KR102583899B1 - Apparatus and method for indoor positioning of pedestrians - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 IMU 이동 추정부, 다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 거리 정보 획득부, 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 로컬 위치 추정부 및 다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 글로벌 위치 추정부를 포함하여, 실내에서 사용자의 위치와 이동 궤적을 정확하게 추정할 수 있을 뿐만 아니라 측정 오차가 존재하는 경우에도 정확한 위치와 이동 궤적을 추정할 수 있는 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법을 제공한다.The present invention includes an IMU movement estimation unit that determines the pedestrian movement pattern based on a sensing signal that detects the pedestrian's steps and rotation angles, and transmits and receives wireless signals to multiple APs to measure the distance to each of the multiple APs at each step. A distance information acquisition unit that measures in a designated manner, sets a number of local coordinate systems with the location of each of the multiple APs as the origin, and uses the pedestrian movement pattern and the measured distance to each of the multiple APs on the multiple local coordinate systems. Based on the acquired local movement trajectory, the bias generated by NLOS is calculated from the stride length and measured distance according to the pedestrian's steps, and the local position determines the initial local step position of the local movement trajectory based on the calculated stride length and bias. Including an estimation unit and a global position estimation unit that converts the local movement trajectory obtained in each of a plurality of local coordinate systems into a movement trajectory in the global coordinate system to obtain the pedestrian movement trajectory in the global coordinate system, accurately determining the user's location and movement trajectory indoors. We provide a pedestrian indoor location positioning device and method that can not only estimate but also estimate the exact location and movement trajectory even when measurement errors exist.

Description

보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법{Apparatus and method for indoor positioning of pedestrians}Apparatus and method for indoor positioning of pedestrians}

본 발명은 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법에 관한 것으로, 무선 신호와 관성 측정 센서를 활용한 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for indoor positioning of pedestrians, and to an apparatus and method for indoor positioning of pedestrians using wireless signals and inertial measurement sensors.

측위(positioning)라고도 하는 보행자 위치 추측(Pedestrian Dead reckoning) 기술은 사용자의 현재 환경에 적절한 다양한 서비스를 제공할 수 있는 정보를 획득하는 점에서 현대 스마트 시티 등에서 그 중요성이 더욱 증가하고 있다. 특히 최근에는 사용자의 현재 위치에 대한 측위뿐만 아니라 사용자 이동 궤적(user mobility trajectory)을 정확하게 감지할 수 있는 측위 기법이 요구되고 있다.Pedestrian dead reckoning technology, also known as positioning, is increasingly important in modern smart cities in that it obtains information that can provide various services appropriate to the user's current environment. In particular, recently, there has been a demand for a positioning technique that can accurately detect not only the user's current location but also the user's mobility trajectory.

기존에도 보행자 위치 추측 기술에는 GPS(Global Positioning System)를 이용하는 방식, 무선 신호를 이용하는 방식 및 각종 센서를 이용하는 방식 등과 같이 다양한 방식이 제안되었다. 다만 이와 같은 기존의 보행자 위치 추측 기술은 대부분 실외 환경에서의 위치 추측에 중점을 두고 있어, 실내 환경에서는 보행자의 정확한 위치를 추측하기 어렵다는 한계가 있다.Previously, various methods were proposed for pedestrian location estimation technology, such as using GPS (Global Positioning System), using wireless signals, and using various sensors. However, most of these existing pedestrian location estimation technologies focus on guessing the location in an outdoor environment, and have the limitation that it is difficult to estimate the exact location of a pedestrian in an indoor environment.

GPS 방식의 경우, 기본적으로 위성 신호를 이용해야 하므로 위성 신호가 수신되기 어려운 실내 환경에서는 이용될 수 없을 뿐만 아니라 오차 범위가 매우 크다는 문제가 있다. 무선 신호를 이용하는 방식은 다수의 액세스 포인트(Access Point: 이하 AP)와 보행자가 보유한 단말(User Equipment: 이하 UE) 사이의 무선 신호의 수신 신호 세기(Received Signal Strength: RSS) 또는 왕복시간(Round-Trip Time: 이하 RTT)을 측정하여, 판별되는 각 AP로부터 UE 까지의 거리를 기반으로 보행자의 위치를 판별한다. 그러나 실내 환경에서는 무선 신호가 가시선(Line Of Sight: 이하 LOS) 뿐만 아니라 비가시선(Non-Line Of Sight: 이하 NLOS) 경로를 통해서도 수신되므로 정확한 측위가 어렵다는 한계가 있다. 특히 다수의 AP의 위치가 밀집되어 있거나 UE에 대해 유사한 방향에 위치한다면 더욱 측위가 어렵다는 문제가 있다. 또한 각종 센서를 이용하는 경우에도 실내 환경에서는 다양한 주변 요인에 의해 방향 추정에 오차가 발생하게 된다. 현재 이동 방향 추정에는 자기장 센서가 주로 이용되고 있으나, 실내에서는 자기장이 왜곡되는 경우가 빈번하게 발생하며, 이로 인해, 정확한 측위가 어렵다는 한계가 있다.In the case of the GPS method, since satellite signals must be used, not only can it not be used in indoor environments where it is difficult to receive satellite signals, but there is a problem that the error range is very large. The method of using wireless signals is based on the received signal strength (RSS) or round-trip time (Round-trip time) of the wireless signals between multiple access points (APs) and user equipment (UEs) held by pedestrians. Trip Time (hereinafter referred to as RTT) is measured to determine the location of the pedestrian based on the distance from each identified AP to the UE. However, in indoor environments, wireless signals are received not only through line-of-sight (LOS) but also through non-line-of-sight (NLOS), so accurate positioning is difficult. In particular, there is a problem that positioning becomes more difficult if the locations of multiple APs are densely located or are located in a similar direction to the UE. Additionally, even when using various sensors, errors in direction estimation occur in indoor environments due to various surrounding factors. Currently, magnetic field sensors are mainly used to estimate movement direction, but magnetic fields are frequently distorted indoors, which has the limitation of making accurate positioning difficult.

한국 등록 특허 제10-1622536호 (2016.05.13 등록)Korea Registered Patent No. 10-1622536 (registered on May 13, 2016)

본 발명의 목적은 실내에서 보행자의 이동 궤적을 정확하게 추정할 수 있는 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법을 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to provide an indoor location positioning device and method for pedestrians that can accurately estimate the movement trajectory of pedestrians indoors.

본 발명의 다른 목적은 측정 오차가 발생하는 경우에도, 보행자의 위치 및 이동 궤적을 정확하게 추정할 수 있는 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an indoor location positioning device and method for pedestrians that can accurately estimate the location and movement trajectory of pedestrians even when measurement errors occur.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치는 보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 IMU 이동 추정부; 다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 거리 정보 획득부; 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 상기 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 로컬 위치 추정부; 및 다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 글로벌 위치 추정부를 포함한다.In order to achieve the above object, a pedestrian indoor location positioning device according to an embodiment of the present invention includes an IMU movement estimation unit that determines a pedestrian movement pattern based on a sensing signal that detects the pedestrian's steps and rotation angles; a distance information acquisition unit that transmits and receives wireless signals to and from multiple APs and measures the distance to each of the multiple APs in a predetermined manner at each step; Set a plurality of local coordinate systems with the location of each of the plurality of APs as the origin, and based on the local movement trajectory obtained using the pedestrian movement pattern and the measured distance to each of the plurality of APs on the plurality of local coordinate systems. a local position estimation unit that calculates a bias caused by NLOS from the stride length and measured distance according to the pedestrian's steps, and determines an initial local step position of the local movement trajectory based on the calculated stride length and bias; and a global position estimation unit that converts the local movement trajectory obtained in each of the plurality of local coordinate systems into a movement trajectory in the global coordinate system to obtain the pedestrian movement trajectory in the global coordinate system.

상기 IMU 이동 추정부는 보행자의 스텝에 따른 상하 가속도를 감지하여 가속도 신호를 생성하는 가속도 센서; 보행자의 회전 각도에 따른 자이로 신호를 생성하는 자이로 센서; 및 상기 센싱 신호로서 상기 가속도 신호와 상기 자이로 신호를 인가받아 보행자의 스텝 및 각 스텝에서의 방향 전환을 분석하여 상기 보행자 이동 패턴을 획득하는 이동 패턴 추정부를 포함할 수 있다.The IMU movement estimation unit includes an acceleration sensor that detects vertical acceleration according to the steps of the pedestrian and generates an acceleration signal; A gyro sensor that generates a gyro signal according to the pedestrian's rotation angle; And it may include a movement pattern estimation unit that receives the acceleration signal and the gyro signal as the sensing signal and analyzes the pedestrian's steps and direction changes at each step to obtain the pedestrian's movement pattern.

상기 로컬 위치 추정부는 상기 다수의 AP와의 거리를 기반으로 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하고, 상기 보행자 이동 패턴의 초기 스텝 위치(p1)에서의 이동 방향을 좌표계의 제1축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하여, 상기 보행자 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환하는 로컬 좌표계 변환부; 상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지에 따라 구분하여 상기 보폭과 상기 바이어스를 계산하는 궤적 추정부; 및 계산된 상기 보폭과 상기 바이어스를 기반으로 로컬 좌표계에서 초기 로컬 스텝 위치를 결정하는 로컬 초기 위치 계산부를 포함할 수 있다.The local location estimation unit sets the location of each of the plurality of APs as an origin based on the distance to the plurality of APs, and uses the movement direction at the initial step position (p 1 ) of the pedestrian movement pattern as the first axis of the coordinate system. a local coordinate system conversion unit that sets a plurality of local coordinate systems and converts the pedestrian movement pattern into a local movement trajectory of the local coordinate system; a trajectory estimation unit that calculates the stride length and the bias by distinguishing the local movement trajectory depending on whether it is a linear movement trajectory or a non-linear movement trajectory; and a local initial position calculation unit that determines an initial local step position in a local coordinate system based on the calculated stride length and the bias.

