KR20160078656A - Method and apparatus for estimating outdoor position using the genetic algorithm - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a method and an apparatus for estimating an outdoor position, which estimate a position of a user by using a genetic algorithm. The method for estimating an outdoor position comprises the steps of: receiving acceleration information and angular velocity information by using an acceleration sensor and a gyro sensor; determining a walking posture, a walking speed, and a walking direction of the user based on the acceleration information and the angular velocity information; estimating a current position of the user based on a plurality of landmark zigbee modules located around the user; and providing a road guidance to a destination based on the walking posture, the walking speed, and the walking direction at the current position of the user. The landmark zigbee module can be a module which is predetermined as a landmark for the road guidance based on the genetic algorithm among a plurality of zigbee modules installed in an outdoor area.

Description

유전자 알고리즘을 이용한 실외 위치 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING OUTDOOR POSITION USING THE GENETIC ALGORITHM}[0001] The present invention relates to a method and an apparatus for estimating an outdoor location using a genetic algorithm,

본 발명의 실시예들은 거리기반 지그비 모듈(Zigbee module)을 이용하여 사용자의 실외 위치를 추정하는 기술에 관한 것이다.Embodiments of the present invention are directed to techniques for estimating a user's outdoor location using a distance based Zigbee module.

최근 들어, 실시간 위치 추적 시스템(RTLS)와 같은 이동성 기반의 위치 추정 기술과 추정된 위치를 기반으로 하는 서비스가 제공되고 있다. 1990년대 후반까지는 다양한 센서들과 이동 로봇 기술을 활용하여 장애물 유무와 이동 방향을 인식하여 시각 장애인에게 전달하였다. 예를 들어, 가이드 캐인(Guide Cane), Pan-AID, Sonic Path Finder, MELDOG, HARUNOBU 등이 존재한다.In recent years, mobility-based location estimation techniques such as real-time location tracking system (RTLS) and services based on estimated location have been provided. Until the late 1990s, various sensors and mobile robot technology were used to recognize the presence and direction of obstacles and conveyed them to the visually impaired. For example, Guide Cane, Pan-AID, Sonic Path Finder, MELDOG, and HARUNOBU exist.

2000년도 이후에는 RF 기술을 이용하여 시각 장애인의 보행을 도울 수 있는 이동 보조 기기가 개발되었다. 예를 들어, RF 센서가 내장된 지팡이를 RFID 태그가 내장된 보도 블록에 근접시키면, 태그 ID 가 RF 지팡이와 사용자 단말에 전달된다. 그러면, 이동 통신망을 통해 태그 ID가 서버로 전송되어 사용자의 위치를 확인할 수 있다. 이처럼, RF 기술을 이용하여 사용자의 위치를 확인하는 기술은, 이동 통신 인프라가 갖추어진 도심지의 건물이나 대중 교통 등을 활용한다. Since 2000, mobile assistive devices have been developed that can help the visually impaired to walk using RF technology. For example, when a wand incorporating an RF sensor is brought close to a sidewalk block with an embedded RFID tag, the tag ID is transmitted to the RF wand and the user terminal. Then, the tag ID is transmitted to the server through the mobile communication network to confirm the location of the user. As described above, the technique of confirming the location of the user using the RF technology utilizes a downtown building or a public transportation having a mobile communication infrastructure.

그러나, 이동 통신망을 이용한 위치 기반 시스템(Location Based System: LBS)은 인프라를 구축하는데 시간이 많이 소요되어 시각 장애인들이 간편하게 이용하는 데 어려움이 존재한다. However, a location based system (LBS) using a mobile communication network takes a long time to construct an infrastructure, which makes it difficult for the visually impaired to easily use the LBS.

LBS를 구축하는 것 보다 적은 비용으로 구축된 지그비 모듈을 이용하여 실외에서 사용자의 위치를 추정하여 길 안내를 제공하는 사용자의 위치 추정 방법 및 장치가 제공된다.There is provided a method and an apparatus for estimating a location of a user who estimates a location of a user outdoors by using a ZigBee module constructed at a lower cost than building an LBS and provides guidance.

본 발명의 일실시예에 있어서, 실외 위치 추정 방법은, 가속도 센서 및 자이로 센서를 이용하여 가속도 정보와 각속도 정보를 수집하는 단계, 상기 가속도 정보와 각속도 정보에 기초하여 사용자의 보행 자세, 보행 속도 및 보행 방향을 결정하는 단계, 사용자 주변에 위치하는 복수의 랜드마크 지그비 모듈(landmark zigbee module)에 기초하여 사용자의 현재 위치를 추정하는 단계, 및 상기 사용자의 현재 위치 보행 자세, 보행 속도, 및 보행 방향에 기초하여 목적지까지 길 안내를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 랜드마크 지그비 모듈은, 실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들 중에서 유전자 알고리즘에 기초하여 상기 길 안내를 위한 랜드마크로 기결정된 모듈일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the outdoor position estimation method includes the steps of: acquiring acceleration information and angular velocity information using an acceleration sensor and a gyro sensor; calculating a walking posture, a walking speed, and a walking speed of the user based on the acceleration information and the angular velocity information; Determining a walking direction, estimating a user's current position based on a plurality of landmark zigbee modules located around the user, and determining a current position walking posture, a walking speed, and a walking direction of the user And the landmark ZigBee module may be a module determined as a landmark for the route guidance based on a genetic algorithm among a plurality of ZigBee modules installed outdoors.

일측면에 따르면, 상기 랜드마크 지그비 모듈은, 실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들을 중에서 순위 선택 기법에 기초하여 상기 길 안내를 위한 랜드마크로 기결정된 모듈일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the landmark ZigBee module may be a module determined as a landmark for the route guidance based on a ranking selection technique among a plurality of ZigBee modules installed outdoors.

다른 측면에 따르면, 상기 랜드마크 지그비 모듈은, 실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들을 중에서, 현재 세대의 커버리지(coverage)와 간섭율(interference rate)에 기초하여 계산된 적합도(fitness value)를 이용하여 기설정된 조건을 만족하는 모듈일 수 있다.According to another aspect of the present invention, the landmark ZigBee module includes a plurality of ZigBee modules installed outdoors, using the fitness value calculated based on the coverage of the current generation and the interference rate, And may be a module that satisfies the set conditions.

