KR101610690B1 - 단말기 헤딩 정보를 이용한 보행자 항법 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단말기 헤딩 정보를 이용한 보행자 항법 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 단말기의 x, y, z축 가속도 값 및 이동 방향 정보를 감지하고, 단말기의 이동 방향 정보를 이용하여 헤딩 정보를 산출한 후 감지된 x, y, z축 가속도 값을 이용하여 헤딩 정보의 유효성을 판단하여 보행자의 위치를 추정함으로써 보다 정확하게 보행자의 위치를 추정할 수 있게 된다.
지자기 센서, 가속도 센서, 헤딩 정보, 정확도 판단

Description

단말기 헤딩 정보를 이용한 보행자 항법 장치 및 방법{PERSONAL NAVIGATION APPARATUS AND METHOD USING MOBILE TERMINAL'S HEADING INFORMATION}
본 발명은 보행자 항법 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 단말기 헤딩 정보를 이용한 보행자 항법 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 보행자 항법 장치는 차량이 아닌 보행자 중심의 경로 안내를 수행하기 위한 것으로, 그 중 한 예로 DR(Dead Reckoning) 방식의 위치 측정 기술을 이용한다.
여기서, DR 방식의 위치 측정 기술은 이전 위치 정보를 이용하여 상대적인 자기 위치 및 진행 방향을 알아낼 수 있는 기술로서, 통상적으로 지자기 센서와 같이 단말기의 헤딩 방향을 감지하는 센서와 가속도 센서와 같이 단말기의 직선운동을 감지하는 센서를 이용하여 이동체의 이동거리와 진행방향을 측정한다.
이러한 보행자 항법 장치는 상기의 센서들뿐만 아니라 GPS(Global Positioning System)를 구비하여 일반적으로 GPS에서 제공하는 위치정보와 방향정보를 이용하여 보행자의 위치를 측정한다. 만약 사용자가 도심지와 같이 GPS 음영지역으로 이동할 경우 보행자 항법 장치는 상기의 지자기 센서 및 가속도 센서를 이용하여 보행자의 위치를 측정한다.
이와 같이 종래의 보행자 항법 장치는 일반적으로 GPS를 이용하여 보행자의 위치를 측정하거나 도심지와 같은 GPS 음영지역에서 지자기 센서와 가속도 센서를 이용하여 보행자의 위치를 측정하였다.
그러나 지자기 센서로부터 감지된 단말기의 헤딩 방향을 포함하는 헤딩 정보는 단말기 자체의 헤딩 방향을 나타내는 정보이므로 보행자가 걷고 있는 방향과 늘 일치한다고 보기 어렵다.
만약 단말기의 헤딩 정보와 보행자의 헤딩 정보가 일치하지 않은 경우 보행자 항법 장치는 정확한 보행자의 위치를 측정한다고 보기 어렵다.
즉, 보행자 항법 장치는 지자기 센서로부터 감지된 단말기의 헤딩 정보와 보행자가 걷고 있는 방향이 일치하여야만 정확한 보행자의 위치를 측정할 수 있다.
따라서, 본 발명은 단말기 헤딩 정보의 유효성 판단에 따른 보행자 항법 장치 및 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 단말기의 헤딩 정보를 이용한 보행자 항법 장치에 있어서, 단말기의 x, y, z축 가속도 값 및 이동 방향 정보를 감지하는 센서와, 상기 단말기의 이동 방향 정보를 이용하여 헤딩 정보를 산출하는 헤딩 정보 산출부와, 상기 감지된 x, y, z축 가속도 값을 이용하여 상기 헤딩 정보의 유효성을 판단하는 정확성 판단부와, 상기 판단 결과에 따라 보행자의 위치를 추정하는 위치 추정 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 단말기의 헤딩 정보를 이용한 보행자 항법 방법에 있어서, 단말기의 x, y, z축 가속도 값 및 이동 방향 정보를 감지하는 과정과, 상기 단말기의 이동 방향 정보를 이용하여 헤딩 정보를 산출하는 과정과, 상기 감지된 x, y, z축 가속도 값을 이용하여 상기 헤딩 정보의 유효성을 판단하는 과정과, 상기 판단 결과에 따라 보행자의 위치를 추정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 단말기의 헤딩 정보에 대한 유효성을 판단하여 헤딩 정보가 유효할 경우에만 보행자의 위치를 추정함으로써 보다 정확하게 보행자의 위치를 측정할 수 있다는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보행자 항법 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 본 발명의 실시 예에서는 보행자 항법 장치가 사용자가 휴대 가능한 휴대 단말기인 것을 예로 설명하도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보행자 항법 장치(100)는 보행자 DR(110), GPS(120), 위치 추정 필터(130)를 포함하는데, 이러한 보행자 DR(110)은 가속도 센서(111), 지자기 센서(112), 정확도 판단부(113), 헤딩 정보 산출부(114)를 포함한 다.
