KR20150049310A - 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 그 방법, 및 이를 이용한 보행자 관성항법시스템 - Google Patents

보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 그 방법, 및 이를 이용한 보행자 관성항법시스템 Download PDF

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KR20150049310A
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Abstract

개시된 본 발명에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 방법은, 보행자의 신발에 설치되는 3축 자이로센서(112) 및 3축 가속도센서(114)를 구비하는 센서부(110)와, 센서부(110)에서 출력된 가속도 및 각속도 값을 동시에 적용한 운동지수를 이용하여 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하고, 걷는 경우와 뛰는 경우일 때를 구분하여 각각의 발의 영속도 순간를 검지하는 영속도 순간 검지부(120)를 포함한다. 본 발명에 의하면 가속도와 각속도를 동시에 고려한 운동지수를 이용하여 영속도 순간을 검지하기 때문에, 기존에 영속도 구간을 감지함으로 인해 발생한 미세한 움직임에 의한 위치추정 오차를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의하면 걸을 때와 뛸 때 각각을 구분하여 영속도 순간을 검지하므로, 기존에 뛸 때의 영속도를 검지하지 못하는 문제점을 해결하고, 걸을 때와 뛸 때의 모두 위치추정 오차를 줄이는 효과가 있다.

Description

보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 그 방법, 및 이를 이용한 보행자 관성항법시스템{Apparatus for detecting the pedestrian foot zero velocity and Method thereof, and Inertial navigation system of pedestrian using same}
본 발명은 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 그 방법, 이를 이용한 보행자 관성항법시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 관성항법시스템에서 보행자의 위치오차를 보정하기 위한 영속도보정시 위치 추적 성능을 향상하기 위한 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 그 방법, 및 이를 이용한 보행자 관성항법시스템에 관한 것이다.
관성항법시스템(INS:Inertial Navigation System)은 3축 자이로센서와 3축 가속도센서를 이용하여 3차원 공간에서 움직이는 물체의 위치와 자세를 측정하는 것으로써, 자세는 자이로센서가 측정한 각속도를 적분하여 구하고, 위치는 측정된 가속도에서 자세에 의한 가속도 성분을 보상하여 시간에 대해 이중 적분을 계산하여 구하게 된다. 그런데 이러한 관성항법시스템은 각속도와 가속도를 측정하는 센서의 출력에 노이즈, 편향오차 등과 같은 오차 성분이 포함되어 적분과정을 거치면서 오차 성분이 커지게 되는데, 특히 위치는 가속도센서의 측정 오차에 대해 시간의 제곱에 비례하고, 자이로센서의 측정 오차에 대해 시간의 세제곱에 비례하는 오차를 갖게 되므로, 시간이 지나감에 따라 오차가 급격하게 증가하게 된다.
따라서 각종 오차보정 방법을 통하여 위치의 오차를 보정하게 되는데, 그 중 영속도보정(ZUPT:Zero velocity UPdaTe)이 널리 이용된다. 영속도보정은 센서를 발에 부착하고, 발의 정지 순간에 발의 영속도(Zero Velocity)을 기준 측정값으로 하여 위치오차를 추정 보정하는 방법이다. 즉 보행중 인간의 발이 지면에서 정지하는 순간에 발의 속도는 영(zero)임으로, 이때의 관성항법장치에서 계산된 속도와 영속도를 비교하여 속도 오차와 위치 오차를 추정하여 위치 오차를 보정함으로써 오차의 발산을 억제하는 방법이다. 도 1은 영속도보정의 개념을 나타낸 도면으로써, 도시된 바와 같이 정지해 있다는 사실을 일정 방법으로 알아내어 정지해 있는 순간의 속도를 영(zero)으로 재설정하게 된다.
이와 같이 영속도보정은 발 또는 신발에 부착된 센서에서 측정된 각속도와 가속도를 이용하여 발의 정지 순간, 즉 발의 영속도(Zero Velocity)를 판단하게 된다.
도 2는 기존의 영속도보정을 위한 영속도 판단방법을 도시한 것으로써, X축 시간 대비 Y축에 각속도와 가속도의 크기를 표시한 것이다. 도시된 바와 같이 발 또는 신발이 지면에 붙어 있는 구간을 영속도구간으로 설정하여, 그 구간 동안에 발의 속도는 영(zero)로 판단하여 영속도보정을 하게 된다.
