KR102572895B1 - Apparatus for PDR Based on Deep Learning using multiple sensors embedded in smartphones and GPS location signals and method thereof - Google Patents

Apparatus for PDR Based on Deep Learning using multiple sensors embedded in smartphones and GPS location signals and method thereof Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트폰의 다중 센서 및 GPS 위치신호를 이용한 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치는 사용자가 소지하고 있는 스마트폰으로부터 건물 외부에서 마지막으로 받은 GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에서 추출한 위치 좌표값을 시작점으로 설정하는 위치 설정부, 상기 GPS 신호를 획득한 시점 이후에 사용자가 실내를 걸을 때마다 측정된 센서값을 수신하고, 상기 센서값을 전처리하여 입력데이터를 생성하는 데이터 획득부, 기 학습된 제1 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 경도 변화량을 예측하고, 제2 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 위도 변화량을 예측하는 학습부, 그리고 상기 예측된 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 상기 시작점에 적용하여 사용자의 이동 경로를 측위하는 위치 측위부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 사용자가 걸을 때 주로 사용하는 스마트폰 위치(통화 중, 문자 중, 주머니 속 등)에 따라 데이터를 축적함으로써, 다양한 스마트폰 위치에 따라 별도의 계산법을 고려하지 않아도 실내 위치 측위가 가능하고, 기존의 실내 위치 측위에서 사용하는 Wi-Fi 접근점(AP)등의 추가적인 통신 장비가 필요 없어서 재난 환경과 같은 외부 통신이 어려운 상황에서 효과적인 추정이 가능하다.
The present invention relates to a deep learning-based PDR positioning device and method using multiple sensors of a smartphone and a GPS location signal. According to the present invention, the deep learning-based PDR positioning device receives a GPS signal last received outside a building from a smartphone owned by a user, and sets a location coordinate value extracted from the GPS signal as a starting point; A data acquisition unit that receives sensor values measured every time the user walks indoors after the GPS signal is acquired and generates input data by pre-processing the sensor values; A learning unit that predicts the GPS longitude change by inputting and predicts the GPS latitude change by inputting the input data to the second learning model, and the user's movement by applying the predicted GPS longitude change and GPS latitude change to the starting point. It includes a location positioning unit for locating a path.
According to the present invention, by accumulating data according to the location of the smartphone that the user mainly uses while walking (during a call, texting, in a pocket, etc.), indoor location positioning can be performed without considering a separate calculation method according to various smartphone locations. It is possible and effective estimation is possible in situations where external communication is difficult, such as in a disaster environment, because additional communication equipment such as a Wi-Fi access point (AP) used in existing indoor positioning is not required.

Description

스마트폰의 다중 센서 및 GPS 위치신호를 이용한 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치 및 그 방법{Apparatus for PDR Based on Deep Learning using multiple sensors embedded in smartphones and GPS location signals and method thereof}Apparatus for PDR Based on Deep Learning using multiple sensors embedded in smartphones and GPS location signals and method thereof}

본 발명은 스마트폰의 다중 센서 및 GPS 위치신호를 이용한 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 스마트폰을 가지고 걸을 때 획득할 수 있는 센서값과 GPS신호를 결합한 데이터를 이용하여 실내에서의 사용자 위치를 측위하는 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a deep learning-based PDR positioning device and method using multiple sensors and GPS location signals of a smartphone, and more specifically, combining a sensor value and a GPS signal that can be obtained when walking with a smartphone It relates to a deep learning-based PDR positioning device and method for positioning a user's position indoors using data.

보행자 위치 측위(Pedestrian Dead Reckoning, 이하 "PDR"라 함) 기술은 각종 센서를 이용하여 사람이 이동하는 속도, 가속도, 방향 및 거리 등의 이동 정보를 파악하고, 출발지점으로부터의 상대위치를 산출하는 기술을 의미한다. Pedestrian Dead Reckoning (hereinafter referred to as "PDR") technology uses various sensors to identify movement information such as speed, acceleration, direction and distance of movement of a person, and calculates the relative position from the starting point. means technology.

종래의 보행자 위치 측위(PDR)는 아래의 수학식1에 따라 갱신된다. The conventional pedestrian positioning (PDR) is updated according to Equation 1 below.

여기서 는 스마트폰 사용자의 초기 위치를 나타내고, 은 m번째 걸음마다 추정된 사용자의 보폭을 나타내고, 은 m번째 걸음마다 추정된 기기의 방향각을 나타낸다.here represents the initial location of the smartphone user, Represents the estimated user's step length for every mth step, represents the direction angle of the device estimated at every mth step.

그리고, 보폭()은 하기 수학식2를 이용하여 추정된다. And, the stride ( ) is estimated using Equation 2 below.

여기서, 는 보정 상수를 나타내고, 은 가속도계의 최대값이고, 은 가속도계의 최소값을 나타낸다. here, represents the calibration constant, is the maximum value of the accelerometer, represents the minimum value of the accelerometer.

또한, 방향각()은 하기 수학식 3을 이용하여 추정되며, 잡음에 영향을 받는다. In addition, the direction angle ( ) is estimated using Equation 3 below and is affected by noise.

종래의 보행자 위치 측위(PDR)는 사용자 걸음 길이 추정 문제, 보행 경로에 따라 발생하는 센서의 드리프트와 축적 오차에 대한 문제를 가지고 있었다.Conventional pedestrian positioning (PDR) has problems in estimating the length of a user's step and drift and accumulation error of a sensor generated along a walking path.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 스마트폰의 센서를 활용한 위치 측위(PDR)와 건물 내부에 있는 접근점(Access Point, AP)을 결합하여 사용자의 현재 위치를 추정하는 기법이 많이 연구되고 있다. Therefore, in order to solve the above problem, a technique of estimating the user's current location by combining location positioning (PDR) using a sensor of a smartphone and an access point (AP) inside a building has been extensively researched. .

