WO2016021887A1 - 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너 - Google Patents

실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너 Download PDF

Info

Publication number
WO2016021887A1
WO2016021887A1 PCT/KR2015/008064 KR2015008064W WO2016021887A1 WO 2016021887 A1 WO2016021887 A1 WO 2016021887A1 KR 2015008064 W KR2015008064 W KR 2015008064W WO 2016021887 A1 WO2016021887 A1 WO 2016021887A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrasonic
unit
signal
listener
beacon
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/008064
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
임상순
이준혁
Original Assignee
주식회사 우리엘테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 우리엘테크 filed Critical 주식회사 우리엘테크
Publication of WO2016021887A1 publication Critical patent/WO2016021887A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/72—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to an indoor positioning system for calculating an indoor location, and more particularly, location information and calculated distance information of fixed beacons as a movable listener receives RF signals and ultrasonic signals transmitted by a plurality of beacons sequentially.
  • an indoor positioning system for calculating an indoor location, and more particularly, location information and calculated distance information of fixed beacons as a movable listener receives RF signals and ultrasonic signals transmitted by a plurality of beacons sequentially.
  • Ubiquitousization which emerged as a new paradigm of computerization, can be defined as an effort to intelligentize the physical space based on ubiquitous computing and ubiquitous networks and to connect various objects spread in the physical space to the network.
  • Ubiquitous computing is a concept that adds computing functions to all physical spaces and objects such as roads, bridges, tunnels, buildings, and building walls to create a space where all objects and objects are intelligent and connected to electronic spaces to exchange information with each other. It is a computing environment that is one step ahead of network and mobile computing.
  • ubiquitous computing is based on the premise that all computers are connected to each other, invisible to the user, can be used anytime, anywhere, and permeate into real world objects and environments and integrate into everyday life.
  • Ubiquitous network means an information and communication network that anyone can use anytime, anywhere without restriction of communication speed, and can distribute all information or content. By realizing this, the user can freely use the information communication service from various limitations of the existing information communication network and service.
  • U-LBS Ubiquitous Location Based Services
  • position recognition system technology which is one of the most important element technologies for providing ubiquitous location-based services, is being actively researched in advanced countries.
  • FIG. 1 is a layout view of a conventional indoor positioning system using a beacon and a listener
  • Figure 2 is a functional block diagram illustrating the internal configuration of the beacon used in the conventional indoor positioning system.
  • the conventional indoor positioning system is largely disposed at different locations in the room at least three or more beacons (10) for outputting an RF signal and an ultrasonic signal at the same time, and attached to the object at least three or more beacons (10) ) And a listener (not shown) for receiving the RF signal and the ultrasonic signal, respectively, and calculating the position information of the object by triangulation.
  • the beacons 10 are uniformly spaced to some extent in the indoor space for calculating the position information of the listener, and a plurality of beacons are fixedly installed.
  • the room is square, it is preferable that four places are installed at each corner side, and if the area is large, four more may be installed at the center point of each side.
  • the arrangement position or the number of the beacons 10 may vary according to the area or shape of the room, and the calculation reliability of the indoor location information may be improved by selecting the appropriate number and location.
  • the beacon 10 includes an RF transmitting unit 11 for transmitting an RF signal including unique identification information and coordinate information, an ultrasonic transmitting unit 12 for transmitting an ultrasonic signal, and the RF transmitting unit simultaneously in a predetermined order. (11) and the beacon control unit 13 for transmitting the RF signal and the ultrasonic signal through the ultrasonic transmission unit 12 is configured.
  • the beacon control unit 13 is determined for each beacon 10 in advance in order to send a signal in a predetermined order, for example, in the case of FIG. Next, beacons are sent out twice after 0.25ms time, and beacons are sent out three times after 0.25ms time.
  • the time division setting and order may be freely set, and the signal transmission of the RF transmitting unit 11 and the ultrasonic transmitting unit 12 of the beacon 10 may be called by the request signal of the listener according to the setting. You may.
  • Sending the transmission request to the (10) can be a plurality of beacons (10) in order to send a signal in sequence respectively.
  • the receiving angle of the commercial ultrasonic receiver unit mounted on the listener is 60 ⁇ ⁇ 10 ⁇ , the shadow area is frequently generated depending on the moving direction of the listener due to the object movement. Therefore, the location of the listener is not properly confirmed. Occurs frequently.
  • Ultrasonic signals from beacons may be directly transmitted to listeners, but they may be reflected at least once or more by obstacles such as walls or pillars in the room and transmitted to the listeners with a certain time difference. This difficult situation occurs frequently.
  • the present invention has been made to solve the above problems, as the movable listener receives RF signals and ultrasonic signals in which a plurality of beacons are sequentially transmitted in a predetermined order through the position information and the calculated distance information of the fixed beacons
  • An object of the present invention is to provide an indoor positioning method or system for more accurately calculating the position information of a listener.
  • an object of the present invention is to provide a listener that can improve the position measurement accuracy by providing a listener equipped with two ultrasonic receiving unit in order to improve the ultrasonic receiving angle in the listener to 110 ° ⁇ 130 ° range.
  • the present invention proposes a listener having an algorithm capable of detecting the shortest distance when the ultrasonic signal transmitted from one beacon is received by the listener due to a surrounding obstacle as a plurality of signals, and a method for enabling the same. It aims to do it.
  • the beacons disposed at different locations in the room proposed by the present invention and simultaneously outputting an RF signal and an ultrasonic signal include an RF transmitting unit for transmitting an RF signal including unique identification information and coordinate information, and an ultrasonic wave transmitting the ultrasonic signal. And a beacon control unit for transmitting an RF signal and an ultrasonic signal simultaneously in a predetermined order through a transmitting unit, the RF transmitting unit and the ultrasonic transmitting unit, wherein the ultrasonic transmitting unit for outputting the ultrasonic signal is on the same plane. It is arranged six radially symmetrical, characterized in that the ultrasonic signals transmitted simultaneously from the six ultrasonic transmitting unit is transmitted in the 360 ° full range around the beacon.
  • Another embodiment of the present invention receives the RF signals and ultrasonic signals sequentially transmitted in a predetermined time interval from at least three beacons arranged in different locations in the room to calculate the position information by triangulation method
  • the listener includes: an RF receiving unit for receiving an RF signal from the at least three beacons; an ultrasonic receiving unit for receiving an ultrasonic signal from the at least three beacons; and when the RF signal is received at the RF receiving unit, Receiving received information from the timer unit, the RF receiving unit, the ultrasonic receiving unit and the timer unit for measuring the time when the ultrasonic signal is received by the ultrasonic receiving unit within a predetermined time to calculate the current position information of the listener by triangulation method
  • Control unit listener calculated from control unit It includes a communication unit that transmits the position information to an external device.
  • the ultrasonic receiving unit may include two ultrasonic sensor units disposed so that the ultrasonic receiving angles do not overlap each other.
  • the ultrasonic receiving unit includes an amplifying unit for amplifying a received ultrasonic signal, a high frequency removing unit for removing a high frequency component of a specific frequency or more from the amplified ultrasonic signal from the amplifying unit, and the high frequency agent. And a comparison unit configured to compare the signal from which the high frequency component is removed from the rejection with a reference signal having a predetermined level, convert the signal into a digital pulse signal having a predetermined value, and output the converted signal.
