KR20190001386A - Indoor Positioning Method and Apparatus Based on Bluetooth Low Energy - Google Patents

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KR20190001386A
KR20190001386A KR1020170081297A KR20170081297A KR20190001386A KR 20190001386 A KR20190001386 A KR 20190001386A KR 1020170081297 A KR1020170081297 A KR 1020170081297A KR 20170081297 A KR20170081297 A KR 20170081297A KR 20190001386 A KR20190001386 A KR 20190001386A
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Abstract

Embodiments of the present invention provide an indoor positioning method and an indoor positioning apparatus which can accurately measure an indoor position of a user by generating a plurality of signal intensity maps in consideration of directivity of a user terminal and setting a tracking range based on a position history of the user to select a signal intensity map.

Description

저전력 블루투스 기반의 실내 측위 방법 및 장치 {Indoor Positioning Method and Apparatus Based on Bluetooth Low Energy}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an indoor positioning method and apparatus based on low-power Bluetooth,

본 발명이 속하는 기술 분야는 실내 공간에서 측위하는 방법 및 장치에 관한 것이다.Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method and apparatus for positioning in an indoor space.

GPS(Global Positioning System)를 이용한 위치정보는 차량 내비게이션, 재난 상황 대처, 위치 기반의 서비스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 그러나 GPS 기술은 상대적으로 신호가 약하기 때문에 가시거리(Line of Sight, LoS) 환경이 보장되지 않는 건물 내부나 신호 방해가 있는 장소에서는 위치 인식이 어려운 문제가 있다.Location information using GPS (Global Positioning System) can be utilized in various fields such as vehicle navigation, disaster situation response, location based service, and the like. However, since the GPS technology is relatively weak, it is difficult to recognize the location in a building where the line of sight (LoS) environment is not guaranteed or where there is signal interference.

GPS를 대체하기 위해, BLE(Bluetooth Low Energy), Zigbee, Wi-Fi, Cellular 등의 통신 기술을 실내 측위에 적용할 수 있다. 근거리 통신기술을 이용하여 측정한 실내 측위 정보들은 대규모의 물자관리, 놀이동산, 대형 쇼핑몰 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다.To replace GPS, communication technologies such as Bluetooth low energy (BLE), Zigbee, Wi-Fi, and Cellular can be applied to indoor positioning. The indoor positioning information measured by the local communication technology can be applied to various fields such as large-scale material management, amusement park, and large shopping mall.

특히, BLE는 기존의 클래식 블루투스(Classic Bluetooth) 프로토콜의 패킷 구조를 간소화하여 에너지 효율적이고 클래식 블루투스 기기들과 호환성이 우수하여, 다른 근거리 통신 기술들에 비해 선호도가 높은 편이다. BLE 기술을 이용한 실내 측위 시스템은 BLE가 가진 3 개의 광고(Advertisement) 채널로부터 전송되는 신호세기(Received Signal Strength Indicator, RSSI)를 이용한다. RSSI는 여러 가지 외부 요인에 의해 변화량이 크고 값이 일정하지 않아서 실내 측위시 높은 오차율의 원인이 된다.In particular, BLE simplifies the packet structure of the classic Bluetooth protocol and is more energy efficient and more compatible with classic Bluetooth devices, making it more popular than other local communication technologies. Indoor positioning system using BLE technology uses Received Signal Strength Indicator (RSSI) transmitted from three advertisement channels of BLE. RSSI is a cause of high error rate in indoor positioning due to large variation and non-constant value due to various external factors.

게다가, 기존의 BLE 기반의 실내 측위 시스템은 BLE 비콘(Beacon)을 실내에 고정시켜 사용한다. 이러한 구조는 다수의 사용자가 동일 공간에 존재하는 경우에 관리자는 사용자에게 제공할 서비스마다 애플리케이션을 구성해야 하기 때문에, 위치 기반 서비스의 확장성 측면에서 불리한 문제가 있다.In addition, existing BLE-based indoor positioning systems use BLE beacons fixed indoors. This structure is disadvantageous in terms of scalability of the location-based service, since an administrator has to configure an application for each service to be provided to a user when a large number of users exist in the same space.

본 발명은 사용자 단말의 방향성을 고려하여 복수의 신호세기 맵을 생성하고, 사용자의 위치이력을 기반으로 추적범위를 설정하여 신호세기 맵을 선별함으로써, 실내에서 사용자의 위치를 정확하게 측정하는 데 주된 목적이 있다.The present invention aims at accurately measuring the position of a user in a room by selecting a signal intensity map by generating a plurality of signal intensity maps in consideration of the directionality of a user terminal and setting a tracking range based on the user's location history, .

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other and further objects, which are not to be described, may be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 컴퓨팅 디바이스에 의한 실내 측위 방법에 있어서, 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 무선 신호를 수신하여 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성하는 단계, 및 상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 실내 측위 방법을 제공한다.According to an aspect of the present embodiment, there is provided a method for indoor positioning by a computing device, comprising the steps of: receiving a radio signal from a plurality of second devices from a first device for map construction in a plurality of directions in an indoor space, Generating a plurality of directional signal intensity maps (RSSI Orientation Maps) divided into cells, and generating the signal strengths recorded in the plurality of directional signal intensity maps from the third device of the user, And estimating a position of the third device of the user in the indoor space by comparing the signal intensity measured by the second devices of the first device and the second device.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성하는 신호 맵 생성부, 및 상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 실내 측위 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, a signal intensity measured by a plurality of second devices from a first device for map construction is recorded for each of a plurality of directions in an indoor space, and a plurality of signal strengths per direction A signal map generator for generating RSSI Orientation Maps, and comparing the signal strength recorded in the plurality of directional signal intensity maps with a signal intensity measured by the plurality of second devices from a third device of the user And a position estimator for estimating a position of the third device of the user in the indoor space.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 사용자 단말의 방향성을 고려하여 복수의 신호세기 맵을 생성하고, 사용자의 위치이력을 기반으로 추적범위를 설정하여 신호세기 맵을 선별함으로써, 실내에서 사용자의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, a plurality of signal intensity maps are generated in consideration of the direction of a user terminal, and a signal strength map is set by setting a tracking range based on a user's location history, The position of the user can be accurately measured.

본 발명의 실시예들에 의하면, 복수의 신호세기 맵에서 선별된 셀의 위치에 방향별 가중치를 적용하여 사용자의 위치를 추정함으로써 추정된 위치의 오차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.According to the embodiments of the present invention, an error of an estimated position can be minimized by estimating a position of a user by applying a weight for each direction to a position of a selected cell in a plurality of signal intensity maps.

본 발명의 실시예들에 의하면, 사용자의 무선 신호 송신기로부터 특정 위치에 고정된 무선 신호 수신기들이 무선 신호를 수신하여 서비스 제공 서버에 측위 데이터를 전송함으로써, 별도의 스마트 기기가 없어도 사용자는 위치 기반 서비스를 제공받을 수 있고 하나의 사용자의 무선 신호 송신기에 문제가 생겨도 다른 사용자가 위치 기반 서비스를 제공받는 데 영향을 미치지 않는 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, the wireless signal receivers fixed at a specific location from the wireless signal transmitter of the user receive the wireless signals and transmit the positioning data to the service providing server, so that even if there is no separate smart device, And even if a problem occurs in a wireless signal transmitter of one user, there is an effect that it does not affect that another user receives the location-based service.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 통상의 기술자에게 자명한 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.The effects described in the following specification and those obvious to those skilled in the art, which are expected to be effected by the technical features of the present invention, are handled as described in the specification of the present invention even if they are not explicitly mentioned here.

