KR20090061019A - 보행자용 지리정보시스템을 위한 보행항법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 깊은 계곡의 등산로, 동굴탐방로와 같이 GPS수신환경이 좋지 못한 지역에서 보행에 안전한 경로의 3차원 좌표를 생성하고 그를 기반으로 한 지리정보시스템을 쓰고자 하는 보행자의 위치를 결정하기 위하여, 걷거나 뛸 때 왼쪽 발이나 오른쪽 발이 지면에 닿았을 때의 신체중심으로부터 각 발의 위치벡터를 직접 재거나 추정하여 발걸음을 옮길 때마다 생기는 수직 및 수평변위를 구하는 방법과 그 장치에 관한 것이다. 수평면에 대한 상부다리와 하부다리의 경사각을 재어서 걸을 때마다 생기는 3차원 변위(방위별 수평변위와 수직변위)를 계산하는 방법과 그 장치에 관한 것이다.

보행경로의 3차원 좌표를 구하는 방법은 전자시계, 3축가속도계, 전자나침반, 기압계로 구성된 센서의 데이타에서 진행방위를 구하고, 발이 지면에 닿았을 때 왼발과 오른발의 고유코드를 포함한 전파와 음파 또는 초음파 펄스를 내도록 하고 배낭이나 보행자의 허리띠에 위치한 두개 또는 세개의 수신기로 전파와 음파 또는 초음파신호의 도달시간차이로 지면에 닿은 발에 대한 거리벡터를 계산하거나, 고도변화율과 걸음의 주파수를 계산하여 걸음의 패턴을 판별하고 경로좌표 생성자의 엉덩이부위에 부착한 각도센서로 양 상부다리의 수평면에 대한 경사각과 무릎부위에 부착한 각도계로 하부다리의 굴절각도를 측정하고 사람마다 고유한 상부다리와 하부다리의 길이(즉, 보행패턴별로 걸음에 유효한 다리길이)를 적용하여 거리벡터를 추정하여 발걸음을 옮길 때마다 변하는 수평 및 수직변위를 계산함으로서 3차 원 변위를 구하고 이를 누적한다.

이렇게 하여 얻은 3차원 궤적을 기반으로 안전 및 지리정보속성을 부가하여 구축된 지리정보시스템을 사용할 때는 3차원 경로좌표 생성에 쓰이는 항법장치를 쓰거나 정확도는 떨어지나 휴대가 용이한 3축가속도계를 이용한 만보계, 전자나침반, 기압계, 전자시계로 구성된 항법시스템과 기구축된 경로 데이타를 활용하여 Map-matching 기법으로 보행자의 위치를 결정한다.

Description

보행자용 지리정보시스템을 위한 보행항법과 장치{PEDESTRIAN NAVIAGTION METHOD AND APPARATUS FOR USING GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM}

본 발명은 보행자용 자립항법에 속한다.

GPS(Global Positioning System)는 지구상 어디에서든 정확한 3차원 위치와 시각을 알 수 있으나 GPS위성신호가 미약하여 건물 내부, 깊은 계곡 같은 곳에서 GPS를 이용할 수 없는 경우가 많다.

이를 대비하여 항공기 등에서는 관성항법(INS:Inertial Navigation System)이나 ILS(Instrument Landing System), VOR(VHF Omni-directional Range)같은 전파항법과 병행사용하고 있으며, 개인항법을 위하여는 휴대폰을 이용하여 기지국과 사용자 간의 전파도달시간을 계산하여 사용자의 위치를 추정하는 방법 등이 있으나 중계기지구축이 충분하지 않은 산간벽지에서는 쓸 수가 없다.

따라서 본 발명은 GPS수신환경이 불량한 지역에서 보행할 경우에 휴대폰기지국 같은 인프라에 의존하지 않고서도 보행 경로의 정확한 3차원 위치정보를 생성하고, 이를 기반으로 한 지리정보시스템을 이용하기 위한 위치결정방법을 제공함으로서 등산경로 안내 및 박물관 전시물 안내, 맹인에 대한 보행 경로 안내 등이 가능토록 함을 목적한다.

