WO2023022305A1 - 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법 - Google Patents

보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법 Download PDF

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김성륜
한규원
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연세대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to an indoor positioning device and method for a pedestrian, and relates to an indoor positioning device and method for a pedestrian using a wireless signal and an inertial measurement sensor.
  • Pedestrian dead reckoning technology also called positioning
  • positioning is gaining more and more importance in modern smart cities and the like in that it acquires information capable of providing various services appropriate to the user's current environment.
  • a positioning technique capable of accurately detecting a user mobility trajectory as well as positioning of a user's current location has been required.
  • the method using radio signals is based on the received signal strength (RSS) or round-trip time (Round- By measuring the trip time (hereinafter referred to as RTT), the location of the pedestrian is determined based on the distance from each identified AP to the UE.
  • RSS received signal strength
  • RVT Round-trip time
  • the location of the pedestrian is determined based on the distance from each identified AP to the UE.
  • LOS line of sight
  • NLOS non-line of sight
  • An object of the present invention is to provide a pedestrian indoor positioning device and method capable of accurately estimating a pedestrian's moving trajectory indoors.
  • Another object of the present invention is to provide a pedestrian indoor positioning device and method capable of accurately estimating the pedestrian's position and movement trajectory even when a measurement error occurs.
  • a pedestrian indoor positioning device includes an IMU movement estimation unit for determining a pedestrian movement pattern based on a sensing signal that detects a step and a rotation angle of a pedestrian; a distance information obtaining unit configured to transmit and receive radio signals with a plurality of APs and measure a distance to each of the plurality of APs in a predetermined manner at each step; Based on a local movement trajectory obtained by setting a plurality of local coordinate systems having the location of each of the plurality of APs as an origin and using the pedestrian movement pattern and the measured distance between each of the plurality of APs on the plurality of local coordinate systems a local position estimator that calculates a bias generated by NLOS from the step length according to the step of the pedestrian and the measured distance, and determines an initial local step position of the local movement trajectory based on the calculated step length and bias; and a global position estimator configured to obtain a pedestrian movement trajectory in the global coordinate system by converting a local movement trajectory obtained
  • the IMU movement estimator may include an acceleration sensor generating an acceleration signal by detecting vertical acceleration according to the step of the pedestrian; A gyro sensor for generating a gyro signal according to the rotation angle of the pedestrian; and a movement pattern estimation unit receiving the acceleration signal and the gyro signal as the sensing signals and analyzing steps of the pedestrian and direction changes at each step to obtain the movement pattern of the pedestrian.
  • the local location estimator sets the position of each of the plurality of APs as an origin based on the distance to the plurality of APs, and sets the movement direction at the initial step position (p 1 ) of the pedestrian movement pattern as the first axis of the coordinate system.
  • a local coordinate system conversion unit that sets a plurality of local coordinate systems and converts the pedestrian movement pattern into a local movement trajectory of the local coordinate system;
  • a trajectory estimator that calculates the step length and the bias according to whether the local movement trajectory is a linear movement trajectory or a non-linear movement trajectory; and a local initial position calculator configured to determine an initial local step position in a local coordinate system based on the calculated step length and bias.
  • the trajectory estimator includes: a local step selector selecting a step located within a predetermined threshold distance from a corresponding AP location among a plurality of local step locations of the local movement trajectory as an AP-adjacent local step; If the local movement trajectory is a linear movement trajectory, two random steps different from each other are selected in various combinations from local steps adjacent to the AP, and the distance difference between the corresponding AP in the selected step and the corresponding AP in the remaining steps a linear trajectory estimator for estimating a step length and a bias according to a linear movement trajectory on a local coordinate system; and if the local movement trajectory is a non-linear movement trajectory, setting an initial local angle that is an angle between a distance from an AP corresponding to the local coordinate system to an initial local step position and an angle from a first axis of the local coordinate system to a direction of the initial local step position; Two different arbitrary steps are selected in various combinations from the local steps adjacent to the AP, and based on the distance difference between the corresponding AP at the
  • a pedestrian indoor positioning method includes determining a pedestrian movement pattern based on a sensing signal obtained by detecting a step and a rotation angle of the pedestrian; Transmitting and receiving radio signals with a plurality of APs, measuring a distance with each of the plurality of APs in a predetermined manner at each step; Based on a local movement trajectory obtained by setting a plurality of local coordinate systems having the location of each of the plurality of APs as an origin and using the pedestrian movement pattern and the measured distance between each of the plurality of APs on the plurality of local coordinate systems Calculating a bias generated by NLOS from a step length according to the step of the pedestrian and a measured distance, and determining an initial local step position of the local movement trajectory based on the calculated step length and bias; and obtaining a pedestrian movement trajectory in the global coordinate system by converting the local movement trajectory obtained in each of a plurality of local coordinate systems into a movement trajectory in the global coordinate system.
  • the indoor positioning device and method for pedestrians utilizes wireless signals and inertial measurement sensors with multiple APs in an indoor environment where errors are likely to occur due to surrounding factors to determine the user's location and movement trajectory. Not only can it be accurately estimated, but it can also estimate the exact location and movement trajectory even in the presence of measurement errors.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a pedestrian indoor positioning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a pedestrian indoor positioning device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows an example of a sensing signal obtained by an IMU movement tracker detecting a pedestrian step and a rotation angle using an IMU sensor.
  • FIG. 4 shows an example of a movement trajectory of a pedestrian estimated using the IMU sensor of FIG. 3 .
  • FIG. 5 shows an example of a detailed configuration of the local location estimation unit of FIG. 1 .
  • FIG. 6 shows an example of a local movement trajectory converted into a local coordinate system.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of estimating an initial position and an initial movement direction in a linear movement trajectory by a global position estimation unit.
  • FIG. 8 illustrates a method for positioning a pedestrian's indoor position according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a pedestrian indoor positioning system according to an embodiment of the present invention.
  • the pedestrian indoor positioning system includes at least one user equipment (UE) and a plurality of access points (AP1 to AP4).
  • at least one user equipment (UE) is a mobile device that can be carried and moved by a pedestrian, and may include a pedestrian indoor location positioning device.
  • the pedestrian indoor positioning device includes an inertial moment unit (IMU) sensor to track the movement trajectory of the pedestrian.
  • the plurality of APs (AP1 to AP4) transmit and receive various wireless signals such as WiFi with the user terminal (UE), detect the distance (r) between each AP and the user terminal (UE), and measure the detected distance (r). and global coordinate information of the AP may be transmitted to the pedestrian indoor positioning device provided in the user terminal (UE).
  • the indoor pedestrian positioning device calculates the movement trajectory of the pedestrian obtained from the IMU sensor and the global coordinate information of each AP obtained from a plurality of APs (AP1 to AP4) and the distance r between the user terminal (UE). Based on this, the indoor location of the pedestrian and the movement trajectory according to the location movement are accurately tracked.
  • the location information obtained from the pedestrian indoor positioning device and the location information obtained through a plurality of APs are integrated so that the location and movement trajectory of the pedestrian can be estimated very accurately indoors.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a pedestrian indoor positioning device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows an example of a sensing signal in which an IMU movement tracking unit detects a pedestrian step and a rotation angle using an IMU sensor
  • 4 shows an example of a movement trajectory of a pedestrian estimated using the IMU sensor of FIG. 3 .
  • the pedestrian indoor positioning device includes an IMU movement estimation unit 100, a distance information acquisition unit 200, a local location estimation unit 300, and a global location estimation unit 400. can do.
  • the IMU movement estimating unit 100 is a component for tracking the movement trajectory of a pedestrian based on the IMU sensor, and may include a sensor unit 110 and a movement pattern estimating unit 120 .
  • the sensor unit 110 outputs a sensing signal by detecting the position and direction change for each step according to the movement of the pedestrian.
  • the sensor unit 110 has an IMU sensor configuration and may include an acceleration sensor 111 and a gyro sensor 112, and may additionally include other sensors such as a magnetic field sensor or a GPS sensor.
  • the acceleration sensor 111 detects the steps of the pedestrian according to the repetitive vertical acceleration pattern generated when the pedestrian walks, and the gyro sensor 112 detects a change in direction when the pedestrian walks and outputs it as a sensing signal. .
  • FIG. 3 shows an example of an acceleration signal output from the acceleration sensor 111, and (b) shows an example of a gyro signal output from the gyro sensor 112. 4 shows a movement pattern of a pedestrian estimated based on the acceleration and gyro signals detected by the acceleration sensor 111 and the gyro sensor 112 .
  • the acceleration sensor 111 may output an acceleration signal having a peak corresponding to vertical acceleration that repeatedly occurs as a pedestrian walks, and in (b) of FIG. 3
  • the gyro sensor 112 may output a gyro signal that greatly changes when a direction is changed according to the pedestrian's rotation, while not being greatly affected by the walking of the pedestrian.
  • the movement pattern estimator 120 receives the sensing signal including the acceleration signal output from the acceleration sensor 111 and the gyro signal output from the gyro sensor 112 and analyzes it according to a predetermined method, thereby determining whether or not the pedestrian has stepped. It detects whether the direction changes according to the rotation and whether the direction change occurs, and checks the rotation angle ( ⁇ ) when the direction change occurs.
  • the movement pattern estimator 120 determines only whether a step has occurred based on an acceleration signal, and can estimate a movement pattern of a pedestrian by assuming that the step length d at each step is uniform. there is.
  • the gyro sensor 112 since it operates regardless of magnetic distortion, etc., it can accurately detect a pedestrian's direction change, that is, a rotation angle ⁇ , even indoors.
  • the step length (d) of a pedestrian is almost constant.
  • the movement pattern estimator 120 assumes that the stride length d is uniform, and while the pedestrian moves from the initial position p 1 to the position p 2 to p 8 for each step, the same pre-determined stride length ( d), the movement pattern of the pedestrian can be estimated.
  • the step length d may be designated as an arbitrary distance, and may be obtained by subsequent calculation.
  • the movement pattern estimator 120 has a predetermined angular range where all rotation angles ( ⁇ ) at positions along each step (p 2 to P 8 ) except for the initial position (p 1 ) are close to 0 (for example, -3 ° ⁇ ⁇ ⁇ 3 °), it is determined that it is within the error range, and it is determined that the pedestrian has moved along a straight trajectory, and as shown in FIG. 4, a specific step position (in FIG. 4, the fourth and sixth positions ( If the rotation angle ⁇ at p 4 , p 6 ) exceeds the angle range, it can be determined that the pedestrian has moved in a non-linear trajectory.
  • the position for each step (p 2 ⁇ p 8 ) can be determined. can be accurately estimated. That is, the movement trajectory of the pedestrian can be accurately determined.