도 1의 (a)는 능동 방식의 실내 측위 시스템을 예시한 도면이고, 도 1의 (b)는 수동 방식의 실내 측위 시스템을 예시한 도면이다.
도 2의 (a)는 가로 방향으로 설치된 비콘의 각도별 RSSI 분포를 예시한 도면이고, 도 2의 (b)는 세로 방향으로 설치된 비콘의 각도별 RSSI 분포를 예시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 실내 측위 장치를 예시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 장치가 실내 공간에서 K 개 방향을 설정하는 것을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 장치가 K 개의 방향별 신호세기 맵들을 생성하는 것을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내 측위 장치가 추적범위를 설정하는 것을 예시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 실내 측위 방법을 예시한 흐름도이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 실시예들이 윈도우 크기 1s에서 수행한 측위 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이고, 도 10의 (b)는 본 발명의 실시예들이 윈도우 크기 2s에서 수행한 측위 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 실시예들이 맵 구축용 비콘과 동일한 비콘을 이용하여 측위한 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이고, 도 11의 (b)는 본 발명의 실시예들이 맵 구축용 비콘과 상이한 비콘을 이용하여 측위한 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이다.
Fig. 1 (a) illustrates an active indoor positioning system, and Fig. 1 (b) illustrates a manual indoor positioning system.
FIG. 2 (a) is a diagram illustrating an RSSI distribution by beacon angle in a horizontal direction, and FIG. 2 (b) is a diagram illustrating an RSSI distribution by beacon angle in a vertical direction.
3 and 4 are block diagrams illustrating an indoor positioning apparatus according to embodiments of the present invention.
5 is a diagram illustrating how the indoor positioning apparatus according to an embodiment of the present invention sets K directions in an indoor space.
6 is a diagram illustrating how an indoor positioning apparatus according to an embodiment of the present invention generates K directional signal intensity maps.
7 is a diagram illustrating that an indoor positioning apparatus according to another embodiment of the present invention sets a tracking range.
8 and 9 are flowcharts illustrating an indoor positioning method according to another embodiment of the present invention.
10 (a) is a graph showing error distances of positioning results obtained by the embodiments of the present invention at a window size of 1s, and FIG. 10 (b) FIG.
FIG. 11A is a graph showing the error distances of results obtained by positioning beacons using the same beacon as the map building beacon according to the embodiments of the present invention. FIG. A graph showing error distances of results obtained by using beacons different from beacons.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Will be described in detail with reference to exemplary drawings.

위치 기반 서비스(Location Based Service, LBS)는 사용자의 변경된 위치에 따라 특정 정보를 제공하는 무선 콘텐츠 서비스를 말한다. 실내 공간에서 위치 기반 서비스를 지원하기 위해서는 실내 측위 시스템이 필요하다.A location based service (LBS) refers to a wireless content service providing specific information according to a changed location of a user. An indoor positioning system is needed to support location-based services in indoor space.

도 1의 (a)는 능동 방식의 실내 측위 시스템을 예시한 도면이고, 도 1의 (b)는 수동 방식의 실내 측위 시스템을 예시한 도면이다. Fig. 1 (a) illustrates an active indoor positioning system, and Fig. 1 (b) illustrates a manual indoor positioning system.

능동 방식의 실내 측위 시스템은 고정된 리시버(스캐너)가 이동 가능한 비콘(애드버타이저)로부터 신호를 수신하도록 구축되고, 리시버는 위치 기반 서비스 제공 서버에 연결된다. 수동 방식의 실내 측위 시스템은 고정된 비콘(애드버타이저)이 이동 가능한 리시버(스캐너)로 신호를 송신하도록 구축되고, 리시버는 위치 기반 서비스 제공 서버에 연결된다. 본 실시예들에 따른 실내 측위 시스템은 능동 방식의 실내 측위 시스템으로 구현된다.An active indoor positioning system is structured such that a fixed receiver (scanner) receives signals from a movable beacon (advertiser), and the receiver is connected to a location based service providing server. A manually operated indoor positioning system is structured such that a fixed beacon (advertiser) is transmitted to a mobile receiver (scanner), and a receiver is connected to a location based service providing server. The indoor positioning system according to the present embodiments is implemented as an active indoor positioning system.

실내 측위 시스템은 핑거프린트 방식을 주로 사용한다. 기존의 핑거프린트 방식은 실내 공간을 작은 셀(Cell)로 나누고 각 셀에서 직접 RSSI 값을 수집하고 데이터베이스화하여 신호 맵을 구축한 후, 사용자의 위치에서 수신한 RSSI 값을 데이터베이스와 비교하여 유사한 신호 패턴을 보이는 셀을 사용자의 위치로 추정한다. 기존의 핑거프린트 방식은 무선 송수신기의 방향을 고려하지 않고 임의의 방향에서 측정된 신호 맵을 구축하기 때문에, 신호 맵과 비교할 때 오차율이 높아지는 문제가 있다.The indoor positioning system mainly uses the fingerprint method. In the conventional fingerprint method, the indoor space is divided into small cells, and RSSI values are collected directly from each cell, and a signal map is constructed by building a database. Then, the RSSI value received at the user's position is compared with the database, Estimate the cell showing the pattern as the location of the user. In the conventional fingerprint method, since the signal map is constructed in a certain direction without considering the direction of the wireless transceiver, there is a problem that the error rate is increased compared with the signal map.

도 2의 (a)에서는 가로 방향으로 설치된 비콘의 각도별 RSSI 분포가 도시되어 있고, 도 2의 (b)에서는 세로 방향으로 설치된 비콘의 각도별 RSSI 분포가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실내 측위 시스템을 구성하는 기기들의 방향, 즉, 송신기 및 수신기의 안테나의 방향에 따라 RSSI 값의 달라지게 된다. 송신 안테나 및 수신 안테나의 안테나 이득 또는 실내 환경의 멀티 패스 때문에, RSSI 값의 차이가 발생한다. 시뮬레이션한 결과, 각도 변경시 가로로 설치된 비콘의 RSSI 값은 -78 dB 내지 -84 dB의 범위로 변화하고, 세로로 설치된 비콘의 RSSI 값은 -75 dB 내지 -87 dB의 범위로 변화하였다. In FIG. 2 (a), RSSI distributions of beacons in the horizontal direction are shown. In FIG. 2 (b), RSSI distributions of beacons in the vertical direction are shown. As shown in FIG. 2, the RSSI value varies depending on the directions of the devices constituting the indoor positioning system, that is, the directions of the antennas of the transmitter and the receiver. A difference in RSSI value occurs due to antenna gain of the transmission antenna and the reception antenna or multipath of the indoor environment. As a result of the simulation, the RSSI value of the beacon horizontally changed in the range of -78 dB to -84 dB, and the RSSI value of the vertically installed beacon changed in the range of -75 dB to -87 dB.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 실내 측위 장치를 예시한 블록도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 실내 측위 장치(300)는 신호 맵 생성부(310) 및 위치 추정부(320)를 포함한다. 실내 측위 장치(300)는 도 3에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 실내 측위 장치(400)는 추적범위 설정부(420)를 추가로 포함할 수 있다.3 and 4 are block diagrams illustrating an indoor positioning apparatus according to embodiments of the present invention. 3, the indoor positioning apparatus 300 includes a signal map generating unit 310 and a position estimating unit 320. [ The indoor positioning device 300 may omit some of the various components illustrated in FIG. 3 or may further include other components. Referring to FIG. 4, the indoor positioning device 400 may further include a tracking range setting unit 420.