또 다른 측면에 따르면, 상기 사용자의 현재 위치를 추정하는 단계는, 상기 사용자 주변에 위치하는 적어도 3개의 랜드마크 지그비 모듈을 감지하는 단계, 및 감지된 랜드마크 지그비 모듈로부터 수신되는 신호의 세기 및 각 랜드마크 지그비 모듈의 GPS 좌표에 기초하여 사용자의 현재 위치를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, estimating the current location of the user includes sensing at least three landmark ZigBee modules located around the user, and determining the intensity of the signal received from the detected landmark ZigBee module and the angle And calculating the current position of the user based on the GPS coordinates of the landmark ZigBee module.

또 다른 측면에 따르면, 상기 길 안내를 제공하는 단계는, 상기 사용자 주변에 위치하는 상기 랜드마크 지그비 모듈이 감지됨에 따라, A* 알고리즘을 이용하여 목적지까지의 경로를 탐색하는 단계, 및 상기 사용자의 현재 위치부터 상기 목적지까지 탐색된 경로로 길 안내를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, the step of providing the guidance includes: searching for a route to a destination using the A * algorithm as the landmark ZigBee module located near the user is detected, And providing the route guidance with the route searched from the current location to the destination.

또 다른 측면에 따르면, 상기 길 안내를 제공하는 단계는, 상기 사용자 주변에 위치하는 상기 랜드마크 지그비 모듈이 감지되지 않음에 따라, 데드 레코닝(dead reckoning) 기법을 이용하여 목적지까지의 길안내를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the providing of the route guidance may include providing a route guidance to a destination using a dead reckoning technique as the landmark ZigBee module located near the user is not detected .

또 다른 측면에 따르면, 상기 길 안내를 제공하는 단계는, 사용자가 길 안내를 위해 탐색된 경로를 이탈하는 경우, 상기 사용자의 현재 위치를 기준으로 상기 탐색된 경로 상에서 가장 가까운 랜드마크 지그비 모듈의 위치로 사용자가 이동하도록 길 안내를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the providing of the route guidance may include: when the user leaves the route searched for the route guidance, the location of the landmark zigbee module closest on the searched route, To provide guidance to the user.

본 발명의 일실시예에 있어서, 실외 위치 추정 장치는, 가속도 센서 및 자이로 센서를 이용하여 수집된 가속도 정보와 각속도 정보를 수신하는 정보 수신부, 상기 가속도 정보와 각속도 정보에 기초하여 사용자의 보행 자세, 보행 속도 및 보행 방향을 결정하는 보행 정보 결정부, 사용자 주변에 위치하는 복수의 랜드마크 지그비 모듈(landmark zigbee module)에 기초하여 사용자의 현재 위치를 추정하는 위치 추정부, 및 상기 사용자의 현재 위치 보행 자세, 보행 속도, 및 보행 방향에 기초하여 목적지까지 길 안내를 제공하는 길 안내 제공부를 포함하고, 상기 랜드마크 지그비 모듈은, 실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들 중에서 유전자 알고리즘에 기초하여 상기 길 안내를 위한 랜드마크로 기결정된 모듈일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the outdoor position estimation apparatus includes an information receiving unit that receives acceleration information and angular velocity information collected using an acceleration sensor and a gyro sensor, and an information receiving unit that receives the acceleration information and the angular velocity information based on the acceleration information and the angular velocity information, A walking information determining unit for determining a walking speed and a walking direction, a position estimating unit for estimating a current position of the user based on a plurality of landmark zigbee modules located around the user, The landmark ZigBee module includes a plurality of ZigBee modules installed outdoors to provide the route guidance on the basis of the genetic algorithm. May be a module determined in advance as a landmark.

일측면에 따르면, 상기 랜드마크 지그비 모듈은, 실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들을 중에서 순위 선택 기법에 기초하여 상기 길 안내를 위한 랜드마크로 기결정된 모듈일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the landmark ZigBee module may be a module determined as a landmark for the route guidance based on a ranking selection technique among a plurality of ZigBee modules installed outdoors.

다른 측면에 따르면, 상기 랜드마크 지그비 모듈은, 실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들을 중에서, 현재 세대의 커버리지(coverage)와 간섭율(interference rate)에 기초하여 계산된 적합도(fitness value)를 이용하여 기설정된 조건을 만족하는 모듈일 수 있다.According to another aspect of the present invention, the landmark ZigBee module includes a plurality of ZigBee modules installed outdoors, using the fitness value calculated based on the coverage of the current generation and the interference rate, And may be a module that satisfies the set conditions.

유전자 알고리즘 및 지그비 모듈들을 이용함에 따라, 적은 비용으로 길 안내를 제공할 수 있다.By using genetic algorithms and ZigBee modules, it is possible to provide guidance at low cost.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 실외 위치 추정 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 실외 위치 추정 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 랜드마크 지그비 모듈 및 삼변 측량을 이용하여 현재 위치를 추정하는 동작을 설명하기 위해 제공되는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 곡선 좌표, 바디 좌표, 네비게이션 좌표의 연관성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 순위 선택 기법을 유전자 알고리즘에 적용하여 랜드마크 지그비 모듈을 결정하는 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 그리드 기반 맵 설계를 제공하는 화면의 예시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실외 위치 추정 방법으로 길 안내 시 실제 보행 경고 사이와의 오차를 측정한 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 실내 및 실외 환경에서 목적지까지 도착 성공률을 도시한 도면이다.1 is a block diagram showing an internal configuration of an outdoor location estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart for explaining an outdoor location estimation method in an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram provided to illustrate an operation of estimating a current position using a landmark ZigBee module and a trilateration in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing associations between curve coordinates, body coordinates, and navigation coordinates in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining an operation of determining a landmark ZigBee module by applying a ranking selection technique to a genetic algorithm in an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 6 is an illustration of a screen providing a grid based map design in one embodiment of the present invention.
FIG. 7 and FIG. 8 are graphs showing experimental results of measuring an error between the actual walking warning and the actual walking warning in the guidance of the outdoor position according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing the arrival success rates to the destination in the indoor and outdoor environments.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 실외 위치 추정 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 실외 위치 추정 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다. 도 2의 실외 위치 추정 방법(201 내지 211 단계)은 실외 위치 추정 장치(100)의 구성 요소인 정보 수신부(110), 보행 정보 결정부(120), 위치 추정부(130), 및 길 안내 제공부(140)에 의해 수행될 수 있다.1 is a block diagram showing an internal configuration of an outdoor location estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart provided for explaining an outdoor location estimating method according to an embodiment of the present invention . The outdoor location estimating method (steps 201 to 211) of FIG. 2 includes an information receiving unit 110, a walking information determining unit 120, a position estimating unit 130, (140). ≪ / RTI >