일반적으로 다음과 같이 각속도의 크기(
Figure pat00001
)가 설정된 각속도의 임계값(γω)보다 작은 구간을 영속도 구간으로 판단하는 방법과, 측정된 가속도에서 중력 가속도를 뺀 백터값의 크기(
Figure pat00002
)가 설정된 각속도 임계값(γα)보다 작은 구간을 영속도 구간으로 판단하는 방법을 많이 쓰인다.
Figure pat00003
Figure pat00004
영속도보정은 걸을 때 발 바닥이 지면에 붙어 있을 때는 발이 움직이지 않는다는 가정, 즉 '발바닥 전체가 지면에 있을 때 이때는 발의 속도, 가속도, 각속도가 영(Zero)이다.'는 가정 하에 가속도와 각속도가 영(Zero)일 때 속도도 영(Zero)임을 판단하는 것이다. 그러나 각속도와 가속도를 측정할 때 센서의 노이즈 등 오차 성분이 있어서 발의 정지시 각속도와 가속도는 실제로 영(Zero)이 아니므로, 기존의 영속도보정 방법들은 각속도나 가속도가 어느 일정 범위(센서 오차범위)내 있으면 영속도로 판단할 수밖에 없다.
그러나, 도 2와 같이 영속도 구간을 발 또는 신발이 지면에 딛는 구간으로 판단한 경우에도 미세한 회전 운동과 직선 운동이 존재하므로, 기존의 영속도 판단 방법들은 실제 영속도가 아닌 시점에서 영속도라 판단하여 속도 오차와 위치 오차를 추정함으로써 결국 위치 추정의 오차를 증가시키는 원인이 된다. 또한 신발 바닥이 연질인 경우 지면에 신발이 닿고 있더라도 신발의 미세한 움직임은 더 크게 존재하므로, 위치 추정오차는 더욱 증가하게 된다.
한편 상기 기존의 영속도 판단 방법들은 보행자가 뛸 때 영속도를 검지하지 못하거나 움직이는 순간을 영속도로 판단하는 경우가 발생하는데, 이는 측정된 발 또는 신발의 각속도와 가속도를 이용하여 지정된 임계값 이하일 경우 발의 영속도를 판단하기 때문이다. 신발 바닥 전체가 지면에 붙어 있어도 신발 바닥이 대부분 연질이기 때문에 각속도와 가속도가 발생하게 된다. 즉 뛰면 이러한 방법으로는 발의 영속도를 판단하지 못하므로 결과적으로 위치추정 오차가 증가하는 원인이 된다. 또한 뛸 때, 영속도를 판단하기 위하여 임계값은 크게 할 경우, 천천히 걸었을 때 영속도로 판단된 구간에서 발의 움직임이 있는 상태를 영속도로 잘못 판단하여 위치추정 오차를 크게 만들게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 첫째, 미세한 움직임에 의한 위치추정오차를 줄이기 위하여, 영속도 보정의 시간을 발이 정지하는 구간으로 판단하는 것이 아니라 발이 정지하는 순간으로 판단하고, 둘째, 걸을 때와 뛸 때의 발운동을 구분하고, 걸을 때와 뛸 때의 영속도를 판단하는 기준을 다르게 하여 판단하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치는, 보행자의 신발에 설치되는 3축 자이로센서(112) 및 3축 가속도센서(114)를 구비하는 센서부(110); 및, 상기 센서부(110)에서 출력된 가속도 및 각속도 값을 동시에 적용한 운동지수를 이용하여 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하고, 걷는 경우와 뛰는 경우일 때를 구분하여 각각의 발의 영속도 순간를 검지하는 영속도 순간 검지부(120)를 포함한다.
상기 영속도 순간 검지부(120)는, 일정구간에서의 운동지수 최대값이 걸음 임계값보다 작은 경우 걷는 것으로 판단하는 걸음/뜀 판단부(122); 상기 걸음/뜀 판단부(122)에서 보행자가 걷는 것으로 판단될 경우, 어느 시점에서의 각속도의 크기 및 가속도의 크기가 각각의 설정된 임계값보다 모두 작은 경우 영속도 순간으로 판단하는 걸음 영속도 검지부(124); 및, 상기 걸음/뜀 판단부(122)에서 보행자가 뛰는 것으로 판단될 경우, 어느 시점에서의 운동지수가 일정구간에서의 운동지수 최소값에 가장 가까운 값일 때 영속도 순간으로 판단하는 뜀 영속도 검지부(126)를 포함한다.
상기 운동지수는 아래의 식으로 정의된다.
Figure pat00005
여기서,
Figure pat00006
는 어느 시점 t에서의 운동지수, Κω와 Κα는 계수,
Figure pat00007
는 어느 시점 t에서의 각속도 벡터값 크기,
Figure pat00008
는 어느 시점 t에서의 가속도에서 중력가속도를 뺀 백터값 크기를 나타낸다.
상기 걸음/뜀 판단부(122)는, 아래 식을 만족할 때 걷는 것으로 판단하게 된다.
Figure pat00009
여기서,
Figure pat00010
는 일정구간()에서의 운동지수의 최대값,
Figure pat00012
는 걸음 임계값을 나타낸다.
상기 걸음 영속도 검지부(124)는, 상기 걸음/뜀 판단부(122)에 의해 걷는 것으로 판단된 경우, 아래 식을 만족할 때 영속도 순간으로 검지하게 된다.
Figure pat00013
여기서, γω 는 각속도 임계값, γα 는 가속도 임계값을 나타낸다.