신호 맵 생성부(310, 410)는 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기를 기록한다. 복수의 제2 디바이스들은 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 신호세기를 측정한다. 신호 맵 생성부(310, 410)는 신호세기를 기록한 복수의 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성한다. The signal map generators 310 and 410 record the signal strengths measured by the plurality of second devices from the first device for map construction. The plurality of second devices measure the signal intensity from the first device for building a map in a plurality of directions in the indoor space. The signal map generators 310 and 410 generate a plurality of directional signal intensity maps (RSSI Orientation Maps) divided into a plurality of cells in which signal strengths are recorded.

신호 맵 생성부(310, 410)는 기 설정된 방향마다 제1 디바이스로부터 BLE 신호를 수신하여 복수의 신호세기 맵들을 생성한다. 제1 디바이스 및 제2 디바이스는 무선 통신하며, 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용할 수 있다. 제1 디바이스는 BLE 애드버타이저(Advertiser)이고 BLE 애드버타이저는 이동이 가능하다. 제2 디바이스는 BLE 스캐너(Scanner)이고 BLE 스캐너는 실내 공간의 특정 위치에 고정되어 설치된다. 즉, 실내 측위 장치는 능동 방식으로 구현될 수 있다.The signal map generators 310 and 410 receive a BLE signal from the first device in a predetermined direction to generate a plurality of signal intensity maps. The first device and the second device are in wireless communication and may use Bluetooth low energy (BLE). The first device is a BLE advertiser and the BLE advertiser is mobile. The second device is a BLE scanner and the BLE scanner is fixedly installed at a specific position in the indoor space. That is, the indoor positioning apparatus can be implemented in an active manner.

능동 방식의 실내 측위 시스템은 사용자들이 동일한 규격의 애드버타이저를 사용할 수 있기 때문에 애드버타이저로부터 측정되는 RSSI 값의 최적화가 가능하다. 능동 방식의 시스템은 리시버가 위치 측위 데이터를 직접 서비스 제공 서버에 제공할 수 있기 때문에 사용자의 스마트 기기가 없어도 사용자는 위치 기반의 서비스를 제공받을 수 있다. 능동 방식의 시스템은 수동 방식의 시스템과는 달리 애드버타이저에 문제가 생기는 경우 하나의 사용자에게만 영향이 있기 때문에 전체 시스템에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.Active indoor positioning systems allow users to optimize RSSI values measured from the advertiser because they can use the same standardized advertiser. Since the active system can provide the position location data directly to the service providing server by the receiver, the user can receive the location based service without the user's smart device. An active system has the effect of not affecting the entire system because it affects only one user when a problem occurs in the advertiser, unlike a manual system.

위치 추정부(320, 430)는 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 실내 공간에서 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정한다. 사용자의 제3 디바이스 및 맵 구축용 제1 디바이스는 BLE 애드버타이저의 기능을 수행할 수 있다.The position estimating units 320 and 430 compare the signal strengths recorded in the plurality of directional signal intensity maps with the signal intensity measured by the plurality of second devices from the user's third device, As shown in FIG. The third device of the user and the first device for building the map can perform the function of the BLE advertiser.

이하에서는 실내 측위 장치가 방향별 신호세기 맵을 생성하는 것을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 장치가 실내 공간에서 K 개 방향을 설정하는 것을 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 장치가 K 개의 방향별 신호세기 맵들을 생성하는 것을 예시한 도면이다.Hereinafter, it is explained that the indoor positioning apparatus generates a direction-specific signal intensity map. FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which an indoor positioning device according to an embodiment of the present invention sets K directions in an indoor space, and FIG. 6 is a diagram illustrating an indoor positioning device according to an embodiment of the present invention, Lt; RTI ID = 0.0 > maps. ≪ / RTI >

신호 맵을 만들기 위해서는 실내 공간 전체를 일정한 크기를 가지는 셀로 구분한다. 셀은 nxn 행렬로 표기할 수 있으며 셀이 가지는 좌표 (x, y)를 기준 셀로부터의 (x, y)좌표로 표기한다. R 개의 BLE 스캐너를 특정 셀의 (x, y) 위치에 고정하여 설치한다. BLE 스캐너는 동일한 셀에 두 개 이상이 위치하지 않도록 구성한다. 실내 측위 시스템 내에서 각 셀 (x, y)은 셀의 좌표 (x, y)와 R 개의 스캐너에서 측정한 RSSI 값을 기록한다. To create a signal map, the entire interior space is divided into cells having a certain size. A cell can be represented by an nxn matrix, and the coordinates (x, y) of the cell are represented by (x, y) coordinates from the reference cell. R BLE scanners are fixed at the (x, y) position of a specific cell. The BLE scanner is configured so that no more than one is located in the same cell. Each cell (x, y) in the indoor positioning system records the coordinates (x, y) of the cell and RSSI values measured by R scanners.

실내 측위 시스템을 구성하는 BLE 기기들의 방향성을 구분하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 K 개의 방향 영역으로 나눈다. 방향 k는 BLE 기기의 방향으로 하여 하나의 기기 방향마다 신호 맵을 생성하고 방향별 복수의 신호맵을 구성한다. 방향별 신호 맵 Dk는 신호세기 RSSIi에 의해 수학식 1과 같이 표현된다.In order to distinguish the directionality of the BLE devices constituting the indoor positioning system, it is divided into K direction regions as shown in FIG. The direction k is a direction of the BLE device and generates a signal map for each device direction and constitutes a plurality of signal maps for each direction. The direction-specific signal map D k is expressed by Equation 1 by the signal strength RSSI i .

Figure pat00001
Figure pat00001

Dk 집합은 방향별 신호맵(Orientation Map, OM)을 나타내며 이것은 OM={Dk| k=1, ... ,K}와 같이 나타낼 수 있다.D k denotes the direction-specific signal map (OM), which is OM = {D k | k = 1, ..., K}.

Dk는 수학식 1에 따라 실내 측위 시스템에 설치된 스캐너의 수가 많을수록, 셀의 개수가 많을수록, 방향의 개수가 많을수록 크기가 커지며 정밀한 실내 측위가 가능해진다. Dk를 구성하는 예시는 도 6에 도시되어 있다. 예컨대, 스캐너(리시버)는 고정되어 있고 실내 공간 끝에 위치하며 스캐너의 개수 R=4로 나타낼 수 있다. 이후 OM을 구성하기 위해 기기의 방향을 총 K 개의 영역으로 분할하고 첫 번째 방향의 신호 맵(D-1)부터 마지막 방향의 신호 맵(DK)까지 신호 맵에 존재하는 각 셀은 셀의 좌표 (x, y)와 모든 RSSIi를 기록한다. 모든 기록이 완료되면 방향별 신호 맵(OM)의 구성을 마친다.According to Equation (1), D k becomes larger as the number of scanners installed in the indoor positioning system increases, the number of cells increases, and the number of directions increases, and accurate indoor positioning becomes possible. An example of constructing D k is shown in Fig. For example, the scanner (receiver) is fixed and located at the end of the indoor space, and the number of scanners R = 4. In order to construct the OM, the direction of the device is divided into K regions, and each cell existing in the signal map from the signal map (D -1 ) in the first direction to the signal map (D K ) (x, y) and records the RSSI all i. When all the recording is completed, the configuration of the directional signal map (OM) is completed.

복수의 방향별 신호 맵은 BLE 기기 방향성을 고려하기 때문에 기존의 핑커프린팅 방식의 한계를 어느 정도 극복할 수 있다. Since a plurality of directional signal maps take into consideration the directionality of the BLE device, it is possible to overcome the limitation of the conventional method of the printing of the pixels to some extent.