도 1에 따르면, 실외 위치 추정 장치(100)는, 스마트폰, 태블릿 등의 사용자 단말(101)과 통신을 수행하는 서버로서, 사용자는 사용자 단말(101)을 소지하고 실외를 이동할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 시각 장애인들의 길 안내를 제공하기 위한 것으로서, 사용자 단말(101)은 시각 장애인을 위한 길 안내 서비스를 사용자 단말에 제공하기 위해 해당 애플리케이션을 실외 위치 추정 장치(100)로부터 다운로드 받아 실행할 수 있다. 그러면, 애플리케이션을 통해 실외 위치 추정 장치(100)와 사용자 단말(101) 간의 인터페이스가 형성되며, 실외 위치 추정 장치(100)는 인터페이스를 통해 수신된 센싱 정보들에 기초하여 사용자의 현재 위치를 결정하고, 결정된 현재 위치로부터 목적지까지의 길 안내를 제공할 수 있다.1, the outdoor location estimation apparatus 100 is a server that communicates with a user terminal 101 such as a smart phone or a tablet. The user can move the outdoor location with the user terminal 101. [ Embodiments of the present invention are to provide guidance for visually impaired persons. The user terminal 101 downloads the application from the outdoor location estimation device 100 to provide a guidance service for the visually impaired to the user terminal Can be executed. Then, an interface is established between the outdoor position estimation apparatus 100 and the user terminal 101 through the application, and the outdoor position estimation apparatus 100 determines the current position of the user based on the sensing information received via the interface , And can provide route guidance from the determined current location to the destination.

예를 들어, 사용자 단말(101)은 시각 장애인을 위한 길 안내 서비스와 관련된 웹/모바일 사이트의 접속 또는 서비스 전용 애플리케이션의 설치 및 실행이 가능한 모든 단말 장치를 의미할 수 있다. 이때, 사용자 단말(101)은 웹/모바일 사이트 또는 전용 애플리케이션의 제어 하에 서비스 화면 구성, 데이터 입력, 데이터 송수신, 데이터 저장 등 서비스 전반의 동작을 수행할 수 있다. 시각 장애인을 위한 길 안내 어플의 경우, 목적지까지의 경로 중에 위치하는 장애물을 탐지하고, 탐지된 장애물을 피하여 다른 방향으로 길 안내를 제공하고, 이후 다시 원래의 경로로 되돌아가 목적지까지 길 안내를 제공해야 하는 기능이 필요하므로, 일반적인 길 안내와는 상이할 수 있다.For example, the user terminal 101 may refer to all terminals capable of connecting to a web / mobile site related to a navigation service for the visually impaired, or installing and executing a service-dedicated application. At this time, the user terminal 101 can perform the entire service operation such as service screen configuration, data input, data transmission / reception, and data storage under the control of a web / mobile site or a dedicated application. In the case of the navigation application for the visually impaired, the obstacle is detected in the route to the destination, the route guidance is provided in the other direction avoiding the detected obstacle, and then the route is returned to the original route It may be different from general guidance.

201 단계에서, 정보 수신부(110)는 실외 추정 장치(100)에 탑재된 가속도 센서 및 자이로 센서를 이용하여 가속도 정보 및 각속도 정보를 수산할 수 있다. In step 201, the information receiving unit 110 may acquire acceleration information and angular velocity information using an acceleration sensor and a gyro sensor mounted on the outdoor estimation apparatus 100. [

예를 들어, 가속도 센서 및 자이로 센서는 사용자가 이동함에 따라, 실외 위치 추정 장치(100)의 이동 또는 움직임을 감지하여 가속도 정보와 각속도 정보를 생성할 수 있다. 그러면, 사용자 단말(101)은 가속도 정보와 각속도 정보를 설치된 애플리케이션을 통해 정보 수신부(110)로 전소할 수 있다. 여기서, 가속도 정보와 각속도 정보는 사용자의 보행 자세, 보행 방향, 및 보행 속도를 결정하기 위해 이용될 수 있으며, 데드 레코닝(dead reckoing) 기법을 이용하여 목적지까지의 길 안내를 제공하기 위해 이용될 수도 있다.For example, as the user moves, the acceleration sensor and the gyro sensor may detect movement or movement of the outdoor position estimating apparatus 100 to generate acceleration information and angular velocity information. Then, the user terminal 101 can transmit the acceleration information and the angular velocity information to the information receiving unit 110 via the installed application. Here, the acceleration information and the angular velocity information may be used to determine a walking posture, a walking direction, and a walking speed of the user, and may be used to provide a route guidance to a destination using a dead reckoning technique It is possible.

202 단계에서, 보행 정보 결정부(120)는 길 안내를 제공받기 위한 목적지를 사용자로부터 선택 또는 입력받을 수 있다.In step 202, the walking information determination unit 120 may select or input a destination for receiving the route guidance from the user.

예를 들어, 실외 위치 추정 장치(100)의 디스플레이(미도시)에 목적지 입력을 위한 화면이 디스플레이되거나, 목적지를 입력하라는 멘트가 음성 또는 오디오로 출력될 수 있다. 그러면, 사용자는 디스플레이된 화면을 터치하거나, 실외 위치 추정 장치(100)의 측면, 상/하부 등에 물리적으로 마련된 해당 버튼을 누르거나, 음성으로 목적지를 이야기함에 따라, 길 안내를 위한 목적지를 실외 위치 추정 장치(100)에 입력할 수 있다.For example, a screen for inputting a destination may be displayed on a display (not shown) of the outdoor location estimation apparatus 100, or a message to input a destination may be outputted as voice or audio. Then, the user touches the displayed screen or presses a corresponding button physically provided on the side, top / bottom, or the like of the outdoor location estimation apparatus 100, or speaks the destination by voice, And can be input to the estimating apparatus 100.

203 단계에서, 목적지가 입력됨에 따라, 길 안내 제공부(140)는 사용자의 현재 위치부터 목적지까지의 경로를 탐색할 수 있다. In step 203, as the destination is input, the route guide providing unit 140 can search for the route from the user's current location to the destination.