간단한 보행자용 항법은 만보계로부터 구한 걸음 수에 평균보폭을 곱하여 이동거리를 산출한다. 그러나 단순한 만보계는 무지향성이므로 전체 이동거리만을 짐작할 수 있기에 전자나침반과 자이로를 써서 방위별 이동거리를 산출한다. 또한 사람의 보폭은 일정하지 않기에 기압고도계로 고도변화율을 계산하고 경사도를 추정하고 그에 따른 보폭의 변화를 반영하기도 한다. 또는 보폭을 좀 더 정확히 반영하기 위하여 다리나 발에 가속도계를 부착하여 측정한 가속도를 두 번 적분하여 걸음에 의한 이동거리를 산출한다.

그러나 고가의 관성센서를 쓰지 아니하면 사람의 발걸음에 대한 가속도로 보폭을 산출하기에는 오차가 크다. 따라서 가속도의 패턴을 분별하여 걷는 것인지 뛰는 것인지 옆걸음을 걷는 것인지 등을 판별하여 사용자의 보행특성을 반영한 계수(scaling multiplier)를 적용한다.

또는 GPS수신환경이 좋을 때에 실시간으로 사용자의 보행특성과 보폭에 대한 자료를 분석하다가 GPS를 수신하기 어려운 상황에서는 그동안 축적한 데이터를 반영하여 사용자의 보행 또는 달리기에 의한 이동거리를 추정하기도 한다.

그러나 이러한 방법은 근사치를 추정하는 것이기에 한계가 있다.

평지 또는 완만한 경사지에서 보행자가 비교적 자유롭게 자신의 특성대로 보행이나 조깅(jogging)을 하는 경우에는 정확하게 추정할 수 있다. 그러나 장애물이 많은 산악지형이나 사람들이 많아 혼잡한 지하철역의 구내에서 다른 사람들과의 충돌을 피하면서 걸어야 할 때에는 자신의 보행특성대로 걸을 수 없는 경우가 많으며 이때에는 상당한 오차가 생긴다.

따라서 본 발명에서는 GPS나 휴대폰을 이용한 항법과 같이 외부의 인프라를 사용하지 않는 자립항법이지만 Dead Reckoning과 같이 경험치에 의한 추정보다는 보행이나 달리기를 하면서도 수평 및 수직의 이동거리를 인체를 이용하여 측정하는 방식을 취하여 좀더 정밀한 보행항법을 추구한다.

본 발명을 이용하면 경제적으로 보행자용 지리정보시스템(GIS)에 필요한 좌표를 구할 수 있으므로 보행항법에서도 Map-Matching 기법을 사용할 수 있다.

Map-Matching은 자동차용항법(Car Navigation System)에서 흔히 사용하는 것으로 측량에 의하여 얻어진 좌표로 된 도로좌표를 갖고 비교적 정확도가 떨어지는 항법장치로 자동차의 위치좌표를 얻더라도 자동차는 도로상에 있을 것이기에 자동차의 항법장치가 제공하는 좌표값를 그대로 쓰지 아니하고 그에 가장 인접한 도로상의 한 지점에 있을 것으로 추정하는 것이다.

기술적 과제

휴대폰기지국과 같은 외부의 인프라에 의존하지 아니하며 보행자가 숲이 우거진 산악이나 계곡 등에서도 걷거나 뛸때에도 GPS가 제공하는 정도의 보행자의 위치정확도를 얻고자 하는 것으로, 사람이 걷거나 뛸 때의 거동특성에 착안하여 사람의 신체 즉 왼발과 오른발이 지면에 동시에 또는 교대로 접촉함을 이용하여 걸음에 따라 생기는 수직과 수평변위를 직간접적으로 구하는 것이 본발명에서 해결하고 하는 것이다.

기술적 해결방법

본 발명에서는 전자시계와 3축가속도계와 전자나침반을 기본으로 하고 신체의 굴절각을 측정하여 발바닥까지의 거리를 추정하거나 또는 신체중심점으로부터 발바닥까지의 거리벡터를 직접 측정하여 발걸음을 옮길 때마다 생기는 수직 및 수평변위를 구하는 측정장치를 센서로서 사용하고, 이들 센서로부터 얻는 측정값으로서 보행모드를 판별하고 지구좌표에 대한 좌표값을 구하는 연산부와 보행자의 신체 특성데이타 및 보행경로 3차원좌표 같은 데이터를 입력하기도 하고 출력하기도 하는 메모리부로 구성된다.

