KR20100076340A - 실내위치인식시스템과 ｇｐｓ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템 및 그 방법 - Google Patents

실내위치인식시스템과 ｇｐｓ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

비컨(Beacon)을 이용하는 실내 위치인식 시스템의 거리 데이터와 GPS시스템의 위치데이터를 하나의 중계기로 수집하고, 이를 이용하여 실내외 겸용 위치인식을 할 수 있도록 한 실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템 및 그 방법이 개시된다.
개시된 실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템은, GPS위성과 접속하여 GPS위치데이터를 수신하는 GPS수신 단말기와; 상기 GPS수신 단말기와 연동하여 GPS 위치데이터를 수신하고, 복수의 비컨과의 거리 데이터를 산출하여 실내 위치를 계산하며, 상기 GPS위치 데이터와 복수 비컨의 거리 데이터를 상기 복수의 비컨에 전송하는 이동체(태그)와; 상기 복수의 비컨과 유/무선 통신을 통해 각각의 비컨과 태그와의 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 수집하는 중계기와; 상기 중계기와 접속하여 거리 데이터와 GPS 위치 데이터를 수신하고, 이를 조합하여 실내외 겸용 위치를 계산하여 저장 및 관리하고, 위치조회 단말기의 요청시 상기 저장한 위치 데이터를 상기 위치조회 단말기에 제공해주는 위치인식 서버를 구비한다.
실내외 위치인식 시스템, GPS데이터, 거리 데이터, 중계기

Description

실내위치인식시스템과 ＧＰＳ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템 및 그 방법{Positional recognition system and method}
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT핵심기술개발사업의 일환으로 수행[2008-S033-01, 실내외 겸용 광역 Localization Sensor 개발, 영문표기, This work was supported by the IT R&D program of MKE/IITA.[2008-S033-01, Development of Global Seamless Localization Sensor]된 성과물로서, 비컨(Beacon)을 이용하는 실내 위치인식 시스템의 거리 데이터와 GPS시스템의 위치데이터를 하나의 중계기로 수집하고, 이를 이용하여 실내외 겸용 위치인식을 할 수 있도록 한 실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템 및 그 방법에 관한 기술이다.
일반적으로, 어떠한 환경 내에서 이동 물체(이동체 또는 태그)가 어디에 위치하는지 감시할 경우나 어떤 로봇에 이동 명령을 내릴 경우 이동 물체나 로봇의 현재 위치를 알아야 한다. 이를 위한 것이 위치 인식 시스템이며, 이러한 위치 인식 시스템은 그 범위에 따라 실내와 실외로 구분된다.
실내 환경에서 삼각 측량법을 이용하여 절대 위치를 측정하는 방법을 적용한 일반적인 실내 위치 인식 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 환경에 설치되어 RF 송수신 및 초음파 신호를 발신하는 비컨 1 내지 비컨 4(11 ~ 14)과, RF 발신 및 상기 비컨이 발사하는 초음파 신호를 수신하여 실내 위치를 계산하는 제어기를 구비한 이동체(태그)(20)와; 상기 비컨 1 내지 비컨 4(11 ~ 14)와 통신을 수행하여 거리 데이터를 수신하는 중계기(30)와, 상기 중계기(30)를 통해 수신한 거리 데이터로부터 위치를 계산하고 그 위치 데이터를 저장 및 관리하는 위치인식 서버(40)로 구성된다. 도 1에서 미설명 부호 50은 상기 위치인식 서버(40)와 접속하여 위치를 조회하는 위치조회 단말기(50)를 나타낸다.
이와 같이 구성되는 실내 위치인식 시스템은, 이동체(20)에 내장된 제어기에서 RFID를 이용하여 특정의 비컨을 호출하고, 상기 RFID와 동일한 ID를 갖는 비컨에서 그에 응답으로 초음파를 발신한다.
여기서 RF신호의 속도는 초음파의 속도보다 훨씬 빠르다. 따라서 RF를 발신한 후 초음파가 수신될 때까지의 시간을 이용하여 특정 비컨에서 이동체(20)까지의 초음파 비행시간(TOF: Time of Flight)을 계산할 수 있다. 그리고 초음파 비행 시간을 알면 초음파 비행거리를 계산할 수 있다.
