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KR101580198B1 - 위치 추적 장치 및 방법 - Google Patents

위치 추적 장치 및 방법 Download PDF

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KR101580198B1
KR101580198B1 KR1020140011190A KR20140011190A KR101580198B1 KR 101580198 B1 KR101580198 B1 KR 101580198B1 KR 1020140011190 A KR1020140011190 A KR 1020140011190A KR 20140011190 A KR20140011190 A KR 20140011190A KR 101580198 B1 KR101580198 B1 KR 101580198B1
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KR
South Korea
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axis
value
tracking device
signal strength
acceleration
Prior art date
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KR1020140011190A
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김황남
유승호
김우진
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고려대학교 산학협력단
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 위치 추적 장치는 기설치된 센서를 통해 최대 가속도값 및 상기 최대 가속도값이 발생할 때의 방향값을 센싱하는 센서부, 상기 최대 가속도값 및 방향값에 의하여 특정되는 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 생성하는 이동 방향 생성부, 이동 방향을 기준으로 설정된 탐색 각도 내에 위치한 와이파이 AP를 탐색하는 AP 탐색부, 상기 와이파이 AP의 개수 및 종류에 따라 WCA(Weighted Centroid Algorithm) 또는 변형된 WCA를 선택적으로 수행하여 상기 위치 추적 장치의 현재 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함하되, 상기 AP 탐색부는 탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP와 미탐색된 AP를 선정하고, 상기 변형된 WCA는 AP의 개수가 임계값 미만인 경우 선정된 상기 AP를 바탕으로 WCA를 수행하는 것이다.

Description

위치 추적 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR LOCATION TRACKING}
본 발명은 위치 추적 장치 및 방법에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿 PC 등 스마트 기기의 보급이 기하급수적으로 증가하면서 이를 활용한 다양한 애플리케이션 또한 활발하게 개발되고 있다. 특히, 위치 기반 애플리케이션은 사용자의 현재 위치를 바탕으로 실시간 정보를 제공할 수 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다.
현재 위치를 파악하기 위해 가장 많이 이용되는 기술은 GPS(Global Positioning System)이다. GPS는 위성 신호를 수신하여 현재 위치를 파악할 수 있는데, GPS 수신 장치가 실내 또는 고층 건물 숲에 위치할 경우 건물에 의해 위성 신호가 반사되어 정확한 위치를 감지하기 어려운 단점이 있다.
이러한 GPS의 단점을 극복하기 위하여 기존의 네트워크 방식과 결합한 방식인 aGPS(Assisted Global Positioning System)라는 기술이 개발되었다. aGPS는 인공위성에서 보내는 위치 정보를 기지국에 알려줌으로써 GPS보다 더 정확한 위치 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다. 그러나 aGPS는 전력 소모량이 많고, 기지국의 위치를 파악할 수 없는 경우 무용지물이 될 수 있는 단점이 있다.
또한, 현재 위치 파악의 정확도를 높이기 위하여 DGPS(Differentiated Global Positioning System) 기술이 제안되었지만, 이는 고가의 장비이기 때문에 일반적인 스마트 기기에서는 사용되기 힘든 단점이 있다.
그러므로, 전력 소모가 적으면서 일반적인 스마트 기기에 적용이 가능하되, 현재 위치를 정확하게 파악할 수 있는 위치 추정 기술의 개발이 필요하다.
