KR102052519B1 - Indoor Positioning Method and Apparatus Based on Bluetooth Low Energy - Google Patents
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Abstract
본 실시예들은 사용자 단말의 방향성을 고려하여 복수의 신호세기 맵들을 생성하고, 사용자의 위치이력을 기반으로 추적범위를 설정하여 신호세기 맵을 선별함으로써, 실내에서 사용자의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 실내 측위 방법 및 장치를 제공한다.The present embodiments generate a plurality of signal strength maps in consideration of the direction of the user terminal, select the signal strength map by setting the tracking range based on the user's position history, it is possible to accurately measure the location of the user indoors An indoor positioning method and apparatus are provided.
Description
본 발명이 속하는 기술 분야는 실내 공간에서 측위하는 방법 및 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for positioning in an indoor space.
GPS(Global Positioning System)를 이용한 위치정보는 차량 내비게이션, 재난 상황 대처, 위치 기반의 서비스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 그러나 GPS 기술은 상대적으로 신호가 약하기 때문에 가시거리(Line of Sight, LoS) 환경이 보장되지 않는 건물 내부나 신호 방해가 있는 장소에서는 위치 인식이 어려운 문제가 있다.Location information using the Global Positioning System (GPS) may be utilized in various fields such as vehicle navigation, disaster response, and location-based services. However, because GPS technology has a relatively weak signal, location recognition is difficult in a building where there is no line of sight (LoS) environment or where there is signal interference.
GPS를 대체하기 위해, BLE(Bluetooth Low Energy), Zigbee, Wi-Fi, Cellular 등의 통신 기술을 실내 측위에 적용할 수 있다. 근거리 통신기술을 이용하여 측정한 실내 측위 정보들은 대규모의 물자관리, 놀이동산, 대형 쇼핑몰 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다.To replace GPS, communication technologies such as Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee, Wi-Fi, and Cellular can be applied to indoor positioning. Indoor positioning information measured using short-range communication technology can be applied in various fields such as large-scale material management, amusement park, and large shopping mall.
특히, BLE는 기존의 클래식 블루투스(Classic Bluetooth) 프로토콜의 패킷 구조를 간소화하여 에너지 효율적이고 클래식 블루투스 기기들과 호환성이 우수하여, 다른 근거리 통신 기술들에 비해 선호도가 높은 편이다. BLE 기술을 이용한 실내 측위 시스템은 BLE가 가진 3 개의 광고(Advertisement) 채널로부터 전송되는 신호세기(Received Signal Strength Indicator, RSSI)를 이용한다. RSSI는 여러 가지 외부 요인에 의해 변화량이 크고 값이 일정하지 않아서 실내 측위시 높은 오차율의 원인이 된다.In particular, BLE simplifies the packet structure of the existing Classic Bluetooth protocol and is energy efficient and highly compatible with Classic Bluetooth devices, and thus has a higher preference than other short-range communication technologies. An indoor positioning system using BLE technology uses a received signal strength indicator (RSSI) transmitted from three advertisement channels of BLE. RSSI causes a large error rate when positioning indoors due to a large amount of change and a constant value due to various external factors.
게다가, 기존의 BLE 기반의 실내 측위 시스템은 BLE 비콘(Beacon)을 실내에 고정시켜 사용한다. 이러한 구조는 다수의 사용자가 동일 공간에 존재하는 경우에 관리자는 사용자에게 제공할 서비스마다 애플리케이션을 구성해야 하기 때문에, 위치 기반 서비스의 확장성 측면에서 불리한 문제가 있다.In addition, the existing BLE-based indoor positioning system uses a fixed BLE Beacon indoors. This structure is disadvantageous in terms of the scalability of location-based services because the administrator must configure the application for each service to be provided to the user when multiple users exist in the same space.
본 발명은 사용자 단말의 방향성을 고려하여 복수의 신호세기 맵을 생성하고, 사용자의 위치이력을 기반으로 추적범위를 설정하여 신호세기 맵을 선별함으로써, 실내에서 사용자의 위치를 정확하게 측정하는 데 주된 목적이 있다.The present invention creates a plurality of signal strength maps in consideration of the direction of the user terminal, selects the signal strength map by setting the tracking range based on the position history of the user, the main object to accurately measure the location of the user indoors There is this.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Still other objects of the present invention may be further considered without departing from the following detailed description and effects thereof.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 컴퓨팅 디바이스에 의한 실내 측위 방법에 있어서, 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 무선 신호를 수신하여 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성하는 단계, 및 상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 실내 측위 방법을 제공한다.According to an aspect of the present embodiment, in the indoor positioning method by a computing device, the signal strength measured by receiving a wireless signal from a plurality of second devices from a first device for constructing a map for each of a plurality of directions in an indoor space is recorded. Generating a plurality of direction-wise signal strength maps divided into cells, and generating the plurality of signal strengths recorded in the plurality of direction-oriented signal strength maps from the third device of the user. And estimating a position of the third device of the user in the indoor space in comparison with the signal strength measured by the second devices of the apparatus.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성하는 신호 맵 생성부, 및 상기 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 실내 측위 장치를 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, the signal strength measured by the plurality of second devices from the first device for constructing the map is recorded for each of the plurality of directions in the indoor space, and the signal strength for each of the plurality of directions divided into cells A signal map generator for generating maps (RSSI Orientation Maps), and the signal strengths recorded in the signal strength maps of the plurality of directions by comparing the signal strengths measured by the plurality of second devices from the third device of the user And an location estimator for estimating a location of the third device of the user in the indoor space.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 사용자 단말의 방향성을 고려하여 복수의 신호세기 맵을 생성하고, 사용자의 위치이력을 기반으로 추적범위를 설정하여 신호세기 맵을 선별함으로써, 실내에서 사용자의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, a plurality of signal strength maps are generated in consideration of the direction of the user terminal, and the signal strength map is selected by setting a tracking range based on the location history of the user, thereby indoors. Has the effect of accurately measuring the user's location.
본 발명의 실시예들에 의하면, 복수의 신호세기 맵에서 선별된 셀의 위치에 방향별 가중치를 적용하여 사용자의 위치를 추정함으로써 추정된 위치의 오차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.According to the embodiments of the present invention, an error of the estimated position can be minimized by estimating the position of the user by applying a weight for each direction to the positions of the cells selected from the plurality of signal strength maps.
본 발명의 실시예들에 의하면, 사용자의 무선 신호 송신기로부터 특정 위치에 고정된 무선 신호 수신기들이 무선 신호를 수신하여 서비스 제공 서버에 측위 데이터를 전송함으로써, 별도의 스마트 기기가 없어도 사용자는 위치 기반 서비스를 제공받을 수 있고 하나의 사용자의 무선 신호 송신기에 문제가 생겨도 다른 사용자가 위치 기반 서비스를 제공받는 데 영향을 미치지 않는 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, wireless signal receivers fixed at a specific location from a user's wireless signal transmitter receive a wireless signal and transmit location data to a service providing server, so that the user can use location-based services without a separate smart device. And even if a problem occurs in one user's wireless signal transmitter has the effect that does not affect the other users to provide location-based services.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 통상의 기술자에게 자명한 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned herein, the effects described in the following specification, which are expected by the technical features of the present invention, and the effects apparent to those skilled in the art, are treated as described in the specification of the present invention.
도 1의 (a)는 능동 방식의 실내 측위 시스템을 예시한 도면이고, 도 1의 (b)는 수동 방식의 실내 측위 시스템을 예시한 도면이다.
