
상기 각각의 거리를 계산하는 단계에서, 상기 비콘 단말기로부터 수신하는 상기 각 비콘 신호의 강도를 산출하고 산출된 상기 강도에 칼만 필터를 적용해 노이즈를 제거한 상기 각 비콘 신호의 상기 강도에 대응되는 상기 각각의 거리를 계산하는 보행 안내 방법.
제1항에 있어서,
상기 알람 신호의 발생에 따라 상기 사용자 단말기는 경고음, 경고 멘트, 또는 진동으로 사용자에게 인지되도록 하는 보행 안내 방법.
제1항에 있어서,
상기 각각의 거리를 계산하는 단계는,
실시간으로 수학식
을 이용해, 상기 각 비콘 신호의 강도(RSSI)에 대응되는 상기 각각의 거리(d)를 산출하는 단계를 포함하고,
여기서, n은 전파손실도를 반영하는 계수, A는 소정의 오프셋값인 보행 안내 방법.
제1항에 있어서,
상기 각각의 거리를 계산하는 단계는,
상기 복수의 보행 신호기에 설치된 상기 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 측정 위치에서의 상기 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 측정해 룩업-테이블에 저장해 놓고, 상기 룩업-테이블을 참조해 상기 각 비콘 신호의 강도와 매핑되는 상기 각각의 거리를 결정하는 단계
를 포함하는 보행 안내 방법.
제5항에 있어서,
상기 룩업-테이블에서 상기 각 비콘 신호의 강도와 가장 유사한 복수의 엔트리들 중, GPS 모듈로부터 수신한 위치와 가장 가까운 측정 위치에 대한 엔트리를 선택해 상기 각각의 거리를 결정하는 보행 안내 방법.
제1항에 있어서,
상기 각각의 거리를 계산하는 단계는,
상기 복수의 보행 신호기에 설치된 상기 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 위치에서의 비콘 신호들의 강도 및 해당 거리들에 대하여 신경망 학습을 통해, 임의의 비콘 신호의 강도에 대한 해당 거리를 산출하기 위한 파라미터를 갖는 학습 모델을 저장한 학습 모델 데이터베이스를 미리 유지하고, 상기 학습 모델 데이터베이스를 참조해, 실시간으로 입력된 상기 각 비콘 신호의 강도에 대하여 해당 학습 모델에 적용하여 상기 각각의 거리를 산출하는 단계
를 포함하는 보행 안내 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 GPS 모듈을 이용하여 측위된 위치는, 복수의 비콘 단말기들로부터의 비콘 신호들에 의해 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 단말기의 위치를 계산 가능한 시점에서의 초기 GPS 위치인 보행 안내 방법.
삭제
보행 안내 시스템에 있어서,
복수의 보행 신호기에 설치된 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 계산하는 거리계산부;
상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리에 대하여, 최소자승 알고리즘을 이용하여, 상기 보행 안내 시스템을 탑재한 사용자 단말기의 위치를 계산하는 위치계산부;
상기 사용자 단말기의 위치가 이동하는 경로를 추적하여 사용자의 출발지 비콘 단말기의 위치에 대한 상기 사용자의 목적지 비콘 단말기 위치를 결정하고, 상기 사용자 단말기의 위치가 미리 정해진 횡단보도 구역을 이탈하는 지 여부를 판단하는 경로이탈 판단부;
상기 사용자 단말기의 위치가 상기 횡단보도 구역을 이탈하면 알람 신호를 발생하는 알람부; 및
GPS 모듈을 포함하고,
상기 위치계산부는, 상기 비콘 단말기 각각의 위치 및 상기 각각의 위치에 대응된 상기 각각의 거리 중, 상기 GPS 모듈을 이용하여 측위된 위치와 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 계산된 상기 사용자 단말기의 위치 사이의 차이가 최소가 되도록, 하나 이상의 해당 위치 및 거리에 대한 정보를 제거한 후, 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 단말기의 위치를 계산하는 보행 안내 시스템.
제11항에 있어서,
상기 비콘 단말기로부터 수신하는 상기 각 비콘 신호의 강도를 산출하고 산출된 상기 강도에 칼만 필터를 적용해 노이즈를 제거한 상기 각 비콘 신호의 강도를 상기 거리계산부로 출력하는 노이즈 필터링부
를 더 포함하는 보행 안내 시스템.
제11항에 있어서,
상기 알람부에서의 상기 알람 신호의 발생에 따라 상기 사용자 단말기가 경고음, 경고 멘트, 또는 진동으로 사용자에게 인지되도록 하는 보행 안내 시스템.
제11항에 있어서,
상기 거리 계산부는,
실시간으로 수학식
을 이용해, 상기 각 비콘 신호의 강도(RSSI)에 대응되는 상기 각각의 거리(d)를 산출하고,
여기서, n은 전파손실도를 반영하는 계수, A는 소정의 오프셋값인 보행 안내 시스템.
제11항에 있어서,
상기 복수의 보행 신호기에 설치된 상기 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 위치에서의 상기 각각의 비콘 단말기로부터의 각 비콘 신호의 강도에 대응되는 각각의 거리를 미리 측정해 저장한 룩업-테이블을 더 포함하고,
상기 거리 계산부는, 상기 룩업-테이블을 참조해 상기 각 비콘 신호의 강도와 매핑되는 상기 각각의 거리를 결정하는 보행 안내 시스템.
제15항에 있어서,
상기 보행 안내 시스템은, GPS 모듈을 더 포함하고,
상기 위치계산부는, 상기 룩업-테이블에서 상기 각 비콘 신호의 강도와 가장 유사한 복수의 엔트리들 중, 상기 GPS 모듈로부터 수신한 위치와 가장 가까운 측정 위치에 대한 엔트리를 선택해 상기 각각의 거리를 결정하는 보행 안내 시스템.
제11항에 있어서,
상기 복수의 보행 신호기에 설치된 상기 각각의 비콘 단말기에 의해 정의되는 서비스 커버리지 내에서, 복수의 위치에서의 비콘 신호들의 강도 및 해당 거리들에 대하여 신경망 학습을 통해, 임의의 비콘 신호의 강도에 대한 해당 거리를 산출하기 위한 파라미터 갖는 학습 모델을 저장한 학습 모델 데이터베이스를 더 포함하고,
상기 거리 계산부는, 상기 학습 모델 데이터베이스를 참조해, 실시간으로 입력된 상기 각 비콘 신호의 강도에 대하여 해당 학습 모델에 적용하여 상기 각각의 거리를 산출하는 보행 안내 시스템.
삭제
제11항에 있어서,
상기 GPS 모듈을 이용하여 측위된 위치는, 복수의 비콘 단말기들로부터의 비콘 신호들에 의해 상기 최소자승 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 단말기의 위치를 계산 가능한 시점에서의 초기 GPS 위치인 보행 안내 시스템.
삭제