예를 들어, 길 안내 제공부(140)는 가속도 정보, 각속도 정보와 A* 알고리즘을 이용하여 목적지까지의 최단 경로를 탐색할 수 있다. 이때, 사용자의 현재 위치는 GPS 좌표를 이용하여 획득할 수도 있고, 집, 학교, 회사 등과 같이 이미 등록된 장소인 경우, 음성, 버튼 등을 이용하여 사용자로부터 출발지가 선택될 수도 있다. 이외에, 실외 위치 추정 장치(100)는 사용자 주변에 위치하는 지그비 모듈을 이용하여 사용자의 현재 위치를 추정할 수도 있다.For example, the path guide providing unit 140 can search the shortest path to the destination using the acceleration information, the angular velocity information, and the A * algorithm. At this time, the current location of the user may be acquired using the GPS coordinates, or the location may be selected from the user by using voice, button, or the like if the location is already registered such as home, school, or company. In addition, the outdoor location estimation apparatus 100 may estimate the current location of the user using the ZigBee module located near the user.

204 단계에서, 위치 추정부(130)는 위성으로부터 GPS 정보, 사용자 주변에 위치하는 지그비 모듈로부터 데이터 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 여기서, GPS 정보는, 사용자의 현재 위치를 나타내는 위도 및 경도 위치 좌표를 포함하고, 지그비 모듈로부터 수신된 데이터는, 신호의 세기, 각 모듈의 식별자 정보, 각 모듈의 위치 좌표 등을 포함할 수 있다.In operation 204, the position estimating unit 130 may receive at least one of GPS information from a satellite and data from a ZigBee module located around the user. Here, the GPS information includes latitude and longitude position coordinates indicating the current position of the user, and the data received from the ZigBee module may include signal strength, identifier information of each module, position coordinates of each module, and the like .

예를 들어, 위치 추정부(130)는 길 안내 서비스를 제공하기 위해 시작 출발지에 해당하는 사용자의 현재 위치는 GPS 좌표를 이용하여 결정할 수 있으며, 이후, 탐색된 경로를 따라 사용자가 이동함에 따라 변화되는 사용자의 현재 위치는 지그비 모듈로부터 수신된 데이터를 이용하여 추정할 수 있다.For example, the position estimating unit 130 may determine the current position of the user corresponding to the starting point to provide the guidance service using the GPS coordinates, and then, as the user moves along the detected path, The user's current location can be estimated using data received from the ZigBee module.

205 단계에서, 위치 추정부(130)는 사용자 주변에 위치하는 복수의 지그비 모듈들로부터 수신된 데이터에 기초하여 랜드마크 지그비 모듈이 존재하는지 여부를 확인할 수 있다.In operation 205, the location estimation unit 130 may determine whether or not the landmark ZigBee module exists based on the data received from the plurality of ZigBee modules located near the user.

이때, 위치 추정부(130)는 각 모듈의 데이터에 포함된 식별자 정보를 확인하여 랜드마크 지그비 모듈을 나타내는지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 랜드마크 지그비 모듈인 경우, 상기 식별자 정보가 "0", "1", "-1" 등과 같이 기설정된 랜드마크 지그비 모듈을 나타내는 태그값을 포함할 수 있다. 그러면, 위치 추정부(130)는 태그값을 확인하여 랜드마크 지그비 모듈이 존재하는지 여부를 결정할 수 있다.At this time, the location estimating unit 130 can check whether the landmark ZigBee module is represented by checking the identifier information included in the data of each module. For example, in the case of a landmark ZigBee module, the identifier information may include a tag value indicating a predetermined landmark ZigBee module such as "0 "," 1 " Then, the location estimation unit 130 can determine whether the landmark ZigBee module exists by checking the tag value.

206 단계에서, 랜드마크 모듈이 존재하는 것으로 결정됨에 따라, 위치 추정부(130)는 삼변 측량(Trilateration) 기법에 기초하여 사용자의 현재 위치를 추정할 수 있다. 삼변 측량을 이용하여 현재 위치를 추정하는 동작은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.In step 206, as the landmark module is determined to be present, the position estimator 130 may estimate the current position of the user based on the trilateration technique. The operation of estimating the current position using the trilateration measurement will be described later with reference to FIG.

207 단계에서, 길 안내 제공부(140)는 추정된 현재 위치 주변에 장애물이 위치하는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 길 안내 제공부(140)는 목적지까지 탐색된 경로 및 위치 추정부(130)에서 추정된 현재 위치에 기초하여, 현재 위치 주변에 전봇대, 건물 등의 장애물이 존재하는지 여부를 결정할 수 있다.In step 207, the route guidance unit 140 may determine whether an obstacle is located around the estimated current position. For example, the path guide providing unit 140 may determine whether an obstacle such as a pole, a building or the like exists around the current position, based on the path searched to the destination and the current position estimated by the position estimating unit 130 have.

208 단계에서, 장애물이 존재함에 따라, 길 안내 제공부(140)는 초음파 센싱 정보를 분석하여 장애물 회피 방향을 결정할 수 있다. 정보 수신부(110)는 사용자 단말(101)에 탑재된 초음파 센서에서 수집된 초음파 센서 정보를 애플리케이션을 통해 수신하여 길 안내 제공부(140)로 전달할 수 있다. In step 208, as the obstacle exists, the path guide providing unit 140 may analyze the ultrasonic sensing information to determine the obstacle avoiding direction. The information receiving unit 110 may receive the ultrasonic sensor information collected by the ultrasonic sensor mounted on the user terminal 101 through the application and transmit the received ultrasonic sensor information to the road guide providing unit 140.

209 단계에서, 보행 정보 결정부(120)는 가속도 정보 및 각속도 정보에 기초하여 사용자의 보행 자세, 보행 방향, 및 보행 속도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 보행 정보 결정부(120)는 아래의 수학식 1 및 수학식 2에 기초하여 보행 자세 An, 보행 속도 Vn, 및 보행 방향 Ln을 결정할 수 있다.In step 209, the walking information determination unit 120 can determine the walking posture, the walking direction, and the walking speed of the user based on the acceleration information and the angular velocity information. For example, the walking information determination unit 120 can determine the walking attitude A n , the walking speed V n , and the walking direction L n based on the following equations (1) and (2).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 1 및 2에서, Ln은 GPS 의 위도와 경도로 이루어진 곡선 좌표의 진행 방향 벡터, 즉, 보행 방향을 나타내고, Vn는 네비게이션 좌표의 속도 벡터, 즉, 보행 속도를 나타내고, An은 바디 좌표의 사용자 자세 벡터, 즉, 보행 자세를 나타낼 수 있다.In equation 1 and 2, L n is a vector of the curved coordinate consisting of the GPS latitude and longitude of the traveling direction, that is, indicates the walking direction, V n represents a speed vector, that is, the walking speed of the navigation coordinates, A n is The user's posture vector of the body coordinate, that is, the walking posture can be displayed.