한편, 이와 관련하여 한국 공개특허공보 제2012-0124364호(발명의 명칭: 실내보행 위치산출방법)는 고정 위치에 설치된 기준 AP의 송출신호에 따라 현재위치를 초기화하고, 보행시마다 가속도 센서와 자이로 센서를 이용하여 현재위치좌표를 산출하고, 상기 현재위치좌표 산출시마다 누적하여 저장하며, 위치보정 AP가 설치된 위치에서 상기 위치보정 AP로부터 고정위치좌표를 수신하고, 상기 보행방법 단말기는 상기 현재위치좌표와 상기 고정위치좌표를 비교하며, 상기 현재위치좌표와 상기 고정위치좌표가 다른 경우에 상기 현재위치좌표를 상기 고정위치좌표로 변경하는 변경 단계를 포함하는 실내보행 위치산출방법을 제안하고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일부 실시예는 전력 소모량 및 계산 오버헤드가 적은 위치 추적 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 위치 추적 장치는 기설치된 센서를 통해 최대 가속도값 및 상기 최대 가속도값이 발생할 때의 방향값을 센싱하는 센서부, 상기 최대 가속도값 및 방향값에 의하여 특정되는 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 생성하는 이동 방향 생성부, 이동 방향을 기준으로 설정된 탐색 각도 내에 위치한 와이파이 AP를 탐색하는 AP 탐색부, 상기 와이파이 AP의 개수 및 종류에 따라 WCA(Weighted Centroid Algorithm) 또는 변형된 WCA를 선택적으로 수행하여 상기 위치 추적 장치의 현재 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함하되, 상기 AP 탐색부는 탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP와 미탐색된 AP를 선정하고, 상기 변형된 WCA는 AP의 개수가 임계값 미만인 경우 선정된 상기 AP를 바탕으로 WCA를 수행하는 것이다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 위치 추적 장치를 통한 위치 추적 방법은 기설치된 센서를 통해 최대 가속도값 및 상기 최대 가속도값이 발생할 때의 방향값을 센싱하는 단계, 상기 최대 가속도값 및 방향값에 의하여 특정되는 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 생성하는 단계, 이동 방향을 기준으로 설정된 탐색 각도 내에 위치한 와이파이 AP를 탐색하는 단계, 상기 와이파이 AP의 개수 및 종류에 따라 WCA(Weighted Centroid Algorithm) 또는 변형된 WCA를 선택적으로 수행하여 상기 위치 추적 장치의 현재 위치를 측정하는 단계를 포함하되, 상기 AP 탐색 단계는 탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP와 미탐색된 AP를 선정하고, 상기 변형된 WCA는 AP의 개수가 임계값 미만인 경우 선정된 상기 AP를 바탕으로 WCA를 수행하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 가속도계 및 디지털 컴퍼스를 이용하여 전력 소모가 적으며, 간단한 알고리즘을 통해 현 스마트 기기에 적용 가능하고 계산 오버헤드가 적은 위치 추정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도계 및 디지털 컴퍼스의 센싱 기준을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치 고유의 좌표축을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 벡터를 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 AP 탐색 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치를 통한 위치 추적 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서는, 위치 추적 장치(100)가 모바일 기기(예를 들어, 스마트폰)인 것을 예로서 설명하도록 한다.
참고로, 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치(100)의 구성들을 도시하였으나, 장치의 종류에 따라 이 외에도 다른 처리부(미도시)들이 더 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치(100)는 모바일 기기에 한정되는 것이 아닌 다양한 종류의 기기일 수 있으며, 각 기기의 종류 및 목적에 따라 상이한 처리부들을 더 포함할 수 있다.
또한, 위치 추적 장치(100)는 휴대용 단말기로 구현될 수 있다. 여기서, 휴대용 단말기는 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), WiBro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(Smart Phone), 스마트 패드(Smart Pad) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치(100)는 센서부(110), 이동 방향 생성부(120), AP 탐색부(130) 및 위치 측정부(140)를 포함한다.
센서부(110)는 기설치된 센서를 통해 최대 가속도값 및 최대 가속도값이 발생할 때의 방향값을 센싱한다. 여기서, 센서는 가속도계(Accelerometer), 디지털 컴퍼스(Digital Compass) 및 자이로스코프(Gyroscope)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도계 및 디지털 컴퍼스의 센싱 기준을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 가속도계 및 디지털 컴퍼스는 위치 추적 장치(100) 기준으로 3차원의 유클리드(Euclid) 공간 x, y 및 z 축을 기준으로 측정할 수 있다. 가속도계는 x, y, z 축에 각각 얼마큼 가속을 했는지를 나타내는 가속도값을 센싱할 수 있고, 디지털 컴퍼스 및 자이로스코프는 x, y, z 축의 순간 방향값을 센싱할 수 있다.
