KR101396877B1 - 와이파이 기반 실내측위 보정 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 와이파이 기반 실내측위 보정 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이파이 시스템에서의 액세스 포인트(AP)를 이용하여 건물 내에 위치한 무선단말의 위치를 측정하고, 측정된 무선단말의 측위점을 보정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 와이파이 시스템에서의 액세스 포인트(AP)를 이용하여 건물 내에 위치한 무선단말의 위치를 측정하고, 측정된 무선단말의 측위점을 보정함으로써 정확한 측위가 수행되도록 한다.

Description

와이파이 기반 실내측위 보정 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR WIFI-BASED INDOOR POSITIONING COMPENSATION}
본 발명은 와이파이 기반 실내측위 보정 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이파이 시스템에서의 액세스 포인트(AP)를 이용하여 건물 내에 위치한 무선단말의 위치를 측정하고, 측정된 무선단말의 측위점을 보정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
종래에는 무선 단말의 위치를 측정하기 위하여 특정 셀 내에 존재하는 복수의 기지국을 이용하는 삼각측량의 방법이 개시되었다. 그러나 그러한 방법에 의한 실내 측위의 경우, 측위오차가 수십 내지 수백 미터에 달하여, 정밀한 측위가 되지 못하여 왔다. 한편, 실내 측위에 이용하는 WIFI 측위 기술의 경우에도 측위 오차는 10미터 내외를 나타내어, 정밀도를 요하는 실내 내비게이션 등에 사용하기에는 문제점이 있어왔다. 이를 해결하기 위해 와이파이 측위에 대하여, 가중 중점 알고리즘(weighted centroid algorithm)이 개시되었다. 그러나 이 방법을 사용할 경우, 측위점은 복수의 AP가 형성하는 다각형 내부에만 형성되며, 측위시 사용되는 신호세기의 왜곡과 AP 위치에 따라서 오류를 내포한 측위가 되는 경우가 자주 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 와이파이 시스템에서의 액세스 포인트(AP)를 이용하여 건물 내에 위치한 무선단말의 위치를 측정하고, 측정된 무선단말의 측위점을 보정함으로써 정확한 측위가 수행되도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템이, 측위점 보정을 수행하는 방법은, (a) 측위 대상인 측위 단말에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)에서 상기 측위 단말까지의 각 신호세기 측정값으로부터 신호거리를 산출하여 산출된 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위 AP들이 이루는 다각형 외부의 일 지점에 가상 AP를 설정한 후 상기 AP들 중 일부와 상기 가상 AP에 의하여 상기 측위 단말에 대한 측위를 수행하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위 AP들에 의하여 상기 측위 단말에 대한 측위를 수행하는 단계; (b) 상기 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 수신하는 단계; 및 (c) 상기 측위 단말로부터 수신한 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 이용하여 상기 단계(a)에서 측위된 상기 측위 단말의 측위점을 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 와이파이 기반 실내측위 보정을 수행하는 시스템은, 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신하는 신호세기 측정값 수신모듈; 상기 신호세기 측정값으로부터 산출된 각 신호거리 산출값과 상기 각 측위 AP 간 거리를 비교하여, 상기 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위 AP들이 이루는 다각형 외부의 일 지점에 가상 AP를 설정한 후, 상기 측위 AP들 중 일부와 상기 가상 AP에 의하여 상기 측위 단말에 대한 측위를 수행하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위 AP들에 의하여 상기 측위 단말에 대한 측위를 수행하는 측위 수행모듈; 상기 측위 단말의 실내 측위를 위한 건물 정보가 저장되는 건물 정보 데이터베이스; 상기 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 수신하는 측위단말 센서값 수신모듈; 및 상기 측위 단말로부터 수신한 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 이용하여 상기 측위 수행모듈에서 측위된 상기 측위 단말의 측위점을 보정하는 측위 보정모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템이, 층정보와 이동수단을 판단하는 방법은, (a) 액세스포인트 정보를 이용하여 사용자의 기준층을 산출하는 단계; (b) 상기 기준층의 기압을 측정하고 높이를 산출하는 단계; 및 (c) 상기 사용자의 이동에 따른 이동층 및 이동수단을 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 와이파이 시스템에서의 액세스 포인트(AP)를 이용하여 건물 내에 위치한 무선단말의 위치를 측정하고, 측정된 무선단말의 측위점을 보정함으로써 정확한 측위가 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존의 측위방법으로서, AP가 이루는 다각형 내부에서 측위점이 결정되는 경우를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 측위방법으로서, 최초 설정한 AP가 이루는 다각형 외부에서 측위점이 결정되는 경우를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 실내 측위 및 측위점 보정을 수행하기 위한 네트워크 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 AP가 이루는 다각형의 내부와 외부에서의 실내 측위 및 측위점 보정 방법을 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 측위방법을 수행하는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 6은 측위 단말에 내장된 각 센서값을 이용하여 연속 측위점을 보정하는 경우의 일예를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 기존의 측위방법으로서, AP(21,22,23)가 이루는 다각형 내부에서 측위점이 결정(30)되는 경우를 나타내는 도면이다.
