KR20220145056A - 실내 네비게이션 서비스 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 실내 네비게이션 방법은, 촬상장치로부터 촬상된 촬상정보를 제공받아 이미지 정보를 검출하는 단계; 상기 이미지 정보를 제공받아 러닝을 이행하여 최적화된 시각적 경로정보를 생성하는 단계; 상기 시각적 경로정보를 상기 디스플레이 장치를 통해 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

실내 네비게이션 서비스 방법 및 장치{indoor navigation service method and apparatus}
본 발명은 네비게이션 서비스 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천재지변 또는 안전사고 등으로 인해 건물내 정전이 발생하여도 실내 네비게이션 서비스를 제공할 수 있게 하여, 긴급 대피로를 찾는 사람이나 긴급 구호 등을 위해 건물에 투입된 구조대원들이 대피로를 손쉽게 찾을 수 있게 할 수 있는 실내 네비게이션 서비스 방법 및 장치에 관한 것이다.
대형 쇼핑몰 및 고층 빌딩 등 건물의 규모가 크고 내부가 복잡해짐에 따라 실내에서의 네비게이션 서비스가 요구되고 있다. 이러한 실내 네비게이션 서비스의 구현을 위해 종래에는 iBeacon과 Augmented Reality(AR) 등을 이용한 실내 네비게이션 장비들이 제작되어 상용화되고 있다.
상기의 실내 네비게이션 기술로는 대한민국 특허청에 특허공개된 제10-2017-0130234호가 있으며, 이는 근거리 무선 신호를 수신하는 통신부; 전자 장치의 움직임을 감지하는 센서부; 디스플레이; 및 상기 통신부를 통해 빌딩 맵 데이터가 수신되었는지를 판단하고, 상기 빌딩 맵 데이터가 수신될 때, 상기 수신된 빌딩 맵 데이터의 유형에 따라 상이한 형태의 네비게이션 맵을 생성하고, 상기 통신부를 통해 수신된 상기 무선 신호의 세기 정보 및 상기 센서부를 통해 감지된 상기 전자 장치의 움직임 정보 중 적어도 하나를 이용하여 상기 생성된 네비게이션 맵에 상기 전자 장치의 위치에서 상기 전자 장치의 목적지까지 위치를 맵 매칭하여 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 프로세서;를 포함하는 전자 장치를 개시하고 있다.
그리고 대한민국 특허청에 특허공개된 제1020180030719호는, 압력 센서; 무선장치; 프로그램 명령들을 포함하는 메모리; 및 상기 압력 센서, 상기 무선장치, 및 상기 메모리에 동작 가능하게 연결된 제어기를 포함하는 네비게이션 장치로서, 상기 제어기는 상기 프로그램 명령들을 실행하여, 복수의 비컨들 중 기준 비컨으로부터 적어도 하나의 신호를 수신하고, 상기 수신된 적어도 하나의 신호를 기초로 하여 기준 관계 곡선 정정을 결정하고, 상기 기준 관계 곡선 정정, 및 상기 압력 센서로부터의 신호를 기초로 하여 상기 네비게이션 장치의 고도를 결정하도록 구성되는 네비게이션 장치를 개시하고 있다.
상기한 바와 같이 종래의 실내 네비게이션 장치들은 건물의 실내 각부에 설치된 무선신호 송출기들 또는 비컨들이 송출하는 무선신호를 수신하여 자신의 위치를 검출하여 실내 네비게이션 서비스를 제공한다.
그러나 태풍을 비롯한 각종 천재지변 및 안전사고 등으로 인한 건물 내부에 정전사고가 발생되는 경우에는, 상기의 실내 네비게이션 서비스를 이용할 수 없는 문제가 있었다. 이러한 이유로 실내 네비게이션 서비스의 제공이 중단되는 것은 건물내에서 대피로를 용이하게 찾기 어렵게 함은 물론이며 소방대원들의 인명구조를 어렵게 하는 원인이 되었다.
이에 종래에는 천재지변 또는 안전사고 등으로 인해 건물내 정전이 발생하여도 실내 네비게이션 서비스를 제공할 수 있게 하여, 긴급 대피로를 찾는 사람이나 긴급 구호 등을 위해 건물에 투입된 구조대원들이 대피로를 손쉽게 찾을 수 있게 할 수 있는 기술의 개발이 절실하게 요망되었다.