이동 방향 생성부(120)는 최대 가속도값 및 방향값에 의하여 특정되는 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 생성한다. 즉, 위치 추적 장치(100)마다 고유의 좌표축을 가지고 있으며 이 좌표축을 기준으로 생성된 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치 고유의 좌표축을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 위치 추적 장치(100)는 고유의 좌표축을 가질 수 있다. 고유의 좌표축은 지표면 좌표축과 다를 수 있으며, 이동 방향 생성부(120)는 고유의 좌표축을 지표면 좌표축과 일치할 수 있도록 변환할 수 있다. 즉, 이동 방향 생성부(120)는 센서부(110)에서 센싱한 최대 가속도값 및 방향값의 부호가 다르거나, 고유의 좌표축이 지표면 좌표축과 다를 경우 이를 보정하여 지표면 좌표축을 기준으로 변환된 가속도 벡터를 생성할 수 있다. 예를 들면, 지표면 좌표축의 z 축 값으로 사용하고자 하는 값이 위치 추적 장치(100)에서 y 축 값으로 나타날 경우, z 축과 y 축의 값을 바꿀 수 있다. 또한, 지표면 좌표축 기준으로 y축의 양의 방향값이 위치 추적 장치(100)에서 y 축의 음의 값으로 나타날 경우, 위치 추적 장치(100)에서 출력한 y 축의 값의 부호를 변경하여 변환할 수 있다. 이를 하기 도 4를 참조하여 더 상세하게 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 벡터를 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)는 위치 추적 장치(100) 고유의 좌표축에서 생성된 변환 전의 가속도 벡터(
Figure 112014009696054-pat00001
)를 나타낸 도면이다. 도 4의 (b)는 가속도 벡터(
Figure 112014009696054-pat00002
)를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 생성된 변환된 가속도 벡터(
Figure 112014009696054-pat00003
)를 나타낸 도면이다. 이때, 벡터의 성질은 변하지 않지만 사용하는 기준 좌표축에 따라서 나타나는 값이 달라질 수 있다. 이를 다음의 공식을 통하여 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014009696054-pat00004
[수학식 2]
Figure 112014009696054-pat00005
여기서,
Figure 112014009696054-pat00006
은 센서부(110)에서 센싱된 가속도 벡터를 나타낸다.
Figure 112014009696054-pat00007
는 지표면 좌표축을 기준으로 변환된 가속도 벡터를 나타낸다. 변환된 가속도 벡터는 탐색 각도 설정시 및 측정된 위치를 보정할 때 사용될 수 있다. 가속도 벡터는
Figure 112014009696054-pat00008
와 같은 1x3의 행렬을 가질 수 있다.
또한,
Figure 112014009696054-pat00009
은 위치 추적 장치(100)의 고유 좌표축을 중심으로 이루어지는 벡터들을 지표면 좌표축 기준으로 변환하기 위하여 사용되는 행렬이다. 즉, 센서부(110)에 의해 센싱된 x, y, z 축으로 표현된 벡터값을 지표면을 기준으로 한 X, Y, Z 축을 기준으로 바꾸기 위해서
Figure 112014009696054-pat00010
행렬을 곱할 수 있다. [수학식 1] 및 [수학식 2]은 다음과 같이 이동 방향을 생성하는데 사용될 수 있다.
이동 방향 생성부(120)는 위치 추적 장치(100)의 고유 좌표축을 감지하고, 고유 좌표축의 XY평면을 지표면과 평행하게 변경하고, Y축을 정북향으로 고정하도록 가속도 벡터를 수정할 수 있다. 이때, [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 가속도 벡터를 수정할 수 있다. 여기서, 사용되는 최대 가속도값은 각 축의 가속도값을 절대값으로 표현하고, 각 벡터값들을 유클리드 공간에서 노름을 구하여 구한 값의 최대값이 될 수 있다. 다음으로, 이동 방향 생성부(120)는 수정된 가속도 벡터에서 Z축 방향의 중력가속도를 감산하고, Y축 기준으로 벡터의 방향을
Figure 112014009696054-pat00011
을 이용하여 이동 방향을 생성할 수 있다.
위치 추적 장치(100)는 XY 평면에서만 이동하지 않고, z 축과 평행하게 움직일 수도 있다. 그러므로 z 축의 가속도를 측정하여 이동 방향을 측정할 수도 있다. 이는 다음과 같이 생성될 수 있다.
이동 방향 생성부(120)는 위치 추적 장치(100)의 고유 좌표축을 감지하고, 고유 좌표축의 XY평면을 지표면과 평행하게 변경하고, Y축을 정북향으로 고정하도록 가속도 벡터를 수정할 수 있다. 이때, [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 가속도 벡터를 수정할 수 있다. 다음으로, 이동 방향 생성부(120)는 수정된 가속도 벡터에서 Z축 방향의 중력가속도를 감산하고, 감산된 Z축 방향의 가속도 값 및 XY 평면과
Figure 112014009696054-pat00012
을 이용하여 Z축의 이동 방향을 생성할 수 있다.