그러나, 접근점(AP)을 결합한 위치 추정 방법은 사용자의 보폭과 트리프트 및 축적 오차에 따라 일일이 위치를 재조정해야 하는 번거로움이 있었다. 또한, 접근점(AP)을 활용하지 못할 경우에는 정확한 위치를 측위할 수 없고, 사용자마다 걸을 때마다 나타나는 고유의 생체 역학적인 정보를 보폭에 반영할 수 없어 실내에서 정확한 위치를 추정하는데 여려움이 있었다. However, the location estimation method combining access points (AP) has the inconvenience of having to readjust the location one by one according to the user's step length, drift, and accumulation error. In addition, if an access point (AP) cannot be used, the exact location cannot be determined, and the unique biomechanical information that appears each time a user walks cannot be reflected in the stride length, making it difficult to estimate an accurate location indoors. .

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제 10-1452373호(2014.10.13. 공고)에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1452373 (Announced on October 13, 2014).

이와 같이 본 발명에 따르면, 스마트폰을 가지고 걸을 때 획득할 수 있는 센서값과 GPS신호를 결합한 데이터를 이용하여 실내에서의 사용자 위치를 측위하기 위한 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.As described above, according to the present invention, to provide a deep learning-based PDR positioning device and method for locating a user's position indoors using data obtained by combining a sensor value and a GPS signal obtained when walking with a smartphone It is for

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 스마트폰의 다중 센서 및 GPS 위치신호를 이용한 딥러닝 기반의PDR 측위 장치에 있어서, 사용자가 소지하고 있는 스마트폰으로부터 건물 외부에서 마지막으로 받은 GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에서 추출한 위치 좌표값을 시작점으로 설정하는 위치 설정부, 상기 GPS 신호를 획득한 시점 이후에 사용자가 실내를 걸을 때마다 측정된 센서값을 수신하고, 상기 센서값을 전처리하여 입력데이터를 생성하는 데이터 획득부, 기 학습된 제1 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 경도 변화량을 예측하고, 제2 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 위도 변화량을 예측하는 학습부, 그리고 상기 예측된 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 상기 시작점에 적용하여 사용자의 이동 경로를 측위하는 위치 측위부를 포함한다. According to an embodiment of the present invention for achieving this technical problem, in the deep learning-based PDR positioning device using multiple sensors and GPS location signals of a smartphone, the GPS signal last received from outside the building from the smartphone owned by the user A location setting unit that receives and sets the location coordinate value extracted from the GPS signal as a starting point, receives a sensor value measured every time the user walks indoors after the GPS signal is acquired, and preprocesses the sensor value a data acquisition unit that generates input data by using a data acquisition unit to predict GPS longitude change by inputting the input data to a first learning model that has been previously learned, and a learning unit to predict GPS latitude change by inputting the input data to a second learning model and a positioning unit for locating the user's moving path by applying the predicted GPS longitude change and GPS latitude change to the starting point.

스마트폰에 설치된 가속도, 자이로스코프 및 지자기 중에서 적어도 하나의 센서를 이용하여 획득한 센서값과 GPS 신호의 위치 좌표값을 수집하여 저장하는 데이터베이스를 더 포함하고, Further comprising a database for collecting and storing sensor values obtained using at least one sensor among acceleration, gyroscope, and geomagnetism installed in the smartphone and position coordinate values of GPS signals,

상기 학습부는, 상기 데이터베이스에 저장된 센서값을 전처리하여 이전 걸음과 현재 걸음의 GPS 위도 및 경도의 변화량에 따른 스마트폰의 위치 및 방향성을 나타내는 입력 데이터를 획득하고, 획득한 입력데이터를 제1 학습 모델 및 제2 학습모델에 입력하여, 상기 제1 학습 모델을 통해 GPS 경도 변화량을 출력하도록 하고, 상기 제2 학습모델을 통해 GPS 위도 변화량을 출력하도록 학습시킬 수 있다. The learning unit pre-processes the sensor values stored in the database to obtain input data indicating the position and direction of the smartphone according to the change in GPS latitude and longitude of the previous and current steps, and converts the obtained input data into a first learning model. and outputting the GPS longitude change through the first learning model and outputting the GPS latitude change through the second learning model.

상기 입력 데이터는, 가속도의 변화량, 가속도 크기 총합의 평균량, 지자기 값 및 자이로스코프의 변화량 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. The input data may include at least one of a change amount of acceleration, an average amount of a total amount of acceleration, a geomagnetic value, and a change amount of a gyroscope.

상기 예측된 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 적용하여 추정된 사용자의 현재 GPS 좌표값은, 하기의 수학식을 이용하여 초(Seconds)의 단위로 표시될 수 있다. The user's current GPS coordinate value estimated by applying the predicted GPS longitude change and GPS latitude change may be displayed in seconds using the following equation.

여기서, Degree는 도, Minutes는 분, 및 C는 GPS 좌표값을 나타내고, cut()은 소수점 이하 버림을 나타낸다. Here, Degree denotes degrees, Minutes denotes minutes, and C denotes a GPS coordinate value, and cut() denotes truncating decimal places.