  • control unit receives the RF signal sequentially transmitted through the RF receiving unit and the digital pulse signal transmitted from the ultrasonic receiving unit to calculate the distance between the ID, X coordinate, Y coordinate and the corresponding beacon of the beacon. After storing, calculate the current position coordinate by triangulation method.
  • the current position coordinate is a distance between the corresponding beacon calculated by using the digital pulse signal is greater than the minimum distance and less than the maximum distance and checks and stores whether the ID of the corresponding beacon is duplicated three times It calculated and implemented.
  • the control unit when the current position coordinates are out of the coordinate region partitioned by the beacons, the control unit attempts to reduce the positioning error by displaying the previous coordinates as the current position coordinates.
  • the ultrasonic receiving unit of the listener includes the high frequency removing unit and the comparing unit, the ultrasonic wave reflected and received as much as possible has the effect of improving the ultrasonic receiving reliability.
  • 1 is a view for explaining the arrangement of a conventional indoor positioning system.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a beacon of a conventional indoor positioning system.
  • FIG. 3 is a view illustrating a method for obtaining a distance between a beacon using an RF signal and an ultrasonic signal using a beacon and a listener according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a situation in which ultrasonic waves are reflected by obstacles.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a process of receiving a directly received ultrasonic signal and an ultrasonic signal reflected by an obstacle with respect to a time axis.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a situation in which unwanted error coordinates are displayed on the listener due to the reflected ultrasonic signal.
  • 7 and 8 are actual product photographs of the front and rear of the 360 ° omnidirectional transmission beacon according to the present invention.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of a listener proposed in the present invention.
  • FIG. 3 is a view illustrating a method for obtaining a distance between a beacon using an RF signal and an ultrasonic signal using a beacon and a listener according to the present invention.
  • Figure 3 is a view illustrating a situation in which the ultrasonic wave is reflected by the obstacle.
  • the beacon (Beacon) emits an ultrasonic signal
  • the listener (Listener) should determine the distance to the beacon using the ultrasonic signal.
  • the listener can receive the beacon's ultrasound signal directly, but it can also receive the signal reflected by the obstacle.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a process of receiving a directly received ultrasonic signal and an ultrasonic signal reflected by an obstacle with respect to a time axis.
  • the ultrasonic signal reflected and received may not be a big problem because the ultrasonic signal is reflected later than the ultrasonic signal transmitted directly.
  • the distance from the beacon can not be accurately calculated, it may cause a problem that can not display the room position normally.
  • the listener may display unwanted error coordinates due to the reflected ultrasonic signal.
  • the present invention is to provide a beacon and listener that can solve this problem.
  • the present invention proposes a beacon capable of transmitting 360 ° omnidirectionally around a beacon in order to remove a shadow area when receiving a signal as a beacon disposed at different locations in the room and simultaneously outputting an RF signal and an ultrasonic signal.
  • 7 and 8 are actual product photographs of the front and rear of the 360 ° omnidirectional transmission beacon according to the present invention.
  • the beacon proposed in the present invention includes all the configurations of the general beacon, except that the basic six ultrasonic transmitting unit is provided.
  • an RF transmitting unit for transmitting an RF signal including identification information and coordinate information unique to the beacon of the present invention
  • an ultrasonic transmitting unit for transmitting an ultrasonic signal
  • the RF transmitting unit and the ultrasonic transmitting unit in a predetermined order.
  • a beacon control unit is configured to simultaneously transmit an RF signal and an ultrasonic signal, respectively, and six ultrasonic transmitting units for outputting the ultrasonic signal are arranged radially symmetrically on the same plane.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of a listener proposed in the present invention.
  • the basic functional block of the beacon may be the same as FIG.
  • the listener 20 is attached to an object to receive RF signals and ultrasonic signals from at least three beacons 10 to calculate position information of the object by triangulation. do.
  • the listener 20 includes an RF receiving unit 21 for receiving an RF signal from at least three beacons 10, an ultrasonic receiving unit 22 for receiving ultrasonic signals from at least three beacons 10, Timer unit 23 for measuring the time when the ultrasonic signal is received in the ultrasonic receiving unit 22 within a predetermined time, starting with the RF signal received by the RF receiving unit 21, the RF receiving unit 21, the ultrasonic wave Listener 20 calculated from control unit 24 and control unit 24 that receive the received information from receiving unit 22 and timer unit 23, respectively, and calculate current position information of listener 20 by triangulation. It may be composed of a communication unit 25 for transmitting the location information of the) to an external terminal.
  • the timer unit 23 is provided to generate time information from the reception of the RF signal to the reception of the ultrasound
  • the beacon 10 may be configured to sort the ultrasound signals sequentially transmitted by the plurality of beacons 10.
  • the configuration that specifies only the ultrasonic signal received within a predetermined time, for example, 0.001 seconds to 0.1 seconds from the reception of the RF signal to the ultrasonic signal of the beacon 10 will be required.
  • the timer unit 23 generates the reception time information of the ultrasonic signal for each beacon 10 and transmits it to the control unit 24.
  • the control unit 24 receives the received information from the RF receiving unit 21, the ultrasonic receiving unit 22 and the timer unit 23, respectively, calculates the distance information between each beacon 10 and the listener 20 When the distance information of the three or more beacons 10 and the listeners 20 is calculated, the beacon 10 and the listeners 20 are provided to calculate current position information of the listeners 20 by triangulation.
  • the control unit 24 checks whether or not the RF signal is received from the RF receiving unit 21 and, if received, the first control unit 241 receiving the RF signal from the RF receiving unit 21 and the first control unit ( A second signal receiving the RF signal from the 241 and receiving the received information from the ultrasonic receiving unit 22 and the timer unit 23, respectively, and calculating position information of the listener by calculating distance with each beacon 10 and triangulation method;
  • the control unit 242 may be formed.
  • the first control unit 241 and the second control unit 242 may be configured to integrate the processing in one control unit as necessary.
  • the ultrasonic receiving unit 22 includes an ultrasonic sensor unit 221 for receiving an ultrasonic signal, an amplifying unit 222 for amplifying an ultrasonic signal received from the ultrasonic sensor unit 221, and ultrasonic waves amplified from the amplifying unit 222. It may be configured to include a high frequency removal unit 223 for removing a high frequency component of a specific frequency or more of the signal and a comparison unit 224 for converting the ultrasonic signal from which the high frequency component is removed from the high frequency removing unit 223 into a digital signal.
  • One of the biggest features of the indoor positioning system 100 according to the present invention is a reflection wave attenuation configuration of the ultrasonic receiving unit 22.
  • the reflected ultrasonic signal included in the ultrasonic signal amplified by the amplifying unit 222 is Most are attenuated by the removal of high frequency components.
  • the second control unit 242 briefly described how to calculate the distance from the timer unit 23 through the ultrasonic reception time information as follows.
  • the distance between the listener 20 and the beacon 10 is estimated.
  • time means a difference in arrival time of the RF signal and the ultrasonic signal.
  • the speed of the RF signal is 3 x 10 8 m / s, whereas the speed of the ultrasonic wave is approximately 344 m / s, and the arrival time between the listener 20 and the beacon 10 is because the RF signal has a much faster speed than the ultrasonic wave.