상기 뜀 영속도 검지부(126)는, 상기 걸음/뜀 판단부(122)에 의해 뛰는 것으로 판단된 경우, 아래 식을 만족할 때 영속도 순간으로 검지하게 된다.
Figure pat00014
여기서,
Figure pat00015
는 어느 시점 t에서의 운동지수,
Figure pat00016
는 일정구간(
Figure pat00017
)에서의 운동지수 최소값, γε는 임계값을 나타낸다.
한편 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치는, a) 보행자 발의 가속도와 각속도를 측정하는 단계; b) 상기 측정된 가속도와 각속도의 값을 동시에 이용한 운동지수를 이용하여 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하는 단계; 및, c) 걷는 경우와 뛰는 경우일 때를 구분하여 각각의 영속도를 검지하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 가속도와 각속도를 동시에 고려한 운동지수를 이용하여 영속도 순간을 검지하기 때문에, 기존에 영속도 구간을 감지함으로 인해 발생한 미세한 움직임에 의한 위치추정 오차를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의하면 걸을 때와 뛸 때 각각을 구분하여 영속도 순간을 검지하므로, 기존에 뛸 때의 영속도를 검지하지 못하는 문제점을 해결하고, 걸을 때와 뛸 때의 모두 위치추정 오차를 줄이는 효과가 있다.
도 1은 영속도보정의 개념을 설명하는 도면,
도 2는 종래의 영속도보정을 위한 영속도 판단방법을 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 이를 포함하는 보행자 관성항법시스템의 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치에 의해 걸을 때의 영속도 판단방법을 설명하는 도면,
도 5는 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치에 의해 뛸 때의 영속도 판단방법을 설명하는 도면,
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치를 적용한 보행자 관성항법시스템에서 실제 보행자의 실내공간(Indoor)에서의 위치추적 테스트 결과를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치를 적용한 보행자 관성항법시스템에서 실제 보행자의 계단을 포함한 건물(Office Building including stairs)에서의 위치추적 테스트 결과를 나타낸 도면,
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치를 적용한 보행자 관성항법시스템에서 실제 보행자의 지하공간(Underground parking lot)에서의 위치추적 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치(100)는 센서부(110) 및 영속도 순간 검지부(120)를 포함한다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 보행자 관성항법시스템(300)은 상기 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치(100)와, 위치/속도 계산부(310), 위치/속도 오차추정부(320) 및 오차 보정부(330)을 포함한다.
센서부(110)는 보행자의 신발에 설치되어 보행자의 3축의 가속도 및 각속도를 측정하는 것으로써, 3차원 공간에서 보행자의 X축, Y축, Z축의 회전 각속도를 감지하는 3축 자이로센서(112)와, 3차원 관성 공간에서 보행자의 X축, Y축, Z축의 선형가속도를 감지하는 3축 가속도센서(114)를 포함한다.
영속도 순간 검지부(120)는 센서부(110)에서 출력된 가속도 및 각속도 값을 동시에 적용한 운동지수를 이용하여 보행자가 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하고, 걷는 경우와 뛰는 경우일 때를 구분하여 각각의 발의 영속도를 검지하게 된다. 영속도 순간 검지부(120)는 구체적으로, 보행자가 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하는 걸음/뜀 판단부(122)와, 걸음/뜀 판단부(122)에서 보행자가 걷는 것이라고 판단된 경우 걸을 때의 영속도 순간을 검지하는 걸음 영속도 검지부(124), 및 걸음/뜀 판단부(122)에서 보행자가 뛰는 것이라고 판단된 경우 뛸 때의 영속도 순간을 검지하는 뜀 영속도 검지부(126)를 포함한다.
걸음/뜀 판단부(122)는 센서부(110)에서 출력된 가속도 및 각속도 값을 동시에 적용한 운동지수를 이용하여 보행자가 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하는데, 구체적으로 수학식 1에 정의된 운동지수
Figure pat00018
를 이용한다.
Figure pat00019
여기서,
