KR20160133433A - 알애프아이디 태그를 이용한 야적장에서의 기자재 위치관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 야적장에 적재되어 있는 기자재의 위치를 확인하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 야적장에서의 위치확인은 수작업 또는 바코드에 의한 방법으로 이루어져 기자재 확인에 많은 시간이 투입되고, 또한 잘못된 확인에 의해 건설공사의 원가 및 기간에 많은 영향이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 야적장에 적재된 기자재에 부착된 RFID 목표태그, 야적장의 정해진 위치에 설치된 RFID 참조태그, 상기 목표태그와 참조태그로부터 신호를 받은 적어도 하나의 안테나, 그리고 리더기 및 RFID 미들웨어, 목표태그의 좌표값을 미리 프로그램된 산출방법으로 산출하는 좌표계산부가 포함되고, 또한 산출된 좌표값이 저장되는 RFID 서버로 구성되며, 상기 안테나, 리더기 및 RFID 서버를 이동기기에 장착한 이동형송수신기를 이용하여 야적장을 이동하면서 목표태그의 좌표를 좌표계산부에서 산출하도록 된 야적장에서의 위치관리 장치 및 방법이다.

Description

알에프아이디 태그를 이용한 야적장에서의 기자재 위치관리 장치 및 방법{Apparatus and Method for managing location of equipment in open storage yard, using rfidtag}
본 발명은 건설공사 현장에서 각각의 RFID 태그가 부착되어 광역의 야적장에 적재된 각종 기자재의 야적위치를 신속하게 확인하기 위한 야적장에서의 위치관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 발전소, 석유화학 및 해양설비 등이 중심이 되는 플랜트 시설은 수 많은 배관 라인들로 구성되며, 배관공사는 현장에 입고된 표준 배관자재를 플랜트에 최종 설치되기 전에 설계에 따라 각각의 고유번호가 부여되는 배관 중간 제작품(이하 '배관스풀' 이라 함)으로 1차 제작되고, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 여러 가지 가공공정(검수, 열처리, 녹방지를 위한 블라스팅, 도장)을 거쳐 최종 설치되기 까지 수시로 야적장에 야적된다.
이러한 배관공사는 플랜트 건설공사에서 투입인력 기준으로 가장 많은 인력이 투입되는 주요 공정이며, 한정된 기간 및 장소에서 많은 물량이 동시에 제작되고, 수시로 야적이 이루어지는 관계로 해당 배관스풀을 찾기 위해 많은 인적자원이 투입되고 있으며, 또한 부정확한 배관스풀을 설치함에 따른 재 작업 등으로 인한 공기지연 및 원가상승의 주요 요인이 되고 있다.
이에 대하여 건설업계의 오래된 숙원으로서 야적장에서 필요한 기자재를 보다 신속하고 정확하게 찾을 수 있는 방법을 개선하려는 노력이 계속되어 왔으나 건설현장의 특성상 야적장의 넓이, 공사진행에 따른 야적장소의 위치변경, 야적장 적재된 기자재의 수시 이동 및 야적장에 전기/통신시설의 열악 등으로 효율적인 위치확인 시스템 적용에 어려움이 있었다.
종래에 사용된 배관스풀의 위치확인 방법은 대부분 인력에 의한 수작업으로 이루어지고 있으며, 일부 바코드 기술을 적용한 시도가 있었다. 그러나, 바코드 시스템의 경우, 목적물의 위치확인을 위해서는 근접 접촉되어야 인식이 가능하므로 야적장의 규모, 기후적 특성(고온,다습,눈,비 등) 및 격한 공정 등의 혹독한 작업환경으로 인해 적정한 해결책이 되지 못하고 있다.
또한 종래 기술의 예로서, 2006.07.06.자 공개된 일본 공개특허 제2006-176281호에는, 모든 자재 마다 장착되는 제1의 태그와 복수의 적재 영역들로 나눠진 적재 영역에 로트 구분을 위해 착탈 가능한 제2의 태그를 구분하여 로트 단위 자재의 적재영역 인지가 가능하도록 구비하여, 건축 현장 등의 효율적 자재 관리를 위한 시스템과 관리방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 특허기술은, 플랜트 공사현장의 야적장은 공사 진행에 따라 이동될 수 있고, 규모의 광대함 및 전력공급을 위한 배선의 어려움 등과 배관스풀과 같이 각각의 고유번호가 부여되어 관리되는 1차 설계제작품은 관리단위가 로트로 구분될 수 없는 특성 등을 고려할 때 해결책이 될 수 없다.
한국 공개특허 제10-2012-0085548호에는 소정 공간에 RFID 태그와 신호를 수신하기 위한 위치 값을 갖는 하나 이상의 안테나, 안테나 신호 수신을 위한 RFID 리더를 구성하고, 안테나를 순차적으로 동작시켜 RFID 리더로 수신된 안테나 별로 상기 RFID 태그의 인식 횟수에 따라 RFID 태그의 위치를 안테나의 위치 값으로 판단하는 장치 및 그 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허기술은 RFID 태그의 인식횟수에 기초하여 안테나의 위치 값을 물품의 위치로 제공하게 되므로, 좁은 장소에서는 이용될 수 있으나, 광역의 야적장에 많은 기자재들이 야적되어 있는 곳에서는 요구되는 물품의 정확한 위치정보를 제공하는데 한계가 있고, 특히 넓은 야적장에 안테나 및 리더기를 설치하는 비용 상의 문제점이 있다.