  • the distance information acquisition unit 200 transmits and receives a wireless signal with each of a plurality of neighboring APs (AP 1 to AP M ) in a predetermined manner, and transmits and receives a wireless signal from each of the plurality of APs (AP 1 to AP M ) to the indoor positioning device for pedestrians.
  • a distance (r 1 to r M ) is checked, and position information in the global coordinate system of each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ) is acquired.
  • Each of the plurality of APs (AP 1 to AP M ) is disposed at a fixed location.
  • position information in the global coordinate system of each of the plurality of APs may be pre-stored in each AP (AP 1 to AP M ) and transmitted to the indoor positioning device for pedestrians.
  • each of the plurality of APs transmits and receives a wireless signal with the pedestrian indoor positioning device to measure received signal strength (RSS) or measure round-trip time (RTT).
  • RSS received signal strength
  • RTT round-trip time
  • each of the plurality of APs transmits the checked distance (r 1 to r M ) to the indoor positioning device for pedestrians.
  • the pedestrian indoor positioning device may be configured to directly measure the RTT and check the distances (r 1 to r M ) to the plurality of APs (AP 1 to AP M ).
  • the distance information acquisition unit 200 may check distances (r 1 to r M ) from each step position (p 1 to p 8 ) of a pedestrian for each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ).
  • a bias (b) by NLOS may be included in the distances (r 1 to r M ) between each AP (AP 1 to AP M ) and the pedestrian indoor positioning device. Further, the distances (r 1 to r M ) including the bias (b) do not represent an accurate distance between the APs (AP 1 to AP M ) and the indoor positioning device for pedestrians.
  • the local location estimator 300 converts the pedestrian movement pattern estimated by the movement pattern estimator 120 into a local movement trajectory in a local coordinate system based on the location of each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ) Then, the bias (b) by NLOS is calculated with an arbitrarily specified step length (d).
  • the local location estimator 300 converts the movement pattern of the pedestrian estimated by the movement pattern estimator 120 into a local movement trajectory on a local coordinate system having the location of each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ) as an origin, Step length (d) and bias (b) are calculated in different ways depending on whether the local movement trajectory is a linear trajectory or a non-linear trajectory.
  • FIG. 5 shows an example of a detailed configuration of the local position estimation unit of FIG. 1
  • FIG. 6 shows an example of a local movement trajectory converted to a local coordinate system.
  • the local position estimation unit 300 may include a local coordinate system conversion unit 310 , a trajectory estimation unit 320 and a local initial position calculation unit 330 .
  • the local coordinate system conversion unit 310 sets the pedestrian movement pattern estimated by the movement pattern estimation unit 120 as the origin of the location of each of the plurality of APs (AP 1 to AP M ), instead of the x and y axes of the global coordinate system.
  • the pedestrian's movement trajectory a plurality of local coordinate systems are set in which the initial movement direction is the q-axis direction and the u-axis perpendicular to the q-axis, and the initial position of the pedestrian's movement pattern (p 1 ) corresponds to AP (AP m ), the movement pattern of the pedestrian is converted into a local movement trajectory of the local coordinate system so as to be disposed at a position spaced apart by a distance (r m,1 ) from the pedestrian.
  • the local coordinate system conversion unit 310 configures a local coordinate system for each of a plurality of APs (AP 1 to AP M )
  • the local movement trajectory is also a trajectory on the local coordinate system corresponding to the number of APs (AP 1 to AP M ) appears as That is, M local coordinate systems and M corresponding local movement trajectories are obtained.
  • a local coordinate system according to one AP (AP m ) among M local coordinate systems will be described as an example.
  • an identifier (m) for distinguishing a plurality of APs (AP 1 to AP M ), that is, The identifier (m) for the local coordinate system is omitted and described.
  • the local coordinate system conversion unit 310 sets the movement direction from the initial position p 1 to the q axis of each local coordinate system in the movement pattern of the pedestrian.
  • the local coordinate system can be viewed as a configuration rotated by an angle corresponding to the initial movement direction (w) so that the initial movement direction (w) in the global coordinate system of FIG. 4 becomes the q-axis direction, and N step positions in the global coordinate system.
  • (p 1 ⁇ p N ) can be re-expressed as N local step positions (z 1 ⁇ z N ) in the local coordinate system.
  • local coordinates of each of the local step positions (z 1 to z N ) may be expressed as ((q 1 , u 1 ) to (q N , u N )) along the q-axis and the u-axis.
  • each of the local step positions (z 1 to z N ) according to the local movement trajectory is based on the local coordinates (q 1 , u 1 ) of the initial local step position (z 1 ), the step length (d) and bias (b), and the q axis. It can be arranged as in Equation 1 in consideration of the rotation angle ( ⁇ ) in each of the total N steps to be.
  • the trajectory estimator 320 determines that the pedestrian movement pattern estimated by the movement pattern estimating unit 120 is
  • the step length (d) and the bias (b) are calculated by re-estimating the local movement trajectory on the local coordinate system by classifying it according to whether it is a linear trajectory or a non-linear trajectory.
  • the trajectory estimator 320 may include a local step selector 321 , a linear trajectory estimator 322 and a non-linear trajectory estimator 323 .
  • the local step selector 321 first determines a predetermined threshold distance ( r k ) are grouped into adjacent step groups, and two local steps are selected in all possible combinations from a plurality of local steps included in the adjacent step groups.
  • the local step selection unit 321 selects two local steps from adjacent step groups in various combinations and outputs them by the linear trajectory estimating unit 322 and the non-linear trajectory estimating unit 323 by step length d and bias (b) is to be calculated more accurately, and a detailed description will be given later.
  • the linear trajectory estimator 322 calculates the step length d and bias b by estimating the local movement trajectory on the local coordinate system, and the non-linear trajectory estimator 323 calculates the pedestrian movement
  • the step length (d) and the bias (b) are calculated by estimating the local movement trajectory on the local coordinate system.
  • Equation 1 can be rewritten as Equation 2.
  • Equation 2 is a nonlinear equation.
  • nonlinear items can be removed by selecting and substituting two different steps (n) and subtracting them from each other. If the equation obtained by substituting the value (a 1 ) for an arbitrary local step into n in Equation 2 is subtracted from Equation 2, Equation 3 is calculated.
  • Equation 4 a value for any local step other than a 1 is substituted for n in Equation 2 and subtracted in Equation 2, an equation obtained similarly to Equation 3 is subtracted from Equation 3, It is calculated as in Equation 4.
  • Equation 4 is a function of two arbitrary local steps (a 1 , a 2 ) among local steps (z 1 to z N ) in the local coordinate system for a specific AP (AP m ), and the square of the step length (d) (d 2 ) and is a linear function with respect to the bias (b). Therefore, a linear equation for the square of the stride length (d 2 ) and the bias (b) may be configured in the form of a determinant equation as shown in Equation 5.
  • Equation 5 is the distance (r 1 to r N ) from each local step (z 1 to z N ) according to the selection of two arbitrary local steps (a 1 , a 2 ) and the two selected local steps (a It represents the difference between the distances (r a1 , r a2 ) in 1 , a 2 ). Since the step length d is assumed to be uniform, Equation 5 can be calculated and solved as a matrix for x according to Equation 6.
  • the local step selector 321 includes a plurality of local steps included in an adjacent step group within a predetermined threshold distance (r k ) from a pre-corresponding AP (AP m ) so that a relatively accurate distance can be obtained.
  • Two local steps (a 1 , a 2 ) are extracted and applied in various combinations from the steps, and the linear trajectory estimator 322 performs math for each of the two local steps (a 1 , a 2 ) applied in various combinations. Equation 6 is calculated to calculate the stride length (d) and bias (b) according to each combination.
  • a representative step length (d * ) and a representative bias (b * ) for each of a plurality of APs (AP m ) can be obtained. there is.
  • the non-linear trajectory estimator 323 is activated when the pedestrian movement pattern determined by the movement pattern estimator 120 is a non-linear trajectory, as shown in (b) of FIG. 6, and estimates the local movement trajectory on the local coordinate system to obtain the stride length (d) and bias (b).
  • the non-linear trajectory estimator 323 also substitutes the value (a 1 ) for an arbitrary local step into n in Equation 7 and subtracts the obtained equation from Equation 7 , Equation 8 is calculated.
  • Equation 9 is obtained.
  • Equation 9 is also a function of two arbitrary local steps (a 1 , a 2 ) among a plurality of local steps (z 1 to z N ) in the local coordinate system for a specific AP (AP m ), the square of the stride (d 2 ) and the linear equation for the bias (b) can be configured in the form of a matrix equation such as Equation 10.
  • Equation 11 The solution of Equation 10 is calculated by Equation 11.
  • Equation 6 is a determinant for calculating two variables of the stride length (d) and the bias (b)
  • Equation 11 not only the stride length (d) and the bias (b) but also the initial local angle ( ⁇ ) must be calculated. do.
  • the nonlinear trajectory estimator 323 obtains the initial local angle ⁇ (S) such that the error e 2 according to Equation 12 is minimized by substituting the initial local angle ⁇ while varying it.
  • Equation 12 std() is the standard deviation function. and , and R n,a (S, ⁇ ) for each arbitrary local step (a 1 , a 2 ) can be calculated according to Equation 13 from Equation 8.
  • Equation 13 is calculated by n-1 for each arbitrary local step (a 1 , a 2 ), R(S, ⁇ ) for each arbitrary local step (a 1 , a 2 ) is 2(n-1) , and since the error (e 2 (S, ⁇ )) in Equation 12 is the variance of R (S, ⁇ ) for each arbitrary local step (a 1 , a 2 ), Equation 12 gives the error (e 2 (S, ⁇ )) is searched for ⁇ that minimizes, and substituting into Equation 11, the step length (d) and the bias (b) can be obtained.
  • the nonlinear trajectory estimator 323 and the local step selector 321 select various combinations from a plurality of local steps included in adjacent step groups within a predetermined threshold distance r k from the corresponding AP (AP m ). Equation 11 is calculated for the two extracted local steps (a 1 , a 2 ) to obtain the step length (d) and bias (b) according to each combination, and the step length (d) and bias according to each combination obtained By calculating the median value of (b), it is possible to obtain a representative step length (d * ) and a representative bias (b * ) for each of a plurality of APs (AP m ).
  • the trajectory estimator 320 calculates an arbitrary local step from the AP (AP m ) located at the origin in the local movement trajectory in which the pedestrian movement pattern is represented as a trajectory on the local coordinate system of each of the plurality of APs (AP 1 to AP M ). Step length (d * ) and bias (b * ) are obtained based on (a 1 , a 2 ) and the change in the distance of the remaining local steps.
