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KR101871052B1 - Hybrid indoor positioning system and method thereof - Google Patents

Hybrid indoor positioning system and method thereof Download PDF

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Publication number
KR101871052B1
KR101871052B1 KR1020160134811A KR20160134811A KR101871052B1 KR 101871052 B1 KR101871052 B1 KR 101871052B1 KR 1020160134811 A KR1020160134811 A KR 1020160134811A KR 20160134811 A KR20160134811 A KR 20160134811A KR 101871052 B1 KR101871052 B1 KR 101871052B1
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KR
South Korea
Prior art keywords
uwb
subject
indoor positioning
tag
positioning
Prior art date
Application number
KR1020160134811A
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Korean (ko)
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KR20180042546A (en
Inventor
변재영
김대호
이정훈
강희선
김범훈
Original Assignee
조선대학교산학협력단
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.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 하이브리드 실내 측위 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 측위 대상자의 신체 일부분에 부착되며, 외부로부터 UWB(Ultra Wide-Band) 신호를 송수신하는 UWB 태그와, 측위 대상자의 신체 일부분에 부착되며, 복수개의 센서들을 구비한 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 이용하여 해당 측위 대상자의 측위 정보를 송출하는 PDR(Pedestrian Dead-Reckoning) 태그와, 실내의 특정 장소에 설치되며, UWB 태그로부터의 UWB 신호를 송수신하는 복수개의 UWB 엥커와, PDR 태그로부터 송출되는 해당 측위 대상자의 측위 정보를 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 움직임으로부터 정지, 점프, 걷기 또는 달리기 상태 중 적어도 하나의 움직임 상태를 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정하고, 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위를 벗어날 경우, UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단하는 실내 측위 모니터링 수단을 포함함으로써, 실내 측위 오차를 줄이고 실내 측위의 정밀도 및 정확도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a hybrid indoor positioning system and method, and more particularly, to a UWB tag attached to a part of a body part of a positioning subject and transmitting and receiving an UWB (Ultra Wide-Band) signal from the outside, A PDR (Pedestrian Dead-Reckoning) tag for transmitting positioning information of a subject to be positioned by using an inertial measurement unit (IMU) equipped with sensors, and a UWB A plurality of UWB anchors transmitting and receiving a signal and positioning information of a corresponding positioning subject sent from the PDR tag and determining at least one movement state of the position, , UWB signals of the UWB tags are respectively received from the respective UWB anchors, and based on the received UWB signals, And if the current position of the measured subject is outside the predetermined reference allowable range according to the movement state of the subject to be positioned, the indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag is determined as the uncertain or abnormal positioning status The indoor positioning error can be reduced and the accuracy and the accuracy of the indoor positioning can be increased.

Figure R1020160134811
Figure R1020160134811

Description

하이브리드 실내 측위 시스템 및 그 방법{HYBRID INDOOR POSITIONING SYSTEM AND METHOD THEREOF}HYBRID INDOOR POSITIONING SYSTEM AND METHOD THEREOF Field of the Invention < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 하이브리드 실내 측위 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서 기반의 실내 측위 정보와 UWB(Ultra Wide-Band) 기반의 실내 측위 정보를 함께 사용함으로써, 실내 측위 오차를 줄이고 실내 측위의 정밀도 및 정확도를 증가시킬 수 있도록 한 하이브리드 실내 측위 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
[0001] The present invention relates to a hybrid indoor positioning system and a method thereof, and more particularly, to a hybrid indoor positioning system and method using indoor positioning information based on an Inertial Measurement Unit (IMU) sensor and UWB (Ultra Wide- To a hybrid indoor positioning system and method for reducing errors and increasing the accuracy and accuracy of indoor positioning.

최근 무선 및 이동통신 기술의 급속한 발전으로 정확한 위치 정보는 통신, 의료, 안전, 군용 등 많은 응용 분야에 매우 유용한 요소를 제공한다.With the recent rapid development of wireless and mobile communication technologies, accurate location information is very useful for many applications such as communication, medical, safety, and military.

이러한 위치 정보 추정 또는 측위 기술은 일반적으로 사람이나 사물의 위치 또는 주변 물체와의 위치적 관계에 기반한 다양한 서비스를 제공할 수 있는 기술이다.This position information estimation or positioning technique is generally a technique capable of providing various services based on a position of a person or an object or a positional relationship with the surrounding objects.

현재, 글로벌 측위 위성 시스템인 GPS(Global Positioning System)가 이를 위하여 일반화되어 있으나, GPS의 실내 측위 및 전력 소모 등의 한계성을 극복하기 위해, 최근 이동 통신망(Cellular Network), 무선 랜(WLAN: Wirelss Local Area Network), 초 광대역(UWB: Ultra-wideband) 통신, 블루투스(Bluetooth) 등 무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)를 이용한 위치 기반 서비스(LBS: Location Based Service), IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 이용한 보행자 추측 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)의 개발이 활발하게 논의되고 있다.Currently, a global positioning system (GPS), which is a global positioning satellite system, has been generalized for this purpose. However, in order to overcome limitations such as indoor positioning of GPS and power consumption, a cellular network, a WLAN (LBS) based on a wireless sensor network (WSN) such as an area network (LAN), an ultra-wideband (UWB) communication, Pedestrian Dead Reckoning (PDR) has been actively discussed.

종래 실내 측위를 위해서 사용되는 여러 위치 측위 기술들은 모두 각각의 특성에 따라 장단점을 갖고 있다. 즉, 초 광대역(UWB)을 이용한 실내 측위 기술의 경우 정밀도가 매우 우수하나 UWB 엥커(Anchor)와 UWB 태그 사이의 가시거리(Line of Sight, LOS) 유무에 따라 측위 성능이 결정되며, 하드웨어적인 설치 부담이 큰 문제점이 있다.Conventionally, various positioning technologies used for indoor positioning have advantages and disadvantages depending on their respective characteristics. In other words, the positioning accuracy using ultra wideband (UWB) is very good but the positioning performance is determined according to the presence or absence of the line of sight (LOS) between the UWB anchor and the UWB tag. There is a problem that the burden is large.

또한, 초 광대역(UWB) 신호를 이용한 실내 측위 기술의 경우, 가시거리(LOS)가 확보될 때, 약 1m 내지 2m 내외의 매우 정밀도 있는 측위가 가능하지만, 비가시거리(non-Line of Sight, NLOS)일 경우 실내 측위 오차가 약 2m 내지 5m 이상 발생할 수 있으며, 특히 UWB 태그(tag)로부터의 신호를 송수신하는 UWB 엥커(Anchor)의 위치와 설치 개수에 따라 측위 오차는 매우 다양하게 발생한다.In the case of an indoor positioning technique using an ultra wideband (UWB) signal, highly precise positioning of about 1 m to 2 m can be performed when the visible distance (LOS) is secured. However, the non-line- In case of NLOS, indoor positioning error may occur more than 2m ~ 5m. In particular, positioning errors may vary according to the location and number of UWB anchors transmitting and receiving signals from UWB tags.

한편, 측위 대상자인 사람에게 PDR(Pedestrian Dead Reckoning) 태그를 부착하여 움직임을 추정하는 보행자 추측 항법(PDR)을 이용한 실내 측위 기술의 경우, 초 광대역(UWB)을 이용한 실내 측위 기술의 경우보다 실내 측위 오차는 크고 하드웨어적인 설치 부담은 작다. 또한, 실내 측위 시간이 지날수록 드리프트(drift) 오차가 커지는 문제점이 있다.
On the other hand, in the case of the indoor positioning technique using the pedestrian guided navigation (PDR) in which the PDR (Pedestrian Dead Reckoning) tag is attached to the person to be positioned, the indoor positioning technique using the UWB The error is large and the hardware installation burden is small. Further, there is a problem that the drift error increases as the indoor positioning time passes.

국내 등록특허 제10-1635421호Korean Patent No. 10-1635421

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서 기반의 실내 측위 정보와 UWB(Ultra Wide-Band) 기반의 실내 측위 정보를 상호 보완하고 이를 함께 사용함으로써, 실내 측위 오차를 줄이고 실내 측위의 정밀도 및 정확도를 증가시킬 수 있도록 한 하이브리드 실내 측위 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to complement each other with indoor positioning information based on an IMU sensor and UWB (Ultra Wide-Band) The present invention is to provide a hybrid indoor positioning system and a method for reducing indoor positioning error and increasing the accuracy and accuracy of indoor positioning.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 측위 대상자의 신체 일부분에 부착되며, 외부로부터 UWB(Ultra Wide Band) 신호를 송수신하는 UWB 태그; 측위 대상자의 신체 일부분에 부착되며, 복수개의 센서들을 구비한 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 이용하여 해당 측위 대상자의 측위 정보를 송출하는 PDR(Pedestrian Dead Reckoning) 태그; 실내의 특정 장소에 설치되며, 상기 UWB 태그로부터의 UWB 신호를 송수신하는 복수개의 UWB 엥커; 및 상기 PDR 태그로부터 송출되는 해당 측위 대상자의 측위 정보를 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 움직임으로부터 정지, 점프, 걷기 또는 달리기 상태 중 적어도 하나의 움직임 상태를 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정하고, 상기 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위를 벗어날 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단하는 실내 측위 모니터링 수단을 포함하는 하이브리드 실내 측위 시스템을 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a UWB tag attached to a part of a body of a person to be positioned, the UWB tag transmitting and receiving an UWB (Ultra Wide Band) signal from the outside; A PDR (Pedestrian Dead Reckoning) tag attached to a part of a body part of a person to be positioned and transmitting positional information of the person to be positioned by using an inertial measurement unit (IMU) having a plurality of sensors; A plurality of UWB anchors installed in a specific place in the room for transmitting and receiving UWB signals from the UWB tag; And a controller for receiving at least one of the UWB tag information and the UWB tag information from each UWB anchor after receiving the positioning information of the corresponding positioning subject sent from the PDR tag and determining at least one movement state from the movement of the subject, And when the current position of the measured subject is out of a preset reference allowable range according to a movement state of the subject, the UWB tag And an indoor positioning monitoring unit for determining an indoor positioning result of the subject to be positioned through the indoor positioning unit as an uncertain or an abnormal positioning status.

여기서, 상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위 내에 존재할 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 정상 측위 상태로 판단하고, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정함이 바람직하다.Here, the indoor positioning monitoring unit may set the indoor positioning result of the person to be positioned through the UWB tag to be normal if the measured current position of the subject is within the predetermined allowable range according to the movement state of the subject, It is preferable to determine the current position of the person to be positioned through the UWB tag as the final indoor positioning information of the person to be positioned.