대한민국 특허공개 제10-2017-0130234호 대한민국 특허공개 제10-2018-0030719호
본 발명은 천재지변 또는 안전사고 등으로 인해 건물내 정전이 발생하여도 실내 네비게이션 서비스를 제공할 수 있게 하여, 긴급 대피로를 찾는 사람이나 긴급 구호 등을 위해 건물에 투입된 구조대원들이 대피로를 손쉽게 찾을 수 있게 할 수 있는 실내 네비게이션 서비스 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 실내 네비게이션 방법은, 촬상장치로부터 촬상된 촬상정보를 제공받아 이미지 정보를 검출하는 단계; 상기 이미지 정보를 제공받아 러닝을 이행하여 최적화된 시각적 경로정보를 생성하는 단계; 상기 시각적 경로정보를 상기 디스플레이 장치를 통해 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 천재지변 또는 안전사고 등으로 인해 건물내 정전이 발생하여도 실내 네비게이션 서비스를 제공할 수 있게 하여, 긴급 대피로를 찾는 사람이나 긴급 구호 등을 위해 건물에 투입된 구조대원들에게 대피로를 손쉽게 찾을 수 있게 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실내 네비게이션 서비스 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실내 네비게이션 서비스 방법의 절차도.
도 3은 도 2의 이미지 정보 검출과정의 절차도.
도 4는 도 3의 이미지 검출을 위한 파라미터를 정의한 테이블을 도시한 도면,
도 5는 이미지 정보 검출을 위한 슈도 코드를 예시한 도면.
도 6은 도 2의 학습과정의 절차도.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실내 네비게이션 서비스의 검증과정을 예시한 도면.
본 발명은 천재지변 또는 안전사고 등으로 인해 건물내 정전이 발생하여도 실내 네비게이션 서비스를 제공할 수 있게 하여, 긴급 대피로를 찾는 사람이나 긴급 구호 등을 위해 건물에 투입된 구조대원들에게 대피로를 손쉽게 찾을 수 있게 한다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실내 네비게이션 서비스 장치 및 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실내 네비게이션 서비스 장치의 구성과 동작을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<실내 네비게이션 서비스 장치의 구성>
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실내 네비게이션 서비스 장치의 구성도이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 실내 네비게이션 서비스 장치는 제어장치(100)와 메모리부(102)와 촬상장치(104)와 사용자 인터페이스부(106)와 디스플레이(108)를 포함하며, 미도시되었으나 사용자 움직임을 검출하기 위한 센서장치가 더 구비될 수 있다.
상기 제어장치(100)는 본 발명에 따르는 실내 네비게이션 서비스를 제공하기 위해 상기 실내 네비게이션 서비스 장치의 각부를 제어한다. 상기 제어장치(100)는 실내 네비게이션 서비스가 요청되면, 촬상장치(104)를 통해 주변을 촬상하여 획득한 촬상정보로부터 시각적 경로정보를 검출하여 출구로 사용자를 안내하는 실내 네비게이션 서비스를 제공한다.
상기 메모리부(102)는 상기 제어장치(100)의 제어 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장한다. 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이미지 검출 및 Q 러닝을 위한 정보를 저장한다.
상기 촬상장치(104)는 상기 제어장치(100)의 제어에 따라 촬상을 이행하고 그에 따른 촬상정보를 생성하여 제어장치(100)에 제공한다.
상기 사용자 인터페이스부(106)는 사용자로부터의 각종 명령 및 정보를 입력받아 상기 제어장치(100)로 제공한다.
상기 디스플레이부(108)는 상기 제어장치(100)의 제어에 따른 정보, 즉 시각적 경로정보를 표시하여 사용자에게 안내한다.
<실내 네비게이션 서비스 방법의 절차>
이제 상기한 실내 네비게이션 서비스 장치에 적용가능한 실내 네비게이션 서비스 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실내 네비게이션 서비스 방법의 절차도이다. 상기 도 2를 참조하면, 제어장치(100)는 실내 네비이션 서비스가 요청되면(200단계), 촬상장치(104)를 구동하여 촬상을 이행하고 상기 촬상에 따라 생성된 촬상정보로부터 이미지 정보를 검출한다(202단계).
상기 이미지 정보가 검출되면, 상기 제어장치(100)는 이미지 정보의 파라메터값을 조정한 후에(204단계), 상기 이미지 정보에 대해 Q 러닝을 이행하고 상기 Q 러닝된 이미지 정보인 시각적 경로정보를 검출한다(208단계). 이후 상기 제어장치(100)는 시각적 경로정보의 에러비가 미리 정해둔 수치 이하인지를 체크하고, 시각적 경로정보의 에러비가 미리 정해둔 수치 이하이면 상기 시각적 경로정보를 디스플레이부(108)를 통해 출력하여 사용자에게 안내한다(212단계).
