KR20170129545A - 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샘플 영역에서의 지구자기장 값을 수집하여 추가적인 인프라 설치 없이 측위에 이용할 수 있고, 데이터 베이스를 미리 구축하지 않고도 핑거프린트 방식을 적용할 수 있도록 하는 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 샘플 영역의 지구자기장 값을 수집하는 a단계; 샘플 영역의 지구자기장 특성을 파악하는 b단계; 지구자기장 특성에 따른 샘플링 간격을 결정하는 c단계; 필요한 지구자기장 값을 판별하여 결정하는 d단계; 샘플링 간격에 따라 지구자기장 값을 수집하는 e단계; 수집된 값으로 지구자기장 맵을 생성하는 f단계; 수집한 지구자기장 세기의 좌표를 표시하고 측위 알고리즘을 적용하여 사용자 위치를 판별하는 g단계를 더 포함한다.

Description

지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법{Method for create a map of the Earth's magnetic field intensity-based and Indoor positioning}

본 발명은 실내 측위 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샘플 영역에서의 지구자기장 값을 수집하여 추가적인 인프라 설치 없이 측위에 이용할 수 있고, 데이터 베이스를 미리 구축하지 않고도 핑거프린트 방식을 적용하여 정확한 위치 측위가 가능하도록 하는 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법에 관한 것이다.

최근 스마트 기기의 보급되면서 서비스 산업이 발전함에 따라 스마트 기기 내 다양한 센서를 사용하여 사용자의 위치를 결정하는 측위 시스템이 연구되어 오고 있다.

다양한 자원을 이용한 측위 방식으로는 UWB, RFID, 무선랜, 핑거프린트 방식 등이 있다.

UWB 기반의 측위 기술은 매우 넓은 대역폭을 가지는 라디오를 이용하는 무선 통신 기술이다. 해당 방식은 이동 기지국에서 신호를 보내면 기준 기지국에서 일정 프로세스 시간을 거쳐 이동 기지국으로 다시 신호를 보낸다. 이동 기지국에서는 송신 시간과 수신 시간을 이용하여 사용자의 위치를 파악한다.

RFID 기반의 측위 기술은 실내 RFID 리더기를 설치하여 태그가 부착된 단말기를 이용한 위치측정과 RFID 태그를 실내에 부착하여 리더기가 부착된 단말기를 이용한 위치측정 두 가지로 나눌 수 있다. RFID 리더기를 설치하여 태그가 부착된 단말기를 이용한 측위 방식은 주로 랜드마크(Landmark) 기술을 이용하며, 태그를 부착하여 리더기가 탑재된 단말기를 통해 실내 위치정보를 획득하는 방식은 태그가 위치한 공간의 위치 정보를 저장하고 리더기 탑재 단말을 통하여 위치 공간 정보를 획득하는 방식이다.

무선랜 기반의 측위 방식은 단말이 수신하는 RF 신호 강도를 측정하여 신호 감쇠로 인한 신호 전달 거리를 측정하여 위치를 계산하는 삼각측량법이 있다.

또 다른 방식으로는 측위 지역을 여러 구간으로 나누어 장면 분석을 통해 위치 측정을 하는 핑거프린트 방식이 있다. 핑거프린트 방식은 다른 기법에 비해 높은 측위 정확도를 가져 실내 측위에서 널리 이용되고 있다.

그러나 핑거프린트 방식의 경우 측위 공간에 대해 데이터베이스를 미리 구축해야 한다는 단점이 있다.

또한, 상기와 같은 종래의 측위 기술들의 경우 인프라의 설치가 필요하다는 문제점도 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0102212호 (2015년09월07일)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 샘플 영역에서의 지구자기장 값을 수집하여 추가적인 인프라 설치 없이 측위에 이용할 수 있고, 데이터 베이스를 미리 구축하지 않고도 핑거프린트 방식을 적용하여 정확한 위치 측위가 가능하도록 하는 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 샘플 영역의 지구자기장 값을 수집하는 a단계; 샘플 영역의 지구자기장 특성을 파악하는 b단계; 지구자기장 특성에 따른 샘플링 간격을 결정하는 c단계; 필요한 지구자기장 값을 판별하여 결정하는 d단계; 샘플링 간격에 따라 지구자기장 값을 수집하는 e단계; 수집된 값으로 지구자기장 맵을 생성하는 f단계를 포함하는 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법을 제공한다.