바람직하게, 상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 작을 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 상태로 판단하고, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치와 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 조합하여 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정할 수 있다.Preferably, the indoor positioning monitoring unit determines an indoor positioning result of the corresponding positioned person through the UWB tag as an uncertain or abnormal positioning state, and then determines the total received signal strength (P RX ) and When the difference value (P RX -P FP ) of the shortest path received signal strength (P FP ) is smaller than a preset threshold value (T LOS ), the indoor positioning result of the corresponding positioned person through the UWB tag is determined as an uncertain state And determine the final indoor positioning information of the subject to be positioned by combining the current position of the subject of positioning through the UWB tag and the current position of the subject of the positioning through the PDR tag.

바람직하게, 상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 상태로 판단할 경우, 하기의 식 1에 의해 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위(P(x,y)) 정보로 결정할 수 있다.Preferably, when the indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag is determined as an uncertainty positioning state, the indoor positioning monitoring unit may calculate the final indoor positioning P (x, y )) Information.

(식 1)(Equation 1)

Figure 112016100699848-pat00001
Figure 112016100699848-pat00001

여기서, 상기 PUWB(x,y)는 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이고, 상기 PPDU(x,y)는 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이며, 상기 α는 측위 비율을 조절하기 위한 가중치 변수로서 0.5 내지 0.9 범위로 이루어질 수 있다.Here, the P UWB (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the UWB tag, the PDU (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the PDR tag, The alpha is a weighting variable for adjusting the positioning ratio, and may be in the range of 0.5 to 0.9.

바람직하게, 상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 클 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 비정상 측위 상태로 판단하고, 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정할 수 있다.Preferably, the indoor positioning monitoring unit determines an indoor positioning result of the corresponding positioned person through the UWB tag as an uncertain or abnormal positioning state, and then determines the total received signal strength (P RX ) and If the difference value (P RX -P FP ) of the shortest path received signal strength (P FP ) is greater than a preset threshold value (T LOS ), the indoor positioning result of the corresponding positioned person via the UWB tag is determined to be an abnormal positioning status And determine the current position of the person to be positioned through the PDR tag as the final indoor positioning information of the person to be positioned.

바람직하게, 상기 실내 측위 모니터링 수단은, 각 UWB 엥커로부터 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 삼변 측량법(Trilateration Method)을 이용하여 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정할 수 있다.Preferably, the indoor positioning monitoring unit may receive the UWB signals of the UWB tags from the respective UWB anchors and measure the current position of the subject by using the trilateration method.

바람직하게, 상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 복수개의 UWB 엥커 중 적어도 하나의 UWB 엥커와 유선 또는 무선 통신방식으로 연결된 별도의 장치 또는 서버로 이루어질 수 있다.Preferably, the indoor positioning monitoring unit may be a separate device or server connected to at least one UWB anchor among the plurality of UWB anchors in a wired or wireless communication manner.

바람직하게, 상기 미리 설정된 임계값(TLOS)은, 10dB 내지 16dB 범위로 이루어질 수 있다.Preferably, the predetermined threshold value T LOS may range from 10 dB to 16 dB.

바람직하게, 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위는, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 정지 또는 점프 상태일 경우 0.5m 내지 1.5m 범위로 이루어질 수 있고, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 걷기 상태일 경우 2.5m 내지 3.5m 범위로 이루어질 수 있으며, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 달리기 상태일 경우 4.5m 내지 5.5m 범위로 이루어질 수 있다.Preferably, the reference allowable range set in advance according to the movement state of the to-be-positioned person can be in the range of 0.5 m to 1.5 m when the movement state of the to-be-positioned person is in the stop or jump state, The distance may be in the range of 2.5 m to 3.5 m, and in the range of 4.5 m to 5.5 m when the movement state of the person to be positioned is the running state.

바람직하게, 상기 UWB 태그 및 상기 PDR 태그는 하나의 전자기기에 포함되어 이루어질 수 있다.Preferably, the UWB tag and the PDR tag may be included in one electronic device.

바람직하게, 상기 전자기기는, 스마트폰(Smart Phone), 스마트 패드(Smart Pad), 스마트 노트(Smart Note) 또는 스마트 기어(Smart Gear) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.Preferably, the electronic device may be at least one of a smart phone, a smart pad, a smart note, or a smart gear.

바람직하게, 상기 UWB 태그 및 상기 PDR 태그는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 상호 연결된 형태로 이루어질 수 있다.Preferably, the UWB tag and the PDR tag may be interconnected through a wired or wireless network.

바람직하게, 상기 관성측정장치(IMU)는, 3축 가속도계 센서, 3축 각속도계 센서 또는 3축 지자기계 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다.
Preferably, the inertial measurement device (IMU) may include at least one of a three-axis accelerometer sensor, a three-axis angular velocity sensor, or a three-axis geomagnetic sensor.

본 발명의 제2 측면은, 측위 대상자에 부착되는 UWB(Ultra Wide Band) 태그 및 PDR(Pedestrian Dead Reckoning) 태그와, 실내의 특정 장소에 설치되는 복수개의 UWB 엥커와, 별도의 실내 측위 모니터링 수단을 포함하는 시스템을 이용한 하이브리드 실내 측위 방법으로서, (a) 각 UWB 엥커를 통해 해당 측위 대상자에 부착된 UWB 태그로부터의 UWB 신호를 송수신하는 단계; (b) 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 PDR 태그로부터 송출되는 해당 측위 대상자의 측위 정보를 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 움직임으로부터 정지, 점프, 걷기 또는 달리기 상태 중 적어도 하나의 움직임 상태를 판단하는 단계; (c) 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 단계(a)에서 수신된 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정하는 단계; 및 (d) 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 단계(c)에서 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 상기 단계(b)에서 판단된 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위를 벗어날 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법을 제공하는 것이다.The second aspect of the present invention is a wireless communication system including an UWB (Ultra Wide Band) tag and a PDR (Pedestrian Dead Reckoning) tag attached to a person to be positioned, a plurality of UWB anchors installed in a specific place in a room, (A) transmitting and receiving a UWB signal from a UWB tag attached to a person to be positioned via each UWB anchor; (b) receiving at least one of the positioning information of the corresponding positioning subject sent from the PDR tag through the indoor positioning monitoring means, and determining at least one movement state of the positioning subject from the movement of the positioning subject based on the positioning information ; (c) receiving the UWB signals of the UWB tag received in the step (a) through the indoor positioning monitoring unit and measuring the current position of the UWB tag based on the UWB signals; And (d) if the current position of the subject of the position measurement measured in the step (c) through the indoor positioning monitoring means is out of a preset reference permissible range according to the motion state of the subject of the positioning determined in the step (b) And determining an indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag as an uncertain or an abnormal positioning status.

여기서, 상기 단계(c) 이후에, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 단계(c)에서 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위 내에 존재할 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 정상 측위 상태로 판단하고, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함함이 바람직하다.Here, if the current position of the subject positioned at the position measured in the step (c) through the indoor positioning monitoring means is present within a predetermined allowable range according to the motion state of the subject, after the step (c) Determining the indoor positioning result of the person to be positioned through the UWB tag as a normal positioning state and determining the current position of the person to be positioned through the UWB tag as the final indoor positioning information of the positioning subject .

바람직하게, 상기 단계(d) 이후에, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 작을 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 상태로 판단하고, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치와 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 조합하여 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, after the step (d), after determining the indoor positioning result of the corresponding positioned person through the UWB tag as the uncertain or abnormal positioning status through the indoor positioning monitoring means, When the difference value (P RX -P FP ) between the received signal strength (P RX ) and the shortest path received signal strength (P FP ) is smaller than a preset threshold value (T LOS ) Determining a result of the positioning as an uncertainly positioned state and determining the final indoor positioning information of the person to be positioned by combining the current position of the subject of positioning with the UWB tag and the current position of the subject of the positioning through the PDR tag .

바람직하게, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 상태로 판단할 경우, 하기의 식 1에 의해 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위(P(x,y)) 정보로 결정할 수 있다.Preferably, when the indoor positioning result of the person to be positioned through the UWB tag is determined as the uncertainty positioning state through the UWB tag through the indoor positioning monitoring means, the final indoor positioning P (x, y )) Information.

(식 1)(Equation 1)

Figure 112016100699848-pat00002
Figure 112016100699848-pat00002

여기서, 상기 PUWB(x,y)는 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이고, 상기 PPDU(x,y)는 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이며, 상기 α는 측위 비율을 조절하기 위한 가중치 변수로서 0.5 내지 0.9 범위로 이루어질 수 있다.Here, the P UWB (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the UWB tag, the PDU (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the PDR tag, The alpha is a weighting variable for adjusting the positioning ratio, and may be in the range of 0.5 to 0.9.

바람직하게, 상기 미리 설정된 임계값(TLOS)은, 10dB 내지 16dB 범위로 이루어질 수 있다.Preferably, the predetermined threshold value T LOS may range from 10 dB to 16 dB.

바람직하게, 상기 단계(d) 이후에, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 클 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 비정상 측위 상태로 판단하고, 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, after the step (d), after determining the indoor positioning result of the corresponding positioned person through the UWB tag as the uncertain or abnormal positioning status through the indoor positioning monitoring means, When the difference value (P RX -P FP ) between the received signal strength (P RX ) and the shortest path received signal strength (P FP ) is greater than a preset threshold value (T LOS ) Determining the positioning result as an abnormal positioning status and determining the current position of the person to be positioned through the PDR tag as the final indoor positioning information of the positioning target person.

바람직하게, 상기 미리 설정된 임계값(TLOS)은, 10dB 내지 16dB 범위로 이루어질 수 있다.Preferably, the predetermined threshold value T LOS may range from 10 dB to 16 dB.

바람직하게, 상기 단계(c)에서, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 각 UWB 엥커로부터 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 삼변 측량법(Trilateration Method)을 이용하여 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정할 수 있다.Preferably, in step (c), UWB signals of the UWB tag are respectively received from the respective UWB anchors through the indoor positioning monitoring unit, and based on the received UWB signals, the current position of the corresponding positioned subject is determined using the trilateration method Can be measured.

바람직하게, 상기 단계(d)에서, 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위는, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 정지 또는 점프 상태일 경우 0.5m 내지 1.5m 범위로 이루어질 수 있고, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 걷기 상태일 경우 2.5m 내지 3.5m 범위로 이루어질 수 있으며, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 달리기 상태일 경우 4.5m 내지 5.5m 범위로 이루어질 수 있다.Preferably, in the step (d), the reference allowable range set in advance according to the movement state of the to-be-positioned person may be in the range of 0.5 m to 1.5 m when the movement state of the to-be-positioned person is in the stop or jump state, The range of the movement of the subject to be positioned may be in the range of 2.5m to 3.5m when the subject is in the walking state and the range of 4.5m to 5.5m when the subject is in the running state.

