KR20050052864A

KR20050052864A - 가속도계와 경로안내 데이터를 이용한 이동체의속력측정방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20050052864A
Application number: KR1020030086438A
Authority: KR
Inventors: 이국연; 민현석; 홍현수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-07
Also published as: US20050119798A1; CN1624426A; CN100430730C; KR100575933B1; US7400946B2

Abstract

본 발명은 이동체의 속력측정방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 가속도계의 측정데이터 및 이동체의 주행경로 안내를 위해 수신된 경로안내 데이터를 저장하고 상기 가속도계의 불규칙 상수를 결정하는 제1 과정과, 상기 가속도계의 측정데이터를 분석하여 이동체의 정지여부를 판단하고, 상기 이동체가 정지상태가 아니면 외부 정보서버로부터 수신된 경로유도(RGI) 데이터에 포함된 복수의 3차원 보간점들을 이용하여 상기 이동체가 주행 중인 도로의 경사각을 산출하는 제2 과정과, 상기 도로 경사각을 이용하여 상기 가속도계의 측정데이터에 포함된 중력가속도 성분을 보상하는 제3 과정과, 상기 중력가속도 성분이 보상된 이동체의 가속도 값에 의거하여 이동체의 속력을 계산하는 제4 과정을 수행함으로써 차량용 속력측정장치의 구현에 있어서 고가인 자이로의 개수를 줄일 수 있다. 이로 인해 비용절감의 효과가 있다.

Description

가속도계와 경로안내 데이터를 이용한 이동체의 속력측정방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING SPEED OF LAND VEHICLE USING ACCELEROMETER AND ROUTE GUIDANCE INFORMATION DATA}

본 발명은 이동체의 속력측정방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히, 가속도계와 경로안내(RGI: Route Guidance Information) 데이터를 이용한 이동체의 속력측정방법 및 그 장치에 관한 것이다.

통상적으로 이동체들(예컨대, 선박, 항공기, 차량 등)에는 이동체의 위치를 결정(positioning)하고 목적지까지의 경로를 탐색(routing)하여 그 결과를 제공하는 네비게이션 시스템(navigation system)이 탑재되어 사용된다. 한편, 이러한 네비게이션 시스템이 이동체의 위치를 결정하고 목적지까지의 경로를 제공하기 위해 네비게이션 시스템은 이동체의 정확한 위치를 알고 있어야 한다.

따라서 네비게이션 시스템에는 통상적으로 자신의 위치를 결정하기 위한 측위 장치가 탑재되어있다. 측위 장치는 외부의 도움으로 위치를 결정하는 형태와 내부의 센서를 이용하여 위치를 결정하는 형태로 구분된다. 전자의 대표적인 예로는 GPS(global positioning system)를 들 수 있으며, 후자의 대표적인 예로는 관성센서(inertial sensor)를 사용하는 DR(dead reckoning)을 들 수 있다.

관성센서로 구성된 DR 시스템(일명, 관성항법장치(INS: Inertial Navigation System)라고 함)은 1950년대 초 미국 MIT에서 처음 개발되어 1960년대 실용화된 항법 시스템으로 회전운동을 감지하는 자이로스코프(gyroscope: 이하 자이로)와 직선운동을 감지하는 가속도계(accelerometer)를 이용하여 이동체의 속도와 위치를 계산한다.

관성항법장치의 기본 동작 원리는 다음과 같이 요약된다. 먼저 회전각속도를 측정하는 자이로스코프 출력을 적분하여 항체의 주행 방향각을 구하고, 가속도계의 출력으로부터 중력 가속도를 보상한 후 적분을 취함으로써 현재의 속도와 위치를 자율적으로 계산한다. 이러한 관성항법장치는 짧은 기간 동안에는 항법 데이터가 정확하고 연속적인 항법 데이터를 제공하는 장점이 있다. 하지만 적분 과정으로 인하여 시간이 지남에 따라 오차가 누적되는 단점이 있다. 이로 인해 관성항법장치를 실용화하기 위해서는 매우 고가의 정밀한 자이로와 가속도계가 필요하다. 대부분의 관성항법장치는 보다 높은 정확도와 장기간 안정성을 보장하기 위해서 단독으로 사용하기 보다는 자기 콤파스(magnetic compass), GPS(Global Positioning System) 등과 같은 비관성 보조센서와 함께 사용된다.

상기 설명한 바와 같이 이동체의 속도는 가속도계로부터 구한 속력정보와 자이로로부터 구한 운동방향 정보를 결합함으로써 구할 수 있다.