상기 제1 학습 모델 및 제2 학습 모델은, 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP) 알고리즘 형태로 구현되고, 텐서플로(Tensor Flow)를 이용하여 사용자가 문자를 보내면서 보행하는 경우(texting mode), 통화를 하면서 보행하는 경우(talking mode), 신체 일부를 흔들면서 보행하는 경우(swing mode) 및 주머니에 스마트폰을 넣은 상태로 보행하는 경우(pocket mode) 중에서 어느 하나의 모드에 대응하여 n번째 걸음마다 측정된 센서값을 특성된 값으로 정규화하여 n번째 걸음에서의 GPS 경도 변화량 및 GPS 위도 변화량을 각각 예측할 수 있다. The first learning model and the second learning model are implemented in the form of a Multi-Layer Perceptron (MLP) algorithm and use Tensor Flow. When the user is walking while sending text messages (texting mode) , In case of walking while making a call (talking mode), in case of walking while shaking a part of the body (swing mode), and in case of walking with a smartphone in a pocket (pocket mode), the nth A sensor value measured for each step is normalized with a characteristic value to estimate a GPS longitude change and a GPS latitude change at the nth step, respectively.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 PDR 측위 장치를 이용한 딥러닝 기반의 PDR 측위 방법에 있어서, 사용자가 소지하고 있는 스마트폰으로부터 건물 외부에서 마지막으로 받은 GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에서 추출한 위치 좌표값을 시작점으로 설정하는 단계, 상기 GPS 신호를 획득한 시점 이후에 사용자가 실내를 걸을 때마다 측정된 센서값을 수신하고, 상기 센서값을 전처리하여 입력데이터를 생성하는 단계, 기 학습된 제1 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 경도 변화량을 예측하고, 제2 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 위도 변화량을 예측하는 단계, 그리고 상기 예측된 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 상기 시작점에 적용하여 사용자의 이동 경로를 측위하는 단계를 포함한다. In addition, according to an embodiment of the present invention, in the deep learning-based PDR positioning method using a PDR positioning device, a GPS signal received last outside a building from a smartphone owned by a user is received, and a position extracted from the GPS signal is received. Setting a coordinate value as a starting point, receiving a sensor value measured whenever a user walks indoors after the GPS signal is acquired, and generating input data by preprocessing the sensor value, and generating input data by pre-processing the sensor value. 1 inputting the input data to a learning model to predict the GPS longitude change, inputting the input data to a second learning model to predict the GPS latitude change, and setting the predicted GPS longitude change and GPS latitude change to the starting point and positioning the user's movement path by applying to .

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 보행자 위치 측위(PDR)에서 가지고 있는 문제점인 센서의 드리프트 문제를 GPS 신호로 보정 받아 센서 드리프트의 축적 오차 영향에 강인하며 더욱 정확한 실내 위치 측위가 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 보폭을 추정하기 위해 별도의 추가 장비가 필요치 않으므로 경제성 있는 보행자 위치 측위(PDR) 시스템을 구현할 수 있다.In this way, according to the embodiment of the present invention, the drift problem of the sensor, which is a problem in the existing pedestrian positioning (PDR), is corrected by the GPS signal, and it is robust to the effect of the accumulated error of the sensor drift and more accurate indoor positioning is possible. . In addition, according to an embodiment of the present invention, an economical pedestrian positioning (PDR) system can be implemented because additional equipment is not required to estimate the stride length.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 사용자가 걸을 때 주로 사용하는 스마트폰 위치(통화 중, 문자 중, 주머니 속 등)에 따라 데이터를 축적함으로써, 다양한 스마트폰 위치에 따라 별도의 계산법을 고려하지 않아도 실내 위치 측위가 가능하고, 기존의 실내 위치 측위에서 사용하는 Wi-Fi 접근점(AP)등의 추가적인 통신 장비가 필요 없어서 재난 환경과 같은 외부 통신이 어려운 상황에서 효과적인 추정이 가능하다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by accumulating data according to the smartphone location (during a call, texting, in a pocket, etc.) that the user mainly uses when walking, separate calculation methods are not considered according to various smartphone locations. Indoor positioning is possible without the need for indoor positioning, and effective estimation is possible in situations where external communication is difficult, such as in a disaster environment, because there is no need for additional communication equipment such as a Wi-Fi access point (AP) used in existing indoor positioning.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치를 이용한 실내에서의 사용자의 위치를 측위하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 보행시 사용자의 보편적인 스마트폰 위치를 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 학습 모델 및 제2 학습모델을 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is a configuration diagram for explaining a deep learning-based PDR positioning device according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for positioning a user's position indoors using a deep learning-based PDR positioning device according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view showing a user's common smartphone location while walking.
4 is a diagram schematically illustrating a first learning model and a second learning model according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification.

이하에서는 도 1을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, a PDR positioning device based on deep learning according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 1 .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치를 설명하기 위한 구성도이다. 1 is a configuration diagram for explaining a deep learning-based PDR positioning device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치(100)는 위치 설정부(110), 데이터 획득부(120), 학습부(130) 및 위치 측위부(140) 및 데이터베이스(150)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the deep learning-based PDR positioning device 100 according to an embodiment of the present invention includes a location setting unit 110, a data acquisition unit 120, a learning unit 130, and a positioning unit ( 140) and a database 150.

먼저, 위치 설정부(110)는 사용자의 위치 측위 시작점을 설정한다. 부연하자면, 위치 설정부(110)는 사용자의 스마트 폰으로부터 GPS신호에서 추출된 위치 좌표값을 수신한다. 이때, GPS 신호는 사용자가 건물 외부에 위치하고 있을 때 마지막으로 수신된 신호를 나타낸다. 그리고, 위치 설정부(110)는 수신된 위치 좌표값을 시작점으로 설정한다. First, the position setting unit 110 sets a user's positioning starting point. To elaborate, the location setting unit 110 receives location coordinate values extracted from GPS signals from the user's smart phone. At this time, the GPS signal represents the last received signal when the user is located outside the building. Then, the location setting unit 110 sets the received location coordinate value as a starting point.

데이터 획득부(120)는 GPS 신호를 수신한 시점 이후에 스마트폰에 내장된 복수의 센서를 통해 측정된 센서값을 수신하고, 수신된 센서값을 전처리하여 입력데이터를 생성한다. The data acquisition unit 120 receives sensor values measured through a plurality of sensors built into the smart phone after receiving the GPS signal, and pre-processes the received sensor values to generate input data.

여기서, 복수의 센서는 가속도 센서, 자이로스코프 센서 및 지자기 센서 중에서 적어도 하나의 센서를 포함하며, 입력데이터는 이전 걸음과 현재 걸음의 GPS 위도 및 경도의 변화량에 따른 스마트폰의 위치 및 방향성을 나타낸다. Here, the plurality of sensors include at least one of an acceleration sensor, a gyroscope sensor, and a geomagnetic sensor, and the input data indicates the location and direction of the smartphone according to the amount of change in GPS latitude and longitude of the previous and current steps.