상기 궤적 추정부는 상기 로컬 이동 궤적의 다수의 로컬 스텝 위치 중 대응하는 AP의 위치로부터 기지정된 문턱 거리 이내에 위치하는 스텝 위치의 스탭을 AP 인접 로컬 스텝으로 선택하는 로컬 스텝 선택부; 상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적이면, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하고, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하는 직선 궤적 추정부; 및 상기 로컬 이동 궤적이 비직선 이동 궤적이면, 로컬 좌표계에 대응하는 AP로부터 초기 로컬 스텝 위치까지의 거리와 로컬 좌표계의 제1축으로부터 초기 로컬 스텝 위치 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도를 설정하고, 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하며, 추정된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 비직선 궤적 추정부를 포함할 수 있다.The trajectory estimation unit includes a local step selection unit that selects a step of a step position located within a predetermined threshold distance from the position of the corresponding AP among a plurality of local step positions of the local movement trajectory as a local step adjacent to the AP; If the local movement trajectory is a straight movement trajectory, two different random steps are selected in various combinations from the local steps adjacent to the AP, and the distance difference from the corresponding AP in the selected step and the distance difference between the corresponding AP and the remaining steps are calculated. a straight line trajectory estimation unit that estimates the stride length and bias according to the straight line movement trajectory in the local coordinate system based on the straight line trajectory; And if the local movement trajectory is a non-linear movement trajectory, setting an initial local angle that is the distance from the AP corresponding to the local coordinate system to the initial local step position and the angle from the first axis of the local coordinate system to the initial local step position direction, Two different random steps are selected in various combinations from the local steps adjacent to the AP, and a linear movement trajectory is formed in the local coordinate system based on the distance difference between the AP and the corresponding AP in the selected step and the distance difference between the corresponding AP and the remaining steps. It may include a non-linear trajectory estimation unit that estimates the stride length and bias according to the step length and calculates and obtains the initial local angle based on the estimated stride length and bias.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 방법은 보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 단계; 다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 단계; 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 상기 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 단계; 및 다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 단계를 포함한다.A pedestrian indoor location positioning method according to another embodiment of the present invention for achieving the above object includes determining a pedestrian movement pattern based on a sensing signal that detects the pedestrian's steps and rotation angles; Transmitting and receiving wireless signals with multiple APs and measuring the distance to each of the multiple APs in a predetermined manner at each step; Set a plurality of local coordinate systems with the location of each of the plurality of APs as the origin, and based on the local movement trajectory obtained using the pedestrian movement pattern and the measured distance to each of the plurality of APs on the plurality of local coordinate systems. Calculating a bias generated by NLOS from the stride length and measured distance according to the step of the pedestrian, and determining an initial local step position of the local movement trajectory based on the calculated stride length and bias; and converting the local movement trajectory obtained in each of the plurality of local coordinate systems into a movement trajectory in the global coordinate system to obtain the pedestrian movement trajectory in the global coordinate system.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법은 주변 요소로 인해 오류가 발생할 가능성이 높은 실내 환경에서 다수의 AP와의 무선 신호와 관성 측정 센서를 활용하여 사용자의 위치와 이동 궤적을 정확하게 추정할 수 있을 뿐만 아니라 측정 오차가 존재하는 경우에도 정확한 위치와 이동 궤적을 추정할 수 있다.Therefore, the pedestrian indoor location positioning device and method according to an embodiment of the present invention utilizes wireless signals and inertial measurement sensors with multiple APs in an indoor environment where errors are likely to occur due to surrounding factors to determine the user's location and movement trajectory. Not only can it be accurately estimated, but it is also possible to estimate the exact location and movement trajectory even when measurement errors exist.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 시스템의 개략적 구성를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치의 개략적 구조를 나타낸다.
도 3은 IMU 이동 추적부가 IMU 센서를 이용하여 보행자 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호의 일 예를 나타낸다.
도 4는 도3의 IMU 센서를 이용하여 추정한 보행자의 이동 궤적의 일 예를 나타낸다.
도 5는 도 1의 로컬 위치 추정부의 상세 구성의 일 예를 나타낸다.
도 6은 로컬 좌표계로 변환된 로컬 이동 궤적의 일 예를 나타낸다.
도 7은 글로벌 위치 추정부가 직선 이동 궤적에서 초기 위치와 초기 이동 방향을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 방법을 나타낸다.
Figure 1 shows a schematic configuration of a pedestrian indoor positioning system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a schematic structure of a pedestrian indoor positioning device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an example of a sensing signal in which the IMU movement tracking unit detects the pedestrian steps and rotation angle using the IMU sensor.
Figure 4 shows an example of a pedestrian's movement trajectory estimated using the IMU sensor of Figure 3.
FIG. 5 shows an example of the detailed configuration of the local location estimation unit of FIG. 1.
Figure 6 shows an example of a local movement trajectory converted to a local coordinate system.
FIG. 7 is a diagram illustrating a method by which the global position estimation unit estimates the initial position and initial movement direction in a linear movement trajectory.
Figure 8 shows a method for determining the indoor location of a pedestrian according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, its operational advantages, and the objectives achieved by practicing the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the described embodiments. In order to clearly explain the present invention, parts that are not relevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, this does not mean excluding other elements, unless specifically stated to the contrary, but rather means that it may further include other elements. In addition, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "block" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. and software.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 시스템의 개략적 구성를 나타낸다.Figure 1 shows a schematic configuration of a pedestrian indoor positioning system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 시스템은 적어도 하나의 사용자 단말(UE)과 다수의 액세스 포인트(AP1 ~ AP4)를 포함한다. 본 실시예에서 적어도 하나의 사용자 단말(UE)은 보행자가 휴대하여 이동 가능한 모바일 기기로서, 보행자 실내 위치 측위 장치를 포함할 수 있다. 보행자 실내 위치 측위 장치는 관성 측정(Inertial Momentum Unit: 이하 IMU) 센서를 구비하여, 보행자의 이동 궤적을 추적한다. 그리고 다수의 AP(AP1 ~ AP4)는 각각 사용자 단말(UE)과 WiFi와 같은 각종 무선 신호를 송수신하여, 각 AP와 사용자 단말(UE)과의 거리(r)를 감지하고 감지된 거리(r)와 AP의 글로벌 좌표 정보를 사용자 단말(UE)에 구비된 보행자 실내 위치 측위 장치로 전송할 수 있다.Referring to FIG. 1, the pedestrian indoor positioning system according to this embodiment includes at least one user terminal (UE) and a plurality of access points (AP1 to AP4). In this embodiment, at least one user terminal (UE) is a mobile device that a pedestrian can carry and move, and may include a pedestrian indoor location determination device. The pedestrian indoor positioning device is equipped with an inertial momentum unit (IMU) sensor to track the movement trajectory of the pedestrian. In addition, multiple APs (AP1 to AP4) each transmit and receive various wireless signals such as WiFi with the user terminal (UE), detect the distance (r) between each AP and the user terminal (UE), and calculate the detected distance (r). The global coordinate information of the and AP can be transmitted to the pedestrian indoor location determination device provided in the user terminal (UE).

본 실시예에서 보행자 실내 위치 측위 장치는 IMU 센서로부터 획득된 보행자의 이동 궤적과 다수의 AP(AP1 ~ AP4)로부터 획득된 각 AP의 글로벌 좌표 정보와 사용자 단말(UE)과의 거리(r)를 기반으로 보행자의 실내 위치와 위치 이동에 따른 이동 궤적을 정확하게 추적한다.In this embodiment, the pedestrian indoor location positioning device uses the pedestrian's movement trajectory obtained from the IMU sensor, the global coordinate information of each AP obtained from multiple APs (AP1 to AP4), and the distance (r) to the user terminal (UE). Based on this, it accurately tracks the pedestrian's indoor location and movement trajectory according to location movement.

이는 상기한 바와 같이, 보행자 실내 위치 측위 장치에서 획득되는 정보만을 이용하는 경우, 자기 왜곡 등으로 인해 방향 추정에 오류가 발생하는 문제가 있으며, 다수의 AP(AP1 ~ AP4)로부터 획득된 거리(r) 정보만을 이용하는 경우, AP(AP1 ~ AP4)의 배치 위치와 NLOS 경로 등으로 인한 오차가 크게 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 본 실시예에서는 보행자 실내 위치 측위 장치에서 획득되는 위치 정보와 다수의 AP(AP1 ~ AP4)를 통해 획득되는 위치 정보를 통합하여 실내에서 매우 정확하게 보행자의 위치 및 이동 궤적을 추정할 수 있도록 한다.As mentioned above, when only information obtained from a pedestrian indoor location determination device is used, there is a problem that errors occur in direction estimation due to magnetic distortion, etc., and the distance (r) obtained from multiple APs (AP1 to AP4) This is because if only information is used, large errors may occur due to the placement location of APs (AP1 to AP4) and the NLOS path. Therefore, in this embodiment, the location information obtained from the pedestrian indoor location determination device and the location information obtained through multiple APs (AP1 to AP4) are integrated to estimate the location and movement trajectory of the pedestrian indoors very accurately.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치의 개략적 구조를 나타내고, 도 3은 IMU 이동 추적부가 IMU 센서를 이용하여 보행자 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호의 일 예를 나타내며, 도 4는 도3의 IMU 센서를 이용하여 추정한 보행자의 이동 궤적의 일 예를 나타낸다.Figure 2 shows a schematic structure of a pedestrian indoor positioning device according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 shows an example of a sensing signal in which the IMU movement tracking unit detects the pedestrian steps and rotation angles using the IMU sensor, Figure 4 shows an example of a pedestrian's movement trajectory estimated using the IMU sensor of Figure 3.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치는 IMU 이동 추정부(100), 거리 정보 획득부(200), 로컬 위치 추정부(300) 및 글로벌 위치 추정부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the pedestrian indoor location positioning device according to this embodiment includes an IMU movement estimation unit 100, a distance information acquisition unit 200, a local location estimation unit 300, and a global position estimation unit 400. can do.

IMU 이동 추정부(100)는 IMU 센서에 기반하여 보행자의 이동 궤적을 추적하기 위한 구성으로, 센서부(110) 및 이동 패턴 추정부(120)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 센서부(110)는 보행자의 이동에 따른 각 스텝별 위치 및 방향 전환을 감지하여 센싱 신호를 출력한다. 센서부(110)는 IMU 센서 구성으로, 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함할 수 있으며, 이외에도 자기장 센서나 GPS 센서와 같은 다른 센서를 추가로 구비할 수도 있다.The IMU movement estimation unit 100 is configured to track the movement trajectory of a pedestrian based on an IMU sensor and may include a sensor unit 110 and a movement pattern estimation unit 120. In this embodiment, the sensor unit 110 detects the position and direction change for each step as the pedestrian moves and outputs a sensing signal. The sensor unit 110 is an IMU sensor configuration and may include an acceleration sensor 111 and a gyro sensor 112, and may additionally include other sensors such as a magnetic field sensor or a GPS sensor.

가속도 센서(111)는 보행자의 보행시에 발생하는 반복적인 상하 가속도 패턴에 따라 보행자의 스텝을 감지하고, 자이로 센서(112)는 보행자의 보행시 방향 전환을 감지하여 이를 센싱 신호로서 출력할 수 있다.The acceleration sensor 111 detects the pedestrian's steps according to the repetitive up and down acceleration pattern that occurs when the pedestrian walks, and the gyro sensor 112 detects the change in direction when the pedestrian walks and outputs this as a sensing signal. .

도 3에서 (a)는 가속도 센서(111)에서 출력되는 가속도 신호의 일 예를 나타내고, (b)는 자이로 센서(112)에서 출력되는 자이로 신호의 일 예를 나타낸다. 그리고 도 4는 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)에서 감지된 가속도 신호와 자이로 신호를 기반으로 추정된 보행자의 이동 패턴을 나타낸다.In FIG. 3 , (a) shows an example of an acceleration signal output from the acceleration sensor 111, and (b) shows an example of a gyro signal output from the gyro sensor 112. And FIG. 4 shows the pedestrian's movement pattern estimated based on the acceleration and gyro signals detected by the acceleration sensor 111 and the gyro sensor 112.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 가속도 센서(111)는 보행자의 보행에 따라 반복적으로 발생하는 상하 가속도에 대응하여 피크가 발생하는 가속도 신호를 출력할 수 있으며, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 자이로 센서(112)는 보행자의 보행에는 큰 영향을 받지 않는 반면, 보행자의 회전에 따른 방향 전환 시에 크게 변화가 발생하는 자이로 신호를 출력할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 3, the acceleration sensor 111 can output an acceleration signal with a peak corresponding to the vertical acceleration that occurs repeatedly as the pedestrian walks, and (b) of FIG. 3. As shown, the gyro sensor 112 is not greatly affected by the pedestrian's walking, but can output a gyro signal that significantly changes when the direction changes according to the pedestrian's turn.

이동 패턴 추정부(120)는 가속도 센서(111)에서 출력되는 가속도 신호와 자이로 센서(112)에서 출력되는 자이로 신호가 포함된 센싱 신호를 인가받고 기지정된 방식에 따라 분석함으로써, 보행자의 스텝 발생 여부와 회전에 따른 방향 전환 여부를 감지하고, 방향 전환이 발생한 경우, 회전 각도(μ)를 확인한다.The movement pattern estimation unit 120 receives the sensing signal including the acceleration signal output from the acceleration sensor 111 and the gyro signal output from the gyro sensor 112 and analyzes it according to a predetermined method to determine whether the pedestrian steps have occurred. Detect whether the direction changes due to rotation, and if a change of direction occurs, check the rotation angle (μ).

도 4에 도시된 바와 같이, 이동 패턴 추정부(120)는 가속도 신호를 기반으로 스텝 발생 여부만을 판별하고, 각 스텝에서의 보폭(d)은 균일한 것으로 가정하여 보행자의 이동 패턴을 추정할 수 있다. 자이로 센서(112)의 경우, 자기 왜곡 등에 무관하게 동작하므로 실내에서도 보행자의 방향 전환, 즉 회전 각도(μ)를 정확하게 감지할 수 있다. 다만 가속도 센서(111)로는 보폭의 변화를 정확하게 감지하기 어렵다. 그러나 일반적으로 보행자의 보폭(d)은 거의 일정하다. 이에 이동 패턴 추정부(120)는 보폭(d)이 균일한 것으로 가정하여, 보행자가 초기 위치(p1)으로부터 각 스텝별 위치(p2 ~ p8)로 이동하는 동안, 기지정된 동일한 보폭(d)만큼 이동하는 것으로 가정하여 보행자의 이동 패턴을 추정할 수 있다. 이동 패턴 추정부(120)에서 보폭(d)은 임의의 거리로 지정될 수 있으며, 이후 계산에 의해 획득될 수 있다.As shown in FIG. 4, the movement pattern estimation unit 120 determines only whether a step has occurred based on the acceleration signal, and can estimate the pedestrian's movement pattern by assuming that the stride length (d) in each step is uniform. there is. In the case of the gyro sensor 112, since it operates regardless of magnetic distortion, etc., it can accurately detect the pedestrian's change of direction, that is, the rotation angle (μ), even indoors. However, it is difficult to accurately detect changes in stride length with the acceleration sensor 111. However, in general, the stride length (d) of a pedestrian is almost constant. Accordingly, the movement pattern estimation unit 120 assumes that the stride length (d) is uniform, and while the pedestrian moves from the initial position (p 1 ) to the position for each step (p 2 to p 8), the predetermined same stride length (p 8 ) is assumed to be uniform. The pedestrian's movement pattern can be estimated by assuming that it moves as much as d). In the movement pattern estimation unit 120, the stride length d may be designated as an arbitrary distance and may be obtained through subsequent calculation.

그리고 이동 패턴 추정부(120)는 초기 위치(p1)를 제외한 나머지 각 스텝(p2 ~ P8)에서 따른 위치에서의 회전 각도(μ)가 모두 0에 가까운 기지정된 각도 범위(예를 들면 -3°≤ μ ≤ 3°) 이내이면, 오차 범위 이내로 판단하여 보행자가 직선 궤적으로 이동한 것으로 판별하고, 도 4에 도시된 바와 같이, 특정 스텝 위치(도 4에서는 제4 및 제6 위치(p4, p6))에서의 회전 각도(μ)가 각도 범위를 초과하면, 보행자가 비직선 궤적으로 이동한 것으로 판별할 수 있다.And the movement pattern estimation unit 120 has a predetermined angle range (e.g., If it is within -3°≤ μ≤3°), it is judged to be within the error range and the pedestrian is determined to have moved on a straight trajectory, and as shown in FIG. 4, a specific step position (the fourth and sixth positions in FIG. 4) is determined to be within the error range. If the rotation angle (μ) at p 4 , p 6 )) exceeds the angle range, it can be determined that the pedestrian has moved in a non-straight trajectory.