2011.04.21 공개된 한국 공개특허 제10-2011-0041228호와 2012.05.31 공개된 한국 공개특허 제10-2012-0055178호의 RFID를 이용한 야적장에서의 위치 추적 장치 및 방법에 대한 특허기술은 중공업 특히 해양플랜트 등의 구조물 공사에 있어서 대형구조물의 위치파악과 관련한 내용으로 목표물의 수량이 많고, 크기가 비교적 작은 플랜트 건설공사의 배관스풀 등의 기자재 적용에는 한계가 있다.
한국 공개특허공보 제10-2011-0041228호 (2011.04.21 공개) 한국 공개특허공보 제10-2012-0055178호 (2012.05.31 공개) 한국 공개특허공보 제10-2012-0085548호 (2012.08.01 공개) 일본 특허공개공보 제2006-176281호 (2006.07.06 공개)
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하여 건설공사 현장에서 광역의 야적장에 임의의 위치에 적재되고 수시로 입출고되는 기자재들의 위치를, RFID 태그와 이동형송수신기를 이용하여 정확하고 신속하게 파악하고 관리할 수 있도록 개선된 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 이동형 위치관리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 이동형송수신기로 야적장을 이동하면서 비접촉 방식으로 인식된 RFID 태그의 정보를 서버에 전송하고, 전송된 정보로 목표물의 위치를 계산하여 저장하며, 목표물에 대한 위치 정보를 제공하는 야적장에서의 이동형 위치관리 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 RFID 태그를 이용한 광역 야적장에서의 위치관리 장치는, 야적장에 적재된 기자재에 부착된 RFID 목표태그, 상기 목표태그의 위치를 산출하기 위하여 참조 좌표(x,y)값이 부여되어 야적장에 미리 설정된 위치에 설치된 RFID 참조태그, 상기 목표태그와 참조태그의 정보를 비접촉 방식으로 인식하는 안테나, 안테나로부터 받은 신호를 처리하는 리더기 및 RFID 미들웨어, 상기 RFID 미들웨어로부터 받은 태그 정보로 안테나 및 목표태그의 좌표값을 미리 프로그램된 산출방법으로 산출하는 좌표계산부를 포함하는 RFID 서버와, 상기 안테나, 리더기, RFID 미들웨어 및 서버를 이동수단에 장착한 이동형송수신기로 야적장을 이동하면서 목표태그의 위치정보를 확인하고, 메인서버로 전송하도록 된 것을 특징으로 하여 구성된다.
상기의 참조태그 및 목표태그는 이동형송수신기에 설치된 안테나와 직선 인식이 가능하도록 설치되어야 하고, 이동형송수신기에 설치된 적어도 하나의 안테나는 참조태그 좌표로부터 이동형송수신기가 이동한 거리를 정확히 산정하도록 이동형송수신기의 이동방향에 직각인 상태에서, 각 RFID 태그의 인식시점(이하 '직각인식지점' 이라 함)을 정확히 인식하도록 안테나의 전파 방사각도가 이동형송수신기의 이동방향에 대하여 직각이 되도록 설치한다.
또한 이동형송수신기의 이동방향에 방사각도가 직각으로 설치된 안테나(이하 '제 1 안테나' 라 함) 이외의 나머지 안테나(이하 '제 2 안테나' 라 함)는 각 안테나 별로 상기 제 1 안테나로부터 미리 설정된 이격거리 값을 가지고, 일정시점에서 산출된 제 1 안테나의 좌표로부터 제2 안테나의 위치를 산출할 수 있도록 설치한다.
또한 상기 RFID 서버에는 좌표계산부를 포함하며, 좌표계산부는 목표태그의 좌표와, 특정시점에서의 안테나 좌표 값을 계산하는 기능을 수행한다.
본 발명에 의한 야적장에서의 위치관리 방법은, 이동형송수신기의 참조태그와 목표태그를 인식하는 단계와; 참조태그 직각인식시점, 목표태그 직각인식시점을 이용하여 이동방향에 평행한 목표태그의 좌표 값(이하 'x좌표' 라 함)을 산정하는 단계와; 목표태그 직각인식시점에서 미리 프로그램된 산출방법에 의해 이동방향에 직각인 목표태그의 좌표 값(이하 'y좌표' 라 함)을 산정하는 단계와; 상기 x좌표, y좌표를 조합하여 산출된 목표태그의 위치 좌표값을 서버에 저장 및 업데이트하는 단계; 목표태그가 부착된 기자재의 위치 좌표값을 제공하는 단계; 들이 포함되어 구성된다.