  • the local initial position calculation unit 330 determines the initial local step position of the local movement trajectory (d * ) and the representative bias (b * ) according to the linear and non-linear trajectories estimated by the trajectory estimator 320. It is obtained by calculating the coordinate values (q 1 * , u 1 * ) of z 1 ).
  • the local initial position calculation unit 330 calculates the initial local step position (z 1 ) of the trajectory from Equation 3 Coordinate values (q 1 * , u 1 * ) may be obtained by calculating according to Equations 14 and 15, respectively.
  • Equation 15 since u 1 * is a value calculated from u 1 2 , ambiguity in signs occurs, but this can be resolved by the global position estimation unit 400 described later.
  • the local initial position calculator 330 calculates the representative step length (d * ) and the representative bias in Equation 8.
  • Equation 16 a linear equation for the coordinate values (q 1 * , u 1 * ) of the initial local step position (z 1 ) of the trajectory is obtained as shown in Equation 16.
  • Equation 16 when Equation 16 is converted into a determinant form, it is expressed as Equation 17.
  • Equation 17 the initial local step position z 1 on the non-linear trajectory can be calculated according to Equation 18.
  • the local location estimation unit 300 configures a plurality of local coordinate systems having each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ) as origins, and converts a pedestrian movement pattern into a local movement trajectory in each of the plurality of local coordinate systems Then, it is classified according to whether it is a linear trajectory or a non-linear trajectory, and the distance (r 1 to r Based on N ), the coordinate values (q 1 , u 1 ) of the stride length (d) and bias (b) and the initial local step position (z 1 ) were calculated.
  • each local step position (z 1 to z N ) calculated by the local position estimation unit 300 is a position coordinate in a local coordinate system according to each AP (AP 1 to AP M ). Therefore, the global position estimator 400 converts each of a plurality of local step positions z 1 to z N calculated as coordinate values on a plurality of local coordinate systems into position coordinate values on the global coordinate system.
  • the nth local step position (z n ) measured based on may be referred to as z n (m)* .
  • the global position estimator 400 calculates the position according to the m th AP (AP m ).
  • the local step position (z n (m) * ) on the local coordinate system can be calculated according to Equation 19 to calculate the step position (p n (m) (w)) according to the pedestrian movement pattern on the global coordinates.
  • Equation 19 is a position (p n (m) (w)) according to the pedestrian movement trajectory estimated based on the mth AP (AP m ), and each local step position in each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ) If (z 1 to z N ) is correctly estimated, the position (p n (m) (w)) along the pedestrian movement trajectory calculated according to Equation 19 for all APs (AP 1 to AP M ) must be the same. , one w * satisfying Equation 20 is calculated.
  • the global position estimator 400 substitutes the initial direction (w * ) into Equation 19 to determine the calculated position (p n (m) (w * )) as the pedestrian movement trajectory. .
  • the global position estimator 400 accurately estimates the initial position (p 1 ) and the initial movement direction (w) in the global coordinate system by distinguishing the case where the pedestrian movement pattern is a linear movement trajectory and a non-linear movement trajectory again do.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of estimating an initial position and an initial movement direction in a linear movement trajectory by a global position estimation unit.
  • the local step positions (z 1 to z N ) in the linear movement trajectory may be obtained by being divided into Z + and Z - represented by Equation 21 according to the ambiguity of the sign in u 1 * .
  • the number of APs must be at least 3, and if n APs exist, 2n ambiguities occur because there are two ambiguities for each AP.
  • the relative distance between the two APs (AP m1 and AP m2 ) on the global coordinate system and the relative distance between the local step positions (z n (m1) and z n (m2) ) on the corresponding local coordinate system must be the same. can be used to resolve this ambiguity.
  • the distance between the location (P AP ( r ) ) of the reference AP (AP r ) and the location (P AP (m) ) of another AP (AP r ) is the local step location (AP r ) relative to the reference AP (AP r ).
  • z n (r) ) and the local step position (z n (m) ) for the other AP (AP r ) so the variable having ambiguity according to Equations 23 and 24 is defined as y + (r) and It can be reduced to two of y - (r) .
  • the global position estimator 400 adds z + ( r) to the y + (r) set, and adds z - (r ) to the y - (r) set.
  • z - (r) is added to the set y + (r)
  • z + (r) is added to the set y - (r) .
  • the initial movement direction (w) is the error ( y + (r) , y - (r) ) ) is obtained as an initial movement direction (w * ) that satisfies Equation 25 so that Equation 25 is minimized.
  • the global position estimator 400 calculates the accumulated error (p n ) between the positions (p n ) of each AP (AP 1 to AP M ). ) obtains an initial movement direction (w * ) that satisfies Equation 26 so that ) is minimized.
  • the pedestrian indoor positioning device acquires the pedestrian movement pattern obtained based on the IMU sensor provided by the indoor pedestrian positioning device based on a wireless signal with a plurality of APs (AP 1 to AP M ). It is converted into a local movement trajectory on the local coordinate system based on the distance, and the step length (d) and the bias (b) caused by NLOS are calculated on each local coordinate system, and the calculated step length (d) and bias (b) After accurately re-estimating the local movement trajectories in each local coordinate system according to the above, an accurate pedestrian movement trajectory can be estimated by matching the estimated local movement trajectories in each local coordinate system on the global coordinate system.
  • FIG. 8 illustrates a method for positioning a pedestrian's indoor position according to an embodiment of the present invention.
  • a sensing signal is obtained using an IMU sensor including an acceleration sensor 111 and a gyro sensor 112 (S11). Then, based on the obtained sensing signal, a plurality of step positions (p 1 to p N ) according to the pedestrian's step and a rotation angle ( ⁇ ) at each step are analyzed to determine a pedestrian movement pattern (S12). At this time, it is assumed that the step length (d) of the pedestrian representing the interval between each step position (p 1 to p N ) is a uniform predetermined interval in each predetermined step.
  • the distance (r 1 to r M ) from each of the plurality of APs (AP 1 to AP M ) to the indoor positioning device for pedestrians is measured. (S13).
  • the distances (r 1 to r M ) at each step position (p 1 to p N ) may be measured.
  • each of the plurality of APs is set as the origin and the initial step position (p 1 ) by setting a plurality of local coordinate systems in which one axis of the coordinate system is the movement direction, the pedestrian movement pattern is converted into a local movement trajectory of the local coordinate system (S14).
  • a step (n) corresponding to a step position located within a predetermined threshold distance (r k ) from the AP, that is, the origin, is an AP adjacent local Select by step (S15).
  • the pedestrian movement pattern or the local movement trajectory is a linear movement trajectory or a non-linear movement trajectory (S16).
  • two different random steps (a 1 , a 2 ) are selected in various combinations from the local steps adjacent to the AP, and the distance difference from the corresponding AP in the selected step corresponds to the rest of the steps
  • the step length (d) and the bias (b) according to the linear movement trajectory on the local coordinate system are estimated according to Equation 6 based on the distance difference from the moving AP (S17).
  • step length (d) and bias (b) in the linear movement trajectory are obtained in the local coordinate system, the obtained step length (d) and bias (b), at least one random step (a 1 , a 2 ) and each local step
  • the initial local step position (z 1 ) on the local coordinate system of the linear movement trajectory is estimated according to Equations 14 and 15 based on the difference between the distances from the AP at positions (z 1 to z N ) (S18).
  • the distance R from the corresponding AP to the initial local step position (z 1 ) and the initial angle from the 1-axis of the local coordinate system to the direction of the initial local step position (z 1 ) By setting the local angle ( ⁇ ) and selecting two different arbitrary steps (a 1 , a 2 ) in various combinations from local steps adjacent to the AP, the distance difference between the corresponding AP at the selected step and the other steps correspond
  • the step length (d) and the bias (b) according to the linear movement trajectory on the local coordinate system are estimated according to Equation 11 based on the distance difference from the moving AP (S19).
  • an initial local angle ⁇ (S) that minimizes an error calculated by a predetermined method based on the estimated step length d and bias b is obtained.
  • the initial local step position (z 1 ) on the local coordinate system of the non-linear movement trajectory is estimated according to Equation 18 ( S20).
  • An initial local step position (z 1 ), a step length (d) and a bias (b), and an initial local angle ( ⁇ (S)) are obtained in a plurality of local coordinate systems for each of a plurality of APs (AP 1 to AP M ),
  • each local step position (z 1 to z N ) on the local movement trajectory according to each AP (AP m ) is converted back to the step position (p 1 (m) to p N (m) ) on the global coordinate system.
  • Convert (S21) it is determined whether the positions of the step positions (p 1 (m) to p N (m) ) converted to the global coordinate system match (S22).
  • the rotation angle (w) can be viewed as the initial position (p 1 ) of the pedestrian and the initial movement direction (w) based on the x-axis.
  • the method according to the present invention may be implemented as a computer program stored in a medium for execution on a computer.
  • computer readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and may also include all computer storage media.
  • Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, including read-only memory (ROM) dedicated memory), random access memory (RAM), compact disk (CD)-ROM, digital video disk (DVD)-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.

Abstract

본 발명은 보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 IMU 이동 추정부, 다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 거리 정보 획득부, 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 로컬 위치 추정부 및 다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 글로벌 위치 추정부를 포함하여, 실내에서 사용자의 위치와 이동 궤적을 정확하게 추정할 수 있을 뿐만 아니라 측정 오차가 존재하는 경우에도 정확한 위치와 이동 궤적을 추정할 수 있는 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법을 제공한다.

Description

보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법
본 발명은 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법에 관한 것으로, 무선 신호와 관성 측정 센서를 활용한 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법에 관한 것이다.
측위(positioning)라고도 하는 보행자 위치 추측(Pedestrian Dead reckoning) 기술은 사용자의 현재 환경에 적절한 다양한 서비스를 제공할 수 있는 정보를 획득하는 점에서 현대 스마트 시티 등에서 그 중요성이 더욱 증가하고 있다. 특히 최근에는 사용자의 현재 위치에 대한 측위뿐만 아니라 사용자 이동 궤적(user mobility trajectory)을 정확하게 감지할 수 있는 측위 기법이 요구되고 있다.
기존에도 보행자 위치 추측 기술에는 GPS(Global Positioning System)를 이용하는 방식, 무선 신호를 이용하는 방식 및 각종 센서를 이용하는 방식 등과 같이 다양한 방식이 제안되었다. 다만 이와 같은 기존의 보행자 위치 추측 기술은 대부분 실외 환경에서의 위치 추측에 중점을 두고 있어, 실내 환경에서는 보행자의 정확한 위치를 추측하기 어렵다는 한계가 있다.