각각의 원은 각 AP(21,22,23)에서 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)(10)까지의 거리를 신호에 의해 측정한 거리(이하 '신호 거리'라 한다)와 동일한 거리를 나타낸다. 예를 들어 AP와 상기 측위 단말(10) 사이의 신호세기를 측정하여 이로부터 산출되는 거리를 신호거리라 할 수 있다. 이와 같이 산출된 신호거리 산출값을 이용하여 삼각측량으로 상기 측위 단말(10)의 위치를 측위 할 수도 있고, 신호의 세기를 고려하여 가중 중점 알고리즘(weighted centroid algorithm)을 이용하여 측위를 수행할 수도 있다.
가중 중점 알고리즘이란, 수학식 1과 같은 수식에 의해 측위 단말의 위치를 측정하는 것이다.
Figure 112012089494797-pat00001
위 수학식 1에서
Figure 112012089494797-pat00002
는 k번째 AP의 좌표,
Figure 112012089494797-pat00003
는 측위 단말로부터 k번째 AP에 수신된 신호의 세기에 비례하여 부여되는 가중치, n은 측위를 수행하는 AP의 수,
Figure 112012089494797-pat00004
는 산출된 측위 단말의 위치를 나타내는 좌표를 의미한다.
가중 중점 알고리즘은 항상 AP가 형성하는 다각형 내부에 측위점이 형성된다. 따라서, 측위시 사용되는 신호세기의 왜곡과 AP 위치에 따라서 오류를 내포하는 측위를 수행하는 경우가 종종 발생한다.
도 1의 경우는 실제 측위 단말(10)의 위치가 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 내부에 존재하는 경우로서, 이러한 경우에는 전술한 가중 중점 알고리즘에 의해 비교적 정확한 위치를 측위해 낼 수 있게 된다.
이하 도 2는, 실제 측위 단말(10)의 위치가 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 외부에 존재하는 경우로서, 이러한 경우에는 전술한 바와 같은 단순한 가중 중점 알고리즘 만으로는 정확한 위치를 측위해 내기 어려우며, 본 발명에서 제안하는 방법을 적용하여 더욱 정확한 위치를 측위해 낼 수 있고, 이하에서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 측위방법으로서, 최초 설정한 AP가 이루는 다각형 외부에서 측위점이 결정되는 경우를 나타내는 도면이다.
실제 측위단말이 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 외부에 존재하고 있다고 판단하는 기준은 다음과 같다.
각 AP(21,22,23) 중 특정 AP에 의해서 형성되는 신호거리가 모든 AP 사이의 거리, 즉 AP1-AP2 간 거리, AP2-AP3 간 거리, AP3-AP1 간 거리보다 클 경우, 측위 단말은 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 외부에 존재하고 있다고 판단한다.