이하에서는 실내 측위 장치가 추적범위를 설정하는 것을 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내 측위 장치가 추적범위를 설정하는 것을 예시한 도면이다. Hereinafter, the indoor positioning apparatus sets the tracking range. 7 is a diagram illustrating that an indoor positioning apparatus according to another embodiment of the present invention sets a tracking range.

실내 측위 장치는 사용자의 제3 디바이스의 위치이력 및 사용자의 제3 디바이스의 이동 속도를 기반으로 실내 공간의 일부 영역인 추적범위(Tracking Range)를 설정하는 추적범위 설정부를 포함할 수 있다.The indoor positioning apparatus may include a tracking range setting unit that sets a tracking range that is a part of the indoor space based on the position history of the user's third device and the moving speed of the user's third device.

추적 범위(Tracking Range)는 실내 위치 측위의 정확도를 높이기 위해 현재 사용자의 위치 이력과 이동속도를 기반으로 설정할 수 있는 핑거프린팅 맵(Fingerprinting Map)의 범위로 정의한다. 이러한 추적 범위는 사용자의 이동속도와 사용자의 이전 위치와 다음 위치 간의 시간차에 따라 정의된다.The tracking range is defined as a range of a fingerprinting map that can be set based on the current user's position history and moving speed to improve the accuracy of the indoor positioning. This tracking range is defined according to the time difference between the moving speed of the user and the previous position and the next position of the user.

본 실시예들은 추적범위를 설정하여 오차 가능성을 더욱 줄일 수 있어 실내 측위의 정확도를 개선할 수 있다. 기존 핑거프린팅 방식은 실제 측정시 측정 위치에서의 RSSI와 핑거프린팅 맵의 데이터에서의 RSSI 값을 비교할 때 전체 핑거프린팅 맵의 범위에서 가장 비슷한 RSSI 값을 가진 셀을 찾는다. 이러한 방식은 측정한 위치에서 비콘의 RSSI 값이 다를 경우 실제 위치와 다른 셀을 선택할 확률이 높아 오차를 발생시킨다. 반면에, 본 실시예는 전체 핑거프린팅 맵이 아닌 추적 범위 내의 핑거프린팅 맵에서 RSSI 값을 비교하는 경우 이론적으로 계산될 수 있는 사용자의 이동 범위 내에서만 RSSI 값을 비교한다. 이것은 셀 선택의 폭이 좁기 때문에 정확한 셀을 선택할 확률이 상대적으로 높아져 실내 측위 오차를 줄일 수 있다. 시간 t에 사용자 위치에 따른 추적 범위를 l이라 하고 사용자의 이동속도를 v, 다음 시간 사용자의 위치를 t'이라 할 때, 추적 범위(l)는 수학식 2와 같이 표현된다.The present embodiments can further reduce the possibility of error by setting the tracking range, thereby improving the accuracy of the indoor positioning. In the conventional fingerprinting method, when the RSSI value at the measurement position is compared with the RSSI value at the data of the fingerprinting map in the actual measurement, a cell having the RSSI value closest to the range of the entire fingerprinting map is searched. In this method, if the RSSI value of the beacon is different from the measured position, the probability of selecting a cell different from the actual position is high, which causes an error. On the other hand, the present embodiment compares the RSSI values only within the movement range of the user, which can be theoretically calculated when the RSSI values are compared in the fingerprinting map within the tracking range rather than the entire fingerprinting map. This is because the cell selection width is narrow and the probability of selecting the correct cell is relatively increased, thereby reducing the indoor positioning error. When the tracking range according to the user's position at time t is denoted by l, the moving speed of the user is denoted by v, and the position of the next time user is denoted by t ', the tracking range (1) is expressed by Equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기에서 xt는 시간 t에서 위치하는 사용자 위치의 x좌표를 의미하고 xt '은 사용자가 다음 위치에 도달하는 시간 t'에서 사용자 위치의 x좌표를 의미한다. 마찬가지로 yt는 시간 t에서 위치하는 사용자 위치의 y좌표를 의미하고 yt '은 사용자가 다음 위치에 도달하는 시간 t'에서 사용자 위치의 y좌표를 의미한다. 따라서 시간 t에서 추적 범위는 사용자의 이전 위치를 기준으로 설정되며 사용자의 현재 위치와 사용자의 이전 위치의 차이가 v(t - t') 보다 작거나 같은 범위로 설정된다. 이것은 측정하는 실내 환경이 클수록, 사용자의 이동속도가 빠를수록, 셀의 크기가 작을수록 큰 값을 가지며 반대의 경우 추적 범위(l)의 크기는 작은 값을 가진다.Where x t denotes the x-coordinate of the user's position located at time t and x t ' denotes the x-coordinate of the user's position at time t' when the user reaches the next position. Similarly, y t means the y-coordinate of the user's position at time t and y t ' means the y-coordinate of the user's position at time t' when the user reaches the next position. Therefore, the tracking range at time t is set based on the previous position of the user, and the difference between the current position of the user and the previous position of the user is set to a range smaller than or equal to v (t - t '). The larger the indoor environment, the faster the user moves, the smaller the size of the cell, and the smaller the size of the tracking range (1).

만약 사용자의 이전 위치 좌표 (xt, yt)이 존재하지 않는 경우 이것은 실내 측위 시작이라고 판단하여 추적 범위는 OM이 된다. 즉, OM은 실내 측위 시작시 사용자의 위치를 계산하는 핑거프린팅 맵이 된다. 이후 사용자의 위치좌표 (xt, yt)가 파악되면 도 7에 도시된 바와 같이 OM 내에 존재하는 추적 범위의 기준점이 갱신되고 추적 범위(l)의 범위가 설정된다. 설정된 범위(l) 내에 측정된 좌표 (xt ', yt')가 위치하면 이것은 사용자의 올바른 좌표 (xt ', yt ')가 되고 사용자의 다음 위치 계산을 위해 추적 범위의 기준점이 갱신된다. 설정된 범위(l)를 벗어나는 경우 이것은 사용자의 위치가 될 수 없다. 추적범위 설정부는 추적범위의 기준점을 사용자의 제3 디바이스의 현재 위치로 변경하여 추적범위를 갱신한다. 이러한 추적 범위(l)을 만족시키는 모든 셀 (x, y)의 좌표들의 집합 Tracking Area(TA)는 수학식 3과 같이 표현된다.If the user's previous position coordinate (x t , y t ) does not exist, it is determined that the indoor positioning is started and the tracking range is OM. That is, the OM becomes a fingerprint map for calculating the position of the user at the start of the indoor positioning. After that, when the coordinates (x t , y t ) of the user are grasped, the reference point of the tracking range existing in the OM is updated and the range of the tracking range (1) is set as shown in FIG. If the set range (l) the coordinates (x t ', yt') measured in the position that the correct coordinates (x t ', y t' ) of the user and the reference point of the trace range is updated to the user's next position calculation . If it exceeds the set range (l), it can not be the user's position. The tracking range setting unit updates the tracking range by changing the reference point of the tracking range to the current position of the user's third device. The set Tracking Area (TA) of the coordinates of all the cells (x, y) satisfying the tracking range (l) is expressed by Equation (3).