통상적으로 3차원 공간상에서 이동체의 정확한 속도 계산을 위해서는 서로 독립적인 직각방향으로 설치되어 있는 3개의 1축 자이로와 3개의 1축 가속도계가 필요하지만 이동체의 종류에 따라서는 이보다 적은 수의 센서만으로도 속도를 구할 수 있다. 예를 들어, 차량의 경우 차축(차량의 앞뒤를 잇는 축)의 회전운동인 롤(roll) 운동과 지표면과 수직인 방향으로의 직선운동은 무시할 수 있으므로 이를 감지하기 위해 필요한 센서들의 수만큼 센서의 개수를 줄일 수 있다.

일반적으로 관성센서로 구성된 DR 시스템이 도로상에서 차량의 주행 속도벡터를 구하기 위해서는 차량의 주행 방향각과 주행방향으로의 속력을 측정하여야 한다. 상기 DR 시스템이 차량의 주행 방향각을 측정하기 위해서는 차축이 놓여 있는 평면과 수직을 이루는 축에 설치된 자이로가 필요하며, 그 주행방향으로의 속력을 측정하기 위해서는 차축방향으로 설치된 가속도계 외에 도로 경사각의 측정치가 필요하다.

이와 같이 DR 시스템이 차량의 주행속도벡터를 구하기 위해 도로 경사각을 측정하는 이유는 가속도계에 중력 가속도가 포함되어 측정되고 이러한 중력가속도는 도로경사각으로부터 산출할 수 있기 때문이다. 즉, 중력 가속도는 항상 지구 타원체의 표면(중력 가속도에 수직 방향으로 이루어진 구면)에 수직 방향으로 작용하고 있으므로 도로 경사각이 변하여 차량에 장착된 가속도계(차체에 일정 방향으로 고정)의 축 방향이 변하게 되면 가속도계의 출력에 나타나는 중력 가속도의 성분이 변하게 된다. 따라서 가속도계의 출력에서 도로 경사각에 따라 변하는 중력 가속도 성분을 제거하여야만 순수한 이동체의 운동 가속도를 얻을 수 있다. 그러나 도로 경사각 정보가 없다면 주행방향으로의 운동 가속도와 중력 가속도 성분을 구분할 수 없기 때문에 이동체의 속력을 구할 때 중력 가속도 성분의 오차가 포함된다.

도 1은 가속도계의 출력에 대한 중력보상의 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1을 참조하면 도로경사각은 지구중력가속도의 방향(± g)과 수직인 평면에 대하여 기울어진 각도로 정의한다. 도 1에서는 지구중력가속도의 방향(± g)과 수직인 평면(10)과 차량의 주행방향으로 연장된 평면(20)의 각이 도로경사각( )이 된다.

도 1의 예와 같이 차량(30)이 지구중력가속도의 방향(± g)과 수직인 평면(10)에 대하여 소정각( ) 기울어진 평면(20)을 주행할 경우 차량(30)에 장착된 가속도계 의 측정치( )는 수학식 1과 같다.

즉, 상기 차량(30)에 장착된 가속도계의 측정치()는 실제 가속도()와 지구중력가속도( )의 성분이 포함된다. 따라서, 이러한 지구중력가속도( )의 성분은 실제 운동속력의 변화율과 함께 측정되어 속력측정에 있어 큰 오차요인으로 작용한다.

따라서, 차량용 DR 시스템은 정확한 속도를 측정하기 위해 가속도계의 측정값()으로부터 중력가속도( )를 빼 주어야 하며, 이러한 중력가속도( )를 측정하기 위해 도로 경사각을 반드시 측정하여야 하는 것이다. 이를 위해 DR 시스템에는 자이로나 경사계 등이 추가적으로 설치되는 것이 보통이다.

차량용 DR 시스템의 경우 종래에는 도로경사각을 측정하는 역할을 자이로가 주로 담당하였으므로 통상적으로 2개 이상의 자이로를 사용하였다. 즉, 종래에 발표된 차량용 DR 시스템은 주행 방향을 결정하기 위한 자이로와, 도로 경사각을 구하기 위한 자이로가 각각 필요하였다. 그런데, 자이로는 기본적으로 각 변화율을 측정하는 센서이므로, 자이로를 이용하여 도로 경사각을 측정하는 차량용 DR 시스템은 자이로의 출력을 적분하여 도로 경사각을 구하게 된다. 따라서 자이로를 이용하여 도로 경사각을 측정할 경우 상기 적분 과정에서 자이로의 오차 성분이 적분되고, 이로 인해 도로 경사각의 추정 오차는 시간에 따라 누적된다는 단점이 있다.