학습부(130)는 두 개의 학습모델을 구축하고, 구축된 두 개의 학습모델에 복수의 센서를 통해 획득한 센서값과 GPS 신호의 위치 좌표값을 입력하여 각각 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 출력하도록 학습시킨다. The learning unit 130 builds two learning models, inputs sensor values obtained through a plurality of sensors and location coordinate values of GPS signals to the built two learning models, and outputs GPS longitude change and GPS latitude change, respectively. learn to do

부연하자면, 학습부(130)는 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP) 알고리즘 형태로 구현된 제1 모델에 입력데이터를 입력하여 GPS 경도 변화량을 출력하도록 학습시킨다. To elaborate, the learning unit 130 inputs input data to the first model implemented in the form of a Multi-Layer Perceptron (MLP) algorithm and learns to output a GPS longitude variation.

또한, 학습부(130)는 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP) 알고리즘 형태로 구현된 제2 모델에 입력데이터를 입력하여 GPS 위도 변화량을 출력하도록 학습시킨다. In addition, the learning unit 130 inputs input data to a second model implemented in the form of a multi-layer perceptron (MLP) algorithm and learns to output a GPS latitude change amount.

위치 측위부(140)는 제1 모델 및 제2 모델로부터 각각 획득한 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 시작점에 적용하여 사용자의 이동 경로를 측위한다. The positioning unit 140 measures the user's movement path by applying the GPS longitude change and the GPS latitude change respectively obtained from the first model and the second model to the starting point.

마지막으로 데이터베이스(150)는 스마트폰을 이용하여 측정된 센서값과 GPS 신호의 위치 좌표값을 수집한다. 자세히는, 데이터베이스(150)는 사용자가 평상시에 걸을 때마다 스마트폰에 내장된 복수의 센서를 통해 측정된 센서값과 사용자의 위치가 변경됨에 따라 획득한 GPS 위치 좌표값을 수집한다. Finally, the database 150 collects sensor values measured using a smart phone and location coordinate values of GPS signals. In detail, the database 150 collects sensor values measured through a plurality of sensors built into the smart phone whenever the user walks normally and GPS location coordinate values obtained as the user's location changes.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치(100)를 이용하여 실내에서의 사용자의 위치를 측위하는 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method of positioning a user's position indoors using the deep learning-based PDR positioning device 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 .

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치를 이용한 실내에서의 사용자의 위치를 측위하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 보행시 사용자의 보편적인 스마트폰 위치를 나타내는 예시도이다. 2 is a flowchart illustrating a method for positioning a user's location indoors using a deep learning-based PDR positioning device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a user's general smartphone location while walking. is an example

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치(100)는 사용자 걸음에 따라 측정된 센서값과 GPS 위치 좌표값을 수집한다(S210). As shown in FIG. 2 , the deep learning-based PDR positioning device 100 according to an embodiment of the present invention collects sensor values and GPS location coordinate values measured according to user steps (S210).

딥러닝 기반의 PDR 측위 장치(100)는 사용자가 소지하고 있는 스마트폰으로부터 사용자가 걸을 때마다 측정된 센서값과 GPS 위치 좌표값을 획득한다. The deep learning-based PDR positioning device 100 acquires measured sensor values and GPS location coordinate values from a smartphone owned by the user whenever the user walks.

부연하자면, 스마트폰에는 가속도센서, 자이로스코프센서 및 지자기 센서 중에서 적어도 하나의 센서를 포함하므로, 복수의 센서를 이용하여 사용자가 걸을 때 스마트폰의 위치에 따른 모션 정보, 방향성 및 이동 속도 등에 대한 정보를 획득할 수 있다. To elaborate, since the smart phone includes at least one sensor among an accelerometer sensor, a gyroscope sensor, and a geomagnetic sensor, the plurality of sensors are used to provide motion information according to the location of the smartphone, direction, movement speed, etc. can be obtained.

도 3에 도시된 바와 같이, 스마트폰의 위치는 문자를 보내면서 보행하는 경우(texting mode), 통화를 하면서 보행하는 경우(talking mode), 신체 일부를 흔들면서 보행하는 경우(swing mode) 및 주머니에 스마트폰을 넣은 상태로 보행하는 경우(pocket mode) 중에서 어느 하나의 모드에 따라 상이하며, 스마트폰의 위치에 따른 센서값은 각각 상이하게 측정된다. As shown in FIG. 3, the location of the smartphone is when walking while sending a text message (texting mode), when walking while making a call (talking mode), when walking while shaking a part of the body (swing mode), and when walking while making a call (swing mode). It is different according to any one mode among the case of walking with the smartphone in the pocket mode, and the sensor value according to the location of the smartphone is measured differently.

따라서, 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치(100)는 사용자가 A 지점에서 B 지점으로 한 걸음 이동 시에 A 지점과 B 지점에서 각각 획득한 센서값 및GPS 위치좌표값을 수신하고, 수신된 센서값 및 GPS 위치 좌표값을 데이터베이스(150)에 저장한다. Therefore, the deep learning-based PDR positioning device 100 receives sensor values and GPS location coordinate values obtained from points A and B, respectively, when the user moves one step from point A to point B, and receives the received sensor values. And the GPS location coordinate values are stored in the database 150 .

그 다음, 학습부(130)는 데이터베이스(150)에 저장된 센서값과 GPS 위치 좌표값을 이용하여 제1 학습 모델과 제2 학습모델을 학습시킨다(S220). Next, the learning unit 130 learns the first learning model and the second learning model using the sensor values and GPS location coordinate values stored in the database 150 (S220).

부연하자면, 학습부(130)는 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP) 알고리즘 형태로 구현된 제1 학습 모델과 제2 학습모델을 구축한다. To elaborate, the learning unit 130 builds a first learning model and a second learning model implemented in the form of a multi-layer perceptron (MLP) algorithm.