이러한 과정은 초기 위치에서 미도시된 사용자 위치검출 센서장치에 의해 사용자의 위치가 변경될 때마다 반복되어 이행된다(214단계). 상기 초기 위치의 설정은 재난상황시 자신의 현재위치로 초기위치를 설정하는 방식이 사용될 수 있다.
<이미지 정보의 검출과정>
이제 이미지 정보의 검출과정을 좀 더 상세히 설명한다. 상기 제어장치(100)는 Q 러닝을 수행하기에 앞서 Q 테이블에 입력할 좌표 데이터를 구성하기 위해 이미지 정보 검출을 수행하며, 이러한 이미지 정보의 검출과정의 절차를 도시한 것이 도 3이다.
상기 제어장치(100)는 촬상장치(104)로부터 촬상정보가 입력되면(300단계), 흑백으로 이진화를 이행한다(302단계).
이후 상기 제어장치(100)는 M 값을 초기화한 후(M<-1)을 초기화한 후에, Mth 그리드의 색상을 검출한다(306단계). 여기서 상기 이진화된 이진 이미지 정보는 상기 Q 테이블에 입력할 좌표 데이터에 대응되는 다수개의 그리드(N*N)로 분할되며, 상기 M은 상기 각 그리드를 지시하는 식별번호이다. 즉, 상기 Mth은 이미지 검출 대상이 되는 그리드의 식별번호를 나타낸다.
상기 제어장치(100)는 상기 Mth 그리드의 색상 K가 chkdiv2보다 큰지를 체크하고(308단계), K가 chkdiv2 보다 크면 M을 경로를 지시하는 이미지 검출결과로서 저장한다(310단계). 여기서, 상기 K는 그리드 한칸에서 4개 이상의 점을 선정하여 결정한 값이며, 상기 chkdiv 변수는 경로 여부를 판별하기 위한 체크포인트 변수이다. 그리고 상기 이미지 검출결과는 그리드의 좌표정보이다.
상기한 바와 달리 K가 chkdiv2 보다 크지 않으면, 상기 제어장치(100)는 M이 N2과 같은지, 즉 이미지 정보의 모든 그리드에 대한 처리가 완료되었는지를 체크한다(312단계). 상기 제어장치(100)는 M이 N2과 같지 않으면 상기 M을 증가한 후에 306단계로 복귀하여 Mth 그리드에 대한 처리를 다시 이행한다.
이와 달리 상기 제어장치(100)는 상기 M이 N2과 같으면, 기록된 이미지 검출결과들을 Q 테이블 정보로 구성하여 Q 러닝의 이행을 시작한다(316단계).
이와 같이 본 발명에 따르는 제어장치(100)는 주어진 격자형 경로 이미지에서 경로의 위치를 인식하여 해당하는 좌표를 일괄 추출하며, 이러한 과정은 Pyton의 Pillow 모듈을 사용하여 작성된 알고리즘이며, 이 알고리즘은 경로 이미지를 흑백으로 이진화한 후에 흰색 격자의 위치를 인식하는 순서로 진행된다. 이 알고리즘에 사용되는 사전 설정 변수는 도 4에 도시한 바와 같다.
상기의 알고리즘은 이미지에 대한 노이즈 로부스트를 보장하기 위해 그리드 한칸에서 4개 이상의 점을 고려하여 색을 판단한다. 상기 chkdiv 변수는 이를 위한 설정값이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 이미지 검출을 위한 슈도코드를 예시한 도면이다.
상기의 이미지 검출과정을 거쳐 생성된 데이터는 로(ROW)별 컬럼의 집합 형태로 출력되며 경로가 없는 로는 "EMPTY"로 표시된다.
<Q 러닝 과정>
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 Q-러닝(Learning) 과정의 절차를 도시한 도면이다.
이러한 Q 러닝은 단전 상황이 발생한 건물 내의 사용자로부터 최단 거리에 위치한 출구로의 최적 경로를 찾기 위한 것으로, 미리 정의된 강화학습 기법인 Q 함수를 이용하며 이는 수학식 1에 따른다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서 s는 에이전트의 현재상태이고, a는 현재상태에서 취하는 행동이고, s'는 에이전트의 다음 상태이고, a'는 다음 상태에서 Q값이 최대가 되도록 하는 행동을 의미한다. 그리고 α는 Q 함수를 통해 Q 테이블을 업데이트할 때에, Q 함수가 추정한 현재의 Q값과 새로운 경험을 고려한 Q값이 미치는 영향을 조정하기 위한 것이고, γ는 할인율로서 누적된 보상을 계산할 때에 미래의 보상을 감가상각하기 위한 것이다. 이러한 α와 γ는 에이전트(agent)가 목표를 빠르게 달성하도록 도우며, 누적 보상의 발산을 막음으로써 학습이 안정적으로 이루어지도록 한다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 제어장치(100)는 Q 러닝을 위한 파라메터를 세팅한 후에(300단계), n을 초기화하고 k에 유저 콘스탄스를 기록한다(302단계).