바람직하게, 상기 단계(b)에서, 상기 PDR 태그로부터 송출되는 해당 측위 대상자의 측위 정보는, 3축 가속도계 센서, 3축 각속도계 센서 또는 3축 지자기계 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함하는 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 이용할 수 있다.
Preferably, in the step (b), the positioning information of the subject of positioning to be transmitted from the PDR tag is at least one of inertia measurement including at least one of a three-axis accelerometer sensor, a three-axis angular velocity sensor, Device (Inertial Measurement Unit, IMU).

본 발명의 제3 측면은, 상술한 하이브리드 실내 측위 방법을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.A third aspect of the present invention provides a computer-readable recording medium on which a program capable of executing the above-described hybrid indoor positioning method is recorded.

본 발명에 따른 하이브리드 실내 측위 방법은 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록매체에 컴퓨터로 판독할 수 있는 코드로 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.The hybrid indoor positioning method according to the present invention can be implemented by a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.

예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피 디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있다.
For example, the computer-readable recording medium includes a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, a removable storage device, a nonvolatile memory, , And optical data storage devices.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 하이브리드 실내 측위 시스템 및 그 방법에 따르면, IMU(Inertial Measurement Unit) 센서 기반의 실내 측위 정보와 UWB(Ultra Wide-Band) 기반의 실내 측위 정보를 상호 보완하고 이를 함께 사용함으로써, 실내 측위 오차를 줄이고 실내 측위의 정밀도 및 정확도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다.According to the hybrid indoor positioning system and method of the present invention as described above, it is possible to complement the indoor positioning information based on the IMU (Inertial Measurement Unit) sensor and the UWB (Ultra Wide-Band) There is an advantage that the indoor positioning error can be reduced and the accuracy and the accuracy of the indoor positioning can be increased.

또한, 본 발명에 따르면, 라인 오브 사이트(LOS)가 확보되지 않거나 무선 전송이 신뢰할 수 없는 공간에서도 약 2m 내지 3m 이내의 실내 측위 오차 범위내에서 IoT(Internet of Things) 기술을 이용한 시각 장애인용 실내 네비게이션과 위치 기반 서비스를 제공할 수 있는 이점이 있다.
Further, according to the present invention, even in a space in which a line of sight (LOS) is not secured or wireless transmission is unreliable, a room for the visually impaired using IoT (Internet of Things) technology within an indoor positioning error range of about 2 m to 3 m It has the advantage of providing navigation and location based services.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 7m구간에서 무선 구간 가시거리(LOS)가 확보되지 않을 때 UWB 엥커로부터 수신한 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 7m구간에서 무선 구간 가시거리(LOS)가 확보되지 않을 때 UWB 엥커로부터 수신한 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이(PRX-PFP) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.FIG. 1 is a block diagram of an overall system for explaining a hybrid indoor positioning system according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results of the total received signal strength (P RX ) and the shortest path received signal strength (P FP ) received from the UWB anchor when the radio range visibility distance (LOS) is not secured in the 7m interval.
3 shows the difference (P RX -P FP ) between the total received signal strength (P RX ) and the shortest path received signal strength (P FP ) received from the UWB anchor when the radio zone visibility distance (LOS) Fig.
4 is a general flowchart for explaining a hybrid indoor positioning method according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings, which are not intended to limit the scope of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.

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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements as well, without departing from the spirit or scope of the present invention. Also, the terms "part," " module, "and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software .

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.Each block of the accompanying block diagrams and combinations of steps of the flowcharts may be performed by computer program instructions (execution engines), which may be stored in a general-purpose computer, special purpose computer, or other processor of a programmable data processing apparatus The instructions that are executed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment will generate means for performing the functions described in each block or flowchart of the block diagram. These computer program instructions may also be stored in a computer usable or computer readable memory capable of directing a computer or other programmable data processing apparatus to implement the functionality in a particular manner so that the computer usable or computer readable memory It is also possible for the instructions stored in the block diagram to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each block or flowchart of the flowchart.

그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.Computer program instructions may also be loaded onto a computer or other programmable data processing equipment so that a series of operating steps may be performed on a computer or other programmable data processing equipment to create a computer- It is also possible that the instructions that perform the data processing equipment are capable of providing the steps for executing the functions described in each block of the block diagram and at each step of the flowchart.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
Also, each block or step may represent a portion of a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing the specified logical functions, and in some alternative embodiments, It should be noted that functions may occur out of order. For example, two successive blocks or steps may actually be performed substantially concurrently, and it is also possible that the blocks or steps are performed in the reverse order of the function as needed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 2는 7m구간에서 무선 구간 가시거리(LOS)가 확보되지 않을 때 UWB 엥커로부터 수신한 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 결과를 나타낸 그래프이며, 도 3은 7m구간에서 무선 구간 가시거리(LOS)가 확보되지 않을 때 UWB 엥커로부터 수신한 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이(PRX-PFP) 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a block diagram of a hybrid indoor positioning system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram illustrating a hybrid indoor positioning system according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the results of the signal strength (P RX ) and the shortest path received signal strength (P FP ). FIG. 3 is a graph showing the total received signal strength received from the UWB anchor (P RX) and a graph showing the difference (P RX -P FP) result of the shortest path to the received signal strength (P FP).

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 시스템은, 크게 UWB(Ultra Wide Band) 태그(100), PDR(Pedestrian Dead Reckoning) 태그(200), 복수개의 UWB 엥커(Anchor)(300-1 내지 300-3), 및 실내 측위 모니터링 수단(400) 등을 포함하여 이루어진다. 한편, 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 시스템은 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.1 to 3, a hybrid indoor positioning system according to an embodiment of the present invention includes a UWB (Ultra Wide Band) tag 100, a PDR (Pedestrian Dead Reckoning) tag 200, a plurality of UWB anchor Anchor 300-1 to 300-3, an indoor positioning monitoring unit 400, and the like. On the other hand, the components shown in FIG. 1 are not essential, so that the hybrid indoor positioning system according to an embodiment of the present invention may have more or less components than those of the first embodiment.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 시스템의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the components of the hybrid indoor positioning system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

UWB 태그(100)는 측위 대상자(10)의 신체 일부분(예컨대, 신발, 허리띠 등)에 부착되어 있으며, 외부로부터 UWB 신호를 송수신하는 기능을 수행한다.The UWB tag 100 is attached to a part of a body part (for example, a shoe, a waistband, etc.) of the positioning subject 10 and performs a function of transmitting and receiving UWB signals from the outside.

이러한 UWB 태그(100)는 반송파를 사용하지 않고 일정한 주기와 파형을 가지고 있는 전기적인 펄스를 수 ns(nano second) 이하의 짧은 펄스를 사용하여 데이터를 기저대역으로 송수신하는 통신방식인 초광대역 임펄스 라디오 통신 방식에 따라 아주 짧은 무선 펄스를 연속적으로 복수개의 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로 전송하게 된다.The UWB tag 100 includes an ultra wideband impulse radio (UWB) 100, which is a communication system that transmits and receives data in a baseband using short pulses of a few ns (nano second) or less, A very short radio pulse is continuously transmitted to a plurality of UWB anchors 300-1 to 300-3 according to a communication method.

상기 연속적인 펄스는 수 ㎓의 광대역 스펙트럼을 차지하는 반면, 매우 낮은 전력 밀도를 갖는다. UWB 태그(100)를 포함하는 시스템은 거리 분해력이 매우 우수해 신호의 전달시간을 정확히 추정할 수 있기 때문에 위치 인식 시스템으로 적합하다. 그리고, UWB 신호는 낮은 중심 주파수에서 동작해 투과력이 우수하므로 가시거리(Line of Sight, LOS) 상황이 아닌 실내 환경이나 그늘진 환경에서도 위치 인식 정확도가 뛰어나다.The continuous pulse occupies a broadband spectrum of several GHz, while having a very low power density. The system including the UWB tag 100 is suitable as a position recognition system because it can estimate the signal transmission time accurately because of its excellent distance resolution power. The UWB signal operates at a low center frequency and has excellent penetration power, so it is excellent in position recognition accuracy even in the indoor environment or the shade environment, not in the line of sight (LOS) situation.

또한, UWB 태그(100)를 포함하는 시스템은 RF 통신기술과 달리 반송파를 사용하지 않으므로, 중간주파수 모듈(IF module)이 필요 없는 간단한 무선구조로 설계할 수 있다.Also, since the system including the UWB tag 100 does not use a carrier wave unlike the RF communication technology, it can be designed with a simple radio structure that does not require an IF module.

즉, UWB 태그(100)는 복수개의 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터 수신되는 UWB 임펄스 신호를 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로 선택적으로 반사함으로써 태그 정보 등을 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로 전송하게 된다.That is, the UWB tag 100 selectively reflects the UWB impulse signals received from the plurality of UWB anchors 300-1 to 300-3 to the respective UWB anchors 300-1 to 300-3, And transmitted to the UWB anchors 300-1 to 300-3.

PDR 태그(200)는 측위 대상자(10)의 신체 일부분(예컨대, 신발, 허리띠 등)에 부착되어 있으며, 복수개의 센서들을 구비한 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)(미도시)를 이용하여 해당 측위 대상자(10)의 측위 정보를 송출하는 기능을 수행한다.The PDR tag 200 is attached to a part of a body part (e.g., a shoe, a waistband, etc.) of the positioning subject 10 and is mounted on the positioning subject 10 using an inertial measurement unit (IMU) And transmits the positioning information of the positioning target person (10).

이때, 상기 관성측정장치(IMU)는 비행기 또는 군사용 무기 제어나 시뮬레이션 장치의 자세 측정으로 사용되는 장치로서, 예컨대, 3축 가속도계 센서, 3축 각속도계 센서 또는 3축 지자기계 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함함이 바람직하며, 진행 방향, 횡 방향, 높이 방향의 가속도와 롤링(Roll), 피칭(Pitch), 요(Yaw) 각속도의 측정이 가능하다.The inertial measurement unit IMU is an apparatus used for measuring an attitude of an airplane or a military weapon control or a simulation apparatus. The IMU includes at least one of a three-axis accelerometer sensor, a three-axis angular velocity sensor, And it is possible to measure the acceleration in the running direction, the lateral direction, the height direction, and the roll, pitch, and yaw angular velocities.

이러한 관성측정장치(IMU)를 이용하여 측위 대상자의 걸음 검출, 진행 방향 추정이 가능하며, 측위 대상자(10)의 걸음 검출은 통상적인 피크 검출 기법, 일정 구간 검출 기법 또는 영교차 검출 기법 등을 통해서 가능하다.It is possible to detect the step and the direction of the person to be positioned by using the inertial measurement device (IMU), and the step of the person 10 to be positioned can be detected by a conventional peak detection method, a constant region detection method, It is possible.

상기와 같이 구성된 UWB 태그(100) 및 PDR 태그(200)는 하나의 전자기기(미도시)에 포함되어 이루어지거나, 유선 또는 무선 네트워크를 통해 상호 연결된 형태로 이루어질 수 있다.The UWB tag 100 and the PDR tag 200 configured as described above may be included in one electronic device (not shown), or may be interconnected through a wired or wireless network.