목표태그의 x좌표 값은 목표태그의 직각인식시점과 직전에 인식된 참조태그 직각인식시점의 시간 차이를 이동형송수신기의 이동속도를 적용하여 계산하는 방법과, 목표태그에 인접한 양쪽 참조태그의 직각인식시점과 미리 부여된 참조태그의 x좌표 값을 이용하여 보간법으로 계산하는 방법이 적용될 수 있다.
목표태그의 y좌표 값은 해당 야적장의 전파 노이즈 및 전파간섭 여건에 따라 최대인식거리, 중간인식거리, 최소인식거리 등과 같이 각 거리별 인식횟수를 미리 설정해 놓고, 최대인식횟수 이상이면 최대인식거리로, 최소인식횟수 이하이면 최소인식거리로, 이외의 인식횟수는 보간법으로 y좌표 값을 계산하는 방법이 적용될 수 있다.
또한 목표태그의 y좌표 값은 목표태그의 직각인식시점에서의 RSSI값을 Friis 공식을 이용하여 y좌표 값을 계산할 수 있다.
또 다른 목표태그의 y좌표 값 계산방식은 이동형송수신기의 이동방향에 직각으로 일정 거리별로 제2 안테나를 적어도 1개 설치하고, 제1 안테나의 목표태그 직각인식시점에서 각 제2 안테나별로 인식된 목표태그의 RSSI값을 비교하여 가장 작은 제2 안테나를 산정하고, 일정 거리마다 상응하는 RSSI값 구간을 미리 설정하고, 상기 선정된 안테나의 설정위치 좌표 y값에 해당 RSSI 구간에 대응하여 설정된 거리를 더하여 목표태그의 y좌표 값으로 지정하여 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 위치관리방법은, 참조태그로부터 일정한 거리를 두고 이동하는 이동형송수신기에 각 태그 직각인식시점에서의 안테나의 위치를 계산할 수 있는 제1 안테나와 제1 안테나의 위치를 참조하여 미리 설정된 거리와 각도로 설치된 적어도 2개의 제2 안테나로 참조태그와 목표태그를 인식하는 단계와; 참조태그 직각인식시점을 고려하여 각 목표태그 직각인식시점에서의 제1 및 제2 안테나의 좌표(x,y)를 산정하는 단계와; 각각의 안테나에서 동시에 수신된 목표 태그의 수신 신호세기 RSSI값을 Friis의 공식을 이용하여 얻어지는 거리들을 삼각법을 이용하여 목표태그의 x, y 좌표값을 산출하는 단계와; 산출된 목표태그의 위치 좌표값을 서버에 저장 및 업데이트하는 단계; 들을 포함하여 구성된다.
상기 모든 RSSI값을 이용한 거리 산정에 있어서, 야적장의 각종 전파환경(예, 노이즈 및 간섭 등)을 고려한 보정계수를 설정하고, 이를 계산에 적용할 수 있다.
본 발명에 따라, 전기 및 통신설비 구축에 어려움이 있는 넓은 야적장에서 특히 야적장이 공사진행 일정에 따라 이동 또는 없어질 수 있는 임시적인 야적장에, 각각의 고유번호가 부여되어 임의로 적재된 기자재(배관스풀, 철구조물 등)의 위치를 쉽고 정확하게 파악함으로서 적재물을 찾는데 걸리는 시간이나, 잘못된 기자재 설치로 인한 재 작업 등으로 인한 심각한 원가상승 및 공사기간 지연의 문제점을 해결할 수 있는 직접적인 효과 및 그 외 관련되는 여타 공정진행의 혼란 방지 등 다수의 간접적인 효과가 있을 수 있다.
도 1은 플랜트 건설 현장에서 기자재 관리의 예로서 배관스풀의 작업공정을 설명하기 위한 개략적인 공정도.
도 2는 본 발명의 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리 방법을 수행하기 위하여, 야적장에서 RFID 태그가 부착된 목표 스풀태그, 좌표값을 갖는 RFID 참조태그, 목표태그와 참조태그로부터 신호를 받는 안테나, 안테나에서 인식된 신호를 처리하는 리더기 및 RFID 미들웨어, 안테나 및 목표태그의 좌표를 산출하는 좌표계산부와, 안테나 - 리더기 - RFID 미들웨어 - RFID 서버를 이동수단에 장착한 이동형송수신기 및 메인 서버를 포함하는 야적장에서의 위치관리 장치의 개략적인 구성도.
도 3은 도 2의 이동형송수신기가 야적장을 이동하면서 기준표식의 참조태그를 참조하여 목표스풀태그의 위치를 확인하는 것을 보여주는 개략적인 구성도.
도 4는 이동형송수신기의 이동방향에 평행한 목표태그의 좌표값을 구하기 위해 각 참조태그 및 목표태그의 직각인식시간을 확인하는 것을 보여주기 위한 개략적인 구성도.
도 5는 적어도 1개의 제1 안테나와 적어도 2개의 제2 아테나의 인식범위에 있어서, 제 1 안테나의 태그 직각인식시점에서의 제2 안테나의 인식범위를 도식화한 개략적인 구성도.