먼저, 보행자 DR(110)은 가속도 센서(111)를 통해서 감지된 x, y, z축의 가속도 값을 산출하여 위치 추정 필터로 출력하고, 산출된 x, y, z축의 가속도 값을 이용하여 지자기 센서(112)를 통해서 감지된 단말기의 헤딩 정보가 위치 추정 필터(130)의 입력으로 적합한지 여부를 판단한다. 여기서 헤딩 정보는 단말기의 헤딩 방향을 포함하는 정보를 의미한다. 예를 들어, 도 2의 200과 같은 휴대용 보행자 항법 장치에서 210은 단말기의 상면을 나타내고, 220은 단말기의 하면을 나타낸다. 또한 230은 표시화면이 위치하는 단말기의 상단부측 상측면을 나타내고, 240은 키 패드가 위치하는 단말기의 하단부측 하측면을 나타내며, 250은 단말기의 우측면을 나타낸다. 즉, 헤딩 정보는 사용자가 단말기 본체를 손으로 잡은 상태에서 230과 같은 단말기의 상측면이 향하는 방향을 의미한다.
구체적으로 보행자 DR(110)의 가속도 센서(111)는 x, y, z축의 가속도를 감지하고, 감지된 x, y, z축의 가속도 값을 위치 추정 필더(130)와 정확도 판단부(113)로 출력한다.
지자기 센서(112)는 단말기의 헤딩 방향을 감지하고, 감지된 헤딩 방향에 대한 정보를 헤딩 정보 산출부(114)로 출력한다.
정확도 판단부(113)는 입력된 x, y, z축의 가속도 값을 이용하여 y축에 대한 위치 코사인 값을 산출하고, 산출된 위치 코사인 값과 미리 설정된 위치 코사인 임계값을 비교한다.
여기서 y축 위치 코사인 값은 사용자가 이동하는 방향과 단말기의 헤딩 방향 의 일치 여부를 판단하기 위한 값으로, 하기의 <수학식 1>을 이용하여 산출된다.
Figure 112015091887036-pat00006
여기서, cosθy는 y축 위치 코사인 값, a는 가속도 값, θy는 y축으로 단말기가 기울어진 각도를 의미한다.
예를 들어 도 2와 같이 일반적으로 사용자가 자신의 이동 방향과 보행자 항법 장치(200)의 헤딩 방향이 일치되도록 보행자 항법 장치(200)를 들고, 위치를 이동할 경우 가속도 센서(111)와 지자기 센서(112)는 x축과 z축의 가속도 및 방향 정보를 감지할 뿐, y축의 가속도 및 방향 정보를 거의 감지하지 않는다.
이와 같이 정확도 판단부(113)는 다음과 같은 조건 1, 2를 만족하는지 여부를 판단한다.
조건 1: y축 위치 코사인 값의 제곱(cos2θy) ≤ α
조건 2: y축 가속도 분산값(σ²y) ≤ β
여기서, α, β는 0에 가까운 값을 가지는 임계값을 의미한다.
즉, 정확도 판단부(113)는 산출된 y축 위치 코사인 값이 코사인 임계값 이하인지 여부를 판단하고, y축 가속도 값을 이용하여 산출된 y축 가속도 분산 값을 미리 설정된 분산 임계값을 비교하여 산출된 가속도 분산값이 분산 임계값 이하인지 여부를 판단한다.
그리하여 산출된 y축 위치 코사인 값이 코사인 임계값 이하이고, 산출된 가속도 분산값이 분산 임계값 이하이면 정확도 판단부(113)은 보행자의 이동 방향과 단말기의 헤딩 방향이 일치한다고 판단한다.
이후 정확도 판단부(113)는 산출된 단말기의 헤딩 정보를 위치 추정 필터(130)로 출력하도록 제어하는 신호를 헤딩 정보 산출부(114)로 전달한다.
산출된 단말기의 헤딩 정보를 위치 추정 필터(130)로 출력하도록 제어하는 신호를 수신한 헤딩 정보 산출부(114)는 산출된 단말기의 헤딩 정보를 위치 추정 필터(130)로 전달한다.