다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP)은 입력층과 출력층 사이에 하나 이상의 중간층을 포함하는 신경망의 구조를 가지는 것으로, 입력층에서 전달되는 값은 은닉층을 통하여 출력층으로 전달된다. 이때, 다층 퍼셉트론(MLP)는 출력층을 통해 출력된 결과값과 실제값을 비교하여 결과값과 실제값 사이의 오류를 최소화하는 가중치값을 결정하여 적용한다. 그리고, 다층 퍼셉트론(MLP)는 출력층의 결과값과 실제값 사이의 오차가 허용 이내 범위에 해당하면 학습은 종료한다. A multi-layer perceptron (MLP) has a structure of a neural network including one or more intermediate layers between an input layer and an output layer, and values transmitted from the input layer are transmitted to the output layer through the hidden layer. At this time, the multi-layer perceptron (MLP) compares the result value output through the output layer with the actual value, determines and applies a weight value that minimizes an error between the result value and the actual value. And, in the multi-layer perceptron (MLP), learning ends when the error between the result value of the output layer and the actual value falls within the allowable range.

따라서, 학습부(130)는 데이터베이스(150)에 저장된 센서값을 전처리하여 획득한 입력데이터를 제1 학습모델에 입력하고, 제 1학습 모델을 통해 GPS 경도 변화량을 획득한다. 그리고, 학습부(130)는 제 1학습 모델을 통해 획득한 GPS 경도 변화량과 데이터베이스에 저장된 GPS 위치 좌표값을 비교한 다음, GPS 경도 변화량과 데이터베이스에 저장된 GPS 위치 좌표값의 오차가 허용 이내 범위에 해당할 때까지 반복적하여 지도 학습시킨다. Accordingly, the learning unit 130 inputs the input data obtained by preprocessing the sensor values stored in the database 150 to the first learning model, and acquires the GPS longitude change through the first learning model. Then, the learning unit 130 compares the GPS longitude change obtained through the first learning model with the GPS position coordinate value stored in the database, and then determines that the error between the GPS longitude change and the GPS position coordinate value stored in the database is within the allowable range. Iteratively learns the map until it is relevant.

또한, 학습부(130)는 데이터베이스(150)에 저장된 센서값을 전처리하여 획득한 입력데이터를 제2 학습모델에 입력하고, 제 2학습 모델을 통해 GPS 위도 변화량을 획득한다. 그리고, 학습부(130)는 제 2학습 모델을 통해 획득한 GPS 위도 변화량과 데이터베이스에 저장된 GPS 위치 좌표값을 비교한 다음, GPS 위도 변화량과 데이터베이스에 저장된 GPS 위치 좌표값의 오차가 허용 이내 범위에 해당할 때까지 반복적하여 지도 학습시킨다. In addition, the learning unit 130 inputs the input data obtained by preprocessing the sensor values stored in the database 150 to the second learning model, and acquires the GPS latitude change through the second learning model. Then, the learning unit 130 compares the GPS latitude change amount obtained through the second learning model with the GPS location coordinate value stored in the database, and then the error between the GPS latitude change amount and the GPS location coordinate value stored in the database falls within the allowable range. Iteratively learns the map until it is relevant.

여기서, 제1 학습 모델과 제2 학습 모델에 입력되는 입력 데이터는 가속도의 변화량, 가속도 크기 총합의 평균량, 지자기 값 및 자이로스코프의 변화량 중에서 적어도 하나를 포함한다. Here, the input data input to the first learning model and the second learning model includes at least one of an acceleration change amount, an average amount of a total amount of acceleration magnitude, a geomagnetic value, and a gyroscope change amount.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 학습 모델 및 제2 학습모델을 개략적으로 나타낸 도면이다. 4 is a diagram schematically illustrating a first learning model and a second learning model according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제1 학습 모델과 제2 학습모델은 텐서플로(Tensor Flow)를 이용하여 구현된다. 이를 다시 설명하면, 데이터베이스(150)에 저장된 센서값은 각각 상이한 측정 단위로 표현된다. 그러므로 도 4에 도시된 바와 같이, 학습부(130)는 검은색으로 표시된 Mul 및 Add 레이어와 같이 배치 정규화 레이어층(batch normalization layer)을 제공하고, 제공된 배치 정규화 레이어층을 이용하여 n번째 걸음마다 측정된 센서값을 특성된 값으로 정규화한다. As shown in FIG. 4 , the first learning model and the second learning model according to an embodiment of the present invention are implemented using Tensor Flow. To explain this again, the sensor values stored in the database 150 are expressed in different measurement units. Therefore, as shown in FIG. 4, the learning unit 130 provides a batch normalization layer such as the Mul and Add layers shown in black, and uses the provided batch normalization layer for every nth step. The measured sensor values are normalized to the characterized values.

S220단계가 완료된 상태에서 실내에 진입한 사용자의 위치를 추정할 경우, 위치 설정부(110)는 사용자의 스마트폰으로부터 수신된 GPS 신호를 이용하여 시작점을 설정한다(S230).When estimating the location of the user who has entered the room after step S220 is completed, the location setting unit 110 sets a starting point using the GPS signal received from the user's smartphone (S230).

사용자가 실내에 진입하게 되면, 사용자가 소지하고 있는 스마트폰은 더 이상 GPS를 통해 사용자의 위치 좌표값을 획득할 수 없다. 따라서, 위치 설정부(110)는 스마트폰으로부터 건물 외부에서 마지막으로 수신한 GPS 신호를 수신하고, 수신된 GPS 신호로부터 획득한 위치 좌표값을 시작점으로 설정한다. When the user enters the room, the user's smart phone can no longer acquire the user's location coordinates through GPS. Therefore, the location setting unit 110 receives the last GPS signal received outside the building from the smartphone, and sets the location coordinate value obtained from the received GPS signal as a starting point.

그 다음, 데이터 획득부(120)는 스마트폰에 내장된 복수의 센서를 통해 측정된 센서값을 전처리하여 입력 데이터를 획득한다(S240). Next, the data acquisition unit 120 obtains input data by pre-processing sensor values measured through a plurality of sensors built into the smart phone (S240).