Figure pat00020
는 어느 시점 t에서의 운동지수, Κω와 Κα는 계수,
Figure pat00021
는 어느 시점 t에서의 각속도 벡터값 크기,
Figure pat00022
는 어느 시점 t에서의 가속도에서 중력가속도를 뺀 백터값 크기를 나타낸 것이다. 여기서 계수 Κω와 Κα는 센서의 노이즈 성분과 측정범위를 고려하여 실험에 의해서 결정한다.
위 운동지수는 각속도의 백터값 크기와, 가속도에서 중력가속도 성분을 뺀 값의 백터값 크기에 각각에 계수를 곱한 값의 합을 나타낸 것으로써, 미세한 발의 움직임을 영속도 판단에 반영하고, 영속도 순간만 영속도로 판단하게 해준다. 즉 운동지수는 가속도와 각속도의 값을 동시에 적용하므로, 영속도 보정의 정확도를 높여주게 된다. 위 운동지수 식은 여러 가지 수식을 실제 각속도, 가속도를 측정하고 시험하여, 위치오차가 가장 작은 것으로 도출된 수식이다.
걸음/뜀 판단부(122)는 일정구간(
Figure pat00023
)에서 운동지수의 최대값(
Figure pat00024
)이 설정된 걸음 임계값(
Figure pat00025
)보다 작으면 걷는 것으로 판단한다. 즉, 하기 수학식 2를 만족할 경우 걷는 것으로 판단하고, 그 이외의 경우는 뛰는 것으로 판단하게 된다.
Figure pat00026
상기 걸음 임계값(
Figure pat00027
)은 실험을 통하여 미리 설정될 수 있다.
걸음 영속도 검지부(124)는 보행자가 일정 구간에서 걷는 것이라고 판단된 경우 걸을 때의 영속도 순간을 검지하게 되는데, 구체적으로 어느 시점(t)에서의 각속도의 크기 및 가속도의 크기가 각각의 설정된 임계값보다 모두 작은 경우 영속도 순간으로 판단하게 된다. 즉 걸음 영속도 검지부(124)는 하기의 수학식 3을 만족할 때 영속도 순간으로 판단하게 된다.
Figure pat00028
이와 같이 걸음 영속도 검지부(124)는 각속도와 가속도의 크기를 동시에 고려하여 영속도로 판단하게 되는데, 즉, 어느 시점(t)에서의 각속도의 크기(
Figure pat00029
)가 설정된 각속도의 임계값(γω)보다 작고, 동시에 어느 시점(t)에서 측정된 가속도에서 중력 가속도를 뺀 백터값의 크기(
Figure pat00030
)가 설정된 가속도 임계값(γα)보다 작을 때를 영속도 순간으로 판단하게 된다. 이와 같이 각속도와 가속도의 크기를 동시에 고려하여 영속도 순간을 판단하게 되므로 영속도 순간의 측정 정확성을 높일 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 의해 걸을 때의 영속도 판단 방법을 도시한 것으로써, X축 시간 대비 Y축에 각속도와 가속도의 크기를 표시한 것이다. 도 2를 참조하면 기존의 경우 일정 구간인 영속도 구간을 영속도로 판단하게 되나, 본 발명에 의하면 도 4에 도시된 바와 같이 실제 영속도 순간을 영속도로 판단하게 된다. 참고로 도 4에서 설명의 편의를 위해 영속도 순간을 Y축에 '10'이 되게 설정한 것으로써(실제로는 '0'에 가까운 값임)가 X축 '1600' , '1800'근처에서 영속도 순간이 각각 5번 검지되었다.
뜀 영속도 검지부(126)는 보행자가 뛰는 것이라고 판단된 경우 뛸 때의 영속도 순간을 검지하게 되는데, 구체적으로 어느 시점에서의 운동지수가 일정구간에서의 운동지수 최소값에 가장 가까울 때 영속도 순간으로 판단하게 된다. 뜀 영속도 검지부(126)는 하기의 수학식 4를 만족할 때 영속도 순간으로 판단하게 된다.
Figure pat00031
즉 일정구간(
Figure pat00032
)에서 운동지수의 최소값(
Figure pat00033
)을 계산하고, 시간 t의 운동지수값(
Figure pat00034
)과 구간 최소 운동지수값(
Figure pat00035
)의 차이가 임계값(γε)보다 작으면 영속도로 판단하게 된다. 여기서 임계값(γε)은 실험을 통하여 결정하게 된다. 즉 뜀 영속도 검지부(126)는 영속도 검지를 위하여 일정구간에서의 운동지수 최소값을 계산하고, 어느 지점에서의 운동지수가 구간의 최소운동지수에 가까운 값을 때 영속도 순간으로 판단하게 되는 것이다.
도 5는 본 발명에 의해 뛸 때의 영속도 판단 방법을 도시한 것으로써, 실제 가속도와 각속도를 측정하여 운동지수로 변환하여 나타낸 그래프를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 실제 영속도 지점(순간)에서 운동지수의 값이 최소 값임을 알 수 있으며, 이는 본 발명에 의해 영속도 검지 방법이 매우 정확한 것임을 알 수 있다.
걸음 영속도 검지부(124)와 뜀 영속도 검지부(126)는 각각의 경우에서 영속도 순간을 검지할 경우 위치/속도 오차추정부(320)에 영속도 순간 검지신호를 보내게 된다.
위치/속도 계산부(310)는 센서부(110)로부터 각속도 및 가속도의 값을 수신하여, 각속도를 적분하여 자세각을 계산하고, 자세각에 의하여 가속도를 좌표변환한 후 적분하여 속도와 위치를 계산하게 된다.