수학식 2에서, Fb는 사용자 단말로부터 수신된 각속도 정보로서, x,y,z축 각속도값을 포함, Wb는 사용자 단말로부터 수신된 가속도 정보로서, x,y,z축 가속도값을 포함하며, g는 중력 가속도를 나타낼 수 있다. 그리고, Φ, θ, Ψ는 오일러각(Euler angle)의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)를 각각 나타낼 수 있다.In Equation (2), F b is angular velocity information received from the user terminal, and includes x, y and z axis angular velocity values, W b is acceleration information received from the user terminal and includes x, y and z axis acceleration values , And g can represent gravitational acceleration. Further, Φ, θ, and Ψ can represent the roll, pitch, and yaw of the Euler angle, respectively.

수학식 1에 따르면, 보행 정보 결정부(120)는 사용자의 좌표를 표현하는 바디 좌표(body coordinate) Cb와 가속도 정보 Wb의 곱으로서, 보행 자세 An을 계산할 수 있다. 보행 정보 결정부(120)는 중력 가속도 Gn, 각속도 정보 Fb, 및 D b n 의 곱을 통해 보행 속도 Vn을 계산할 수 있다. 보행 정보 결정부(120)는 보행 속도 Vn와 네비게이션 좌표(navigation coordinate)와 곡선 좌표(curvilinear coordinate)의 변환식인 N-1을 곱하여 진행 방향 Ln을 계산할 수 있다.According to Equation (1), the walking information determination unit 120 can calculate the walking posture A n as a product of the body coordinate C b expressing the coordinates of the user and the acceleration information W b . The walking information determination unit 120 can calculate the walking speed V n through the product of the gravitational acceleration G n , the angular velocity information F b , and D b n . The walking information determination unit 120 may calculate the traveling direction L n by multiplying the walking speed V n by the navigation formula N -1 which is a conversion formula of the navigation coordinate and the curvilinear coordinate.

여기서, D b n 은 D n b 의 전치 행렬로서, 네비게이션 좌표에서 바디 좌표로의 방향 코사인 행렬(DCM)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 보행 정보 결정부(120)는 아래의 수학식 3에 기초하여 D n b 을 계산할 수 있다.Where D b n is a transpose matrix of D n b and may represent a direction cosine matrix (DCM) from navigation coordinates to body coordinates. For example, the walking information determination unit 120 can calculate D n b based on the following equation (3).

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 3에서, Φ, θ, Ψ는 오일러각(Euler angle)의 롤(roll), 피치(pitch), dy(yaw)를 각각 나타내고, D는 3x3으로 구성된 방향 코사인 행렬(DCM)을 나타낼 수 있다. D b n 은 바디 좌표에서 네비게이션 좌표로의 방향 코사인 행렬(DCM)을 나타낼 수 있다. 그리고, Dx, Dy, Dz는 각 축에서의 오일러각을 각각 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 4에서는, 네비게이션 좌표, 바디 좌표, 및 곡선 좌표의 연관 관계가 도시된 것으로서, 보행 정보 결정부(120)는 각 좌표의 연관 관계를 참고하여 가속도 정보, 각속도 정보를 서로 융합하여 사용자의 보행 자세, 보행 속도, 및 보행 방향을 결정함을 알 수 있다.In Equation (3),?,?,? Represent the roll, pitch and dy (yaw) of the Euler angle and D represents a direction cosine matrix (DCM) have. D b n can represent a direction cosine matrix (DCM) from the body coordinate to the navigation coordinate. D x , D y , and D z can represent the Euler angles in each axis, respectively. For example, in FIG. 4, the relationship between the navigation coordinates, the body coordinates, and the curve coordinates is shown. The walking information determination unit 120 fuses the acceleration information and the angular velocity information to each other The user's walking posture, walking speed, and walking direction are determined.

이처럼 보행 자세, 보행 속도, 보행 방향이 결정되면, 길 안내 제공부(140)는 보행 방향 및 보행 속도에 맞추어 탐색된 경로로 목적지까지 길 안내를 계속 제공할 수 있다. 이때, 길 안내 제공부(140)는 보행 자세가 뛰는지, 혹은 걷는지 여부 등을 함께 고려하여 길 안내를 음성 또는 진동으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 좌회전, 우회전이 필요하거나, 횡단보도, 장애물 등이 탐지된 경우, 길안내 제공부(140)는 음성 또는 진동으로 현재 상황을 사용자에게 알려줄 수 있다. When the walking posture, the walking speed, and the walking direction are determined as described above, the path guide providing unit 140 can continue to provide guidance to the destination with the route detected according to the walking direction and the walking speed. At this time, the path guide providing unit 140 may provide the route guidance by voice or vibration in consideration of whether the walking posture is running or whether to walk. For example, when a left turn, a right turn, a crosswalk, an obstacle, or the like is detected, the route guide providing unit 140 can inform the user of the current situation by voice or vibration.

210 단계에서, 길 안내 제공부(210)는 추정된 사용자의 현재 위치에 기초하여 목적지에 도착했는지 여부를 확인할 수 있다.In step 210, the route guidance providing unit 210 can confirm whether or not the destination has arrived based on the estimated location of the user.

이때, 목적지에 도착한 경우, 길 안내 제공부(210)는 길 안내를 종료할 수 있다. 목적지에 도착하지 않은 경우, 정보 수신부(110)는 GPS 좌표 및 랜드마크 지그비 모듈들로부터 데이터를 다시 수신하고, 위치 추정부(130)는 현재 위치를 다시 추정할 수 있다. 이처럼, 데이터 수신 및 위치를 추정하는 동작은 사용자가 목적지에 도착할 때까지 계속하여 반복될 수 있다. At this time, when the user arrives at the destination, the route guide providing unit 210 may terminate the route guidance. The information receiving unit 110 receives data again from the GPS coordinates and the landmark ZigBee modules, and the position estimating unit 130 can estimate the current position again. As such, the operation of estimating the data reception and the position can be continuously repeated until the user arrives at the destination.

한편, 205 단계에서, 사용자 주변에 위치하는 지그비 모듈들 중 랜드마크 지그비 모듈이 탐지되지 않은 경우가 발생할 수 있다.On the other hand, in step 205, it may happen that the landmark ZigBee module among the ZigBee modules located near the user is not detected.