도 2의 (a)는 가로 방향으로 설치된 비콘의 각도별 RSSI 분포를 예시한 도면이고, 도 2의 (b)는 세로 방향으로 설치된 비콘의 각도별 RSSI 분포를 예시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 실내 측위 장치를 예시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 장치가 실내 공간에서 K 개 방향을 설정하는 것을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 장치가 K 개의 방향별 신호세기 맵들을 생성하는 것을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내 측위 장치가 추적범위를 설정하는 것을 예시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 실내 측위 방법을 예시한 흐름도이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 실시예들이 윈도우 크기 1s에서 수행한 측위 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이고, 도 10의 (b)는 본 발명의 실시예들이 윈도우 크기 2s에서 수행한 측위 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 실시예들이 맵 구축용 비콘과 동일한 비콘을 이용하여 측위한 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이고, 도 11의 (b)는 본 발명의 실시예들이 맵 구축용 비콘과 상이한 비콘을 이용하여 측위한 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이다.FIG. 1A is a diagram illustrating an active indoor positioning system, and FIG. 1B is a diagram illustrating a passive indoor positioning system.
FIG. 2A is a diagram illustrating RSSI distribution of angles of beacons installed in a horizontal direction, and FIG. 2B is a diagram illustrating RSSI distribution of angles of beacons installed in a vertical direction.
3 and 4 are block diagrams illustrating an indoor positioning device according to embodiments of the present invention.
5 is a diagram illustrating that the indoor positioning device according to an embodiment of the present invention sets K directions in an indoor space.
FIG. 6 is a diagram illustrating that the indoor positioning device generates K direction signal strength maps according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating setting the tracking range in the indoor positioning device according to another embodiment of the present invention.
8 and 9 are flowcharts illustrating an indoor positioning method according to other embodiments of the present invention.
10 (a) is a graph showing an error distance of a positioning result performed by embodiments of the present invention at a window size of 1s, and FIG. 10 (b) is a positioning result performed by a window size of 2s according to an embodiment of the present invention. Is a graph showing the error distance.
Figure 11 (a) is a graph showing the error distance of the results of the measurement using the same beacons and embodiments of the present invention beacon for map construction, Figure 11 (b) is an embodiment of the present invention for map construction It is a graph showing the error distance of the measurement result using a beacon and a different beacon.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, in the following description of the present invention, if it is determined that the subject matter of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted and some embodiments of the present invention will be omitted. It will be described in detail with reference to the exemplary drawings.
위치 기반 서비스(Location Based Service, LBS)는 사용자의 변경된 위치에 따라 특정 정보를 제공하는 무선 콘텐츠 서비스를 말한다. 실내 공간에서 위치 기반 서비스를 지원하기 위해서는 실내 측위 시스템이 필요하다.Location Based Service (LBS) refers to a wireless content service that provides specific information according to a user's changed location. An indoor positioning system is needed to support location-based services in an indoor space.
도 1의 (a)는 능동 방식의 실내 측위 시스템을 예시한 도면이고, 도 1의 (b)는 수동 방식의 실내 측위 시스템을 예시한 도면이다. FIG. 1A is a diagram illustrating an active indoor positioning system, and FIG. 1B is a diagram illustrating a passive indoor positioning system.
능동 방식의 실내 측위 시스템은 고정된 리시버(스캐너)가 이동 가능한 비콘(애드버타이저)로부터 신호를 수신하도록 구축되고, 리시버는 위치 기반 서비스 제공 서버에 연결된다. 수동 방식의 실내 측위 시스템은 고정된 비콘(애드버타이저)이 이동 가능한 리시버(스캐너)로 신호를 송신하도록 구축되고, 리시버는 위치 기반 서비스 제공 서버에 연결된다. 본 실시예들에 따른 실내 측위 시스템은 능동 방식의 실내 측위 시스템으로 구현된다.An active indoor positioning system is built such that a fixed receiver (scanner) receives a signal from a movable beacon (advertiser), and the receiver is connected to a location based service providing server. The passive indoor positioning system is built such that a fixed beacon (advertiser) transmits a signal to a movable receiver (scanner), which is connected to a location based service providing server. The indoor positioning system according to the embodiments is implemented as an active indoor positioning system.
실내 측위 시스템은 핑거프린트 방식을 주로 사용한다. 기존의 핑거프린트 방식은 실내 공간을 작은 셀(Cell)로 나누고 각 셀에서 직접 RSSI 값을 수집하고 데이터베이스화하여 신호 맵을 구축한 후, 사용자의 위치에서 수신한 RSSI 값을 데이터베이스와 비교하여 유사한 신호 패턴을 보이는 셀을 사용자의 위치로 추정한다. 기존의 핑거프린트 방식은 무선 송수신기의 방향을 고려하지 않고 임의의 방향에서 측정된 신호 맵을 구축하기 때문에, 신호 맵과 비교할 때 오차율이 높아지는 문제가 있다.Indoor positioning systems mainly use the fingerprint method. The existing fingerprint method divides the indoor space into small cells, collects RSSI values directly from each cell, constructs a signal map, constructs a signal map, and compares the RSSI values received at the user's location with a database. The cell showing the pattern is estimated by the user's location. In the conventional fingerprint scheme, since the signal map measured in any direction is constructed without considering the direction of the radio transceiver, there is a problem in that an error rate is increased when compared with the signal map.
도 2의 (a)에서는 가로 방향으로 설치된 비콘의 각도별 RSSI 분포가 도시되어 있고, 도 2의 (b)에서는 세로 방향으로 설치된 비콘의 각도별 RSSI 분포가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실내 측위 시스템을 구성하는 기기들의 방향, 즉, 송신기 및 수신기의 안테나의 방향에 따라 RSSI 값의 달라지게 된다. 송신 안테나 및 수신 안테나의 안테나 이득 또는 실내 환경의 멀티 패스 때문에, RSSI 값의 차이가 발생한다. 시뮬레이션한 결과, 각도 변경시 가로로 설치된 비콘의 RSSI 값은 -78 dB 내지 -84 dB의 범위로 변화하고, 세로로 설치된 비콘의 RSSI 값은 -75 dB 내지 -87 dB의 범위로 변화하였다. In FIG. 2A, the RSSI distribution for each beacon of the beacons installed in the horizontal direction is illustrated, and in FIG. 2B, the RSSI distribution for each beacon of the beacons installed in the vertical direction is illustrated. As shown in FIG. 2, the RSSI value varies according to the directions of the devices constituting the indoor positioning system, that is, the directions of the antennas of the transmitter and the receiver. Due to the antenna gain of the transmitting and receiving antennas or the multipath of the indoor environment, a difference in RSSI value occurs. As a result of the simulation, the RSSI value of the horizontally installed beacons was changed in the range of -78 dB to -84 dB, and the RSSI value of the vertically installed beacons was changed in the range of -75 dB to -87 dB.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 실내 측위 장치를 예시한 블록도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 실내 측위 장치(300)는 신호 맵 생성부(310) 및 위치 추정부(320)를 포함한다. 실내 측위 장치(300)는 도 3에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 실내 측위 장치(400)는 추적범위 설정부(420)를 추가로 포함할 수 있다.3 and 4 are block diagrams illustrating an indoor positioning device according to embodiments of the present invention. As shown in FIG. 3, the
신호 맵 생성부(310, 410)는 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기를 기록한다. 복수의 제2 디바이스들은 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 신호세기를 측정한다. 신호 맵 생성부(310, 410)는 신호세기를 기록한 복수의 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성한다. The
신호 맵 생성부(310, 410)는 기 설정된 방향마다 제1 디바이스로부터 BLE 신호를 수신하여 복수의 신호세기 맵들을 생성한다. 제1 디바이스 및 제2 디바이스는 무선 통신하며, 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용할 수 있다. 제1 디바이스는 BLE 애드버타이저(Advertiser)이고 BLE 애드버타이저는 이동이 가능하다. 제2 디바이스는 BLE 스캐너(Scanner)이고 BLE 스캐너는 실내 공간의 특정 위치에 고정되어 설치된다. 즉, 실내 측위 장치는 능동 방식으로 구현될 수 있다.The
능동 방식의 실내 측위 시스템은 사용자들이 동일한 규격의 애드버타이저를 사용할 수 있기 때문에 애드버타이저로부터 측정되는 RSSI 값의 최적화가 가능하다. 능동 방식의 시스템은 리시버가 위치 측위 데이터를 직접 서비스 제공 서버에 제공할 수 있기 때문에 사용자의 스마트 기기가 없어도 사용자는 위치 기반의 서비스를 제공받을 수 있다. 능동 방식의 시스템은 수동 방식의 시스템과는 달리 애드버타이저에 문제가 생기는 경우 하나의 사용자에게만 영향이 있기 때문에 전체 시스템에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.An active indoor positioning system allows users to use the same size of advertisers, thereby optimizing the RSSI values measured from the advertisers. In the active system, the receiver can provide the location data directly to the service providing server so that the user can be provided with the location-based service even without the user's smart device. Unlike passive systems, active systems do not affect the entire system because only one user is affected when an advertiser fails.