GPS 방식의 경우, 기본적으로 위성 신호를 이용해야 하므로 위성 신호가 수신되기 어려운 실내 환경에서는 이용될 수 없을 뿐만 아니라 오차 범위가 매우 크다는 문제가 있다. 무선 신호를 이용하는 방식은 다수의 액세스 포인트(Access Point: 이하 AP)와 보행자가 보유한 단말(User Equipment: 이하 UE) 사이의 무선 신호의 수신 신호 세기(Received Signal Strength: RSS) 또는 왕복시간(Round-Trip Time: 이하 RTT)을 측정하여, 판별되는 각 AP로부터 UE 까지의 거리를 기반으로 보행자의 위치를 판별한다. 그러나 실내 환경에서는 무선 신호가 가시선(Line Of Sight: 이하 LOS) 뿐만 아니라 비가시선(Non-Line Of Sight: 이하 NLOS) 경로를 통해서도 수신되므로 정확한 측위가 어렵다는 한계가 있다. 특히 다수의 AP의 위치가 밀집되어 있거나 UE에 대해 유사한 방향에 위치한다면 더욱 측위가 어렵다는 문제가 있다. 또한 각종 센서를 이용하는 경우에도 실내 환경에서는 다양한 주변 요인에 의해 방향 추정에 오차가 발생하게 된다. 현재 이동 방향 추정에는 자기장 센서가 주로 이용되고 있으나, 실내에서는 자기장이 왜곡되는 경우가 빈번하게 발생하며, 이로 인해, 정확한 측위가 어렵다는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 실내에서 보행자의 이동 궤적을 정확하게 추정할 수 있는 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 측정 오차가 발생하는 경우에도, 보행자의 위치 및 이동 궤적을 정확하게 추정할 수 있는 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치는 보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 IMU 이동 추정부; 다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 거리 정보 획득부; 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 상기 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 로컬 위치 추정부; 및 다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 글로벌 위치 추정부를 포함한다.
상기 IMU 이동 추정부는 보행자의 스텝에 따른 상하 가속도를 감지하여 가속도 신호를 생성하는 가속도 센서; 보행자의 회전 각도에 따른 자이로 신호를 생성하는 자이로 센서; 및 상기 센싱 신호로서 상기 가속도 신호와 상기 자이로 신호를 인가받아 보행자의 스텝 및 각 스텝에서의 방향 전환을 분석하여 상기 보행자 이동 패턴을 획득하는 이동 패턴 추정부를 포함할 수 있다.
상기 로컬 위치 추정부는 상기 다수의 AP와의 거리를 기반으로 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하고, 상기 보행자 이동 패턴의 초기 스텝 위치(p1)에서의 이동 방향을 좌표계의 제1축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하여, 상기 보행자 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환하는 로컬 좌표계 변환부; 상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지에 따라 구분하여 상기 보폭과 상기 바이어스를 계산하는 궤적 추정부; 및 계산된 상기 보폭과 상기 바이어스를 기반으로 로컬 좌표계에서 초기 로컬 스텝 위치를 결정하는 로컬 초기 위치 계산부를 포함할 수 있다.
상기 궤적 추정부는 상기 로컬 이동 궤적의 다수의 로컬 스텝 위치 중 대응하는 AP의 위치로부터 기지정된 문턱 거리 이내에 위치하는 스텝 위치의 스탭을 AP 인접 로컬 스텝으로 선택하는 로컬 스텝 선택부; 상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적이면, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하고, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하는 직선 궤적 추정부; 및 상기 로컬 이동 궤적이 비직선 이동 궤적이면, 로컬 좌표계에 대응하는 AP로부터 초기 로컬 스텝 위치까지의 거리와 로컬 좌표계의 제1축으로부터 초기 로컬 스텝 위치 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도를 설정하고, 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하며, 추정된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 비직선 궤적 추정부를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 방법은 보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 단계; 다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 단계; 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 상기 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 단계; 및 다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치 및 방법은 주변 요소로 인해 오류가 발생할 가능성이 높은 실내 환경에서 다수의 AP와의 무선 신호와 관성 측정 센서를 활용하여 사용자의 위치와 이동 궤적을 정확하게 추정할 수 있을 뿐만 아니라 측정 오차가 존재하는 경우에도 정확한 위치와 이동 궤적을 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 시스템의 개략적 구성를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치의 개략적 구조를 나타낸다.
도 3은 IMU 이동 추적부가 IMU 센서를 이용하여 보행자 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호의 일 예를 나타낸다.
도 4는 도3의 IMU 센서를 이용하여 추정한 보행자의 이동 궤적의 일 예를 나타낸다.
도 5는 도 1의 로컬 위치 추정부의 상세 구성의 일 예를 나타낸다.
도 6은 로컬 좌표계로 변환된 로컬 이동 궤적의 일 예를 나타낸다.
도 7은 글로벌 위치 추정부가 직선 이동 궤적에서 초기 위치와 초기 이동 방향을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 시스템의 개략적 구성를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 시스템은 적어도 하나의 사용자 단말(UE)과 다수의 액세스 포인트(AP1 ~ AP4)를 포함한다. 본 실시예에서 적어도 하나의 사용자 단말(UE)은 보행자가 휴대하여 이동 가능한 모바일 기기로서, 보행자 실내 위치 측위 장치를 포함할 수 있다. 보행자 실내 위치 측위 장치는 관성 측정(Inertial Momentum Unit: 이하 IMU) 센서를 구비하여, 보행자의 이동 궤적을 추적한다. 그리고 다수의 AP(AP1 ~ AP4)는 각각 사용자 단말(UE)과 WiFi와 같은 각종 무선 신호를 송수신하여, 각 AP와 사용자 단말(UE)과의 거리(r)를 감지하고 감지된 거리(r)와 AP의 글로벌 좌표 정보를 사용자 단말(UE)에 구비된 보행자 실내 위치 측위 장치로 전송할 수 있다.
본 실시예에서 보행자 실내 위치 측위 장치는 IMU 센서로부터 획득된 보행자의 이동 궤적과 다수의 AP(AP1 ~ AP4)로부터 획득된 각 AP의 글로벌 좌표 정보와 사용자 단말(UE)과의 거리(r)를 기반으로 보행자의 실내 위치와 위치 이동에 따른 이동 궤적을 정확하게 추적한다.
이는 상기한 바와 같이, 보행자 실내 위치 측위 장치에서 획득되는 정보만을 이용하는 경우, 자기 왜곡 등으로 인해 방향 추정에 오류가 발생하는 문제가 있으며, 다수의 AP(AP1 ~ AP4)로부터 획득된 거리(r) 정보만을 이용하는 경우, AP(AP1 ~ AP4)의 배치 위치와 NLOS 경로 등으로 인한 오차가 크게 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 본 실시예에서는 보행자 실내 위치 측위 장치에서 획득되는 위치 정보와 다수의 AP(AP1 ~ AP4)를 통해 획득되는 위치 정보를 통합하여 실내에서 매우 정확하게 보행자의 위치 및 이동 궤적을 추정할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치의 개략적 구조를 나타내고, 도 3은 IMU 이동 추적부가 IMU 센서를 이용하여 보행자 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호의 일 예를 나타내며, 도 4는 도3의 IMU 센서를 이용하여 추정한 보행자의 이동 궤적의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치는 IMU 이동 추정부(100), 거리 정보 획득부(200), 로컬 위치 추정부(300) 및 글로벌 위치 추정부(400)를 포함할 수 있다.
IMU 이동 추정부(100)는 IMU 센서에 기반하여 보행자의 이동 궤적을 추적하기 위한 구성으로, 센서부(110) 및 이동 패턴 추정부(120)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 센서부(110)는 보행자의 이동에 따른 각 스텝별 위치 및 방향 전환을 감지하여 센싱 신호를 출력한다. 센서부(110)는 IMU 센서 구성으로, 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함할 수 있으며, 이외에도 자기장 센서나 GPS 센서와 같은 다른 센서를 추가로 구비할 수도 있다.
가속도 센서(111)는 보행자의 보행시에 발생하는 반복적인 상하 가속도 패턴에 따라 보행자의 스텝을 감지하고, 자이로 센서(112)는 보행자의 보행시 방향 전환을 감지하여 이를 센싱 신호로서 출력할 수 있다.
도 3에서 (a)는 가속도 센서(111)에서 출력되는 가속도 신호의 일 예를 나타내고, (b)는 자이로 센서(112)에서 출력되는 자이로 신호의 일 예를 나타낸다. 그리고 도 4는 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)에서 감지된 가속도 신호와 자이로 신호를 기반으로 추정된 보행자의 이동 패턴을 나타낸다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 가속도 센서(111)는 보행자의 보행에 따라 반복적으로 발생하는 상하 가속도에 대응하여 피크가 발생하는 가속도 신호를 출력할 수 있으며, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 자이로 센서(112)는 보행자의 보행에는 큰 영향을 받지 않는 반면, 보행자의 회전에 따른 방향 전환 시에 크게 변화가 발생하는 자이로 신호를 출력할 수 있다.
이동 패턴 추정부(120)는 가속도 센서(111)에서 출력되는 가속도 신호와 자이로 센서(112)에서 출력되는 자이로 신호가 포함된 센싱 신호를 인가받고 기지정된 방식에 따라 분석함으로써, 보행자의 스텝 발생 여부와 회전에 따른 방향 전환 여부를 감지하고, 방향 전환이 발생한 경우, 회전 각도(μ)를 확인한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이동 패턴 추정부(120)는 가속도 신호를 기반으로 스텝 발생 여부만을 판별하고, 각 스텝에서의 보폭(d)은 균일한 것으로 가정하여 보행자의 이동 패턴을 추정할 수 있다. 자이로 센서(112)의 경우, 자기 왜곡 등에 무관하게 동작하므로 실내에서도 보행자의 방향 전환, 즉 회전 각도(μ)를 정확하게 감지할 수 있다. 다만 가속도 센서(111)로는 보폭의 변화를 정확하게 감지하기 어렵다. 그러나 일반적으로 보행자의 보폭(d)은 거의 일정하다. 이에 이동 패턴 추정부(120)는 보폭(d)이 균일한 것으로 가정하여, 보행자가 초기 위치(p1)으로부터 각 스텝별 위치(p2 ~ p8)로 이동하는 동안, 기지정된 동일한 보폭(d)만큼 이동하는 것으로 가정하여 보행자의 이동 패턴을 추정할 수 있다. 이동 패턴 추정부(120)에서 보폭(d)은 임의의 거리로 지정될 수 있으며, 이후 계산에 의해 획득될 수 있다.