상기 a단계는, 데이터베이스를 구축할 공간 내에서 연속적인 데이터를 획득하여 지구자기장 세기의 분포를 확인하는 것이 바람직하다.

상기 c단계는, 공간의 특성과 지구자기장 세기의 변화 정도를 통해 샘플링 간격을 설정하되, 지구자기장 세기의 변화 정도가 적은 구간에서는 샘플링 간격을 기준값 이상으로 하여 데이터베이스 구축시 연산량을 최소로 하고, 지구자기장 세기의 변화 정도가 큰 구간에서는 샘플링 간격을 기준값 미만으로 하여 공간의 지구자기장 세기 분포를 나타내는 것이 바람직하다.

또한, 수집한 지구자기장 세기의 좌표를 표시하고 측위 알고리즘을 적용하여 사용자 위치를 판별하는 g단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법에 의하면, 샘플 영역에서의 지구자기장 값을 수집하여 추가적인 인프라 설치 없이 측위에 이용할 수 있고, 데이터 베이스를 미리 구축하지 않고도 핑거프린트 방식을 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 지구자기장의 센서의 방향 및 이에 따른 위치 표시를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법을 나타낸 제어 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 지구자기장의 센서의 방향 및 이에 따른 위치 표시를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 지구자기장 세기 기반의 측위 기술은 지구에서 발생되는 자기장 세기를 측정할 수 있는 센서를 이용하며 해당 센서의 출력은 3차원으로 나타난다. 특히, 본 발명의 측위 기술에 사용되는 센서값은 3차원 센서값의 벡터값을 통하여 지구자기장 세기를 도출하여 핑거프린트 방식을 적용한다.

지구자기장이란 그 사전적 의미를 살펴보면, 지구의 중심에 자전축과 평행으로 막대자석을 놓았을 경우, 그 자석으로 말미암아 끌려 일어나는 주위 공간의 성질. 대개 쌍극 자기장이며, 그 성질은 편각, 복각, 수평 자기력의 세 요소로 나타낸다.

따라서, 본 발명은 다양한 측위 방식 중 지구자기장 세기 기반의 핑거프린트 알고리즘의 기본이 되는 데이터베이스 구축 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 핑거프린트는 측위 지역을 셀로 나누어 장면 분석을 통해 위치를 측위하는 것으로, AP의 Mac Addr과 수신 세기 정보를 이용, 측위 공간에 대한 데이터베이스를 미리 구축해야 한다. 이에 따라 실내환경이 바뀌면 재작업을 수행하야하는 불편함이 있다.

따라서, 종래의 측위 기술들의 경우 인프라의 설치가 필요하지만, 본 발명에 적용되는 지구자기장은 추가적인 인프라 설치 없이 측위에 이용할 수 있다.

즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 지구자기장은 센서를 통해 x, y, z의 3축으로 나타나며 각 축은 물체의 진행방향, 센서의 방향에 따라 서로 직교하는 출력을 나타낸다. 일반적으로 측위에서는 전체 크기(Magnitude)를 이용하며 이를 측위에 적용하기 위해서는 핑거프린트 방식이 적합하다.

이를 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법을 구현할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법을 나타낸 제어 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법은, 샘플 영역의 지구자기장 값을 수집하는 a단계(S100), 샘플 영역의 지구자기장 특성을 파악하는 b단계(S110), 지구자기장 특성에 따른 샘플링 간격을 결정하는 c단계(S120), 필요한 지구자기장 값을 판별하여 결정하는 d단계(S130), 샘플링 간격에 따라 지구자기장 값을 수집하는 e단계(S140), 수집된 값으로 지구자기장 맵을 생성하는 f단계(S150), 수집한 지구자기장 세기의 좌표를 표시하여 측위 알고리즘을 적용할 시 사용자 위치를 판별하는 g단계(s160)를 포함한다.