도 6은 이동형송수신기가 이동하면서 인식한 태그의 인식횟수와 거리와의 관계 예를 보여주기 위한 개략적인 관계도.
도 7은 이동형송수신기에 목표태그 직각인식시점에서 이동방향에 직각인 좌표값을 산정하기 위해 미리 지정된 위치에 설치된 안테나의 예를 보여주기 위한 개략적인 구성도.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
이하에서는 본 발명의 실시 예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
일반적으로, 플랜트 건설 현장에서 가장 많은 문제가 발생하는 배관스풀을 예로 하여 설명하지만, 건설공사를 포함하여 모든 고정된 안테나가 설치되지 않은 야적장에서의 위치관리에 적용할 수 있다.
상기 목표태그가 부착되는 기자재로서, 예들 들면 배관스풀은 도 1에서와 같이 표준 배관자재를 절단, 용접 등 설계도면에 따라 제작하고, 제작된 배관스풀에는 각각 고유번호가 부여되어 검수, 열처리, 표면처리, 도장 및 최종 설치되기까지 공정단계에서 수시로 야적장에 적재되어 관리된다.
본 발명에 따라, RFID 태그를 이용한 야적장에서의 배관스풀의 위치확인 장치는, 도 2에 개략적으로 도시된 구성도에서 볼 수 있듯이, 야적장에 적재된 배관스풀에 부착된 RFID 목표태그(2), 상기 목표태그의 위치를 산출하기 위하여 좌표(x,y)값이 부여되어 야적장에 일정간격으로 정해진 위치에 설치된 RFID 참조태그(1), 상기 목표태그와 참조태그로부터 신호를 받는 적어도 하나의 안테나(3)와 안테나로부터 받은 신호를 처리하는 RFID리더기(4), 미들웨어(Middleware)(5) 및 RFID서버(6)를 포함한다.
상기 RFID서버(6)는 목표태그와 안테나의 좌표를 산출하는 좌표계산부(7)를 포함한다.
상기 안테나(3), 리더기(4), 미들웨어(5) 및 RFID서버(6)는 차량과 같은 이동수단에 탑재되어 이동형송수신기(10)를 구성하며, 상기 이동형송수신기는 야적장을 이동하면서 목표태그의 위치를 산출하여 위치관리장치의 메인서버(8)에 실시간 또는 배치로 전송한다.
상기 RFID서버(6)의 좌표계산부(7)에서 산출된 최종 목표 기자재의 위치는 메인서버(8)에 저장되고, 목표태그가 부착된 기자재에 대한 위치정보를 제공한다.
야적장에는 도 3에서와 같이 이동형송수신기(10)의 인식범위를 고려하여 미리 설정된 적재라인에 따라 일정한 거리 간격으로, 일정한 높이로 기준표식을 설치하고, 기준표식에 참조태그(1)를 부착하여, 목표태그(2)가 부착된 스풀의 위치 산출에 참조할 수 있는 좌표를 제공한다.
상기 기준표식의 좌표는 절대 좌표값 또는 상대 좌표값 모두 부여 가능하고 그에 따라 목표태그(2)의 좌표 값도 달라지며, 상기 참조태그와 목표태그에 사용되는 RFID 태그는 수동형 태그이다.
또한, 도 5에서와 같이 이동형송수신기(10)에 부착된 안테나 중에서 적어도 1개의 안테나(이하 '제1 안테나'라 함)(3)는 이동방향에 직각인 시점에서 인식된 각 태그의 인식시점(이하 '직각인식시점'이라 함)을 확인하기 위해 안테나의 전파방사각도는 도 3 및 도 4에서와 같이 이동형송수신기(10)의 이동방향에 직각이 되어야 하고,
도 5에서와 같이 제 1 안테나(3) 이외의 나머지 안테나(이하 '제2 안테나'라 함)(11)는 제1 안테나(3)로부터 일정 각도와 간격을 두고 설치하여 각 태그에 대한 제1 안테나(3)의 직각인식시점에서의 위치 값으로부터 각 제2안테나의 위치 값 산출이 가능하도록 한다.
또한, 도 7에서와 같이 제2 안테나(11)를 이동방향에 직각으로 일정 간격으로 설치하여, 각 안테나에서 인식한 RSSI값을 일정구간으로 구분하고, 각 구간마다 일정거리를 미리 설정하여 안테나 설치위치 값에 RSSI값 구간에 대응하는 거리를 더하여 이동방향에 직각인 좌표(y)에 대한 산출이 가능하도록 한다.
또한 삼각법을 이용한 위치파악을 위해서는 도 5에서와 같이 모든 제2 안테나(11)의 인식범위는 제1 안테나(3)가 인식하는 태그의 직각 인식범위가 항상 포함되도록 설치되어야 하며, 안테나의 수는 상기 제1 안테나(3)를 포함하여 적어도 3개가 되어야 한다.