211 단계에서, 위치 추정부(211)는 데드 레코닝(dead reckoning) 기법을 이용하여 사용자의 현재 위치를 추정할 수 있다.In step 211, the position estimation unit 211 may estimate the current position of the user using a dead reckoning technique.

일례로, 위치 추정부(211)는 가속도 정보 및 각속도 정보에 기초하여 위치를 알고 있는 지점부터 현재 위치까지의 이동 거리 및 방향을 계산함에 따라, 현재 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 이전에 랜드마크 지그비 모듈을 이용하여 현재 위치로 추정된 마지막 GPS 좌표와 가속도 정보 및 각속도 정보에 기초하여, 위치 추정부(211)는 상기 마지막 GPS 좌표로부터 상대적인 이동 방향과 이동 거리를 계산하여 현재 위치를 추정할 수 있다. 이어, 현재 위치가 추정되면, 위치 추정부(211)는 장애물이 존재하는지 여부를 탐지하고, 보행 자세, 속도, 및 방향을 결정하여 목적지까지 길 안내를 제공(207 내지 210 단계)할 수 있다.For example, the position estimating unit 211 can estimate the current position by calculating a moving distance and a direction from a position where the position is known to the current position based on the acceleration information and the angular velocity information. For example, based on the last GPS coordinates, acceleration information, and angular velocity information estimated at the current position using the landmark ZigBee module, the position estimator 211 calculates a relative movement direction and a movement distance from the last GPS coordinates The current position can be estimated. Then, if the current position is estimated, the position estimating unit 211 may detect whether an obstacle exists, determine a walking posture, a speed, and a direction, and provide a guidance to the destination (steps 207 to 210).

이상의 도 1 및 도 2에서는 탐색된 경로를 따라 사용자가 정상적으로 목적지까지 이동하는 것으로 설명하였으나, 사용자가 탐색된 경로를 이탈하는 경우가 발생할 수 있다.Although FIGS. 1 and 2 illustrate that the user normally moves to the destination along the searched route, the user may leave the searched route.

이처럼, 길 안내 제공부(140)는 사용자가 탐색된 경로를 이탈하는 것을 감지한 경우, 이탈 이전에 마지막으로 탐지된 랜드마크 지그비 모듈의 GPS 좌표로 사용자가 이동하도록 길 안내를 제공할 수 있다. 예를 들어, 길 안내 제공부(140)는 맵-매칭(map-matching) 기법을 이용하여 이탈 시 경로 상의 랜드마크 지그비 모듈로 이동하도록 길 안내를 제공할 수 있다. 그리고, 길 안내 제공부(140)는 이동된 지점부터 목적지까지 다시 길 안내를 제공할 수 있다. 이외에, 길 안내 제공부(140)는 이탈 이전에 마지막으로 탐지된 랜드마크 지그비 모듈을 이용하여 추정된 현재 위치로 사용자가 이동하도록 길 안내를 제공할 수도 있다. In this way, when the user senses departure from the searched route, the route guide providing unit 140 may provide the route guidance so that the user moves to the GPS coordinates of the landmark ZigBee module last detected before departure. For example, the route guidance unit 140 may provide a route guidance to move to the landmark ZigBee module on the route on departure using a map-matching technique. Then, the route guide providing unit 140 may provide the route guidance from the moved location to the destination again. In addition, the route guidance provisioning unit 140 may provide guidance to the user to move to the estimated current location using the landmark ZigBee module detected last before departure.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 랜드마크 지그비 모듈 및 삼변 측량을 이용하여 현재 위치를 추정하는 동작을 설명하기 위해 제공되는 예시도이다.3 is an exemplary diagram provided to illustrate an operation of estimating a current position using a landmark ZigBee module and a trilateration in an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 위치 추정부(130)는 사용자 주변에 존재하는 복수의 지그비 모듈들 중 사용자로부터 가장 가까운 3개의 랜드마크 지그비 모듈을 선택할 수 있다. 예를 들어, 위치 추정부(130)는 복수의 랜드마크 지그비 모듈들 중 신호의 세기가 가장 센 3개의 모듈(301, 302, 303)을 선택할 수 있다. Referring to FIG. 3, the position estimating unit 130 may select three landmark ZigBee modules closest to the user among a plurality of ZigBee modules existing in the vicinity of the user. For example, the position estimating unit 130 may select three modules 301, 302, and 303 having the highest signal strength among the plurality of landmark ZigBee modules.

그리고, 위치 추정부(130)는 선택된 3개의 모듈로부터 수신된 데이터에 기초하여 삼변 측량을 수행하여 현재 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 모듈 1(301)로부터 수신된 데이터 1은 모듈 1의 GPS 좌표를 포함하고, 모듈 2(302)로부터 수신된 데이터 2는 모듈 2의 GPS 좌표를 포함하고, 모듈 3의 데이터 3은 모듈 3의 GPS 좌표를 포함할 수 있다. 그러면, 위치 추정부(130)는 각 모듈의 GPS 좌표를 중심으로 하여 3개의 모듈이 오버랩되는 위치에 사용자 단말이 위치하도록 3개의 원을 유도할 수 있다. 그리고, 위치 추정부(130)는 유도된 세 원의 방정식에 기초하여 사용자의 현재 위치를 추정할 수 있다.Then, the position estimating unit 130 can determine the current position by performing trilateration based on the data received from the selected three modules. For example, data 1 received from module 1 301 includes the GPS coordinates of module 1, data 2 received from module 2 302 contains the GPS coordinates of module 2, and data 3 of module 3 contains And GPS coordinates of module 3. Then, the position estimating unit 130 may derive three circles such that the user terminal is located at a position where the three modules overlap, with the GPS coordinates of each module as a center. Then, the position estimating unit 130 can estimate the current position of the user based on the equation of the derived three circles.

이하에서는, 유전자 알고리즘을 이용하여 실외에 위치하는 복수의 지그비 모듈들 중 현재 위치 추정에 이용될 랜드마크 지그비 모듈을 결정하는 동작에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation of determining a landmark ZigBee module to be used for current position estimation among a plurality of ZigBee modules located outdoors using a genetic algorithm will be described.