샘플 영역의 지구자기장 값을 수집하는 a단계(S100)는, 샘플 영역에서의 지구자기장 값을 수집하는 단계는 데이터베이스를 구축할 공간 내에서 연속적인 데이터를 획득하여 지구자기장 세기의 분포를 확인한다.

샘플 영역의 지구자기장 특성을 파악하는 b단계(S110)는 지구자기장 세기의 분포를 통하여 공간의 특성과 지구자기장 세기의 변화 정도를 파악한다.

지구자기장 특성에 따른 샘플링 간격을 결정하는 c단계(S120)는 공간의 특성과 지구자기장 세기의 변화 정도를 통해 샘플링 간격을 어떻게 설정할지 결정한다.

특히, 지구자기장 세기의 변화 정도가 적은 구간이라면 샘플링 간격을 크게 하여, 즉 샘플링 간격을 기준값 이상으로 하여 데이터베이스 구축시 연산량을 최소로 한다.

한편, 지구자기장 세기의 변화 정도가 큰 구간에서는 샘플링 간격을 조밀하게 하여 즉, 샘플링 간격을 기준값 미만으로 하여 공간의 지구자기장 세기 분포를 정확히 나타내도록 한다.

이후, 필요한 지구자기장 값을 판별하여 결정하는 d단계(S130)는 센서로부터 받아들이는 3차원의 값을 통한 크기(Magnitude) 값만 이용하여 데이터베이스를 구축하는 것이 아닌, 3차원의 특성을 이용하기 위하여 수집되는 모든 데이터를 저장한다.

샘플링 간격에 따라 지구자기장 값을 수집하는 e단계(S140)에서는 설정된 샘플링 간격에 따라 센서를 통하여 지구자기장 세기를 획득한다.

수집된 값으로 지구자기장 맵을 생성하는 f단계(S150)는 수집한 지구자기장 세기의 좌표를 표시하여 측위 알고리즘을 적용할 시 사용자 위치를 정확히 판별하도록 한다.

또한, g단계(S160)에서는 수집한 지구자기장 세기의 좌표를 표시하고 측위 알고리즘을 적용하여 사용자 정확한 위치를 판별한다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법에 의하면, 샘플 영역에서의 지구자기장 값을 수집하여 추가적인 인프라 설치 없이 측위에 이용할 수 있고, 데이터 베이스를 미리 구축하지 않고도 핑거프린트 방식을 적용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명을 통해 인프라의 설치 없이 사용자의 정확한 위치를 파악함으로써 국내외 실내 측위 시스템 기술 발전에 기여할 것으로 기대할 수 있다.

본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예에 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 권리범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

1. 샘플 영역의 지구자기장 값을 수집하는 a단계;
   샘플 영역의 지구자기장 특성을 파악하는 b단계;
   지구자기장 특성에 따른 샘플링 간격을 결정하는 c단계;
   필요한 지구자기장 값을 판별하여 결정하는 d단계;
   샘플링 간격에 따라 지구자기장 값을 수집하는 e단계;
   수집된 값으로 지구자기장 맵을 생성하는 f단계;
   를 포함하는 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 a단계는
   데이터베이스를 구축할 공간 내에서 연속적인 데이터를 획득하여 지구자기장 세기의 분포를 확인하는 것을 특징으로 하는 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 c단계는
   공간의 특성과 지구자기장 세기의 변화 정도를 통해 샘플링 간격을 설정하되, 지구자기장 세기의 변화 정도가 적은 구간에서는 샘플링 간격을 기준값 이상으로 하여 데이터베이스 구축시 연산량을 최소로 하고,
   지구자기장 세기의 변화 정도가 큰 구간에서는 샘플링 간격을 기준값 미만으로 하여 공간의 지구자기장 세기 분포를 나타내는 것을 특징으로 하는 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   수집한 지구자기장 세기의 좌표를 표시하고 측위 알고리즘을 적용하여 사용자 위치를 판별하는 g단계를 더 포함하는 지구자기장 세기 기반의 맵 생성 및 실내 측위 방법.
   

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