위치 추정 필터(130)는 가속도 센서(111)로부터 입력된 x, y, z축 가속도 값과 헤딩 정보 산출부(114)로부터 입력된 단말기의 헤딩 정보를 이용하여 보행자의 위치를 측정한다.
위치 시스템(120)은 일반적인 GPS로서, 3개 이상의 위성으로부터 수신된 시간 및 거리를 이용하여 보행자의 현재 위치를 산출한다.
이와 같이 본 발명은 보행자의 이동 방향과 단말기의 헤딩 방향이 일치하는 경우에만 보행자의 위치를 측정하기 때문에 보다 정확한 보행자의 위치를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보행자 항법 장치에서 단말기의 헤딩 방향에 대한 적합성을 판단하여 보행자의 위치를 측정하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
보행자의 위치 측정 요청에 따라 300단계에서 지자기 센서(112)는 단말기의 헤딩 방향을 감지하고, 감지된 헤딩 방향을 헤딩 정보 산출부(114)로 출력한다. 헤딩 정보 산출부(114)는 감지된 헤딩 방향을 포함하는 단말기의 헤딩 정보를 산출한다.
301단계에서 가속도 센서(111)는 단말기의 x, y, z축의 가속도를 측정하고, 측정된 가속도를 위치 추정 필터(130)와 정확도 판단부(113)로 출력한다. 정확도 판단부(113)는 입력된 가속도 값을 이용하여 y축 위치 코사인 값을 산출한다. 여기서 y축 위치 코사인 값은 상기에서 설명한 <수학식 1>을 이용하여 산출된다.
302단계에서 정확도 판단부(113)는 y축 가속도 값을 이용하여 y축 가속도 분산값을 산출한다. 여기서 y측 가속도 분산값은 보행자의 위치 방향과 단말기의 헤딩 방향이 일치하는 경우 0에 가까운 값으로 산출된다.
이에 대해서 구체적으로 살펴보면, 도 4는 주파수 길이에 따라 x, y, z축의 가속도 분산값을 나타낸 그래프이다.
도 4의 (a) 및 (c)와 같은 구간은 단말기의 헤딩 방향이 보행자의 이동 방향과 일치되는 경우를 나타낸다. 여기서 단말기의 x, z축의 가속도 값은 임의의 값을 가지고, y축의 가속도 값은 0에 가까운 값을 가진다. 즉, 도 2와 같이 보행자가 단말기의 헤딩을 x축 방향에 대응되도록 이동하게 되면 x축 및 z축의 가속도 값은 일정한 값을 가지지만 y축의 가속도 값은 거의 0에 가까운 값을 가지게 된다.
반면에, 도 4의 (b)와 같은 구간은 단말기의 헤딩 방향이 보행자의 이동 방향과 일치하지 않은 경우를 나타낸다. 예를 들어, 보행자의 이동 방향은 x축 방향이고, 단말기의 헤딩 방향은 y축과 z축 방향으로 기울어지는 경우 y축의 가속도 값 은 0이 아닌 값을 가지고, x, z축의 가속도 값은 0 이하의 값을 가지게 된다.
이러한 경우 정확도 판단부(113)는 단말기의 헤딩 정보를 출력하도록 제어하는 신호를 헤딩 정보 산출부(114)로 출력하지 않는다.
또한 도 4의 (d)와 같은 구간도 단말기의 헤딩 방향이 보행자의 이동 방향과 일치하지 않은 경우를 나타내는데, 보행자의 이동 방향은 x축 방향이고, 단말기의 헤딩 방향은 y축으로만 기울어지는 경우를 나타낸다. 이러한 경우 y축의 가속도 값은 0이 아닌 값을 가지고, x, z축의 가속도 값은 (a) 및 (c) 구간의 x, z축의 가속도 값과 유사한 값을 가진다. 여기서도 역시 정확도 판단부(113)는 단말기의 헤딩 정보를 출력하도록 제어하는 신호를 헤딩 정보 산출부(114)로 출력하지 않는다.
303단계에서 정확도 판단부(113)는 산출된 y축 위치 코사인 값이 미리 설정된 위치 코사인 임계값 이하고, 산출된 y측 가속도 분산값이 미리 설정된 분산 임계값 이하인지 판단한다.