도 3을 참고하면, 실외에는 복수의 지그비 모듈들이 배치될 수 있다. 이때, 복수의 지그비 모듈들 중 유전자 알고리즘을 이용하여 커버리지(coverage)를 최대화하면서 간섭(interference)는 최소화하는 랜드마크 지그비 모듈의 위치가 미리 결정될 수 있다. 자신이 랜드마크 지그비 모듈인지 아닌지가 미리 결정됨에 따라, 사용자가 길 안내 서비스를 이용하고자 하는 경우, 주변의 지그비 모듈들로부터 수신된 데이터는 랜드마크 지그비 모듈인지 여부를 나타내는 식별 정보를 포함하고 있을 수 있다. 랜드마크 지그비 모듈로 결정된 지그비 모듈의 식별 정보와 배치된 GPS 위치 좌표가 함께 매칭되어 데이터베이스에 기장될 수 있다.Referring to FIG. 3, a plurality of ZigBee modules may be disposed outdoors. At this time, the location of the landmark ZigBee module, which minimizes interference while maximizing coverage, can be predetermined using the genetic algorithm among the plurality of ZigBee modules. It is determined whether or not the landmark ZigBee module is a landmark ZigBee module. If the user intends to use the route guidance service, data received from surrounding ZigBee modules may include identification information indicating whether the module is a landmark ZigBee module have. The identification information of the ZigBee module determined by the landmark ZigBee module and the arranged GPS position coordinates can be matched together and registered in the database.

일례로, 실외 위치 추정 장치(100)는 실외에 설치하고자 하는 지그비 모듈의 개수와 위치(GPS 좌표)를 임의로 결정하고, 도 3과 같이 그리드(grid) 기반의 맵(map)에 배치할 수 있다. 이때, 각각의 염색체(chromosome) Gi는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 여기서, 수학식 4를 이용하여 랜드마크 지그비 모듈을 결정하는 동작은 실외 위치 추정 장치(100)의 모듈 결정부(미도시)에 의해 수행될 수 있다. 이에 따라, 도 1의 실외 위치 추정 장치(100)는 모듈 결정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.For example, the outdoor location estimation apparatus 100 may arbitrarily determine the number and position (GPS coordinates) of the ZigBee modules to be installed outdoors and may be arranged in a grid-based map as shown in FIG. 3 . At this time, each chromosome G i can be expressed by Equation (4) below. Here, the operation of determining the landmark ZigBee module using Equation (4) can be performed by a module determination unit (not shown) of the outdoor location estimation apparatus 100. [ Accordingly, the outdoor location estimation apparatus 100 of FIG. 1 may further include a module determination unit (not shown).

Figure pat00004
Figure pat00004

위의 수학식 4에서, C는 현재 세대의 커버리지(coverage)이고, I는 현재 세대의 간섭율(interference rate)를 나타낼 수 있다. 또한, ω1과 ω2는 C와 I를 위해 미리 정의된 가중치를 나타낼 수 있다. fi는 현재 세대의 적합도(fitness value)로서, 현재 세대의 커버리지와 간섭율에 기초하여 계산될 수 있다.In Equation (4), C is the current generation coverage and I can represent the current generation interference rate. In addition, ω 1 and ω 2 can represent predefined weights for C and I. f i is the fitness value of the current generation and can be calculated based on the current generation's coverage and interference rate.

실외 위치 추정 장치(100)는 현재 세대들의 적합도에 따라 랭킹(ranking)을 결정하고, 순위가 높은 세대를 다음 세대의 부모로 선택하는 순위 선택 기법을 이용하여 랜드마크 지그비 모듈을 결정할 수 있다. 예를 들어, 실외 위치 추정 장치(100)는 복수의 지그비 모듈들 각각의 적합도를 계산할 수 있다. 그리고, 실외 위치 추정 장치(100)는 각 모듈들의 적합도 중 순위가 높은 기설정된 개수의 모듈을 다음 세대의 부모로 결정할 수 있다. 실외 위치 추정 장치(100)는 크로스오버(crossover) 연산과 뮤테이션(mutatuion)을 이용하여 결정된 부모 세대와 자손 세대의 유전자 일부를 조합하여 다음 세대를 생성할 수 있다. 여기서, 크로스 오버 연산은, 균등 교차 분배 기법에 기초하여 수행되고, 뮤테이션을 이용하여 간섭율이 가장 낮은 세대가 선택될 수 있다. 이때, 실외 위치 추정 장치(100)는 도 5와 같이, 크로스오버 연산과 뮤테이션을 반복하여 최적의 해를 결정할 수 있다. 즉, 랜드마크 지그비 모듈을 결정할 수 있다. 도 5에서, (a)는 적합도 컨버전스(fitness convergence)가 75.27%, (b)는 적합도 컨버전스가 79.87%, (c)는 적합도 컨버전스가 87.89%, (d)는 적합도 컨버전스가 99.77%일 수 있다. The outdoor location estimating apparatus 100 can determine the landmark ZigBee module by ranking according to the fitness of the current generation and using the ranking selection technique of selecting the next generation parent as the higher ranking generation. For example, the outdoor location estimation apparatus 100 can calculate the fitness of each of the plurality of ZigBee modules. The outdoor location estimating apparatus 100 may determine a predetermined number of modules having a higher order of fitness among the modules as the parents of the next generation. The outdoor location estimating apparatus 100 can generate the next generation by combining the genes of the parent household and the offspring household determined using a crossover operation and a mutation. Here, the crossover operation is performed based on the uniform crossover distribution technique, and the generation with the lowest interference ratio can be selected using the mutation. At this time, the outdoor location estimating apparatus 100 can determine the optimal solution by repeating the crossover calculation and the muting as shown in FIG. That is, the landmark ZigBee module can be determined. In FIG. 5, (a) is 75.27%, fitness convergence is 79.87%, fitness convergence is 87.89%, and fitness convergence is 99.77% in fitness convergence .

예를 들어, 실외 위치 추정 장치(100)는 복수의 지그비 모듈들의 적합도 중 가장 큰 최대 적합도 Fmax과 복수의 지그비 모듈들의 적합도의 평균인 평균 적합도 Favg 간의 차의 절대값이 기설정된 임계값(ε) 이하일 때까지 위의 수학식 4를 반복하여 수행할 수 있다. 이처럼, 수학식 4를 반복 수행함에 따라, 복수의 지그비 모듈들 중에서 일부가 랜드마크 지그비 모듈로 결정될 수 있다.For example, when the absolute value of the difference between the maximum likelihood Fmax of the plurality of zigbee modules of the plurality of zigbee modules and the average goodness Favg which is the average of the goodnesses of the plurality of zigbee modules is greater than a predetermined threshold value? The above equation (4) can be repeatedly performed. As described above, by repeating Equation (4), a part of the plurality of ZigBee modules can be determined as the landmark ZigBee module.