이후 제어기에서 다른 RFID를 이용하여 다른 비컨을 호출하고, 그에 응답하여 다른 비컨이 초음파를 송출하면 그 초음파 비행시간을 이용하여 다른 비컨과 이동체(20)와의 거리를 계산하게 된다.
이러한 방식으로 비컨 1 내지 비컨 4(11 ~ 14)에 대해 각각 거리를 계산할 수 있으며, 이러한 거리 값 중 3개의 비컨에 대한 거리 값을 이용하여 삼각측량법 으로 이동체(20)의 위치(x, y, z)를 계산하게 된다. 여기서 삼각측량법으로 이동체의 위치 좌표를 계산하는 방법은 위치인식시스템에서 사용되는 일반적인 방법이므로, 자세한 설명은 생략한다.
아울러 중계기(30)는 각각의 비컨(11 ~ 14)과 RF통신을 수행하여 거리 데이터를 수집하여 위치인식 서버(40)에 전달하게 되고, 위치인식 서버(40)는 수집된 거리 데이터를 이용하여 삼각측량법으로 위치 계산을 하게 되고, 그 계산한 위치 데이터를 저장 및 관리한다. 이후 위치조회 단말기(50)에서 상기 위치인식 서버(40)와 접속하여 위치 데이터를 요청하게 되면, 상기 위치인식 서버(40)에서 계산하여 저장한 위치 데이터를 상기 위치조회 단말기(50)에 제공해주게 된다.
한편, 종래 옥외 GPS 위치인식 시스템은 도 2에 도시한 바와 같이, DMB송수신 단말기(61)에서 GPS위성(62)과 접속하여 GPS위치데이터를 수신하고, GPS기지국(63)은 GPS위성(62)을 통해 위치 데이터를 수신하여 위치인식 서버(64)에 제공한다. 위치인식 서버(64)에서 처리된 위치 데이터는 데이터관리 서버(65)에 저장되며, 사용자는 위치조회 단말기(66)를 이용하여 상기 데이터관리 서버(65)와 접속한 후 위치 조회를 수행하게 된다.
그러나 이러한 종래의 실내외 위치인식 시스템은, 실내 위치인식 시스템일 경우 이동체(태그)에서 3개의 비컨 데이터를 이용하여 위치를 계산하기 때문에 실시간 위치 계산을 할 수 있는 고가의 태그 사용으로, 전체적인 시스템 구현 비용이 비싸지는 단점이 있다.
또한, 실외 위치인식 시스템일 경우 실내 위치인식 시스템과는 연동이 되지 않는 단점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 실내외 위치인식 시스템에서 각각 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비컨(Beacon)을 이용하는 실내 위치인식 시스템의 거리 데이터와 GPS시스템의 위치데이터를 하나의 중계기로 수집하고, 이를 이용하여 실내외 겸용 위치인식을 할 수 있도록 한 실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 "실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템"은,
GPS위성과 접속하여 GPS위치데이터를 수신하는 GPS수신 단말기와;
상기 GPS수신 단말기와 연동하여 GPS 위치 데이터를 수신하고, 복수의 비컨과의 거리 데이터를 산출하여 실내 위치를 계산하며, 상기 GPS위치 데이터와 복수 비컨의 거리 데이터를 상기 복수의 비컨에 전송하는 이동체(태그)와;
상기 복수의 비컨과 유/무선 통신을 통해 각각의 비컨과 태그와의 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 수집하는 중계기와;
상기 중계기와 접속하여 거리 데이터와 GPS 위치 데이터를 수신하고, 이를 조합하여 실내외 겸용 위치를 계산하여 저장 및 관리하고, 위치조회 단말기의 요청시 상기 저장한 위치 데이터를 상기 위치조회 단말기에 제공해주는 위치인식 서버를 포함한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 "실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식방법"은,
태그(이동체)와 GPS데이터를 초기화한 상태에서 위치인식 시스템을 구동시키는 단계와;
비컨과 태그와 무선통신이 이루어지면 태그에서 비컨과의 거리 데이터를 산출하여 실내 위치를 계산하는 단계와;
상기 태그에서 GPS수신 단말기와 접속하여 GPS위치데이터를 수신하고, 그 수신한 GPS위치데이터와 비컨과의 거리 데이터를 상기 비컨으로 송신하는 단계와;
상기 비컨에서 중계기로 거리 데이터와 GPS위치데이터를 전송하는 단계와;
상기 중계기에서 실시간 위치인식 서버로 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 전송하는 단계와;
상기 실시간 위치인식 서버에서 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 기반으로 실내외 위치를 계산하고, 이를 저장 및 관리하며, 위치조회 단말기로부터 위치 데이터 조회가 이루어지면 저장한 위치데이터를 제공해주는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 비컨(Beacon)을 이용하는 실내 위치인식 시스템의 거리 데이터와 GPS시스템의 위치데이터를 하나의 중계기로 수집할 수 있는 장점이 있으며, 이동체(태그)는 비컨과의 거리 정보와 GPS위치 정보를 수신하므로 저렴한 단말기로 구현 가능한 장점이 있다.