따라서 x, y 축을 갖는 글로벌 좌표계에서 보행자의 초기 위치(p1)와 x축을 기준으로 하는 초기 이동 방향(w) 및 보폭(d)을 확인할 수 있으면, 스텝별 위치(p2 ~ p8)를 정확하게 추정할 수 있다. 즉 보행자의 이동 궤적을 정확하게 판별할 수 있다.Therefore, if the pedestrian's initial position (p 1 ) and the initial movement direction (w) and stride length (d) based on the x axis can be confirmed in the global coordinate system with x and y axes, the position for each step (p 2 ~ p 8 ) can be determined. It can be estimated accurately. In other words, the pedestrian's movement trajectory can be accurately determined.

거리 정보 획득부(200)는 주변 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각과 기지정된 방식으로 무선 신호를 송수신하여, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각으로부터 보행자 실내 위치 측위 장치까지의 거리(r1 ~ rM)를 확인하고, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 글로벌 좌표계에서의 위치 정보를 획득한다. 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각은 고정된 위치에 배치된다. 따라서 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 글로벌 좌표계에서의 위치 정보는 각 AP(AP1 ~ APM)에 미리 저장되어 보행자 실내 위치 측위 장치로 전송될 수 있다. 또한 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각은 보행자 실내 위치 측위 장치와 무선 신호를 송수신하여 수신 신호 세기(Received Signal Strength: RSS)를 측정하거나, 왕복시간(Round-Trip Time: 이하 RTT)을 측정하여 각 AP(AP1 ~ APM)와 보행자 실내 위치 측위 장치까지의 거리(r1 ~ rM)를 확인할 수 있다. 여기서는 RTT를 이용하여 거리(r1 ~ rM)를 확인하는 것으로 가정하지만, 경우에 따라서는 RSS를 이용할 수도 있다. 그리고 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각은 확인된 거리(r1 ~ rM)를 보행자 실내 위치 측위 장치로 전송한다. 다만 경우에 따라서는 보행자 실내 위치 측위 장치가 직접 RTT를 측정하여 다수의 AP(AP1 ~ APM)까지의 거리(r1 ~ rM)를 확인하도록 구성될 수도 있다.The distance information acquisition unit 200 transmits and receives wireless signals with each of the plurality of surrounding APs (AP 1 to AP M ) in a predetermined manner, and transmits and receives wireless signals from each of the plurality of APs (AP 1 to AP M ) to the pedestrian indoor location determination device. Check the distance (r 1 ~ r M ) and obtain location information in the global coordinate system for each of multiple APs (AP 1 ~ AP M ). Each of multiple APs (AP 1 to AP M ) is placed at a fixed location. Therefore, the location information in the global coordinate system of each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) can be stored in advance in each AP (AP 1 to AP M ) and transmitted to the pedestrian indoor location determination device. In addition, each of multiple APs (AP 1 to AP M ) transmits and receives wireless signals to and from pedestrian indoor positioning devices to measure Received Signal Strength (RSS) or Round-Trip Time (RTT). By measuring, you can check the distance (r 1 ~ r M ) between each AP (AP 1 ~ AP M ) and the pedestrian indoor positioning device. Here, it is assumed that the distance (r 1 ~ r M ) is confirmed using RTT, but in some cases, RSS may be used. And each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) transmits the confirmed distance (r 1 to r M ) to the pedestrian indoor location determination device. However, in some cases, the pedestrian indoor location determination device may be configured to directly measure the RTT to check the distance (r 1 to r M ) to multiple APs (AP 1 to AP M ).

거리 정보 획득부(200)는 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대해 보행자의 각 스텝 위치(p1 ~ p8)에서의 거리(r1 ~ rM)를 확인할 수도 있다.The distance information acquisition unit 200 may check the distance (r 1 to r M ) from each step position (p 1 to p 8 ) of the pedestrian for each of the multiple APs (AP 1 to AP M ).

이때 각 AP(AP1 ~ APM)와 보행자 실내 위치 측위 장치까지의 거리(r1 ~ rM)에는 도 1에 도시된 바와 같이, NLOS에 의한 바이어스(bias)(b)가 포함될 수 있다. 그리고 바이어스(b)가 포함된 거리(r1 ~ rM)는 AP(AP1 ~ APM)와 보행자 실내 위치 측위 장치 사이의 정확한 거리를 나타내지 못한다.At this time, the distance (r 1 to r M ) between each AP (AP 1 to AP M ) and the pedestrian indoor location determination device may include a bias (b) due to NLOS, as shown in FIG. 1. And the distance (r 1 ~ r M ) including the bias (b) does not represent the exact distance between the AP (AP 1 ~ AP M ) and the pedestrian indoor location determination device.

이에 로컬 위치 추정부(300)는 이동 패턴 추정부(120)에서 추정된 보행자 이동 패턴을 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 위치를 기준으로 하는 로컬 좌표계에에서의 로컬 이동 궤적으로 변환하여, 임의로 지정된 보폭(d)과 함께 NLOS에 의한 바이어스(b)를 계산한다.Accordingly, the local position estimation unit 300 converts the pedestrian movement pattern estimated by the movement pattern estimation unit 120 into a local movement trajectory in a local coordinate system based on the positions of each of the multiple APs (AP 1 to AP M ). Thus, the bias (b) due to NLOS is calculated along with the arbitrarily designated stride length (d).

로컬 위치 추정부(300)는 이동 패턴 추정부(120)에서 추정된 보행자의 이동 패턴을 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 위치를 원점으로 하는 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적으로 변환하고, 로컬 이동 궤적이 직선 궤적인지 비직선 궤적인지 여부에 따라 서로 다른 방식으로 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산한다.The local position estimation unit 300 converts the pedestrian's movement pattern estimated by the movement pattern estimation unit 120 into a local movement trajectory on a local coordinate system with the positions of each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) as the origin, Stride length (d) and bias (b) are calculated in different ways depending on whether the local movement trajectory is a straight or non-linear trajectory.

도 5는 도 1의 로컬 위치 추정부의 상세 구성의 일 예를 나타내고, 도 6은 로컬 좌표계로 변환된 로컬 이동 궤적의 일 예를 나타낸다.FIG. 5 shows an example of the detailed configuration of the local position estimation unit of FIG. 1, and FIG. 6 shows an example of a local movement trajectory converted to a local coordinate system.

도 5를 참조하면, 로컬 위치 추정부(300)는 로컬 좌표계 변환부(310), 궤적 추정부(320) 및 로컬 초기 위치 계산부(330)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the local position estimation unit 300 may include a local coordinate system conversion unit 310, a trajectory estimation unit 320, and a local initial position calculation unit 330.

우선 로컬 좌표계 변환부(310)는 이동 패턴 추정부(120)에서 추정된 보행자의 이동 패턴을 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 위치를 원점으로 하고, 글로벌 좌표계의 x, y축 대신 보행자의 이동 궤적에서 초기 이동 방향을 q축 방향으로 하고, q축에 수직한 u축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하며, 보행자의 이동 패턴의 초기 위치(p1)가 대응하는 AP(APm)와의 거리(rm,1) 만큼 이격된 위치에 배치되도록 보행자의 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환한다.First, the local coordinate system conversion unit 310 uses the pedestrian movement pattern estimated by the movement pattern estimation unit 120 at the location of each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) as the origin, instead of the x and y axes of the global coordinate system. In the pedestrian's movement trajectory, a number of local coordinate systems are set, with the initial movement direction in the q-axis direction and the u-axis perpendicular to the q-axis, and the initial position (p 1 ) of the pedestrian's movement pattern corresponds to the AP (AP m ) The pedestrian's movement pattern is converted into a local movement trajectory in the local coordinate system so that it is placed at a location spaced apart by a distance (r m,1 ) from ).

로컬 좌표계 변환부(310)는 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 로컬 좌표계를 구성하므로, 로컬 이동 궤적 또한 AP(AP1 ~ APM)의 개수에 대응하는 개수의 로컬 좌표계 상의 궤적으로 나타난다. 즉 M개의 로컬 좌표계와 이에 대응하는 M개의 로컬 이동 궤적이 획득된다.Since the local coordinate system conversion unit 310 configures a local coordinate system for each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ), the local movement trajectory is also a trajectory on the local coordinate system corresponding to the number of APs (AP 1 to AP M ). It appears as That is, M local coordinate systems and M local movement trajectories corresponding thereto are obtained.

여기서는 설명의 편의를 위하여 M개의 로컬 좌표계 중 하나의 AP(APm)에 따른 로컬 좌표계를 일 예로 설명하며, 이에 이하에서는 다수의 AP(AP1 ~ APM)를 구분하는 식별자(m), 즉 로컬 좌표계에 대한 식별자(m)는 생략하여 기술한다.Here, for convenience of explanation, the local coordinate system according to one AP (AP m ) among M local coordinate systems is described as an example. Hereinafter, the identifier (m) that distinguishes multiple APs (AP 1 to AP M ), that is, The identifier (m) for the local coordinate system is omitted.

이때 로컬 좌표계 변환부(310)는 도 6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 보행자의 이동 패턴에서 초기 위치(p1)에서의 이동 방향이 각 로컬 좌표계의 q축이 되도록 하므로, 로컬 좌표계는 도 4의 글로벌 좌표계에서의 초기 이동 방향(w)이 q축 방향이 되도록 초기 이동 방향(w)에 대응하는 각도만큼 회전된 구성으로 볼 수 있으며, 글로벌 좌표계에서의 N개의 스텝 위치(p1 ~ pN)은 로컬 좌표계에서의 N개의 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)로 다시 표현될 수 있다. 여기서 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN) 각각의 로컬 좌표는 q축과 u축에 따라 ((q1, u1) ~ (qN, uN))와 같이 표현될 수 있다.At this time, as shown in (a) and (b) of FIG. 6, the local coordinate system conversion unit 310 ensures that the movement direction at the initial position (p 1 ) in the pedestrian's movement pattern is the q axis of each local coordinate system. , the local coordinate system can be viewed as a configuration rotated by an angle corresponding to the initial movement direction (w) so that the initial movement direction (w) in the global coordinate system of Figure 4 is the q-axis direction, and the N step positions in the global coordinate system (p 1 ~ p N ) can be re-expressed as N local step positions (z 1 ~ z N ) in the local coordinate system. Here, the local coordinates of each local step position (z 1 ~ z N ) can be expressed as ((q 1 , u 1 ) ~ (q N , u N )) along the q-axis and u-axis.

따라서 로컬 이동 궤적에 따른 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN) 각각은 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 로컬 좌표(q1, u1), 보폭(d)과 바이어스(b) 및 q축을 기준으로 하는 전체 N개의 스텝 각각에서의 회전 각도(θ)를 고려하여 수학식 1과 같이 정리될 수 있다.Therefore, each local step position (z 1 ~ z N ) according to the local movement trajectory is based on the local coordinates (q 1 , u 1 ) of the initial local step position (z 1 ), stride length (d) and bias (b), and the q axis. It can be organized as shown in Equation 1 by considering the rotation angle (θ) in each of the total N steps.

여기서 이고, 이다. here ego, am.

로컬 좌표계 변환부(310)에 의해 M개의 로컬 좌표계가 구성되고 보행자 이동 패턴이 변환되어 로컬 이동 궤적이 적용되면, 궤적 추정부(320)는 이동 패턴 추정부(120)에서 추정된 보행자 이동 패턴이 직선 궤적인지 비직선 궤적인지에 따라 구분하여 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적을 다시 추정함으로써, 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산한다.When M local coordinate systems are configured by the local coordinate system conversion unit 310, the pedestrian movement pattern is converted, and a local movement trajectory is applied, the trajectory estimation unit 320 determines that the pedestrian movement pattern estimated by the movement pattern estimation unit 120 is Stride length (d) and bias (b) are calculated by re-estimating the local movement trajectory on the local coordinate system by categorizing it according to whether it is a straight trajectory or a non-straight trajectory.

궤적 추정부(320)는 로컬 스텝 선택부(321), 직선 궤적 추정부(322) 및 비직선 궤적 추정부(323)를 포함할 수 있다.The trajectory estimation unit 320 may include a local step selection unit 321, a linear trajectory estimation unit 322, and a non-linear trajectory estimation unit 323.