이와 같은 단점으로 인하여 도로 경사각을 구하는 과정에서 자이로를 단독으로 사용하지 않으며 오차의 누적 특성이 없는 보조적인 센서의 도움을 받는 경우가 많다. 이 때, 경사계 등의 센서를 추가로 설치하여 정확한 도로 경사각을 구할 수도 있으나, 센서의 개수를 최소화하기 위해서 이미 장착된 가속도계를 보조 센서로 이용하는 방법이 많이 사용되고 있다.

도 2는 종래의 일 실시 예에 따라 가속도계의 출력으로부터 중력성분을 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 기존의 시스템에서는 중력가속도성분(a)과 실제 가속도 성분(b)을 포함하는 가속도계의 출력을 저역통과필터(LPF: low pass filter)(40)에 통과시킴으로써 상대적으로 저주파인 중력가속도 성분을 측정하고 이로부터 도로 경사각을 계산하였다.

그런데, 이러한 방법은 가속도계로부터 구한 도로 경사각 정보에 오차가 누적되는 특성은 없으나, 가속도계의 성능에 민감하고 경사각의 변화에 둔감하다는 특성을 갖고 있다. 또한 중력 성분을 분리하기 위해 낮은 컷-오프(cut off) 주파수를 이용하기 때문에 시간지연의 문제가 발생한다.

즉, 종래에는 가속도계만으로 정확한 도로의 경사각을 산출할 수 없으므로 차량용 DR 시스템에 도로 경사각 추정용 자이로를 추가하여야 했다. 그런데, 이와 같이 DR 시스템에 고가의 자이로를 추가할 경우 저가의 보급형 DR 속력 측정장치를 구현할 수 없다는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 보완하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 가속도계 및 경로안내(RGI: Route Guidance Information) 데이터를 이용하여 저가의 보급형 DR 속력 측정장치를 구현할 수 있도록 하는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제2 목적은 경로안내 데이터에 포함된 보간점(shape point)을 이용하여 이동체가 주행중인 도로 경사각을 계산하고 그 도로 경사각을 이용하여 이동체의 가속도 성분에 포함된 지구중력가속도성분을 측정하는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제3 목적은 가속도계 및 경로안내 데이터를 이용한 지구중력가속도성분 측정에 의해 이동체의 속력을 측정하는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 이동체의 속력측정방법은 가속도계의 측정데이터 및 이동체의 주행경로 안내를 위해 수신된 경로안내 데이터를 저장하고 상기 가속도계의 불규칙 상수를 결정하는 제1 과정과, 상기 가속도계의 측정데이터를 분석하여 이동체의 정지여부를 판단하고, 상기 이동체가 정지상태가 아니면 외부 정보서버로부터 수신된 경로유도(RGI) 데이터에 포함된 복수의 3차원 보간점들을 이용하여 상기 이동체가 주행 중인 도로의 경사각을 산출하는 제2 과정과, 상기 도로 경사각을 이용하여 상기 가속도계의 측정데이터에 포함된 중력가속도 성분을 보상하는 제3 과정과, 상기 중력가속도 성분이 보상된 이동체의 가속도 값에 의거하여 이동체의 속력을 계산하는 제4 과정을 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적들을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 이동체의 속력측정장치는 이동체에 장착된 가속도계로부터 이동체의 현재 가속도를 측정하는 가속도 측정부와, 상기 가속도 측정부에서 측정된 가속도 정보를 그 가속도가 측정된 시간별로 저장하는 가속도 저장부와, 외부 정보서버로부터 수신된 경로안내(RGI) 데이터에 포함된 복수의 3차원 보간점들을 이용하여 이동체가 주행 중인 도로의 경사각( )을 산출하고 그 도로 경사각( )을 이용하여 상기 가속도계의 측정데이터에 포함된 중력가속도 성분을 보상하는 중력가속도 보상부와, 상기 중력가속도로부터 이동체의 실제 가속도 값을 전달받아 상기 이동체의 속력을 계산하는 속력계산부를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이 때, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 가속도계의 정보를 이용하여 가속도계의 출력에 대한 중력보상의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 차량에 가속도계가 장착된 경우 차량의 이동에 따라 그 가속도계에서 측정되는 가속도에 미치는 중력가속도의 영향을 알 수 있다. 즉, 차량(30)이 지구중력가속도(± g)와 수직인 평면(10)에 도로경사각(일명 피치각) ' '을 이루는 도로(20)를 주행할 경우 상기 가속도계에 의해 측정되는 가속도( )에는 지구중력가속도( )가 포함되어 있다. 따라서 차량(30)의 속력을 측정하기 위해서는 가속도계에 포함된 중력가속도 성분( )을 제거해야 하며, 이를 위해 도로 경사각을 알아야 한다.