  • the difference is calculated using Equation 1 below.
  • the distance represents the distance between the listener and the beacons.
  • Equation 2 the distance between the listener and the beacon to be estimated is expressed in Equation 2 below.
  • the distance information between each listener 20 and the beacon 10 is calculated by Equation 2, and when at least three pieces of such distance information are calculated, the second controller 242 performs the listener 20 by triangulation.
  • the location information of can be calculated.
  • the beacon 10 since the beacon 10 is disposed at a fixed position, three circles having a radius corresponding to the distance value are generated by the distance between the three beacons 10 and the listeners 20 according to the triangulation method, and their intersection points It becomes the positional information of the listener 20.
  • the second control unit 242 provides the calculated position information of the listener 20 to a user attaching the listener 20 through a separate display means, or is positioned as an external terminal remotely located through the communication unit 25. Information can be sent.
  • the communication unit 25 preferably transmits by Bluetooth.
  • the function of the listener proposed by the present invention will be described.
  • the method is as follows.
  • the listener of the present invention for receiving the RF signal and the ultrasonic signal transmitted in sequence in a predetermined time interval from at least three beacons arranged in different locations in the room to calculate the position information by triangulation method
  • the listener used in the present invention is equipped with two ultrasonic receiving units, these ultrasonic receiving angles are arranged so as not to overlap each other. This is to minimize the shadow area between beacons and isners.
  • the reception angle of the ultrasonic receiving unit is about 60 degrees, in the present invention, the reception angle of about 120 can be maintained, and as a result, the shadow area can be minimized, so that the error of indoor location measurement can be substantially reduced. There is this.
  • the ultrasonic receiving unit includes an amplifying unit for amplifying the received ultrasonic signal, a high frequency removing unit for removing a high frequency component of a specific frequency or more from the amplified ultrasonic signal from the amplifying unit, and a high frequency in the high frequency removing unit. And a comparator which compares the signal from which the component is removed with a reference signal of a predetermined level and converts the signal into a digital pulse signal having a predetermined value.
  • control unit of the present invention receives the RF signal sequentially transmitted through the RF receiving unit and the digital pulse signal transmitted from the ultrasonic receiving unit to the ID, X coordinate, Y coordinate and the distance of the beacon of the beacon After calculating and storing the function to calculate the current position coordinates by triangulation method.
  • the current position coordinates displayed on the listener is a distance from the corresponding beacon calculated using the digital pulse signal is greater than the minimum distance and less than the maximum distance, and checks whether the ID of the beacon is duplicated and stored The process is performed three times to calculate.
  • the control unit when the current position coordinates calculated by the listener is out of the coordinate region partitioned by the beacons, the control unit attempts to reduce the positioning error by displaying the previous coordinates as the current position coordinates.
  • the method for calculating the position information of the listener according to the present invention consists of the following process.
  • a plurality of beacons are arranged in a matrix type.
  • the distance between the beacons symmetrically arranged in the diagonal direction will be referred to as the maximum distance in the present invention.
  • the maximum distance will be about 1.414a.
  • At least three or more beacons arranged in a matrix type sequentially transmit the RF signal and the ultrasonic signal with a predetermined time difference.
  • the minimum distance is the closest distance between the beacon and the listener, usually more than a few cm.
  • the listener determines whether the ID of the beacon for the predetermined distance that is determined to be greater than or equal to the minimum distance and equal to or greater than the maximum distance is overlapped, and stores the distance information and the ID.
  • the X coordinate of the listener's current location coordinates is located between the minimum X coordinates and the maximum X coordinates of the three beacons, and the Y coordinate of the listener's current location coordinates is the minimum X coordinates and the maximum of the three beacons. It is determined whether or not it is located between the X coordinates, and if it falls within each of the above ranges, it is represented by the current position coordinates, otherwise the previous coordinates are displayed to reduce the error.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 실내위치를 산출하는 실내측위시스템에 관한 것이다. 본 발명은 실내의 서로 다른 위치에 배치되는 적어도 3 개 이상의 비콘으로부터 일정 시간 간격으로 정해진 순서에 따라 순차적으로 각각 송신되는 RF 신호와 초음파 신호를 수신하여 삼각측량법에 의해 위치 정보를 산출하는 리스너를 제공한다. 본 발명의 리스너는 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 RF 신호를 수신하는 RF 수신유닛과, 상기 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신유닛과, 상기 RF 수신유닛에 RF 신호가 수신시 이를 시작으로 하여 일정 시간 내에 상기 초음파 수신유닛으로 초음파 신호가 수신되는 시간을 측정하는 타이머유닛, 상기 RF 수신유닛, 초음파 수신유닛 및 타이머유닛으로부터 각각 수신 정보를 전달받아 삼각측량법에 의해 리스너의 현재 위치 정보를 산출하는 제어유닛, 제어유닛으로부터 산출되는 리스너의 위치 정보를 외부단말기로 송신하는 통신유닛을 포함한다.

Description

실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너
본 발명은 실내위치를 산출하는 실내측위시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 다수의 비콘이 순차적으로 송신하는 RF 신호 및 초음파 신호를 이동가능한 리스너가 수신함에 따라 고정된 비콘들의 위치정보 및 계산된 거리 정보를 통해 리스너의 위치정보를 보다 효율적으로 산출하기 위한 "실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너"에 관한 것이다.
컴퓨터화의 새로운 패러다임으로 등장한 유비쿼터스(ubiquitous)화는 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 기반으로 물리공간을 지능화함과 동시에 물리공간에 펼쳐진 각종 사물들을 네트워크로 연결시키려는 노력으로 정의할 수 있다.
유비쿼터스 컴퓨팅이란 도로, 다리, 터널, 빌딩, 건물벽 등 모든 물리공간과 객체에 컴퓨팅 기능을 추가하여 모든 사물과 대상이 지능화되고, 전자공간에 연결되어 서로 정보를 주고 받는 공간을 만드는 개념으로 기존 홈 네트워크, 모바일 컴퓨팅보다 한 단계 발전된 컴퓨팅 환경을 말한다. 또한, 유비쿼터스 컴퓨팅은 모든 컴퓨터가 서로 연결되고 이용자 눈에 보이지 않으며 언제 어디서나 사용 가능하고 현실세계의 사물과 환경 속으로 스며들어 일상 생활에 통합되는 것을 기본 전제로 한다.
유비쿼터스 네트워크는 누구든지 언제, 어디서나 통신속도 등의 제약 없이 이용할 수 있고, 모든 정보나 콘텐츠를 유통시킬 수 있는 정보통신 네트워크를 의미한다. 이의 실현으로 기존 정보통신 네트워크와 서비스가 가지고 있었던 여러 가지 제약으로부터 벗어나 이용자가 자유롭게 정보통신 서비스를 이용할 수 있도록 한다.
특히, 유비쿼터스 네트워크와 다양한 센서의 활용으로 시간과 공간의 제한을 뛰어넘는 커뮤니티를 형성할 수 있고, 이를 매개로 사람과 사물의 주변 상황인식(context awareness) 및 위치인식(location awareness)이 가능해진다.