AP 탐색부(130)는 이동 방향을 기준으로 설정된 탐색 각도 내에 위치한 와이파이 AP를 탐색한다. 이때, AP 탐색부(130)는 탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP와 미탐색된 AP를 선정한다. 여기서, 탐색 각도는 사용자에 의해 설정이 가능할 수 있다. 이를 하기 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 AP 탐색 과정을 설명하기 위한 도면이다.
예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 위치 추적 장치(100)를 소지한 사용자의 현재 위치를 측정하기 위하여 AP 탐색부(130)는 위치 추적 장치(100) 주변의 와이파이 AP(510, 520, 521, 522, 523, 524, 525)를 탐색할 수 있다. 먼저, AP 탐색부(130)는 가장 강한 신호세기를 갖는 AP(510)를 찾을 수 있다. 탐색 각도를 60도로 설정한 경우, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP(510)를 중심으로 이동 방향 전후 60도 각도내에 위치한 와이파이 AP를 탐색할 수 있다. 이때, 탐색된 AP 중 기저장된 AP 정보 상에 검색되지 않는 AP를 미탐색 AP(520, 521, 523, 524)로서 설정하여 AP의 위치 정보를 파악할 수 있다.
AP의 위치 정보는 AP 데이터베이스 또는 직접 좌표가 저장된 정보를 통해 파악할 수 있다. 예를 들면, AP 데이터베이스에 AP들의 위치와 식별자(ID)가 저장되어 있고, AP 탐색부(130)는 AP 데이터베이스로부터 AP 정보를 검색해 올 수 있다. 여기서, AP 데이터베이스는 위치 추적 장치(100)에 미리 저장되어 있거나 서버로부터 다운받아 사용될 수 있다. AP를 구분하기 위한 식별자로 주로 MAC address가 사용되지만, SSID와 같은 다른 식별자가 사용될 수 있다. 이때, AP 데이터베이스에 식별자와 위치만 저장되는 것이 아닌 AP의 추가적인 정보(AP의 모델명 등)가 저장될 수 있다. 또 다른 예로서, AP들의 위치를 저장하기 위하여 직접 확인하고 지도 혹은 건물의 도면과 대비시킨 좌표를 저장하여 사용할 수 있다.
가장 강한 신호세기를 갖는 AP(510)와 사용자간의 상대적 거리를 수신신호세기(RSSI)를 통하여 파악할 수 있다. 수신신호세기가 증가하면 AP는 위치 추적 장치(100)의 전방에 있고, 감소한다면 후방에 있는 것으로 간주할 수 있다.
위치 측정부(140)는 와이파이 AP의 개수 및 종류에 따라 WCA(Weighted Centroid Algorithm) 또는 변형된 WCA를 선택적으로 수행하여 위치 추적 장치(100)의 현재 위치를 측정한다. 여기서, 변형된 WCA는 AP의 개수가 임계값 미만인 경우 선정된 AP를 바탕으로 WCA를 수행하는 것이다.
먼저, WCA는 탐색된 AP의 위치 및 신호세기 등을 사용하여 사용자의 위치를 측정하는 방법으로 [수학식 3]을 이용하여 위치를 측정할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112014009696054-pat00013
[수학식 3]은 2차원 평면 상에서의 위치를 측정할 때 사용하는 수식이나 3차원으로 확장이 가능할 수 있다. [수학식 3]에서
Figure 112014009696054-pat00014
는 WCA를 사용하여 측정한 위치를 나타낸다.
Figure 112014009696054-pat00015
는 탐색된 AP의 위치를 나타내며,
Figure 112014009696054-pat00016
는 탐색된 AP로부터 얻은 정보를 나타낸다. 주로 신호세기를 사용하여 계산될 수 있다. 그리고 [수학식 3]에서의
Figure 112014009696054-pat00017
의 값은 다음의 [수학식 4], [수학식 5] 및 [수학식 6]을 통하여 얻을 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112014009696054-pat00018
[수학식 5]
Figure 112014009696054-pat00019
[수학식 6]
Figure 112014009696054-pat00020
[수학식 4]에서
Figure 112014009696054-pat00021
는 송신측에서 송신한 신호세기를 나타내며,
Figure 112014009696054-pat00022
는 송신측의 안테나의 게인(gain)을 나타낸다. 또한,
Figure 112014009696054-pat00023
은 수신측에서 수신한 신호세기를 나타내며,
Figure 112014009696054-pat00024
은 수신측의 안테나의 게인(gain)을 나타낸다. 또한,
Figure 112014009696054-pat00025
은 감쇠계수(System Loss Factor)로서, 신호를 송수신하는 환경에 따라 달라질 수 있는 값이다.