위치/속도 오차추정부(320)는 영속도 순간 검지부(120)에서 영속도 순간으로 검지될 경우, 영속도 순간(지점)에서의 위치/속도 계산부(310)에서 계산된 속도와 영속도를 비교하여 속도 오차를 계산하고 위치오차를 추정하게 된다.
오차 보정부(330)는 위치/속도 오차추정부(320)에서 추정된 속도/위치 오차를 이용하여 위치/속도 계산부(310)에서 계산된 속도/위치 오차를 보정하게 된다.
위치/속도 계산부(310), 위치/속도 오차추정부(320), 오차 보정부(330)의 기능, 속도/위치 계산, 오차 추정의 방법 등은 기존의 보행자 관성항법시스템에서 사용되는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치를 이용한 보행자 발의 영속도 상태 검지 방법을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 방법은, a) 보행자 발의 가속도와 각속도를 측정하는 단계, b) 상기 측정된 가속도와 각속도의 값을 동시에 적용한 운동지수를 이용하여 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하는 단계, c) 걷는 경우와 뛰는 경우일 때를 구분하여 각각의 영속도를 검지하는 단계를 포함한다.
먼저 센서부(110)는 보행자 발의 가속도와 각속도를 측정하게 된다(S210).
영속도 순간 검지부(120)는 측정된 가속도와 각속도의 값을 동시에 적용한 운동지수를 이용하여 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하는데(S220), 일정구간에서의 운동지수 최대값이 걸음 임계값보다 작은 경우 걷는 것으로 판단하는 것은 앞에서 구체적으로 살펴보았으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그 후 보행자가 걷는 경우일 때와 뛰는 경우일 때 각각의 영속도 순간을 판단하게 되는데(S220, S230), 걷는 것으로 판단될 경우 어느 시점에서의 각속도의 크기 및 가속도의 크기가 각각의 설정된 임계값보다 모두 작은 경우 영속도 순간으로 판단하고, 뛰는 것으로 판단될 경우 어느 시점에서의 운동지수가 일정구간에서의 운동지수 최소값에 가장 가까운 값일 때 영속도 순간으로 판단하는 것은 앞에서 구체적으로 살펴보았으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
영속도 순간 검지부(120)는 걸을 때와 뛸 때 각각의 영속도 순간으로 검지될 경우 영속도 신호를 발생하게 된다(S250).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 가속도와 각속도를 동시에 고려한 운동지수를 이용하여 걸을 때와 뛸 때를 구분하고 각각의 영속도 순간을 검지하므로, 기존에 영속도 구간을 감지함으로 인해 발생한 미세한 움직임에 의한 위치추정 오차를 획기적으로 줄이고, 또한 기존에 뛸 때의 영속도를 검지하지 못하는 문제점을 해결하는 효과가 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 및 방법을 적용한 보행자 관성항법시스템에서 실제 다양한 보행자의 위치추적 테스트결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 보행자가 실내공간(Indoor)에서 빨리 걸었을 때의 위치추적 테스트 결과를 나타낸 도면이다. 이동시간은 183.5초, 이동거리는 222.8m일 때의 결과를 나타낸 것인데, 실제 보행자가 정지하였을 때의 마지막 위치 측정시 위치 오차가 대략 15cm(0.1492m)로 나타났다.
도 8은 보행자가 계단을 포함한 건물(Office Building including stairs)에서 약간 느리게 걸었을 때의 위치추적 테스트 결과를 나타낸 도면이다. 이동시간은 123.1초, 이동거리는 118.6m일 때의 결과를 나타낸 것인데, 실제 보행자가 정지하였을 때의 마지막 위치 측정시 위치 오차가 대략 79cm(0.7914m)로 나타났다.
도 9은 보행자가 지하공간(Underground parking lot)에서 걸을 후 뛰었을 때의 위치추적 테스트 결과를 나타낸 도면이다. 이동시간은 129.3초, 이동거리는 187.5m일 때의 결과를 나타낸 것인데, 실제 보행자가 정지하였을 때의 마지막 위치 측정시 위치 오차가 대략 47cm(0.4756m)로 나타났다.
이와 같이 본 발명에 의하면 실제 위치추정 테스트결과 위치추정 오차가 기존에 비해 현저하게 줄어들게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100. 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치 110. 센서부
120. 영속도 순간 검지부 122. 걸음/뜀 판단부
124. 걸음 영속도 검지부 126. 뜀 영속도 검지부
300. 보행자 관성항법시스템 310. 위치/속도 계산부
320. 위치/속도 오차추정부 330. 오차 보정부