이때, 상기 전자기기는 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 스마트폰(Smart Phone), 스마트 패드(Smart Pad), 스마트 노트(Smart Note) 또는 스마트 기어(Smart Gear) 중 적어도 어느 하나의 이동 단말 장치로 이루어짐이 바람직하며, 이외에도 팜(Palm) PC, 모바일 게임기(Mobile play-station), 통신 기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3) 및/또는 실내 측위 모니터링 수단(400)에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.At this time, the electronic device may include at least one of a Smart Phone, a Smart Pad, a Smart Note, and a Smart Gear, which communicate with each other via a wireless Internet or a portable Internet. In addition, each UWB anchor (300-1) such as a Palm PC, a mobile game-station, a DMB (Digital Multimedia Broadcasting) phone with a communication function, a tablet PC, an iPad, 300-3) and / or the indoor positioning monitoring means 400. The term " home "

한편, 상기 전자기기가 스마트폰으로 이루어질 경우, 상기 스마트폰은 일반 핸드폰(일명 피처폰(feature phone))과는 달리 사용자가 원하는 다양한 어플리케이션(Application) 프로그램을 다운로드받아 자유롭게 사용하고 삭제가 가능한 오픈 운영체제를 기반으로 한 폰(Phone)으로서, 일반적으로 사용되는 음성/영상통화, 인터넷 데이터통신 등의 기능뿐만 아니라, 모바일 오피스 기능을 갖춘 모든 모바일 폰 또는 음성통화 기능이 없으나 인터넷 접속 가능한 모든 인터넷폰 또는 테블릿 PC(Tablet PC)를 포함하는 통신기기로 이해함이 바람직하다.If the electronic device is a smart phone, the smart phone may be an open operating system (OS) that can download various application programs desired by the user and freely use and delete the application programs unlike a general mobile phone (a feature phone) Is not only a mobile phone with all the functions of mobile office or voice call but also an internet phone or internet phone capable of accessing the internet It is preferable to be understood as a communication device including a tablet PC.

이러한 스마트폰은 다양한 개방형 운영체제를 탑재한 스마트폰으로 구현될 수 있으며, 상기 개방형 운영체제로는 예컨대, 노키아(NOKIA)사의 심비안, 림스(RIMS)사의 블랙베리, 애플(Apple)사의 아이폰, 마이크로소프트사(MS)의 윈도즈 모바일, 구글(Google)사의 안드로이드, 삼성전자의 바다 등으로 이루어질 수 있다.Such a smart phone can be implemented as a smartphone equipped with various open operating systems. Examples of the open operating system include Nokia, Nokia, Symbian, RIMS, BlackBerry, Apple, Microsoft's Windows Mobile, Google's Android, and Samsung's ocean.

이와 같이 스마트폰은 개방형 운영체제를 사용하므로 폐쇄적인 운영체제를 가진 휴대폰과 달리 사용자가 임의로 다양한 어플리케이션 프로그램을 설치하고 관리할 수 있다.As such, since the smartphone uses an open operating system, a user can arbitrarily install and manage various application programs, unlike a mobile phone having a closed operating system.

즉, 전술한 상기 스마트폰은 기본적으로 제어부, 메모리부, 화면출력부, 키입력부, 사운드 출력부, 사운드 입력부, 카메라부, 무선망 통신모듈, 근거리 무선 통신모듈, 관성측정장치(IMU) 및 전원 공급을 위한 배터리 등을 구비한다.That is, the smartphone basically includes a control unit, a memory unit, a screen output unit, a key input unit, a sound output unit, a sound input unit, a camera unit, a wireless network communication module, And a battery for supply.

상기 제어부는 스마트폰의 동작을 제어하는 기능 구성의 총칭으로서, 적어도 하나의 프로세서와 실행 메모리를 포함하며, 스마트폰에 구비된 각 기능 구성부와 버스(BUS)를 통해 연결된다.The controller is a generic term for controlling the operation of the smartphone, and includes at least one processor and an execution memory, and is connected to each functional unit provided in the smart phone through a bus.

이러한 상기 제어부는 상기 프로세서를 통해 스마트폰에 구비되는 적어도 하나의 프로그램 코드를 상기 실행 메모리에 로딩하여 연산하고, 그 결과를 상기 버스를 통해 적어도 하나의 기능 구성부로 전달하여 스마트폰의 동작을 제어한다.The controller controls the operation of the smartphone by loading at least one program code included in the smart phone into the execution memory through the processor and calculating the result by transmitting the result to the at least one functional unit through the bus .

상기 메모리부는 스마트폰에 구비되는 비휘발성 메모리의 총칭으로서, 상기 제어부를 통해 실행되는 적어도 하나의 프로그램 코드와, 상기 프로그램 코드가 이용하는 적어도 하나의 데이터 셋트를 저장하여 유지한다. 상기 메모리부는 기본적으로 스마트폰의 운영체제에 대응하는 시스템 프로그램 코드와 시스템 데이터 셋트, 스마트폰의 무선 통신 연결을 처리하는 통신 프로그램 코드와 통신 데이터 셋트 및 적어도 하나의 응용프로그램 코드와 응용 데이터 셋트를 저장하며, 본 발명을 구현하기 위한 프로그램 코드와 데이터 셋트 역시 상기 메모리부에 저장된다.The memory unit is a general term of a nonvolatile memory included in a smartphone, and stores and maintains at least one program code executed through the control unit and at least one data set used by the program code. The memory unit basically stores a system program code and a system data set corresponding to an operating system of a smartphone, a communication program code and a communication data set for processing a wireless communication connection of the smartphone, at least one application program code and an application data set , And the program code and data set for implementing the present invention are also stored in the memory unit.

상기 화면 출력부는 화면출력 장치(예컨대, LCD(Liquid Crystal Display) 장치)와 이를 구동하는 출력 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 화면 출력에 대응하는 연산 결과를 상기 화면출력 장치로 출력한다.The screen output unit includes a screen output device (e.g., an LCD (Liquid Crystal Display) device) and an output module for driving the screen output device. The screen output unit is connected to the control unit through a bus, And outputs it to the screen output device.

상기 키입력부는 적어도 하나의 키 버튼을 구비한 키 입력장치(또는 상기 화면 출력부와 연동하는 터치스크린 장치)와 이를 구동하는 입력 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산을 명령하는 명령을 입력하거나, 또는 상기 제어부의 연산에 필요한 데이터를 입력한다.The key input unit is composed of a key input device having at least one key button (or a touch screen device interlocked with the screen output unit) and an input module for driving the key input unit. The control unit is connected to the control unit via a bus, Or inputs data necessary for the operation of the control unit.

상기 사운드 출력부는 사운드 신호를 출력하는 스피커와 상기 스피커를 구동하는 사운드 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 사운드 출력에 대응하는 연산 결과를 상기 스피커를 통해 출력한다. 상기 사운드 모듈은 기 스피커를 통해 출력할 사운드 데이터를 디코딩(Decoding)하여 사운드 신호로 변환한다.The sound output unit includes a speaker for outputting a sound signal and a sound module for driving the speaker. The sound output unit is connected to the control unit through a bus, and outputs a result of operation corresponding to the sound output from the various operation results of the control unit through the speaker . The sound module decodes sound data to be output through the speaker and converts the sound data into a sound signal.

상기 사운드 입력부는 사운드 신호를 입력받는 마이크로폰과 상기 마이크로폰을 구동하는 사운드 모듈로 구성되며, 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 사운드 데이터를 상기 제어부로 전달한다. 상기 사운드 모듈은 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 사운드 신호를 엔코딩(Encoding)하여 부호화한다.The sound input unit includes a microphone for receiving a sound signal and a sound module for driving the microphone, and transmits the sound data input through the microphone to the control unit. The sound module encodes and encodes a sound signal input through the microphone.

상기 카메라부는 광학부와 CCD(Charge Coupled Device)와 이를 구동하는 카메라 모듈로 구성되며, 상기 광학부를 통해 상기 CCD에 입력된 비트맵 데이터를 획득한다. 상기 비트맵 데이터는 정지 영상의 이미지 데이터와 동영상 데이터를 모두 포함할 수 있다.The camera unit includes an optical unit, a CCD (Charge Coupled Device) and a camera module for driving the CCD unit, and obtains bitmap data input to the CCD through the optical unit. The bitmap data may include both still image data and moving image data.

상기 무선망 통신모듈은 무선 통신을 연결하는 통신 구성의 총칭으로서, 특정 주파수 대역의 무선 주파수 신호를 송수신하는 안테나, RF모듈, 기저대역모듈, 신호처리모듈을 적어도 하나 포함하여 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 무선 통신에 대응하는 연산 결과를 무선 통신을 통해 전송하거나, 또는 무선 통신을 통해 데이터를 수신하여 상기 제어부로 전달함과 동시에, 상기 무선 통신의 접속, 등록, 통신, 핸드오프의 절차를 유지한다.The wireless network communication module is a collective term for communicating wireless communication and includes at least one antenna, an RF module, a baseband module, and a signal processing module for transmitting and receiving a radio frequency signal of a specific frequency band. And transmits the calculation result corresponding to the wireless communication among the various calculation results of the control unit through the wireless communication or receives the data through the wireless communication and transmits the data to the control unit, , Communication, and handoff procedures.

또한, 상기 무선망 통신모듈은 CDMA/WCDMA 규격에 따라 이동 통신망에 접속, 위치등록, 호처리, 통화연결, 데이터통신, 핸드오프를 적어도 하나 수행하는 이동 통신 구성을 포함한다. 한편, 당업자의 의도에 따라 상기 무선망 통신모듈은 IEEE 802.16 규격에 따라 휴대인터넷에 접속, 위치등록, 데이터통신, 핸드오프를 적어도 하나 수행하는 휴대 인터넷 통신 구성을 더 포함할 수 있으며, 상기 무선망 통신모듈이 제공하는 무선 통신 구성에 의해 본 발명이 한정되지 아니함을 명백히 밝혀두는 바이다.Also, the wireless network communication module includes a mobile communication structure for performing at least one of connection, location registration, call processing, call connection, data communication, and handoff to a mobile communication network according to the CDMA / WCDMA standard. Meanwhile, according to the intention of those skilled in the art, the wireless network communication module may further include a portable Internet communication structure for performing at least one of connection to the portable Internet, location registration, data communication, and handoff according to the IEEE 802.16 standard, It is evident that the present invention is not limited by the wireless communication configuration provided by the communication module.