위치 추정부(320, 430)는 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 실내 공간에서 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정한다. 사용자의 제3 디바이스 및 맵 구축용 제1 디바이스는 BLE 애드버타이저의 기능을 수행할 수 있다.The
이하에서는 실내 측위 장치가 방향별 신호세기 맵을 생성하는 것을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 장치가 실내 공간에서 K 개 방향을 설정하는 것을 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 장치가 K 개의 방향별 신호세기 맵들을 생성하는 것을 예시한 도면이다.Hereinafter, it will be described that the indoor positioning device generates the signal strength map for each direction. FIG. 5 is a diagram illustrating setting K directions in an indoor space by an indoor positioning device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 illustrates signals of K directions by an indoor positioning device according to an embodiment of the present invention. A diagram illustrating generating intensity maps.
신호 맵을 만들기 위해서는 실내 공간 전체를 일정한 크기를 가지는 셀로 구분한다. 셀은 nxn 행렬로 표기할 수 있으며 셀이 가지는 좌표 (x, y)를 기준 셀로부터의 (x, y)좌표로 표기한다. R 개의 BLE 스캐너를 특정 셀의 (x, y) 위치에 고정하여 설치한다. BLE 스캐너는 동일한 셀에 두 개 이상이 위치하지 않도록 구성한다. 실내 측위 시스템 내에서 각 셀 (x, y)은 셀의 좌표 (x, y)와 R 개의 스캐너에서 측정한 RSSI 값을 기록한다. In order to create a signal map, the entire indoor space is divided into cells having a certain size. A cell can be expressed as an nxn matrix, and the coordinate (x, y) of the cell is expressed by the (x, y) coordinate from the reference cell. Install R BLE scanners fixed at the (x, y) position of a specific cell. The BLE scanner is configured so that two or more are not located in the same cell. Within the indoor positioning system, each cell (x, y) records the coordinates (x, y) of the cell and the RSSI values measured by the R scanners.
실내 측위 시스템을 구성하는 BLE 기기들의 방향성을 구분하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 K 개의 방향 영역으로 나눈다. 방향 k는 BLE 기기의 방향으로 하여 하나의 기기 방향마다 신호 맵을 생성하고 방향별 복수의 신호맵을 구성한다. 방향별 신호 맵 Dk는 신호세기 RSSIi에 의해 수학식 1과 같이 표현된다.In order to distinguish the directionality of the BLE devices constituting the indoor positioning system, it is divided into K direction regions as shown in FIG. 5. The direction k is a direction of the BLE device to generate a signal map for each device direction, and configure a plurality of signal maps for each direction. The direction-specific signal map D k is represented by
Dk 집합은 방향별 신호맵(Orientation Map, OM)을 나타내며 이것은 OM={Dk| k=1, ... ,K}와 같이 나타낼 수 있다.The D k set represents an orientation map (OM), which means that OM = {D k | k = 1, ..., K}.
Dk는 수학식 1에 따라 실내 측위 시스템에 설치된 스캐너의 수가 많을수록, 셀의 개수가 많을수록, 방향의 개수가 많을수록 크기가 커지며 정밀한 실내 측위가 가능해진다. Dk를 구성하는 예시는 도 6에 도시되어 있다. 예컨대, 스캐너(리시버)는 고정되어 있고 실내 공간 끝에 위치하며 스캐너의 개수 R=4로 나타낼 수 있다. 이후 OM을 구성하기 위해 기기의 방향을 총 K 개의 영역으로 분할하고 첫 번째 방향의 신호 맵(D-1)부터 마지막 방향의 신호 맵(DK)까지 신호 맵에 존재하는 각 셀은 셀의 좌표 (x, y)와 모든 RSSIi를 기록한다. 모든 기록이 완료되면 방향별 신호 맵(OM)의 구성을 마친다.D k is larger according to
복수의 방향별 신호 맵은 BLE 기기 방향성을 고려하기 때문에 기존의 핑커프린팅 방식의 한계를 어느 정도 극복할 수 있다. Since the plurality of direction-specific signal maps consider BLE device orientation, some limitations of the existing pinker printing method may be overcome.
이하에서는 실내 측위 장치가 추적범위를 설정하는 것을 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내 측위 장치가 추적범위를 설정하는 것을 예시한 도면이다. Hereinafter, the indoor positioning apparatus sets the tracking range. 7 is a diagram illustrating setting the tracking range in the indoor positioning device according to another embodiment of the present invention.
실내 측위 장치는 사용자의 제3 디바이스의 위치이력 및 사용자의 제3 디바이스의 이동 속도를 기반으로 실내 공간의 일부 영역인 추적범위(Tracking Range)를 설정하는 추적범위 설정부를 포함할 수 있다.The indoor positioning apparatus may include a tracking range setting unit configured to set a tracking range that is a part of an indoor space based on the location history of the third device of the user and the moving speed of the third device of the user.
추적 범위(Tracking Range)는 실내 위치 측위의 정확도를 높이기 위해 현재 사용자의 위치 이력과 이동속도를 기반으로 설정할 수 있는 핑거프린팅 맵(Fingerprinting Map)의 범위로 정의한다. 이러한 추적 범위는 사용자의 이동속도와 사용자의 이전 위치와 다음 위치 간의 시간차에 따라 정의된다.Tracking Range is defined as the range of Fingerprinting Map that can be set based on the current user's location history and moving speed in order to improve the accuracy of indoor positioning. This tracking range is defined according to the user's moving speed and the time difference between the user's previous position and the next position.
