KR20160004084A

KR20160004084A - 실내 보행자 위치 추적 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160004084A
Application number: KR1020140082502A
Authority: KR
Inventors: 이선우; 김대영; 송창근; 고영웅
Original assignee: 한림대학교 산학협력단
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2016-01-12

Abstract

본 발명은 실내 보행자 위치 추적 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 실내 보행자 위치 추적 장치는 움직임 관련 데이터와 방향 관련 데이터를 검출하여 제공하는 관성 센서부와, 관성 센서부에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 소지 방식을 검출하는 소지 방식 검출부와, 소지 방식 검출부에서 검출된 소지 방식에 따라 관성 센서부에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음을 검출하는 걷기 동작 검출부와, 걷기 동작 검출부에서 걷기 동작의 한 걸음이 검출되면 관성 센서부에서 제공된 방향 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음에 대한 걷기 방향을 검출하는 걷기 방향 검출부와, 및 기 동작 검출부에서 검출된 걷기 동작의 한 걸음과 걷기 방향 검출부에서 검출된 걷기 방향을 이용하여 건물 내부 지도상에 현재 위치를 추적하여 제공하는 위치 추적부를 포함함으로써, 실내 보행의 정확한 위치 추적이 가능하다.

Description

실내 보행자 위치 추적 장치 및 방법{Pedestrian Tracking apparatus and method at indoors}

본 발명은 실내 보행자 위치 추적 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 스마트폰의 소지 방식에 따라 제공되는 관성 데이터를 이용하여 실내 보행의 정확한 위치 추적을 가능하게 하는 실내 보행자 위치 추적 장치 및 방법에 관한 것이다.

우리나라는 2012년 12월 기준으로 스마트폰 가입자가 3,300만 명에 이르렀다. 이처럼 대부분의 사람들이 스마트폰을 이용하게 되면서 위치 기반 서비스(Location-Based Service : LBS)는 주요 서비스 중 하나로 자리 잡았다. 대표적인 LBS 중 하나가 자동차 내비게이션 서비스이다. 이와 같이 LBS가 제공되는 환경이 실외인 경우에는 GPS와 같은 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 이용하여 현재 위치를 파악할 수 있다.

그러나 거대 실내 유원지나 쇼핑몰 등과 같은 복잡한 실내 환경에서의 길 안내나 다양한 전시장에서의 지능형 전시 서비스 등의 실내 대상의 LBS에서는 이런 GNSS 방법을 이용할 수 없어, 이에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다.

하지만, 아직까지 GNSS와 같은 대표적이고 효과적인 방법이나 시스템이 개발되거나 상용화되지 못한 실정이다. 다만, 최근 스마트폰의 대중화에 따라 스마트폰이 가진 다양한 센서 및 통신 기능을 이용하여 경제적이면서도 여러 가지 종류의 LBS가 가능할 만큼의 위치 정확도를 제공할 수 있는 다양한 방법들이 연구 개발되고 있다.

그 중 하나로 가속도 센서(112) 등의 관성 센서를 이용하여 이동하는 사람의 걷기 동작을 감지하여 추측 항법(Dead-Reckoning)으로 위치를 추적하는 방법이 제안되어 있으며, 또한 무선 랜 환경의 대중화에 따라 WiFi 수신 신호 특성을 이용하는 WiFi 핑거프린팅 기법이 실내 위치 추적 방법에서 상용화 가능성이 높아지면서 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 이들 제안과 연구는 아직까지 아이디어 차원에서 머물러 있어 실제 스마트폰에 적용하여 사용하는데 많은 한계가 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 스마트폰의 소지 방식에 따라 제공되는 관성 데이터를 이용하여 실내 보행의 정확한 위치 추적을 가능하게 하는 실내 보행자 위치 추적 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추적 장치는, 움직임 관련 데이터와 방향 관련 데이터를 검출하여 제공하는 관성 센서부와, 상기 관성 센서부에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 소지 방식을 검출하는 소지 방식 검출부와, 상기 소지 방식 검출부에서 검출된 소지 방식에 따라 상기 관성 센서부에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음을 검출하는 걷기 동작 검출부와, 상기 걷기 동작 검출부에서 걷기 동작의 한 걸음이 검출되면 상기 관성 센서부에서 제공된 방향 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음에 대한 걷기 방향을 검출하는 걷기 방향 검출부와, 및 상기 걷기 동작 검출부에서 검출된 걷기 동작의 한 걸음과 상기 걷기 방향 검출부에서 검출된 걷기 방향을 이용하여 건물 내부 지도상에 현재 위치를 추적하여 제공하는 위치 추적부를 제공한다.