부연하자면, 데이터 획득부(120)는 마지막 GPS 신호를 수신한 시점 이후에 발생되는 센서값을 수신한다. 그리고, 데이터 획득부(120)는 수신된 센서값을 전처리하여 측위에 사용가능한 데이터로 재구성된 입력데이터를 획득한다. In other words, the data acquisition unit 120 receives a sensor value generated after receiving the last GPS signal. Then, the data acquisition unit 120 obtains input data reconstructed into data usable for positioning by pre-processing the received sensor values.

여기서 입력데이터는 가속도의 변화량, 가속도 크기 총합의 평균량, 지자기 값 및 자이로스코프의 변화량 중에서 적어도 하나를 포함한다. Here, the input data includes at least one of a change amount of acceleration, an average amount of the total amount of acceleration, a geomagnetic value, and a change amount of a gyroscope.

이를 더욱 상세하게 설명하면, 사용자가 A 지점에서 B지점으로 한걸음 이동하면, 스마트폰에 내장된 복수의 센서는 가속도, 자이로스코프 및 지자기 중에서 적어도 하나의 센서값을 획득하고, 획득한 센서값을 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치(100)에 전달한다. To explain this in more detail, when the user moves one step from point A to point B, a plurality of sensors built into the smartphone acquire at least one sensor value from among acceleration, gyroscope, and geomagnetism, and the acquired sensor value is stored in the dipstick. It is delivered to the running-based PDR positioning device 100.

그러면, 데이터 획득부(120)는 사용자의 보폭에 따른 가속도 변화량 및 가속도 크기의 평균량을 획득하고, 사용자의 이동 방향을 나타내는 지자기 값 및 자이로스코프의 변화량을 획득한다. Then, the data acquisition unit 120 obtains an average amount of acceleration change according to the user's step length and acceleration magnitude, and obtains a geomagnetic value indicating the user's moving direction and a change amount of the gyroscope.

그 다음, 위치 측위부(140)는 획득한 가속도 변화량, 가속도 크기의 평균량, 지자기 값 및 자이로스코프의 변화량을 포함하는 입력데이터를 학습이 완료된 제1 학습 모델과 제2 학습 모델에 각각 입력하여 제1 학습 모델 및 제2 학습 모델로부터 GPS 경도 변화량 및 GPS 위도 변화량을 획득한다(S250).Next, the positioning unit 140 inputs the input data including the acquired acceleration change amount, the average amount of acceleration magnitude, the geomagnetism value, and the change amount of the gyroscope to the first learning model and the second learning model where learning has been completed, respectively. A GPS longitude change and a GPS latitude change are obtained from the first learning model and the second learning model (S250).

한편, 일반적으로 GPS 신호에 따른 위도 좌표값 및 경도 좌표값은 소수점을 이용하여 나타낸다. 소수점자리까지 표시되는 위도 좌표값 및 경도 좌표값을 이용하여 사용자가 한 걸음 이동함에 따라 측정된 위도 변화량 및 경도 변화량은 그 차이가 너무 미비하여 사용자의 위치를 측위하는데 어려운 문제점이 있었다. Meanwhile, in general, latitude coordinate values and longitude coordinate values according to GPS signals are expressed using decimal points. Using latitude coordinates and longitude coordinates displayed to decimal places, the latitude change and longitude change measured as the user moves one step have too insignificant differences, making it difficult to locate the user's location.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 하기의 수학식 4를 이용하여 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 초(Seconds)의 단위로 표시한다. Therefore, in an embodiment of the present invention, the GPS longitude change and the GPS latitude change are displayed in units of seconds using Equation 4 below.

여기서, Degree는 도, Minutes는 분, 및 C는 GPS 좌표값을 나타내고, cut()은 소수점 이하 버림을 나타낸다. Here, Degree denotes degrees, Minutes denotes minutes, and C denotes a GPS coordinate value, and cut() denotes truncating decimal places.

그 다음, 위치 측위부(140)는 제1 학습 모델로부터 예측된 GPS 경도 변화량과 제2 학습 모델로부터 예측된 GPS 위도 변화량을 시작점에 적용하여 사용자의 이동 경로를 측위한다(S260).Next, the positioning unit 140 determines the user's moving path by applying the GPS latitude change predicted from the first learning model and the GPS latitude change predicted from the second learning model to the starting point (S260).

예를 들어, 사용자의 시작점에 해당하는 GPS 위치 좌표값이 37° 29' 45.6"N, 126° 57' 20.6"E이고, 제1 학습 모델로부터 예측된 GPS 경도 변화량은 +1초(+1")이고, 제2 학습 모델로부터 예측된 GPS 위도 변화량은 +1초(+1")이라고 가정한다. For example, if the GPS location coordinate values corresponding to the user's starting point are 37° 29' 45.6"N, 126° 57' 20.6"E, and the GPS longitude change predicted from the first learning model is +1 second (+1" ), and the GPS latitude change amount predicted from the second learning model is +1 second (+1").