본 실시예들은 추적범위를 설정하여 오차 가능성을 더욱 줄일 수 있어 실내 측위의 정확도를 개선할 수 있다. 기존 핑거프린팅 방식은 실제 측정시 측정 위치에서의 RSSI와 핑거프린팅 맵의 데이터에서의 RSSI 값을 비교할 때 전체 핑거프린팅 맵의 범위에서 가장 비슷한 RSSI 값을 가진 셀을 찾는다. 이러한 방식은 측정한 위치에서 비콘의 RSSI 값이 다를 경우 실제 위치와 다른 셀을 선택할 확률이 높아 오차를 발생시킨다. 반면에, 본 실시예는 전체 핑거프린팅 맵이 아닌 추적 범위 내의 핑거프린팅 맵에서 RSSI 값을 비교하는 경우 이론적으로 계산될 수 있는 사용자의 이동 범위 내에서만 RSSI 값을 비교한다. 이것은 셀 선택의 폭이 좁기 때문에 정확한 셀을 선택할 확률이 상대적으로 높아져 실내 측위 오차를 줄일 수 있다. 시간 t에 사용자 위치에 따른 추적 범위를 l이라 하고 사용자의 이동속도를 v, 다음 시간 사용자의 위치를 t'이라 할 때, 추적 범위(l)는 수학식 2와 같이 표현된다.According to the embodiments, the tracking range may be set to further reduce the possibility of error, thereby improving the accuracy of indoor positioning. The existing fingerprinting method finds a cell having the most similar RSSI value in the range of the entire fingerprinting map when comparing the RSSI at the measurement position with the RSSI value in the data of the fingerprinting map. In this method, if the RSSI value of the beacon is different from the measured position, the probability of selecting a cell different from the actual position causes an error. On the other hand, the present embodiment compares the RSSI values only within the moving range of the user, which can be theoretically calculated when comparing the RSSI values in the fingerprinting map within the tracking range, not the entire fingerprinting map. Since the cell selection is narrow, the probability of selecting the correct cell is relatively high, which can reduce indoor positioning error. When the tracking range according to the user's position at time t is l, the moving speed of the user is v, and the location of the next time user is t ', the tracking range l is expressed by
여기에서 xt는 시간 t에서 위치하는 사용자 위치의 x좌표를 의미하고 xt '은 사용자가 다음 위치에 도달하는 시간 t'에서 사용자 위치의 x좌표를 의미한다. 마찬가지로 yt는 시간 t에서 위치하는 사용자 위치의 y좌표를 의미하고 yt '은 사용자가 다음 위치에 도달하는 시간 t'에서 사용자 위치의 y좌표를 의미한다. 따라서 시간 t에서 추적 범위는 사용자의 이전 위치를 기준으로 설정되며 사용자의 현재 위치와 사용자의 이전 위치의 차이가 v(t - t') 보다 작거나 같은 범위로 설정된다. 이것은 측정하는 실내 환경이 클수록, 사용자의 이동속도가 빠를수록, 셀의 크기가 작을수록 큰 값을 가지며 반대의 경우 추적 범위(l)의 크기는 작은 값을 가진다.Here x t means the x coordinate of the user's location located at time t and x t ' means the x coordinate of the user's location at time t' when the user reaches the next location. Similarly, y t denotes the y coordinate of the user's position located at time t and y t ' denotes the y coordinate of the user's position at time t' when the user reaches the next position. Therefore, at time t, the tracking range is set based on the user's previous position, and the difference between the user's current position and the user's previous position is set to be less than or equal to v (t-t '). This means that the larger the indoor environment, the faster the user's moving speed, the smaller the size of the cell, the larger the value, and vice versa.
만약 사용자의 이전 위치 좌표 (xt, yt)이 존재하지 않는 경우 이것은 실내 측위 시작이라고 판단하여 추적 범위는 OM이 된다. 즉, OM은 실내 측위 시작시 사용자의 위치를 계산하는 핑거프린팅 맵이 된다. 이후 사용자의 위치좌표 (xt, yt)가 파악되면 도 7에 도시된 바와 같이 OM 내에 존재하는 추적 범위의 기준점이 갱신되고 추적 범위(l)의 범위가 설정된다. 설정된 범위(l) 내에 측정된 좌표 (xt ', yt')가 위치하면 이것은 사용자의 올바른 좌표 (xt ', yt ')가 되고 사용자의 다음 위치 계산을 위해 추적 범위의 기준점이 갱신된다. 설정된 범위(l)를 벗어나는 경우 이것은 사용자의 위치가 될 수 없다. 추적범위 설정부는 추적범위의 기준점을 사용자의 제3 디바이스의 현재 위치로 변경하여 추적범위를 갱신한다. 이러한 추적 범위(l)을 만족시키는 모든 셀 (x, y)의 좌표들의 집합 Tracking Area(TA)는 수학식 3과 같이 표현된다.If the user's previous position coordinates (x t , y t ) do not exist, it is determined to be the start of indoor positioning and the tracking range is OM. That is, the OM becomes a fingerprinting map that calculates a user's location at the start of indoor positioning. Then, when the user's position coordinates (x t , y t ) are identified, the reference point of the tracking range existing in the OM is updated and the range of the tracking range l is set as shown in FIG. 7. If the measured coordinates (x t ' , yt') are located within the set range (l), this becomes the correct coordinates (x t ' , y t ' ) of the user and the reference point of the tracking range is updated for the user's next position calculation. . If it is outside the set range l, it cannot be the user's location. The tracking range setting unit updates the tracking range by changing the reference point of the tracking range to the current position of the third device of the user. The set Tracking Area (TA) of the coordinates of all the cells (x, y) satisfying this tracking range (l) is expressed as in Equation (3).
수학식 3에 따라 실내 측위 시스템에서 사용자의 이동속도가 빠른 경우 시간대비 사용자가 이동하는 거리가 늘어나기 때문에 정확한 측정이 어렵다. 따라서 이것은 큰 범위의 l을 요구하게 되고 실내 측위의 정확도가 낮아지는 요인이 될 수 있다. 또한 이전 사용자의 위치 시간 t와 다음 사용자의 위치 시간 t'의 차이가 작은 경우 충분한 양의 데이터를 수집할 수 없기 때문에 모든 BLE 애드버타이징 채널로부터 정보를 받지 못하는 문제가 생긴다. 따라서 실내 측위 장치는 실내 측위 윈도우 크기, 실내 환경에서 사용자의 이동속도, 및 비콘의 신호 발생 수를 고려하여 설계되어야 한다.According to
이하에서는 실내 측위 장치가 디바이스의 위치를 추정하는 것을 설명한다. 실제 실내측위 전에 신호 맵 생성부가 핑거프린팅 맵으로 사용할 방향별 신호 맵을 구축하면, 위치 추정부는 실제 측위를 진행한다. 위치 추정부는 비교 대상 핑거프린팅 맵을 결정하고, 유클리드 거리(Euclidean Distance)를 계산하고, 방향별 가중치(Orientation Weight)를 계산한다. Hereinafter, the indoor positioning apparatus estimates the position of the device. If the signal map generator constructs a signal map for each direction to be used as the fingerprinting map before the actual indoor positioning, the position estimating unit performs the actual positioning. The location estimator determines a fingerprinting map to be compared, calculates an Euclidean distance, and calculates an orientation weight.