그리고 이동 패턴 추정부(120)는 초기 위치(p1)를 제외한 나머지 각 스텝(p2 ~ P8)에서 따른 위치에서의 회전 각도(μ)가 모두 0에 가까운 기지정된 각도 범위(예를 들면 -3°≤ μ ≤ 3°) 이내이면, 오차 범위 이내로 판단하여 보행자가 직선 궤적으로 이동한 것으로 판별하고, 도 4에 도시된 바와 같이, 특정 스텝 위치(도 4에서는 제4 및 제6 위치(p4, p6))에서의 회전 각도(μ)가 각도 범위를 초과하면, 보행자가 비직선 궤적으로 이동한 것으로 판별할 수 있다.
따라서 x, y 축을 갖는 글로벌 좌표계에서 보행자의 초기 위치(p1)와 x축을 기준으로 하는 초기 이동 방향(w) 및 보폭(d)을 확인할 수 있으면, 스텝별 위치(p2 ~ p8)를 정확하게 추정할 수 있다. 즉 보행자의 이동 궤적을 정확하게 판별할 수 있다.
거리 정보 획득부(200)는 주변 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각과 기지정된 방식으로 무선 신호를 송수신하여, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각으로부터 보행자 실내 위치 측위 장치까지의 거리(r1 ~ rM)를 확인하고, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 글로벌 좌표계에서의 위치 정보를 획득한다. 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각은 고정된 위치에 배치된다. 따라서 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 글로벌 좌표계에서의 위치 정보는 각 AP(AP1 ~ APM)에 미리 저장되어 보행자 실내 위치 측위 장치로 전송될 수 있다. 또한 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각은 보행자 실내 위치 측위 장치와 무선 신호를 송수신하여 수신 신호 세기(Received Signal Strength: RSS)를 측정하거나, 왕복시간(Round-Trip Time: 이하 RTT)을 측정하여 각 AP(AP1 ~ APM)와 보행자 실내 위치 측위 장치까지의 거리(r1 ~ rM)를 확인할 수 있다. 여기서는 RTT를 이용하여 거리(r1 ~ rM)를 확인하는 것으로 가정하지만, 경우에 따라서는 RSS를 이용할 수도 있다. 그리고 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각은 확인된 거리(r1 ~ rM)를 보행자 실내 위치 측위 장치로 전송한다. 다만 경우에 따라서는 보행자 실내 위치 측위 장치가 직접 RTT를 측정하여 다수의 AP(AP1 ~ APM)까지의 거리(r1 ~ rM)를 확인하도록 구성될 수도 있다.
거리 정보 획득부(200)는 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대해 보행자의 각 스텝 위치(p1 ~ p8)에서의 거리(r1 ~ rM)를 확인할 수도 있다.
이때 각 AP(AP1 ~ APM)와 보행자 실내 위치 측위 장치까지의 거리(r1 ~ rM)에는 도 1에 도시된 바와 같이, NLOS에 의한 바이어스(bias)(b)가 포함될 수 있다. 그리고 바이어스(b)가 포함된 거리(r1 ~ rM)는 AP(AP1 ~ APM)와 보행자 실내 위치 측위 장치 사이의 정확한 거리를 나타내지 못한다.
이에 로컬 위치 추정부(300)는 이동 패턴 추정부(120)에서 추정된 보행자 이동 패턴을 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 위치를 기준으로 하는 로컬 좌표계에에서의 로컬 이동 궤적으로 변환하여, 임의로 지정된 보폭(d)과 함께 NLOS에 의한 바이어스(b)를 계산한다.
로컬 위치 추정부(300)는 이동 패턴 추정부(120)에서 추정된 보행자의 이동 패턴을 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 위치를 원점으로 하는 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적으로 변환하고, 로컬 이동 궤적이 직선 궤적인지 비직선 궤적인지 여부에 따라 서로 다른 방식으로 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산한다.
도 5는 도 1의 로컬 위치 추정부의 상세 구성의 일 예를 나타내고, 도 6은 로컬 좌표계로 변환된 로컬 이동 궤적의 일 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 로컬 위치 추정부(300)는 로컬 좌표계 변환부(310), 궤적 추정부(320) 및 로컬 초기 위치 계산부(330)를 포함할 수 있다.
우선 로컬 좌표계 변환부(310)는 이동 패턴 추정부(120)에서 추정된 보행자의 이동 패턴을 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 위치를 원점으로 하고, 글로벌 좌표계의 x, y축 대신 보행자의 이동 궤적에서 초기 이동 방향을 q축 방향으로 하고, q축에 수직한 u축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하며, 보행자의 이동 패턴의 초기 위치(p1)가 대응하는 AP(APm)와의 거리(rm,1) 만큼 이격된 위치에 배치되도록 보행자의 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환한다.
로컬 좌표계 변환부(310)는 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 로컬 좌표계를 구성하므로, 로컬 이동 궤적 또한 AP(AP1 ~ APM)의 개수에 대응하는 개수의 로컬 좌표계 상의 궤적으로 나타난다. 즉 M개의 로컬 좌표계와 이에 대응하는 M개의 로컬 이동 궤적이 획득된다.
여기서는 설명의 편의를 위하여 M개의 로컬 좌표계 중 하나의 AP(APm)에 따른 로컬 좌표계를 일 예로 설명하며, 이에 이하에서는 다수의 AP(AP1 ~ APM)를 구분하는 식별자(m), 즉 로컬 좌표계에 대한 식별자(m)는 생략하여 기술한다.
이때 로컬 좌표계 변환부(310)는 도 6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 보행자의 이동 패턴에서 초기 위치(p1)에서의 이동 방향이 각 로컬 좌표계의 q축이 되도록 하므로, 로컬 좌표계는 도 4의 글로벌 좌표계에서의 초기 이동 방향(w)이 q축 방향이 되도록 초기 이동 방향(w)에 대응하는 각도만큼 회전된 구성으로 볼 수 있으며, 글로벌 좌표계에서의 N개의 스텝 위치(p1 ~ pN)은 로컬 좌표계에서의 N개의 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)로 다시 표현될 수 있다. 여기서 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN) 각각의 로컬 좌표는 q축과 u축에 따라 ((q1, u1) ~ (qN, uN))와 같이 표현될 수 있다.
따라서 로컬 이동 궤적에 따른 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN) 각각은 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 로컬 좌표(q1, u1), 보폭(d)과 바이어스(b) 및 q축을 기준으로 하는 전체 N개의 스텝 각각에서의 회전 각도(θ)를 고려하여 수학식 1과 같이 정리될 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000001
여기서
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000002
이고,
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000003
이다.
로컬 좌표계 변환부(310)에 의해 M개의 로컬 좌표계가 구성되고 보행자 이동 패턴이 변환되어 로컬 이동 궤적이 적용되면, 궤적 추정부(320)는 이동 패턴 추정부(120)에서 추정된 보행자 이동 패턴이 직선 궤적인지 비직선 궤적인지에 따라 구분하여 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적을 다시 추정함으로써, 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산한다.
궤적 추정부(320)는 로컬 스텝 선택부(321), 직선 궤적 추정부(322) 및 비직선 궤적 추정부(323)를 포함할 수 있다.
로컬 스텝 선택부(321)는 우선 로컬 좌표계로 변환된 로컬 이동 궤적에서 전체 로컬 스텝(z1 ~ zN) 중 로컬 좌표계에 대응하는 AP(AP1 ~ APM)로부터 기지정된 문턱 거리(rk) 이내의 로컬 스텝 위치들을 인접 스텝 그룹으로 그룹화하고, 인접 스텝 그룹에 포함된 다수의 로컬 스텝에서 가능한 모든 조합으로 2개씩의 로컬 스텝을 선택한다. 여기서 로컬 스텝 선택부(321)가 인접 스텝 그룹에서 2개씩의 로컬 스텝을 여러 조합으로 선택하여 출력하는 것은 직선 궤적 추정부(322) 및 비직선 궤적 추정부(323)가 보폭(d)과 바이어스(b)를 더 정확하게 계산할 수 있도록 하기 위한 것으로 상세한 설명은 후술하도록 한다.
직선 궤적 추정부(322)는 보행자 이동 패턴이 직선 궤적인 경우에 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적을 추정하여 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산하고, 비직선 궤적 추정부(323)는 보행자 이동 패턴이 비직선 궤적인 경우에 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적을 추정하여 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산한다.
직선 궤적 추정부(322)는 도 6의 (a)와 같이, 이동 패턴 추정부(120)에서 판별된 보행자 이동 패턴이 직선 궤적인 경우에 활성화되어 로컬 좌표계 상의 보행자 이동 궤적을 추정하여 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득한다.
도 6의 (a)와 같이 로컬 이동 궤적이 직선 궤적인 경우, 로컬 좌표계에서 보행자 이동 방향이 q축 방향이므로, cn = (n-1)이고, sn = 0으로 계산된다. 따라서 수학식 1은 수학식 2로 다시 작성될 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000004
수학식 2는 비선형 방정식으로 이를 해결하기 위해서는 서로 다른 2개의 스텝(n)을 선택하여 대입하고 서로 차감함으로써, 비선형 항목이 제거될 수 있다. 수학식 2에서 n에 임의의 로컬 스텝에 대한 값(a1)을 대입하여 획득된 수학식을 수학식 2에서 차감하면, 수학식 3과 같이 계산된다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000005
유사하게 수학식 2에서 n에 a1이 아닌 임의의 로컬 스텝에 대한 값(a2)을 대입하고 수학식 2에서 차감하여 수학식 3과 유사하게 획득되는 수학식을 수학식 3에서 차감하면, 수학식 4와 같이 계산된다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000006
수학식 4는 특정 AP(APm)에 대한 로컬 좌표계에서 로컬 스텝(z1 ~ zN) 중 2개의 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 관한 함수로서, 보폭(d)의 제곱(d2) 및 바이어스(b)에 대해 선형인 함수이다. 따라서 보폭의 제곱(d2) 및 바이어스(b)에 대한 선형 방정식을 수학식 5와 같은 행렬식 형태로 구성할 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000007
수학식 5의 행렬은 2개의 임의 로컬 스텝(a1, a2)이 선택됨에 따른 각 로컬 스텝(z1 ~ zN)에서의 거리(r1 ~ rN)와 선택된 2개의 로컬 스텝(a1, a2)에서의 거리(ra1, ra2) 사이의 차를 나타낸다. 보폭(d)이 균일하다고 하였으므로, 수학식 5는 수학식 6에 따라 x에 대한 행렬로 계산되어 풀이될 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000008
수학식 6에서 x( = [d2, b]T)가 해당 AP(APm)을 기반으로 하는 로컬 좌표계에서의 보폭(d)과 바이어스(b)에 대한 행렬이므로, 수학식 6의 우변이 계산되면, 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득할 수 있다. 이때 획득된 x의 원소는 보폭의 제곱(d2)이므로 보폭(d)이 2개의 값으로 계산될 수 있으나, 보폭(d)은 양의 값을 가지므로 하나의 값으로 획득될 수 있다.