사람의 걸음이 무척 복잡한 것 같아도 많은 실험결과들을 보면 보행속도를 높히면 걸음주파수와 보폭이 증가하며, 걸음주파수와 보폭은 밀접한 상관관계가 있으며, 보행속도가 2m/s를 넘어서기 시작하면 걷기보다는 달리는 방식을 채택하게 된다. 또한 지면의 경사도가 7%를 넘어서기 시작하면 발뒤꿈치(heel)와 앞꿈치(toes)를 동시에 떼는 방식을 취하게 되어 보행에 유효한 하부다리의 길이가 달라지므로 걸음주파수와 보폭간의 상관관계가 무너진다 등등의 사실이 알려져 있다.

본 발명에서는 수평면과 상부다리, 하부다리, 발이 이루는 경사각을 측정하고 각각의 신체길이 값을 적용하여 지면에 닿은 발의 거리벡터를 계산하거나, 신체중심으로부터 지면에 닿은 발의 거리벡터를 직접 측정하여 걸음을 걸을 때마다 발생하는 이동변위를 구함으로서 보행자의 궤적을 구하는 것을 근본으로 한다.

걸음이나 뛰기의 한 주기(cycle) 안에서는 사람의 몸은 상하운동과 진행방향으로 가속과 감속을 교대로 반복하지만 5 주기이상의 장주기(long period motion)적인 관점에서는 사람의 몸통은 등속도 운동을 한다고 보면 몸통은 중력에 대하여 균형을 이루기 위하여 수평면에 수직하다 할 수 있다. 따라서, 몸통의 9 0°즉, 허리띠가 이루는 면이 수평면이라고 볼 수 있다. 따라서 허리띠와 양 상부다리(upper leg), 하부다리(lower leg), 발(foot)이 이루는 각도를 각도계(eletrogoniometer)나 근전도센서로 측정하여 발이 지면에 닿았을 때의 각 신체부위가 수평면과 이루는 경사각을 잴 수 있다.

또는 상부다리의 각도를 재는 각도계와 전자나침반과 결합하면 지구수평자기장이 수평면에 대하여 측정자가 위치한 위도만큼 기울어져 있다고 보아서 수평자기장과 다리가 이루는 각을 재어 수평면에 대한 상부다리가 향한 경사각도를 잴 수 있으며 상부다리와 하부다리, 하부다리와 발이 이루는 상대각도를 각각 재어서 각 부위가 수평면과 이루는 각을 산출할 수 있다.

인체에 부착한 가속도계에 미치는 힘은 보행에 의하여 가속과 감속을 되풀이하는 수평가속도와 지구중력에 의한 수직가속도로 보아서 장주기적(long period)으로 가속도계가 감지하는 합력의 방향은 수직방향이며 단주기적인 가속도계합력의 변화는 진행방향에 따른 수평적인 가속 및 감가속(acceleration and deceleration)으로 보아 전자나침반에 의하여 보행방위를 구하며 수평가속도의 감속과 가속의 한주기를 한걸음으로 보아서 걸음수를 구할 수 있다. 또한 수평자기장과 장주기적인 가속도계 합력과의 각도차이에 의하여 보행자가 위치한 지역의 경사도를 구할 수 있다.

또는 항법장치를 신체에 부착한 다음 정지시의 자세에서 중력가속도 방향을 기억시키어 이와 직각을 이루는 면을 수평면으로 간주할 수도 있다.

정확한 항법을 위하여는 왼쪽과 오른쪽다리의 3가지 요소, 즉 상부다리, 하부다리, 발의 수평면에 대한 경사각도를 측정하여 이동변위를 구하도록 하지만 측정장치의 착탈이 불편하기도 하고 실제로 상부다리와 하부다리의 경사각도만 재어도 보행항법에 필요한 정확도를 얻을 수 있으므로 상부다리와 하부다리의 경사각을 재는 경우에 대하여 설명하도록 한다.