실내 측위 장치는 실제 측위를 통해 측정한 RSSI 값과 사전 측정된 비교 대상 핑거프린팅 맵의 RSSI 값을 비교하기 때문에 실제 측위 전에 비교 대상 핑거프린팅 맵을 구성해야 한다. 이때 실내 측위 장치는 방향별 신호 맵(OM)을 사용한다. 실내 측위 시스템 내에 사용자의 위치정보가 없는 경우 모든 방향별 신호 맵(OM)를 비교 대상 핑거프린팅 맵으로 한다. 사용자의 이전 위치정보가 존재하는 경우 앞서 설명한 추적 범위 내 존재하는 방향별 신호 맵(OM)만을 비교 대상 핑거프린팅 맵으로 한다. 즉, 위치 추정부는 복수의 방향별 신호세기 맵들 중에서 사용자의 제3 디바이스의 이전 위치가 추적범위 내에 존재하는 맵을 선별한다.Since the indoor positioning device compares the RSSI value measured through the actual positioning with the RSSI value of the pre-measured fingerprinting map, the comparison target fingerprinting map must be configured before the actual positioning. At this time, the indoor positioning device uses a direction-specific signal map (OM). When there is no location information of the user in the indoor positioning system, all the direction-specific signal maps OM are compared to the fingerprinting map. When the user's previous location information exists, only the direction-specific signal map OM existing in the above-described tracking range is used as the comparison target fingerprinting map. That is, the location estimator selects a map in which the previous location of the third device of the user exists within the tracking range from among the plurality of direction signal strength maps.
기존의 방식과 달리, 본 실시예들은 실내 측위 시스템을 구성하는 BLE 기기의 방향 및 사용자의 위치이력을 활용하기 때문에 높은 정확도를 갖는 실내 위치 측위 결과를 보인다.Unlike the existing method, the present embodiments show indoor positioning results with high accuracy because the embodiments utilize the orientation of the BLE device and the location history of the user constituting the indoor positioning system.
위치 추정부는 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기 및 사용자의 제3 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스가 측정한 신호세기 간의 유클리드 거리를 산출한다. 위치 추정부는 복수의 방향별 신호세기 맵들에서 유클리드 거리가 최소가 되는 셀을 선별하여, 복수의 셀의 위치를 산출한다.The position estimator calculates a Euclidean distance between the signal strength recorded in the plurality of direction signal strength maps and the signal strength measured by the plurality of second devices from the user's third device. The position estimator selects a cell having a minimum Euclidean distance from the plurality of direction signal strength maps and calculates positions of the plurality of cells.
유클리드 거리는 실제 측정된 RSSI 값과 비교 대상 핑거프린트 맵의 RSSI 값을 비교할 때 유사한 정도의 척도를 정하기 위해 사용된다. 정의한 Dk에서 해당 셀 axy의 RSSI 값을 나타내는 RSSIi,axy,k를 이용하여 방향 k에서의 유클리드 거리 Ek를 계산한다. 이때 측정된 RSSI 값을 MRSSIi,axy,k라 하면 Ek는 수학식 4와 같이 표현된다.Euclidean distance is used to determine a similar measure when comparing the RSSI value of the measured fingerprint map with the RSSI value of the comparison target fingerprint map. At the defined Dk, Euclidean distance E k in the direction k is calculated using RSSI i, axy, k representing the RSSI value of the corresponding cell a xy . In this case, if the measured RSSI value is MRSSI i, axy, k , Ek is expressed as
Ek는 실제 측정된 RSSI 값과 비교 대상 핑거프린팅 맵의 RSSI 값을 비교하여 그 차이의 절대 값을 계산한다. 이때 최종적으로 계산된 유클리드 거리 값은 BLE 기기의 방향 k의 셀마다 하나의 값을 가진다. 이러한 과정으로 계산된 Ek는 RSSI 값의 비교를 통해 RSSI 값의 차이가 가장 작은 셀을 구하는 척도가 된다. 이때 가장 차이가 가장 작은 Ek의 셀 좌표 Emin,k(axy)는 수학식 5와 같이 표현된다.E k compares the RSSI value of the measured fingerprinting map with the actual measured RSSI value and calculates an absolute value of the difference. At this time, the finally calculated Euclidean distance value has one value for each cell in the direction k of the BLE device. Ek calculated by this process is a measure of finding the cell with the smallest difference in RSSI values by comparing RSSI values. At this time, the cell coordinate E min, k (axy) of E k having the smallest difference is expressed by
위치 추정부는 유클리드 거리를 기반으로 복수의 셀에 대한 복수의 방향별 가중치를 산출한다. 위치 추정부는 복수의 셀의 위치에 복수의 방향별 가중치를 각각 적용하여 복수의 셀의 위치를 기반으로 사용자의 제3 디바이스의 위치를 산출한다.The location estimator calculates a plurality of direction weights for the plurality of cells based on the Euclidean distance. The position estimator calculates the position of the third device of the user based on the position of the plurality of cells by applying the plurality of direction-specific weights to the positions of the plurality of cells, respectively.
계산된 Emin,k(axy) 값은 각 방향 k의 핑거프린트 맵을 구성하는 셀마다 하나의 값을 가진다. 이때 Emin,k(axy) 값은 기기의 방향별 특성 때문에 같은 셀이라도 다른 (x, y)좌표를 나타낼 수 있다. 기존의 방식은 방향을 고려하지 않기 때문에 가장 비슷한 셀의 하나의 좌표로 나타난다. 하지만 본 실시예에서는 방향별로 좌표가 존재하기 때문에 복수의 (x, y) 좌표들을 통합하여 정확한 사용자 위치를 산출한다. 이때 각기 다른 Emin,k(axy)의 좌표를 통합하기 위해 각 유클리드 거리에 가중치를 설정하여 가장 근접한 RSSI 값을 나타내는 Cell의 좌표의 영향력을 더 크게 반영한다. 여기에서 각 BLE 기기의 방향 k별로 계산되는 가중치를 Wk라 할 때 Wk는 수학식 6과 같이 표현된다.Calculated E min, k (axy) The value has one value for each cell constituting the fingerprint map in each direction k. Where E min, k (axy) Values can represent different (x, y) coordinates in the same cell because of the orientation of the device. Conventional methods do not consider direction, so they appear as one coordinate of the closest cell. However, in the present embodiment, since coordinates exist for each direction, a plurality of (x, y) coordinates are integrated to calculate an accurate user position. At this time , in order to integrate the coordinates of different E min, k (axy) , weights are set at each Euclidean distance to reflect the influence of the coordinates of the cell representing the nearest RSSI value more greatly. Here, when the weight calculated for each direction k of each BLE device is W k , W k is expressed as in
Emin,i와 Emin,k는 방향별 유클리드 거리를 의미한다. K는 균등하게 분할한 BLE 기기 방향의 최대 수를 나타낸다. 유클리드 거리가 짧을수록 비교 대상의 RSSI 값에 일치한다는 의미이므로 방향 k에서 계산된 Emin,k의 역수를 취하여 비교 대상 핑거프린팅 맵과 유사한 값의 비중을 높인다. 비교 대상 핑거프린팅 맵과 유사한 값은 같은 셀에 존재하는 모든 방향 K의 유클리드 거리 값의 역수를 나누어 비중을 계산할 수 있다. 따라서 모든 방향 K에서 계산된 WK의 합은 항상 1이 된다. 수학식 6에 따라 유클리드 거리의 값이 작으면 해당 방향 Emin,k의 가중치가 증가하며 반대로 유클리드 거리의 값이 크면 가중치가 감소한다. 결과적으로 이것은 가장 유사한 셀 좌표의 중요도를 더 크게 반영하여 실내 측위 정확도를 높일 수 있다.E min, i and E min, k mean Euclidean distance in each direction. K represents the maximum number of BLE device directions divided evenly. As the Euclidean distance is shorter, it corresponds to the RSSI value of the comparison object. Therefore , the inverse of E min, k calculated in the direction k is taken to increase the specific gravity of the value similar to the fingerprinting map to be compared. The value similar to the fingerprinting map to be compared may be calculated by dividing the inverse of the Euclidean distance values in all directions K existing in the same cell. Therefore, the sum of W K calculated in all directions K is always 1. According to
각 방향별 가중치가 계산되면 사용자의 현재 위치를 계산할 수 있다. 사용자의 현재 위치 P(x, y)는 수학식 7과 같이 표현된다.When the weight for each direction is calculated, the current position of the user can be calculated. The current position P (x, y) of the user is represented by
K 개의 방향으로 구성된 핑거프린팅 맵에서 계산된 Emin,k는 각 방향 k마다 다른 값을 나타낼 수 있다. 따라서 모든 방향 K에서 계산된 가중치를 해당 좌표에 곱하고 그 값을 더했을 때 최종적인 사용자의 위치 P(x, y)가 계산된다. 사용자의 현재 위치는 사용자의 다음 위치 계산을 위하여 실내 측위 장치에 전달된다. 실내 측위 장치는 계산된 사용자의 현재 위치를 받아 다음 위치 계산시 추적범위와 기준점을 설정하는데 이용한다. 이러한 사용자 실내 위치 계산을 위한 전체 알고리즘은 표 1과 같이 나타낸다.E min, k calculated in the fingerprinting map composed of K directions may represent a different value in each direction k. Therefore, when the weights calculated in all directions K are multiplied by the coordinates and the values are added, the final user position P (x, y) is calculated. The current location of the user is communicated to the indoor positioning device for the next location calculation of the user. The indoor positioning device receives the calculated user's current position and uses it to set the tracking range and reference point when calculating the next position. The overall algorithm for calculating the user indoor location is shown in Table 1.