그러면, 위치 측위부(140)는 제1 학습 모델 및 제2 학습 모델로부터 예측된 변화량만큼 보정하여 현재 사용자의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 즉, 위치 측위부(140)는 획득한 위치 좌표 및 센서값 이용하여 사용자의 이동 거리 및 방향각을 예측할 수 있으므로 실내에서의 사용자 이동 경로를 측위할 수 있다. Then, the location positioning unit 140 may acquire the location coordinates of the current user by correcting the change amount predicted from the first learning model and the second learning model. That is, since the positioning unit 140 can estimate the user's moving distance and direction angle using the acquired positional coordinates and sensor values, it is possible to position the user's moving path indoors.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치는 기존의 보행자 위치 측위(PDR)에서 가지고 있는 문제점인 센서의 드리프트 문제를 GPS 신호로 보정 받아 센서 드리프트의 축적 오차 영향에 강인하며 더욱 정확한 실내 위치 측위가 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 보폭을 추정하기 위해 별도의 추가 장비가 필요치 않으므로 경제성 있는 보행자 위치 측위(PDR) 시스템을 구현할 수 있다.In this way, the deep learning-based PDR positioning device according to an embodiment of the present invention is robust against the influence of sensor drift accumulation error by correcting the drift problem of the sensor, which is a problem in existing pedestrian positioning (PDR), with a GPS signal. Accurate indoor positioning is possible. In addition, according to an embodiment of the present invention, an economical pedestrian positioning (PDR) system can be implemented because additional equipment is not required to estimate the stride length.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치는 사용자가 걸을 때 주로 사용하는 스마트폰 위치(통화 중, 문자 중, 주머니 속 등)에 따라 데이터를 축적함으로써, 다양한 스마트폰 위치에 따라 별도의 계산법을 고려하지 않아도 실내 위치 측위가 가능하고, 기존의 실내 위치 측위에서 사용하는 Wi-Fi 접근점(AP)등의 추가적인 통신 장비가 필요 없어서 재난 환경과 같은 외부 통신이 어려운 상황에서 효과적인 추정이 가능하다.In addition, the deep learning-based PDR positioning device according to an embodiment of the present invention accumulates data according to the smartphone location (during a call, texting, in a pocket, etc.) that the user mainly uses when walking, thereby determining various smartphone locations. Therefore, indoor positioning is possible without considering a separate calculation method, and additional communication equipment such as a Wi-Fi access point (AP) used in existing indoor positioning is not required, so it is effective in situations where external communication is difficult, such as in a disaster environment. it is possible to estimate

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims below.

100: PDR 측위 장치
110 : 위치 설정부
120 : 데이터 획득부
130 : 학습부
140 : 위치 측위부
150 : 데이터베이스
100: PDR positioning device
110: position setting unit
120: data acquisition unit
130: learning unit
140: positioning unit
150: database

Claims (10)

스마트폰의 다중 센서 및 GPS 위치신호를 이용한 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치에 있어서,
사용자가 소지하고 있는 스마트폰으로부터 건물 외부에서 마지막으로 받은 GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에서 추출한 위치 좌표값을 시작점으로 설정하는 위치 설정부,
상기 GPS 신호를 획득한 시점 이후에 사용자가 실내를 걸을 때마다 측정된 센서값을 수신하고, 상기 센서값을 전처리하여 입력데이터를 생성하는 데이터 획득부,
기 학습된 제1 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 경도 변화량을 예측하고, 제2 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 위도 변화량을 예측하는 학습부, 그리고
상기 예측된 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 상기 시작점에 적용하여 사용자의 이동 경로를 측위하는 위치 측위부를 포함하며,
상기 제1 학습 모델 및 제2 학습 모델은,
다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP) 알고리즘 형태로 구현되고, 텐서플로(Tensor Flow)를 이용하여 사용자가 문자를 보내면서 보행하는 경우(texting mode), 통화를 하면서 보행하는 경우(talking mode), 신체 일부를 흔들면서 보행하는 경우(swing mode) 및 주머니에 스마트폰을 넣은 상태로 보행하는 경우(pocket mode) 중에서 어느 하나의 모드에 대응하여 n번째 걸음마다 측정된 센서값을 특성된 값으로 정규화하여 n번째 걸음에서의 GPS 경도 변화량 및 GPS 위도 변화량을 각각 예측하는 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치.
In the deep learning-based PDR positioning device using multiple sensors and GPS location signals of a smartphone,
A location setting unit that receives the GPS signal last received outside the building from a smartphone owned by the user and sets the location coordinate value extracted from the GPS signal as a starting point;
a data acquiring unit receiving a sensor value measured whenever a user walks indoors after the point in time at which the GPS signal is acquired, and generating input data by pre-processing the sensor value;
A learning unit that inputs the input data into a first learning model that has been previously learned to predict a GPS longitude change amount, and inputs the input data to a second learning model to predict a GPS latitude change amount; and
A location positioning unit for locating a user's moving path by applying the predicted GPS longitude change and GPS latitude change to the starting point;
The first learning model and the second learning model,
Implemented in the form of a Multi-Layer Perceptron (MLP) algorithm, using Tensor Flow, when a user walks while sending text messages (texting mode), when walking while talking on the phone (talking mode), In response to either mode of walking while shaking a part of the body (swing mode) or walking with a smartphone in the pocket (pocket mode), the sensor value measured at every n-th step is normalized to a characteristic value A deep learning-based PDR positioning device that predicts the change in GPS longitude and the change in GPS latitude at the n-th step, respectively.
제1항에 있어서,
스마트폰에 설치된 가속도, 자이로스코프 및 지자기 중에서 적어도 하나의 센서를 이용하여 획득한 센서값과 GPS 신호의 위치 좌표값을 수집하여 저장하는 데이터베이스를 더 포함하고,
상기 학습부는,
상기 데이터베이스에 저장된 센서값을 전처리하여 이전 걸음과 현재 걸음의 GPS 위도 및 경도의 변화량에 따른 스마트폰의 위치 및 방향성을 나타내는 입력 데이터를 획득하고, 획득한 입력데이터를 제1 학습 모델 및 제2 학습모델에 입력하여, 상기 제1 학습 모델을 통해 GPS 경도 변화량을 출력하도록 하고, 상기 제2 학습모델을 통해 GPS 위도 변화량을 출력하도록 학습시키는 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치.
According to claim 1,
Further comprising a database for collecting and storing sensor values obtained using at least one sensor among acceleration, gyroscope, and geomagnetism installed in the smartphone and position coordinate values of GPS signals,
The learning unit,
The sensor values stored in the database are pre-processed to obtain input data representing the position and direction of the smartphone according to the change in GPS latitude and longitude of the previous and current steps, and the obtained input data are used for first learning model and second learning A deep learning-based PDR positioning device for learning to output a GPS longitude change through the first learning model and output a GPS latitude change through the second learning model by inputting the input to the model.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 입력 데이터는,
가속도의 변화량, 가속도 크기 총합의 평균량, 지자기 값 및 자이로스코프의 변화량 중에서 적어도 하나를 포함하는 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치.
According to claim 1 or 2,
The input data is
A deep learning-based PDR positioning device including at least one of an acceleration change amount, an average amount of a total amount of acceleration magnitude, a geomagnetic value, and a gyroscope change amount.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 예측된 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 적용하여 추정된 사용자의 현재 GPS 좌표값은,
하기의 수학식을 이용하여 초(Seconds)의 단위로 표시되는 딥러닝 기반의 PDR 측위 장치.