상기 관성 센서부는 소정의 샘플링 간격으로 X축, Y축, Z축 각각에 대한 움직임 관련 데이터들과 방향 관련 데이터들을 검출하여 제공하고, 상기 소지 방식 검출부는 상기 관성 센서부에서 제공된 X축, Y축, Z축의 각 움직임 관련 데이터의 산술적인 평균값을 이용하여 소지 방식을 검출할 수 있다.

상기 소지 방식 검출부는 현재의 산술적인 평균값을 포함한 소정 개수의 대표 값들에 대한 분산 값으로부터 소지 방식을 검출할 수 있다.

상기 위치 추적 장치는 현재 위치에서 수신되는 수신 신호 세기 데이터와 미리 정의된 랜드마크들의 WiFi 핑거프린팅 데이터들을 비교하여 특정 지역의 랜드마크를 검출하는 랜드마크 검출부를 더 포함할 수 있고, 상기 위치 추적부는 상기 랜드마크 검출부로부터 특정 지역의 랜드마크 검출이 입력되면 추적된 위치 좌표를 랜드마크의 위치 좌표로 변경할 수 있다.

상기 위치 추적부는 상기 걷기 동작 검출부에서 걷기 동작의 한 걸음이 검출되면 상기 랜드마크 검출부를 구동하여 WiFi 스캐닝을 수행하게 하고, 상기 랜드마크 검출부로부터 특정 지역의 랜드마크 검출이 입력되면 추적된 위치 좌표를 랜드마크의 위치 좌표로 변경할 수 있다.

상기 랜드마크 검출부는 상기 위치 추적부로부터 WiFi 스캐닝 신호가 입력되면 이전에 검출된 특정 지역의 랜드마크로부터 이동 가능한 랜드마크만을 대상으로 WiFi 스캐닝을 수행할 수 있다.

상기 걷기 방향 검출부는 상기 관성 센서부에서 제공된 방향 관련 데이터의 방향 오차를 줄이기 위해 소정의 각도 크기로 양자화한 단계 값으로 걷기 방향을 검출할 수 있다.

상기 걷기 방향 검출부는 임계각도 부근에서의 단계 값에 강인성을 허여하기 위해 임계각도 부근에 소정 크기의 히스테리시스 특성을 부여할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 추적 방법은, 움직임 관련 데이터와 방향 관련 데이터를 검출하여 제공하는 데이터 제공 단계와, 상기 데이터 제공 단계에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 소지 방식을 검출하는 소지 방식 검출 단계와, 상기 소지 방식 검출 단계에서 검출된 소지 방식에 따라 상기 데이터 제공 단계에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음을 검출하는 걷기 동작 검출 단계와, 상기 걷기 동작 검출 단계에서 걷기 동작의 한 걸음이 검출되면 상기 데이터 제공 단계에서 제공된 방향 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음에 대한 걷기 방향을 검출하는 걷기 방향 검출 단계와, 및 상기 걷기 동작 검출 단계에서 검출된 걷기 동작의 한 걸음과 상기 걷기 방향 검출 단계에서 검출된 걷기 방향을 이용하여 건물 내부 지도상에 현재 위치를 추적하여 제공하는 위치 추적 단계를 제공함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다.

상술한 구성에 의해, 본 발명은 추측 항법을 이용한 실내 보행의 위치 추적에 있어서 정확한 위치 추적을 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 랜드마크 검출 기능을 구비함으로써 추측 항법에 의한 오차 보정을 가능하게 하며, 핑거프린팅 방식에 비해 처리 시간을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실내 보행자 위치 추적 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트폰의 소지 방식에 따른 분산 값들의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 소지 방식 A에서의 걸음 피크마다 검출되는 방향의 그래프의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 소지 방식 B에서 동일한 방향으로 걷고 있음에도 방위각 값이 크게 변화하는 그래프의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 소지 방식 B에서 가장 많은 개수의 방향으로 걷기 방향을 검출한 그래프의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내 보행자 위치 추적 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 실내 보행자 위치 추적 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실내 보행자 위치 추적 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실내 보행자 위치 추적 장치의 블록도를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 스마트폰의 소지 방식에 따른 분산 값들의 예를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 실내 보행자 위치 추적 장치는 관성 센서부(110), 소지 방식 검출부(120), 걷기 동작 검출부(130), 걷기 방향 검출부(140), 건물 내부 지도 제공부(150), 위치 추적부(160) 및 위치 표시부(170)를 포함한다.