한편 네비게이션 시스템은 통상적으로 서버와 단말로 구성되며 서버가 이동체에 탑재된 단말에게 경로안내(RGI: Route Guidance Information) 데이터(이하, RGI 데이터라 함)를 전송하면 상기 단말은 그 RGI 데이터를 이용하여 사용자에게 경로 안내 서비스를 제공한다. 이 때 RGI 데이터는 이동체가 주행 중인 도로의 좌표 정보를 포함한다.

본 발명은 상기 RGI 데이터에 포함된 도로의 좌표정보를 이용하여 이동체가 주행 중인 도로의 경사각을 측정하고, 그 도로의 경사각을 이용하여 가속도계의 측정값에 포함된 중력 가속도 성분을 보상함으로써 이동체의 속력을 정확하게 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이하에는 이러한 네비게이션 시스템에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 네비게이션 시스템에 대한 구성도이다. 도 4를 참조하면 네비게이션 시스템은 GPS 위성(100)과, 무선망(400)과 통신을 하는 이동통신단말기(일명, 이동단말)(300)와, 운전자에게 이동체의 현재 위치정보 및 주행정보를 제공하기 위해 GPS 위성(100) 및 이동단말(300)과 정보교환을 하는 네비게이션 단말(200)과, 무선망(400)에 연결되어 네비게이션 단말(200)에게 경로 안내에 필요한 각종 정보를 제공하는 정보센터(500)를 포함한다. 도 4에는 네비게이션 단말(200) 및 휴대단말(300)이 차량에 탑재된 경우에 대한 예를 도시하고 있다.

도 5는 이러한 네비게이션 시스템에서 경로 안내를 위한 처리 절차를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면 네비게이션 단말(200)이 현재위치정보를 전송하면(S305) 이동단말(300)은 그 현재위치정보와 사용자가 입력한 목적지 정보를 정보센터(500)로 전송하여 현재위치로부터 목적지까지의 경로를 요청한다. 정보센터(500)는 수신된 목적지 및 현재위치정보를 이용하여 경로를 계산한 후(S315) 그에 대응된 RGI 데이터를 생성한다(S320). 그리고 그 RGI 데이터를 이동단말(300)을 거쳐 네비게이션단말(200)에게 전송한다(S325, S330). 그러면 네비게이션 단말(200)은 그 RGI 데이터에 의거하여 사용자에게 경로안내 서비스를 제공한다(S335).

도 6은 상기 과정(S325, S330)에서 경로 안내를 위해 전송되는 RGI 데이터에 대한 데이터 포맷을 도시하고 있다. 도 6의 (a)를 참조하면 RGI 데이터는 각종 헤더 정보를 저장하는 헤더(Header)영역과, 해당 영역의 위치 관련 정보를 저장하는 노드 데이터(Node Data)영역과, 해당 영역의 주행 안내 정보를 저장하는 안내데이터(Guide Data)영역을 포함하고, 도 6의 (b)를 참조하면 노드 데이터(Node Data)영역은 영역정보(Area Info) 및 그 영역에 포함된 노드 정보들(Node Information #1 ~ Node Information#n)을 포함하고, 도 6의 (c)를 참조하면 노드정보들 각각은 보간점의 개수(Count Of Shape Point), 보간점(Shape_Point), 안내 데이터 플래그(Guide Data Flag) 및 안내 데이터(Guide Data)를 포함하고, 도 6의 (d)를 참조하면 보간점(ShapePoint)은 해당 포인트의 x,y,z 좌표값을 가진다.

본 발명에서는 가속도계에 포함된 중력가속도 성분을 보상하기 위해 상기 보간점(Shape_Point)을 이용한다.

도 7은 경로안내 데이터에 포함된 보간점(shape point)의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면 x,y 평면과 z축 사이에 다수의 보간점이 위치하고 있다. 도 7에 표시된 보간점(shape point)은 x,y 평면과 z축의 고도정보를 이용하여 구한 경사각의 부호가 바뀌거나 상기 경사각이 기준치 이상으로 변하는 점을 나타낸다. x,y 평면을 지표면이라 할 때 z축은 고도정보를 나타낸다. 결과적으로 보간점(shape point)은 도로경사가 오르막길에서 내리막길로 혹은 그 반대로 변할 때와 경사의 변화가 심한 지점을 나타낸다. 상기 보간점은 통상적으로 3차원 항공 사진 데이터로부터 구한다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 보간점(shape point)을 이용하여 도로경사각을 계산하는 개념을 설명하기 위한 도면이다. 이 때, 보간점은 도 6에 예시된 바와 같이 RGI 데이터에 포함된 정보이다. 도 8에는 도 7에 예시된 보간점을 입체적으로 표현하였다.