가까운 미래에는 이러한 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 통해 새롭고 다양한 서비스가 창출될 것이다. 특히, 언제 어디서나 사람과 사물과 같은 객체의 위치를 인식하고, 이를 기반으로 유용한 서비스를 제공하는 유비쿼터스 위치기반 서비스(Ubiquitous Location Based Services: U-LBS)가 중요한 서비스로 대두되고 있다. 그리고, 유비쿼터스 위치기반 서비스 제공을 위해 가장 중요한 기반 요소 기술중의 하나인 위치인식시스템 기술은 현재 선진 각국에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
현재 GPS 위성을 사용하지 않는 비접촉식 실내 위치 확인 시스템은 대부분 이동하는 로봇에 적용하기 위한 것으로 적외선 센서를 이용하는 방법, 카메라를 이용하여 화상인식을 통해 위치를 측정하는 방법, 정해진 경로를 따라 이동하는 로봇을 통해 위치를 측정하는 방법이 존재한다.
적외선을 이용하는 경우 태양광 등의 영향으로 위치의 측정이 정밀하지 못하고, 카메라를 이용하여 화상인식을 통해 위치를 측정하는 방법은 설치와 유지에 따른 비용이 너무 크다는 단점이 있으며, 정해진 경로를 따라 이동하는 로봇을 통한 위치 측정은 일반적인 자유도를 가지는 응용환경에서는 적용하기 어렵다는 단점이 있다.
이에, 이동체의 실내위치에 대하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 위치 정보를 실시간으로 제공할 수 있는 새로운 위치 측정 방법 및 시스템의 도입이 절실히 요구되고 있는데, 이러한 기술 중의 하나로 비콘과 리스너를 이용한 실내측위 방법 내지 시스템에 관한 연구 개발이 진행되고 있다.
도 1은 비콘과 리스너를 이용한 종래 실내측위시스템의 배치도이며, 도 2에는 종래 실내측위시스템에 사용되는 비콘의 내부 구성을 설명하는 기능 블록도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 종래 실내측위시스템은 크게 실내의 서로 다른 위치에 배치되어 RF 신호와 초음파 신호를 동시에 출력하는 적어도 3개 이상의 비콘(10)과, 객체에 부착되어 상기 적어도 3개 이상의 비콘(10)으로부터 각각 RF 신호와 초음파 신호를 수신하여 삼각측량법에 의해 객체의 위치 정보를 산출하는 리스너(미도시)로 이루어진다.
여기서 비콘(10)은 리스너의 위치 정보 산출을 위한 실내 공간에 어느 정도 균일하게 이격되어 다수개가 고정 설치된다.
만일 정사각형의 실내라면 각 모서리측에 4개소가 설치됨이 바람직하며 면적이 넓은 경우에는 각 변의 중심점에 각 4개가 추가 설치될 수도 있다.
이와 같이 실내의 면적이나 형태에 따라 비콘(10)의 배치 위치나 개수는 달라질 수 있으며, 적절한 개수와 위치 선정을 통해 실내 위치 정보의 산출 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이러한 비콘(10)은 고유의 식별 정보 및 좌표 정보가 포함된 RF 신호를 송신하는 RF 송신유닛(11)과, 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신유닛(12) 및 정해진 순서에 따라 동시에 상기 RF 송신유닛(11)과 초음파 송신유닛(12)을 통해 RF 신호 및 초음파 신호가 송신되도록 하는 비콘제어유닛(13)을 포함하여 구성된다.
비콘제어유닛(13)은 정해진 순서에 따라 신호를 송출하기 위해 사전에 해당 비콘(10)별로 순서가 정해지는데, 예를 들면 도 1의 경우 1번 비콘이 먼저 송출한 후 순차 송출한다. 그 다음, 0.25ms 시간 후에 2번 비콘이 송출하며, 이로부터 0.25ms 시간 후에 3번 비콘이 송출하는 방식을 취하고 있다.
여기서 시간 분할 설정이나 순서는 자유롭게 설정할 수 있음은 물론이며, 1번 비콘(10)의 RF 송신유닛(11)과 초음파 송신유닛(12)의 신호 송출은 설정에 따라 리스너의 요청 신호에 의해 호출되도록 할 수도 있다.
즉, 리스너가 실내에 위치하지 않거나 리스너가 위치 정보를 알고자 하지 않을 경우에도 다수의 비콘(10)들이 계속하여 신호 정보를 송출한다면 전력 낭비가 될 것이므로 필요시에 리스너가 위치 정보 산출을 위해 비콘(10)들에게 송출 요청을 보내면 정해진 순서에 따라 다수의 비콘(10)들이 각각 순차적으로 신호를 송출하도록 할 수 있다.
그런데, 비콘 및 리스너를 이용한 종래의 실내측위 방법 내지 시스템은 다음과 같은 문제점을 안고 있다.
1. 리스너에 탑재되는 상용 초음파 수신유닛의 수신 각도가 60˚± 10˚인 관계로 객체 이동으로 인하 리스너의 이동 방향에 따라 음영 지역이 자주 발생하고 이로 인하여 리스너의 위치 확인이 제대로 이루어지지 않는 경우가 빈번하게 발생한다.
2. 비콘에서 송출되는 초음파 신호는 리스너로 직접 전송되는 경우도 있으나, 실내의 벽이나 기둥 등과 같은 장애물에 적어도 1 회 이상 반사되어 소정의 시간차를 두고서 리스너로 전송되는 경우가 발생하기 때문에 정확한 위치 파악이 곤란한 상황이 빈번하게 발생한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 다수의 비콘이 정해진 순서대로 순차적으로 송신하는 RF 신호 및 초음파 신호를 이동가능한 리스너가 수신함에 따라 고정된 비콘들의 위치정보 및 계산된 거리 정보를 통해 리스너의 위치정보를 보다 정확히 산출하기 위한 실내측위 방법 내지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리스너에서의 초음파 수신 각도를 110˚~130˚ 범위로 향상시키기 위하여 2개의 초음파 수신유닛가 탑재된 리스너를 제공함으로써 위치 측정 정확도를 개선시킬 수 있는 리스너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 하나의 비콘에서 송출된 초음파 신호가 주변 장애물로 인하여 리스너에 복수개의 신호로 수신되는 경우 최단 거리를 검출할 수 있는 알고리즘을 갖춘 리스너를 제안함과 아울러 이를 가능하게 하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 제안하는 실내의 서로 다른 위치에 배치되어 RF 신호와 초음파 신호를 동시에 출력하는 비콘은 고유의 식별 정보 및 좌표 정보가 포함된 RF 신호를 송신하는 RF 송신유닛과, 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신유닛, 상기 RF 송신유닛과 상기 초음파 송신유닛을 통해 정해진 순서에 따라 동시에 RF 신호 및 초음파 신호를 각각 송신하도록 하는 비콘제어유닛을 포함하며, 상기 초음파 신호를 출력하는 상기 초음파 송신유닛이 동일 평면 상에서 방사상 대칭으로 6개 배치되어 있으며, 6개의 상기 초음파 송신유닛에서 동시에 송출되는 상기 초음파 신호는 상기 비콘을 중심으로 360°전범위로 송신되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예인 실내의 서로 다른 위치에 배치되는 적어도 3 개 이상의 비콘으로부터 일정 시간 간격으로 정해진 순서에 따라 순차적으로 각각 송신되는 RF 신호와 초음파 신호를 수신하여 삼각측량법에 의해 위치 정보를 산출하는 리스너는 상기 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 RF 신호를 수신하는 RF 수신유닛과, 상기 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신유닛과, 상기 RF 수신유닛에 RF 신호가 수신시 이를 시작으로 하여 일정 시간 내에 상기 초음파 수신유닛으로 초음파 신호가 수신되는 시간을 측정하는 타이머유닛, 상기 RF 수신유닛, 초음파 수신유닛 및 타이머유닛으로부터 각각 수신 정보를 전달받아 삼각측량법에 의해 리스너의 현재 위치 정보를 산출하는 제어유닛, 제어유닛으로부터 산출되는 리스너의 위치 정보를 외부단말기로 송신하는 통신유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 초음파 수신유닛은 초음파 수신각도가 상호 중첩되지 않도록 배치되는 2개의 초음파 센서부를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 초음파 수신유닛은 수신되는 초음파 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부로부터 증폭된 초음파 신호 중에서 특정 주파수 이상의 고주파 성분을 제거하는 고주파제거부, 및 상기 고주파제거부에서 고주파 성분이 제거된 신호를 소정 레벨의 기준 신호와 비교하여 소정치의 디지털 펄스 신호로 변환하여 출력하는 비교부를 포함한다.