Figure 112014009696054-pat00026
는 송수신하는 전파의 파장을 나타낸다.
AP의 개수가 임계값 미만인 경우 변형된 WCA를 다음과 같이 수행할 수 있다.
AP 탐색부(130)에서 검색된 미탐색 AP(520, 521, 523, 524) 중 위치 추적 장치(100)로부터 가장 가까이에 있는 미탐색 AP(520, 521, 523, 524)를 2개 선택한 후 WCA를 사용할 수 있다. 이때, AP가 위치 추적 장치(100)의 전방에 있을 경우 후방에서 검색된 미탐색 AP(523, 524)는 무시될 수 있다. 또한, AP가 위치 추적 장치(100)의 후방에 있을 경우 전방에서 검색된 미탐색 AP(520, 521)는 무시될 수 있다. 만일, 미탐색 AP(520, 521, 523, 524)가 1개 밖에 검색되지 않을 경우, 미탐색 AP(520, 521, 523, 524) 1개와 가장 강한 신호세기를 갖는 AP(510) 총 2개를 선택할 수 있다.
다음으로, 3개의 AP가 선택된 후, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP(510)를 기준으로 미탐색 AP(520, 521, 523, 524)와 위치 추적 장치(100)의
Figure 112014009696054-pat00027
를 구할 수 있다. 이는 위치 추적 장치(100)와 가장 강한 신호세기를 갖는 AP(510)간의 거리인
Figure 112014009696054-pat00028
및 미탐색 AP(520, 521, 523, 524)와 가장 강한 신호세기를 갖는 AP(510)간의 거리인
Figure 112014009696054-pat00029
를 이용하여 구할 수 있다. 여기서,
Figure 112014009696054-pat00030
는 수신신호세기를 이용하여 [수학식 4]를 통해 구할 수 있다.
Figure 112014009696054-pat00031
는 [수학식 5] 및 [수학식 6]을 이용하여 구할 수 있다. [수학식 6]을 통하여 구한
Figure 112014009696054-pat00032
를 이용하여 WCA (즉, [수학식 3] 이용)를 실행할 수 있다. 이를 통해, 사용자의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 위치 측정부(140)는 측정된 현재 위치의 오차 범위가 임계값 이상일 경우, 위치 추적 장치(100)의 이전 위치 정보 및 이동 방향을 바탕으로 현재 위치를 수정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치를 통한 위치 추적 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 (S110)에서는, 기설치된 센서를 통해 최대 가속도값 및 최대 가속도값이 발생할 때의 방향값을 센싱할 수 있다. 여기서, 센서는 가속도계(Accelerometer), 디지털 컴퍼스(Digital Compass) 및 자이로스코프(Gyroscope)를 포함할 수 있다. 가속도계는 x, y, z 축에 각각 얼마큼 가속을 했는지를 나타내는 가속도값을 센싱할 수 있고, 디지털 컴퍼스 및 자이로스코프는 x, y, z 축의 순간 방향값을 센싱할 수 있다.
단계 (S120)에서는, 최대 가속도값 및 방향값에 의하여 특정되는 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 생성할 수 있다. 즉, 위치 추적 장치마다 고유의 좌표축을 가지고 있으며 이 좌표축을 기준으로 생성된 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 측정할 수 있다. 이를 다음의 공식을 통하여 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014009696054-pat00033
[수학식 2]
Figure 112014009696054-pat00034
여기서,
Figure 112014009696054-pat00035
은 센서부(110)에서 센싱된 가속도 벡터를 나타낸다.
Figure 112014009696054-pat00036
는 지표면 좌표축을 기준으로 변환된 가속도 벡터를 나타낸다. 변환된 가속도 벡터는 탐색 각도 설정시 및 측정된 위치를 보정할 때 사용될 수 있다. 가속도 벡터는
Figure 112014009696054-pat00037
와 같은 1x3의 행렬을 가질 수 있다.