이동체의 주행방향으로 임의의 한 보간점(이하, '제2 보간점'이라 함)(P₂)의 좌표가 (x₂,y₂,z₂)이고, 그 이전 보간점(이하, '제1 보간점'이라 함)(P ₁)의 좌표가 (x₁,y₁,z₁)인 경우 d(x,y)는 수학식 2와 같고, dz는 수학식 3과 같다. 따라서 그 때의 도로 경사각( )은 수학식 4와 같이 구할 수 있는 것이다.

수학식 4는 인 경우에 대한 도로 경사각( ) 산출 공식을 나타낸다. 만일 라면 도로 경사각( ) 산출 공식은 수학식 5와 같다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체의 속력 측정 방법에 대한 순서도이다. 즉, 도 9는 도 8에 예시된 바와 같은 방법으로 이동체가 주행 중인 도로의 경사각을 산출한 후 그 경사각을 이용하여 가속도계의 측정데이터로부터 중력가속도 성분을 보상하고, 그 중력가속도 성분이 보상된 측정데이터를 이용하여 이동체의 속력을 측정하는 방법에 대한 처리 과정을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면 이동체의 속력을 측정하기 위해 본 발명의 이동체 속력 측정장치는 가속도계로부터 입력되는 가속도계의 측정데이터를 저장한다(S105). 통상적으로 가속도계의 측정데이터(f)는 수학식 6과 같이 나타낸다.

이 때, 'f'는 가속도계의 측정데이터이고, 'a'는 이동체의 실제 가속도값이고, 'g'는 중력 가속도값이고, 'B'는 정지상태에서의 가속도계의 불규칙 상수이다. 이 때 불규칙 상수란 통상적으로 시스템의 전원이 인가될 때마다 변하는 상수로서 각 센서마다 다른 값을 가지며 일단 한번 설정된 값은 다음 전원이 인가될 때까지 일정한 값을 유지하는 특성이 있다. 본 발명에서는 실험이나 계산을 통해서 구해진 특정 상수라고 정의하며 'B'를 구하는 과정은 본 발명에서는 설명하지 않는다.

상기 과정(S105)에서 가속도계의 측정데이터를 저장한 본 발명의 이동체 속력 측정장치는 가속도계의 현재 측정데이터(f_c)와 이전 측정데이터(f_pre)를 비교하여(S110) 이동체가 정지상태인지의 여부를 판단한다. 만일 현재 측정데이터(f_c)와 이전 측정데이터(f_pre)가 동일하면 상기 이동체 속력 측정장치는 이동체가 정지인 것으로 판단한다.

하지만 가속도계의 센서 오차 또는 주변 환경적인 요인으로 인해 이동체가 주행 중임에도 불구하고 순간적으로 상기 측정데이터들(f_c, f_pre)이 동일한 값이 출력될 수도 있다. 또한 이동체가 등속운동을 하는 경우에도 상기 측정데이터들(f_c, f_pre)은 동일한 값이 출력된다.

따라서 이러한 경우 이동체를 정지상태로 판단하는 오류를 줄이기 위해 이동체가 실제로 '정지'상태인지의 여부를 판단하는 과정(S115 내지 S120)을 수행하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 판단(S110) 결과 상기 측정데이터들(f_c, f_pre)이 동일하다고 판단된 경우 본 발명의 속력 측정장치는 연속적으로 상기 측정데이터들(f_c, f_pre)이 동일하다고 판단된 횟수(S_k)를 카운트하고(S115) 그 값(S_k)과 기 설정한 정지판단 임계치(S_th)를 비교하여(S120) 상기 카운트된 횟수(S_k)가 상기 정지판단 임계치(S_th) 보다 큰 경우에만 이동체가 실제로 '정지'상태인 것으로 결정한다. 상기 비교결과(S120) 상기 카운트된 횟수(S_k)가 상기 정지판단 임계치(S_th) 보다 크지 않으면 실제 정지가 아닌 것으로 판단한다. 특히, 이동체가 등속운동을 하는 경우 도로 노면의 상태나 주변 온도 변화 그리고 도로 경사각 변화로 인해 상기 카운트 값(S_k)이 정지판단 임계치(S_th) 만큼 증가할 수 없다. 따라서 상기 과정들(S115 내지 S120)을 수행함으로써 등속운동을 정지로 잘못 판단하는 오류를 방지할 수 있는 것이다.

상기 과정들(S110 내지 S120) 수행결과 이동체가 실제로 정지한 것으로 판단되면 상기 본 발명의 속력 측정장치는 카운트값(S_k)을 '0'으로 초기화한 후(125) 속력을 '0'으로 설정한다(S130).