(여기서, Degree는 도, Minutes는 분, 및 C는 GPS 좌표값을 나타내고, cut()은 소수점 이하 버림을 나타낸다.)
According to claim 1 or 2,
The user's current GPS coordinate value estimated by applying the predicted GPS longitude change and GPS latitude change,
Deep learning-based PDR positioning device displayed in units of seconds using the following equation.

(Where Degree is degrees, Minutes is minutes, and C indicates GPS coordinate values, and cut() indicates rounding off decimal places.)
삭제delete PDR 측위 장치를 이용한 딥러닝 기반의 PDR 측위 방법에 있어서,
사용자가 소지하고 있는 스마트폰으로부터 건물 외부에서 마지막으로 받은 GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에서 추출한 위치 좌표값을 시작점으로 설정하는 단계,
상기 GPS 신호를 획득한 시점 이후에 사용자가 실내를 걸을 때마다 측정된 센서값을 수신하고, 상기 센서값을 전처리하여 입력데이터를 생성하는 단계,
기 학습된 제1 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 경도 변화량을 예측하고, 제2 학습 모델에 상기 입력데이터를 입력하여 GPS 위도 변화량을 예측하는 단계, 그리고
상기 예측된 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 상기 시작점에 적용하여 사용자의 이동 경로를 측위하는 단계를 포함하며,
상기 제1 학습 모델 및 제2 학습 모델은,
다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP) 알고리즘 형태로 구현되고, 텐서플로(Tensor Flow)를 이용하여 문자보내기 모드(texting), 말하기 모드(talk), 스윙 모드(swing mode) 및 포켓 모드(poket mode) 중에서 어느 하나의 모드에 대응하여 n번째 걸음마다 측정된 센서값을 특성된 값으로 정규화하여 n번째 걸음에서의 GPS 경도 변화량 및 위도 변화량을 예측하는 딥러닝 기반의 PDR 측위 방법.
In the deep learning-based PDR positioning method using the PDR positioning device,
Receiving a GPS signal last received outside the building from a smartphone possessed by a user, and setting a location coordinate value extracted from the GPS signal as a starting point;
Receiving a sensor value measured whenever a user walks indoors after the point in time at which the GPS signal is acquired, and generating input data by pre-processing the sensor value;
predicting a GPS longitude change by inputting the input data to a first learning model that has been previously learned, and predicting a GPS latitude change by inputting the input data to a second learning model; and
Positioning a user's movement path by applying the predicted GPS longitude change and GPS latitude change to the starting point;
The first learning model and the second learning model,
Implemented in the form of a Multi-Layer Perceptron (MLP) algorithm, using Tensor Flow, texting mode, talk mode, swing mode, and pocket mode ), a deep learning-based PDR positioning method that predicts GPS longitude change and latitude change at the n-th step by normalizing the sensor value measured at every n-th step to a characteristic value corresponding to any one of the modes.
제6항에 있어서,
스마트폰에 포함된 가속, 자이로스코프 및 지자기 중에서 적어도 하나의 센서를 이용하여 획득한 센서값과 GPS 신호의 위치 좌표값을 수집하는 단계, 그리고
상기 센서값을 전처리하여 이전 걸음과 현재 걸음의 GPS 위도 및 경도의 변화량에 따른 스마트폰의 위치 및 방향성을 나타내는 입력 데이터를 획득하고, 획득한 입력데이터를 제1 학습 모델 및 제2 학습모델에 입력하여, 상기 제1 학습 모델을 통해 GPS 경도 변화량을 출력하도록 하고, 상기 제2 학습모델을 통해 GPS 위도 변화량을 출력하도록 학습시키는 단계를 더 포함하는 딥러닝 기반의 PDR 측위 방법.
According to claim 6,
Collecting sensor values obtained using at least one sensor among acceleration, gyroscope, and geomagnetism included in the smartphone and position coordinate values of GPS signals, and
The sensor values are preprocessed to obtain input data representing the position and direction of the smartphone according to the change in GPS latitude and longitude between the previous and current steps, and input the obtained input data to the first learning model and the second learning model. and learning to output a GPS longitude change through the first learning model and output a GPS latitude change through the second learning model.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 입력 데이터는,
가속도의 변화량, 가속도 크기 총합의 평균량, 지자기 값 및 자이로스코프의 변화량 중에서 적어도 하나를 포함하는 딥러닝 기반의 PDR 측위 방법.
According to claim 6 or 7,
The input data is
A deep learning-based PDR positioning method including at least one of a change in acceleration, an average amount of the total amount of acceleration, a geomagnetic value, and a change in a gyroscope.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 예측된 GPS 경도 변화량과 GPS 위도 변화량을 적용하여 추정된 사용자의 현재 GPS 좌표값은,
하기의 수학식을 이용하여 초(Seconds)의 단위로 표시되는 딥러닝 기반의 PDR 측위 방법.

(여기서, Degree는 도, Minutes는 분, 및 C는 GPS 좌표값을 나타내고, cut()은 소수점 이하 버림을 나타낸다.)
According to claim 6 or 7,
The user's current GPS coordinate value estimated by applying the predicted GPS longitude change and GPS latitude change,
Deep learning-based PDR positioning method expressed in units of seconds using the following equation.

(Where Degree is degrees, Minutes is minutes, and C indicates GPS coordinate values, and cut() indicates rounding off decimal places.)
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