본 발명에 따른 이동형송수신기(10)에서 인식한 참조태그(1) 및 목표태그(2) 정보를 토대로 배관스풀의 위치좌표를 확인하는 방법은, 이동형송수신기(10)에 의한 참조태그(1)와 목표태그(2)를 인식하는 단계와; 이동 중에 참조태그(1)의 직각인식시점부터 목표태그(2)의 직각인식시점까지의 시간차이 및 이동속도로부터 이동거리를 산정하여 목표태그(2)의 이동방향에 평행한 좌표(이하 'x좌표'라 함)를 좌표계산부(7)에서 산정하는 단계; 그리고, 목표태그(2)의 직각인식시점에서 안테나의 위치좌표값을 계산하고 이 값을 활용하여 목표태그(2)의 이동방향에 직각인 좌표(이하 'y좌표'라 함)를 좌표계산부(7)에서 산정하는 단계와; 산출된 목표태그(2)의 위치 좌표값을 위치관리 장치의 RFID서버(6)에 저장 및 업데이트하는 단계; 및 해당 배관스풀의 위치 좌표값을 메인 서버에 전송 및 저장하는 단계; 들을 포함하여 구성된다.
상기 참조태그(1)와 목표태그(2)를 인식하는 단계에서, 이동형송수신기(10)는 도 3에서와 같이 야적장에서 참조태그(1)와 일정한 거리에서 일정속도로 이동하면서 각 안테나 별로 참조태그와 목표태그의 태그번호, 태그 직각인식시간, 수신신호세기 값(이하, 'RSSI값'이라 함), 인식횟수 등의 정보를 받는다.
좌표계산부(7)에서 상기 목표태그의 x좌표를 산정하는 방법으로는 도 4와 같이 고정속도로 이동하는 이동형송수신기(10)가 목표태그(2) 직전에 설치된 참조태그(1)의 직각인식시점과 목표태그(2)의 직각인식시점의 시간차이에 이동속도를 곱하고, 참조태그의 x좌표값을 더하여 목표태그의 x좌표값을 계산하는 방법, 예를 들어, 이동형송수신기(10)가 시속 10km로 이동하고, 1번 참조태그(1)의 x좌표(Rx1)는 1,000 cm, 직각인식시점(Rt1) 10시10분10초100밀리 초(이하 '10:10:10:100'로 표시)이고, 3번 스풀의 목표태그(2)의 직각인식시점(Tt3)이 10:10:10:140인 경우에 3번 스풀의 목표태그(2)의 x좌표(Tx3) 계산은
Tx3 = 직전 참조태그의 x좌표 + 이동속도 X 시간차
= [Rx1] + [10km/h=약 0.278cm/ms] X [Rt2 Rt1 = 40ms]
= 1,000 cm + 0.278cm X 40ms = 1,011.11 cm
좌표계산부(7)에서의 또 다른 목표태그(2)의 x 좌표를 구하는 방법으로는, 그림 4 와 같이 고정속도로 이동하는 이동형송수신기(10)의 속도와 목표태그(2) 양쪽에 위치한 참조태그(1)의 x 좌표값 및 직각인식시간과 목표태그 직각인식시간 값을 이용하여 보간법으로 이동거리를 산출하여 목표태그의 x 좌표값을 계산하는 방법이 있다.
예를 들어, 1번 참조태그의 x좌표(Rx1)는 1,000 cm, 직각인식시점(Rt1) 10:10:10:100이고, 2번 참조태그의 x좌표(Rx2)는 2,000 cm, 직각인식시점(Rt2) 10:10:20:500, 3번 목표태그의 직각인식시점(Tt3)이 10:10:10:140인 경우에 3번 목표태그의 x좌표(Tx3)는 아래와 같이 산출된다.
[Rt2-Rt1=400ms] : [Tt3-Rt1=40ms] = [Rx2-Rx1=1,000cm] : [Tx3-Rx1]
400 : 40 = 1000 : (Tx3-1000) => Tx3 = 1,100cm
따라서 3번 스풀태그의 x좌표는 1,100cm이다.
좌표계산부(7)에서 상기 목표태그의 y값을 산정하는 방법으로는 이동형송수신기(10)가 고정속도로 이동하면서 인식한 태그별 인식횟수를 이용하여, 도 6에서와 같이 각각 야적장 여건(전파 노이즈 및 간섭 등)에 따라 경험적으로 미리 설정된 거리별 추정 인식횟수를 y값으로 산정하고, 보완적으로 인식횟수의 정확도를 높이기 위해 일정한 범위 내의 RSSI값 만을 인식횟수로 인정하는 방법을 적용할 수 있다.
이때 도 6과 같이 거리별 인식횟수 설정 시에 설정거리 구간 간격에 따라 보간법에 의한 추정계산 오차의 크기가 결정될 수 있다.