그리고 만일 상기 과정(S110)에서 이동체가 정지상태가 아닌 것으로 판단되면(즉, 이동체가 주행 중인 것으로 판단되면) 본 발명의 속력 측정장치는 카운트값(S_k)을 '0'으로 초기화한 후(S135) 네비게이션 시스템의 서버로부터 전달된 RGI 데이터로부터 이동체의 현재 위치를 판단한다(S140). 즉, 이동체의 현재 위치를 RGI 데이터에 투영시켜(projection) RGI 데이터 상에서의 이동체의 현재위치를 판단한다. 그리고 RGI 데이터 상에서의 이동체의 현재위치가 그 RGI 데이터에 포함된 임의의 보간점 상에 위치하는 지를 판단하기 위해, RGI 데이터 상에서의 이동체의 현재위치(P(t))가 RGI 데이터에 포함된 임의의 보간점과(S(t))일치하는지를 비교한다(S145).

만일 RGI 데이터 상에서의 이동체의 현재위치(P(t))가 상기 임의의 보간점(S(t))과 일치하면 그 보간점(S(t))과 그 이전의 보간점(S(t-1))의 x, y, z 좌표들을 이용하여 도로경사각을 계산한다(S150). 즉 임의의 보간점(S(t))과 그 이전의 보간점(S(t-1))의 도로경사각을 산출한다. 한편 RGI 데이터 상에서의 이동체의 현재위치(P(t))가 상기 임의의 보간점(S(t))과 일치하지 않으면 상기 이동체의 현재위치(P(t)) 좌/우의 보간점들(S_left, S_right)의 x, y, z 좌표들을 이용하여 도로경사각을 계산한다(S155). 즉 이동체의 현재 위치(P(t))의 좌측에 인접한 보간점(S_left)과 이동체의 현재 위치(P(t))의 우측에 인접한 보간점(S_right)의 도로경사각을 계산한다. 이 때 상기 보간점들 사이의 도로경사각을 계산하는 방법은 도 8을 참조한 설명에서 언급한 바와 같다. 즉, 복수의 보간점들에 대한 좌표를 수학식 3 또는 수학식 4에 대입함으로써 그 보간점들 사이에서의 도로경사각( )을 산출하 수 있는 것이다.

이를 위해 본 발명의 속력 측정장치는 네비게이션 시스템의 서버로부터 RGI 데이터를 수신하는 과정(미도시)을 수행하여야 한다.

상기 과정(S150 또는 S155)에서 도로경사각( )을 산출하였으면 본 발명의 속력 측정장치는 그 도로경사각( ) 및 실험이나 계산을 통해서 구해진 가속도계의 불규칙 상수(B)를 이용하여 가속도계의 측정데이터(f)에 포함된 중력가속도 성분을 보상한 후(S160), 중력가속도 성분이 보상한다(S160).

이를 위해 먼저 가속도계의 측정데이터(f)로부터 불규칙 상수(B)를 뺀 값( )을 구한다. 그리고 그 값( )은 수학식 6에 예시된 계산식을 참조하면 수학식 7과 같이 표현된다.

이 때, 도로경사각( )은 상기 과정(S150 또는 S155)에서 산출되었고 가속도계 장착각( )은 가속도계 장착시에 이미 알고 있다. 따라서 상기 값들( 및 )을 수학식 7에 대입하고 항을 이항함으로써 가속도계의 측정데이터에서 중력가속도 성분을 보상할 수 있다. 상기와 같이 가속도계의 측정데이터에서 중력가속도 성분을 보상한 계산식이 수학식 8에 나타나 있다.

한편, 이와 같이 중력가속도 성분을 보상하였으면 수학식 8을 수학식 9과 같이 변형하여 이동체의 실제 운동가속도(a)를 계산한다(S165). 이동체의 실제 운동가속도(a)를 구하는 계산식은 수학식 9와 같다.

그리고 그 가속도값(a)을 수학식 10과 같이 적분함으로써 이동체의 속력(V) 계산한다(S170).

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체의 속력 측정 장치에 대한 블록도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체의 속력 측정장치(100)는 가속도 측정부(110), 가속도 저장부(120), 중력 가속도 보상부(130) 및 속력 계산부(140)를 포함한다.

가속도 측정부(110)는 이동체에 장착된 가속도계로부터 이동체의 현재 가속도를 측정한다.

가속도 저장부(120)는 상기 가속도 측정부(110)에서 측정된 데이터를 저장한다.

중력가속도 보상부(130)는 가속도 측정부(110)에서 측정된 데이터에 포함된 지구중력가속도를 보상한다. 즉, 중력가속도 보상부(130)는 네비게이션 시스템의 서버로부터 전달된 RGI 데이터를 이용하여 이동체가 주행 중인 도로의 경사각( )을 산출한 후 그 도로 경사각( )을 이용하여 가속도 측정부(110)에서 측정된 데이터에 포함된 중력가속도 성분을 계산하고, 상기 측정데이터에서 중력가속도 성분을 보상한다. 다시 말해 상기 측정데이터에 포함된 중력가속도 성분을 제거한다.