관성 센서부(110)는 스마트폰에 구비된 관성 센서들로, 관성 데이터를 출력한다. 관성 센서부(110)는 소정의 샘플링 시간, 예를 들어 50msec마다 관성 데이터를 출력할 수 있다. 관성 센서부(110)는 가속도 센서(112), 자이로 센서(114), 방향 센서(116) 및 지자기 센서(118)를 포함할 수 있다.

가속도 센서(accelerometer)(112)는 X축, Y축 및 Z축 각각에 대한 가속도(중력 가속도 + 운동 가속도)를 측정하는 센서로, 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정할 수 있다. 자이로 센서(gyroscope sensor)(114)는 X축, Y축 및 Z축 각각에 대한 각속도를 측정하는 센서로, 가속도 센서(112)에 각각 회전을 넣어 6축을 인식할 수 있게 하여 변화된 각도를 측정할 수 있다. 방향 센서(orientation sensor)(116)는 3개의 값, 즉 방위각 값, Pitch 값 및 Roll 값을 출력하는데, 여기서 방위각은 Y축이 향하는 방향, 즉 스마트폰의 상부가 향하는 방향이며, Pitch 및 Roll은 Z축이 향하는 방향과 관련하여 결정되는 값들이다. 지자기 센서(geo-magnetic sensor)(118)는 지구 자기장을 이용해 방위각을 측정할 수 있는 전자 나침반이다. 따라서 관성 센서부(110)는 X축, Y축 및 Z축 각각에 대한 움직임 데이터와 함께 X축, Y축 및 Z축 각각에 대한 방향 데이터를 출력할 수 있다.

소지 방식 검출부(120)는 관성 센서부(110)로부터 출력된 관성 데이터, 예를 들면 관성 데이터를 이용하여 스마트폰의 소지 방식을 검출한다. 스마트폰을 갖고 다니는 자세는 여러 형태가 있을 수 있는데, 일반적으로 바지 주머니(앞/뒤)에 넣는 사람, 손에 들고 다니는 사람, 가방에 넣고 다니는 사람 등 다양하다. 따라서 스마트폰의 현재 소지 방식을 검출하여 알 수 있다면, 정확한 걸음 검출 및 방향 검출이 가능하다.

본 발명에서는 다양한 소지 방식 중 스마트폰을 사용하면서 걷는 방법, 즉 손에 쥐고 몸 앞쪽으로 올려 고정한 상태(이하 '소지 방식 A'라 함)와 왼/오른손에 스마트폰을 쥐고 자연스럽게 걷는 방법(이하 '소지 방식 B'라 함)에 대해 고찰한다. 여기서 2개의 형태만 고찰하는 이유는 자신의 스마트폰을 통해 위치 추적을 확인하는 경우 스마트폰을 손에 쥐고 걷거나 또한 스마트폰을 보면서 걸을 가능성이 높을 뿐만 아니라 또한 다양한 소지 방식들은 소지 방식 A와 소지 방식 B의 변형으로 볼 수 있기 때문이다.

소지 방식 검출부(120)는 자이로 센서(114)의 움직임 데이터를 이용하여 소지 방식을 검출할 수 있다.

소지 방식 검출부(120)는 매 샘플링 시간마다 먼저, 수학식 1에 정의된 것과 같은 대표 값을 구한다. 여기서 수학식 1의 대표 값은 현재 위치에서의 X축, Y축 및 Z축 각각에 대한 움직임 데이터의 산술적인 평균값으로 움직임의 정도를 나타내는 척도이다.