로컬 스텝 선택부(321)는 우선 로컬 좌표계로 변환된 로컬 이동 궤적에서 전체 로컬 스텝(z1 ~ zN) 중 로컬 좌표계에 대응하는 AP(AP1 ~ APM)로부터 기지정된 문턱 거리(rk) 이내의 로컬 스텝 위치들을 인접 스텝 그룹으로 그룹화하고, 인접 스텝 그룹에 포함된 다수의 로컬 스텝에서 가능한 모든 조합으로 2개씩의 로컬 스텝을 선택한다. 여기서 로컬 스텝 선택부(321)가 인접 스텝 그룹에서 2개씩의 로컬 스텝을 여러 조합으로 선택하여 출력하는 것은 직선 궤적 추정부(322) 및 비직선 궤적 추정부(323)가 보폭(d)과 바이어스(b)를 더 정확하게 계산할 수 있도록 하기 위한 것으로 상세한 설명은 후술하도록 한다.The local step selection unit 321 first selects a predetermined threshold distance (r k ) from the APs (AP 1 to AP M ) corresponding to the local coordinate system among all local steps (z 1 to z N ) in the local movement trajectory converted to the local coordinate system. ) are grouped into an adjacent step group, and two local steps are selected from all possible combinations from multiple local steps included in the adjacent step group. Here, the local step selection unit 321 selects and outputs two local steps from adjacent step groups in various combinations, and the linear trajectory estimation unit 322 and the non-linear trajectory estimation unit 323 determine the stride length (d) and bias. This is to enable more accurate calculation of (b), and a detailed explanation will be provided later.

직선 궤적 추정부(322)는 보행자 이동 패턴이 직선 궤적인 경우에 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적을 추정하여 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산하고, 비직선 궤적 추정부(323)는 보행자 이동 패턴이 비직선 궤적인 경우에 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적을 추정하여 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산한다.When the pedestrian movement pattern is a straight trajectory, the linear trajectory estimation unit 322 calculates the stride length (d) and bias (b) by estimating the local movement trajectory on the local coordinate system, and the non-straight trajectory estimation unit 323 calculates the pedestrian movement trajectory. If the pattern is a non-linear trajectory, the stride length (d) and bias (b) are calculated by estimating the local movement trajectory on the local coordinate system.

직선 궤적 추정부(322)는 도 6의 (a)와 같이, 이동 패턴 추정부(120)에서 판별된 보행자 이동 패턴이 직선 궤적인 경우에 활성화되어 로컬 좌표계 상의 보행자 이동 궤적을 추정하여 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득한다.The straight-line trajectory estimation unit 322 is activated when the pedestrian movement pattern determined by the movement pattern estimation unit 120 is a straight trajectory, as shown in (a) of FIG. 6, and estimates the pedestrian movement trajectory on the local coordinate system to calculate the stride length (d). ) and bias (b) are obtained.

도 6의 (a)와 같이 로컬 이동 궤적이 직선 궤적인 경우, 로컬 좌표계에서 보행자 이동 방향이 q축 방향이므로, cn = (n-1)이고, sn = 0으로 계산된다. 따라서 수학식 1은 수학식 2로 다시 작성될 수 있다.When the local movement trajectory is a straight trajectory as shown in (a) of FIG. 6, the pedestrian movement direction in the local coordinate system is the q-axis direction, so c n = (n-1) and s n = 0. Therefore, Equation 1 can be rewritten as Equation 2.

수학식 2는 비선형 방정식으로 이를 해결하기 위해서는 서로 다른 2개의 스텝(n)을 선택하여 대입하고 서로 차감함으로써, 비선형 항목이 제거될 수 있다. 수학식 2에서 n에 임의의 로컬 스텝에 대한 값(a1)을 대입하여 획득된 수학식을 수학식 2에서 차감하면, 수학식 3과 같이 계산된다.Equation 2 is a non-linear equation, and to solve it, non-linear items can be removed by selecting two different steps (n), substituting them, and subtracting them from each other. If the equation obtained by substituting the value (a 1 ) for an arbitrary local step for n in Equation 2 is subtracted from Equation 2, it is calculated as in Equation 3.

유사하게 수학식 2에서 n에 a1이 아닌 임의의 로컬 스텝에 대한 값(a2)을 대입하고 수학식 2에서 차감하여 수학식 3과 유사하게 획득되는 수학식을 수학식 3에서 차감하면, 수학식 4와 같이 계산된다.Similarly, if the value (a 2 ) for an arbitrary local step other than a 1 is substituted for n in Equation 2 and subtracted from Equation 2, an equation obtained similar to Equation 3 is subtracted from Equation 3, It is calculated as in Equation 4.

수학식 4는 특정 AP(APm)에 대한 로컬 좌표계에서 로컬 스텝(z1 ~ zN) 중 2개의 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 관한 함수로서, 보폭(d)의 제곱(d2) 및 바이어스(b)에 대해 선형인 함수이다. 따라서 보폭의 제곱(d2) 및 바이어스(b)에 대한 선형 방정식을 수학식 5와 같은 행렬식 형태로 구성할 수 있다.Equation 4 is a function of two arbitrary local steps (a 1 , a 2 ) among local steps (z 1 to z N ) in the local coordinate system for a specific AP (AP m ), and is the square of the stride length (d) (d 2 ) and is a linear function for bias (b). Therefore, linear equations for the square of the stride (d 2 ) and the bias (b) can be formed in the form of a determinant as shown in Equation 5.

수학식 5의 행렬은 2개의 임의 로컬 스텝(a1, a2)이 선택됨에 따른 각 로컬 스텝(z1 ~ zN)에서의 거리(r1 ~ rN)와 선택된 2개의 로컬 스텝(a1, a2)에서의 거리(ra1, ra2) 사이의 차를 나타낸다. 보폭(d)이 균일하다고 하였으므로, 수학식 5는 수학식 6에 따라 x에 대한 행렬로 계산되어 풀이될 수 있다.The matrix of Equation 5 is the distance (r 1 to r N ) from each local step (z 1 to z N ) as two random local steps (a 1 , a 2 ) are selected and the distance (r 1 to r N ) from the two selected local steps (a 1 , a 2 ) represents the difference between the distances (r a1 , r a2 ). Since the stride length (d) is said to be uniform, Equation 5 can be calculated and solved as a matrix for x according to Equation 6.

수학식 6에서 x( = [d2, b]T)가 해당 AP(APm)을 기반으로 하는 로컬 좌표계에서의 보폭(d)과 바이어스(b)에 대한 행렬이므로, 수학식 6의 우변이 계산되면, 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득할 수 있다. 이때 획득된 x의 원소는 보폭의 제곱(d2)이므로 보폭(d)이 2개의 값으로 계산될 수 있으나, 보폭(d)은 양의 값을 가지므로 하나의 값으로 획득될 수 있다.In Equation 6, x( = [d 2 , b] T ) is a matrix for stride length (d) and bias (b) in the local coordinate system based on the corresponding AP (AP m ), so the right side of Equation 6 is Once calculated, the stride length (d) and bias (b) can be obtained. At this time, the element of x obtained is the square of the stride length (d 2 ), so the stride length (d) can be calculated as two values, but since the stride length (d) has a positive value, it can be obtained as one value.

다만 수학식 5의 행렬식은 2개의 임의 로컬 스텝(a1, a2)으로 어떤 스텝이 선택되는지에 따라 계산되는 x( = [d2, b]T)에 변화가 발생할 수 있다. 이는 각 로컬 스텝(z1 ~ zN)에서의 거리(r1 ~ rN)에 노이즈 등으로 인한 오차가 포함될 수 있기 때문이다. 따라서 가급적 정확한 x( = [d2, b]T)를 계산하기 위해서는 정확한 거리(r1 ~ rN)를 측정할 수 있는 적절한 로컬 스텝(z1 ~ zN)이 임의 로컬 스텝(a1, a2)으로 선택될 필요가 있다.However, the determinant of Equation 5 is two arbitrary local steps (a 1 , a 2 ), and changes may occur in the calculated x ( = [d 2 , b] T ) depending on which step is selected. This is because the distance (r 1 to r N ) at each local step (z 1 to z N ) may include errors due to noise, etc. Therefore, in order to calculate x( = [d 2 , b] T ) as accurately as possible, an appropriate local step (z 1 ~ z N ) that can measure the accurate distance (r 1 ~ r N ) is a random local step (a 1 , a 2 ) needs to be selected.

이에 본 실시예에서는 상대적으로 정확한 거리가 획득될 수 있도록 로컬 스텝 선택부(321)가 미리 대응하는 AP(APm)으로부터 기지정된 문턱 거리(rk) 이내의 인접 스텝 그룹에 포함된 다수의 로컬 스텝에서 다양한 조합으로 2개의 로컬 스텝(a1, a2)을 추출하여 인가하고, 직선 궤적 추정부(322)는 여러 조합으로 인가된 2개의 로컬 스텝(a1, a2) 각각에 대해 수학식 6을 계산하여, 각 조합에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산한다. 그리고 각 조합에 따라 계산된 보폭(d)과 바이어스(b)의 중간값을 계산하여, 다수의 AP(APm) 각각에 대한 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 획득할 수 있다.Accordingly, in this embodiment, the local step selection unit 321 selects a plurality of local steps included in the adjacent step group within a predetermined threshold distance (r k ) from the corresponding AP (AP m ) so that a relatively accurate distance can be obtained. Two local steps (a 1 , a 2 ) are extracted and applied in various combinations from the steps, and the straight line trajectory estimation unit 322 performs math on each of the two local steps (a 1 , a 2 ) applied in various combinations. Calculate Equation 6 to calculate the stride length (d) and bias (b) for each combination. And by calculating the median value of the stride length (d) and bias (b) calculated for each combination, the representative stride length (d * ) and representative bias (b * ) for each of multiple APs (AP m ) can be obtained. there is.

한편, 비직선 궤적 추정부(323)는 도 6의 (b)와 같이, 이동 패턴 추정부(120)에서 판별된 보행자 이동 패턴이 비직선 궤적인 경우에 활성화되어 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적을 추정하여 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득한다.Meanwhile, the non-straight trajectory estimation unit 323 is activated when the pedestrian movement pattern determined by the movement pattern estimation unit 120 is a non-straight trajectory, as shown in (b) of FIG. 6, and estimates the local movement trajectory on the local coordinate system. This obtains the stride length (d) and bias (b).

도 6의 (b)와 같이 보행자 이동 패턴이 비직선 궤적인 경우에도 로컬 좌표계에서 보행자 초기 로컬 스텝 위치(z1)에서의 초기 이동 방향은 q축 방향이지만, 이후 로컬 스텝 위치(z2 ~ zN)에 따른 이동 방향은 변화하게 된다. 여기서 q축 방향으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1) 방향으로의 각도를 초기 로컬 각도(γ)라고 하면, 이고, 로컬 좌표계의 원점이 되는 AP(APm)으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1)까지의 거리는 이다. 따라서 수학식 1에서 각 로컬 스텝(z2 ~ zN)에서의 회전에 따른 q축을 기준으로 하는 로컬 회전 각도(θn)를 추가로 반영하면 수학식 7로 다시 작성될 수 있다.Even when the pedestrian movement pattern is a non-linear trajectory as shown in (b) of Figure 6, the initial movement direction at the pedestrian's initial local step position (z 1 ) in the local coordinate system is the q-axis direction, but then the local step position (z 2 ~ z The direction of movement changes depending on N ). Here, if the angle from the q-axis direction to the initial local step position (z 1 ) direction is called the initial local angle (γ), , and the distance from AP (AP m ), which is the origin of the local coordinate system, to the initial local step position (z 1 ) is am. Therefore, Equation 1 can be rewritten as Equation 7 by additionally reflecting the local rotation angle (θ n ) based on the q-axis according to the rotation at each local step (z 2 ~ z N ).

이후 직선 궤적 추정부(322)와 마찬가지로 비직선 궤적 추정부(323) 또한 수학식 7에서 n에 임의의 로컬 스텝에 대한 값(a1)을 대입하여 획득된 수학식을 수학식 7에서 차감하면, 수학식 8이 계산된다.Afterwards, like the linear trajectory estimation unit 322, the non-linear trajectory estimation unit 323 also subtracts the equation obtained by substituting the value for an arbitrary local step (a 1 ) for n in equation 7 from equation 7, , Equation 8 is calculated.

여기서 이고, 이다.here ego, am.

또한 수학식 7에서 n에 a1이 아닌 임의의 로컬 스텝에 대한 값(a2)을 대입하여 획득되는 수학식을 수학식 8에서 차감하면, 비선형항인 2dRfn,a(γ)가 소거되어 수학식 9가 획득된다.In addition, if the equation obtained by substituting the value (a 2 ) for an arbitrary local step other than a 1 for n in equation 7 is subtracted from equation 8, the nonlinear term 2dRf n,a (γ) is canceled Equation 9 is obtained.

수학식 9 또한 특정 AP(APm)에 대한 로컬 좌표계에서 다수의 로컬 스텝(z1 ~ zN) 중 2개의 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 관한 함수로서, 보폭의 제곱(d2) 및 바이어스(b)에 대한 선형 방정식을 수학식 10와 같은 행렬식 형태로 구성할 수 있다.Equation 9 is also a function of two random local steps (a 1 , a 2 ) among a plurality of local steps (z 1 to z N ) in the local coordinate system for a specific AP (AP m ), the square of the stride length (d 2 ) and bias (b) can be formed in the form of a determinant such as Equation 10.

수학식 10의 해는 수학식 11로 계산된다.The solution to Equation 10 is calculated using Equation 11.