도 2의 경우는 AP1에 의해 형성되는 신호 거리가 그와 같은 조건을 충족하므로 측위 단말(10)이 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 외부에 존재하고 있다고 판단하게 된다. 이 경우는 위 다각형 외부에 가상의 AP를 설정(24)하여, AP(22,23,24)에 의해 형성되는 새로운 다각형을 설정하고, AP(22,23,24)에 가중 중점 알고리즘 또는 중점 알고리즘을 적용하여 형성된 새로운 다각형 내부에서 측위단말의 위치를 측정해 내게 된다. 가상의 AP의 위치를 결정하는 방식에는,
1) 기존 AP(21,22,23)가 이루는 다각형(제1 다각형)을 특정 AP를 기준으로 회전 및 대칭시키는 방법으로서, 도 2에서 가상 AP(24)의 위치를 결정한 방식이다.
2) 신호거리 및 중첩거리를 이용하여 확장/축소시키는 방법
3) 내부 다각형의 가중 중점 측위점을 이용하여 확장/축소시키는 방법
등이 있을 수 있다.
가중 중점 알고리즘에 대하여는 도 1을 참조하여 전술한 바 있다.
한편, 중점 알고리즘이란, AP(22,23,24)의 신호세기를 고려하지 않고, AP(22,23,24)가 이루는 다각형의 무게중심을 측위점으로 측정해내는 것이다. 가상의 AP(24)가 포함된 AP(22,23,24)에 대하여, 신호세기를 고려하는 가중 중점 알고리즘을 적용하려면, 가상 AP(24)에 대하여 적절한 신호의 세기를 결정해 주어야 한다. 이때 기존 AP의 신호세기를 고려하여 결정하게 된다.
기존 AP(21,22,23) 이외에도 와이파이 기반 실내측위 시스템(100)이 관리하는 AP가 존재할 경우에는 그 AP들 중에서 선택하여 추가측위 AP로서 설정할 수 있다. 그러나 기존 AP(21,22,23) 이외에 와이파이 기반 실내측위 시스템(100)이 관리하는 AP가 존재하지 않을 경우에는 기존 다각형 외부의 특정 위치에 가상 AP를 측위 AP(24)로서 설정할 수 있다. 도 2에는 기존 AP(21,22,23)에 의해 측위된 측위 단말의 위치(40), 가상 AP(24)를 설정하여 측위된 측위 단말의 위치(50) 및 측위 단말의 실제 위치(10)가 도시되어 있다. 이 경우 추가측위 AP(24)를 설정하여 측위된 측위 단말의 위치(50)가 측위 단말의 실제 위치(10)에 훨씬 더 근접해 있는 것을 볼 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 실내 측위 및 측위점 보정을 수행하기 위한 네트워크 구성을 나타내는 도면이다.
와이파이 기반 실내측위 보정 시스템(100)은, 특정 지역 또는 특정 건물에 설치된 다수의 AP(21,22,23)과 망을 통하여 연결되어 그 AP들을 관리하며, 그러한 AP들을 이용하여 주변에 위치하는 특정 단말(10)의 위치를 측위해 낼 수 있다. 다만, 본 도면에서는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템(100)을 별도의 시스템으로 도시하였으나, 이와 같이 네트워크에 연결된 별도의 시스템일 수도 있고, 또는 단말(10)에 설치된 실내측위 보정 프로그램 동작에 의하여 단말(10)이 그러한 실내측위 보정 시스템의 역할을 수행할 수도 있다. 본 발명에 따른 AP들을 이용한 측위방법의 원리는, 도 2를 참조하여 설명한 바 있으며, 이하 도 4의 순서도를 참조하여 수행하는 단계별로 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 AP가 이루는 다각형의 내부와 외부에서의 실내 측위 및 측위점 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
와이파이 기반 실내측위 보정 시스템(100)은, 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)(10)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신한다(S410). 수신한 신호세기 측정값으로부터, 측위 단말(10)에 대한 측위점이 상기 측위 AP들이 이루는 다각형(이하 '제1 다각형'이라 한다) 내부에 있는지 또는 외부에 있는지 여부를 판단하게 되는데, 먼저 수신한 신호세기 측정값으로부터 해당 측위 AP에서 측위 단말(10)까지의 신호거리를 산출한다(S420).