표 1에서 1-15 번째 줄은 방향별 비교 대상 핑거프린팅 맵, 즉 방향별 신호 맵을 설정하는 단계를 나타내고, 16-22 번째 줄은 유클리드거리 Ek를 계산하는 단계를 나타내고, 23-26 번째 줄은 산출한 Ek중 가장 작은 Ek를 나타내는 값을 찾는 단계를 나타내고, 27-34 번째 줄은 Ek의 가중치를 산출하는 단계를 나타내고, 이를 기반으로 35-39 번째 줄은 최종적인 사용자의 좌표 P(x, y)를 산출하는 단계를 나타낸다.In Table 1, the 1-15th line shows the setting of the fingerprinting map for each direction, that is, the signal map for each direction, and the 16-22th line shows the step of calculating the Euclidean distance E k , and the 23-26th line represents a step of finding a value representing the smallest E k E k of the calculation, line 27-34 represents the step of calculating the weight for E k, line 35-39 it is based on the final user of the The step of calculating the coordinate P (x, y) is shown.
실내 측위 장치에 포함된 구성요소들이 도 2 및 도 3에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.Although components included in the indoor positioning device are separately illustrated in FIGS. 2 and 3, the plurality of components may be combined with each other to be implemented as at least one module. The components are connected to the communication path connecting the software module or the hardware module inside the device and operate organically with each other. These components communicate using one or more communication buses or signal lines.
실내 측위 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.The indoor positioning device may be implemented in a logic circuit by hardware, firmware, software, or a combination thereof, or may be implemented using a general purpose or special purpose computer. The device may be implemented using a hardwired device, a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), or the like. In addition, the device may be implemented as a System on Chip (SoC) including one or more processors and controllers.
실내 측위 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.The indoor positioning device may be mounted in the form of software, hardware, or a combination thereof in a computing device provided with hardware elements. The computing device may refer to various devices including all or a part of a memory for storing data for executing a program, a microprocessor for executing a program, and performing operations and instructions.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 실내 측위 방법을 예시한 흐름도이다. 실내 측위 방법은 컴퓨팅 디바이스에 의해 수행될 수 있다.8 and 9 are flowcharts illustrating an indoor positioning method according to other embodiments of the present invention. The indoor positioning method may be performed by a computing device.
단계 S810에서, 컴퓨팅 디바이스는 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 무선 신호를 수신하여 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 복수의 방향별 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성한다.In operation S810, the computing device records signal strengths measured by the plurality of second devices by receiving a wireless signal from the first device for constructing a map in a plurality of directions in an indoor space, and records the plurality of cells divided into cells. RSSI Orientation Maps are generated.
제1 디바이스, 제3 디바이스, 및 제2 디바이스는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용한다. 제1 디바이스 및 제3 디바이스는 BLE 애드버타이저(Advertiser)이고 BLE 애드버타이저는 이동이 가능하고, 상기 제2 디바이스는 BLE 스캐너(Scanner)이고 상기 BLE 스캐너는 상기 실내 공간의 특정 위치에 고정 설치된다.The first device, the third device, and the second device use Bluetooth Low Energy (BLE). The first device and the third device are BLE Advertiser, the BLE Advertiser is movable, the second device is a BLE Scanner and the BLE Scanner is fixed at a specific location of the indoor space. Is installed.
단계 S820에서, 컴퓨팅 디바이스는 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기를 사용자의 제3 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하여, 실내 공간에서 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정한다.In operation S820, the computing device compares the signal strengths recorded in the signal strength maps of the plurality of directions with the signal strengths measured by the plurality of second devices from the third device of the user, and thus the location of the third device of the user in the indoor space. Estimate
도 9를 참조하면, 실내 측위 방법은 단계 S910 이후에 추적범위(Tracking Range)를 설정하는 단계(S920)를 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the indoor positioning method may further include setting a tracking range after step S910 (S920).
단계 S920에서, 컴퓨팅 디바이스는 사용자의 제3 디바이스의 위치이력 및 사용자의 제3 디바이스의 이동 속도를 기반으로 실내 공간의 일부 영역인 추적범위를 설정한다. 추적범위를 설정하는 단계(S920)는 추적범위의 기준점을 사용자의 제3 디바이스의 현재 위치로 변경하여 추적범위를 갱신할 수 있다.In operation S920, the computing device sets a tracking range that is a part of the indoor space based on the location history of the third device of the user and the moving speed of the third device of the user. In the setting of the tracking range (S920), the tracking range may be updated by changing the reference point of the tracking range to a current position of the third device of the user.
사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계(S930)는 복수의 방향별 신호세기 맵들 중에서 사용자의 제3 디바이스의 이전 위치가 추적범위 내에 존재하는 맵을 선별한다.The estimating of the position of the third device of the user (S930) selects a map in which the previous position of the third device of the user exists within the tracking range from among the plurality of direction signal strength maps.
사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계(S930)는 복수의 방향별 신호세기 맵들에 기록된 신호세기 및 사용자의 제3 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스가 측정한 신호세기 간의 유클리드 거리를 산출하고, 복수의 방향별 신호세기 맵들에서 유클리드 거리가 최소가 되는 셀을 선별하여, 복수의 셀의 위치를 산출한다.Estimating the location of the third device of the user (S930) calculates the Euclidean distance between the signal strength recorded in the plurality of direction signal strength maps and the signal strength measured by the plurality of second devices from the user's third device The cells having the minimum Euclidean distance are selected from the signal strength maps for each direction, and the positions of the cells are calculated.
사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계(S930)는 유클리드 거리를 기반으로 복수의 셀에 대한 복수의 방향별 가중치를 산출하고, 복수의 셀의 위치에 복수의 방향별 가중치를 각각 적용하여 복수의 셀의 위치를 기반으로 사용자의 제3 디바이스의 위치를 산출한다.In operation S930, the position of the third device of the user may be calculated by calculating a plurality of direction weights for the plurality of cells based on the Euclidean distance, and applying a plurality of direction weights to the positions of the plurality of cells, respectively. The location of the third device of the user is calculated based on the location of the cell.