다만 수학식 6에서는 보폭(d)과 바이어스(b)의 2개의 변수를 계산하기 위한 행렬식인 반면, 수학식 11에서는 보폭(d)과 바이어스(b) 뿐만 아니라 초기 로컬 각도(γ)까지 계산되어야 한다. 이에 비선형 궤적 추정부(323)는 초기 로컬 각도(γ)를 가변하면서 대입하여 수학식 12에 따른 오차(e2)가 최소가 되도록 하는 초기 로컬 각도(γ(S))를 획득한다.However, in Equation 6, it is a determinant for calculating two variables, stride length (d) and bias (b), whereas in Equation 11, not only stride length (d) and bias (b) but also the initial local angle (γ) must be calculated. do. Accordingly, the nonlinear trajectory estimation unit 323 changes and substitutes the initial local angle γ to obtain an initial local angle γ(S) that minimizes the error e 2 according to Equation 12.

수학식 12에서 로서, std()는 표준편차 함수이다. 그리고 이며, 각 임의 로컬 스텝(a1, a2) 각각에 대한 Rn,a(S,γ)는 수학식 8로부터 수학식 13에 따라 계산될 수 있다.In equation 12 As, std() is the standard deviation function. and , and R n,a (S,γ) for each random local step (a 1 , a 2 ) can be calculated according to Equation 13 from Equation 8.

수학식 13은 각 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 대해 n-1개씩 계산되므로, 각 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 대한 R(S,γ)는 2(n-1)개로 계산되며, 수학식 12에서 오차(e2(S,γ))는 각 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 대한 R(S,γ)의 분산이므로, 수학식 12는 오차(e2(S,γ))가 최소가 되도록 하는 γ를 탐색하여, 수학식 11에 대입함으로써, 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득할 수 있도록 한다.Equation 13 is calculated n-1 times for each random local step (a 1 , a 2 ), so R(S,γ) for each random local step (a 1 , a 2 ) is 2(n-1) It is calculated as , and in Equation 12, the error (e 2 (S,γ)) is the variance of R(S,γ) for each random local step (a 1 , a 2 ), so Equation 12 is the error (e 2 By searching for γ that minimizes (S, γ)) and substituting it into Equation 11, the stride length (d) and bias (b) can be obtained.

그리고 비선형 궤도 추정부(323) 또한 로컬 스텝 선택부(321)가 미리 대응하는 AP(APm)으로부터 기지정된 문턱 거리(rk) 이내의 인접 스텝 그룹에 포함된 다수의 로컬 스텝에서 다양한 조합으로 추출한 2개의 로컬 스텝(a1, a2)에 대해 수학식 11을 계산하여, 각 조합에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득하고, 획득된 각 조합에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)의 중간값을 계산하여, 다수의 AP(APm) 각각에 대한 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 획득할 수 있다.In addition, the non-linear trajectory estimation unit 323 also selects the local step 321 in various combinations from a plurality of local steps included in the adjacent step group within a predetermined threshold distance (r k ) from the corresponding AP (AP m ). Calculate Equation 11 for the two extracted local steps (a 1 , a 2 ) to obtain the stride length (d) and bias (b) for each combination, and the stride length (d) and bias for each combination obtained. By calculating the median value of (b), the representative stride length (d * ) and representative bias (b * ) for each of multiple APs (AP m ) can be obtained.

즉 궤적 추정부(320)는 보행자 이동 패턴이 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 로컬 좌표계 상의 궤적으로 나타난 로컬 이동 궤적에서, 원점에 위치하는 AP(APm)로부터의 임의의 로컬 스텝(a1, a2)과 나머지 로컬 스텝의 거리 변화에 기반하여 보폭(d*)과 바이어스(b*)를 획득한다.That is, the trajectory estimation unit 320 calculates a random local step from the AP (AP m ) located at the origin in the local movement trajectory in which the pedestrian movement pattern is expressed as a trajectory on the local coordinate system of each of the multiple APs (AP 1 to AP M ). Stride length (d * ) and bias (b * ) are obtained based on the distance change of (a 1 , a 2 ) and the remaining local steps.

로컬 초기 위치 계산부(330)는 궤적 추정부(320)에서 추정된 직선 및 비직선 궤적에 따른 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 기반으로 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 계산하여 획득한다.The local initial position calculation unit 330 determines the initial local step position of the local movement trajectory based on the representative stride length (d * ) and representative bias (b * ) according to the straight and non-linear trajectories estimated by the trajectory estimation unit 320 ( It is obtained by calculating the coordinate values (q 1 * , u 1 * ) of z 1 ).

로컬 초기 위치 계산부(330)는 직선 궤적 추정부(322)에서 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)가 획득된 경우, 수학식 3으로부터 궤적의 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 각각 수학식 14 및 15에 따라 계산하여 획득할 수 있다.When the representative stride length (d * ) and representative bias (b * ) are obtained from the straight line trajectory estimation unit 322, the local initial position calculation unit 330 calculates the initial local step position (z 1 ) of the trajectory from Equation 3. The coordinate values (q 1 * , u 1 * ) can be obtained by calculating according to Equations 14 and 15, respectively.

수학식 15에서 u1 * 는 u1 2 에서 계산되는 값이므로, 부호의 모호성이 발생하게 되지만 이는 후술하는 글로벌 위치 추정부(400)에 의해 해소될 수 있다.In Equation 15, u 1 * is a value calculated from u 1 2 , so ambiguity in the sign occurs, but this can be resolved by the global position estimation unit 400, which will be described later.

그리고 로컬 초기 위치 계산부(330)는 비직선 궤적 추정부(323)에서 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)가 획득된 경우, 수학식 8에 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 대입하여 궤적의 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)에 관한 일차 방정식을 수학식 16과 같이 획득한다.And when the representative stride length (d * ) and representative bias (b * ) are obtained from the non-linear trajectory estimation unit 323, the local initial position calculation unit 330 calculates the representative stride length (d * ) and representative bias in Equation 8. By substituting (b * ), the linear equation for the coordinate values (q 1 * , u 1 * ) of the initial local step position (z 1 ) of the trajectory is obtained as shown in Equation 16.

그리고 수학식 16을 행렬식 형태로 변환하면, 수학식 17로 표현된다.And when Equation 16 is converted to determinant form, it is expressed as Equation 17.

수학식 17로부터 비직선 궤적에서 초기 로컬 스텝 위치(z1)는 수학식 18에 따라 계산될 수 있다.From Equation 17, the initial local step position (z 1 ) in a non-linear trajectory can be calculated according to Equation 18.

상기한 로컬 위치 추정부(300)는 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각을 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 구성하고, 보행자 이동 패턴을 다수의 로컬 좌표계 각각에서의 로컬 이동 궤적으로 변환한 후, 직선 궤적인지 비직선 궤적인지 여부에 따라 구분하여, 각 AP(AP1 ~ APM)와 대응하는 로컬 이동 궤적 상의 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN) 사이의 거리(r1 ~ rN)를 기반으로 보폭(d)과 바이어스(b) 및 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1, u1)을 계산하였다.The local location estimation unit 300 configures a plurality of local coordinate systems with each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ) as the origin, and converts the pedestrian movement pattern into a local movement trajectory in each of the plurality of local coordinate systems. After that, it is classified according to whether it is a straight trajectory or a non-straight trajectory, and the distance (r 1 ~ r) between each AP ( AP 1 ~ AP M ) and each local step position (z 1 ~ z N ) on the corresponding local movement trajectory Based on N ), the stride length (d), bias (b), and coordinate values (q 1 , u 1 ) of the initial local step position (z 1 ) were calculated.

다만 로컬 위치 추정부(300)에서 계산된 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)는 각 AP(AP1 ~ APM)에 따른 로컬 좌표계에서의 위치 좌표이다. 따라서 글로벌 위치 추정부(400)는 다수의 로컬 좌표계 상의 좌표 값으로 계산된 다수의 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)를 글로벌 좌표계 상의 위치 좌표값으로 변환한다.However, each local step position (z 1 to z N ) calculated by the local position estimation unit 300 is a position coordinate in the local coordinate system for each AP (AP 1 to AP M ). Accordingly, the global position estimation unit 400 converts each of the local step positions (z 1 to z N ) calculated as coordinate values on a plurality of local coordinate systems into position coordinate values on the global coordinate system.

로컬 위치 추정부(300)에서 다수의 로컬 좌표계 각각에서의 초기 로컬 스텝 위치(z1)와 보폭(d)이 계산되었으므로, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 중 제m AP(APm)을 기준으로 측정한 n번째 로컬 스텝 위치(zn)는 zn (m)* 이라 할 수 있다. 그리고 제m AP(APm)의 글로벌 좌표계에서의 위치를 PAP (m)이라 하고, 보행자의 초기 이동 방향을 w라 하면, 글로벌 위치 추정부(400)는 제m AP(APm)에 따른 로컬 좌표계 상의 로컬 스텝 위치(zn (m)*)를 수학식 19에 따라 글로벌 좌표 상에서의 보행자 이동 패턴에 따른 스텝 위치(pn (m)(w))를 계산할 수 있다.Since the initial local step position (z 1 ) and stride length (d) in each of the plurality of local coordinate systems were calculated in the local position estimation unit 300, the mth AP (AP m ) among the plurality of APs (AP 1 to AP M ) The nth local step position (z n ) measured based on can be called z n (m)* . And, if the position of the mth AP (AP m ) in the global coordinate system is P AP (m) and the initial movement direction of the pedestrian is w, the global position estimation unit 400 determines the position according to the mth AP (AP m ). The local step position (z n (m)* ) on the local coordinate system can be calculated as the step position (p n (m) (w)) according to the pedestrian movement pattern on global coordinates according to Equation 19.

수학식 19는 제m AP(APm)를 기반으로 추정한 보행자 이동 궤적에 따른 위치(pn (m)(w))로서, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에서 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)가 올바르게 추정되었다면, 모든 AP(AP1 ~ APM)에 대해 수학식 19에 따라 계산되는 보행자 이동 궤적에 따른 위치(pn (m)(w))가 동일해야 하므로, 수학식 20을 만족하는 하나의 w*가 계산된다.Equation 19 is the position (p n (m) (w)) according to the pedestrian movement trajectory estimated based on the mth AP (AP m ), and is the location of each local step in each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) If (z 1 ~ z N ) is estimated correctly, the position (p n (m) (w)) along the pedestrian movement trajectory calculated according to Equation 19 should be the same for all APs (AP 1 ~ AP M ). , one w * that satisfies Equation 20 is calculated.

만일 수학식 20을 만족하면, 글로벌 위치 추정부(400)는 초기 방향(w*)을 수학식 19에 대입하여 계산된 위치(pn (m)(w*))를 보행자 이동 궤적으로 결정한다.If Equation 20 is satisfied, the global position estimation unit 400 substitutes the initial direction (w * ) into Equation 19 and determines the calculated position (p n (m) (w * )) as the pedestrian movement trajectory. .

그러나 각 AP(AP1 ~ APM)에 따라 계산되는 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)에는 오류가 존재할 수 있어, w가 동일하지 않게 계산될 수 있다.However, errors may exist in each local step position (z 1 to z N ) calculated according to each AP (AP 1 to AP M ), so w may be calculated differently.

이 경우, 글로벌 위치 추정부(400)는 다시 보행자 이동 패턴이 직선 이동 궤적인 경우와 비직선 이동 궤적인 경우 구분하여 글로벌 좌표계에서의 초기 위치(p1)와 초기 이동 방향(w)을 정확하게 추정한다.In this case, the global position estimation unit 400 again distinguishes between cases where the pedestrian movement pattern is a straight movement trajectory and a non-straight movement trajectory, and accurately estimates the initial position (p 1 ) and initial movement direction (w) in the global coordinate system. do.

도 7은 글로벌 위치 추정부가 직선 이동 궤적에서 초기 위치와 초기 이동 방향을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a method by which the global position estimation unit estimates the initial position and initial movement direction in a linear movement trajectory.

도 7의 제1 AP(AP1)을 기준으로 다른 2개의 AP(AP2, AP3)와의 글로벌 좌표계에서 발생된 오차를 도시하였다. 직선 이동 궤적에서는 수학식 15에서 설명한 바와 같이, 초기 위치(q1, u1) 중 u1 * 에서 부호의 모호성이 발생할 수 있다.The error generated in the global coordinate system with the other two APs (AP 2 and AP 3 ) based on the first AP (AP 1 ) in FIG. 7 is shown. In a straight-line movement trajectory, as explained in Equation 15, ambiguity in the sign may occur at u 1 * among the initial positions (q 1 , u 1 ).

즉 직선 이동 궤적에서 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)는 u1 * 에서 부호의 모호성에 따라 수학식 21로 표현되는 Z+ 와 Z- 으로 구분되어 획득될 수 있다.That is, the local step position (z 1 ~ z N ) in the linear movement trajectory can be obtained by dividing into Z + and Z - expressed in Equation 21 according to the ambiguity of the sign in u 1 * .

이로 인해 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, w가 동일하지 않게 계산될 수 있다. Because of this, as shown in (a) and (b) of FIG. 7, w may be calculated not to be the same.