속력 계산부(140)는 중력가속도 보상부(130)에서 산출된 이동체의 실제 가속도 값을 전달받아 그 이동체의 속력을 계산한다.

중력가속도 보상부(130) 및 속력 계산부(140)의 동작은 도 9에 예시된 바와 같다. 특히, 이동체의 가속도를 이용하여 이동체의 속력을 계산하는 방법은 수학식 10에 예시된 바와 같다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 속력 측정장치(100)(이하, '속력 측정부'라 칭함)가 적용된 차량 관성 항법 시스템의 현재 위치 측정부에 대한 블록도이다. 도 11을 참조하면, 차량 항법 시스템은 속력 측정부(100), 주행방향 측정부(200), 위치 측정부(300)를 포함한다. 따라서 상기 차량 항법 시스템은 위치 측정부(300)가 속력 측정부(100)로부터 이동체의 주행 속도정보를 전달받고 주행방향 측정부(200)로부터 이동체의 주행방향정보를 전달받고, 이동체의 현재위치정보를 정확하게 산출할 수 있도록 한다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

상기와 같은 본 발명은 네비게이션 시스템에서 경로 안내를 위한 RGI 데이터에 포함된 3차원 상의 두 보간점(shape point)을 이용하여 이동체가 주행 중인 도로경사각을 계산하고 그 도로 경사각을 이용하여 가속도계의 측정 데이터에 포함된 중력 가속도 성분을 보상할 수 있다. 따라서 차량용 속력측정장치의 구현에 있어서 고가인 자이로의 개수를 줄일 수 있다. 이로 인해 비용절감의 효과가 있다.

도 1은 가속도계의 출력에 대한 중력보상의 개념을 설명하기 위한 도면,

도 2는 종래의 일 실시 예에 따라 가속도계의 출력으로부터 중력성분을 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면,

도 3은 가속도계의 정보를 이용하여 가속도계의 출력에 대한 중력보상의 개념을 설명하기 위한 도면,

도 4는 네비게이션 시스템에 대한 구성도,

도 5는 네비게이션 시스템에서 경로 안내를 위한 처리 절차를 도시한 도면,

도 6은 네비게이션 시스템에서 경로 안내를 위해 전송되는 경로안내(RGI: Route Guidance Information) 데이터에 대한 데이터 포맷,

도 7은 경로안내 데이터에 포함된 보간점(shape point)의 개념을 설명하기 위한 도면,

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 보간점(shape point)을 이용하여 도로경사각을 계산하는 개념을 설명하기 위한 도면,

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체의 속력 측정 방법에 대한 순서도,

도 10은 발명의 일 실시 예에 따른 이동체의 속력 측정 장치에 대한 블록도,

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 속력 측정장치가 적용된 차량 항법 시스템의 현재 위치 측정부에 대한 블록도.

Claims

이동체의 속력측정방법에 있어서,

가속도계의 측정데이터 및 이동체의 주행경로 안내를 위해 수신된 경로안내 데이터를 저장하고 상기 가속도계의 불규칙 상수를 결정하는 제1 과정과,

상기 가속도계의 측정데이터를 분석하여 이동체의 정지여부를 판단하고, 상기 이동체가 정지상태가 아니면 외부 정보서버로부터 수신된 경로유도(RGI) 데이터에 포함된 복수의 3차원 보간점들을 이용하여 상기 이동체가 주행 중인 도로의 경사각을 산출하는 제2 과정과,

상기 도로 경사각을 이용하여 상기 가속도계의 측정데이터에 포함된 중력가속도 성분을 보상하는 제3 과정과,

상기 중력가속도 성분이 보상된 이동체의 가속도 값에 의거하여 이동체의 속력을 계산하는 제4 과정을 포함함을 특징으로 하는 이동체의 속력측정방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 과정은

소정 시점에서의 가속도계 측정데이터(f_c)와 그 이전의 가속도계 측정데이터(f_pre)가 동일하고, 그 측정데이터들(f_c, f_pre)이 동일한 횟수가 연속적으로 소정 횟수 이상인 경우 이동체가 정지상태인 것으로 판단함을 특징으로 하는 이동체의 속력측정방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 과정은

외부 정보서버로부터 수신된 경로유도(RGI) 데이터 상에서 상기 이동체의 현재위치를 결정하는 단계와,

상기 이동체의 현재위치가 상기 경로유도(RGI) 데이터에 포함된 다수의 보간점들 중 임의의 한 보간점과 일치하는 지를 판단하는 단계와,

상기 이동체의 현재위치가 상기 임의의 한 보간점과 일치하는 경우 그 보간점과 그 이전의 보간점 사이의 도로경사각을 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 이동체의 속력 측정 방법.
제3항에 있어서, 상기 제2 과정은