왼쪽과 오른쪽의 각각 상부다리와 하부다리의 경사각을 잴 경우에는 보행거동 분석에서 흔히 쓰는 방식으로 상부다리(upper leg)의 길이 ℓ ₁과 하부다리(lower leg)의 길이 ℓ ₂로 모델을 세우고 평지보행과 완경사 상승/하강보행, 급경사 상승/하강보행의 경우에 따라 걸음에 유효한 하부다리 ℓ ₂의 길이를 달리 한다.

보행모드는 느리게 걷기, 걷기, 빠르게 걷기, 달리기 와 평지이동 및 완경사, 급경사에서의 상승과 하강이동으로 구분하여 각각의 보행모드에 대해 각각 다른 걸음에 유효한 다리길이를 미리 저장하여둔다.

전자시계와 3축 가속도계의 수평과 수직성분의 파형을 분석하여 보행모드를 구분하고 발이지면에 닿는 시점을 분간하여 각각의 모드에 맞는 걸음에 유효한 다리길이를 채택하고 발이 지면에 닿는 시점의 신체부위의 경사각을 측정한다.

평지에서는 도 2와 같이 각 모드에 맞는 유효다리길이 ℓ ₁과 ℓ ₂그리고 θ₁,θ₂으로 다음 식과 같이 수평변위 H 를 구한다.

완경사에서는 도3 에서와 같이 기하학적 관계로서 수평변위 H 와 수직변위 V 를 다음과 같이 구한다.

급경사에서는 도 4에서와 같이 다음 식으로 수평변위 H 와 수직변위 V 를 구한다.

이와 같이, 평지에서 뿐 아니라 급경사지에서도 각 걸음에 대한 수평변위 H 와 수직변위 V 가 계산되므로 전자나침반의 진행방위각을 읽어 수평변위 H 에 방위각의 sin값과 cos값을 곱하여 동서방향과 남북방향의 수평변위를 구할 수 있다.

따라서 매 걸음마다 구한 동서방향의 수평변위와 남북방향의 수평변위 그리고 수직변위를 저장하면 출발지로부터 보행자가 이동한 궤적의 3차원 좌표가 구해진다.

따라서 기존지도에 나와 있지 않은 새로운 등산로 및 탐방로에 대한 3차원 위치정보를 생성할 수 있다.

신체의 굴절각을 재어 이동변위를 재는 방식은 외부에 영향을 전혀 주지 않는 장점이 있으나 신체부위에 각도계를 부치거나 근전도 센서를 쓰는 방식에 따라서 오차가 유발될 수 있다.

따라서 발바닥에 압력센서를 달아서 압력 값이 기준치를 넘으면 걷거나 뛸 때 발이 지면에 닿았다고 간주하거나 발등에 단순한 가속도계를 부착하여 기준치 이상의 충격을 감지하면 발이 지면에 닿았다고 간주하도록 하고, 발이 지면에 닿았을 때는 왼쪽과 오른쪽 발에 대한 식별코드를 포함한 전파와 초음파 펄스를 발신하도록 한다.

등산가의 배낭 또는 보행자의 허리띠에는 3개의 전파수신기와 초음파수신기(마이크)를 달아서 왼쪽발과 오른쪽발에서 오는 발생하는 전파와 초음파가 허리띠에 위치한 3개의 수신기에 도달하는 시간차이로서 보행자의 신체중심에 대한 왼발과 오른발의 거리벡터를 계산할 수 있다.

초음파의 발사는 사람의 귀에 들리지 않아서 조용하긴 하나 초음파 발진기의 소형화에는 많은 비용이 들어간다. 따라서 탭댄스 신발처럼 왼쪽 신발과 오른쪽 신발이 지면에 닿을 때마다 각각 다른 소리가 나도록 산발 충격음을 내는 캐스터네츠나 방울을 달아 소리를 내도록 하고 음성신호를 수신하는 마이크에 각각의 발이 내는 음향을 식별하는 필터를 사용하여 소형화할 수 있다.

도 5에서 허리띠가 이루는 타원면의 중심을 신체중심으로 보고 허리띠에 있는 각각의 수신기의 위치를

이라 하고 신체에 부착시 측정을 하거나 허리벨트에 미리 표시하여 둔 길이눈금으로서 미리 알고 있다고 본다. 왼발의 위치를

라 하고 오른쪽발의 위치는

라 하면 전파신호와 초음파신호의 도달시간차이

로 를 구하고 왼발과 오른발의 위치를 다음과 같이 구한다.