이후 상기 제어장치(100)는 Q 학습을 위한 Q 테이블을 설정한 후에 Q 펑션을 실행한다(304,306단계). 이러한 과정은 n이 k에 이르를 때까지 n을 증가하면서 반복하여 수행된다(308,310단계).
상기한 n이 k와 같아지면, 상기 제어장치(100)는 시각적 경로정보를 출력한다(312단계).
<모의실험 및 결과>
본 발명에 대한 모의실험 및 결과를 설명한다. 먼저 임의로 열린 길과 막힌 공간의 좌표를 포함한 18 X 18 크기의 LED 회로를 제작한 후, 실험을 진행하였다. 도 7은 LED 회로도를 나타낸 것이다. 상기 도 7를 참조하면, 상기 LED 회로는 18 X 18 개의 LED로 이루어진다. 도 8은 상기 LED 회로를 Raspberry Pi Camera를 이용하여 촬영한 것을 나타낸 것이다.
상기 촬영에 따른 촬상정보는 이미지 검출 과정(Image Detection)을 통해 점멸된 LED 칸의 좌표를 추출하여 이미지화되며, 도 9는 이미지 정보 검출결과를 예시한 도면이며, 도 10은 이미지 검출의 실험 변수를 나타낸 표를 도시하고 있다. Python 코드에서 경로 이미지를 입력(Input)으로 사용하여 진행하였다. 알고리즘에 필요한 파라메터(Parameter) 값들은 도 10에 따라 설정된다. 상기 알고리즘을 실행한 결과에 로에 따른 컬럼의 집합형태인 열린 길의 좌표가 출력된다.
그리고 Q-러닝(Learning)은 도 11에 도시한 변수값으로 최단 경로 학습을 진행한다. 이미지 검출의 결과로 도출되는 열린 길과 막힌 공간에 대한 좌표가 텍스트 파일(data.txt)에 저장되고, 이 파일을 이용하여 Q-테이블을 초기화한다. 상기 초기화된 Q-테이블에서 사용자의 초기 위치와 3개의 출구 위치(Goal)에 해당하는 좌표를 지정하고, 학습을 진행한다. 상기 Q-Learning이 진행되어 최적경로를 찾아낸 결과를 나타낸 것이 도 12이다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 제어장치
102 : 메모리부
104 : 촬상장치
106 : 사용자 인터페이스부
108 : 디스플레이부

Claims (8)

  1. 실내 네비게이션 장치에 있어서,
    디스플레이장치.
    촬상장치; 및
    상기 촬상장치로부터 촬상된 촬상정보를 제공받아 이미지 정보를 구성하고,
    상기 이미지 정보를 제공받아 러닝을 이행하여 최적화된 시각적 경로정보를 생성하고,
    상기 시각적 경로정보를 상기 디스플레이 장치를 통해 출력하는 제어장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 네비게이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 정보는 미리 정해둔 크기의 그리드들로 분할되며,
    각 그리들의 색상값이 시각적 경로를 지시하는지를 체크하고,
    시각적 경로를 지시하는 그리드들의 좌표정보들로 구성됨을 특징으로 하는 실내 네비게이션 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미지 정보가 그리드들로 분할되기 전에 흑백으로 이진화됨을 특징으로 하는 실내 네비게이션 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 그리드의 색상값은 상기 그리드 내부에 존재하는 다수의 픽셀들의 색상을 토대로 획득됨을 특징으로 하는 실내 네비게이션 장치.
  5. 실내 네비게이션 방법에 있어서,
    촬상장치로부터 촬상된 촬상정보를 제공받아 이미지 정보를 검출하는 단계;
    상기 이미지 정보를 제공받아 러닝을 이행하여 최적화된 시각적 경로정보를 생성하는 단계;
    상기 시각적 경로정보를 상기 디스플레이 장치를 통해 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 네비게이션 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이미지 정보는 미리 정해둔 크기의 그리드들로 분할되며,
    각 그리들의 색상값이 시각적 경로를 지시하는지를 체크하고,
    시각적 경로를 지시하는 그리드들의 좌표정보들로 구성됨을 특징으로 하는 실내 네비게이션 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이미지 정보가 그리드들로 분할되기 전에 흑백으로 이진화됨을 특징으로 하는 실내 네비게이션 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 그리드의 색상값은 상기 그리드 내부에 존재하는 다수의 픽셀들의 색상을 토대로 획득됨을 특징으로 하는 실내 네비게이션 방법.
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