또한, 실시간 위치인식 서버는 중계기와의 통신을 통해서 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 모두 수신할 수 있으므로, 이를 이용하여 실내외 겸용 위치인식을 종합적으로 할 수 있는 장점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 "실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템"의 구성도이고, 도 4는 "실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템"에서 데이터 흐름을 보인 설명도이다.
GPS위성(110)과 접속하여 GPS위치데이터를 수신하는 GPS수신 단말기(120)와; 상기 GPS수신 단말기(120)와 연동하여 GPS 위치 데이터를 수신하고, 복수의 비컨(141 ~ 144)과의 거리 데이터를 산출하여 실내 위치를 계산하며, 상기 GPS위치 데이터와 복수 비컨(141 ~ 144)의 거리 데이터를 상기 복수의 비컨(141 ~ 144)에 전송하는 이동체(태그)(130)와; 상기 복수의 비컨(141 ~ 144)과 유/무선 통신을 통해 각각의 비컨과 태그와의 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 수집하는 중계기(150)와; 상기 중계기(150)와 접속하여 거리 데이터와 GPS 위치 데이터를 수신하고, 이를 조합하여 실내외 겸용 위치를 계산하여 저장 및 관리하고, 위치조회 단말기(170)의 요청시 상기 저장한 위치 데이터를 상기 위치조회 단말기(170)에 제공해주는 위치인식 서버(160)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 실내외 겸용 위치인식시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.
GPS수신 단말기(120)는 GPS위성(110)과 통신을 통해 위성 데이터를 수신하게 되고, 이렇게 수신한 위성 데이터에서 GPS위치데이터만을 추출하여 이동체인 태그(Tag)(130)에 전달한다. 여기서 GPS수신 단말기(120)와 이동체인 태그(130)는 RS 232C통신 방식으로 통신을 수행하는 것이 바람직하다.
태그(130)는 상기 GPS수신 단말기(120)로부터 GPS위치데이터를 실시간으로 받게 되며, 복수의 비컨(141 ~ 144)과 통신을 통해 각각의 비컨과의 거리 데이터를 산출하게 된다. 여기서 비컨과 거리 데이터를 산출하는 방식은 종래의 실내 위치인식 시스템에서 비컨과의 거리 데이터를 산출하는 방법과 동일한 방법으로 수행하게 된다.
아울러 태그(130)는 비컨과의 거리 데이터 및 상기 GPS수신 단말기(120)로부터 제공받은 실시간 GPS위치 데이터를 상기 복수의 비컨(141 ~ 144)에 전송하게 되고, 복수의 비컨(141 ~ 144)은 다시 태그(130)로부터 제공받은 거리 데이터 및 GPS 위치 데이터를 중계기(150)로 전송한다. 여기서 각각의 비컨(141 ~ 144)과 중계기(150)는 유/무선 통신을 통해 데이터를 송수신하나, RF 무선 통신으로 데이터를 송수신하는 것이 바람직하다.
중계기(150)는 수신한 거리 데이터 및 GPS위치 데이터를 실시간 위치인식 서버(RTLS: Real-Time Location System) 서버((160)로 전달하게 되는 데, 이때 중계기(150)와 실시간 위치인식 서버(160)는 TCP/IP통신 프로토콜을 통해 데이터를 송수신하는 것이 바람직하다.