산출된 y축 위치 코사인 값이 미리 설정된 코사인 임계값 이하고, 산출된 y측 가속도 분산값이 미리 설정된 분산 임계값 이하이면 정확도 판단부(113)는 305단계로 진행하고, 그렇지 않으면 단말기의 헤딩 정보를 위치 추정 필터(130)로 출력하도록 제어하는 신호를 헤딩 정보 산출부(114)로 출력하지 않고, 보행자의 위치 추정을 종료한다.
305단계에서 정확도 판단부(113)는 단말기의 헤딩 정보를 위치 추정 필터(130)로 출력하도록 제어하는 신호를 헤딩 정보 산출부(114)로 출력한다. 이후, 헤딩 정보 산출부(114)는 단말기의 헤딩 정보를 위치 추정 필터(130)로 출력하고, 위치 추정 필터(130)는 입력된 단말기의 헤딩 정보와 x, y, z축의 가속도 값을 이용하여 보행자의 위치를 추정한다.
이와 같이 본 발명은 보행자의 이동 방향과 단말기의 헤딩 정보의 일치 여부에 따라 보행자의 위치를 추정함으로써 보다 정확하게 보행자의 위치를 추정할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보행자 항법 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단말기의 헤딩 정보에 대한 유효성 판단을 설명하기 위한 예시도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보행자 항법 장치에서 단말기의 헤딩 정보를 이용하여 보행자의 위치를 추정하는 과정을 나타내는 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 길이에 따라 x, y, z축의 가속도 분산 값을 나타낸 그래프를 나타내는 도면.

Claims (11)

  1. 단말기의 헤딩 정보를 이용한 보행자 항법 장치에 있어서,
    단말기의 x, y, z축 가속도 값 및 헤딩 방향을 감지하는 센서들과,
    상기 단말기의 상기 감지된 헤딩 방향을 포함하는 헤딩 정보를 산출하는 헤딩 정보 산출부와,
    상기 감지된 x, y, z축 가속도 값을 이용하여, 상기 단말기의 헤딩 정보와 상기 단말기의 이동 방향이 일치하는지 여부를 판단하여 상기 헤딩 정보의 유효성을 판단하는 정확성 판단부와,
    상기 판단 결과에 따라 보행자의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행자 항법 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 정확성 판단부는,
    상기 단말기의 헤딩 정보와 상기 단말기의 이동 방향이 일치하면 상기 단말기의 헤딩 정보를 상기 위치 추정부로 출력하도록 제어하는 신호를 상기 헤딩 정보 산출부로 전송하는 것을 특징으로 하는 보행자 항법 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정확성 판단부는,
    상기 단말기의 헤딩 정보와 상기 단말기의 이동 방향이 일치하지 않으면 상기 단말기의 헤딩 정보를 상기 위치 추정부로 출력하도록 제어하는 신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 보행자 항법 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 헤딩 정보 산출부는,
    상기 보행자의 위치를 추정하기 위한 신호가 수신되면 상기 단말기의 헤딩 정보를 상기 위치 추정부로 전송하는 것을 특징으로 하는 보행자 항법 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 위치 추정부는,
    상기 감지된 x, y, z축 가속도 값과 상기 단말기의 헤딩 정보를 이용하여 상기 보행자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 보행자 항법 장치.
  7. 단말기의 헤딩 정보를 이용한 보행자 항법 방법에 있어서,
    단말기의 x, y, z축 가속도 값 및 헤딩 방향을 감지하는 과정과,
    상기 단말기의 상기 감지된 헤딩 방향을 포함하는 헤딩 정보를 산출하는 과정과,
    상기 감지된 x, y, z축 가속도 값을 이용하여, 상기 단말기의 헤딩 정보와 상기 단말기의 이동 방향이 일치하는지 여부를 판단하여 상기 헤딩 정보의 유효성을 판단하는 과정과,
    상기 판단 결과에 따라 보행자의 위치를 추정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 보행자 항법 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 단말기의 헤딩 정보와 상기 단말기의 이동 방향이 일치하면 상기 보행자의 위치를 추정함을 특징으로 하는 보행자 항법 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 단말기의 헤딩 정보와 상기 단말기의 이동 방향이 일치하지 않으면 상기 보행자의 위치를 추정하지 않음을 특징으로 하는 보행자 항법 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 보행자의 위치를 추정하는 과정은,
    상기 감지된 x, y, z축 가속도 값과 상기 단말기의 헤딩 정보를 이용하여 상기 보행자의 위치를 추정하는 과정임을 특징으로 하는 보행자 항법 방법.
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