도 8 및 도 9에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 9 및 도 9에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.In FIGS. 8 and 9, the processes are sequentially executed. However, the processes are sequentially described, and those of ordinary skill in the art will appreciate that the processes of FIG. 9 and FIG. 9 do not depart from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Various modifications and variations may be applicable to changing the order described, or to executing one or more processes in parallel or adding other processes.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operations according to the embodiments may be implemented in the form of program instructions that may be executed by various computer means and may be recorded in a computer readable medium. Computer-readable media refers to any medium that participates in providing instructions to a processor for execution. Computer-readable media can include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. The computer program may be distributed over networked computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily inferred by programmers in the art to which the present embodiment belongs.
이하에서는 도 10 및 도 11을 참조하여 모의실험한 결과를 설명한다. Hereinafter, the simulation results will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
도 10의 (a)는 본 발명의 실시예들이 윈도우 크기 1s에서 수행한 측위 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이고, 도 10의 (b)는 본 발명의 실시예들이 윈도우 크기 2s에서 수행한 측위 결과의 오차 거리를 나타낸 그래프이다. 10 (a) is a graph showing an error distance of a positioning result performed by embodiments of the present invention at a window size of 1s, and FIG. 10 (b) is a positioning result performed by a window size of 2s according to an embodiment of the present invention. Is a graph showing the error distance.
도 10에서 Original Scheme은 기존 방식, OW scheme은 방향을 고려한 실내 측위 방법(Orientation Weight), TM-OW scheme은 사용자의 이전 위치와 기기 방향을 고려한 실내 측위 방법(Tracking Map Orientation Weight)을 나타낸다.In FIG. 10, Original Scheme is a conventional method, an OW scheme is an indoor positioning method (Orientation Weight) considering a direction, and a TM-OW scheme is an indoor positioning method (Tracking Map Orientation Weight) considering a user's previous position and device direction.
경로별로 측정한 RSSI 값을 이용하여 각 방식들을 적용시킨 후 오차를 계산한다. 이때 실내 측위를 위한 Window 크기는 사용자가 한 장소로부터 RSSI 값을 측정하는 시간을 말한다. 각 방식들은 Window 크기가 1s인 경우, 2s인 경우로 나누어 각 경로별로 실내 위치를 측정하였다.The error is calculated after applying each method using RSSI value measured for each path. At this time, the window size for indoor positioning refers to the time when the user measures the RSSI value from one place. Each method divided the case of window size of 1s and the case of 2s and measured the indoor location for each path.
TM-OW scheme의 CDF(Cumulative Distribution Function)는 오차 범위 1m 이내에 80% 이상의 값이 포함되었고 약 3m 범위의 오차 내에서는 모든 측정값이 포함되어 다른 Scheme 보다 좋은 성능을 나타냈다. 반면 Original Scheme의 경우 하나의 Fingerprinting map을 반영하고 기기 방향성, 사용자의 이전 위치를 고려하지 않기 때문에 오차 범위 4m 이내에 80% 이상의 값이 포함되어 있다. 또한 계산된 모든 측정 위치를 수용하는 오차 범위는 약 10m 정도로 매우 큰 오차가 존재했다.The Cumulative Distribution Function (CDF) of the TM-OW scheme contained more than 80% of the values within 1m of the error range and all the measured values within the error of about 3m. On the other hand, Original Scheme reflects a single fingerprinting map and does not consider the device orientation and the user's previous location, so 80% or more is included within the error range of 4m. In addition, there was a very large error range of about 10m to accommodate all the calculated measurement positions.
실내 측위 윈도우가 클수록 정확한 실내 측정이 가능하다는 것을 의미하며 본 실시예들은 다른 실내 위치 측위 방식보다 정확한 측위가 가능한다.The larger the indoor positioning window means that accurate indoor measurement is possible, and the present exemplary embodiment enables more accurate positioning than other indoor positioning methods.
비콘들은 같은 기종이라도 완전히 동일한 칩을 사용하는 것이 아니기 때문에 방향별 특성이 다르고 배터리의 잔량도 다르다. 이것은 실내 측위시 기록하는 RSSI 값에 영향을 미치기 때문에 실내 측위 오차로 이어진다.Beacons don't use exactly the same chips, even if they're the same model, so they have different orientations and battery levels. This affects indoor positioning errors because it affects the RSSI values recorded during indoor positioning.
도 11의 (a)에서는 본 발명의 실시예들이 맵 구축용 비콘과 동일한 비콘을 이용하여 측위한 결과의 오차 거리를 나타내고, 도 11의 (b)에서는 본 발명의 실시예들이 맵 구축용 비콘과 상이한 비콘을 이용하여 측위한 결과의 오차 거리를 나타낸다. 도 11을 참조하면, TM-OW scheme은 실제 실내 측위시 맵 구축용 비콘(Reference Beacon)을 사용하지 않은 경우에도 Original scheme보다 더 높은 정확도를 갖는다.In FIG. 11 (a), the embodiments of the present invention represent error distances of the result of measurement using the same beacon as the map construction beacon, and in FIG. Use different beacons to indicate the error distance of the result. Referring to FIG. 11, the TM-OW scheme has higher accuracy than the original scheme even when a reference beacon is not used for actual indoor positioning.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for describing the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.
300, 400: 실내 측위 장치 310, 410: 신호 맵 생성부
420, 430: 위치 추정부 420: 추적범위 설정부300, 400:
420 and 430: position estimating unit 420: tracking range setting unit
Claims (14)
상기 컴퓨팅 디바이스가 실내 공간에서의 복수의 방향마다 맵 구축용 제1 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스들이 무선 신호를 수신하여 측정한 신호세기를 기록하고, 셀(Cell)로 구분된 K(상기 K는 2 이상의 자연수) 개의 방향에 따른 K 개의 신호세기 맵(RSSI Orientation Map)들을 생성하는 단계;
상기 컴퓨팅 디바이스가 사용자의 위치정보가 있는 경우에 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치이력 및 상기 사용자의 제3 디바이스의 이동 속도를 기반으로 상기 추적범위의 기준점을 상기 사용자의 제3 디바이스의 현재 위치로 변경하여 상기 실내 공간의 일부 영역인 추적범위(Tracking Range)를 설정하는 단계; 및
상기 컴퓨팅 디바이스가 상기 사용자의 위치정보가 없는 경우에 (i) 상기 K 개의 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 (ii) 상기 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하고, 상기 K 개의 신호세기 맵들에서 선별된 K 개의 셀에 K 개의 가중치를 각각 적용하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하며,
상기 컴퓨팅 디바이스가 상기 사용자의 위치정보가 있는 경우에 상기 K 개의 신호세기 맵들 중에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 이전 위치가 상기 추적범위 내에 존재하는 M(상기 M은 상기 K 보다 작은 자연수) 개의 맵을 선별하여, (i) 상기 M 개의 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 (ii) 상기 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하고, 상기 M 개의 신호세기 맵들에서 선별된 M 개의 셀에 M 개의 가중치를 각각 적용하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 실내 측위 방법.An indoor positioning method by a computing device,
The computing device records signal strengths measured by a plurality of second devices receiving wireless signals from a first device for constructing a map in a plurality of directions in an indoor space, and is divided into cells (K). Generating K signal strength maps according to two or more natural numbers);
When the computing device has the location information of the user, the reference point of the tracking range is set as the current location of the third device of the user based on the location history of the third device of the user and the moving speed of the third device of the user. Changing to set a tracking range that is a part of the indoor space; And
(I) the signal strength measured by the plurality of second devices from the third device of the user when (i) the signal strength recorded in the K signal strength maps is measured when the computing device does not have the location information of the user. Compares with and applies K weights to K cells selected from the K signal strength maps, respectively, to estimate a location of the third device of the user in the indoor space,
When the computing device has location information of the user, M maps (where M is a natural number less than K) of the K signal strength maps in which the previous location of the third device of the user is within the tracking range. (I) comparing the signal strength recorded in the M signal strength maps with (ii) the signal strength measured by the plurality of second devices from the third device of the user, and the M signal strength maps Estimating the location of the third device of the user in the indoor space by applying M weights to the M cells selected in the cell.