왼발과 오른발의 3차원위치를 결정하기 위하여는 위와 같이 3개의 수신기를 쓰는 것이 정석이지만 왼발과 오른발이 결국은 신체중심을 지탱하여야 하기 때문에

이라고 보고,

를 구한다고 보면 두 개의 수신기로도 충분하다.

사람이 걸을 때에는 두발 중 한 발은 항상 지면에 닿으며 두발이 동시에 지면에 접하는 시간이 있지만 뛸 때는 두발이 동시에 지면에서 떨어져 날으는 있는 기간이 있어 그동안 움직이는 거리에 대한 추정이 필요하다.

도 6에서 보면 사람이 뛰는 모델을 용수철이 달린 질량으로 보아서 왼발이 지면에 닿으면서 용수철(다리)이 수축하면서 운동에너지를 탄성에너지로 저장하였다가 용수철(다리)이 팽창하면서 다시 운동에너지를 회복하는 기간을 접촉기간

이라 하고 지면에서 떨어져 비행하는 기간을

라 하고 왼발이 땅에 닿았다가 다음 오른발이 지면에 접할 때까지의 경과시간

을 측정한다. 또한 왼발이 지면에 닿을 때의 유효다리길이

과 유효다리벡터가 수평과 이루는 경사각

을 측정한다. 마찬가지로 왼발이 지면을 이탈할 때의 경사각

도 측정할 수 있다. 그러나 안정된 달리기를 할 때에는 대칭성이 있어

의 관계가 성립된다고 알려져 있으므로 본 설명에서는 유효다리길이

값과 유효 다리벡터가 수평과 이루는 경사각

과

를 사용하여 한 스텝(step)간의 이동거리

를 다음과 같이 구한다.

이와 같은 방법으로 생성된 보행경로의 3차원 좌표를 기반으로 작성된 지리정보시스템을 사용하는 보행자는 상부다리 및 하부다리의 각도를 재지 아니하고도 지리정보시스템에서 보행자가 위치한 지역의 경사도를 알 수 있으므로 걸음주파수에 따른 보폭과 3축 가속도계의 가속도 파형에서 검출한 걸음 수만으로도 대략적인 방위별 수평변위를 추정하고 자동차항법에서 많이 사용하는 맵매칭기법을 활용하면 전자시계, 3 축가속도계를 이용한 만보계, 전자나침반으로 구성된 센서만으로도 정확한 위치계산이 가능하므로 휴대하기 편리하여진다.

이러한 방법은 낯선 지역에서 정상인들이 보행자용 지리정보시스템을 이용하기에 충분한 위치정확도를 제공하나 수많은 위험이 도사리고 있는 도시한복판에서 맹인들이 사용하기에는 미흡하다. 즉, 외부의 인프라에 의존하지 않고 보행자의 특성과 거동만으로 자신의 위치를 측정하는 것(self-contained navigation)이기에 전자나침반과 전파 및 초음파수신기의 부착위치의 변동 등으로 오차가 누적될 수 밖에 없다. 이의 개선을 위하여는 GPS수신이 불량한 지역 내에 적당한 간격으로 보행용 좌표보정점을 세울 수 있다. 좌표보정점은 설치장소의 정확한 3차원 WGS-84 좌표를 내장하고 있어 맹인이 자신의 항법장치를 연결시키면 본 발명의 항법장치가 측정한 좌표값을 버리고 보정점의 정확한 좌표값으로 대체함으로서 필요한 정도의 위치정확도를 회복할 수 있다.

유리한 효과

GPS 수신환경이 좋지 아니한 깊은 계곡이나 동굴이나 건물내부에서도 보행자의 3차원 좌표를 구할 수 있어, GPS 수신불량지역에서도 GPS를 이용한 지리정보시스템의 연속적인 사용이 가능하여진다.