그리고, 제어유닛은 상기 RF 수신유닛을 통하여 순차적으로 전송받는 RF 신호와 상기 초음파 수신유닛으로부터 전송받은 상기 디지털 펄스 신호를 수신하여 해당 비콘의 ID, X좌표, Y 좌표 및 해당 비콘과의 거리를 산출하여 저장한 후 삼각측량법에 의하여 현재 위치 좌표를 산출한다.
본 발명에서, 상기 현재 위치 좌표는 상기 디지털 펄스 신호를 이용하여 산출한 상기 해당 비콘과의 거리가 최소 거리보다 크고 최대 거리보다 작으며 상기 해당 비콘의 ID 중복 여부를 체크하여 저장하는 과정을 3회 실시하여 산출한 것이다.
한편, 본 발명에서는 상기 현재 위치 좌표가 해당 비콘들에 의하여 구획되는 좌표 영역을 벗어나는 경우 상기 제어유닛은 직전 좌표를 현재 위치 좌표로 표시하도록 하여 측위 오차를 줄이고자 하였다,
본 발명에서 제안하는 비콘 및 리스너를 사용하는 경우 다음과 같음 효과를 기대할 수 있다.
1. 적어도 2개의 초음파 수신유닛을 리스너에 탑재시킴으로써 수신 각도를 대략 120˚ 정도로 확장시킬 수 있기 음영 지역을 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
2. 다수의 비콘이 정해진 시간 내에 순차적으로 RF 신호 및 초음파 신호를 전송하는 타임슬롯 기반의 브로드 캐스팅 방법을 사용함에 따라 CSMA 방식의 단점을 보완할 수 있는 효과가 있다.
3. 리스너의 초음파 수신유닛에서 고주파제거부 및 비교부를 포함함에 따라 반사되어 수신되는 초음파를 최대한 제거하여 초음파 수신 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 실내측위시스템의 배치를 설명하는 도면이다.
도 2는 종래 사용되는 실내측위시스템의 비콘의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비컨과 리스너를 이용하여 RF 신호와 초음파 신호를 이용하여 비콘과의 거리를 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 초음파가 장애물에 의하여 반사되는 상황을 설명하는 도면이다.
도 5는 직접 수신된 초음파 신호와 장애물에 의하여 반사된 초음파 신호가 리스너로 수신되는 과정을 시간축을 기준으로 설명하는 도면이다.
도 6은 리스너에는 반사된 초음파 신호로 인하여 원하지 않는 에러 좌표가 표시되는 상황을 설명하는 도면이다.
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 360°전방위 송신 가능한 비콘의 전면 및 후면의 실제 제품 사진이다.
도 9는 본 발명에서 제안하는 리스너의 기능 블록도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실내측위시스템에 대해 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 비컨과 리스너를 이용하여 RF 신호와 초음파 신호를 이용하여 비콘과의 거리를 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
도시된 바와 같이, 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 전파는 빛의 속도와 같고, 음파는 공기중에서 약 (331.5+06t)m/s(t = 섭씨 온도)이므로, 근거리(10m 이내)에서 빛의 속도를 무시한다면, 비콘과 리스너간의 거리는 초음파의 도달 시간에 의해 결정될 것이다.
그런데, 음파는 벽이나, 기둥 등 장애물에 의해 반사되는 특성이 있는데, 도 3은 초음파가 장애물에 의하여 반사되는 상황을 설명하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 비콘(Beacon)은 초음파 신호를 방사하며, 리스너(Listener)는 초음파 신호를 이용해 비콘과의 거리를 구해야 한다.
하지만 리스너는 비콘의 초음파 신호를 직접 받을 수도 있지만 장애물에 의해 반사된 신호도 받을 수 있다.
도 5는 직접 수신된 초음파 신호와 장애물에 의하여 반사된 초음파 신호가 리스너로 수신되는 과정을 시간축을 기준으로 설명하는 도면이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 반사되어 수신되는 초음파 신호는 반사되지 않고 직접 전달되는 초음파 신호보다 늦게 들어오게 되기 때문에 큰 문제가 되지 않을 수 있다.
그러나, 리스너의 수신 측 초음파 센서의 수신 각도 문제 또는 장애물에 의해 반사된 초음파 신호만을 수신하는 경우, 비콘과의 거리를 정확하게 계산하지 못해, 정상적으로 실내 위치를 표시하지 못한다는 문제점이 초래될 수 있다.
이러한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 리스너에는 반사된 초음파 신호로 인하여 원하지 않는 에러 좌표가 표시될 수 있을 것이다.
이에 본 발명에서는 이러한 문제점을 해소할 수 있는 비콘과 리스너를 제공하고자 한다.
먼저, 본 발명에서는 실내의 서로 다른 위치에 배치되어 RF 신호와 초음파 신호를 동시에 출력하는 비콘으로서 리스너와의 신호 수수시 음영 지역을 제거하기 위하여 비콘을 중심으로 360°전방위 송신 가능한 비콘을 제안한다.
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 360°전방위 송신 가능한 비콘의 전면 및 후면의 실제 제품 사진이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에서는 초음파 신호를 출력하는 초음파 송신유닛이 기판의 동일 평면 상에서 방사상 대칭으로 6개 배치되어 있음을 알 수 있다.
참고로, 본 발명에서 제안하는 비콘의 경우 기본적인 6개의 초음파 송신유닛을 구비한다는 것을 제외하고는 일반적인 비콘의 구성을 모두 포함한다.
예컨대, 본 발명의 비콘의 고유의 식별 정보 및 좌표 정보가 포함된 RF 신호를 송신하는 RF 송신유닛과, 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신유닛, 상기 RF 송신유닛과 상기 초음파 송신유닛을 통해 정해진 순서에 따라 동시에 RF 신호 및 초음파 신호를 각각 송신하도록 하는 비콘제어유닛을 포함하며, 상기 초음파 신호를 출력하는 상기 초음파 송신유닛이 동일 평면 상에서 방사상 대칭으로 6개 배치되어 구성된다.