상기한 모호성을 해소하기 위해서는 AP의 개수가 최소 3개 이상이어야 하며, 만약 n개의 AP가 존재한다면, 각 AP에 대해 2개씩의 모호성이 존재하기 때문에 2n개의 모호성이 발생하게 된다. 다만 글로벌 좌표계 상의 2개의 AP(APm1, APm2) 상대 거리와 대응하는 로컬 좌표계 상의 로컬 스텝 위치(zn (m1), zn (m2)) 들 사이의 상대 거리는 동일해야 한다는 수학식 22를 이용하여 이러한 모호성을 해소할 수 있다.In order to resolve the above-mentioned ambiguity, the number of APs must be at least 3, and if n APs exist, 2n ambiguities occur because there are 2 ambiguities for each AP. However, Equation 22 states that the relative distance between the two APs (AP m1 , AP m2 ) on the global coordinate system and the relative distance between the local step positions (z n (m1) , z n (m2) ) on the corresponding local coordinate system must be the same. This ambiguity can be resolved by using

수학식 22로부터 기준 AP(APr)의 위치(PAP (r))와 다른 AP(APr)의 위치(PAP (m)) 사이의 거리는 기준 AP(APr)에 대한 로컬 스텝 위치(zn (r))와 다른 AP(APr)에 대한 로컬 스텝 위치(zn (m))와 동일해야 하므로, 수학식 23 및 수학식 24에 따라 모호성을 갖는 변수를 y+ (r)과 y- (r) 의 2개로 줄일 수 있다.From Equation 22, the distance between the position (P AP ( r )) of the reference AP (AP r ) and the position (P AP (m) ) of the other AP (AP r ) is the local step position (P AP (m)) for the reference AP (AP r ). Since z n (r) ) must be the same as the local step position (z n (m) ) for another AP (AP r ), the variables with ambiguity according to Equation 23 and Equation 24 are y + (r) and It can be reduced to two: y - (r) .

글로벌 위치 추정부(400)는 수학식 23이 성립하는 경우, y+ (r) 집합에 z+ (r) 을 추가하고, y- (r) 집합에 z- (r) 을 추가한다. 그러나 수학식 22가 성립하는 경우, y+ (r) 집합에 z- (r) 을 추가하고, y- (r) 집합에 z+ (r) 을 추가한다. 이 경우, 초기 이동 방향(w)은 두 모호성 집합(y+ (r), y- (r))에 따른 오차()가 최소가 되도록, 수학식 25을 만족하는 초기 이동 방향(w*)으로 획득한다.If Equation 23 holds, the global position estimation unit 400 adds z + ( r) to the y + (r) set and z - (r) to the y - (r) set. However, if Equation 22 holds, z - (r) is added to the y + (r) set, and z + (r) is added to the y - ( r) set. In this case , the initial direction of movement ( w ) is determined by the error ( ) is obtained as an initial movement direction (w * ) that satisfies Equation 25 so that is minimized.

반면, 비직선 이동 궤적에 대해 글로벌 위치 추정부(400)는 각 AP(AP1 ~ APM)에서 계산된 위치(pn) 사이의 누적 오차()가 최소가 되도록 수학식 26를 만족하는 초기 이동 방향(w*)을 획득한다.On the other hand, for non-linear movement trajectories , the global position estimator 400 calculates the cumulative error ( ) Obtain the initial movement direction (w * ) that satisfies Equation 26 so that is minimized.

여기서 이다.here am.

결과적으로 본 실시에에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치는 보행자 실내 위치 측위 장치가 구비한 IMU 센서를 기반으로 획득된 보행자 이동 패턴을 다수의 AP(AP1 ~ APM)와의 무선 신호를 기반으로 획득되는 거리를 기반으로 하는 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적으로 변환하여, 각 로컬 좌표계 상에서 보폭(d)과 NLOS 등으로 인해 발생하는 바이어스(b)를 계산하고, 계산된 보폭(d)과 바이어스(b)에 따라 각 로컬 좌표계에서의 로컬 이동 궤적을 정밀하게 재추정한 후, 각 로컬 좌표계에서의 추정된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계 상에서 일치시킴으로써 정확한 보행자 이동 궤적을 추정할 수 있다.As a result, the pedestrian indoor location positioning device according to this embodiment uses the pedestrian movement pattern acquired based on the IMU sensor provided by the pedestrian indoor location location device to be acquired based on wireless signals with multiple APs (AP 1 to AP M ). Convert to a local movement trajectory on a local coordinate system based on distance, calculate the stride length (d) and bias (b) caused by NLOS, etc. in each local coordinate system, and calculate the stride length (d) and bias (b) based on the calculated stride length (d) and bias (b). Accordingly, the accurate pedestrian movement trajectory can be estimated by precisely re-estimating the local movement trajectory in each local coordinate system and then matching the estimated local movement trajectory in each local coordinate system with the global coordinate system.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 방법을 나타낸다.Figure 8 shows a method for determining the indoor location of a pedestrian according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 7을 참조하여, 도 8의 보행자 실내 위치 측위 방법을 설명하면, 우선 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)를 포함하는 IMU 센서를 이용하여 센싱 신호를 획득한다(S11). 그리고 획득된 센싱 신호를 기반으로 보행자의 스텝에 따른 다수의 스텝 위치(p1 ~ pN) 및 각 스텝에서의 회전 각도(μ)를 분석하여 보행자 이동 패턴을 판별한다(S12). 이때 각 스텝 위치(p1 ~ pN)간 간격을 나타내는 보행자의 보폭(d)은 기지정된 각 스텝에서 균일한 기지정된 간격인 것으로 가정한다.Referring to FIGS. 1 to 7 , when explaining the pedestrian indoor positioning method of FIG. 8 , first, a sensing signal is acquired using an IMU sensor including an acceleration sensor 111 and a gyro sensor 112 (S11). And based on the acquired sensing signal, the pedestrian movement pattern is determined by analyzing the multiple step positions (p 1 ~ p N ) and the rotation angle (μ) at each step according to the pedestrian's steps (S12). At this time, it is assumed that the pedestrian's stride length (d), which represents the interval between each step position (p 1 to p N ), is a uniform predetermined interval at each predetermined step.

또한 주변 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각과 무선 신호를 송수신하여, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각으로부터 보행자 실내 위치 측위 장치까지의 거리(r1 ~ rM)를 측정한다(S13). 여기서는 각 스텝 위치(p1 ~ pN)에서의 거리(r1 ~ rM)를 측정할 수도 있다.In addition, wireless signals are transmitted and received with each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) nearby, and the distance (r 1 to r M ) from each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) to the pedestrian indoor location determination device is measured. (S13). Here, the distance (r 1 to r M ) at each step position (p 1 to p N ) can also be measured.

보행자 이동 패턴과 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 거리(r1 ~ rM)가 획득되면, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각을 원점으로 하고 초기 스텝 위치(p1)에서의 이동 방향을 좌표계의 1축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하여, 보행자 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환한다(S14).Once the pedestrian movement pattern and the distance (r 1 to r M ) for each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) are obtained, each of the multiple APs (AP 1 to AP M ) is set as the origin and the initial step position (p 1) ) is set as the first axis of the coordinate system, and the pedestrian movement pattern is converted into a local movement trajectory of the local coordinate system (S14).

그리고 각 로컬 좌표계에서 로컬 이동 궤적의 다수의 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN) 중 AP 즉 원점으로부터 기지정된 문턱 거리(rk) 이내에 위치하는 스텝 위치에 대응하는 스탭(n)을 AP 인접 로컬 스텝으로 선택한다(S15).And in each local coordinate system, among the multiple local step positions (z 1 ~ z N ) of the local movement trajectory, the step (n) corresponding to the step position located within a predetermined threshold distance (r k ) from the AP, that is, the origin, is selected as a local step adjacent to the AP. Select by step (S15).

이후 보행자 이동 패턴 또는 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지 판별한다(S16).Afterwards, it is determined whether the pedestrian movement pattern or local movement trajectory is a linear movement trajectory or a non-straight movement trajectory (S16).

만일 직선 이동 궤적인 것으로 판별되면, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)를 수학식 6에 따라 추정한다(S17). 이때, 선택되는 2개의 스텝(a1, a2)의 조합에 따라 보폭(d)과 바이어스(b)가 각각 다수개로 획득되는 경우, 획득된 보폭(d)과 바이어스(b)의 중간값을 계산하여 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 획득할 수도 있다.If it is determined to be a straight-line movement trajectory, two different random steps (a 1 , a 2 ) are selected in various combinations from local steps adjacent to the AP, and the distance difference from the corresponding AP at the selected step and the correspondence with the remaining steps are determined. Based on the distance difference from the AP, the stride length (d) and bias (b) according to the linear movement trajectory in the local coordinate system are estimated according to Equation 6 (S17). At this time, if multiple strides (d) and bias (b) are obtained depending on the combination of the two selected steps (a 1 and a 2 ), the median value of the obtained strides (d) and bias (b) is obtained. You can also calculate the representative stride length (d * ) and representative bias (b * ).

그리고 로컬 좌표계에서 직선 이동 궤적에서의 보폭(d)과 바이어스(b)가 획득되면, 획득된 보폭(d)과 바이어스(b), 적어도 하나의 임의 스텝(a1, a2)과 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)에서의 AP와의 거리 사이의 차이를 기반으로 직선 이동 궤적의 로컬 좌표계 상의 초기 로컬 스텝 위치(z1)를 수학식 14 및 15에 따라 추정한다(S18).And when the stride length (d) and bias (b) in the straight-line movement trajectory in the local coordinate system are obtained, the obtained stride length (d) and bias (b), at least one random step (a 1 , a 2 ) and each local step Based on the difference between the distance from the AP at the position (z 1 to z N ), the initial local step position (z 1 ) on the local coordinate system of the linear movement trajectory is estimated according to Equations 14 and 15 (S18).

한편, 비직선 이동 궤적인 것으로 판별되면, 대응하는 AP로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1)까지의 거리(R)와 로컬 좌표계의 1축으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1) 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도(γ)를 설정하고, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)를 수학식 11에 따라 추정한다(S19). 이와 함께 추정된 보폭(d)과 바이어스(b)를 기반으로 기지정된 방식으로 계산되는 오차가 최소가 되도록 하는 초기 로컬 각도(γ(S))를 획득한다.On the other hand, if it is determined to be a non-linear movement trajectory, the distance (R) from the corresponding AP to the initial local step position (z 1 ) and the initial local step position (z 1 ) angle from the 1 axis of the local coordinate system are Set the local angle (γ), select two different random steps (a 1 , a 2 ) in various combinations from local steps adjacent to the AP, and determine the distance difference from the corresponding AP at the selected step and the correspondence with the remaining steps. Based on the distance difference from the moving AP, the stride length (d) and bias (b) according to the linear movement trajectory in the local coordinate system are estimated according to Equation 11 (S19). At the same time, the initial local angle (γ(S)) is obtained so that the error calculated in a predetermined manner based on the estimated stride length (d) and bias (b) is minimized.

이후 획득된 보폭(d)과 바이어스(b) 및 초기 로컬 각도(γ(S))를 기반으로 수학식 18에 따라 비직선 이동 궤적의 로컬 좌표계 상의 초기 로컬 스텝 위치(z1)를 추정한다(S20).Afterwards, based on the obtained stride length (d), bias (b), and initial local angle (γ(S)), the initial local step position (z 1 ) on the local coordinate system of the non-linear movement trajectory is estimated according to Equation 18 ( S20).

다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 다수의 로컬 좌표계에서 초기 로컬 스텝 위치(z1), 보폭(d)과 바이어스(b) 및 초기 로컬 각도(γ(S))가 획득되어 로컬 이동 궤적이 확인되면, 각 AP(APm)에 따른 로컬 이동 궤적 상의 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)를 글로벌 좌표계 상의 스텝 위치(p1 (m) ~ pN (m))로 다시 변환한다(S21). 그리고 글로벌 좌표계로 변환된 스텝 위치(p1 (m) ~ pN (m))들의 위치가 일치하는지 판별한다(S22). 만일 일치한다면, 글로벌 좌표계에서 보행자의 이동 궤적이 정확하게 추정된 것이므로, 다시 IMU 센서로부터 센싱 신호를 획득한다(S11). 그러나 일치하지 않는다면, 글로벌 좌표계에서 보행자의 이동 궤적에 오차가 발생한 것으로 판별하여, 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상한다(S23). 이때 글로벌 스텝 위치의 오차 또한 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지에 따라 구분하여 보상을 수행할 수 있으며, 로컬 이동 궤적이 글로벌 좌표계로 변환되는 과정에서 회전 각도(w)에 오차가 발생된 것으로 판단하여 회전 각도(w)의 오차를 보상한다. 여기서 회전 각도(w)는 보행자의 초기 위치(p1)와 x축을 기준으로 하는 초기 이동 방향(w)으로 볼 수 있다.The initial local step position (z 1 ), stride length (d) and bias (b), and initial local angle (γ(S)) are obtained in multiple local coordinate systems for each of multiple APs (AP 1 to AP M ), and the local Once the movement trajectory is confirmed, each local step position (z 1 ~ z N ) on the local movement trajectory according to each AP (AP m ) is converted back to the step position (p 1 (m) ~ p N (m) ) on the global coordinate system. Convert (S21). Then, it is determined whether the positions of the step positions (p 1 (m) ~ p N (m) ) converted to the global coordinate system match (S22). If they match, the pedestrian's movement trajectory has been accurately estimated in the global coordinate system, and a sensing signal is obtained from the IMU sensor again (S11). However, if they do not match, it is determined that an error has occurred in the pedestrian's movement trajectory in the global coordinate system, and the error in the global step position is compensated (S23). At this time, the error in the global step position can also be compensated according to whether it is a linear or non-linear movement trajectory, and it is determined that an error in the rotation angle (w) occurred in the process of converting the local movement trajectory to the global coordinate system. This compensates for the error in the rotation angle (w). Here, the rotation angle (w) can be viewed as the pedestrian's initial position (p 1 ) and the initial movement direction (w) based on the x-axis.