도 1은 사람의 보행메카니즘을 설명하기 위한 것으로

도 1-1은 보행거동분석학에서 많이 쓰는 인체개념도 이며

도 1-2는 걸음에 대하여 3가지 다리요소로 볼 때의 개념도

도 1-2는 걸음에 대하여 2지 다리요소로 볼 때의 개념도

도 2는 평지에서의 보행모델로서 수평변위의 계산도

도 3은 완경사지에서의 보행모델로서 수평변위와 수직변위의 계산도

도 4는 급경사지에서의 보행모델로서 수평변위와 수직변위의 계산도

도 5는 발이 지면에 닿았음을 감지하면 고유코드를 포함한 전파와 초음파를 발신하는 발신기를 발등에 장착하고 보행자의 허리띠에 위치한 세 개의 전파와 초음파의 수신기로 왼 발과 오른 발의 거리벡터를 구하는 계산도

도 6은 달리기를 할 때 유효다리가 지면에 닿을 때 수평면과 이루는 각도

달리는 주기

를 측정하여 달리기에 의한 수평변위 H를 구하는 계산도

발명의 실시를 위한 최선의 형태

본발명의 내용을 적용하면서 저렴한 비용으로 위치정확도를 높히며 장치의 착탈이 가장 편리한 경우는 다음과 같다.

등산가의 배낭에 전원과 3축가속도계, 전자나침반과 연산처리부등을 결합한 장치와 수직면에 가깝게 3개의 마이크를 적당한 간격으로 고정시키도록 하고, 보행자의 왼발과 오른발이 지면에 닿을때의 충격을 감지하여 왼발과 오른발을 구분할 수 있도록 각각 다른 전파와 소리를 내는 전파와 음파 발신기를 발등에 부착한다.

이들 장비를 장착하고 보행자는 반듯이 서서 수평면에 대한 배낭의 경사각을 측정하여 기억하도록 한다. 이후부터는 걸음 또는 달리기를 하면서 3축가속도계의 가속도파형을 구분하여 보행모드를 판별하고 발이 지면에 닿을 때의 신체중심과 발까지의 거리벡터를 산출하여 본발명의 방법대로 방위별 수평변위와 수직변위를 게산하고 이에 따른 보행자의 위치를 지구좌표계로 환산암으로서 3차원위치를 결정토록 한다.

발명의 실시를 위한 형태

새로운 등산로를 개발했을 경우에 등산로개발자는 본발명의 장치를 부착하고 등산로를 답사하면서 GPS가 가동될 때는 GPS에 의한 궤적을 기록하고 아니 될 때는 본발명장치에서 측정한 경로데이타를 저장한다.

3차원경로데이타를 기본으로 등산경로안내와 같은 지리정보시스템을 구성한다.

이후 이의 이용자들은 본발명의 다리의 굴절각을 측정하거나 거리벡터를 직접측정하는 장치를 쓰거나 또는 만보계로서 대략적인 수평이동변위를 추정하고 Map-Matching기법을 활용하는 방식에 의하여 정확한 경로안내을 받도록 한다.

그리고 숲속 야영장과 같이 하룻밤을 지내는 경우 GPS수신환경이 좋지 못한 일정장소에서 오랫동안 움직이다 보면 본 발명장치가 필요없는 이동변위추정을 하여 오차가 누적될 수가 있다. 따라서 일정지점에 정확한 WGS-84 좌표를 입력해 놓은 보정점에 본장치를 연결시키어 GPS가 채택한 좌표값으로 조정함으로서 정확도를 회복토록 한다.

도심지 및 지하철역의 구내에서 맹인보행경로안내시스템의 위치결정에 쓸 수 있다, 또한 좌표보정점은 지하철 승하차 개표구에 두어 맹인이 표를 개찰할 때 자동적으로 정확한 WGS84 좌표를 맹인이 휴대한 장치에 입력시킴으로서 필요한 위치정확도를 유지토록 한다. 또한 지하철 하차지점에도 좌표보정점을 두어 맹인이 지하철에서 하차하면서부터 정확한 좌표값을 회복토록 한다.