다음, 도 9는 본 발명에서 제안하는 리스너의 기능 블록도이다. 참고로, 비콘의 기본 기능 블록은 도 2와 동일할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 한편 리스너(20)는 객체에 부착되어 적어도 3개 이상의 비콘(10)으로부터 각각 RF 신호와 초음파 신호를 수신하여 삼각측량법에 의해 객체의 위치 정보를 산출하는 기능을 수행한다.
이러한 리스너(20)는 적어도 3개 이상의 비콘(10)으로부터 RF 신호를 수신하는 RF 수신유닛(21)과, 적어도 3개 이상의 비콘(10)으로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신유닛(22)과, RF 수신유닛(21)에 RF 신호가 수신시 이를 시작으로 하여 일정 시간 내에 초음파 수신유닛(22)에 초음파 신호가 수신되는 시간을 측정하는 타이머유닛(23)과, RF 수신유닛(21), 초음파 수신유닛(22) 및 타이머유닛(23)으로부터 각각 수신 정보를 전달받아 삼각측량법에 의해 리스너(20)의 현재 위치 정보를 산출하는 제어유닛(24) 및 제어유닛(24)으로부터 산출되는 리스너(20)의 위치 정보를 외부단말기로 송신하는 통신유닛(25)으로 이루어질 수 있다.
한편 타이머유닛(23)는 RF 신호 수신시로부터 초음파 수신시까지의 시간 정보를 생성하기 위해 마련되는데, 다수 비콘(10)이 순차적으로 송출하는 초음파 신호들과의 선별을 위해 특정 비콘(10)의 RF 신호 수신시로부터 일정 시간, 예를 들면 0.001초 내지 0.1초 내에 수신되는 초음파 신호만을 해당 비콘(10)의 초음파 신호로 특정하는 구성이 필요할 것이다.
이에 따라 타이머유닛(23)은 각 비콘(10)별 초음파 신호의 수신 시간 정보를 생성하여 이를 제어유닛(24)에 전달한다.
상기 제어유닛(24)는 상기 RF 수신유닛(21), 초음파 수신유닛(22) 및 타이머유닛(23)으로부터 각각 수신 정보를 전달받아 각 비콘(10)과 리스너(20) 간의 거리 정보를 산출하고 3개 이상의 비콘(10)과 리스너(20) 거리정보가 산출되면 이를 통해 삼각측량법에 의해 리스너(20)의 현재 위치 정보를 산출하도록 구비된다.
제어유닛(24)은 RF 수신유닛(21)으로부터 RF 신호가 수신되는지 여부를 확인하여 수신되는 경우 RF 수신유닛(21)으로부터 RF 신호를 전달받는 제1제어부(241)와, 상기 제1제어부(241)로부터 RF 신호를 전달받으며 초음파 수신유닛(22) 및 타이머유닛(23)으로부터 각각 수신정보를 전달받아 각 비콘(10)과의 거리 산출과 삼각측량법에 의해 리스너의 위치 정보를 산출하는 제2제어부(242)로 이루어질 수 있다. 참고로, 제1제어부(241) 및 제2제어부(242)는 필요에 따라 하나의 제어부에서 이를 통합 프로세싱하도록 구성할 수도 있게 되어 있다.
초음파 수신유닛(22)은 초음파 신호를 수신하는 초음파센서부(221)와, 초음파센서부(221)로부터 수신되는 초음파 신호를 증폭하는 증폭부(222)와, 증폭부(222)로부터 증폭된 초음파 신호의 특정 주파수 이상의 고주파 성분을 제거하는 고주파제거부(223) 및 고주파제거부(223)로부터 고주파 성분이 제거된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하는 비교부(224)를 포함하여 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 실내측위시스템(100)의 가장 큰 특징 중 하나가 이러한 초음파 수신유닛(22)의 반사파 감쇠 구성에 있는데, 상기 증폭부(222)를 통해 증폭된 초음파 신호 중에 포함된 반사 초음파 신호는 대부분 고주파 성분 제거에 의해 감쇠되게 된다.
아울러 비교부(224)를 통해서도 일정 레벨 이상의 출력값만 디지털 신호 변환시 출력됨에 따라 감쇠된 반사파가 제거되는 효과가 유도된다.
이에 따라 반사파에 의한 위치 정보 산출값의 신뢰도 저하를 최소화할 수 있다.
한편, 제2제어부(242)가 타이머유닛(23)으로부터 초음파 수신 시간 정보를 통해 거리 산출을 하는 방법에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.
리스너(20)와 비콘(10) 사이의 거리를 추정하는데 있어
거리 = 속도 × 시간
으로 리스너(20)와 비콘(10) 사이의 거리를 추정한다.
여기에서, 시간은 RF 신호와 초음파 신호의 도착 시간 차이를 의미한다.
RF 신호의 속도는 3 x 108 m/s 인데 비해서 초음파의 속도는 대략 344 m/s로 RF 신호가 초음파에 비해 훨씬 빠른 속력을 가지고 있으므로 상기 리스너(20)와 비콘(10) 사이의 도착시간 차이는 아래의 수학식 1을 사용하여 산출한다.
[수학식1]
도착시간의 차이= (거리/초음파 속도)×(거리/RF신호의 속도)
여기서, 거리는 리스너와 비콘 사이의 거리를 나타낸다.
RF 신호의 속력은 3 x 108 m/s로서 수학식 1에서 거리/RF 신호의 속도 값은 무시할 수 있는 정도의 충분히 작은 값이므로, 추정하고자 하는 리스너와 비콘 사이의 거리는 하기의 수학식 2에 의해 계산할 수 있다.
[수학식2]
거리 = 도착시간의 차이 × 초음파의 속도
따라서 상기 수학식 2에 의해 각 리스너(20)와 비콘(10) 간의 거리 정보가 산출되게 되며, 이러한 거리 정보가 적어도 3개 이상 산출되면 제2제어부(242)는 삼각측량법에 의해 리스너(20)의 위치 정보를 산출할 수 있다.
즉, 비콘(10)이 고정된 위치에 배치되므로 삼각측량법에 따라 3개의 비콘(10)과 리스너(20) 간 거리에 의해 해당 거리값 만큼의 반경을 가지는 세 개의 원이 생성되며 이들의 교차점이 리스너(20)의 위치 정보가 된다.
아울러 제2제어부(242)는 산출된 리스너(20)의 위치 정보를 별도의 디스플레이 수단을 통해 리스너(20)를 부착하는 사용자에게 제공하거나 통신유닛(25)을 통해 원격에 위치되는 외부단말기로 위치 정보를 송신할 수 있다.
여기서 통신유닛(25)는 블루투스 방식으로 전송함이 바람직하다.
다음, 본 발명에서 제안하는 리스너의 기능에 대하여 설명하기로 한다. 참고로, 본 발명에 따른 비콘 및 리스너를 아용한 실내 위치 추적 방법에서는 하드웨어적인 필터링과, 소프트웨어적 알고리즘을 이용해 실내 위치 추적의 신뢰도를 개선시키고자 하였으며 그 방법은 다음과 같다.