다만 수학식 5의 행렬식은 2개의 임의 로컬 스텝(a1, a2)으로 어떤 스텝이 선택되는지에 따라 계산되는 x( = [d2, b]T)에 변화가 발생할 수 있다. 이는 각 로컬 스텝(z1 ~ zN)에서의 거리(r1 ~ rN)에 노이즈 등으로 인한 오차가 포함될 수 있기 때문이다. 따라서 가급적 정확한 x( = [d2, b]T)를 계산하기 위해서는 정확한 거리(r1 ~ rN)를 측정할 수 있는 적절한 로컬 스텝(z1 ~ zN)이 임의 로컬 스텝(a1, a2)으로 선택될 필요가 있다.
이에 본 실시예에서는 상대적으로 정확한 거리가 획득될 수 있도록 로컬 스텝 선택부(321)가 미리 대응하는 AP(APm)으로부터 기지정된 문턱 거리(rk) 이내의 인접 스텝 그룹에 포함된 다수의 로컬 스텝에서 다양한 조합으로 2개의 로컬 스텝(a1, a2)을 추출하여 인가하고, 직선 궤적 추정부(322)는 여러 조합으로 인가된 2개의 로컬 스텝(a1, a2) 각각에 대해 수학식 6을 계산하여, 각 조합에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)를 계산한다. 그리고 각 조합에 따라 계산된 보폭(d)과 바이어스(b)의 중간값을 계산하여, 다수의 AP(APm) 각각에 대한 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 획득할 수 있다.
한편, 비직선 궤적 추정부(323)는 도 6의 (b)와 같이, 이동 패턴 추정부(120)에서 판별된 보행자 이동 패턴이 비직선 궤적인 경우에 활성화되어 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적을 추정하여 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득한다.
도 6의 (b)와 같이 보행자 이동 패턴이 비직선 궤적인 경우에도 로컬 좌표계에서 보행자 초기 로컬 스텝 위치(z1)에서의 초기 이동 방향은 q축 방향이지만, 이후 로컬 스텝 위치(z2 ~ zN)에 따른 이동 방향은 변화하게 된다. 여기서 q축 방향으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1) 방향으로의 각도를 초기 로컬 각도(γ)라고 하면,
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000009
이고, 로컬 좌표계의 원점이 되는 AP(APm)으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1)까지의 거리는
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000010
이다. 따라서 수학식 1에서 각 로컬 스텝(z2 ~ zN)에서의 회전에 따른 q축을 기준으로 하는 로컬 회전 각도(θn)를 추가로 반영하면 수학식 7로 다시 작성될 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000011
이후 직선 궤적 추정부(322)와 마찬가지로 비직선 궤적 추정부(323) 또한 수학식 7에서 n에 임의의 로컬 스텝에 대한 값(a1)을 대입하여 획득된 수학식을 수학식 7에서 차감하면, 수학식 8이 계산된다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000012
여기서
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000013
이고,
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000014
이다.
또한 수학식 7에서 n에 a1이 아닌 임의의 로컬 스텝에 대한 값(a2)을 대입하여 획득되는 수학식을 수학식 8에서 차감하면, 비선형항인 2dRfn,a(γ)가 소거되어 수학식 9가 획득된다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000015
수학식 9 또한 특정 AP(APm)에 대한 로컬 좌표계에서 다수의 로컬 스텝(z1 ~ zN) 중 2개의 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 관한 함수로서, 보폭의 제곱(d2) 및 바이어스(b)에 대한 선형 방정식을 수학식 10와 같은 행렬식 형태로 구성할 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000016
수학식 10의 해는 수학식 11로 계산된다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000017
다만 수학식 6에서는 보폭(d)과 바이어스(b)의 2개의 변수를 계산하기 위한 행렬식인 반면, 수학식 11에서는 보폭(d)과 바이어스(b) 뿐만 아니라 초기 로컬 각도(γ)까지 계산되어야 한다. 이에 비선형 궤적 추정부(323)는 초기 로컬 각도(γ)를 가변하면서 대입하여 수학식 12에 따른 오차(e2)가 최소가 되도록 하는 초기 로컬 각도(γ(S))를 획득한다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000018
수학식 12에서
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000019
로서, std()는 표준편차 함수이다. 그리고
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000020
이며, 각 임의 로컬 스텝(a1, a2) 각각에 대한 Rn,a(S,γ)는 수학식 8로부터 수학식 13에 따라 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000021
수학식 13은 각 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 대해 n-1개씩 계산되므로, 각 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 대한 R(S,γ)는 2(n-1)개로 계산되며, 수학식 12에서 오차(e2(S,γ))는 각 임의 로컬 스텝(a1, a2)에 대한 R(S,γ)의 분산이므로, 수학식 12는 오차(e2(S,γ))가 최소가 되도록 하는 γ를 탐색하여, 수학식 11에 대입함으로써, 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득할 수 있도록 한다.
그리고 비선형 궤도 추정부(323) 또한 로컬 스텝 선택부(321)가 미리 대응하는 AP(APm)으로부터 기지정된 문턱 거리(rk) 이내의 인접 스텝 그룹에 포함된 다수의 로컬 스텝에서 다양한 조합으로 추출한 2개의 로컬 스텝(a1, a2)에 대해 수학식 11을 계산하여, 각 조합에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)를 획득하고, 획득된 각 조합에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)의 중간값을 계산하여, 다수의 AP(APm) 각각에 대한 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 획득할 수 있다.
즉 궤적 추정부(320)는 보행자 이동 패턴이 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각의 로컬 좌표계 상의 궤적으로 나타난 로컬 이동 궤적에서, 원점에 위치하는 AP(APm)로부터의 임의의 로컬 스텝(a1, a2)과 나머지 로컬 스텝의 거리 변화에 기반하여 보폭(d*)과 바이어스(b*)를 획득한다.
로컬 초기 위치 계산부(330)는 궤적 추정부(320)에서 추정된 직선 및 비직선 궤적에 따른 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 기반으로 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 계산하여 획득한다.
로컬 초기 위치 계산부(330)는 직선 궤적 추정부(322)에서 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)가 획득된 경우, 수학식 3으로부터 궤적의 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 각각 수학식 14 및 15에 따라 계산하여 획득할 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000022
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000023
수학식 15에서 u1 * 는 u1 2 에서 계산되는 값이므로, 부호의 모호성이 발생하게 되지만 이는 후술하는 글로벌 위치 추정부(400)에 의해 해소될 수 있다.
그리고 로컬 초기 위치 계산부(330)는 비직선 궤적 추정부(323)에서 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)가 획득된 경우, 수학식 8에 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 대입하여 궤적의 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)에 관한 일차 방정식을 수학식 16과 같이 획득한다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000024
그리고 수학식 16을 행렬식 형태로 변환하면, 수학식 17로 표현된다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000025
수학식 17로부터 비직선 궤적에서 초기 로컬 스텝 위치(z1)는 수학식 18에 따라 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000026
상기한 로컬 위치 추정부(300)는 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각을 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 구성하고, 보행자 이동 패턴을 다수의 로컬 좌표계 각각에서의 로컬 이동 궤적으로 변환한 후, 직선 궤적인지 비직선 궤적인지 여부에 따라 구분하여, 각 AP(AP1 ~ APM)와 대응하는 로컬 이동 궤적 상의 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN) 사이의 거리(r1 ~ rN)를 기반으로 보폭(d)과 바이어스(b) 및 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1, u1)을 계산하였다.
다만 로컬 위치 추정부(300)에서 계산된 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)는 각 AP(AP1 ~ APM)에 따른 로컬 좌표계에서의 위치 좌표이다. 따라서 글로벌 위치 추정부(400)는 다수의 로컬 좌표계 상의 좌표 값으로 계산된 다수의 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)를 글로벌 좌표계 상의 위치 좌표값으로 변환한다.
로컬 위치 추정부(300)에서 다수의 로컬 좌표계 각각에서의 초기 로컬 스텝 위치(z1)와 보폭(d)이 계산되었으므로, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 중 제m AP(APm)을 기준으로 측정한 n번째 로컬 스텝 위치(zn)는 zn (m)* 이라 할 수 있다. 그리고 제m AP(APm)의 글로벌 좌표계에서의 위치를 PAP (m)이라 하고, 보행자의 초기 이동 방향을 w라 하면, 글로벌 위치 추정부(400)는 제m AP(APm)에 따른 로컬 좌표계 상의 로컬 스텝 위치(zn (m)*)를 수학식 19에 따라 글로벌 좌표 상에서의 보행자 이동 패턴에 따른 스텝 위치(pn (m)(w))를 계산할 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000027
수학식 19는 제m AP(APm)를 기반으로 추정한 보행자 이동 궤적에 따른 위치(pn (m)(w))로서, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에서 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)가 올바르게 추정되었다면, 모든 AP(AP1 ~ APM)에 대해 수학식 19에 따라 계산되는 보행자 이동 궤적에 따른 위치(pn (m)(w))가 동일해야 하므로, 수학식 20을 만족하는 하나의 w*가 계산된다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000028
만일 수학식 20을 만족하면, 글로벌 위치 추정부(400)는 초기 방향(w*)을 수학식 19에 대입하여 계산된 위치(pn (m)(w*))를 보행자 이동 궤적으로 결정한다.
그러나 각 AP(AP1 ~ APM)에 따라 계산되는 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)에는 오류가 존재할 수 있어, w가 동일하지 않게 계산될 수 있다.
이 경우, 글로벌 위치 추정부(400)는 다시 보행자 이동 패턴이 직선 이동 궤적인 경우와 비직선 이동 궤적인 경우 구분하여 글로벌 좌표계에서의 초기 위치(p1)와 초기 이동 방향(w)을 정확하게 추정한다.
도 7은 글로벌 위치 추정부가 직선 이동 궤적에서 초기 위치와 초기 이동 방향을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 제1 AP(AP1)을 기준으로 다른 2개의 AP(AP2, AP3)와의 글로벌 좌표계에서 발생된 오차를 도시하였다. 직선 이동 궤적에서는 수학식 15에서 설명한 바와 같이, 초기 위치(q1, u1) 중 u1 * 에서 부호의 모호성이 발생할 수 있다.