실시간 위치인식 서버(160)는 제공받은 비컨과 태그와의 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 이용하여 실내외 위치를 계산하게 되고, 산출한 실내외 위치 데이터를 저장하게 되며, 위치조회 단말기(170)를 통해 위치 데이터의 조회가 요청되면 상기 저장한 실내외 위치 데이터를 상기 위치조회 단말기(170)에 전송해주게 된다. 여기서 실시간 위치인식 서버(160)는 수신한 비컨의 거리 데이터 중 가장 안정적이며 정확성이 있는 최적의 비컨 3개를 선택하여 일반적인 삼각측량법을 이용하여 위치를 계산하게 된다.
실시간 위치인식 서버(160)와 위치 조회 단말기(170) 간에는 TCP/IP 통신을 통해 위치 데이터를 송수신하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 "실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식방법"을 보인 흐름도로서, 태그(이동체)와 GPS데이터를 초기화한 상태에서 위치인식 시스템을 구동시키는 단계(S101 ~ S105)와; 비컨과 태그와 무선통신이 이루어지면 태그에서 비컨과의 거리 데이터를 산출하여 실내 위치를 계산하 는 단계(S107, S111)와; 상기 태그에서 GPS수신 단말기와 접속하여 GPS위치데이터를 수신하고, 그 수신한 GPS위치데이터와 비컨과의 거리 데이터를 상기 비컨으로 송신하는 단계(S109, S113)와; 상기 비컨에서 중계기로 거리 데이터와 GPS위치데이터를 전송하는 단계(S115)와; 상기 중계기에서 실시간 위치인식 서버로 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 전송하는 단계(S117)와; 상기 실시간 위치인식 서버에서 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 기반으로 실내외 위치를 계산하고, 이를 저장 및 관리하며, 위치조회 단말기로부터 위치 데이터 조회가 이루어지면 저장한 위치데이터를 제공해주는 단계(S119)를 포함한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 "실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식방법"은, 먼저 단계 S101 내지 S103에서와 같이 태그(이동체)(130)와 GPS데이터를 초기화한 상태에서, 위치인식 시스템을 구동시키게 된다(S105).
이후 비컨(141 ~ 144)과 태그(130)와 무선통신이 이루어지면 태그(130)에서 각각의 비컨과의 거리 데이터를 산출하고 실내 위치를 계산하게 된다(S107, S111). 여기서 태그에서 각각의 비컨과의 거리 데이터를 산출하는 방법과 산출한 3개의 거리 데이터를 이용하여 삼각측량법으로 위치를 계산하는 방법은 종래의 실내 위치인식시스템에서 사용하는 거리 데이터 산출 방법과 위치 계산 방법을 그대로 적용한다.
아울러 상기 태그(130)는 GPS수신 단말기(120)와 접속하여 실시간으로 GPS위치데이터를 수신하고(S109), 그 수신한 GPS위치데이터와 비컨과의 거리 데이터를 상기 비컨(141 ~ 144)으로 송신하게 된다(S113).
다음으로, 상기 거리 데이터와 GPS위치데이터를 수신한 각각의 비컨(141 ~ 144)에서 중계기(150)로 수신 데이터(거리 데이터와 GPS 위치 데이터)를 전송하게 되며(S115), 상기 중계기(150)에서는 실시간 위치인식 서버(160)로 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 전송하게 되며, 상기 실시간 위치인식 서버에서는 수신한 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 기반으로 실내외 위치를 계산하고, 이를 저장 및 관리하게 된다(S117). 여기서 실시간 위치인식 서버(160)는 수신한 비컨의 거리 데이터 중 가장 안정적이며 정확성이 있는 최적의 비컨 3개를 선택하여 일반적인 삼각측량법을 이용하여 위치를 계산하게 된다.
이후 실시간 위치인식 서버(160)는 위치조회 단말기(170)로부터 위치 데이터 조회가 이루어지면 저장한 위치데이터를 위치조회 단말기(170)로 제공해주게 된다(S119).