또한,
Figure 112014009696054-pat00038
은 위치 추적 장치의 고유 좌표축을 중심으로 이루어지는 벡터들을 지표면 좌표축 기준으로 변환하기 위하여 사용되는 행렬이다. 즉, 상기 단계 (S110)에서 센싱된 x, y, z 축으로 표현된 벡터값을 지표면을 기준으로 한 X, Y, Z 축을 기준으로 바꾸기 위해서
Figure 112014009696054-pat00039
행렬을 곱할 수 있다. [수학식 1] 및 [수학식 2]은 다음과 같이 이동 방향을 생성하는데 사용될 수 있다.
또한 단계 (S120)에서는, 위치 추적 장치의 고유 좌표축을 감지하고, 고유 좌표축의 XY 평면을 지표면과 평행하게 변경하고, Y축을 정북향으로 고정하도록 가속도 벡터를 수정하고, 수정된 가속도 벡터에서 Z축 방향의 중력가속도를 감산하고, Y축 기준으로 벡터의 방향을
Figure 112014009696054-pat00040
을 이용하여 이동 방향을 생성할 수 있다.
또한 단계 (S120)에서는, 위치 추적 장치의 고유 좌표축을 감지하고, 고유 좌표축의 XY 평면을 지표면과 평행하게 변경하고, Y축을 정북향으로 고정하도록 가속도 벡터를 수정하고, 수정된 가속도 벡터에서 Z축 방향의 중력가속도를 감산하고, 감산된 Z축 방향의 가속도 값 및 XY 평면과
Figure 112014009696054-pat00041
을 이용하여 Z축의 이동 방향을 생성할 수 있다.
단계 (S130)에서는, 이동 방향을 기준으로 설정된 탐색 각도 내에 위치한 와이파이 AP를 탐색할 수 있다. 여기서, 탐색 각도는 사용자에 의해 설정이 가능할 수 있다. 또한 단계 (S130)에서는, 탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP와 미탐색된 AP를 선정할 수 있다. 예를 들면, 탐색 각도를 60도로 설정한 경우, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP를 중심으로 이동 방향 전후 60도 각도내에 위치한 와이파이 AP를 탐색할 수 있다. 이때, 탐색된 AP 중 기저장된 AP 정보 상에 검색되지 않는 AP를 미탐색 AP로서 설정하여 AP의 위치 정보를 파악할 수 있다.
단계 (S140)에서는, 와이파이 AP의 개수 및 종류에 따라 WCA(Weighted Centroid Algorithm) 또는 변형된 WCA를 선택적으로 수행하여 위치 추적 장치의 현재 위치를 측정할 수 있다.
먼저, WCA는 탐색된 AP의 위치 및 신호세기 등을 사용하여 사용자의 위치를 측정하는 방법으로 [수학식 3]을 이용하여 위치를 측정할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112014009696054-pat00042
[수학식 3]은 2차원 평면 상에서의 위치를 측정할 때 사용하는 수식이나 3차원으로 확장이 가능할 수 있다. [수학식 3]에서
Figure 112014009696054-pat00043
는 WCA를 사용하여 측정한 위치를 나타낸다.
Figure 112014009696054-pat00044
는 탐색된 AP의 위치를 나타내며,
Figure 112014009696054-pat00045
는 탐색된 AP로부터 얻은 정보를 나타낸다. 주로 신호세기를 사용하여 계산될 수 있다
여기서, 변형된 WCA는 AP의 개수가 임계값 미만인 경우 선정된 AP를 바탕으로 WCA를 수행하는 것일 수 있다. 상기 단계 (S130)에서 검색된 미탐색 AP 중 위치 추적 장치로부터 가장 가까이에 있는 미탐색 AP를 2개 선택한 후 WCA를 사용할 수 있다. 이때, AP가 위치 추적 장치의 전방에 있을 경우 후방에서 검색된 미탐색 AP는 무시될 수 있다. 또한, AP가 위치 추적 장치의 후방에 있을 경우 전방에서 검색된 미탐색 AP는 무시될 수 있다. 만일, 미탐색 AP가 1개 밖에 검색되지 않을 경우, 미탐색 AP 1개와 가장 강한 신호세기를 갖는 AP 총 2개를 선택할 수 있다.