상기 각 신호거리 산출값 중 특정 AP(하나 또는 그 이상의 AP)의 신호 거리 산출값이 상기 모든 측위 AP 간 거리(AP1-AP2 간 거리, AP2-AP3 간 거리, AP3-AP1 간 거리, 도 2 참조)보다 큰 경우에는, 측위 단말(10)의 측위점이 기존 측위 AP(21,22,23)가 이루는 다각형 외부에 있는 것으로 판단하며, 이에 따라 상기 측위 AP들이 이루는 제1 다각형 외부의 일 지점에 가상의 AP를 설정(24)한 후(S441), 상기 AP들 중 일부(도 2의 경우 AP2,AP3)와 가상 AP(24)를 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출한다(S442). 상기 각 AP간 거리는, 데이터베이스에 저장되어 있는 각 AP의 위치정보로부터 산출된다. 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP 중 일부와 상기 가상의 측위 AP에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어질 수 있다. 가중 중점 알고리즘을 적용하는 경우, 각 측위 AP의 신호세기를 고려하여야 하므로, 가상 AP(24)의 신호세기를 적절한 방법으로 결정한 후에 가중 중점 알고리즘을 적용하여야 한다.
그러나 상기 모든 AP(21,22,23)에 의한 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우, 상기 측위 AP들(21,22,23)만을 이용하여 상기 측위 단말(10)에 대한 측위점을 산출한다(S451). 이때 측위점의 산출은, 제1 다각형을 이루는 측위 AP들에 대하여 신호세기를 고려한 가중 중점 알고리즘을 적용하거나, 또는 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어진다.
이어서, 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템(100)의 측위단말 센서값 수신모듈(160)은 측위 단말(10)에 내장된 와이파이/가속도/자이로/기압계/지자기 센서에서 각각 감지되어 전송되는 센서값 정보를 수신한다(S460).
상기 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템(100)의 측위 보정모듈(170)은 측위단말 센서값 수신모듈(160)로부터 전달되는 측위 단말에 내장된 각 센서들로부터 감지되어 전송되는 각 센서값 정보를 이용하여 측위 단말(10)에 대하여 측위된 측위점을 보정한다(S470).
하기에서는 이러한 측위 단말의 측위점 보정에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
와이파이 액세스포인트(WiFi AP)의 신호 세기는 자체 출력 및 주변 환경에 따라 일정범위 안에서 지속적으로 변화하며, 단일 주기동안 수집된 AP의 신호 세기와 이를 통한 측위 결과는 신뢰도가 떨어진다. 이를 보완하기 위하여 다음과 같은 절차를 통하여 측위 위치를 보정한다.
1) 주기적으로 AP 스캐닝을 수행하여 수집된 AP 리스트를 신호 세기와 같이 보관한다.
2) 동시에 와이파이(WiFi) 측위를 수행하여 수행된 측위 결과를 보관한다.
3) 동시에 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서의 값을 저장 가공하여 해당 시점의 실내 이동 방향 및 속도를 추정하고 보관한다.
4) 측위 단말의 이전 측위점, 이동방향 및 속도를 현재 측위점과 비교하여 최종 위치값을 보정한다.
5) 추가적으로 연속 측위된 값은 전자지도의 링크로 맵매칭하여 이동 경로로 보관한다.
또한, 하기에서는 측위 단말에 내장된 각 센서를 이용하여 층간 구분 및 층간 이동 수단을 판별하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
측위 단말에 내장된 기압계를 비롯한 센서를 이용하여 측위 단말이 위치한 곳의 높이를 산출하고, 건물 정보 DB의 층간 높이로부터 사용자의 건물의 층수를 구분한다. 기본적으로 기압 등의 수치는 매시간 달라지므로 현재 시점의 기압 기준은 사용자로부터 수집된 것을 이용하고, 기준층은 사용자가 위치하는 층에 위치한 수집된 AP 리스트와 건물 정보 DB의 매칭을 통하여 수행한다.
또한, 연속 측위 및 센서를 통한 위치 보정 방법에서 보관중인 이전 위치 및 AP 신호 리스트와 현재 AP 신호 변화, 기압계 수치 변화 그리고 현재 가속도 및 자이로 센서의 수치를 통하여 층간이동수단(에스칼레이터, 엘리베이터, 층계)을 판별한다.