보간법 적용의 예를 보면, 이동형송수신기(10)가 미리 설정된 고정속도로 이동하면서 안테나의 유효 최대인식거리가 5m인 경우에 1m는 50회, 3m는 30회, 5m는 10회로 각각의 거리마다 유효인식횟수를 설정하였다고 가정하면, 목표태그의 인식횟수가 50회 이상인 경우에는 1m로 추정, 10회 미만인 경우에는 5m로 추정하고, 25회가 인식되었다면 보간법을 적용하면
(5m -3m) : (10회 -30회) = (y - 3m) : (25회 -30회)
따라서 y는 3.5m로 추정할 수 있다.
또 다른 목표태그의 y좌표값을 산정하는 방법으로는 이동형송수신기(10)의 목표태그(2)의 직각인식시점에서의 수신 신호세기 RSSI값을 Friis의 공식을 이용하여 안테나로부터 목표태그(2) 사이의 거리를 산정하는 방법으로, 이 경우에도 야적장의 전파환경이 완전한 자유공간이 아님을 고려하여 이동형송수신기(10)의 이동경로로부터의 거리를 알고 있는 참조태그(1)의 직각인식시점에서의 거리간격과 이때의 RSSI값을 참조하여 야적장의 전파환경을 고려한 보정계수 설정하고, 이를 RSSI값에 적용하여 거리를 계산할 수 있다.
Friis의 공식에 보정계수 K 적용 시:
L = K + 20log10[4πd/λ] (dB)
(L : 손실률-RSSI값, K : 보정계수, π : 3.14, λ : 파장, d : 거리)
d = λ/4π10(L-k)/20=c/4πf10(L-k)/20 (c : 전파 속도, f : 주파수)
예를 들어, 900MHz 대역을 사용하는 이동형송수신기의 이동경로로부터 1m 떨어진 참조태그(1) 직각인식시점에서 인식된 RSSI값, 신호의 손실 L이 60dB이면
K = L - 20log10[4πd/λ] = 60 -20 x log10 [4 x 3.14 x 1 x 900 x 106 / (3 x 108)]
K = 60 -31.52 = 28.48 dB
보정계수 K는 28.48dB 값을 얻을 수 있다.
보정계수 K는 이동형송수신기가 위치확인을 위한 야적장의 위치확인 시점에서의 전파환경에 대한 보정계수다.
보정계수를 적용하여 900MHz 대역을 사용하는 이동형송수신기의 안테나(3)가 송신한 신호의 손실 L이 70dB, 보정계수 K는 28.48dB로 적용하면,
이동형송수신기(10)의 안테나와 스풀의 목표태그(2) 사이의 거리 d를 상기 Friis의 공식을 적용하여 아래와 같이 얻을 수 있다.
d=[(3 x 108)/(4 x 3.14 x 9 x 108)] x 10(70-28.48)/20)
d=[1 / (4 x 3.14 x 3)] x 10(70-28.48)/20)] = 3.16 m
또 다른 목표태그의 y 좌표값을 구하는 방식으로는 도 7에서와 같이 이동형송수신기(10)에 이동방향에 직각으로 일정 간격으로 제2 안테나(11)를 설치하고, 각 안테나 별로 목표태그(2)의 직각인식시점에서 구간별 RSSI값에 대한 y값을 미리 설정하여, 제1 안테나(3)의 목표태그(2) 직각인식시점에서 각각의 제2 안테나(11)에서 인식된 목표태그(2)의 RSSI값을 비교하여 가장 작은 안테나를 산정하고, 미리 설정된 구간별 RSSI값을 적용하여 목표태그(2)의 y값을 산출한다.
예를 들어, 제2 안테나(11) 3개를 이동형송수신기(10)의 이동방향에 직각으로 0m, 3m, 6m에 설치하고, 각각의 y값은 각 제2 안테나(11)의 좌표에 구간별 RSSI값으로 10dB이하는 +1m, 10~20dB는 +2m, 20dB 이상은 +3m로 미리 설정하였다고 가정한다.
이때 제1 안테나(3)의 목표태그(2)의 직각인식시점에서 각각의 제2 안테나(11)의 해당 목표태그의 RSSI값이 첫 번째 제2안테나(11)는 15dB, 두 번째 제2안테나(11)는 8dB, 세 번째 제2안테나(11)는 미인식 된 경우에 가장 작은 값 8dB 을 가진 두 번째 제2안테나(11)의 설치위치(3m)에 미리 설정된 10dB이하(+1m)의 거리를 더하면 3+1=4m로 목표태그(2)의 y 값으로 추정할 수 있다.
이 방법을 적용하는 경우에 제2 안테나의 간격 및 안테나 별로 부여된 RSSI값 구간 간격이 목표태그의 좌표값 y의 정확도와 비례한다.
좌표계산부(7)에서의 최종 목표태그(2)의 좌표값 계산은 상기 x좌표 및 y좌표값을 조합하여 산정한다.