상기 근거리 무선 통신모듈은 일정 거리 이내에서 무선 주파수 신호를 통신매체로 이용하여 통신세션을 연결하는 근거리 무선 통신모듈로 구성되며, 바람직하게는 ISO 180000 시리즈 규격의 RFID 통신, 블루투스 통신, 와이파이 통신, 공중 무선 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 근거리 무선 통신모듈은 상기 무선망 통신모듈과 통합될 수 있다.The short-range wireless communication module is composed of a short-range wireless communication module that connects a communication session using a radio frequency signal as a communication medium within a predetermined distance. Preferably, the short-range wireless communication module includes RFID communication, Bluetooth communication, Wi- And wireless communication. The short-range wireless communication module may be integrated with the wireless network communication module.

다른 한편, 상기 유선 또는 무선 네트워크는 이더넷(Ethernet) 또는 이동 통신망 등으로 이루어짐이 바람직하며, 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망일 수 있으며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 와이파이(Wi-Fi), 와이기그(WiGig), 와이브로(Wireless Broadband Internet, Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access, Wimax) 등을 포함하는 차세대 무선망일 수 있다.On the other hand, the wired or wireless network may be an Ethernet or a mobile communication network. The wired or wireless network may be a high-speed period network of a large communication network capable of large capacity, long distance voice and data service, Generation wireless networks including Wi-Fi, WiGig, WiBro, and World Interoperability for Microwave Access (WiMAX) for providing multimedia services.

상기 인터넷은 TCP/IP 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service) 등을 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미하며, UWB 태그(100)와 PDR 태그(200) 간에 서로 접속될 수 있게 하는 환경을 제공한다. 한편, 상기 인터넷은 유선 또는 무선 인터넷일 수도 있고, 이외에도 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어망 일 수도 있다.The Internet includes a plurality of services such as HTTP (Hyper Text Transfer Protocol), Telnet, File Transfer Protocol (FTP), Domain Name System (DNS), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Refers to a worldwide open computer network structure that provides a Simple Network Management Protocol (SNMP), a Network File Service (NFS), and a Network Information Service (NIS), and is connected to the UWB tag 100 and the PDR tag 200 It provides an environment that allows for Meanwhile, the Internet may be a wired or wireless Internet, or may be a core network integrated with a wired public network, a wireless mobile communication network, or a portable Internet.

만약, 상기 유선 또는 무선 네트워크가 이동 통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 비동기식 이동 통신망의 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 상기 이동 통신망은 RNC(Radio Network Controller)을 포함할 수 있다. 한편, WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망, 5G망 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP 망일 수 있다. 이러한 상기 유선 또는 무선 네트워크는 UWB 태그(100)와 PDR 태그(200) 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 수행한다.If the wired or wireless network is a mobile communication network, it may be a synchronous mobile communication network or an asynchronous mobile communication network. As an embodiment of the asynchronous mobile communication network, a WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) communication network is exemplified. In this case, although not shown in the drawing, the mobile communication network may include a Radio Network Controller (RNC). Meanwhile, although the WCDMA network is taken as an example, it may be a next generation communication network such as a 3G LTE network, a 4G network, and a 5G network, or an IP network based on other IPs. The wired or wireless network transmits and receives signals and data between the UWB tag 100 and the PDR tag 200.

복수개의 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)는 실내의 특정 장소에 설치되어 있으며, UWB 태그(100)로부터의 UWB 신호를 송수신하는 기능을 수행한다. 한편, 도 1에서는 설명의 편의상 3개의 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로 구현하였지만, 이에 국한하지 않는다.The plurality of UWB anchors 300-1 to 300-3 are installed in specific places in the room and transmit and receive UWB signals from the UWB tags 100. [ In FIG. 1, the UWB anchors 300-1 to 300-3 are implemented by three UWB anchors for convenience of explanation, but the present invention is not limited thereto.

또한, 복수개의 UWB 엥커(300-1 내지 300-3) 중 적어도 하나의 UWB 엥커는 UWB 태그(100)로부터의 UWB 신호를 유선 또는 무선 통신 방식을 이용하여 실내 측위 모니터링 수단(400)으로 전송하는 기능을 수행한다.At least one UWB anchor among the plurality of UWB anchors 300-1 to 300-3 transmits the UWB signal from the UWB tag 100 to the indoor positioning monitoring unit 400 using a wired or wireless communication scheme Function.

이때, 상기 유선 통신 방식은 USB(Universal Serial Bus) 통신으로 이루어짐이 바람직하고, 상기 무선 통신 방식은 예컨대, 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 비콘(Beacon), RFID(Radio Frequency Identification), UWB(Ultra Wideband) 또는 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신 중 적어도 하나의 근거리 무선 통신 방식 또는 장거리 무선 통신 방식 등을 이용하여 실내 측위 모니터링 수단(400)과 데이터 통신을 수행함이 바람직하다.The wireless communication method may be Bluetooth, ZigBee, Beacon, Radio Frequency Identification (RFID), UWB (Radio Frequency Identification), or the like. It is preferable to perform data communication with the indoor positioning monitoring unit 400 using at least one short-distance wireless communication method or a long-distance wireless communication method such as Ultra Wideband (IRDA) or infrared (IrDA)

그리고, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 PDR 태그(200)로부터 송출되는 해당 측위 대상자(10)의 측위 정보를 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자(10)의 움직임으로부터 정지(halt), 점프(jumping), 걷기(walking) 또는 달리기(running) 상태 중 적어도 하나의 움직임 상태를 판단하는 기능을 수행한다.The indoor positioning monitoring means 400 receives the positioning information of the corresponding positioning subject 10 transmitted from the PDR tag 200 and receives the positioning information of the positioning subject 10 from the movement of the positioning subject 10 based on the positioning information, ), Walking (walking), or running (running) state.

또한, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태를 판단한 후, 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터 UWB 태그(100)의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자(100)의 현재 위치를 측정하는 기능을 수행한다.The indoor positioning monitoring unit 400 receives the UWB signals of the UWB tags 100 from the respective UWB anchors 300-1 to 300-3 after determining the movement state of the corresponding positioned subject 10, And measures the current position of the person 100 to be positioned.

또한, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치가 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위를 벗어날 경우, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(uncertain status, Su) 또는 비정상 측위(abnormal status, Sa) 상태로 판단하는 기능을 수행한다.When the current position of the subject 10 measured by the UWB tag 100 is out of the preset reference tolerance range according to the movement state of the subject 10, the indoor positioning monitoring unit 400 monitors the UWB And performs a function of determining an indoor positioning result of the subject 10 measured by the tag 100 as an uncertain status S u or an abnormal status S a .

즉, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 PDR 태그(200)를 통해 감지된 측위 대상자(10)의 움직임 상태가 정지 상태이거나 점프 상태임을 판단한 시점이후, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과도 현재 위치에서 미리 설정된 허용범위(δhj) 이내에 존재해야 한다.That is, the indoor positioning monitoring unit 400 monitors the position of the subject 10 measured by the UWB tag 100 after the point of time when it is determined that the movement state of the positioning subject 10 sensed through the PDR tag 200 is the stop state or the jump state. The indoor positioning result of the indoor unit 10 must also be within the allowable range? Hj preset at the current position.

만약, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치가 미리 설정된 허용범위(δhj)를 벗어날 경우, 이는 해당 측위 대상자(10)가 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터 가시거리(LOS)가 확보되지 않았거나, 무선 신호가 열악한 상황일 수 있다. 즉, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과는 불확실 측위(uncertain status, Su) 상태 또는 비정상 측위(abnormal status, Sa) 상태에 해당된다. 이때, 상기 미리 설정된 기준 허용범위(δhj)는 약 0.5m 내지 1.5m 범위(바람직하게, 약 1m 정도)로 이루어짐이 바람직하다.If the current position of the subject 10 measured by the UWB tag 100 exceeds the preset allowable range? Hj , it is determined that the subject 10 is positioned at the center of each UWB anchor 300-1-300 -3), or the wireless signal may be in a poor state. That is, the indoor positioning result of the subject 10 measured through the UWB tag 100 corresponds to an uncertain status (S u ) state or an abnormal status (S a ) state. At this time, it is preferable that the predetermined reference tolerance range? Hj is in a range of about 0.5 m to 1.5 m (preferably about 1 m).

또한, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 PDR 태그(200)를 통해 감지된 측위 대상자(10)의 움직임 상태가 걷고 있는 상태임을 판단한 시점이후, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과도 현재 위치에서 미리 설정된 허용범위(δhj) 이내에 존재해야 한다.The indoor positioning monitoring unit 400 monitors the position of the subject 10 measured by the UWB tag 100 after the time when it is determined that the state of movement of the subject 10 is detected by the PDR tag 200 ) Should also be within the allowable range (? Hj ) preset at the current position.

만약, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치가 미리 설정된 허용범위(δw)를 벗어날 경우, 이는 해당 측위 대상자(10)가 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터 가시거리(LOS)가 확보되지 않았거나, 무선 신호가 열악한 상황일 수 있다. 즉, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과는 불확실 측위(uncertain status, Su) 상태 또는 비정상 측위(abnormal status, Sa) 상태에 해당된다. 이때, 상기 미리 설정된 기준 허용범위(δw)는 약 2.5m 내지 3.5m 범위(바람직하게, 약 3m 정도)로 이루어짐이 바람직하다.If the current position of the subject 10 measured by the UWB tag 100 is out of the predetermined allowable range δ w , it is determined that the subject 10 is positioned in front of the UWB anchors 300-1 to 300- -3), or the wireless signal may be in a poor state. That is, the indoor positioning result of the subject 10 measured through the UWB tag 100 corresponds to an uncertain status (S u ) state or an abnormal status (S a ) state. At this time, it is preferable that the predetermined reference tolerance range? W is in the range of about 2.5 m to 3.5 m (preferably about 3 m).

또한, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 PDR 태그(200)를 통해 감지된 측위 대상자(10)의 움직임 상태가 달리고 있는 상태임을 판단한 시점이후, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과도 현재 위치에서 미리 설정된 허용범위(δr) 이내에 존재해야 한다.The indoor positioning monitoring unit 400 monitors the position of the subject 10 measured through the UWB tag 100 after the time when the indoor positioning monitoring unit 400 determines that the state of movement of the positioned subject 10 sensed through the PDR tag 200 is running ) Should also be within the allowable range (? R ) preset at the current position.

만약, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치가 미리 설정된 허용범위(δr)를 벗어날 경우, 이는 해당 측위 대상자(10)가 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터 가시거리(LOS)가 확보되지 않았거나, 무선 신호가 열악한 상황일 수 있다. 즉, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과는 불확실 측위(uncertain status, Su) 상태 또는 비정상 측위(abnormal status, Sa) 상태에 해당된다. 이때, 상기 미리 설정된 기준 허용범위(δr)는 약 4.5m 내지 5.5m 범위(바람직하게, 약 5m 정도)로 이루어짐이 바람직하다.If the current position of the subject 10 measured by the UWB tag 100 is out of the predetermined allowable range 隆r , it is determined that the subject 10 has not reached the UWB anchors 300-1 to 300 -3), or the wireless signal may be in a poor state. That is, the indoor positioning result of the subject 10 measured through the UWB tag 100 corresponds to an uncertain status (S u ) state or an abnormal status (S a ) state. At this time, it is preferable that the predetermined reference tolerance range? R is in the range of about 4.5 m to 5.5 m (preferably about 5 m).