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 3에 따라 실내 측위 시스템에서 사용자의 이동속도가 빠른 경우 시간대비 사용자가 이동하는 거리가 늘어나기 때문에 정확한 측정이 어렵다. 따라서 이것은 큰 범위의 l을 요구하게 되고 실내 측위의 정확도가 낮아지는 요인이 될 수 있다. 또한 이전 사용자의 위치 시간 t와 다음 사용자의 위치 시간 t'의 차이가 작은 경우 충분한 양의 데이터를 수집할 수 없기 때문에 모든 BLE 애드버타이징 채널로부터 정보를 받지 못하는 문제가 생긴다. 따라서 실내 측위 장치는 실내 측위 윈도우 크기, 실내 환경에서 사용자의 이동속도, 및 비콘의 신호 발생 수를 고려하여 설계되어야 한다.According to Equation (3), when the moving speed of the user is fast in the indoor positioning system, the distance traveled by the user is increased compared to the time, which makes accurate measurement difficult. Therefore, this may require a large range of l and may be a factor in lowering the accuracy of indoor positioning. In addition, if the difference between the previous user's location time t and the next user's location time t 'is small, a sufficient amount of data can not be collected, and thus the information is not received from all the BLE advertising channels. Therefore, the indoor positioning device should be designed in consideration of the size of the indoor positioning window, the moving speed of the user in the indoor environment, and the number of signal generation of the beacon.

이하에서는 실내 측위 장치가 디바이스의 위치를 추정하는 것을 설명한다. 실제 실내측위 전에 신호 맵 생성부가 핑거프린팅 맵으로 사용할 방향별 신호 맵을 구축하면, 위치 추정부는 실제 측위를 진행한다. 위치 추정부는 비교 대상 핑거프린팅 맵을 결정하고, 유클리드 거리(Euclidean Distance)를 계산하고, 방향별 가중치(Orientation Weight)를 계산한다. Hereinafter, the indoor positioning apparatus estimates the position of the device. If the signal map generating section establishes a directional signal map to be used as the fingerprinting map before the actual indoor positioning, the position estimating section proceeds to the actual positioning. The position estimating unit determines a fingerprinting map to be compared, calculates an Euclidean distance, and calculates an Orientation Weight.

실내 측위 장치는 실제 측위를 통해 측정한 RSSI 값과 사전 측정된 비교 대상 핑거프린팅 맵의 RSSI 값을 비교하기 때문에 실제 측위 전에 비교 대상 핑거프린팅 맵을 구성해야 한다. 이때 실내 측위 장치는 방향별 신호 맵(OM)을 사용한다. 실내 측위 시스템 내에 사용자의 위치정보가 없는 경우 모든 방향별 신호 맵(OM)를 비교 대상 핑거프린팅 맵으로 한다. 사용자의 이전 위치정보가 존재하는 경우 앞서 설명한 추적 범위 내 존재하는 방향별 신호 맵(OM)만을 비교 대상 핑거프린팅 맵으로 한다. 즉, 위치 추정부는 복수의 방향별 신호세기 맵들 중에서 사용자의 제3 디바이스의 이전 위치가 추적범위 내에 존재하는 맵을 선별한다.The indoor positioning device compares the RSSI value measured through the actual positioning with the RSSI value of the pre-measured comparison fingerprinting map so that the comparison fingerprinting map must be configured before the actual positioning. In this case, the indoor positioning device uses the directional signal map (OM). If there is no user's location information in the indoor positioning system, all directional signal maps (OM) are used as comparison fingerprint maps. When the previous location information of the user exists, only the directional signal map (OM) existing within the above-described tracking range is used as the comparison target fingerprinting map. That is, the position estimator selects a map in which the previous position of the user's third device is within the tracking range from among the plurality of directional signal intensity maps.

기존의 방식과 달리, 본 실시예들은 실내 측위 시스템을 구성하는 BLE 기기의 방향 및 사용자의 위치이력을 활용하기 때문에 높은 정확도를 갖는 실내 위치 측위 결과를 보인다.Unlike the conventional method, the present embodiments utilize the direction of the BLE device constituting the indoor positioning system and the history of the user's position, and thus show the indoor location positioning result with high accuracy.

위치 추정부는 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기 및 사용자의 제3 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스가 측정한 신호세기 간의 유클리드 거리를 산출한다. 위치 추정부는 복수의 방향별 신호세기 맵들에서 유클리드 거리가 최소가 되는 셀을 선별하여, 복수의 셀의 위치를 산출한다.The position estimator calculates the Euclidean distance between the signal intensity recorded in the plurality of directional signal intensity maps and the signal intensity measured by the plurality of second devices from the user's third device. The position estimating unit selects the cells having the smallest Euclidean distance in the plurality of directional signal intensity maps, and calculates the positions of the plurality of cells.

유클리드 거리는 실제 측정된 RSSI 값과 비교 대상 핑거프린트 맵의 RSSI 값을 비교할 때 유사한 정도의 척도를 정하기 위해 사용된다. 정의한 Dk에서 해당 셀 axy의 RSSI 값을 나타내는 RSSIi,axy,k를 이용하여 방향 k에서의 유클리드 거리 Ek를 계산한다. 이때 측정된 RSSI 값을 MRSSIi,axy,k라 하면 Ek는 수학식 4와 같이 표현된다.The Euclidean distance is used to set a similar measure when comparing the RSSI value of the compared fingerprint map with the actual measured RSSI value. The Euclidean distance E k in the direction k is calculated using RSSI i, axy, k indicating the RSSI value of the corresponding cell a xy in the defined Dk. If the measured RSSI value is MRSSI i, axy, k , then Ek is expressed by Equation (4).

Figure pat00004
Figure pat00004

Ek는 실제 측정된 RSSI 값과 비교 대상 핑거프린팅 맵의 RSSI 값을 비교하여 그 차이의 절대 값을 계산한다. 이때 최종적으로 계산된 유클리드 거리 값은 BLE 기기의 방향 k의 셀마다 하나의 값을 가진다. 이러한 과정으로 계산된 Ek는 RSSI 값의 비교를 통해 RSSI 값의 차이가 가장 작은 셀을 구하는 척도가 된다. 이때 가장 차이가 가장 작은 Ek의 셀 좌표 Emin,k(axy)는 수학식 5와 같이 표현된다.E k compares the actually measured RSSI value with the RSSI value of the comparison fingerprinting map and calculates the absolute value of the difference. The finally calculated Euclidean distance value has one value for each cell in the direction k of the BLE device. The Ek calculated by this process is a measure of finding the cell with the smallest RSSI difference through comparison of RSSI values. At this time, the cell coordinate E min, k (axy) of E k having the smallest difference is expressed by Equation (5).

Figure pat00005
Figure pat00005

위치 추정부는 유클리드 거리를 기반으로 복수의 셀에 대한 복수의 방향별 가중치를 산출한다. 위치 추정부는 복수의 셀의 위치에 복수의 방향별 가중치를 각각 적용하여 복수의 셀의 위치를 기반으로 사용자의 제3 디바이스의 위치를 산출한다.The position estimating unit calculates a plurality of weight values for the plurality of cells based on the Euclidean distance. The position estimating unit calculates the position of the third device of the user based on the positions of the plurality of cells by applying a plurality of weightings to the positions of the plurality of cells.