상기 목표태그(2)의 x,y값을 동시에 산정하는 또 다른 방법으로는, 도 5에서와 같이 적어도 3개 이상의 안테나가 설치된 이동형송수신기(10)에서, 상기 제 1 안테나(3)는 각 태그 직각인식시점에의 각각의 제2 안테나(11)의 위치 값을 계산하고, 직각인식시점에 상기 제1 및 제2 안테나(3,11)가 동시에 인식한 목표태그(2)의 안테나 별 RSSI값을 Friis공식을 이용하여 거리로 환산한 값과 각 안테나의 좌표값을 삼각법을 이용하여 목표태그(2)의 위치를 확인하는 방법이 있다.
이 경우에도 상기와 마찬가지로 RSSI값을 이용하여 거리를 계산 시에 야적장의 전파환경을 고려한 보정계수를 적용할 수 있다.
예를 들어, 도 5에서와 같이, 스풀의 목표태그 S1의 직각인식시점에서 제1안테나(3)의 좌표를 (Xa, Ya)라하고, 상기 직각인식시점에 각 제2안테나(11)의 좌표를 (Xb, Yb), (Xc, Yc)라 하고, 각 안테나의 좌표로부터 인식된 S1의 RSSI값을 상기 Friis공식을 이용한 거리를 Da, Db, Dc라 할 때, S1 좌표 (Xs, Ys)의 삼각법을 이용한 계산식은 다음과 같다.
Da 2 = (Xs - Xa)2 + (Ys - Ya)2
Db 2 = (Xs - Xb)2 + (Ys - Yb)2
Dc 2 = (Xs - Xc)2 + (Ys - Yc)2
Xs = [(Yb-Ya)(Xb 2-Xc 2+Yb 2-Yc 2-Db 2+Dc 2) - (Yc-Yb)(Xa 2-Xb 2+Ya 2-Yb 2-Da 2+Db 2)] /
2((Xb - Xa)(Yc - Yb) - (Xc - Xb)(Yb - Ya)
Ys = [(Xb-Xa)(Xb 2-Xc 2+Yb 2-Yc 2-Db 2+Dc 2) - (Xc-Xb)(Xa 2-Xb 2+Ya 2-Yb 2-Da 2+Db 2)] /
2((Xc - Xb)(Yb - Ya) - (Xb - Xa)(Yc - Yb)
발명의 실시를 위한 형태
상기의 x, y 좌표 값의 x 좌표는 이동형송수신기의 이동방향과 동일한 방향의 값을, y값은 이동방향의 직각인 방향의 값을 각각 나타내며, 각 값이 절대방향의 값을 지칭하지는 않는다. 따라서 이동형송수신기의 이동방향이 첫 번째 이동방향의 직각인 방향으로 이동하는 경우에는 y값으로 활용될 수 있다. 예들 들어 상기 목표태그의 이동방향에 평행한 좌표를 구하는 방법으로 야적장의 일 측을 따라 평행하게 이동하는 이동형송수신기에서 산출된 값과 상기 이동방향에 직각방향으로 이동하면서 산출된 각각의 값을 조합하여 x, y좌표 값을 구할 수 있다.
상기에 적용되는 모든 산출된 좌표 값의 정밀도는 이동형송수신기(10)의 이동속도, 인식 가능한 단위시간의 정밀도 및 안테나 전파 방사각도의 직각유지 정도, 야적장의 전파환경에 의해 결정된다.
본 발명은 건설현장과 같이 전기 및 통신시설이 열악한 광역의 야적장에서 특히 플랜트 건설현장의 야적장에 임의의 위치에 각각의 고유번호가 부여되어 적재된 물품(Tagged Item)에 대한 위치정보를 정확하고, 신속하게 파악함으로서 그 동안 많은 건설현장에서 정확한 물품위치 확인작업에서 발생한 많은 인력투입 및 잘못된 물품확인에 기인한 공기지연 및 원가상승 등의 많은 문제점을 해결하고, 건설공사의 전반적인 작업효율 향상에 많은 도움이 될 수 있다.
1 : 참조태그 2 : 목표태그
3 : 안테나 4 : 리더기
5 : RFID 미들웨어 6 : RFID 서버
7 : 좌표계산부 8 : 메인 서버
10 : 이동형송수신기

Claims (12)

  1. RFID 태그가 부착되어 야적장에 적재되어 있는 기자재의 위치를 확인하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리 장치에 있어서,
    야적장에 적재된 기자재에 부착된 RFID 목표태그,
    상기 목표태그의 위치를 산출하기 위해 좌표(x,y)값이 부여되어 야적장의 정해진 위치에 설치된 RFID 참조태그,
    상기 목표태그와 참조태그로부터 신호를 받는 적어도 하나의 안테나,
    안테나로부터 받은 신호를 처리하는 리더기 및 RFID 미들웨어,
    상기 RFID 미들웨어로부터 받은 태그 정보로부터 안테나 및 목표태그의 좌표값을 미리 프로그램된 산출방법으로 산출하도록 된 좌표계산부를 포함하고 그 산출된 안테나 및 목표태그의 위치정보를 저장하고 업데이트하는 RFID 서버,
    상기 안테나, 리더기, RFID 미들웨어 및 RFID 서버를 이동수단에 장착하고 이동하면서 목표태그의 좌표를 확인하는 이동형송수신기와 메인서버로 구성된 야적장에서의 이동식 위치관리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 중 적어도 1개는 참조태그 및 목표태그의 직각인식시간을 정확히 확인하기 위하여 안테나 전파방사각도가 이동형송수신기의 이동방향에 직각이 되도록 설치된 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리 장치.