소지 방식 검출부(120)는 이어서 버퍼에 저장된 이들 11개의 대표 값들을 이용하여 수학식 2에 정의된 분산 값을 구한다. 스마트폰의 소지 방식에 따른 분산 값들의 예가 도 2에 도시되어 있다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 소지 방식 B는 소지 방식 A에 비해 매우 큰 값을 나타낸다. 본 발명의 실시예에서는 분산 값이 0.1 이하일 경우에는 소지 방식 A, 0.4 이상일 경우에는 소지 방법 B로 결정한다. 이때, 0.1 이상이고 0.4 이하인 경우에는 소지 방식이 변동되는 구간으로 판단하지만, 샘플링 주기가 짧은 경우 이 변동 구간에 의해 오류는 거의 생기지 않을 것이다.

걷기 동작 검출부(130)는 스마트폰의 소지 방식에 따라 걷기 동작의 걸음을 검출한다. 소지 방식 검출부(120)에 의해 스마트폰의 소지 방식이 검출되면, 걷기 동작 검출부(130)는 걷기 동작의 한 걸음이 있었는지에 대한 검출을 수행한다. 실제 위치 변화량은 검출한 걸음 수에 직접 비례하므로, 걸음 수 검출은 가능한 정확해야 한다. 본 발명의 실시예는 스마트폰의 소지 방식별로 다른 검출 방법을 사용한다.

소지 방식 검출부(120)에 의해 소지 방식 A가 결정되면 사용자가 스마트폰을 세로 혹은 가로로 들고 걷고 있음을 의미하므로, 걷기 동작 검출부(130)는 중력 방향의 가속도가 가장 크게 변한다는 점을 이용할 수 있다. 즉, 걷기 동작 검출부(130)는 가속도 센서(112)에서 출력된 중력 방향의 가속도 값의 정점(피크)을 찾는 방법을 이용할 수 있다.

한편, 소지 방식 검출부(120)에 의해 소지 방식 B가 결정되면 사용자가 스마트폰을 옆으로 쥔 상태에서 팔을 앞뒤로 흔들면서 걷고 있음을 의미하므로, 걷기 동작 검출부(130)는 걷기 동작의 걸음을 검출하기 위해 자이로 센서(114)의 Z축 데이터 값을 이용할 수 있다. 실험을 통해서 Z축 데이터 값이 0.4 이상의 최대 피크와 -0.25 이하의 최소 피크를 검출하는 것으로 걷기 동작의 걸음을 검출한다. 일반적으로 사람이 걸을 때 팔이 앞뒤로 왕복 운동을 하는 동안 2보 전진하기 때문에, 걷기 동작 검출부(130)는 소지 방식 B의 경우 최대 피크와 최소 피크를 검출할 때 각각 한 걸음으로 검출한다.

걷기 방향 검출부(140)는 걷기 동작 검출부(130)에서 걷기 동작의 한 걸음을 검출하면, 이때의 어느 방향으로 한 걸음 이동했는지를 검출한다. 본 발명에 따른 실시예에서의 구현은 구글 API에서 제공하는 소프트웨어적 센서의 하나인 방향 센서(116)(orientation sensor)에서 제공되는 3개의 값들 중 방위각 값의 이용하여 검출한다.

먼저, 방향 센서(116)의 데이터가 만드는 작은 크기의 오차에 따른 방향 오차를 줄이기 위해 양자화 기법을 도입한다. 본 발명에 구현된 양자화 방식은 360도를 8단계, 즉 45도 크기로 나누는데, 예컨대, 0도에서 45도 미만까지를 1 또는 0.5를 부여하고, 45도에서 90도 미만까지를 2 또는 1을 부여할 수 있다. 또한 강인성을 부가하기 위해 ±5도 크기의 히스테리시스 특성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 스마트폰을 들고 사용자가 임계각도 45도 방향을 향해 걷고 있는 경우에는 단계 값이 계속 바뀌면서 출력되므로 의도하지 않는 방향 오차가 생길 수 있는 바, 40도 또는 50도를 벗어난 경우에만 변경된 단계 값을 출력한다.

소지 방식 A에서는 가속도 변화량이 적어서 방위각 데이터에 크게 영향을 주지 않으므로 걷기 동작의 걸음 검출시 현재의 방위각 값을 그대로 양자화하여 사용할 수 있다. 소지 방식 A에서의 걸음 피크마다 검출되는 방향의 그래프의 예가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서 acc는 가속도 피크 검출시의 가속도 크기를 나타내며 head는 양자화된 방향을 나타낸다. 상술한 바와 같이 양자화는 45도로 구분되어 있는 바, 0은 북쪽, 1이 동북쪽, 2는 동쪽을 의미할 수 있다. 따라서 도 3의 그래프는 먼저 북쪽 방향으로 이동하고, 이어서 동쪽 방향으로 이동한 후 남쪽으로 이동하였음을 나타낸다.