계산된 Emin,k(axy) 값은 각 방향 k의 핑거프린트 맵을 구성하는 셀마다 하나의 값을 가진다. 이때 Emin,k(axy) 값은 기기의 방향별 특성 때문에 같은 셀이라도 다른 (x, y)좌표를 나타낼 수 있다. 기존의 방식은 방향을 고려하지 않기 때문에 가장 비슷한 셀의 하나의 좌표로 나타난다. 하지만 본 실시예에서는 방향별로 좌표가 존재하기 때문에 복수의 (x, y) 좌표들을 통합하여 정확한 사용자 위치를 산출한다. 이때 각기 다른 Emin,k(axy)의 좌표를 통합하기 위해 각 유클리드 거리에 가중치를 설정하여 가장 근접한 RSSI 값을 나타내는 Cell의 좌표의 영향력을 더 크게 반영한다. 여기에서 각 BLE 기기의 방향 k별로 계산되는 가중치를 Wk라 할 때 Wk는 수학식 6과 같이 표현된다.The calculated E min, k (axy) Value has one value for each cell constituting the fingerprint map of each direction k. At this time, E min, k (axy) The value may represent another (x, y) coordinate even in the same cell due to the directional characteristics of the device. The conventional scheme does not consider the direction, so it appears as one of the coordinates of the closest cell. However, in this embodiment, because there are coordinates for each direction, a plurality of (x, y) coordinates are integrated to calculate an accurate user position. At this time , to integrate the coordinates of E min, k (axy) , weights are weighted on each Euclidian distance, and the effect of the coordinates of the cell indicating the closest RSSI value is more reflected. Here, when the weight calculated by the direction k of each BLE device is W k , W k is expressed by Equation (6).

Figure pat00006
Figure pat00006

Emin,i와 Emin,k는 방향별 유클리드 거리를 의미한다. K는 균등하게 분할한 BLE 기기 방향의 최대 수를 나타낸다. 유클리드 거리가 짧을수록 비교 대상의 RSSI 값에 일치한다는 의미이므로 방향 k에서 계산된 Emin,k의 역수를 취하여 비교 대상 핑거프린팅 맵과 유사한 값의 비중을 높인다. 비교 대상 핑거프린팅 맵과 유사한 값은 같은 셀에 존재하는 모든 방향 K의 유클리드 거리 값의 역수를 나누어 비중을 계산할 수 있다. 따라서 모든 방향 K에서 계산된 WK의 합은 항상 1이 된다. 수학식 6에 따라 유클리드 거리의 값이 작으면 해당 방향 Emin,k의 가중치가 증가하며 반대로 유클리드 거리의 값이 크면 가중치가 감소한다. 결과적으로 이것은 가장 유사한 셀 좌표의 중요도를 더 크게 반영하여 실내 측위 정확도를 높일 수 있다.E min, i and E min, k denote Euclidean distance by direction. K represents the maximum number of equally divided BLE device orientations. As the Euclidean distance is shorter, it means that it corresponds to the RSSI value of the comparison object. Therefore , the reciprocal of E min, k calculated in the direction k is taken to increase the weight of the value similar to the comparison fingerprinting map. A value similar to the comparison fingerprinting map can be calculated by dividing the inverse of the Euclidean distance values in all directions K existing in the same cell. Therefore, the sum of W K calculated in all directions K is always 1. According to Equation (6), if the Euclidean distance is small, the weight of the direction E min, k increases. Conversely, if the Euclidean distance is large, the weight decreases. As a result, this can more accurately reflect the importance of the most similar cell coordinates and thus increase the indoor positioning accuracy.

각 방향별 가중치가 계산되면 사용자의 현재 위치를 계산할 수 있다. 사용자의 현재 위치 P(x, y)는 수학식 7과 같이 표현된다.Once the weight for each direction is calculated, the user's current position can be calculated. The current position P (x, y) of the user is expressed by Equation (7).

Figure pat00007
Figure pat00007

K 개의 방향으로 구성된 핑거프린팅 맵에서 계산된 Emin,k는 각 방향 k마다 다른 값을 나타낼 수 있다. 따라서 모든 방향 K에서 계산된 가중치를 해당 좌표에 곱하고 그 값을 더했을 때 최종적인 사용자의 위치 P(x, y)가 계산된다. 사용자의 현재 위치는 사용자의 다음 위치 계산을 위하여 실내 측위 장치에 전달된다. 실내 측위 장치는 계산된 사용자의 현재 위치를 받아 다음 위치 계산시 추적범위와 기준점을 설정하는데 이용한다. 이러한 사용자 실내 위치 계산을 위한 전체 알고리즘은 표 1과 같이 나타낸다.E min, k calculated in the fingerprinting map composed of K directions can represent different values for each direction k. Therefore, the weight calculated in all directions K is multiplied by the corresponding coordinates, and the final user's position P (x, y) is calculated when the weight is added. The current position of the user is transmitted to the indoor positioning device for the next position calculation of the user. The indoor positioning device receives the calculated user's current position and uses it to set the tracking range and reference point at the next position calculation. Table 1 shows the total algorithm for calculating the user indoor position.

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

표 1에서 1-15 번째 줄은 방향별 비교 대상 핑거프린팅 맵, 즉 방향별 신호 맵을 설정하는 단계를 나타내고, 16-22 번째 줄은 유클리드거리 Ek를 계산하는 단계를 나타내고, 23-26 번째 줄은 산출한 Ek중 가장 작은 Ek를 나타내는 값을 찾는 단계를 나타내고, 27-34 번째 줄은 Ek의 가중치를 산출하는 단계를 나타내고, 이를 기반으로 35-39 번째 줄은 최종적인 사용자의 좌표 P(x, y)를 산출하는 단계를 나타낸다.The line 1-15 in Table 1 represents the step of setting the fingerprinting map for each direction, i.e., the signal map for each direction, the line 16-22 represents the step of calculating the Euclidean distance E k , line represents a step of finding a value representing the smallest E k E k of the calculation, line 27-34 represents the step of calculating the weight for E k, line 35-39 it is based on the final user of the And calculating the coordinate P (x, y).

실내 측위 장치에 포함된 구성요소들이 도 2 및 도 3에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.Although the components included in the indoor positioning device are shown separately in FIGS. 2 and 3, a plurality of components may be combined with each other and implemented with at least one module. The components are connected to a communication path connecting a software module or a hardware module inside the device and operate organically with each other. These components communicate using one or more communication buses or signal lines.

실내 측위 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.The indoor positioning device may be implemented in logic circuitry by hardware, firmware, software, or a combination thereof, and may be implemented using a general purpose or special purpose computer. The device may be implemented using a hardwired device, a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), or the like. Further, the device may be implemented as a System on Chip (SoC) including one or more processors and controllers.

실내 측위 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.The indoor positioning device may be mounted in a form of software, hardware, or a combination thereof to a computing device provided with a hardware element. The computing device may refer to various devices including all or part of a memory for storing data for executing a program, a microprocessor for executing and calculating a program, and the like.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 실내 측위 방법을 예시한 흐름도이다. 실내 측위 방법은 컴퓨팅 디바이스에 의해 수행될 수 있다.8 and 9 are flowcharts illustrating an indoor positioning method according to another embodiment of the present invention. The indoor positioning method may be performed by a computing device.

단계 S810에서, 컴퓨팅 디바이스는 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 무선 신호를 수신하여 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성한다.In step S810, the computing device records the signal strength measured by receiving a radio signal from the first device for map construction in a plurality of directions in the indoor space, and measures a plurality of Directional signal intensity maps (RSSI Orientation Maps).

제1 디바이스, 제3 디바이스, 및 제2 디바이스는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용한다. 제1 디바이스 및 제3 디바이스는 BLE 애드버타이저(Advertiser)이고 BLE 애드버타이저는 이동이 가능하고, 상기 제2 디바이스는 BLE 스캐너(Scanner)이고 상기 BLE 스캐너는 상기 실내 공간의 특정 위치에 고정 설치된다.The first device, the third device, and the second device use Bluetooth low energy (BLE). Wherein the first device and the third device are a BLE advertiser and the BLE advertiser is mobile and the second device is a BLE scanner and the BLE scanner is fixed at a specific location in the indoor space Respectively.