Claims (10)

1. 보행자용 항법에 있어 보행자의 위치를 알기 위하여 걷거나 뛸 때 왼쪽 발이나 오른쪽 발이 지면에 닿았을 때의 신체중심으로부터 각 발의 위치벡터를 직접 재거나 추정하여 발걸음을 옮길 때마다 생기는 수직 및 수평변위를 구하는 방법과 그 장치
2. 제 1항에 있어,

   각 발의 위치벡터를 재기 위하여 수평면에 대한 상부다리, 하부다리, 발의 경사각을 각도계(electrogoniometer)나 근전도계(eletromyogram)로 재어 삼각함수를 이용하여 몸의 중심으로부터 지면까지의 거리벡터를 구하므로서 3차원 변위와 이동궤적을 계산하기 위한 연산처리부와 메모리부로 구성된 시스템
3. 제 1항에 있어,

   각 발의 위치벡터를 재기 위하여 수평면에 대한 상부다리, 하부다리의 경사각을 각도계(electrogoniometer)나 근전도계(eletromyogram)로 계측하고 개인별로 각기 다른 신체와 걸음 특성을 감안한 상부다리길이 및 걸음에 유효한 하부다리 길이를 사용하는 방법과 그를 위하여 엉덩이 부근과 무릎에 각도계(electrogoniometer)나 근전도계(eletromyogram)로 계측하고 삼각함수를 이용하여 몸의 중심으로부터 지면까지의 거리벡터를 구하므로서 3차원변위와 이동궤적을 계 산하기 위한 연산처리부와 메모리부로 구성된 시스템
4. 제 1항에 있어,

   각 발의 위치벡터를 재기 위하여 양 발등에 발이 지면에 부딪쳤을 때 왼발과 오른발에 대한 고유코드를 포함한 전파와 음파 또는초음파의 펄스신호를 내도록 하고 등산가의 배낭 또는 보행자의 허리띠 주위에 세 곳에 분산된 동일한 전파와 음파 또는 초음파수신기에서 발등에서 발신된 전파와 음파 또는 초음파의 도달시간차이로 몸의 중심으로부터 지면까지의 거리벡터를 구하므로서 3차원변위와 이동궤적을 계산하기 위한 연산처리부와 메모리부로 구성된 시스템
5. 제 4항에 있어,

   각 발의 위치벡터를 잴 때 각 발은 양 어깨 사이의 중간에 위치한 신체중심을 받쳐 주기 위하여 항상 발은 양어깨축으로는 신체중심에 놓인다는 가정으로 등산가의 배낭 또는 보행자의 허리띠 주위의 두 곳에 분산된 동일한 전파와 음파 또는 초음파수신기에서 발등에서 발신된 전파와 음파 또는 초음파의 도달시간차이로 몸의 중심으로부터 지면까지의 거리벡터를 구하므로서 3차원변위와 이동궤적을 계산하기 위한 연산처리부와 메모리부로 구성된 시스템
6. 제 2 항, 3 항, 4 항, 5 항에 있어,

   걸음에 의한 수평변위를 추정함에 있어 전자나침반의 방위각의 sin값 과 cos 값을 적용하여 방위별 수평변위를 구하는 시스템
7. 제 3 항에 있어,

   걸음에 유효한 하부다리 길이를 채택함에 있어 기압고도계를 부가하여 고도변화율로 상승/하강보행인지를 판별하고 가속도계의 수직가속도의 파형패턴을 판별하여 다양한 보행모드별로 각기 다른 하부다리길이를 적용하는 시스템
8. 보행자용 항법에 있어 전자시계와 3축가속도계, 전자나침반으로 구성된 센서로부터 가속도계의 수직가속도 파형패턴으로 보행모드를 판별하고 걸음주파수를 구하여 보행모드 별로 각기 다른 보폭값 을 적용하여 방위별 수평변위 근사값( 보폭 곱하기 걸음수)을 추정하고 정확성이 입증된 좌표를 기반으로 만든 지리정보시스템에 맵매칭기법을 활용하여 수평변위와 수직변위를 계산하는 시스템
9. 제 2 항, 3 항, 4 항, 5 항 8 항에 있어,

   유·무선 또는 적외선 데이타 통신수단을 가지고 있어 필요시 외부에서 제공된 좌표값으로 수정할 수 있는 시스템
10. GPS수신환경이 좋지 아니한 지역에 설치되어있으며 설치지점에 대한 WGS-84 좌표값을 내장하고 유·무선 또는 적외선 데이타 통신수단을 가지고 있어 제 9항과 같은 항법장치들에 정확한 좌표값을 제공하여 보행자용 항법시스템으로 하여금 정 확한 좌표값으로 수정할 수 있도록 하는 장치

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