먼저, 실내의 서로 다른 위치에 배치되는 적어도 3 개 이상의 비콘으로부터 일정 시간 간격으로 정해진 순서에 따라 순차적으로 각각 송신되는 RF 신호와 초음파 신호를 수신하여 삼각측량법에 의해 위치 정보를 산출하는 본 발명의 리스너는 상기 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 RF 신호를 수신하는 RF 수신유닛과, 상기 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신유닛과, 상기 RF 수신유닛에 RF 신호가 수신시 이를 시작으로 하여 일정 시간 내에 상기 초음파 수신유닛으로 초음파 신호가 수신되는 시간을 측정하는 타이머유닛, 상기 RF 수신유닛, 초음파 수신유닛 및 타이머유닛으로부터 각각 수신 정보를 전달받아 삼각측량법에 의해 리스너의 현재 위치 정보를 산출하는 제어유닛, 제어유닛으로부터 산출되는 리스너의 위치 정보를 외부단말기로 송신하는 통신유닛을 포함한다.
한편, 본 발명에서 사용된 리스너에는 2개의 초음파 수신유닛을 탑재하였으며, 이들의 초음파 수신각도는 상호 중첩되지 않도록 배치하였다. 이는 비콘과 이스너간의 음영 지역을 최소화시키기 위함이다.
일반적으로 초음파 수신유닛의 수신각도가 대략 60도 전후이므로 본 발명의 경우 120 전후의 수신각을 유지할 수 있으며 그 결과 음영 지역을 최소화시킬 수 있기 때문에 실내 위치 측정의 오차를 상당 부분 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
참고로, 본 발명에 따르 초음파 수신유닛은 수신되는 초음파 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부로부터 증폭된 초음파 신호 중에서 특정 주파수 이상의 고주파 성분을 제거하는 고주파제거부, 및 상기 고주파제거부에서 고주파 성분이 제거된 신호를 소정 레벨의 기준 신호와 비교하여 소정치의 디지털 펄스 신호로 변환하여 출력하는 비교부를 포함한다.
그리고 본 발명의 제어 유닛은 상기 RF 수신유닛을 통하여 순차적으로 전송받는 RF 신호와 상기 초음파 수신유닛으로부터 전송받은 상기 디지털 펄스 신호를 수신하여 해당 비콘의 ID, X좌표, Y 좌표 및 해당 비콘과의 거리를 산출하여 저장한 후 삼각측량법에 의하여 현재 위치 좌표를 산출하는 기능을 수행한다.
본 발명에 있어서, 리스너에 표시되는 현재 위치 좌표는 상기 디지털 펄스 신호를 이용하여 산출한 상기 해당 비콘과의 거리가 최소 거리보다 크고 최대 거리보다 작으며 상기 해당 비콘의 ID 중복 여부를 체크하여 저장하는 과정을 3회 실시하여 산출하는 방식을 취한다.
한편, 본 발명에서, 리스너에 의하여 산출된 현재 위치 좌표가 해당 비콘들에 의하여 구획되는 좌표 영역을 벗어나는 경우 상기 제어유닛은 직전 좌표를 현재 위치 좌표로 표시하여 측위 오차를 감소시키고자 하였다.
이하에서는 본 발명에 따른 리스너의 구체적인 기능에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 리스너의 위치 정보 산출 방법은 다음과 같은 과정으로 이루어진다.
먼저, 복수개의 비콘을 매트릭스 타입으로 배치한다.
매트릭스 타입으로 배치되어 있는 비콘에 있어서 대각선 방향으로 대칭적으로 배치되어 있는 비컨간 거리를 본 발명에서는 최대 거리라고 하기로 한다.
예컨대, 한변의 길이가 a이고 정사각형 구조로 배치된 경우 최대거리는 약 1.414a가 될 것이다.
다음, 매트릭스 타입으로 배치되어 있는 적어도 3 개 이상의 비콘은 RF 신호와 초음파 신호를 소정의 시간차를 두고서 순차적으로 송출한다.
리스너에서는 이를 수신한 후 다음과 과정을 수행한다.
수신된 거리가 최소 거리보다 큰지 여부를 판단한다. 여기서 최소 거리란 비콘과 리스너간 최근접 거리로 통상 수cm 이상이다.
다음, 수신된 거리가 최대 거리보다 작은지 여부를 판단한다. 만약 수신된 거리가 최대 거리 이상인 경우에는 해당 정보는 무시하고 처음으로 돌아간다.
다음, 리스너는 최소 거리 이상이고 최대 거리 이상으로 판단된 소정 거리에 대한 비콘의 ID가 중복인지 여부를 판정하고 해당 거리 정보와 ID를 저장한다.
다음, 위의 과정을 추가로 2회 이상 반복하여 삼각 측량법에 의한 위치 산출을 수행한다.
다음, 이렇게 산출된 리스너의 현재 위치 좌표의 X좌표가 3개 비콘의 최소 X좌표 및 촤대 X좌표 사이에 위치하는지 여부, 그리고 리스너의 현재 위치 좌표의 Y좌표가 3개 비콘의 최소 X좌표 및 촤대 X좌표 사이에 위치하는지 여부를 판정하여 상기 범위내에 각각 속하는 경우 이를 현재의 위치 좌표로 표시하고, 그렇지 않은 경우 직전 좌표를 표시함으로써 오차를 줄이고자 하였다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

Claims (4)

  1. 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너 장치로서,
    실내의 서로 다른 위치에 배치되는 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 일정 시간 간격으로 정해진 순서에 따라 순차적으로 각각 송신되는 RF 신호와 초음파 신호를 수신하여 삼각측량법에 의해 위치 정보를 산출하는 리스너는
    상기 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 RF 신호를 수신하는 RF 수신유닛과,
    상기 적어도 3개 이상의 비콘으로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신 유닛과,
    상기 RF 수신유닛에 RF 신호가 수신시 이를 시작으로 하여 일정 시간 내에 상기 초음파 수신유닛으로 초음파 신호가 수신되는 시간을 측정하는 타이머유닛,
    상기 RF 수신유닛, 초음파 수신유닛 및 타이머유닛으로부터 각각 수신 정보를 전달받아 삼각측량법에 의해 리스너의 현재 위치 정보를 산출하는 제어유닛,
    제어유닛으로부터 산출되는 리스너의 위치 정보를 외부단말기로 송신하는 통신유닛을 포함하며,
    상기 초음파 수신유닛은 수신되는 초음파 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부로부터 증폭된 초음파 신호 중에서 특정 주파수 이상의 고주파 성분을 제거하는 고주파제거부 및 상기 고주파제거부에서 고주파 성분이 제거된 신호를 디지털 신호로 변환하되 소정 레벨의 기준 신호와 비교하여 소정 레벨이상 출력값만 디지털 펄스 신호로 변환하여 출력하는 비교부를 포함하며,
    상기 제어유닛은 상기 RF 수신유닛을 통하여 순차적으로 전송받는 RF 신호와 상기 초음파 수신유닛으로부터 전송받은 상기 디지털 펄스 신호를 수신하여 해당 비콘의 ID, X좌표, Y 좌표 및 해당 비콘과의 거리를 산출하여 저장한 후 삼각측량법에 의하여 현재 위치 좌표를 산출하며,
    상기 현재 위치 좌표는 상기 디지털 펄스 신호를 이용하여 산출한 상기 해당 비콘과 리스너간의 거리가 상기 비콘과 리스너간의 최소 거리보다 크고 최대 거리보다 작으며 상기 해당 비콘의 ID 중복 여부를 체크하여 저장하는 과정을 복수회 실시하여 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비콘 각각은
    고유의 식별 정보 및 좌표 정보가 포함된 RF 신호를 송신하는 RF송신유닛과,
    초음파 신호를 송신하는 초음파 송신유닛,
    상기 RF 송신유닛과 상기 초음파 송신유닛을 통해 정해진 순서에 따라 동시에 RF 신호 및 초음파 신호를 각각 송신하도록 하는 비콘제어유닛을 포함하며,
    상기 초음파 신호를 출력하는 상기 초음파 송신유닛이 동일 평면 상에서 방사상 대칭으로 6개 배치되어 있으며, 6개의 상기 초음파 송신유닛에서 동시에 송출되는 상기 초음파 신호는 상기 비콘을 중심으로 360°전범위로 송신되는 것을 특징으로 하는 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너 장치.