상기 맵 구축용 제1 디바이스, 상기 사용자의 제3 디바이스, 및 상기 제2 디바이스는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용하며, 상기 맵 구축용 제1 디바이스 및 상기 사용자의 제3 디바이스는 BLE 애드버타이저(Advertiser)이고 상기 BLE 애드버타이저는 이동이 가능하고, 상기 제2 디바이스는 BLE 스캐너(Scanner)이고 상기 BLE 스캐너는 상기 실내 공간의 특정 위치에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.The method of claim 1,
The first device for building the map, the third device for the user, and the second device use Bluetooth Low Energy (BLE), and the first device for building the map and the third device for the user are BLE. The indoor positioning, characterized in that the advertiser and the BLE advertiser is movable, the second device is a BLE scanner and the BLE scanner is fixedly installed at a specific position of the indoor space. Way.
상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계는,
상기 K 개의 신호세기 맵들에 기록된 신호세기 및 상기 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스가 측정한 신호세기 간의 유클리드 거리를 산출하고, 상기 K 개의 신호세기 맵들에서 상기 유클리드 거리가 최소가 되는 셀을 선별하여, 복수의 셀의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.The method of claim 1,
Estimating the location of the third device of the user,
A Euclidean distance is calculated between the signal strength recorded in the K signal strength maps and the signal strength measured by the plurality of second devices from the third device of the user, and the Euclidean distance in the K signal strength maps is minimum. Indoor positioning method characterized in that for calculating the position of the plurality of cells by selecting the cells.
상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 단계는,
상기 유클리드 거리를 기반으로 상기 K 개의 셀에 대한 K 개의 가중치를 산출하고, 상기 K 개의 셀의 위치에 상기 K 개의 가중치를 각각 적용하여 상기 K 개의 셀의 위치를 기반으로 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.The method of claim 6,
Estimating the location of the third device of the user,
Compute K weights for the K cells based on the Euclidean distance, and apply the K weights to positions of the K cells, respectively, based on the position of the K cells. Indoor positioning method characterized in calculating the position.
사용자의 위치정보가 있는 경우에 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치이력 및 상기 사용자의 제3 디바이스의 이동 속도를 기반으로 상기 추적범위의 기준점을 상기 사용자의 제3 디바이스의 현재 위치로 변경하여 상기 실내 공간의 일부 영역인 추적범위(Tracking Range)를 설정하는 추적범위 설정부; 및
상기 사용자의 위치정보가 없는 경우에 (i) 상기 K 개의 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 (ii) 상기 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하고, 상기 K 개의 신호세기 맵들에서 선별된 K 개의 셀에 K 개의 가중치를 각각 적용하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하며,
상기 사용자의 위치정보가 있는 경우에 상기 K 개의 신호세기 맵들 중에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 이전 위치가 상기 추적범위 내에 존재하는 M(상기 M은 상기 K 보다 작은 자연수) 개의 맵을 선별하여, (i) 상기 M 개의 신호세기 맵들에 기록된 상기 신호세기를 (ii) 상기 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스들이 측정한 신호세기와 비교하고, 상기 M 개의 신호세기 맵들에서 선별된 M 개의 셀에 M 개의 가중치를 각각 적용하여, 상기 실내 공간에서 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 추정하는 위치 추정부
를 포함하는 실내 측위 장치.The signal strengths measured by the plurality of second devices are recorded from the first device for constructing the map in each of the plurality of directions in the indoor space, and K according to the directions of K (the above K is a natural number of two or more) divided into cells is included. A signal map generator for generating three RS Orientation Maps;
In the case where the user's location information is present, the reference point of the tracking range is changed to the current location of the third device of the user based on the location history of the third device of the user and the moving speed of the third device of the user. A tracking range setting unit for setting a tracking range which is a part of the space; And
(I) comparing the signal strength recorded in the K signal strength maps with the signal strength measured by the plurality of second devices from the third device of the user when there is no location information of the user, Estimating the location of the third device of the user in the indoor space by applying K weights to the K cells selected from the K signal strength maps, respectively,
When there is the location information of the user, M maps (wherein M is a natural number smaller than K) of the K signal strength maps in which the previous location of the third device of the user is within the tracking range are selected, i) comparing the signal strength recorded in the M signal strength maps with (ii) the signal strength measured by the plurality of second devices from the third device of the user, and selecting M selected from the M signal strength maps. A location estimator for estimating a location of the third device of the user in the indoor space by applying M weights to the cells;
Indoor positioning device comprising a.
상기 맵 구축용 제1 디바이스, 상기 사용자의 제3 디바이스, 및 상기 제2 디바이스는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용하며, 상기 맵 구축용 제1 디바이스 및 상기 사용자의 제3 디바이스는 BLE 애드버타이저(Advertiser)이고 상기 BLE 애드버타이저는 이동이 가능하고, 상기 제2 디바이스는 BLE 스캐너(Scanner)이고 상기 BLE 스캐너는 상기 실내 공간의 특정 위치에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.The method of claim 8,
The first device for building the map, the third device for the user, and the second device use Bluetooth Low Energy (BLE), and the first device for building the map and the third device for the user are BLE. The indoor positioning, characterized in that the advertiser and the BLE advertiser is movable, the second device is a BLE scanner and the BLE scanner is fixedly installed at a specific position of the indoor space. Device.
상기 위치 추정부는,
상기 K 개의 신호세기 맵들에 기록된 신호세기 및 상기 사용자의 제3 디바이스로부터 상기 복수의 제2 디바이스가 측정한 신호세기 간의 유클리드 거리를 산출하고, 상기 K 개의 신호세기 맵들에서 상기 유클리드 거리가 최소가 되는 셀을 선별하여, K 개의 셀의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.The method of claim 8,
The position estimating unit,
A Euclidean distance is calculated between the signal strength recorded in the K signal strength maps and the signal strength measured by the plurality of second devices from the third device of the user, and the Euclidean distance in the K signal strength maps is minimum. Indoor positioning device characterized in that for calculating the position of the K cells by selecting the cells.
상기 위치 추정부는,
상기 유클리드 거리를 기반으로 상기 K 개의 셀에 대한 K 개의 가중치를 산출하고, 상기 K 개의 셀의 위치에 상기 K 개의 가중치를 각각 적용하여 상기 K 개의 셀의 위치를 기반으로 상기 사용자의 제3 디바이스의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.The method of claim 13,
The position estimating unit,
Compute K weights for the K cells based on the Euclidean distance, and apply the K weights to positions of the K cells, respectively, based on the position of the K cells. Indoor positioning device, characterized in that for calculating the position.
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