이를 이용한 층간 구분 절차는 다음과 같은 절차로 수행된다.
1) 수집된 AP 리스트와 건물 정보 DB를 참조하여 기준층을 판별한다.
2) 기준층의 기준 기압을 수집하고 높이를 산출한다.
3) 주기적으로 기압을 수집하고 높이를 산출하여 저장한다.
4) 동시에 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서 수치를 수집하여 측위 단말의 이동 속도 및 방향을 산출하고 저장한다.
5) 수집된 기압 및 높이로 현재층을 판단하고 수집된 AP를 기준으로 검증 및 기준 기압을 보정한다.
6) 이전에 수집된 기압 및 높이를 기준으로 높이 변이를 검출한다.
7) 지속적인 높이 변이 검출시, 사용자의 이동에 의한 측위 단말의 이전 이동 속도 및 방향을 참조하여 이동 수단(에스칼레이터, 엘리베이터, 층계)을 검출한다.
도 5는 본 발명에 따른 측위방법을 수행하는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 6은 측위 단말에 내장된 각 센서값을 이용하여 연속 측위점을 보정하는 경우의 일예를 나타내는 도면이다. 이하에서는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템(100)의 각 구성모듈별 기능을 중심으로 간략히 정리하여 서술한다.
제어부(110)는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템(100)의 각 구성요소를 제어하여 와이파이 기반 실내연속측위 수행과 관련된 일련의 처리를 수행한다.
신호세기 측정값 수신모듈(120)은 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신한다.
측위점 존재영역 판단모듈(130)은 상기 신호세기 측정값으로부터, 상기 측위 단말에 대한 측위점이 상기 측위 AP들이 이루는 다각형(이하 '제1 다각형'이라 한다) 내부에 있는지 또는 외부에 있는지 여부를 판단한다. 즉, 상기 신호세기 측정값으로부터 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호거리를 산출하고, 상기 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단하게 된다. 각 측위 AP간 거리는, AP 정보 데이터베이스(160)에 저장되어 있는 각 AP의 위치정보로부터 산출한다.
가상 측위 AP 설정모듈(140)은 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 다각형 외부의 일 지점에 가상의 측위 AP를 설정한다.
측위 수행모듈(150)은 상기 측위 AP들을 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출한다. 이때 상기 측위점 존재영역 판단모듈에 의해 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP들에 대하여 가중 중점 알고리즘을 적용하고, 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP 중 일부와 상기 가상의 측위 AP에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함에 의해 이루어질 수 있다.
AP 정보 데이터베이스(160)는 AP 정보를 포함하는 데이터를 저장한다. 전술한 바와 같이 AP 정보 데이터베이스(160)에 저장되어 있는 AP 정보에는, 각 AP의 위치정보를 포함한다.
건물 정보 데이터베이스(170)는, 실내 측위를 위한 건물 정보가 저장된다. 구체적으로, 실내 측위를 위한 건물 정보 데이터베이스(170)에는 건물 이미지/건물 형상맵/건물 네트워크맵 정보를 포함하는 전자지도 정보와, 건물의 층 정보/이동수단정보/벽,입구 정보/POI 정보를 포함하는 건물 구조물 정보와, 건물 AP 맵/건물 기압 맵을 포함하는 센서 지도 정보를 포함한다.
측위단말 센서값 수신모듈(180)은, 측위 단말에 탑재된 와이파이/가속도/자이로/기압계/지자기 센서에서 각각 감지된 센서값들을 수신하여 각 센서값들을 측위 보정모듈(190)로 전송한다.
측위 보정모듈(190)은 측위단말 센서값 수신모듈(180)에서 전송된 각 센서값들을 이용하여 측위 수행모듈(150)에서 측위 단말에 대하여 측위된 측위점을 보정한다.