즉 직선 이동 궤적에서 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)는 u1 * 에서 부호의 모호성에 따라 수학식 21로 표현되는 Z+ 와 Z- 으로 구분되어 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000029
이로 인해 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, w가 동일하지 않게 계산될 수 있다.
상기한 모호성을 해소하기 위해서는 AP의 개수가 최소 3개 이상이어야 하며, 만약 n개의 AP가 존재한다면, 각 AP에 대해 2개씩의 모호성이 존재하기 때문에 2n개의 모호성이 발생하게 된다. 다만 글로벌 좌표계 상의 2개의 AP(APm1, APm2) 상대 거리와 대응하는 로컬 좌표계 상의 로컬 스텝 위치(zn (m1), zn (m2)) 들 사이의 상대 거리는 동일해야 한다는 수학식 22를 이용하여 이러한 모호성을 해소할 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000030
수학식 22로부터 기준 AP(APr)의 위치(PAP (r))와 다른 AP(APr)의 위치(PAP (m)) 사이의 거리는 기준 AP(APr)에 대한 로컬 스텝 위치(zn (r))와 다른 AP(APr)에 대한 로컬 스텝 위치(zn (m))와 동일해야 하므로, 수학식 23 및 수학식 24에 따라 모호성을 갖는 변수를 y+ (r)과 y- (r) 의 2개로 줄일 수 있다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000031
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000032
글로벌 위치 추정부(400)는 수학식 23이 성립하는 경우, y+ (r) 집합에 z+ (r) 을 추가하고, y- (r) 집합에 z- (r) 을 추가한다. 그러나 수학식 22가 성립하는 경우, y+ (r) 집합에 z- (r) 을 추가하고, y- (r) 집합에 z+ (r) 을 추가한다. 이 경우, 초기 이동 방향(w)은 두 모호성 집합(y+ (r), y- (r))에 따른 오차(
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000033
)가 최소가 되도록, 수학식 25을 만족하는 초기 이동 방향(w*)으로 획득한다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000034
반면, 비직선 이동 궤적에 대해 글로벌 위치 추정부(400)는 각 AP(AP1 ~ APM)에서 계산된 위치(pn) 사이의 누적 오차(
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000035
)가 최소가 되도록 수학식 26를 만족하는 초기 이동 방향(w*)을 획득한다.
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000036
여기서,
Figure PCTKR2021018944-appb-img-000037
이다.
결과적으로 본 실시에에 따른 보행자 실내 위치 측위 장치는 보행자 실내 위치 측위 장치가 구비한 IMU 센서를 기반으로 획득된 보행자 이동 패턴을 다수의 AP(AP1 ~ APM)와의 무선 신호를 기반으로 획득되는 거리를 기반으로 하는 로컬 좌표계 상의 로컬 이동 궤적으로 변환하여, 각 로컬 좌표계 상에서 보폭(d)과 NLOS 등으로 인해 발생하는 바이어스(b)를 계산하고, 계산된 보폭(d)과 바이어스(b)에 따라 각 로컬 좌표계에서의 로컬 이동 궤적을 정밀하게 재추정한 후, 각 로컬 좌표계에서의 추정된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계 상에서 일치시킴으로써 정확한 보행자 이동 궤적을 추정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 실내 위치 측위 방법을 나타낸다.
도 1 내지 도 7을 참조하여, 도 8의 보행자 실내 위치 측위 방법을 설명하면, 우선 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)를 포함하는 IMU 센서를 이용하여 센싱 신호를 획득한다(S11). 그리고 획득된 센싱 신호를 기반으로 보행자의 스텝에 따른 다수의 스텝 위치(p1 ~ pN) 및 각 스텝에서의 회전 각도(μ)를 분석하여 보행자 이동 패턴을 판별한다(S12). 이때 각 스텝 위치(p1 ~ pN)간 간격을 나타내는 보행자의 보폭(d)은 기지정된 각 스텝에서 균일한 기지정된 간격인 것으로 가정한다.
또한 주변 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각과 무선 신호를 송수신하여, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각으로부터 보행자 실내 위치 측위 장치까지의 거리(r1 ~ rM)를 측정한다(S13). 여기서는 각 스텝 위치(p1 ~ pN)에서의 거리(r1 ~ rM)를 측정할 수도 있다.
보행자 이동 패턴과 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 거리(r1 ~ rM)가 획득되면, 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각을 원점으로 하고 초기 스텝 위치(p1)에서의 이동 방향을 좌표계의 1축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하여, 보행자 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환한다(S14).
그리고 각 로컬 좌표계에서 로컬 이동 궤적의 다수의 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN) 중 AP 즉 원점으로부터 기지정된 문턱 거리(rk) 이내에 위치하는 스텝 위치에 대응하는 스탭(n)을 AP 인접 로컬 스텝으로 선택한다(S15).
이후 보행자 이동 패턴 또는 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지 판별한다(S16).
만일 직선 이동 궤적인 것으로 판별되면, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)를 수학식 6에 따라 추정한다(S17). 이때, 선택되는 2개의 스텝(a1, a2)의 조합에 따라 보폭(d)과 바이어스(b)가 각각 다수개로 획득되는 경우, 획득된 보폭(d)과 바이어스(b)의 중간값을 계산하여 대표 보폭(d*)과 대표 바이어스(b*)를 획득할 수도 있다.
그리고 로컬 좌표계에서 직선 이동 궤적에서의 보폭(d)과 바이어스(b)가 획득되면, 획득된 보폭(d)과 바이어스(b), 적어도 하나의 임의 스텝(a1, a2)과 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)에서의 AP와의 거리 사이의 차이를 기반으로 직선 이동 궤적의 로컬 좌표계 상의 초기 로컬 스텝 위치(z1)를 수학식 14 및 15에 따라 추정한다(S18).
한편, 비직선 이동 궤적인 것으로 판별되면, 대응하는 AP로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1)까지의 거리(R)와 로컬 좌표계의 1축으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1) 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도(γ)를 설정하고, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭(d)과 바이어스(b)를 수학식 11에 따라 추정한다(S19). 이와 함께 추정된 보폭(d)과 바이어스(b)를 기반으로 기지정된 방식으로 계산되는 오차가 최소가 되도록 하는 초기 로컬 각도(γ(S))를 획득한다.
이후 획득된 보폭(d)과 바이어스(b) 및 초기 로컬 각도(γ(S))를 기반으로 수학식 18에 따라 비직선 이동 궤적의 로컬 좌표계 상의 초기 로컬 스텝 위치(z1)를 추정한다(S20).
다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 다수의 로컬 좌표계에서 초기 로컬 스텝 위치(z1), 보폭(d)과 바이어스(b) 및 초기 로컬 각도(γ(S))가 획득되어 로컬 이동 궤적이 확인되면, 각 AP(APm)에 따른 로컬 이동 궤적 상의 각 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)를 글로벌 좌표계 상의 스텝 위치(p1 (m) ~ pN (m))로 다시 변환한다(S21). 그리고 글로벌 좌표계로 변환된 스텝 위치(p1 (m) ~ pN (m))들의 위치가 일치하는지 판별한다(S22). 만일 일치한다면, 글로벌 좌표계에서 보행자의 이동 궤적이 정확하게 추정된 것이므로, 다시 IMU 센서로부터 센싱 신호를 획득한다(S11). 그러나 일치하지 않는다면, 글로벌 좌표계에서 보행자의 이동 궤적에 오차가 발생한 것으로 판별하여, 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상한다(S23). 이때 글로벌 스텝 위치의 오차 또한 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지에 따라 구분하여 보상을 수행할 수 있으며, 로컬 이동 궤적이 글로벌 좌표계로 변환되는 과정에서 회전 각도(w)에 오차가 발생된 것으로 판단하여 회전 각도(w)의 오차를 보상한다. 여기서 회전 각도(w)는 보행자의 초기 위치(p1)와 x축을 기준으로 하는 초기 이동 방향(w)으로 볼 수 있다.
만일 직선 이동 궤적이면, 초기 로컬 스텝 위치(z1)에 대한 제2 축 방향 좌표값의 추정 시에 부호의 모호성에 의해 발생된 것으로 판단하여, 글로벌 좌표게에서의 서로 다른 AP(APr, APm)의 위치(PAP (r), PAP (m)) 사이의 거리와 AP(APr, APm) 따른 서로 다른 로컬 좌표계에서 각 부호별 로컬 스텝 위치((z1 (r) ~ zN (r)), (z1 (m) ~ zN (m))) 사이의 거리를 비교하여 가급적 동일한 거리가 되도록 하는 로컬 스텝 위치(z1 (m) ~ zN (m))를 선택하고, 이에 따라 각 로컬 좌표계에서의 회전 각도(w)를 설정하여 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상할 수 있다.
반면, 비직선 이동 궤적의 경우, 각 로컬 이동 궤적에 따른 로컬 스텝 위치(z1 (m) ~ zN (m))를 글로벌 좌표계로 변환한 스텝 위치 사이의 차이가 최소가 되도록 각 로컬 좌표계에서의 회전 각도(w)를 설정하여 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 IMU 이동 추정부;
    다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 거리 정보 획득부;
    상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 상기 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 로컬 위치 추정부; 및
    다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 글로벌 위치 추정부를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 IMU 이동 추정부는
    보행자의 스텝에 따른 상하 가속도를 감지하여 가속도 신호를 생성하는 가속도 센서;
    보행자의 회전 각도에 따른 자이로 신호를 생성하는 자이로 센서; 및
    상기 센싱 신호로서 상기 가속도 신호와 상기 자이로 신호를 인가받아 보행자의 스텝 및 각 스텝에서의 방향 전환을 분석하여 상기 보행자 이동 패턴을 획득하는 이동 패턴 추정부를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 로컬 위치 추정부는
    상기 다수의 AP와의 거리를 기반으로 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하고, 상기 보행자 이동 패턴의 초기 스텝 위치(p1)에서의 이동 방향을 좌표계의 제1축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하여, 상기 보행자 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환하는 로컬 좌표계 변환부;
    상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지에 따라 구분하여 상기 보폭과 상기 바이어스를 계산하는 궤적 추정부; 및
    계산된 상기 보폭과 상기 바이어스를 기반으로 로컬 좌표계에서 초기 로컬 스텝 위치를 결정하는 로컬 초기 위치 계산부를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 궤적 추정부는
    상기 로컬 이동 궤적의 다수의 로컬 스텝 위치 중 대응하는 AP의 위치로부터 기지정된 문턱 거리 이내에 위치하는 스텝 위치의 스탭을 AP 인접 로컬 스텝으로 선택하는 로컬 스텝 선택부;
    상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적이면, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하고, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하는 직선 궤적 추정부; 및
    상기 로컬 이동 궤적이 비직선 이동 궤적이면, 로컬 좌표계에 대응하는 AP로부터 초기 로컬 스텝 위치까지의 거리와 로컬 좌표계의 제1축으로부터 초기 로컬 스텝 위치 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도를 설정하고, 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하며, 추정된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 비직선 궤적 추정부를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 장치
  5. 제4항에 있어서, 상기 직선 궤적 추정부는
    초기 로컬 스텝 위치(z1)의 로컬 좌표(q1, u1)와 상기 로컬 좌표계의 제1축인 q축 방향으로 진행하는 전체 N개의 스텝(n = 1, 2, .. N) 각각에서 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)와 대응하는 AP 사이의 거리(rn)에 따라 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000038
    으로 표현되는 보폭(d)과 바이어스(b) 함수에 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)를 대입하고, 나머지 스텝 사이의 차이를 분석하여 획득되는 행렬식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000039
    을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000040
    에 따라 계산하여 상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 비직선 궤적 추정부는
    상기 로컬 좌표계의 원점으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1)까지의 거리
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000041
    와 q축 방향으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1) 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도(
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000042
    ) 및 각 로컬 스텝(z2 ~ zN)에서의 회전에 따른 q축을 기준으로 하는 로컬 회전 각도(θn)를 기반으로 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000043
    으로 표현되는 보폭(d)과 바이어스(b) 함수에 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)를 대입하고, 나머지 스텝 사이의 차이로 획득되는 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000044
    (여기서,
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000045
    )이고,
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000046
    이다.)