상기 판단결과 상기 이동체의 현재위치가 상기 경로유도(RGI) 데이터에 포함된 다수의 보간점들 중 어느 보간점과도 일치하지 않는 경우 상기 이동체의 현재 위치의 좌/우에 인접한 두 보간점들 사이의 도로경사각을 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 이동체의 속력 측정 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 도로경사각 산출단계는

도로경사각 산출 대상인 제1 보간점(x₁, y₁, z₁) 및 제2 보간점(x ₂, y₂, z₂)으로부터 x,y 평면상의 이동거리(d(x,y)) 및 z축으로의 이동거리(dz)를 계산하고 상기 x,y 평면상의 이동거리(d(x,y)) 및 z 축으로의 이동거리(dz)를 하기의 수학식 1과 같이 삼각 연산함으로써 얻어진 각( )을 도로의 경사각으로 산출함을 특징으로 하는 이동체의 속력 측정방법.

(수학식 1)
제1항에 있어서, 상기 제3 과정은

상기 도로경사각을 이용하여 상기 가속도계의 측정데이터에 포함된 중력가속도 성분을 산출하고, 상기 가속도계의 측정데이터에서 상기 중력가속도 성분을 제거함을 특징으로 하는 이동체의 속력측정방법.
이동체의 속력측정장치에 있어서,

이동체에 장착된 가속도계로부터 이동체의 현재 가속도를 측정하는 가속도 측정부와,

상기 가속도 측정부에서 측정된 가속도 정보를 그 가속도가 측정된 시간별로 저장하는 가속도 저장부와,

외부 정보서버로부터 수신된 경로안내(RGI) 데이터에 포함된 복수의 3차원 보간점들을 이용하여 이동체가 주행 중인 도로의 경사각( )을 산출하고 그 도로 경사각( )을 이용하여 상기 가속도계의 측정데이터에 포함된 중력가속도 성분을 보상하는 중력가속도 보상부와,

상기 중력가속도로부터 이동체의 실제 가속도 값을 전달받아 상기 이동체의 속력을 계산하는 속력계산부를 포함함을 특징으로 하는 이동체의 속력측정장치.
제7항에 있어서, 상기 중력가속도 보상부는

외부 정보서버로부터 수신된 경로유도(RGI) 데이터 상에서 상기 이동체의 현재위치를 결정한 후, 그 이동체의 현재위치가 상기 경로유도(RGI) 데이터에 포함된 다수의 보간점들 중 임의의 한 보간점과 일치하는 지를 판단하여 복수의 도로경사각 산출 대상 보간점들을 선정하고 그 복수의 도로경사각 산출 대상 보간점들을 이용하여 도로경사각을 산출함을 특징으로 하는 이동체의 속력측정장치.
제8항에 있어서, 상기 중력가속도 보상부는

상기 이동체의 현재위치가 상기 경로유도(RGI) 데이터에 포함된 다수의 보간점들 중 임의의 한 보간점과 일치하는 경우 그 보간점과 그 이전의 보간점을 도로경사각 산출 대상 보간점들로 선정함을 특징으로 하는 이동체의 속력측정장치.
제8항에 있어서, 상기 중력가속도 보상부는

상기 이동체의 현재위치가 상기 경로유도(RGI) 데이터에 포함된 다수의 보간점들 중 어느 보간점과도 일치하지 않는 경우 상기 이동체의 현재 위치의 좌/우에 인접한 두 보간점들을 도로경사각 산출 대상 보간점들로 선정함을 특징으로 하는 이동체의 속력측정장치.
제8항에 있어서, 상기 중력가속도 보상부는

도로경사각 산출 대상인 제1 보간점(x₁, y₁, z₁) 및 제2 보간점(x ₂, y₂, z₂)으로부터 x,y 평면상의 이동거리(d(x,y)) 및 z축으로의 이동거리(dz)를 계산하고 상기 x,y 평면상의 이동거리(d(x,y)) 및 z 축으로의 이동거리(dz)를 하기의 수학식 2과 같이 삼각 연산함으로써 얻어진 각( )을 도로의 경사각으로 산출함을 특징으로 하는 이동체의 속력 측정장치.

(수학식 2)
제7항에 있어서, 상기 중력가속도 보상부는

상기 도로경사각을 이용하여 상기 가속도계의 측정데이터에 포함된 중력가속도 성분을 산출하고, 상기 가속도계의 측정데이터에서 상기 중력가속도 성분을 제거함을 특징으로 하는 이동체의 속력측정장치.