단계 S820에서, 컴퓨팅 디바이스는 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 실내 공간에서 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정한다.In step S820, the computing device compares the signal strengths recorded in the plurality of directional signal intensity maps with the signal strengths measured by the plurality of second devices from the user's third device to determine the position of the user's third device .

도 9를 참조하면, 실내 측위 방법은 단계 S910 이후에 추적범위(Tracking Range)를 설정하는 단계(S920)를 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the indoor positioning method may further include a step S920 of setting a tracking range after step S910.

단계 S920에서, 컴퓨팅 디바이스는 사용자의 제3 디바이스의 위치이력 및 사용자의 제3 디바이스의 이동 속도를 기반으로 실내 공간의 일부 영역인 추적범위를 설정한다. 추적범위를 설정하는 단계(S920)는 추적범위의 기준점을 사용자의 제3 디바이스의 현재 위치로 변경하여 추적범위를 갱신할 수 있다.In step S920, the computing device sets a tracking range that is a part of the indoor space based on the position history of the user's third device and the moving speed of the user's third device. The step of setting the tracking range (S920) may update the tracking range by changing the reference point of the tracking range to the current position of the user's third device.

사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계(S930)는 복수의 방향별 신호세기 맵들 중에서 사용자의 제3 디바이스의 이전 위치가 추적범위 내에 존재하는 맵을 선별한다.The step S930 of estimating the position of the third device of the user selects a map in which the previous position of the user's third device is within the tracking range from among the plurality of directional signal intensity maps.

사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계(S930)는 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기 및 사용자의 제3 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스가 측정한 신호세기 간의 유클리드 거리를 산출하고, 복수의 방향별 신호세기 맵들에서 유클리드 거리가 최소가 되는 셀을 선별하여, 복수의 셀의 위치를 산출한다.Estimating the position of the user's third device (S930) calculates the Euclidean distance between the signal strength recorded in the plurality of directional signal intensity maps and the signal intensity measured by the plurality of second devices from the user's third device , Cells having the smallest Euclidean distance are selected from the plurality of directional signal intensity maps, and the positions of the plurality of cells are calculated.

사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계(S930)는 유클리드 거리를 기반으로 복수의 셀에 대한 복수의 방향별 가중치를 산출하고, 복수의 셀의 위치에 복수의 방향별 가중치를 각각 적용하여 복수의 셀의 위치를 기반으로 사용자의 제3 디바이스의 위치를 산출한다.The step of estimating the location of the third device of the user (S930) may include calculating a plurality of weight values for a plurality of directions for a plurality of cells based on the Euclidean distance, applying a plurality of weight values to the plurality of cells, The position of the third device of the user is calculated based on the position of the cell of the second device.

도 8 및 도 9에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 9 및 도 9에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.8 and 9 illustrate the sequential execution of the respective steps. However, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made to the embodiments of the present invention without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. A computer-readable medium represents any medium that participates in providing instructions to a processor for execution. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. The computer program may be distributed and distributed on a networked computer system so that computer readable code may be stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily deduced by programmers of the technical field to which the present embodiment belongs.

이하에서는 도 10 및 도 11을 참조하여 모의실험한 결과를 설명한다. Hereinafter, simulation results will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG.

도 10의 (a)는 본 발명의 실시예들이 윈도우 크기 1s에서 수행한 측위 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이고, 도 10의 (b)는 본 발명의 실시예들이 윈도우 크기 2s에서 수행한 측위 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이다. 10 (a) is a graph showing error distances of positioning results obtained by the embodiments of the present invention at a window size of 1s, and FIG. 10 (b) FIG.

도 10에서 Original Scheme은 기존 방식, OW scheme은 방향을 고려한 실내 측위 방법(Orientation Weight), TM-OW scheme은 사용자의 이전 위치와 기기 방향을 고려한 실내 측위 방법(Tracking Map Orientation Weight)을 나타낸다.In FIG. 10, an original scheme is an existing method, an OW scheme is an indoor positioning method considering a direction, and a TM-OW scheme is an indoor positioning method (Tracking Map Orientation Weight) considering a user's previous position and a device direction.

경로별로 측정한 RSSI 값을 이용하여 각 방식들을 적용시킨 후 오차를 계산한다. 이때 실내 측위를 위한 Window 크기는 사용자가 한 장소로부터 RSSI 값을 측정하는 시간을 말한다. 각 방식들은 Window 크기가 1s인 경우, 2s인 경우로 나누어 각 경로별로 실내 위치를 측정하였다.The error is calculated by applying each method using the RSSI value measured for each path. In this case, the Window size for the indoor positioning refers to the time for the user to measure the RSSI value from one place. Each method was divided into two cases when the window size was 1s and the indoor position was measured by each route.

TM-OW scheme의 CDF(Cumulative Distribution Function)는 오차 범위 1m 이내에 80% 이상의 값이 포함되었고 약 3m 범위의 오차 내에서는 모든 측정값이 포함되어 다른 Scheme 보다 좋은 성능을 나타냈다. 반면 Original Scheme의 경우 하나의 Fingerprinting map을 반영하고 기기 방향성, 사용자의 이전 위치를 고려하지 않기 때문에 오차 범위 4m 이내에 80% 이상의 값이 포함되어 있다. 또한 계산된 모든 측정 위치를 수용하는 오차 범위는 약 10m 정도로 매우 큰 오차가 존재했다.The cumulative distribution function (CDF) of the TM-OW scheme contained more than 80% error within 1m of error range, and all measurements were included within the error range of about 3m, showing better performance than other schemes. On the other hand, the Original Scheme reflects a single fingerprinting map and does not take into consideration the orientation of the device and the user's previous position, so the error range is more than 80% within 4m. In addition, there is a very large error of about 10 m in the error range to accommodate all calculated measurement positions.

실내 측위 윈도우가 클수록 정확한 실내 측정이 가능하다는 것을 의미하며 본 실시예들은 다른 실내 위치 측위 방식보다 정확한 측위가 가능한다.The larger the indoor positioning window, the more accurate indoor measurement is possible, and the present embodiments enable more accurate positioning than other indoor positioning methods.

비콘들은 같은 기종이라도 완전히 동일한 칩을 사용하는 것이 아니기 때문에 방향별 특성이 다르고 배터리의 잔량도 다르다. 이것은 실내 측위시 기록하는 RSSI 값에 영향을 미치기 때문에 실내 측위 오차로 이어진다.Beacons do not use exactly the same chips in the same model, so they have different directional characteristics and different battery levels. This affects the RSSI value recorded in the indoor positioning, leading to an indoor positioning error.

도 11의 (a)에서는 본 발명의 실시예들이 맵 구축용 비콘과 동일한 비콘을 이용하여 측위한 결과의 오차 거리를 나타내고, 도 11의 (b)에서는 본 발명의 실시예들이 맵 구축용 비콘과 상이한 비콘을 이용하여 측위한 결과의 오차 거리를 나타낸다. 도 11을 참조하면, TM-OW scheme은 실제 실내 측위시 맵 구축용 비콘(Reference Beacon)을 사용하지 않은 경우에도 Original scheme보다 더 높은 정확도를 갖는다.11A shows error distances of results obtained by positioning beacons using the same beacon as the map building beacon. In FIG. 11B, Represents the error distance of the result of positioning using different beacons. Referring to FIG. 11, the TM-OW scheme has a higher accuracy than the original scheme even when a map beacon is not used in an actual indoor positioning.