소지 방식 B에서는 왕복 운동을 하는 만큼 가속도의 크기도 크게 변하기 때문에 방위각에도 크게 영향을 미친다. 소지 방식 B에서 동일한 방향으로 걷고 있음에도 타원으로 표시된 방위각 값이 크게 변화하는 그래프의 예가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에서 알 수 있듯이, 도 4에 도시된 방위각 값만으로는 걷기 방향을 정확하게 검출할 수 없다.

걷기 방향 검출부(140)는 소지 방식 B의 경우 가장 최근에 걷기 동작의 걸음을 검출했을 때부터 현재 걸음을 검출했을 때의 수집된 양자화된 방향 데이터 집합에서 가장 많은 개수의 방향으로 걷기 방향을 검출할 수 있다. 본 발명에서 구현된 가장 많은 개수의 방향으로 걷기 방향을 검출한 그래프의 예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서 gyro는 걷기 동작의 걸음을 검출한 시점을 나타내며, head는 양자화된 이동 방향을 나타낸다.

건물 내부 지도 제공부(150)는 현재 위치의 건물 내부의 지도를 제공한다. 건물 내부 지도 제공부(150)는 건물 서버로부터 지도를 실시간으로 수신하여 제공하는 것도 포함할 수 있다.

위치 추적부(160)는 소지 방식에 따른 걷기 동작 검출부(130)에서의 한 걸음 검출 결과와 걷기 방향 검출부(140)에서의 걷기 방향 검출 결과를 이용하여 건물 내부 지도상에 현재 위치를 추적하여 제공한다.

즉, 위치 추적부(160)는 걷기 동작 검출부(130)로부터 걷기 동작의 한 걸음 신호가 입력되면 걸음 수를 증가시키고 이 시점에서 걷기 방향 검출부(140)를 통해 이동 방향을 결정한다. 위치 추적부(160)는 이렇게 한 걸음을 찾은 시점에서 스마트폰의 현재 위치를 다음의 수학식 3을 이용하여 갱신할 수 있다.

여기서 dstep은 한 걸음의 보폭 길이, θ는 동쪽 방향 기준의 이동 방향 각도다.

위치 표시부(170)는 디스플레이상에 건물 내부 지도에 현재 위치를 표시한 화면을 표시한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내 보행자 위치 추적 장치의 블록도를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 실내 보행자 위치 추적 장치는 관성 센서부(110), 소지 방식 검출부(120), 걷기 동작 검출부(130), 걷기 방향 검출부(140), 건물 내부 지도 제공부(150), 위치 표시부(170), WiFi 수신부(610), 핑거프린팅 처리부(620), 랜드마크 검출부(630) 및 위치 추적부(640)를 포함한다. 여기서 관성 센서부(110), 소지 방식 검출부(120), 걷기 동작 검출부(130), 걷기 방향 검출부(140), 건물 내부 지도 제공부(150) 및 위치 표시부(170)는 도 1과 동일함으로, 이들 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

WiFi 수신부(610)는 실내에 구비된 WiFi AP(Access Point)들로부터 WiFi 신호를 수신한다. 핑거프린팅 처리부(620)는 이들 신호로부터 핑거프린팅 기술을 이용하여 실내 환경에서의 스마트폰의 위치를 검출한다. 한편, 핑거프린팅 처리부(620)에서의 핑거프린팅 기술을 공지된 일반적인 핑거프린팅 기법을 사용하여 달성할 수 있다.

랜드마크 검출부(630)는 현재 위치에서 수신되는 수신 신호 세기(RSSI) 데이터와 특정 지역으로 정의된 랜드마크들의 WiFi 핑거프린팅 데이터들을 비교하여 특정 지역의 랜드마크를 검출한다. 즉, 랜드마크 검출부는 현재 위치에서 수신되는 RSSI 데이터와 랜드마크들의 WiFi 핑거프린팅 데이터들을 비교하여 그 오차의 최소 값이 일정 문턱 값보다 작으면 최소 값을 갖는 랜드마크에 스마트폰이 있다고 판단한다.