다음으로, 3개의 AP가 선택된 후, 가장 강한 신호세기를 갖는 AP를 기준으로 미탐색 AP와 위치 추적 장치의
Figure 112014009696054-pat00046
를 구할 수 있다. 이는 위치 추적 장치와 가장 강한 신호세기를 갖는 AP간의 거리인
Figure 112014009696054-pat00047
및 미탐색 AP와 가장 강한 신호세기를 갖는 AP간의 거리인
Figure 112014009696054-pat00048
를 이용하여 구할 수 있다. 여기서,
Figure 112014009696054-pat00049
는 수신신호세기를 이용하여 [수학식 4]를 통해 구할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112014009696054-pat00050
[수학식 4]에서
Figure 112014009696054-pat00051
는 송신측에서 송신한 신호세기를 나타내며,
Figure 112014009696054-pat00052
는 송신측의 안테나의 게인(gain)을 나타낸다. 또한,
Figure 112014009696054-pat00053
은 수신측에서 수신한 신호세기를 나타내며,
Figure 112014009696054-pat00054
은 수신측의 안테나의 게인(gain)을 나타낸다. 또한,
Figure 112014009696054-pat00055
은 감쇠계수(System Loss Factor)로서, 신호를 송수신하는 환경에 따라 달라질 수 있는 값이다.
Figure 112014009696054-pat00056
는 송수신하는 전파의 파장을 나타낸다.
Figure 112014009696054-pat00057
는 [수학식 5] 및 [수학식 6]을 이용하여 구할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112014009696054-pat00058
[수학식 6]
Figure 112014009696054-pat00059
[수학식 6]을 통하여 구한
Figure 112014009696054-pat00060
를 이용하여 WCA (즉, [수학식 3] 이용)를 실행할 수 있다. 이를 통해, 사용자의 위치를 측정할 수 있다.
또한 단계 (S140)에서는, 측정된 현재 위치의 오차 범위가 임계값 이상일 경우, 위치 추적 장치의 이전 위치 정보 및 이동 방향을 바탕으로 현재 위치를 수정할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 위치 추적 장치 110: 센서부
120: 이동 방향 생성부 130: AP 탐색부
140: 위치 측정부

Claims (10)

  1. 위치 추적 장치에 있어서,
    기설치된 센서를 통해 최대 가속도값 및 상기 최대 가속도값이 발생할 때의 방향값을 센싱하는 센서부,
    상기 최대 가속도값 및 방향값에 의하여 특정되는 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 생성하는 이동 방향 생성부,
    주변의 와이파이 AP를 탐색하고, 탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우 상기 탐색된 와이파이 AP 중 가장 강한 신호세기를 갖는 AP의 위치 및 상기 생성된 이동 방향에 기초하여 미탐색 AP를 선정하는 AP 탐색부, 및
    상기 탐색 및 선정된 와이파이 AP의 개수 및 종류에 따라 WCA(Weighted Centroid Algorithm)를 수행하여 상기 위치 추적 장치의 현재 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함하고,
    상기 AP 탐색부는,
    상기 가장 강한 신호세기를 갖는 AP를 중심으로 상기 이동 방향의 전후로 기설정된 탐색 각도 내에 위치하되 기저장된 AP 정보 상에 검색되지 않는 적어도 하나의 미탐색 AP를 선정하되,
    기저장된 AP 데이터베이스 및 직접 좌표가 저장된 정보 중 적어도 하나로부터 상기 미탐색 AP의 AP 정보를 검색하여 위치 정보를 파악하고,
    상기 파악한 위치 정보에 기초하여, 상기 가장 강한 신호세기를 갖는 AP를 중심으로 전방 또는 후방에 위치하며 상기 위치 추적 장치로부터 가장 가까이 있는 순서에 따라 적어도 하나의 미탐색 AP를 선택하며,
    상기 위치 측정부는,
    상기 탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우에 상기 탐색 및 선정된 AP들을 바탕으로 WCA를 수행하되,
    상기 가장 강한 신호세기를 갖는 AP와 상기 위치 추적 장치 간의 거리 및 상기 미탐색 AP와 상기 가장 강한 신호세기를 갖는 AP 간의 거리를 이용하여 WCA를 수행하는 위치 추적 장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 방향 생성부는,
    상기 위치 추적 장치의 고유 좌표축을 감지하고,
    상기 고유 좌표축의 XY 평면을 지표면과 평행하게 변경하고, Y축을 정북향으로 고정하도록 상기 가속도 벡터를 수정하고,
    상기 수정된 가속도 벡터에서 Z축 방향의 중력가속도를 감산하고,
    상기 Y축 기준으로 벡터의 방향을
    Figure 112014009696054-pat00061
    을 이용하여 이동 방향을 생성하는 위치 추적 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 방향 생성부는,
    상기 위치 추적 장치의 고유 좌표축을 감지하고,
    상기 고유 좌표축의 XY 평면을 지표면과 평행하게 변경하고, Y축을 정북향으로 고정하도록 상기 가속도 벡터를 수정하고,
    상기 수정된 가속도 벡터에서 Z축 방향의 중력가속도를 감산하고,
    상기 감산된 Z축 방향의 가속도 값 및 XY 평면과
    Figure 112014009696054-pat00062
    을 이용하여 상기 Z축의 이동 방향을 생성하는 위치 추적 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 측정부는 측정된 현재 위치의 오차 범위가 임계값 이상일 경우, 상기 위치 추적 장치의 이전 위치 정보 및 이동 방향을 바탕으로 현재 위치를 수정하는 위치 추적 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐색 각도는 사용자에 의해 설정이 가능한 위치 추적 장치.