만일 직선 이동 궤적이면, 초기 로컬 스텝 위치(z1)에 대한 제2 축 방향 좌표값의 추정 시에 부호의 모호성에 의해 발생된 것으로 판단하여, 글로벌 좌표게에서의 서로 다른 AP(APr, APm)의 위치(PAP (r), PAP (m)) 사이의 거리와 AP(APr, APm) 따른 서로 다른 로컬 좌표계에서 각 부호별 로컬 스텝 위치((z1 (r) ~ zN (r)), (z1 (m) ~ zN (m))) 사이의 거리를 비교하여 가급적 동일한 거리가 되도록 하는 로컬 스텝 위치(z1 (m) ~ zN (m))를 선택하고, 이에 따라 각 로컬 좌표계에서의 회전 각도(w)를 설정하여 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상할 수 있다.If it is a straight movement trajectory, it is judged to be caused by ambiguity of the sign when estimating the second axis coordinate value for the initial local step position (z 1 ), and different APs (AP r , AP) in the global coordinate system The distance between the positions (P AP (r) , P AP (m) ) of m ) and the local step position ((z 1 (r) ~ z) for each sign in different local coordinate systems according to AP (AP r , AP m ) Compare the distance between N (r) ), (z 1 (m) ~ z N (m) )) and select a local step position (z 1 (m) ~ z N (m) ) that makes the distance as equal as possible. And, by setting the rotation angle (w) in each local coordinate system accordingly, the error in the global step position can be compensated.

반면, 비직선 이동 궤적의 경우, 각 로컬 이동 궤적에 따른 로컬 스텝 위치(z1 (m) ~ zN (m))를 글로벌 좌표계로 변환한 스텝 위치 사이의 차이가 최소가 되도록 각 로컬 좌표계에서의 회전 각도(w)를 설정하여 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상할 수 있다.On the other hand, in the case of a non-linear movement trajectory, the difference between the local step positions (z 1 (m) ~ z N (m) ) according to each local movement trajectory converted to the global coordinate system is minimized in each local coordinate system. You can compensate for the error in the global step position by setting the rotation angle (w).

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer program stored on a medium for execution on a computer. Here, computer-readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and may also include all computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules or other data, including read-only memory (ROM). It may include dedicated memory), RAM (random access memory), CD (compact disk)-ROM, DVD (digital video disk)-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.

100: IMU 이동 추정부 110: 센서부
111: 가속도 센서 112: 자이로 센서
120: 이동 패턴 추정부 200: 거리 정보 획득부
300: 로컬 위치 추정부 310: 로컬 좌표계 변환부
320: 궤적 추정부 330: 로컬 초기 위치 계산부
400: 글로벌 위치 추정부
100: IMU movement estimation unit 110: sensor unit
111: Acceleration sensor 112: Gyro sensor
120: Movement pattern estimation unit 200: Distance information acquisition unit
300: Local position estimation unit 310: Local coordinate system conversion unit
320: Trajectory estimation unit 330: Local initial position calculation unit
400: Global location estimation unit

Claims (20)

보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 IMU 이동 추정부;
다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 거리 정보 획득부;
상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 상기 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 로컬 위치 추정부; 및
다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 글로벌 위치 추정부를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
IMU movement estimation unit that determines the pedestrian movement pattern based on the sensing signal that detects the pedestrian's steps and rotation angles;
a distance information acquisition unit that transmits and receives wireless signals to and from multiple APs and measures the distance to each of the multiple APs in a predetermined manner at each step;
Set a plurality of local coordinate systems with the location of each of the plurality of APs as the origin, and based on the local movement trajectory obtained using the pedestrian movement pattern and the measured distance to each of the plurality of APs on the plurality of local coordinate systems. a local position estimation unit that calculates a bias generated by NLOS from the stride length and measured distance according to the steps of the pedestrian, and determines an initial local step position of the local movement trajectory based on the calculated stride length and bias; and
A pedestrian indoor positioning device including a global position estimation unit that converts a local movement trajectory obtained in each of a plurality of local coordinate systems into a movement trajectory in a global coordinate system to obtain a pedestrian movement trajectory in the global coordinate system.
제1항에 있어서, 상기 IMU 이동 추정부는
보행자의 스텝에 따른 상하 가속도를 감지하여 가속도 신호를 생성하는 가속도 센서;
보행자의 회전 각도에 따른 자이로 신호를 생성하는 자이로 센서; 및
상기 센싱 신호로서 상기 가속도 신호와 상기 자이로 신호를 인가받아 보행자의 스텝 및 각 스텝에서의 방향 전환을 분석하여 상기 보행자 이동 패턴을 획득하는 이동 패턴 추정부를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 1, wherein the IMU movement estimation unit
An acceleration sensor that generates an acceleration signal by detecting the vertical acceleration according to the pedestrian's steps;
A gyro sensor that generates a gyro signal according to the pedestrian's rotation angle; and
A pedestrian indoor location positioning device comprising a movement pattern estimation unit that receives the acceleration signal and the gyro signal as the sensing signal and analyzes the pedestrian's steps and direction changes at each step to obtain the pedestrian movement pattern.
제1항에 있어서, 상기 로컬 위치 추정부는
상기 다수의 AP와의 거리를 기반으로 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하고, 상기 보행자 이동 패턴의 초기 스텝 위치(p1)에서의 이동 방향을 좌표계의 제1축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하여, 상기 보행자 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환하는 로컬 좌표계 변환부;
상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지에 따라 구분하여 상기 보폭과 상기 바이어스를 계산하는 궤적 추정부; 및
계산된 상기 보폭과 상기 바이어스를 기반으로 로컬 좌표계에서 초기 로컬 스텝 위치를 결정하는 로컬 초기 위치 계산부를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 1, wherein the local location estimation unit
A plurality of local coordinate systems with the location of each of the plurality of APs as the origin based on the distance to the plurality of APs, and the movement direction at the initial step position (p 1 ) of the pedestrian movement pattern as the first axis of the coordinate system. a local coordinate system conversion unit that converts the pedestrian movement pattern into a local movement trajectory in a local coordinate system;
a trajectory estimation unit that calculates the stride length and the bias by distinguishing the local movement trajectory depending on whether it is a linear movement trajectory or a non-linear movement trajectory; and
A pedestrian indoor positioning device comprising a local initial position calculation unit that determines an initial local step position in a local coordinate system based on the calculated stride length and the bias.
제3항에 있어서, 상기 궤적 추정부는
상기 로컬 이동 궤적의 다수의 로컬 스텝 위치 중 대응하는 AP의 위치로부터 기지정된 문턱 거리 이내에 위치하는 스텝 위치의 스탭을 AP 인접 로컬 스텝으로 선택하는 로컬 스텝 선택부;
상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적이면, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하고, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하는 직선 궤적 추정부; 및
상기 로컬 이동 궤적이 비직선 이동 궤적이면, 로컬 좌표계에 대응하는 AP로부터 초기 로컬 스텝 위치까지의 거리와 로컬 좌표계의 제1축으로부터 초기 로컬 스텝 위치 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도를 설정하고, 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하며, 추정된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 비직선 궤적 추정부를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 3, wherein the trajectory estimation unit
a local step selection unit that selects a step of a step position located within a predetermined threshold distance from the position of the corresponding AP among a plurality of local step positions of the local movement trajectory as a local step adjacent to the AP;
If the local movement trajectory is a straight movement trajectory, two different random steps are selected in various combinations from the local steps adjacent to the AP, and the distance difference from the corresponding AP in the selected step and the distance difference between the corresponding AP and the remaining steps are calculated. a straight line trajectory estimation unit that estimates the stride length and bias according to the straight line movement trajectory in the local coordinate system based on the straight line trajectory; and
If the local movement trajectory is a non-linear movement trajectory, set the initial local angle, which is the distance from the AP corresponding to the local coordinate system to the initial local step position and the angle from the first axis of the local coordinate system to the initial local step position direction, Two different random steps are selected in various combinations from the local steps adjacent to the AP, and based on the distance difference between the corresponding AP in the selected step and the corresponding AP in the remaining steps, a linear movement trajectory is followed in the local coordinate system. A pedestrian indoor positioning device including a non-linear trajectory estimation unit that estimates stride length and bias, and obtains the initial local angle by calculating the initial local angle based on the estimated stride length and bias.
제4항에 있어서, 상기 직선 궤적 추정부는
초기 로컬 스텝 위치(z1)의 로컬 좌표(q1, u1)와 상기 로컬 좌표계의 제1축인 q축 방향으로 진행하는 전체 N개의 스텝(n = 1, 2, .. N) 각각에서 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)와 대응하는 AP 사이의 거리(rn)에 따라 수학식

으로 표현되는 보폭(d)과 바이어스(b) 함수에 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)를 대입하고, 나머지 스텝 사이의 차이를 분석하여 획득되는 행렬식

을 수학식

에 따라 계산하여 상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 4, wherein the linear trajectory estimation unit
Local coordinates (q 1 , u 1 ) of the initial local step position (z 1 ) and a total of N steps (n = 1, 2, .. N) proceeding in the direction of the q-axis, which is the first axis of the local coordinate system, in each of the local Depending on the step position (z 1 to z N ) and the distance (r n ) between the corresponding AP, Equation

Determinant obtained by substituting two different random steps (a 1 , a 2 ) obtained from local steps adjacent to the AP into the stride (d) and bias (b) functions expressed as and analyzing the difference between the remaining steps

Equation

A pedestrian indoor positioning device that calculates the stride length (d) and the bias (b) according to .
제5항에 있어서, 상기 비직선 궤적 추정부는
상기 로컬 좌표계의 원점으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1)까지의 거리와 q축 방향으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1) 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도() 및 각 로컬 스텝(z2 ~ zN)에서의 회전에 따른 q축을 기준으로 하는 로컬 회전 각도(θn)를 기반으로 수학식

으로 표현되는 보폭(d)과 바이어스(b) 함수에 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)를 대입하고, 나머지 스텝 사이의 차이로 획득되는 수학식

(여기서 이고, 이다.)
을 변환한 행렬식

을 수학식

에 따라 계산하여 상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 5, wherein the non-linear trajectory estimation unit
Distance from the origin of the local coordinate system to the initial local step position (z 1 ) and the initial local angle (which is the angle from the q-axis direction to the initial local step position (z 1 ) direction) ) and the local rotation angle (θ n ) about the q axis according to the rotation at each local step (z 2 to z N ), Equation

Substituting two different random steps (a 1 , a 2 ) obtained from local steps adjacent to the AP into the stride (d) and bias (b) functions expressed as

(here ego, am.)
Determinant converted from

Equation

A pedestrian indoor positioning device that calculates the stride length (d) and the bias (b) according to .
제6항에 있어서, 상기 비직선 궤적 추정부는
상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 수학식에서 상기 초기 로컬 각도(γ)를 가변하면서 대입하여 수학식

여기서 (이고, std()는 표준편차 함수이며, 이다. 그리고 이다.)
의 오차(e2)가 최소가 되도록 하는 초기 로컬 각도(γ(S))를 획득하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 6, wherein the non-linear trajectory estimation unit
By varying the initial local angle (γ) in the equation for calculating the stride length (d) and the bias (b), the equation

here ( , and std() is the standard deviation function, am. and am.)
A pedestrian indoor positioning device that obtains an initial local angle (γ(S)) such that the error (e 2 ) is minimized.
제7항에 있어서, 상기 궤적 추정부는
상기 AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 조합으로 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2) 각각에 대한 보폭(d)과 바이어스(b) 및 초기 로컬 각도(γ(S))가 다수개로 획득되면, 각각 중간값을 대표값으로 선택하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 7, wherein the trajectory estimation unit
The stride length (d), bias (b), and initial local angle (γ(S)) for each of two different random steps (a 1 , a 2 ) obtained in different combinations from the local steps adjacent to the AP are multiple. Once obtained, a pedestrian indoor location location device that selects each median value as a representative value.
제7항에 있어서, 상기 로컬 초기 위치 계산부는
직선 이동 궤적인 경우, 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 수학식



에 따라 계산하여 획득하고,
비직선 이동 궤도인 경우, 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 수학식

을 변환한 행렬식

을 수학식

에 따라 계산하여 획득하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 7, wherein the local initial position calculation unit
In the case of a straight movement trajectory, the coordinate values (q 1 * , u 1 * ) of the initial local step position (z 1 ) are expressed in the equation

and

Obtained by calculating according to
In the case of a non-linear movement trajectory, the coordinate values (q 1 * , u 1 * ) of the initial local step position (z 1 ) are expressed in the equation

Determinant converted from

Equation

A pedestrian indoor location positioning device that calculates and obtains according to.
제9항에 있어서, 상기 글로벌 위치 추정부는
상기 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 로컬 좌표계에서 획득된 로컬 스텝 위치(zn (m)*)를 글로벌 좌표계에서 x축을 기준으로 하는 보행자 이동 패턴의 초기 이동 방향이 나타내는 회전 각도(w)에 따라 수학식