여기서 랜드마크는 주요한 위치, 주로 출입구, 교차로, 계단 앞 등에 정하는 것이 바람직하다. 이 경우 기존의 WiFi 핑거프린팅 기법을 사용하는 경우에 비해 현저하게 적은 수의 랜드마크만으로 일정 수준 이상의 위치 정확도를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 따라서 사전 라디오 지도 구축에 필요한 비용을 현저하게 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예에서 핑거프린팅 처리부(620) 및 랜드마크 검출부(630)는 내비게이션 장치에서 모두 수행되거나 또는 별도의 핑거프린팅 서버와 연동하여 수행될 수 있다.

위치 추적부(160)는 걷기 동작 검출부(130)에서 한 걸음이 검출되면 랜드마크 검출부(630)를 구동하여 WiFi 스캐닝을 수행하게 하고, 랜드마크 검출부(630)로부터 랜드마크 검출 신호가 입력되면 추측 항법에 의해 얻어진 위치 정보를 현재 위치를 발견한 랜드마크의 위치 좌표로 변경하여 추측 항법에 의한 위치 오차를 제거한다.

한편, 위치 추적부(160)는 현재 감지된 랜드마크에서 이동 가능한 랜드마크가 실내 환경에 의해 미리 결정되므로, WiFi 스캐닝을 수행할 때 이 실내 환경을 이용하여 이동 가능한 랜드마크만을 대상으로 비교 연산을 수행함으로써 WiFi 스캐닝에 소요되는 연산량 및 시간을 절감하고 검출율를 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 실내 보행자 위치 추적 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.

스마트폰을 소지한 사용자가 건물의 출입구에 있는 랜드마크에 도착하면(S702), 랜드마크 검출부(630)는 이 출입구 랜드마크를 검출하여 출력한다(S704). 위치 추적부(160)는 현재 위치를 GPS 좌표 대신에 이 출입구 랜드마크의 위치 좌표로 설정한다(S706).

빌딩 내부에서 사용자가 걷기 시작하면, 관성 센서부(110)는 X축, Y축, Z축 각각에 대한 가속도 데이터와 방향 데이터를 출력한다(S708). 소지 방식 검출부(120)는 관성 센서부(110)에 출력된 가속도 데이터를 이용하여 스마트폰의 소지 방식을 검출한다(S710). 걷기 동작 검출부(130)는 관성 센서부(110)에 출력된 가속도 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음을 검출한다(S712). 걷기 방향 검출부(140)는 관성 센서부에 출력된 방향 데이터를 이용하여 걷기 방향을 검출한다(S714).

위치 추적부(160)는 소지 방식에 따른 걷기 동작 검출부(130)에서의 한 걸음 검출 결과와 걷기 방향 검출부(140)에서의 걷기 방향 검출 결과를 이용하여 건물 내부 지도상에 현재 위치를 추적하여 출력한다(S716).

위치 추적부(160)는 걷기 동작 검출부(130)에서 한 걸음이 검출되면 랜드마크 검출부(630)를 구동하여 WiFi 스캐닝을 수행하게 한다(S718). 그리고 랜드마크 검출부(630)로부터 랜드마크 검출 신호가 입력되면(S720), 위치 추적부(160)는 추측 항법에 의해 얻어진 위치 정보를 현재 위치를 발견한 랜드마크의 위치 좌표로 변경하여 추측 항법에 의한 위치 오차를 제거한다(S722).

본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 관성 센서부 112: 가속도 센서
114: 자이로 센서 116: 방향 센서
118: 지자기 센서 120: 소지 방식 검출부
130: 걷기 동작 검출부 140: 걷기 방향 검출부
150: 건물 내부 지도 제공부 160: 위치 추적부
170: 위치 표시부 610: WiFi 수신부
620: 핑거프린팅 처리부 630: 랜드마크 검출부
640: 위치 추적부