  3. 제1항에 있어서
    상기 초음파 수신유닛은 초음파 수신각도가 상호 중첩되지 않도록 배치되는 2개의 초음파 센서부를 구비하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 현재 위치 좌표가
    상기 비콘 각각에 의하여 구획되는 좌표 영역을 벗어나는 경우 상기 제어유닛은 직전 좌표를 현재 위치 좌표로 표시하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너 장치.
PCT/KR2015/008064 2014-08-04 2015-07-31 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너 WO2016021887A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140100096A KR101537742B1 (ko) 2014-08-04 2014-08-04 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너
KR10-2014-0100096 2014-08-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016021887A1 true WO2016021887A1 (ko) 2016-02-11

Family

ID=53874075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/008064 WO2016021887A1 (ko) 2014-08-04 2015-07-31 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101537742B1 (ko)
WO (1) WO2016021887A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110335001A (zh) * 2019-08-08 2019-10-15 重庆邮电大学 一种快递件定位指引系统及方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101882845B1 (ko) 2015-08-17 2018-07-30 울산대학교 산학협력단 위치측정 시스템
KR101705227B1 (ko) * 2015-11-06 2017-02-09 주식회사 우리엘테크 실내측위방법
KR101969676B1 (ko) * 2018-07-10 2019-04-16 울산대학교 산학협력단 위치측정 시스템 및 그 방법
KR102247999B1 (ko) * 2020-02-14 2021-05-04 김준우 실내 측위 기술 기반 이동식 자원 움직임 데이터 수집 시스템 및 그 방법
KR102208923B1 (ko) * 2020-11-17 2021-01-28 주식회사 자임 비콘 신호의 신뢰성 검증 방법 및 시스템
KR102564549B1 (ko) 2021-06-18 2023-08-07 주식회사 다바 재실자 모니터링 및 피난경로 안내 시스템 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040052610A (ko) * 2003-06-10 2004-06-23 학교법인 한국정보통신학원 옥내 위치 측정 시스템 및 방법
US20050235056A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-20 Ken-Li Chen Location system
KR20060111167A (ko) * 2005-04-22 2006-10-26 주식회사 나인티시스템 위치 추정 방법
KR100673484B1 (ko) * 2004-12-08 2007-01-24 한국전자통신연구원 위치 측정 장치, 이를 이용한 위치 측정 시스템 및 그 방법
KR20100008158A (ko) * 2008-07-15 2010-01-25 (주)에이스안테나 Ｉｒ-ｕｗｂ 기반 방문자 관리 시스템 및 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3871524B2 (ja) * 2000-11-17 2007-01-24 富士通株式会社 座標入力装置
KR101080366B1 (ko) * 2009-01-30 2011-11-04 (주)하기소닉 초음파센서를 이용한 로봇의 위치 인식 방법 및 그 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040052610A (ko) * 2003-06-10 2004-06-23 학교법인 한국정보통신학원 옥내 위치 측정 시스템 및 방법
US20050235056A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-20 Ken-Li Chen Location system
KR100673484B1 (ko) * 2004-12-08 2007-01-24 한국전자통신연구원 위치 측정 장치, 이를 이용한 위치 측정 시스템 및 그 방법
KR20060111167A (ko) * 2005-04-22 2006-10-26 주식회사 나인티시스템 위치 추정 방법
KR20100008158A (ko) * 2008-07-15 2010-01-25 (주)에이스안테나 Ｉｒ-ｕｗｂ 기반 방문자 관리 시스템 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110335001A (zh) * 2019-08-08 2019-10-15 重庆邮电大学 一种快递件定位指引系统及方法
CN110335001B (zh) * 2019-08-08 2024-04-02 重庆邮电大学 一种快递件定位指引系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101537742B1 (ko) 2015-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016021887A1 (ko) 실내 측위 시스템용 비콘 및 리스너
CN105526934B (zh) 一种室内外一体化高精度定位导航系统及其定位方法
WO2020091286A1 (ko) 차량용 uwb 정밀 위치 추정 방법 및 시스템
KR102009791B1 (ko) Uwb를 이용한 3차원 측위 시스템
WO2012081740A1 (ko) 위치 측정을 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템, 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템, 이를 이용한 시각 동기 방법 및 장치
WO2014065539A1 (ko) 상향링크 액세스 포인트를 이용한 위치추정장치 및 위치추정방법
WO2014142478A1 (ko) 음파를 이용한 위치 정보 제공 시스템
WO2005085897A1 (en) Positioning system using ultrasonic waves and method for controlling the same
Lazik et al. Ultrasonic time synchronization and ranging on smartphones
WO2022186411A1 (ko) 로케이션 기반 스마트홈 제어 방법 및 시스템
JP2016537617A (ja) 端末補助無線測位方法及び装置
WO2004019559A3 (en) Method and system for location finding in a wireless local area network
WO2016171387A1 (ko) 위치 정보 제공 장치 및 노드 네트워크
WO2021235621A1 (ko) Gps 위치정보 매핑을 이용한 실내 측위 시스템 및 방법
WO2020262808A1 (ko) 영역(zone)을 형성하여 전자 장치에 관한 서비스를 제공하는 방법 및 그 장치
CN111722623A (zh) 一种基于蓝牙阵列天线定位的自动跟随系统
WO2016126039A1 (ko) 소리 수집 단말, 소리 제공 단말, 소리 데이터 처리 서버 및 이들을 이용한 소리 데이터 처리 시스템
WO2011096620A1 (ko) 긴급구조 시스템 및 위치 검출 방법
CN213120575U (zh) 室内定位导航系统和室内配电设备监测控制系统
KR100776979B1 (ko) 절대 위치 인식이 가능한 실내 위치 인식 시스템 및 실내위치 인식 방법 및 이를 실현시키기 위한 프로그램을기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체
WO2017030373A1 (ko) 위치측정 송신기, 수신기, 시스템 및 그 방법
KR101705227B1 (ko) 실내측위방법
WO2022124625A1 (ko) 단말의 위치 측위 시스템 및 방법
KR101188538B1 (ko) 위치 기반의 알람 시스템, 위치 기반의 알람 서비스를 제공하는 모바일 기기 및 위치 기반의 알람 서비스 제공 방법
Yaman et al. The LuViRA dataset: measurement description

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15830506

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15830506

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1