와이파이 액세스포인트(WiFi AP)의 신호 세기는 자체 출력 및 주변 환경에 따라 일정범위 안에서 지속적으로 변화하며, 단일 주기동안 수집된 AP의 신호 세기와 이를 통한 측위 결과는 신뢰도가 떨어진다. 이를 보완하기 위하여 상기 측위 보정모듈(190)은 다음과 같은 절차를 통하여 측위 위치를 보정한다.
측위 보정모듈(190)은 주기적으로 AP 스캐닝에 의해 수집된 AP 리스트와 각 AP의 신호 세기 정보와, AP를 통한 측위 단말의 와이파이 측위점 정보와, 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서의 값으로부터 추정된 해당 시점의 실내 이동 방향 및 속도 정보를 이용하여 이전 측위점, 이동방향 및 속도를 현재 측위점과 비교하여 측위 단말의 최종 위치값을 보정한다. 또한, 추가적으로 연속 측위된 값은 전자지도의 링크로 맵매칭하여 이동 경로로 보관한다.
상기 측위 보정모듈(190)에 의해 수행되는 측위 단말의 측위점 보정의 일예에 대하여 첨부된 도 6을 참조하여 설명하기로 한다. 도 6에서와 같이, 사용자의 이동경로(220)에서의 측위 수행 지점(210)을 나타낸다. 측위는 측위 수행 지점(210)에서 수행할 때 가중 내외심 알고리즘과 전자지도 보정을 통하여 오른쪽 연속 측위점(230)으로 측위된다. 이때 측위 단말에 내장된 각 센서값을 수집하여 이동속도 및 방향을 기록하고, 측위점 검증시에 이를 참조하여 보정한다.
상기 측위 보정모듈(190)은 측위 단말에 내장된 각 센서값을 이용하여 사용자 이동시 측위 단말의 건물의 층간 구분 및 층간 이동 수단을 판별한다. 측위 보정모듈(190)은 측위 단말에 내장된 기압계에서 값지된 값을 이용하여 높이를 산출하고, 건물정보 데이터베이스(170)의 층간 높이 정보로부터 사용자의 건물의 층수를 구분한다. 기본적으로 기압 등의 수치는 매시간 달라지므로 현재 시점의 기압 기준은 사용자로부터 수집된 것을 이용하고, 기준층은 사용자가 위치하는 층에 위치한 수집된 AP 리스트와 건물정보 데이터베이스(170)의 매칭을 통하여 수행한다.
또한, 상기 측위 보정모듈(190)은 연속 측위 및 센서를 통한 위치 보정 방법에서 측위 단말의 이전 위치 및 AP 신호 리스트와 현재 AP 신호 변화, 기압계 수치 변화 그리고 현재 가속도 및 자이로 센서의 수치를 통하여 층간이동수단(에스칼레이터, 엘리베이터, 층계)을 판별한다. 이를 이용한 층간 구분 절차에 대해서는 앞서 전술하였으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
10: 측위 단말
21,22,23: 측위 AP 24: 추가측위 AP
30,40: 기존 AP가 이루는 다각형 내부의 측위점
50: 추가측위 AP가 포함된 외부 다각형 내부의 측위점
100: 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템

Claims (10)

  1. 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템이, 실내 측위시 센서를 이용하여 측위 단말의 측위점을 보정하는 방법으로서,
    (a) 측위 대상인 측위 단말에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)에서 상기 측위 단말까지의 각 신호세기 측정값으로부터 신호거리를 산출하여 산출된 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위 AP들이 이루는 다각형 외부의 일 지점에 가상 AP를 설정한 후 상기 AP들 중 일부와 상기 가상 AP에 의하여 상기 측위 단말에 대한 측위를 수행하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위 AP들에 의하여 상기 측위 단말에 대한 측위를 수행하는 단계;
    (b) 상기 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 수신하는 단계; 및
    (c) 상기 측위 단말로부터 수신한 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 이용하여 상기 단계(a)에서 측위된 상기 측위 단말의 측위점을 보정하는 단계
    를 포함하는 와이파이 기반 실내측위 보정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(c)는,
    (c1) 상기 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 저장 가공하여 해당 시점의 실내 이동 방향 및 속도를 추정하는 단계;
    (c2) 상기 측위 단말의 이전 측위점, 이동방향 및 속도를 현재 측위점과 비교하여 최종 위치값을 보정하는 단계를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 와이파이 기반 실내측위 보정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측위 단말의 연속 측위된 값은 전자지도의 링크로 맵매칭하여 이동 경로로 보관하는 단계를 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 와이파이 기반 실내측위 보정 방법.