  3. 제1항 및 제2항에 있어서, 적어도 3개의 안테나를 구비하고, 상기 RFID 서버의 좌표계산부는 목표태그의 직각인식시점에서 상기 안테나에서 동시에 수신된 목표태그의 수신 신호세기 RSSI값을 Friis의 공식을 이용하여 얻어지는 거리값을 삼각법을 적용하여 목표태그의 좌표값을 산출하도록 된 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리 장치.
  4. 제1항 및 제2항에 있어서, 직각인식시점 확인을 위한 안테나 이외에 적어도 1개의 안테나를 이동형송수신기의 이동방향에 직각으로 일정한 간격으로 설치하고, 상기 좌표계산부는 상기 안테나들에서 동시에 수신된 목표태그의 수신 신호세기 RSSI값을 비교하여 가장 작은 값의 안테나의 설치위치 값에 RSSI값 구간별로 미리 설정한 거리값을 더하여 목표태그의 좌표값을 산출하도록 된 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리 장치.
  5. 야적장에 적재되어 각각의 번호가 부여되어 관리되는 기자재들에 RFID 태그를 부착하여 위치를 확인 관리하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리 방법에 있어서,
    상기 이동형송수신기에 의한 참조태그와 목표태그를 인식하는 단계와;
    참조태그 인식시점과 목표태그 인식시점을 이용하여 RFID 서버의 좌표계산부에서 미리 프로그램된 산출방법에 의해 목표태그의 이동방향에 평행한 좌표(x)와 이동방향에 직각인 좌표(y)를 산정하는 단계와;
    이를 종합하여 목표태그의 위치좌표(x,y)를 산정하는 단계와;
    산출된 좌표값을 위치관리 장치의 서버에 저장하는 단계; 및
    기자재에 대한 위치 좌표값을 제공하는 단계; 들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 이동방향에 평행한 좌표(x)는,
    이동형송수신기의 이동속도와, 목표태그 인식 직전에 인식된 참조태그 직각인식시점에서 목표태그의 직각인식시점까지의 시간 차이로부터 거리를 산정하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 이동방향에 평행한 좌표값(x)은,
    목표태그 직각인식시점과, 상기 인식된 목표태그 양측에서 미리 설정된 좌표값을 갖는 참조태그들의 직각인식시점으로부터 보간법에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 이동방향에 직각인 좌표값(y)은,
    현장 여건에 따라 안테나로부터의 일정 거리마다 미리 설정된 추정 인식횟수를 참조하여 이동형송수신기가 일정한 속도로 이동하는 동안 인식하는 목표태그의 인식횟수를 이용하여 거리를 산정하는 것을 특징으로 하는RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리방법.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 이동방향에 직각인 좌표값(y)은,
    목표태그의 직각인식시점에서 수신된 신호세기 RSSI값을 Friis의 공식을 이용하여 산정하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 이동방향에 직각인 좌표값(y)은,
    야적장의 전파환경을 고려한 보정계수 설정하고 RSSI값을 이용한 Friis 공식에 보완하여 거리를 산정하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리방법.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 이동방향에 직각인 좌표값(y)은,
    현장의 전파여건에 따라 안테나에서 수신되는 RSSI값의 구간 범위를 정하고, 구간 범위마다 대응하는 이동방향에 직각인 거리를 설정하고, 목표태그의 직각인식시점에서 안테나가 인식한 수신신호세기 RSSI값이 속하는 구간의 직각 거리 값과 안테나의 설치 직각좌표를 더하여 목표태그의 좌표값으로 산정하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리방법.
  12. 기자재 각각에 부착된 RFID 태그로부터 신호를 받아 위치를 확인하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리방법에 있어서,
    이동형송수신기에 적어도 3개를 설치한 안테나로 참조태그와 목표태그를 인식하는 단계와;
    좌표값이 부여된 참조태그 직각인식시점부터 목표태그 직각인식시점까지의 시간 차에 대한 거리와, 참조태그로부터 일정한 거리에서 이동하는 이동형송수신기에 설치된 각 안테나 별 상대좌표 값을 참조하여 목표태그 직각인식시점에서 각각의 안테나의 좌표를 산정하는 단계와;
    목표태그 직각인식시점에 좌표를 알고 있는 각 안테나에서 동시에 수신된 목표태그의 수신 신호세기 RSSI값을 Friis의 공식을 이용하여 얻어지는 거리 값을 삼각법을 적용하여 목표태그의 좌표값을 산출하는 단계와 ;
    산출된 목표태그의 위치 좌표값을 위치관리장치의 서버에 저장하는 단계;
    기자재에 대한 위치 좌표값을 제공하는 단계; 들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 야적장에서의 위치관리방법.
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