으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 스텝 위치(pn (m)(w))로 변환하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 9, wherein the global location estimation unit
The rotation angle indicated by the initial movement direction of the pedestrian movement pattern based on the local step position (z n (m)* ) in the local coordinate system for each of the plurality of APs (AP 1 to AP M ) based on the x-axis in the global coordinate system According to (w) the equation

A pedestrian indoor positioning device that converts to a step position (p n (m) (w)) in the global coordinate system.
제10항에 있어서, 상기 글로벌 위치 추정부는
다수의 로컬 좌표계 각각에서 변환된 글로벌 좌표계 상의 스텝 위치(pn (m)(w))가 일치하지 않으면, 직선 이동 궤적인지 판별하고, 직선 이동 궤적이면, 글로벌 좌표게에서의 서로 다른 AP(APr, APm)의 위치(PAP (r), PAP (m)) 사이의 거리와 AP(APr, APm) 따른 서로 다른 로컬 좌표계에서 각 부호별 로컬 스텝 위치((z1 (r) ~ zN (r)), (z1 (m) ~ zN (m))) 사이의 거리를 비교하여 동일한 거리가 되도록 하는 로컬 스텝 위치(z1 (m) ~ zN (m))를 선택하고, 이에 대응하는 회전 각도(w)를 설정하여 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상하고,
비직선 이동 궤적이면, 각 로컬 이동 궤적에 따른 로컬 스텝 위치(z1 (m) ~ zN (m))를 글로벌 좌표계로 변환한 스텝 위치 사이의 차이가 최소가 되도록 각 로컬 좌표계에서의 회전 각도(w)를 설정하여 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
The method of claim 10, wherein the global location estimation unit
If the step positions (p n (m) (w)) on the global coordinate system converted from each of the multiple local coordinate systems do not match, it is determined whether it is a straight movement trajectory, and if it is a straight movement trajectory, different APs (AP) in the global coordinate system are determined. The distance between the positions (P AP (r) , P AP (m) ) of r , AP m ) and the local step position ((z 1 (r ) ) for each sign in different local coordinate systems according to AP (AP r , AP m ) ) to z N (r) ), (z 1 (m) to z N (m) )) local step position to ensure the same distance (z 1 (m) to z N (m) )) Select and set the corresponding rotation angle (w) to compensate for the error in the global step position,
If it is a non-linear movement trajectory, the rotation angle in each local coordinate system is set so that the difference between the local step positions (z 1 (m) ~ z N (m) ) according to each local movement trajectory converted to the global coordinate system is minimized. A pedestrian indoor positioning device that compensates for errors in the global step position by setting (w).
보행자의 실내 위치를 추적하는 보행자 실내 위치 측위 장치의 보행자 실내 위치 측위 방법에 있어서,
보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 단계;
다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 단계;
상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 상기 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 단계; 및
다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
In the pedestrian indoor positioning method of the pedestrian indoor positioning device that tracks the indoor position of the pedestrian,
Determining a pedestrian movement pattern based on a sensing signal that detects the pedestrian's steps and rotation angles;
Transmitting and receiving wireless signals with multiple APs and measuring the distance to each of the multiple APs in a predetermined manner at each step;
Set a plurality of local coordinate systems with the location of each of the plurality of APs as the origin, and based on the local movement trajectory obtained using the pedestrian movement pattern and the measured distance to each of the plurality of APs on the plurality of local coordinate systems. Calculating a bias generated by NLOS from the stride length and measured distance according to the step of the pedestrian, and determining an initial local step position of the local movement trajectory based on the calculated stride length and bias; and
A pedestrian indoor location positioning method comprising the step of converting a local movement trajectory obtained in each of a plurality of local coordinate systems into a movement trajectory in a global coordinate system to obtain a pedestrian movement trajectory in the global coordinate system.
제12항에 있어서, 상기 보행자 이동 패턴을 판별하는 단계는
가속도 센서를 이용하여 보행자의 스텝에 따른 상하 가속도를 감지하여 가속도 신호를 획득하는 단계;
자이로 센서를 이용하여 보행자의 회전 각도에 따른 자이로 신호를 획득하는 단계; 및
상기 센싱 신호로서 상기 가속도 신호와 상기 자이로 신호를 인가받아 보행자의 스텝 및 각 스텝에서의 방향 전환을 분석하여 상기 보행자 이동 패턴을 획득하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
The method of claim 12, wherein the step of determining the pedestrian movement pattern is
Obtaining an acceleration signal by detecting the vertical acceleration according to the pedestrian's steps using an acceleration sensor;
Obtaining a gyro signal according to the pedestrian's rotation angle using a gyro sensor; and
A pedestrian indoor location positioning method comprising the step of receiving the acceleration signal and the gyro signal as the sensing signal and analyzing the pedestrian's steps and direction changes at each step to obtain the pedestrian movement pattern.
제13항에 있어서, 상기 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 단계는
상기 다수의 AP와의 거리를 기반으로 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하고, 상기 보행자 이동 패턴의 초기 스텝 위치(p1)에서의 이동 방향을 좌표계의 제1축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하여, 상기 보행자 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환하는 단계;
상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지에 따라 구분하여 상기 보폭과 상기 바이어스를 계산하는 단계; 및
계산된 상기 보폭과 상기 바이어스를 기반으로 로컬 좌표계에서 초기 로컬 스텝 위치를 결정하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
The method of claim 13, wherein determining the initial local step position
A plurality of local coordinate systems with the location of each of the plurality of APs as the origin based on the distance to the plurality of APs, and the movement direction at the initial step position (p 1 ) of the pedestrian movement pattern as the first axis of the coordinate system. Converting the pedestrian movement pattern into a local movement trajectory in a local coordinate system;
calculating the stride length and the bias by classifying the local movement trajectory according to whether it is a linear movement trajectory or a non-linear movement trajectory; and
A pedestrian indoor positioning method comprising determining an initial local step position in a local coordinate system based on the calculated step length and the bias.
제14항에 있어서, 상기 바이어스를 계산하는 단계는
상기 로컬 이동 궤적의 다수의 로컬 스텝 위치 중 대응하는 AP의 위치로부터 기지정된 문턱 거리 이내에 위치하는 스텝 위치의 스탭을 AP 인접 로컬 스텝으로 선택하는 단계;
상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적이면, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하고, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 보폭과 바이어스를 직선 이동 궤적에 따라 추정하는 단계; 및
상기 로컬 이동 궤적이 비직선 이동 궤적이면, 로컬 좌표계에 대응하는 AP로부터 초기 로컬 스텝 위치까지의 거리와 로컬 좌표계의 제1축으로부터 초기 로컬 스텝 위치 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도를 설정하고, 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하며, 추정된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
The method of claim 14, wherein calculating the bias includes
selecting a step of a step position located within a predetermined threshold distance from the position of the corresponding AP among a plurality of local step positions of the local movement trajectory as a local step adjacent to the AP;
If the local movement trajectory is a straight movement trajectory, two different random steps are selected in various combinations from the local steps adjacent to the AP, and the distance difference from the corresponding AP in the selected step and the distance difference between the corresponding AP and the remaining steps are calculated. estimating the stride length and bias based on a linear movement trajectory on a local coordinate system; and
If the local movement trajectory is a non-linear movement trajectory, set the initial local angle, which is the distance from the AP corresponding to the local coordinate system to the initial local step position and the angle from the first axis of the local coordinate system to the initial local step position direction, Two different random steps are selected in various combinations from the local steps adjacent to the AP, and based on the distance difference between the corresponding AP in the selected step and the corresponding AP in the remaining steps, a linear movement trajectory is followed in the local coordinate system. A pedestrian indoor positioning method comprising the steps of estimating stride length and bias, and calculating and obtaining the initial local angle based on the estimated stride length and bias.
제15항에 있어서, 상기 직선 이동 궤적에 따라 추정하는 단계는
초기 로컬 스텝 위치(z1)의 로컬 좌표(q1, u1)와 상기 로컬 좌표계의 제1축인 q축 방향으로 진행하는 전체 N개의 스텝(n = 1, 2, .. N) 각각에서 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)와 대응하는 AP 사이의 거리(rn)에 따라 수학식

으로 표현되는 보폭(d)과 바이어스(b) 함수에 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)를 대입하고, 나머지 스텝 사이의 차이를 분석하여 획득되는 행렬식

을 수학식

에 따라 계산하여 상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
The method of claim 15, wherein the step of estimating according to the linear movement trajectory is
Local coordinates (q 1 , u 1 ) of the initial local step position (z 1 ) and a total of N steps (n = 1, 2, .. N) proceeding in the direction of the q-axis, which is the first axis of the local coordinate system, in each of the local Depending on the step position (z 1 to z N ) and the distance (r n ) between the corresponding AP, Equation

Determinant obtained by substituting two different random steps (a 1 , a 2 ) obtained from local steps adjacent to the AP into the stride (d) and bias (b) functions expressed as and analyzing the difference between the remaining steps

Equation

A pedestrian indoor positioning method for calculating the stride length (d) and the bias (b) by calculating according to .
제16항에 있어서, 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 단계는
상기 로컬 좌표계의 원점으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1)까지의 거리와 q축 방향으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1) 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도() 및 각 로컬 스텝(z2 ~ zN)에서의 회전에 따른 q축을 기준으로 하는 로컬 회전 각도(θn)를 기반으로 수학식

으로 표현되는 보폭(d)과 바이어스(b) 함수에 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)를 대입하고, 나머지 스텝 사이의 차이로 획득되는 수학식

(여기서 이고, 이다.)
을 변환한 행렬식

을 수학식

에 따라 계산하여 상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
The method of claim 16, wherein calculating and obtaining the initial local angle
Distance from the origin of the local coordinate system to the initial local step position (z 1 ) and the initial local angle (which is the angle from the q-axis direction to the initial local step position (z 1 ) direction) ) and the local rotation angle (θ n ) about the q axis according to the rotation at each local step (z 2 to z N ), Equation

Substituting two different random steps (a 1 , a 2 ) obtained from local steps adjacent to the AP into the stride (d) and bias (b) functions expressed as

(here ego, am.)
Determinant converted from

Equation

A pedestrian indoor positioning method comprising calculating the stride length (d) and the bias (b) by calculating according to .
제17항에 있어서, 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 단계는
상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 수학식에서 상기 초기 로컬 각도(γ)를 가변하면서 대입하여 수학식

여기서 (이고, std()는 표준편차 함수이며, 이다. 그리고 이다.)
의 오차(e2)가 최소가 되도록 하는 초기 로컬 각도(γ(S))를 획득하는 단계를 더 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
The method of claim 17, wherein calculating and obtaining the initial local angle
By varying the initial local angle (γ) in the equation for calculating the stride length (d) and the bias (b), the equation

here ( , and std() is the standard deviation function, am. and am.)
A pedestrian indoor positioning method further comprising obtaining an initial local angle (γ(S)) such that the error (e 2 ) is minimized.
제18항에 있어서, 상기 초기 로컬 스텝 위치를 결정하는 단계는
직선 이동 궤적인 경우, 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 수학식



에 따라 계산하여 획득하는 단계; 및
비직선 이동 궤도인 경우, 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 수학식

을 변환한 행렬식

을 수학식

에 따라 계산하여 획득하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
19. The method of claim 18, wherein determining the initial local step position
In the case of a straight movement trajectory, the coordinate values (q 1 * , u 1 * ) of the initial local step position (z 1 ) are expressed in the equation

and

calculating and obtaining according to; and
In the case of a non-linear movement trajectory, the coordinate values (q 1 * , u 1 * ) of the initial local step position (z 1 ) are expressed in the equation

Determinant converted from

Equation

A pedestrian indoor location location method including the step of calculating and obtaining according to.
제19항에 있어서, 상기 보행자 이동 궤적을 획득하는 단계는
상기 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 로컬 좌표계에서 획득된 로컬 스텝 위치(zn (m)*)를 글로벌 좌표계에서 x축을 기준으로 하는 보행자 이동 패턴의 초기 이동 방향이 나타내는 회전 각도(w)에 따라 수학식

으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 스텝 위치(pn (m)(w))로 변환하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
The method of claim 19, wherein the step of acquiring the pedestrian movement trajectory is
The rotation angle indicated by the initial movement direction of the pedestrian movement pattern based on the local step position (z n (m)* ) in the local coordinate system for each of the plurality of APs (AP 1 to AP M ) based on the x-axis in the global coordinate system According to (w) the equation

A pedestrian indoor positioning method that converts to a step position (p n (m) (w)) in the global coordinate system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101089995B1 (en) * 2009-09-07 2011-12-05 연세대학교 산학협력단 Localization System using Fingerprint
KR101104591B1 (en) * 2009-12-22 2012-01-12 연세대학교 산학협력단 apparatus for tracking position using sensors mounted in the mobile phone and method for tracking thereof
KR101308555B1 (en) * 2011-05-03 2013-09-13 (주)네오정보시스템 position calculating method at indoors
KR101622536B1 (en) 2015-04-21 2016-05-19 경희대학교 산학협력단 Wireless communication apparatus, method of localization using the same and wireless communication system including the same
KR102181369B1 (en) * 2019-11-21 2020-11-20 연세대학교 산학협력단 Apparatus and method for estimating direction of movement for pedestrian dead reckoning

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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