Claims (12)

  1. 보행자의 신발에 설치되는 3축 자이로센서(112) 및 3축 가속도센서(114)를 구비하는 센서부(110); 및,
    상기 센서부(110)에서 출력된 가속도 및 각속도 값을 동시에 적용한 운동지수를 이용하여 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하고, 걷는 경우와 뛰는 경우일 때를 구분하여 각각의 발의 영속도 순간를 검지하는 영속도 순간 검지부(120) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영속도 순간 검지부(120)는,
    일정구간에서의 운동지수 최대값이 걸음 임계값보다 작은 경우 걷는 것으로 판단하는 걸음/뜀 판단부(122);
    상기 걸음/뜀 판단부(122)에서 보행자가 걷는 것으로 판단될 경우, 어느 시점에서의 각속도의 크기 및 가속도의 크기가 각각의 설정된 임계값보다 모두 작은 경우 영속도 순간으로 판단하는 걸음 영속도 검지부(124); 및,
    상기 걸음/뜀 판단부(122)에서 보행자가 뛰는 것으로 판단될 경우, 어느 시점에서의 운동지수가 일정구간에서의 운동지수 최소값에 가장 가까운 값일 때 영속도 순간으로 판단하는 뜀 영속도 검지부(126)를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 운동지수는 아래의 식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치.
    Figure pat00036