  4. 와이파이 기반 실내측위 보정을 수행하는 시스템으로서,
    측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신하는 신호세기 측정값 수신모듈;
    상기 신호세기 측정값으로부터 산출된 각 신호거리 산출값과 상기 각 측위 AP 간 거리를 비교하여, 상기 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위 AP들이 이루는 다각형 외부의 일 지점에 가상 AP를 설정한 후, 상기 측위 AP들 중 일부와 상기 가상 AP에 의하여 상기 측위 단말에 대한 측위를 수행하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위 AP들에 의하여 상기 측위 단말에 대한 측위를 수행하는 측위 수행모듈;
    상기 측위 단말의 실내 측위를 위한 건물 정보가 저장되는 건물 정보 데이터베이스;
    상기 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 수신하는 측위단말 센서값 수신모듈; 및
    상기 측위 단말로부터 수신한 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 이용하여 상기 측위 수행모듈에서 측위된 상기 측위 단말의 측위점을 보정하는 측위 보정모듈
    을 포함하는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 측위 단말의 실내 측위를 위한 건물 정보 데이터베이스는,
    건물 이미지와 건물 형상맵 및 건물 네트워크맵을 포함하는 전자지도 정보와, 건물 층 정보/이동수단정보/벽,입구 정보를 포함하는 건물 구조물 정보와, 건물의 액세스포인트 맵/건물 기압 맵을 포함하는 센서 지도 정보를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 측위 보정모듈은,
    상기 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서에서 감지된 센서값을 저장 가공하여 해당 시점의 실내 이동 방향 및 속도를 추정하고, 상기 측위 단말의 이전 측위점, 이동방향 및 속도를 현재 측위점과 비교하여 최종 위치값을 보정하는 것
    을 특징으로 하는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 측위 보정모듈은,
    상기 측위 단말의 연속 측위된 값은 전자지도의 링크로 맵매칭하여 이동 경로로 보관하는 것
    을 특징으로 하는 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템.
  8. 와이파이 기반 실내측위 보정 시스템이, 실내 측위시 센서를 이용하여 층정보와 이동수단을 판단하는 방법으로서,
    (a) 액세스포인트 정보를 이용하여 사용자의 기준층을 산출하는 단계;
    (b) 상기 기준층의 기압을 측정하고 높이를 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 사용자의 이동에 따른 이동층 및 이동수단을 추정하는 단계
    를 포함하는 와이파이 기반 층정보 및 이동수단 판단 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계(c)는,
    (c1) 주기적으로 기압을 수집하고 높이를 산출하는 단계;
    (c2) 측위 단말에 내장된 가속도 및 자이로 센서에서 감지되는 센서값을 수집하여 상기 사용자의 이동속도 및 방향을 산출하는 단계;
    (c3) 상기 수집된 기압 및 높이 정보에 의해 상기 사용자가 현재 위치한 기준층을 판단하고 수집된 액세스포인트를 기준으로 검증 및 기준 기압을 보정하는 단계;
    (c4) 이전에 수집된 기압 및 높이를 기준으로 높이 변이를 검출하는 단계; 및
    (c5) 지속적인 높이 변이 검출시, 이전 이동속도 및 방향을 참조하여 이동 수단을 추정하는 단계를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 와이파이 기반 층정보 및 이동수단 판단 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 단계(c5)에서, 보관중인 이전 위치 및 액세스포인트 신호 리스트와 현재 액세스포인트 신호 변화와, 기압계의 수치 변화 및 현재 가속도 및 자이로 센서에서 감지되는 센서값을 통하여 이동수단을 추정하는 것
    을 특징으로 하는 와이파이 기반 층정보 및 이동수단 판단 방법.
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