본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

300, 400: 실내 측위 장치 310, 410: 신호 맵 생성부
420, 430: 위치 추정부 420: 추적범위 설정부
300, 400: indoor positioning apparatus 310, 410: signal map generating unit
420, 430: Position estimation unit 420: Tracking range setting unit

Claims (14)

컴퓨팅 디바이스에 의한 실내 측위 방법에 있어서,
상기 컴퓨팅 디바이스가 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 무선 신호를 수신하여 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성하는 단계; 및
상기 컴퓨팅 디바이스가 (i) 상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 (ii) 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계
를 포함하는 실내 측위 방법.
A method for indoor positioning by a computing device,
The computing device records a signal intensity measured by receiving a wireless signal from a first device for map construction in a plurality of directions in a room space and a plurality of second devices, Generating RSSI Orientation Maps; And
(I) comparing the signal strength recorded in the plurality of directional signal intensity maps with (ii) the signal strength measured by the plurality of second devices from the user's third device, and Estimating a position of the third device of the user
And an indoor positioning method.
제1항에 있어서,
상기 맵 구축용 제1 디바이스, 상기 사용자의 제3 디바이스, 및 상기 제2 디바이스는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용하며, 상기 맵 구축용 제1 디바이스 및 상기 사용자의 제3 디바이스는 BLE 애드버타이저(Advertiser)이고 상기 BLE 애드버타이저는 이동이 가능하고, 상기 제2 디바이스는 BLE 스캐너(Scanner)이고 상기 BLE 스캐너는 상기 실내 공간의 특정 위치에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first device for map construction, the third device of the user, and the second device use Bluetooth low energy (BLE), and the first device for map construction and the third device of the user use BLE Wherein the second device is a BLE scanner and the BLE scanner is fixedly installed at a specific position in the indoor space. Way.
제1항에 있어서,
상기 사용자의 제3 디바이스의 위치이력 및 상기 사용자의 제3 디바이스의 이동 속도를 기반으로 상기 실내 공간의 일부 영역인 추적범위(Tracking Range)를 설정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of setting a tracking range that is a partial area of the indoor space based on the location history of the third device of the user and the moving speed of the third device of the user, Way.
제3항에 있어서,
상기 추적범위를 설정하는 단계는,
상기 추적범위의 기준점을 상기 사용자의 제3 디바이스의 현재 위치로 변경하여 상기 추적범위를 갱신하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method of claim 3,
The step of setting the tracking range includes:
Wherein the tracking range is updated by changing the reference point of the tracking range to the current position of the third device of the user.
제3항에 있어서,
상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계는,
상기 복수의 방향별 신호세기 맵들 중에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 이전 위치가 상기 추적범위 내에 존재하는 맵을 선별하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method of claim 3,
Wherein estimating the location of the third device of the user comprises:
And selects a map in which a previous position of the third device of the user is within the tracking range from among the plurality of directional signal intensity maps.
제1항에 있어서,
상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계는,
상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기 및 상기 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스가 측정한 신호세기 간의 유클리드 거리를 산출하고, 상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에서 상기 유클리드 거리가 최소가 되는 셀을 선별하여, 복수의 셀의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method according to claim 1,
Wherein estimating the location of the third device of the user comprises:
Wherein the Euclidean distance between the signal strengths recorded in the plurality of directional signal intensity maps and the signal intensity measured by the plurality of second devices from the third device of the user is calculated, Wherein a cell having a minimum distance is selected, and a position of a plurality of cells is calculated.
제6항에 있어서,
상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계는,
상기 유클리드 거리를 기반으로 상기 복수의 셀에 대한 복수의 방향별 가중치를 산출하고, 상기 복수의 셀의 위치에 상기 복수의 방향별 가중치를 각각 적용하여 상기 복수의 셀의 위치를 기반으로 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method according to claim 6,
Wherein estimating the location of the third device of the user comprises:
Calculating a weight for each of a plurality of directions for the plurality of cells based on the Euclidean distance, applying a weight for each of the plurality of directions to the positions of the plurality of cells, And calculating the position of the third device.
실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성하는 신호 맵 생성부; 및
상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 위치 추정부
를 포함하는 실내 측위 장치.
Recording the signal strength measured by the plurality of second devices from the first device for map construction for each of a plurality of directions in the indoor space and generating a plurality of signal intensity maps (RSSI Orientation Maps) A signal map generator for generating a signal map; And
Comparing the signal strength recorded in the plurality of directional signal intensity maps with a signal intensity measured by the plurality of second devices from a user's third device to estimate a position of the third device of the user in the indoor space, position estimator for
And an indoor positioning device.
제8항에 있어서,
상기 맵 구축용 제1 디바이스, 상기 사용자의 제3 디바이스, 및 상기 제2 디바이스는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용하며, 상기 맵 구축용 제1 디바이스 및 상기 사용자의 제3 디바이스는 BLE 애드버타이저(Advertiser)이고 상기 BLE 애드버타이저는 이동이 가능하고, 상기 제2 디바이스는 BLE 스캐너(Scanner)이고 상기 BLE 스캐너는 상기 실내 공간의 특정 위치에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the first device for map construction, the third device of the user, and the second device use Bluetooth low energy (BLE), and the first device for map construction and the third device of the user use BLE Wherein the second device is a BLE scanner and the BLE scanner is fixedly installed at a specific position in the indoor space. Device.
제8항에 있어서,
상기 사용자의 제3 디바이스의 위치이력 및 상기 사용자의 제3 디바이스의 이동 속도를 기반으로 상기 실내 공간의 일부 영역인 추적범위(Tracking Range)를 설정하는 추적범위 설정부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
9. The method of claim 8,
And a tracking range setting unit for setting a tracking range that is a partial area of the indoor space based on the position history of the third device of the user and the moving speed of the third device of the user Indoor positioning device.
제10항에 있어서,
상기 추적범위 설정부는,
상기 추적범위의 기준점을 상기 사용자의 제3 디바이스의 현재 위치로 변경하여 상기 추적범위를 갱신하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
11. The method of claim 10,
The tracking range setting unit may set,
And updates the tracking range by changing a reference point of the tracking range to a current position of the third device of the user.
제10항에 있어서,
상기 위치 추정부는,
상기 복수의 방향별 신호세기 맵들 중에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 이전 위치가 상기 추적범위 내에 존재하는 맵을 선별하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
11. The method of claim 10,
The position estimating unit may calculate,
And selects a map in which the previous position of the third device of the user is within the tracking range from among the plurality of directional signal intensity maps.
제8항에 있어서,
상기 위치 추정부는,
상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기 및 상기 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스가 측정한 신호세기 간의 유클리드 거리를 산출하고, 상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에서 상기 유클리드 거리가 최소가 되는 셀을 선별하여, 복수의 셀의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
9. The method of claim 8,
The position estimating unit may calculate,
Wherein the Euclidean distance between the signal strengths recorded in the plurality of directional signal intensity maps and the signal intensity measured by the plurality of second devices from the third device of the user is calculated, And calculates a position of a plurality of cells by selecting cells whose distance is minimum.
제13항에 있어서,
상기 위치 추정부는,
상기 유클리드 거리를 기반으로 상기 복수의 셀에 대한 복수의 방향별 가중치를 산출하고, 상기 복수의 셀의 위치에 상기 복수의 방향별 가중치를 각각 적용하여 상기 복수의 셀의 위치를 기반으로 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
14. The method of claim 13,
The position estimating unit may calculate,
Calculating a weight for each of a plurality of directions for the plurality of cells based on the Euclidean distance, applying a weight for each of the plurality of directions to the positions of the plurality of cells, And calculates the position of the third device.
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