한편, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치가 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태(예컨대, 정지, 점프, 걷기 또는 달리기 등)에 따라 미리 설정된 기준 허용범위(δhj, δw, δr) 내에 존재할 경우, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 정상 측위(normal status, Sn) 상태로 판단할 수 있고, UWB 태그(100)를 통go 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과 즉, 현재 위치를 해당 측위 대상자(10)의 최종 실내 측위 정보로 결정할 수 있다.The indoor positioning monitoring unit 400 monitors the current position of the subject 10 measured by the UWB tag 100 based on the movement state of the subject 10 to be positioned (for example, stop, jump, walk, (Normal status, S n ) of the indoor positioning result of the subject 10 measured by the UWB tag 100 when the UWB tag 100 is present within the reference allowable range (? Hj ,? W ,? R ) And can determine the indoor positioning result of the subject 10 to be measured through the UWB tag 100, that is, the current position as the final indoor positioning information of the subject 10 to be positioned.

또한, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(uncertain status, Su) 상태 또는 비정상 측위(abnormal status, Sa) 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(RX power level in dBm, PRX)와 최단경로 수신신호 세기(first path power level in dBm, PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 작을 경우, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(uncertain status, Su) 상태로 판단할 수 있고, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치와 PDR 태그(200)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치를 조합하여 해당 측위 대상자(10)의 최종 실내 측위 정보로 결정할 수 있다. 이때, 상기 미리 설정된 임계값(TLOS)은 약 10dB 내지 16dB 범위(바람직하게, 13dB 정도)로 이루어짐이 바람직하고, 실내 측위 환경에 따라 달라질 수 있다.The indoor positioning monitoring unit 400 monitors an indoor positioning result of the subject 10 measured through the UWB tag 100 as an uncertain status S u or an abnormal status S a , (RX power level in dBm, P RX ) and the first path power level in dBm, respectively, of the reception signals from the UWB anchors 300-1 to 300-3, the difference value of P FP) (P RX -P FP) is a preset threshold value (T LOS) is less than, UWB tag (positioning the indoor positioning result of the positioning of the subject 10 is measured by the 100) is uncertain (uncertain status, S u) may determine the state, the current position of the positioning target person measured by the current position and the PDR tag 200 of the positioning subject 10 measured by the UWB tag 100 10 It can be determined as the final indoor positioning information of the positioning subject 10 in combination. At this time, it is preferable that the preset threshold value T LOS is about 10dB to 16dB (preferably about 13dB), and it may vary depending on the indoor positioning environment.

즉, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(uncertain status, Su) 상태로 판단할 경우, 하기의 식 1에 의해 해당 측위 대상자(10)의 최종 실내 측위(P(x,y)) 정보로 결정할 수 있다.That is, when the indoor positioning monitoring unit 400 determines that the indoor positioning result of the subject 10 measured by the UWB tag 100 is in an uncertain status (S u ) state, (P (x, y)) information of the person 10 to be positioned.

(식 1)(Equation 1)

Figure 112016100699848-pat00003
Figure 112016100699848-pat00003

여기서, 상기 PUWB(x,y)는 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치 좌표값이고, 상기 PPDU(x,y)는 PDR 태그(200)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치 좌표값이며, 상기 α는 측위 비율을 조절하기 위한 가중치 변수로서 0.5 내지 0.9 범위로 이루어질 수 있다.Here, the P UWB (x, y) is the current position coordinate value of the subject 10 measured by the UWB tag 100 and the PDU (x, y) is measured through the PDR tag 200 Is a current position coordinate value of the subject 10 to be positioned, and α is a weight variable for adjusting the positioning ratio, which may be in the range of 0.5 to 0.9.

또한, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(uncertain status, Su) 상태 또는 비정상 측위(abnormal status, Sa) 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-N)로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 클 경우, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 비정상 측위(abnormal status, Sa) 상태로 판단하고, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 신뢰하지 않고, PDR 태그(200)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 신뢰하여, PDR 태그(200)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치를 해당 측위 대상자(10)의 최종 실내 측위 정보로 결정할 수 있다.The indoor positioning monitoring unit 400 monitors an indoor positioning result of the subject 10 measured through the UWB tag 100 as an uncertain status S u or an abnormal status S a , (P RX -P FP ) between the total received signal strength (P RX ) and the shortest path received signal strength (P FP ) among the received signals from the UWB anchors (300-1 through 300-N) in this case, the preset threshold is greater than (T LOS), and determines the indoor positioning result of the positioning target person 10 is measured by the UWB tag 100 to an abnormal location (abnormal status, S a) state, UWB tags ( It is possible to reliably trust the indoor positioning result of the subject 10 to be measured by the PDR tag 200 without trusting the indoor positioning result of the subject 10 measured through the PDR tag 100, The current position of the subject 10 to be measured is measured in the final indoor positioning of the subject 10 Borough can be determined.

또한, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터 UWB 태그(100)의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 삼변 측량법(Trilateration Method)을 이용하여 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치를 측정할 수 있다.The indoor positioning monitoring unit 400 receives the UWB signals of the UWB tags 100 from the respective UWB anchors 300-1 to 300-3 and receives the UWB signals of the UWB tags 100 using the Trilateration Method It is possible to measure the current position of the robot 10.

또한, 실내 측위 모니터링 수단(400)은 복수개의 UWB 엥커(300-1 내지 300-3) 중 적어도 하나의 UWB 엥커와 유선 또는 무선 통신방식으로 연결된 별도의 장치(Device) 또는 서버(Server) 형태로 이루어질 수 있다.The indoor positioning monitoring unit 400 may be a separate device or server connected to at least one UWB anchor among the plurality of UWB anchors 300-1 to 300-3 in a wired or wireless communication manner Lt; / RTI >

예컨대, 실내 측위 모니터링 수단(400)이 별도의 장치(Device) 형태로 이루어질 경우, 해당 측위 대상자(10)가 소지하고 다닐 수 있도록 전술한 전자기기 형태로 구현함이 바람직하다.
For example, when the indoor positioning monitoring unit 400 is configured as a separate device, it is preferable that the indoor positioning monitoring unit 400 is implemented in the form of the above-described electronic device so that the person to be positioned 10 can carry it.

이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a hybrid indoor positioning method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.4 is a general flowchart for explaining a hybrid indoor positioning method according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 방법은, 먼저, 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)를 통해 해당 측위 대상자(10)에 부착된 UWB 태그(100)로부터의 UWB 신호를 송수신한다(S100).Referring to FIGS. 1 to 4, a hybrid indoor positioning method according to an embodiment of the present invention includes: first, a UWB tag attached to a subject 10 to be positioned via each UWB anchor 300-1 to 300-3; UWB signal from the base station 100 (S100).

이후에, 실내 측위 모니터링 수단(400)을 통해 PDR 태그(200)로부터 송출되는 해당 측위 대상자(10)의 측위 정보를 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자(10)의 움직임으로부터 정지, 점프, 걷기 또는 달리기 상태 중 적어도 하나의 움직임 상태를 판단한다(S200).Thereafter, the positioning information is received from the PDR tag 200 through the indoor positioning monitoring means 400, and based on the positioning information, the user can stop, jump, walk, At least one of the running states is determined (S200).

이때, 상기 단계S200에서, PDR 태그(200)로부터 송출되는 해당 측위 대상자(10)의 측위 정보는 예컨대, 3축 가속도계 센서, 3축 각속도계 센서 또는 3축 지자기계 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함하는 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 이용함이 바람직하다.At this time, in step S200, the positioning information of the subject 10 to be positioned and transmitted from the PDR tag 200 includes at least one of a three-axis accelerometer sensor, a three-axis angular velocity sensor, or a three- It is preferable to use an inertial measurement unit (IMU).

그런 다음, 실내 측위 모니터링 수단(400)을 통해 상기 단계S100에서 수신된 UWB 태그(100)의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치를 측정한다(S300).Then, UWB signals of the UWB tag 100 received in the step S100 are received through the indoor positioning monitoring unit 400, and the current position of the subject 10 is measured based on the received UWB signals.

이때, 상기 단계S300에서, 실내 측위 모니터링 수단(400)을 통해 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터 UWB 태그(100)의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 삼변 측량법(Trilateration Method)을 이용하여 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치를 측정함이 바람직하다.At this time, in step S300, UWB signals of the UWB tag 100 are respectively received from the UWB anchors 300-1 through 300-3 through the indoor positioning monitoring unit 400, and a trilateration method, It is preferable to measure the current position of the subject 10 to be positioned.

다음으로, 실내 측위 모니터링 수단(400)을 통해 상기 단계S300에서 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치가 상기 단계S200에서 판단된 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태(예컨대, 정지, 점프, 걷기 또는 달리기 등)에 따라 미리 설정된 기준 허용범위(δhj, δw, δr)를 벗어날 경우, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(Su) 상태 또는 비정상 측위(Sa) 상태로 판단한다(S400).Next, the current position of the subject 10 measured in step S300 is measured by the indoor positioning monitoring unit 400 based on the movement state of the subject 10 (for example, stop, jump, preset reference allowable range according to the walking or running, etc.) (δ hj, δ w, δ r), if out, uncertain positioning the indoor positioning result of the positioning target person 10 is measured by the UWB tag (100) (S u) state or an abnormal location (S a) is determined by state (S400).

이때, 상기 단계S400에서, 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위(δhj, δw, δr)는 다음과 같이 이루어질 수 있다.At this time, in step S400, the reference tolerance ranges? Hj ,? W ,? R set in advance according to the movement state of the positioning subject 10 can be made as follows.

즉, 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태가 정지 또는 점프 상태일 경우, 상기 미리 설정된 기준 허용범위(δhj)는 약 0.5m 내지 1.5m 범위(바람직하게, 약 1m 정도)로 이루어질 수 있다.That is, when the movement state of the subject 10 to be positioned is in the stop or jump state, the preset reference tolerance range? Hj may be in the range of about 0.5 m to 1.5 m (preferably about 1 m).

또한, 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태가 걷기 상태일 경우, 상기 미리 설정된 기준 허용범위(δw)는 약 2.5m 내지 3.5m 범위(바람직하게 약 3m 정도)로 이루어질 수 있다.Further, when the movement state of the to-be-positioned person 10 is in the walking state, the predetermined reference allowable range? W may be in the range of about 2.5 m to 3.5 m (preferably about 3 m).