Claims

움직임 관련 데이터와 방향 관련 데이터를 검출하여 제공하는 관성 센서부와,
상기 관성 센서부에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 소지 방식을 검출하는 소지 방식 검출부와,
상기 소지 방식 검출부에서 검출된 소지 방식에 따라 상기 관성 센서부에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음을 검출하는 걷기 동작 검출부와,
상기 걷기 동작 검출부에서 걷기 동작의 한 걸음이 검출되면 상기 관성 센서부에서 제공된 방향 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음에 대한 걷기 방향을 검출하는 걷기 방향 검출부와, 및
상기 걷기 동작 검출부에서 검출된 걷기 동작의 한 걸음과 상기 걷기 방향 검출부에서 검출된 걷기 방향을 이용하여 건물 내부 지도상에 현재 위치를 추적하여 제공하는 위치 추적부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 관성 센서부는 소정의 샘플링 간격으로 X축, Y축, Z축 각각에 대한 움직임 관련 데이터들과 방향 관련 데이터들을 검출하여 제공하고,
상기 소지 방식 검출부는 상기 관성 센서부에서 제공된 X축, Y축, Z축의 각 움직임 관련 데이터의 산술적인 평균값을 이용하여 소지 방식을 검출하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 장치.
제2항에 있어서,
상기 소지 방식 검출부는 현재의 산술적인 평균값을 포함한 소정 개수의 대표 값들에 대한 분산 값으로부터 소지 방식을 검출하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
현재 위치에서 수신되는 수신 신호 세기 데이터와 미리 정의된 랜드마크들의 WiFi 핑거프린팅 데이터들을 비교하여 특정 지역의 랜드마크를 검출하는 랜드마크 검출부를 더 포함하고,
상기 위치 추적부는 상기 랜드마크 검출부로부터 특정 지역의 랜드마크 검출이 입력되면 추적된 위치 좌표를 랜드마크의 위치 좌표로 변경하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 장치.
제4항에 있어서,
상기 위치 추적부는 상기 걷기 동작 검출부에서 걷기 동작의 한 걸음이 검출되면 상기 랜드마크 검출부를 구동하여 WiFi 스캐닝을 수행하게 하고, 상기 랜드마크 검출부로부터 특정 지역의 랜드마크 검출이 입력되면 추적된 위치 좌표를 랜드마크의 위치 좌표로 변경하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 장치.
제5항에 있어서,
상기 랜드마크 검출부는 상기 위치 추적부로부터 WiFi 스캐닝 신호가 입력되면 이전에 검출된 특정 지역의 랜드마크로부터 이동 가능한 랜드마크만을 대상으로 WiFi 스캐닝을 수행하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 걷기 방향 검출부는 상기 관성 센서부에서 제공된 방향 관련 데이터의 방향 오차를 줄이기 위해 소정의 각도 크기로 양자화한 단계 값으로 걷기 방향을 검출하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 장치.
제7항에 있어서,
상기 걷기 방향 검출부는 임계각도 부근에서의 단계 값에 강인성을 허여하기 위해 임계각도 부근에 소정 크기의 히스테리시스 특성을 부여하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 장치.
움직임 관련 데이터와 방향 관련 데이터를 검출하여 제공하는 데이터 제공 단계와,
상기 데이터 제공 단계에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 소지 방식을 검출하는 소지 방식 검출 단계와,
상기 소지 방식 검출 단계에서 검출된 소지 방식에 따라 상기 데이터 제공 단계에서 제공된 움직임 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음을 검출하는 걷기 동작 검출 단계와,
상기 걷기 동작 검출 단계에서 걷기 동작의 한 걸음이 검출되면 상기 데이터 제공 단계에서 제공된 방향 관련 데이터를 이용하여 걷기 동작의 한 걸음에 대한 걷기 방향을 검출하는 걷기 방향 검출 단계와, 및
상기 걷기 동작 검출 단계에서 검출된 걷기 동작의 한 걸음과 상기 걷기 방향 검출 단계에서 검출된 걷기 방향을 이용하여 건물 내부 지도상에 현재 위치를 추적하여 제공하는 위치 추적 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 방법.
제9항에 있어서,
상기 걷기 동작 검출 단계에서 걷기 동작의 한 걸음이 검출되면 WiFi 스캐닝을 수행하여 현재 위치에서 수신되는 수신 신호 세기 데이터와 미리 정의된 랜드마크들의 WiFi 핑거프린팅 데이터들을 비교하여 특정 지역의 랜드마크를 검출하는 랜드마크 검출 단계와
상기 랜드마크 검출 단계에서 특정 지역의 랜드마크 검출을 검출하면 추적된 위치 좌표를 랜드마크의 위치 좌표로 변경하는 위치 좌표 변경 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추적 방법.