  6. 위치 추적 장치를 통한 위치 추적 방법에 있어서,
    기설치된 센서를 통해 최대 가속도값 및 상기 최대 가속도값이 발생할 때의 방향값을 센싱하는 단계;
    상기 최대 가속도값 및 방향값에 의하여 특정되는 가속도 벡터를 지표면 좌표축을 기준으로 변환하여 이동 방향을 생성하는 단계;
    주변의 와이파이 AP를 탐색하는 단계; 및
    상기 탐색의 결과에 따른 와이파이 AP의 개수 및 종류에 따라 WCA(Weighted Centroid Algorithm)를 수행하여 상기 위치 추적 장치의 현재 위치를 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 AP를 탐색하는 단계는,
    탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우, 상기 탐색된 와이파이 AP 중 가장 강한 신호세기를 갖는 AP의 위치를 중심으로 상기 생성된 이동 방향의 전후로 기설정된 탐색 각도 내 위치하며 기저장된 AP 정보 상에 검색되지 않는 적어도 하나의 미탐색 AP를 선정하되,
    기설정된 AP 데이터베이스 및 직접 좌표가 저장된 정보 중 적어도 하나로부터 상기 미탐색 AP의 위치 정보를 파악하고,
    상기 파악한 위치 정보에 기초하여, 상기 가장 강한 신호세기를 갖는 AP를 중심으로 전방 또는 후방에 위치하며 상기 위치 추적 장치로부터 가장 가까이에 있는 순서에 따라 적어도 하나의 미탐색 AP를 선택하며,
    상기 위치 추적 장치의 현재 위치를 측정하는 단계는,
    상기 탐색된 와이파이 AP의 개수가 임계값 미만인 경우에 상기 탐색 및 선정된 AP들을 바탕으로 WCA를 수행하되,
    상기 가장 강한 신호세기를 갖는 AP와 상기 위치 추적 장치 간의 거리 및 상기 미탐색 AP와 상기 가장 강한 신호세기를 갖는 AP 간의 거리를 이용하여 WCA를 수행하는 위치 추적 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이동 방향을 생성하는 단계는,
    상기 위치 추적 장치의 고유 좌표축을 감지하고,
    상기 고유 좌표축의 XY 평면을 지표면과 평행하게 변경하고, Y축을 정북향으로 고정하도록 상기 가속도 벡터를 수정하고,
    상기 수정된 가속도 벡터에서 Z축 방향의 중력가속도를 감산하고,
    상기 Y축 기준으로 벡터의 방향을
    Figure 112014009696054-pat00063
    을 이용하여 이동 방향을 생성하는 위치 추적 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 이동 방향을 생성하는 단계는,
    상기 위치 추적 장치의 고유 좌표축을 감지하고,
    상기 고유 좌표축의 XY 평면을 지표면과 평행하게 변경하고, Y축을 정북향으로 고정하도록 상기 가속도 벡터를 수정하고,
    상기 수정된 가속도 벡터에서 Z축 방향의 중력가속도를 감산하고,
    상기 감산된 Z축 방향의 가속도 값 및 XY 평면과
    Figure 112014009696054-pat00064
    을 이용하여 상기 Z축의 이동 방향을 생성하는 위치 추적 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 현재 위치를 측정하는 단계는 측정된 현재 위치의 오차 범위가 임계값 이상일 경우, 상기 위치 추적 장치의 이전 위치 정보 및 이동 방향을 바탕으로 현재 위치를 수정하는 위치 추적 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 탐색 각도는 사용자에 의해 설정이 가능한 위치 추적 방법.
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