또한, 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태가 달리기 상태일 경우, 상기 미리 설정된 기준 허용범위(δr)는 약 4.5m 내지 5.5m 범위(바람직하게, 약 5m 정도)로 이루어질 수 있다.In addition, when the movement state of the subject 10 to be positioned is in a running state, the preset reference tolerance range? R may be in the range of about 4.5 m to 5.5 m (preferably about 5 m).

추가적으로, 상기 단계S300 이후에, 실내 측위 모니터링 수단(400)을 통해 상기 단계S300에서 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치가 해당 측위 대상자(10)의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위(δhj, δw, δr) 내에 존재할 경우, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 정상 측위(Sn) 상태로 판단하고, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치를 해당 측위 대상자(10)의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after step S300, the current position of the subject 10 measured in step S300 is measured by the indoor positioning monitoring unit 400 using the preset reference tolerance range (for example, If present in the δ hj, δ w, δ r ), determine the indoor positioning result of the positioning target person 10 is measured by the UWB tag 100 in a state the top positioning (S n), and the UWB tag 100 And determining the current position of the subject 10 to be measured as the final indoor positioning information of the subject 10 to be measured.

더욱이, 상기 단계S400 이후에, 실내 측위 모니터링 수단(400)을 통해 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(Su) 상태 또는 비정상 측위(Sa) 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 작을 경우, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(Su) 상태로 판단하고, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치와 PDR 태그(200)를 통해 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치를 조합하여 해당 측위 대상자(10)의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 한편, 상기 미리 설정된 임계값(TLOS)은 약 10dB 내지 16dB 범위(바람직하게, 13dB 정도)로 이루어짐이 바람직하고, 실내 측위 환경에 따라 달라질 수 있다.Furthermore, after the step S400, through the indoor positioning monitoring means 400 uncertainty indoor positioning result of the positioning target person 10 is measured by the UWB tag 100 positioning (S u) state or an abnormal location (S a (P RX -P FP ) between the total received signal strength (P RX ) and the shortest path received signal strength (P FP ) among the received signals from the respective UWB anchors (300-1 through 300-3) ) is smaller than the preset threshold value (T LOS), determining the indoor positioning result of the positioning target person 10 is measured by the UWB tag 100 in a state uncertainty positioning (S u) and, UWB tag 100 And determining the final indoor positioning information of the subject 10 as a final indoor positioning information by combining the present position of the subject 10 measured through the PDR tag 200 with the current position of the subject of the positioning measured through the PDR tag 200 You may. Meanwhile, the preset threshold value T LOS is preferably in the range of about 10 dB to 16 dB (preferably about 13 dB), and may vary depending on the indoor positioning environment.

이때, 실내 측위 모니터링 수단(400)을 통해 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(Su) 상태로 판단할 경우, 하기의 식 1에 의해 해당 측위 대상자(10)의 최종 실내 측위(P(x,y)) 정보로 결정함이 바람직하다.In this case, when the indoor positioning result of the subject 10 measured by the UWB tag 100 through the indoor positioning monitoring means 400 is determined to be in an uncertain position (S u ) state, (P (x, y)) of the person 10 to be positioned.

(식 1)(Equation 1)

Figure 112016100699848-pat00004
Figure 112016100699848-pat00004

여기서, 상기 PUWB(x,y)는 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이고, 상기 PPDU(x,y)는 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이며, 상기 α는 측위 비율을 조절하기 위한 가중치 변수로서 0.5 내지 0.9 범위로 이루어질 수 있다.Here, the P UWB (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the UWB tag, the PDU (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the PDR tag, The alpha is a weighting variable for adjusting the positioning ratio, and may be in the range of 0.5 to 0.9.

또한, 상기 단계S400 이후에, 실내 측위 모니터링 수단(400)을 통해 UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 불확실 측위(Su) 상태 또는 비정상 측위(Sa) 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커(300-1 내지 300-3)로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 클 경우, UWB 태그(100)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 실내 측위 결과를 비정상 측위(Sa) 상태로 판단하고, PDR 태그(200)를 통해 측정된 해당 측위 대상자(10)의 현재 위치를 해당 측위 대상자(10)의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.After step S400, the indoor positioning result of the subject 10 measured by the UWB tag 100 through the indoor positioning monitoring unit 400 is stored in an uncertain position (S u ) state or an abnormal position S a (P RX -P FP ) between the total received signal strength (P RX ) and the shortest path received signal strength (P FP ) among the received signals from the respective UWB anchors (300-1 through 300-3) ) in this case, a preset threshold value (greater than T LOS), determining the indoor positioning result of the positioning target person 10 is measured by the UWB tag 100 to an abnormal location (S a) state, and PDR tag 200 Determining the current position of the subject 10 to be measured as the final indoor positioning information of the subject 10 to be measured.

전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 시스템 및 그 방법은, 기존의 실내 측위 기술들 중에서 UWB 레인징과 IMU 센서 기반의 2가지 실내 측위 기술을 활용한 것으로서, UWB 태그(100)를 이용한 고정밀한 UWB 기반의 실내 측위 결과를 먼저 우선적으로 사용하게 되나, 가시거리(LOS)가 확보되지 않거나 무선 전송이 신뢰할 수 없는 공간에서는 PDR 태그(200)를 이용한 IMU 센서 기반의 실내 측위 결과로 얻는 위치 정보를 활용한다.As described above, the hybrid indoor positioning system and method according to an embodiment of the present invention utilizes UWB ranging and IMU sensor-based indoor positioning technology among the existing indoor positioning technologies. The UWB tag 100 However, in a space where the LOS is not secured or the wireless transmission is unreliable, the indoor positioning result based on the IMU sensor 200 using the PDR tag 200 is used as a result of the indoor positioning result based on the high precision UWB The location information obtained by the user is utilized.

이에 따라, 가시거리(LOS)가 확보되지 않거나 무선 전송이 신뢰할 수 없는 공간에서도 약 2m 내지 3m 이내의 측위 오차 범위 내에서 실내 네비게이션과 위치 기반 서비스를 제공할 수 있다.
Accordingly, it is possible to provide indoor navigation and location-based services within a range of a positioning error within a range of about 2 m to 3 m even if the LOS is not secured or the wireless transmission is unreliable.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 실내 측위 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.Meanwhile, the hybrid indoor positioning method according to an embodiment of the present invention can also be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.

예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있다.For example, the computer-readable recording medium may be a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, a removable storage device, a nonvolatile memory, , And optical data storage devices.

또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
In addition, the computer readable recording medium may be distributed and executed in a computer system connected to a computer communication network, and may be stored and executed as a code readable in a distributed manner.

전술한 본 발명에 따른 하이브리드 실내 측위 시스템 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
Although the preferred embodiments of the hybrid indoor positioning system and the method according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes and modifications may be made within the scope of the claims, And this also belongs to the present invention.

100 : UWB 태그,
200 : PDR 태그,
300-1 내지 300-3 : UWB 엥커,
400 : 실내 측위 모니터링 수단100: UWB tag,
200: PDR tag,
300-1 to 300-3: UWB anchor,
400: Indoor positioning monitoring means

Claims (24)

측위 대상자의 신체 일부분에 부착되며, 외부로부터 UWB(Ultra Wide Band) 신호를 송수신하는 UWB 태그;
측위 대상자의 신체 일부분에 부착되며, 복수개의 센서들을 구비한 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 이용하여 해당 측위 대상자의 측위 정보를 송출하는 PDR(Pedestrian Dead Reckoning) 태그;
실내의 특정 장소에 설치되며, 상기 UWB 태그로부터의 UWB 신호를 송수신하는 복수개의 UWB 엥커; 및
상기 PDR 태그로부터 송출되는 해당 측위 대상자의 측위 정보를 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 움직임으로부터 정지, 점프, 걷기 또는 달리기 상태 중 적어도 하나의 움직임 상태를 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정하고, 상기 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위를 벗어날 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단하는 실내 측위 모니터링 수단을 포함하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
A UWB tag attached to a part of the body of a person to be positioned and transmitting / receiving an UWB (Ultra Wide Band) signal from the outside;
A PDR (Pedestrian Dead Reckoning) tag attached to a part of a body part of a person to be positioned and transmitting positional information of the person to be positioned by using an inertial measurement unit (IMU) having a plurality of sensors;
A plurality of UWB anchors installed in a specific place in the room for transmitting and receiving UWB signals from the UWB tag; And
The positional information of the UWB tag is received from each UWB anchor after determining the movement state of at least one of the stop, jump, walking, and running states based on the positional information of the corresponding positioned subject sent from the PDR tag, UWB signals, and measures a current position of the subject, based on the received UWB signals. When the current position of the subject of measurement is out of a predetermined reference tolerance range according to a movement state of the subject, And an indoor positioning monitoring unit for determining an indoor positioning result of the subject to be positioned through the indoor positioning unit as an uncertain or an abnormal positioning.
제1 항에 있어서,
상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위 내에 존재할 경우,
상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 정상 측위 상태로 판단하고, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the indoor positioning monitoring unit monitors the current position of the subject if the measured current position of the subject is within a predetermined reference range,
Determining the indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag as a normal positioning state and determining the current position of the subject to be positioned through the UWB tag as the final indoor positioning information of the positioning subject, system.
제1 항에 있어서,
상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 작을 경우,
상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 상태로 판단하고, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치와 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 조합하여 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the indoor positioning monitoring means determines an indoor positioning result of the corresponding positioned person via the UWB tag as an uncertain positioning or an abnormal positioning state and then selects one of the received signal strengths (P RX ) and shortest path receiving When the difference value (P RX -P FP ) of the signal strength (P FP ) is smaller than the preset threshold value (T LOS )
Determining an indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag as an uncertain positioning state and combining the current position of the subject to be positioned through the UWB tag with the current position of the subject to be positioned through the PDR tag, And determines the final indoor positioning information as the final indoor positioning information.
제3 항에 있어서,
상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 상태로 판단할 경우, 하기의 식 1에 의해 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위(P(x,y)) 정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
(식 1)
Figure 112016100699848-pat00005

여기서, 상기 PUWB(x,y)는 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이고, 상기 PPDU(x,y)는 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이며, 상기 α는 측위 비율을 조절하기 위한 가중치 변수로서 0.5 내지 0.9 범위로 이루어진다.
The method of claim 3,
The indoor positioning monitoring unit monitors the final indoor positioning (P (x, y)) information of the person to be positioned by the following Equation (1) when the indoor positioning result of the person to be positioned via the UWB tag is determined as an uncertain positioning state And the second indoor positioning system determines the second indoor positioning system.
(Equation 1)
Figure 112016100699848-pat00005