이로써 본 발명은 하나의 중계기를 이용하여 실내 위치인식시스템의 거리 데이터와 실외 GPS위치확인시스템의 GPS위치데이터를 수신할 수 있으며, 이를 이용하여 삼각측량법으로 위치를 계산함으로써, 정확하게 실시간으로 실내외 위치를 인식할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
이상 상술한 본 발명은 하나의 중계기를 통해 실내 위치인식 시스템의 거리 데이터와 실외 위치인식시스템의 GPS 위치 데이터를 모두 수신하고 이를 기반으로 정확하게 실내외 위치 인식을 수행하는 기술로서, 공공 서비스 로봇은 물론 이동체의 위치 추정에 관한 산업 전 분야에 적용할 수 있다.
도 1은 종래 실내 위치인식시스템의 구성도.
도 2는 종래 실외 위치인식시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 실내위치인식시스템과 ＧＰＳ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템의 구성도.
도 4는 본 발명에서 실내위치인식시스템과 ＧＰＳ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템에서 데이터 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 실내위치인식시스템과 ＧＰＳ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식방법을 보인 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110… GPS위성
120… GPS수신 단말기
130 ..... 이동체(태그)
141 ~ 144… 비컨
150… 중계기
160… 실시간 위치인식 서버
170… 위치조회 단말기

Claims (4)

  1. 실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템에 있어서,
    GPS위성과 접속하여 GPS위치데이터를 수신하는 GPS수신 단말기와;
    상기 GPS수신 단말기와 연동하여 GPS 위치데이터를 수신하고, 복수의 비컨과의 거리 데이터를 산출하여 실내 위치를 계산하며, 상기 GPS위치 데이터와 복수 비컨의 거리 데이터를 상기 복수의 비컨에 전송하는 이동체(태그)와;
    상기 복수의 비컨과 유/무선 통신을 통해 각각의 비컨과 태그와의 거리 데이터와 GPS위치 데이터를 수집하는 중계기와;
    상기 중계기와 접속하여 거리 데이터와 GPS 위치 데이터를 수신하고, 이를 조합하여 실내외 겸용 위치를 계산하여 저장 및 관리하고, 위치조회 단말기의 요청시 상기 저장한 위치 데이터를 상기 위치조회 단말기에 제공해주는 위치인식 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내위치인식시스템과 ＧＰＳ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실시간 위치인식 서버는 수신한 비컨의 거리 데이터 중 가장 안정적이며 정확성이 있는 최적의 비컨 3개를 선택하여 일반적인 삼각측량법을 이용하여 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 실내위치인식시스템과 ＧＰＳ 위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템.
  3. 실내위치인식시스템과 GPS위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식방법에 있어서,
    태그(이동체)와 GPS데이터를 초기화한 상태에서 위치인식 시스템을 구동시키는 단계와;
    비컨과 태그와 무선통신이 이루어지면 태그에서 비컨과의 거리 데이터를 산출하여 실내 위치를 계산하는 단계와;
    상기 태그에서 GPS수신 단말기와 접속하여 GPS위치데이터를 수신하고, 실내외 위치 계산 데이터를 상기 비컨으로 송신하는 단계와;
    상기 비컨에서 중계기로 상기 실내외 위치 계산 데이터를 전송하는 단계와;
    상기 중계기에서 실시간 위치인식 서버로 상기 실내외 위치 계산 데이터를 전송하는 단계와;
    상기 실시간 위치인식 서버에서 상기 중계기에서 전송한 실내외 위치 계산 데이터를 기반으로 실내외 위치를 계산하고, 이를 저장 및 관리하며, 위치조회 단말기로부터 위치 데이터 조회가 이루어지면 저장한 위치데이터를 제공해주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내위치인식시스템과 ＧＰＳ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 실내외 위치 계산 데이터는 GPS위치데이터와 비컨과의 거리 데이터인 것을 특징으로 하는 실내위치인식시스템과 ＧＰＳ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식방법.
KR1020080134353A 2008-12-26 2008-12-26 실내위치인식시스템과 ｇｐｓ위치데이터를 이용한 실내외 겸용 위치인식시스템 및 그 방법 KR20100076340A (ko)

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