    여기서,
    Figure pat00037
    는 어느 시점 t에서의 운동지수, Κω와 Κα는 계수,
    Figure pat00038
    는 어느 시점 t에서의 각속도 벡터값 크기,
    Figure pat00039
    는 어느 시점 t에서의 가속도에서 중력가속도를 뺀 백터값 크기임.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 걸음/뜀 판단부(122)는,
    아래 식을 만족할 때 걷는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치.
    Figure pat00040

    여기서,
    Figure pat00041
    는 일정구간(
    Figure pat00042
    )에서의 운동지수의 최대값,
    Figure pat00043
    는 걸음 임계값임.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 걸음 영속도 검지부(124)는,
    상기 걸음/뜀 판단부(122)에 의해 걷는 것으로 판단된 경우, 아래 식을 만족할 때 영속도 순간으로 검지하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치.
    Figure pat00044

    여기서, γω 는 각속도 임계값, γα 는 가속도 임계값임.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 뜀 영속도 검지부(126)는,
    상기 걸음/뜀 판단부(122)에 의해 뛰는 것으로 판단된 경우, 아래 식을 만족할 때 영속도 순간으로 검지하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치.
    Figure pat00045

    여기서,
    Figure pat00046
    는 어느 시점 t에서의 운동지수,
    Figure pat00047
    는 일정구간(
    Figure pat00048
    )에서의 운동지수 최소값, γε는 임계값임.
  7. a) 보행자 발의 가속도와 각속도를 측정하는 단계;
    b) 상기 측정된 가속도와 각속도의 값을 동시에 이용한 운동지수를 이용하여 걷는 것인지 뛰는 것인지 여부를 판단하는 단계; 및,
    c) 걷는 경우와 뛰는 경우일 때를 구분하여 각각의 영속도를 검지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 운동지수는 아래의 식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 방법.
    Figure pat00049

    여기서,
    Figure pat00050
    는 어느 시점 t에서의 운동지수, Κω와 Κα는 계수,
    Figure pat00051
    는 어느 시점 t에서의 각속도 벡터값 크기,
    Figure pat00052
    는 어느 시점 t에서의 가속도에서 중력가속도를 뺀 백터값 크기임.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 b) 단계는,
    아래 식을 만족할 때 걷는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 방법.
    Figure pat00053

    여기서,
    Figure pat00054
    는 일정구간(
    Figure pat00055
    )에서의 운동지수의 최대값,
    Figure pat00056
    는 걸음 임계값임.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 c) 단계는,
    걷는 것으로 판단된 경우, 아래 식을 만족할 때 영속도 순간으로 검지하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 방법.
    Figure pat00057

    여기서, γω 는 각속도 임계값, γα 는 가속도 임계값임.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 c) 단계는,
    뛰는 것으로 판단된 경우, 아래 식을 만족할 때 영속도 순간으로 검지하는 것을 특징으로 하는 보행자 발의 영속도 상태 검지 방법.
    Figure pat00058

    여기서,
    Figure pat00059
    는 어느 시점 t에서의 운동지수,
    Figure pat00060
    는 일정구간(
    Figure pat00061
    )에서의 운동지수 최소값, γε는 임계값임.
  12. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 보행자 발의 영속도 상태 검지 장치를 포함하는 보행자 관성항법시스템.
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