Here, the P UWB (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the UWB tag, the PDU (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the PDR tag, Is a weighting variable for adjusting the positioning ratio, and is in the range of 0.5 to 0.9.
제1 항에 있어서,
상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 클 경우,
상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 비정상 측위 상태로 판단하고, 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the indoor positioning monitoring means determines an indoor positioning result of the corresponding positioned person via the UWB tag as an uncertain positioning or an abnormal positioning state and then selects one of the received signal strengths (P RX ) and shortest path receiving If the difference value (P RX -P FP ) of the signal strength (P FP ) is greater than a preset threshold value (T LOS )
Determines the indoor positioning result of the person to be positioned through the UWB tag as an abnormal positioning state and determines the current position of the person to be positioned through the PDR tag as the final indoor positioning information of the positioning subject, system.
제1 항에 있어서,
상기 실내 측위 모니터링 수단은, 각 UWB 엥커로부터 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 삼변 측량법(Trilateration Method)을 이용하여 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the indoor positioning monitoring means receives the UWB signals of the UWB tag from each UWB anchor and measures the current position of the subject by using the Trilateration Method based on the received UWB signals. .
제1 항에 있어서,
상기 실내 측위 모니터링 수단은, 상기 복수개의 UWB 엥커 중 적어도 하나의 UWB 엥커와 유선 또는 무선 통신방식으로 연결된 별도의 장치 또는 서버로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the indoor positioning monitoring means comprises a separate device or server connected to at least one UWB anchor among the plurality of UWB anchors in a wired or wireless communication manner.
제3 항 또는 제5 항에 있어서,
상기 미리 설정된 임계값(TLOS)은, 10dB 내지 16dB 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 3 or 5,
And the preset threshold value (T LOS ) is in the range of 10 dB to 16 dB.
제1 항에 있어서,
해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위는, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 정지 또는 점프 상태일 경우 0.5m 내지 1.5m 범위로 이루어지고, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 걷기 상태일 경우 2.5m 내지 3.5m 범위로 이루어지며, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 달리기 상태일 경우 4.5m 내지 5.5m 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
The reference allowable range set in advance according to the movement state of the subject of the positioning is in the range of 0.5m to 1.5m when the movement state of the to-be-positioned person is in the stop or jump state, and when the movement state of the to- m to 3.5 m, and when the movement state of the person to be positioned is in a running state, the distance is in the range of 4.5 m to 5.5 m.
제1 항에 있어서,
상기 UWB 태그 및 상기 PDR 태그는 하나의 전자기기에 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the UWB tag and the PDR tag are included in one electronic device.
제10 항에 있어서,
상기 전자기기는, 스마트폰(Smart Phone), 스마트 패드(Smart Pad), 스마트 노트(Smart Note) 또는 스마트 기어(Smart Gear) 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the electronic device is at least one of a smart phone, a smart pad, a smart note, or a smart gear.
제1 항에 있어서,
상기 UWB 태그 및 상기 PDR 태그는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 상호 연결된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the UWB tag and the PDR tag are interconnected through a wired or wireless network.
제1 항에 있어서,
상기 관성측정장치(IMU)는, 3축 가속도계 센서, 3축 각속도계 센서 또는 3축 지자기계 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the inertial measurement device (IMU) comprises at least one of a three-axis accelerometer sensor, a three-axis angular velocity sensor or a three-axis geomagnetic sensor.
측위 대상자에 부착되는 UWB(Ultra Wide Band) 태그 및 PDR(Pedestrian Dead Reckoning) 태그와, 실내의 특정 장소에 설치되는 복수개의 UWB 엥커와, 별도의 실내 측위 모니터링 수단을 포함하는 시스템을 이용한 하이브리드 실내 측위 방법으로서,
(a) 각 UWB 엥커를 통해 해당 측위 대상자에 부착된 UWB 태그로부터의 UWB 신호를 송수신하는 단계;
(b) 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 PDR 태그로부터 송출되는 해당 측위 대상자의 측위 정보를 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 움직임으로부터 정지, 점프, 걷기 또는 달리기 상태 중 적어도 하나의 움직임 상태를 판단하는 단계;
(c) 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 단계(a)에서 수신된 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정하는 단계; 및
(d) 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 단계(c)에서 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 상기 단계(b)에서 판단된 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위를 벗어날 경우, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
A hybrid indoor positioning system using a system including an UWB (Ultra Wide Band) tag and a PDR (Pedestrian Dead Reckoning) tag attached to a person to be positioned, a plurality of UWB anchors installed in a specific place in a room, and a separate indoor positioning monitoring means As a method,
(a) transmitting and receiving a UWB signal from a UWB tag attached to a person to be positioned through the respective UWB anchor;
(b) receiving at least one of the positioning information of the corresponding positioning subject sent from the PDR tag through the indoor positioning monitoring means, and determining at least one movement state of the positioning subject from the movement of the positioning subject based on the positioning information ;
(c) receiving the UWB signals of the UWB tag received in the step (a) through the indoor positioning monitoring unit and measuring the current position of the UWB tag based on the UWB signals; And
(d) when the current position of the subject of the position measurement measured in the step (c) exceeds the preset reference permissible range according to the motion state of the subject positioned in the step (b) through the indoor positioning monitoring means, And determining an indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag as an uncertain or an abnormal positioning status.
제14 항에 있어서,
상기 단계(c) 이후에, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 단계(c)에서 측정된 해당 측위 대상자의 현재 위치가 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위 내에 존재할 경우,
상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 정상 측위 상태로 판단하고, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
15. The method of claim 14,
If the current position of the subject of the positioning measured in the step (c) through the indoor positioning monitoring means is present within the preset reference range according to the motion state of the subject, after the step (c)
Determining the indoor positioning result of the person to be positioned through the UWB tag as a normal positioning state and determining the current position of the person to be positioned through the UWB tag as the final indoor positioning information of the positioning subject Wherein the indoor positioning method is a hybrid indoor positioning method.
제14 항에 있어서,
상기 단계(d) 이후에, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 작을 경우,
상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 상태로 판단하고, 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치와 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 조합하여 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
15. The method of claim 14,
After the step (d), after determining the indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag as the uncertain or abnormal positioning status through the indoor positioning monitoring means, the entire received signal strength (P RX) and is less than the threshold value (T LOS) is pre-set difference value (P RX -P FP) of the shortest path to the received signal strength (P FP),
Determining an indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag as an uncertain positioning state and combining the current position of the subject to be positioned through the UWB tag with the current position of the subject to be positioned through the PDR tag, And determining the final indoor positioning information as the final indoor positioning information.
제16 항에 있어서,
상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 상태로 판단할 경우, 하기의 식 1에 의해 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위(P(x,y)) 정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
(식 1)
Figure 112016100699848-pat00006

여기서, 상기 PUWB(x,y)는 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이고, 상기 PPDU(x,y)는 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치 좌표값이며, 상기 α는 측위 비율을 조절하기 위한 가중치 변수로서 0.5 내지 0.9 범위로 이루어진다.
17. The method of claim 16,
(P (x, y)) information of the person to be positioned by the following Equation 1 when the indoor positioning result of the person to be positioned through the UWB tag is determined as the uncertainty positioning state through the indoor positioning monitoring means And determining the hybrid indoor positioning method.
(Equation 1)
Figure 112016100699848-pat00006

Here, the P UWB (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the UWB tag, the PDU (x, y) is the current position coordinate value of the subject to be positioned through the PDR tag, Is a weighting variable for adjusting the positioning ratio, and is in the range of 0.5 to 0.9.
제16 항에 있어서,
상기 미리 설정된 임계값(TLOS)은, 10dB 내지 16dB 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the preset threshold value (T LOS ) is in the range of 10 dB to 16 dB.
제14 항에 있어서,
상기 단계(d) 이후에, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 불확실 측위 또는 비정상 측위 상태로 판단한 후, 각 UWB 엥커로부터의 수신신호 중에서 전체 수신신호 세기(PRX)와 최단경로 수신신호 세기(PFP)의 차이값(PRX-PFP)이 미리 설정된 임계값(TLOS)보다 클 경우,
상기 UWB 태그를 통한 해당 측위 대상자의 실내 측위 결과를 비정상 측위 상태로 판단하고, 상기 PDR 태그를 통한 해당 측위 대상자의 현재 위치를 해당 측위 대상자의 최종 실내 측위 정보로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
15. The method of claim 14,
After the step (d), after determining the indoor positioning result of the subject to be positioned through the UWB tag as the uncertain or abnormal positioning status through the indoor positioning monitoring means, the entire received signal strength If (P RX) and greater than the difference value (P RX -P FP) is a preset threshold value (T LOS) of the shortest path to the received signal strength (P FP),
Determining the indoor positioning result of the person to be positioned through the UWB tag as an abnormal positioning status and determining the current position of the person to be positioned through the PDR tag as the final indoor positioning information of the positioning subject Wherein the indoor positioning method is a hybrid indoor positioning method.
제19 항에 있어서,
상기 미리 설정된 임계값(TLOS)은, 10dB 내지 16dB 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the preset threshold value (T LOS ) is in the range of 10 dB to 16 dB.
제14 항에 있어서,
상기 단계(c)에서, 상기 실내 측위 모니터링 수단을 통해 각 UWB 엥커로부터 상기 UWB 태그의 UWB 신호를 각각 제공받아 이를 기반으로 삼변 측량법(Trilateration Method)을 이용하여 해당 측위 대상자의 현재 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
15. The method of claim 14,
In the step (c), UWB signals of the UWB tag are received from the respective UWB anchors through the indoor positioning monitoring means, and the current position of the corresponding positioned subject is measured based on the received UWB signals using the trilateration method Wherein the hybrid indoor positioning method is characterized by:
제14 항에 있어서,
상기 단계(d)에서, 해당 측위 대상자의 움직임 상태에 따라 미리 설정된 기준 허용범위는, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 정지 또는 점프 상태일 경우 0.5m 내지 1.5m 범위로 이루어지고, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 걷기 상태일 경우 2.5m 내지 3.5m 범위로 이루어지며, 해당 측위 대상자의 움직임 상태가 달리기 상태일 경우 4.5m 내지 5.5m 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
15. The method of claim 14,
In the step (d), the reference allowable range set in advance according to the movement state of the to-be-positioned person is in a range of 0.5 m to 1.5 m when the movement state of the to-be-positioned person is in the stop or jump state, Wherein the range is from 2.5 m to 3.5 m when the state is a walking state and from 4.5 m to 5.5 m when the state of movement of the person to be positioned is in a running state.
제14 항에 있어서,
상기 단계(b)에서, 상기 PDR 태그로부터 송출되는 해당 측위 대상자의 측위 정보는, 3축 가속도계 센서, 3축 각속도계 센서 또는 3축 지자기계 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함하는 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 이용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 방법.
15. The method of claim 14,
In the step (b), the positioning information of the subject to be positioned, which is transmitted from the PDR tag, is measured by an inertial measuring device including at least one of a three-axis accelerometer sensor, a three- Measurement Unit, IMU) is used.
제14 항 내지 제23 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.23. A computer-readable recording medium having recorded thereon a computer program for executing the method of any one of claims 14 to 23.
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