    을 변환한 행렬식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000047
    을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000048
    에 따라 계산하여 상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비직선 궤적 추정부는
    상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 수학식에서 상기 초기 로컬 각도(γ)를 가변하면서 대입하여 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000049
    (여기서
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000050
    이고, std()는 표준편차 함수이며,
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000051
    이다. 그리고
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000052
    이다)
    의 오차(e2)가 최소가 되도록 하는 초기 로컬 각도(γ(S))를 획득하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 궤적 추정부는
    상기 AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 조합으로 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2) 각각에 대한 보폭(d)과 바이어스(b) 및 초기 로컬 각도(γ(S))가 다수개로 획득되면, 각각 중간값을 대표값으로 선택하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 로컬 초기 위치 계산부는
    직선 이동 궤적인 경우, 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000053
    및
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000054
    에 따라 계산하여 획득하고,
    비직선 이동 궤도인 경우, 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000055
    을 변환한 행렬식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000056
    을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000057
    에 따라 계산하여 획득하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 글로벌 위치 추정부는
    상기 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 로컬 좌표계에서 획득된 로컬 스텝 위치(zn (m)*)를 글로벌 좌표계에서 x축을 기준으로 하는 보행자 이동 패턴의 초기 이동 방향이 나타내는 회전 각도(w)에 따라 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000058
    으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 스텝 위치(pn (m)(w))로 변환하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 글로벌 위치 추정부는
    다수의 로컬 좌표계 각각에서 변환된 글로벌 좌표계 상의 스텝 위치(pn (m)(w))가 일치하지 않으면, 직선 이동 궤적인지 판별하고, 직선 이동 궤적이면, 글로벌 좌표게에서의 서로 다른 AP(APr, APm)의 위치(PAP (r), PAP (m)) 사이의 거리와 AP(APr, APm) 따른 서로 다른 로컬 좌표계에서 각 부호별 로컬 스텝 위치((z1 (r) ~ zN (r)), (z1 (m) ~ zN (m))) 사이의 거리를 비교하여 동일한 거리가 되도록 하는 로컬 스텝 위치(z1 (m) ~ zN (m))를 선택하고, 이에 대응하는 회전 각도(w)를 설정하여 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상하고,
    비직선 이동 궤적이면, 각 로컬 이동 궤적에 따른 로컬 스텝 위치(z1 (m) ~ zN (m))를 글로벌 좌표계로 변환한 스텝 위치 사이의 차이가 최소가 되도록 각 로컬 좌표계에서의 회전 각도(w)를 설정하여 글로벌 스텝 위치의 오차를 보상하는 보행자 실내 위치 측위 장치.
  12. 보행자의 실내 위치를 추적하는 보행자 실내 위치 측위 장치의 보행자 실내 위치 측위 방법에 있어서,
    보행자의 스텝과 회전 각도를 감지한 센싱 신호를 기반으로 보행자 이동 패턴을 판별하는 단계;
    다수의 AP와 무선 신호를 송수신하여, 각 스텝에서 다수의 AP 각각과의 거리를 기지정된 방식으로 측정하는 단계;
    상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하고, 다수의 로컬 좌표계 상에 상기 보행자 이동 패턴과 측정된 다수의 AP 각각과의 거리를 이용하여 획득되는 로컬 이동 궤적을 기반으로 보행자의 스텝에 따른 보폭과 측정된 거리에서 NLOS에 의해 발생되는 바이어스를 계산하고, 계산된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 로컬 이동 궤적의 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 단계; 및
    다수의 로컬 좌표계 각각에서 획득된 로컬 이동 궤적을 글로벌 좌표계의 이동 궤적으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 보행자 이동 궤적을 획득하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 보행자 이동 패턴을 판별하는 단계는
    가속도 센서를 이용하여 보행자의 스텝에 따른 상하 가속도를 감지하여 가속도 신호를 획득하는 단계;
    자이로 센서를 이용하여 보행자의 회전 각도에 따른 자이로 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 센싱 신호로서 상기 가속도 신호와 상기 자이로 신호를 인가받아 보행자의 스텝 및 각 스텝에서의 방향 전환을 분석하여 상기 보행자 이동 패턴을 획득하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 초기 로컬 스텝 위치를 판별하는 단계는
    상기 다수의 AP와의 거리를 기반으로 상기 다수의 AP 각각의 위치를 원점으로 하고, 상기 보행자 이동 패턴의 초기 스텝 위치(p1)에서의 이동 방향을 좌표계의 제1축으로 하는 다수의 로컬 좌표계를 설정하여, 상기 보행자 이동 패턴을 로컬 좌표계의 로컬 이동 궤적으로 변환하는 단계;
    상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적인지 비직선 이동 궤적인지에 따라 구분하여 상기 보폭과 상기 바이어스를 계산하는 단계; 및
    계산된 상기 보폭과 상기 바이어스를 기반으로 로컬 좌표계에서 초기 로컬 스텝 위치를 결정하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 바이어스를 계산하는 단계는
    상기 로컬 이동 궤적의 다수의 로컬 스텝 위치 중 대응하는 AP의 위치로부터 기지정된 문턱 거리 이내에 위치하는 스텝 위치의 스탭을 AP 인접 로컬 스텝으로 선택하는 단계;
    상기 로컬 이동 궤적이 직선 이동 궤적이면, AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하고, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 보폭과 바이어스를 직선 이동 궤적에 따라 추정하는 단계; 및
    상기 로컬 이동 궤적이 비직선 이동 궤적이면, 로컬 좌표계에 대응하는 AP로부터 초기 로컬 스텝 위치까지의 거리와 로컬 좌표계의 제1축으로부터 초기 로컬 스텝 위치 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도를 설정하고, 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 서로 다른 2개의 임의 스텝을 다양한 조합으로 선택하여, 선택된 스텝에서의 대응하는 AP와의 거리차와 나머지 스텝과의 대응하는 AP와의 거리차에 기반하여 로컬 좌표계 상에서 직선 이동 궤적에 따른 보폭과 바이어스를 추정하며, 추정된 보폭과 바이어스를 기반으로 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 직선 이동 궤적에 따라 추정하는 단계는
    초기 로컬 스텝 위치(z1)의 로컬 좌표(q1, u1)와 상기 로컬 좌표계의 제1축인 q축 방향으로 진행하는 전체 N개의 스텝(n = 1, 2, .. N) 각각에서 로컬 스텝 위치(z1 ~ zN)와 대응하는 AP 사이의 거리(rn)에 따라 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000059
    으로 표현되는 보폭(d)과 바이어스(b) 함수에 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)를 대입하고, 나머지 스텝 사이의 차이를 분석하여 획득되는 행렬식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000060
    을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000061
    에 따라 계산하여 상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 단계는
    상기 로컬 좌표계의 원점으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1)까지의 거리
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000062
    와 q축 방향으로부터 초기 로컬 스텝 위치(z1) 방향으로의 각도인 초기 로컬 각도(
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000063
    ) 및 각 로컬 스텝(z2 ~ zN)에서의 회전에 따른 q축을 기준으로 하는 로컬 회전 각도(θn)를 기반으로 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000064
    으로 표현되는 보폭(d)과 바이어스(b) 함수에 상기 AP 인접 로컬 스텝에서 획득되는 서로 다른 2개의 임의 스텝(a1, a2)를 대입하고, 나머지 스텝 사이의 차이로 획득되는 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000065
    (여기서,
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000066
    )이고,
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000067
    이다.)
    을 변환한 행렬식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000068
    을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000069
    에 따라 계산하여 상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 초기 로컬 각도를 계산하여 획득하는 단계는
    상기 보폭(d)과 상기 바이어스(b)를 계산하는 수학식에서 상기 초기 로컬 각도(γ)를 가변하면서 대입하여 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000070
    (여기서
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000071
    이고, std()는 표준편차 함수이며,
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000072
    이다. 그리고
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000073
    이다)
    의 오차(e2)가 최소가 되도록 하는 초기 로컬 각도(γ(S))를 획득하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 초기 로컬 스텝 위치를 결정하는 단계는
    직선 이동 궤적인 경우, 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000074
    및
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000075
    에 따라 계산하여 획득하는 단계; 및
    비직선 이동 궤도인 경우, 초기 로컬 스텝 위치(z1)의 좌표값(q1 *, u1 *)을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000076
    을 변환한 행렬식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000077
    을 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000078
    에 따라 계산하여 획득하는 단계를 포함하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 보행자 이동 궤적을 획득하는 단계는
    상기 다수의 AP(AP1 ~ APM) 각각에 대한 로컬 좌표계에서 획득된 로컬 스텝 위치(zn (m)*)를 글로벌 좌표계에서 x축을 기준으로 하는 보행자 이동 패턴의 초기 이동 방향이 나타내는 회전 각도(w)에 따라 수학식
    Figure PCTKR2021018944-appb-img-000079
    으로 변환하여 글로벌 좌표계에서의 스텝 위치(pn (m)(w))로 변환하는 보행자 실내 위치 측위 방법.
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