도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 그리드 기반 맵 설계를 제공하는 화면의 예시도이다.Figure 6 is an illustration of a screen providing a grid based map design in one embodiment of the present invention.

시각 장애인을 위한 맵 설계에서는, 위험한 주변 환경에 대한 상세한 모델링이 요구될 수 있다. In the map design for the visually impaired, detailed modeling of the hazardous environment may be required.

도 6을 참고하면, 맵(map)은 사용자가 임의로 정한 간격(grid)로 나타낼 수 있으며, 맵 위에 유전자 알고리즘을 이용하여 결정된 랜드마크(landmark) 지그비 모듈의 위치, 출발지, 목적지, 관심 지점(Point Of Interest: POI) 등의 위치가 자세히 표시될 수 있다.Referring to FIG. 6, a map can be represented by a grid arbitrarily defined by a user, and a landmark determined by using a genetic algorithm on a map. The ZigBee module includes a location, a source, a destination, Of Interest: POI) can be displayed in detail.

이때, 출발지, 목적지가 입력되면, 실외 위치 추정 장치(100)는 그리드(grid) 기반의 A* 알고리즘을 이용하여 목적지까지 길안내를 제공할 수 있다. 지도 제작 툴(map authoring tool)을 이용하여 랜드마크 지그비 모듈의 배치 위치가 미리 저장되므로, 실외 위치 추정 장치(100)는 사용자가 보행 중에 지그비 모듈들로부터 수신된 데이터에 기초하여 랜드마크 지그비 모듈임이 감지되면, 사용자의 현재 위치를 신속히 추정할 수 있다.At this time, when the source and destination are inputted, the outdoor location estimation apparatus 100 can provide a route guidance to a destination using a grid-based A * algorithm. Since the arrangement position of the landmark ZigBee module is stored in advance using the map authoring tool, the outdoor location estimating device 100 determines that the landmark ZigBee module is a landmark Zigbee module based on data received from the ZigBee modules while the user is walking If detected, the user's current position can be estimated quickly.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실외 위치 추정 방법으로 길 안내 시 실제 보행 경고 사이와의 오차를 측정한 실험 결과를 도시한 도면이다.FIG. 7 and FIG. 8 are graphs showing experimental results of measuring an error between the actual walking warning and the actual walking warning in the guidance of the outdoor position according to the embodiment of the present invention.

도 7은, 일반인 3명의 평균 궤적(red line)과 사용자 단말을 착용한 시각 장애인 4명의 평균 궤적(black line)을 도시하고 있다. 예를 들어, 사용자 단말은 시각 장애인에게 길 안내 서비스를 제공하기 위해 실외 위치 추정 장치(100)로부터 다운받은 애플리케이션을 실행한 스마트폰, 태플릿 등의 모든 이동 단말을 포함할 수 있다. 또한, 사용자 단말은, 시각 장애인이 목에 걸거나 팔에 차는 등의, 시계, 목걸이, 안경, 지팡이 등의 웨어러블 디바이스(wearable device) 형태로 제작될 수도 있다. 도 8은 도 7이 궤적에 따른 일반인과 시각 장애인들의 오일러각(롤, 피치, 요) 값을 도시하고 있다. FIG. 7 shows the mean line (red line) of three ordinary people and the average black line of four blind people wearing a user terminal. For example, the user terminal may include all mobile terminals, such as a smart phone, a tablet, etc., that have executed an application downloaded from the outdoor location estimation device 100 to provide a guidance service to a visually impaired person. The user terminal may also be manufactured in the form of a wearable device such as a watch, a necklace, a pair of glasses, and a cane, such as a person with a visual disability hanging on his neck or in an arm. FIG. 8 shows the Euler angles (roll, pitch, yaw) values of the general public and the visually impaired according to the locus.

도 7 및 도 8에 따르면, 본 발명에 따른 길 안내 서비스를 제공하는 애플리케이션이 설치된 사용자 단말을 착용한 시각 장애인의 경로는 일반인의 보행과 비교하여 각 시점마다 약 4.2m 오차로 더 길고, 전체 보행 시간도 일반인에 비해 약 1.7배 더 소요됨을 확인할 수 있다. 그러나, 시각 장애인을 위한 길안내 서비스는 최단 경로보다는 시각 장애인이 목적지까지 안전하게 보행하는 것이 보다 중요하므로, 상기 실험 결과를 통해 시각 장애인이 목적지까지 안전하게 도착함을 확인할 수 있다.7 and 8, the path of the visually impaired person wearing the user terminal equipped with the application for providing the guidance service according to the present invention is longer by about 4.2 m error at each time point compared with the walking of the general person, Time is about 1.7 times longer than that of the general public. However, since it is more important for the blind people to walk safely to the destination than the shortest route, it is possible to confirm that the blind arrives safely to the destination through the above experimental result.

이하에서는, 순위 선택 기법을 이용하여 랜드마크 지그비 모듈을 결정하는 방법의 유효성을 검증하는 것에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, verification of the validity of the method of determining the landmark ZigBee module using the ranking selection technique will be described.

유전자 알고리즘에서, 다음 세대의 부모를 선택 시, 토너먼트 기법과 순위 선택 기법을 이용할 수 있으며, 아래의 표 1에서는 순위 선택 기법과 토너먼트 기법을 이용한 시뮬레이션 실험 결과이다.In the genetic algorithm, tournament technique and ranking selection technique can be used when selecting the next generation parent. In Table 1 below, simulation results using rank selection technique and tournament technique are shown.

MethodMethod Cover
(%) Cover
(%) Inference (%) Inference (%) Number of ModulesNumber of Modules Init.Init. OptimalOptimal TournamentTournament 92.8092.80 19.8119.81 95009500 154154 Ranking selectionRanking selection 98.7398.73 6.976.97 132132

표 1을 참고하면, 토너먼트 기법을 적용한 유전자 알고리즘은 커버율 (cover rate)이 92.8%, 간섭율(interference rate)가 19.81%이고, 순위 선택 기법을 적용한 유전자 알고리즘은 커버율이 98.73%, 간섭율이 6.97%임을 확인할 수 있다. 즉, 순위 선택 기법이, 토너먼트 기법보다 높은 커버리지를 가지면서 낮은 간섭을 가지는 해(즉, 랜드마크 지그비 모듈)를 결정함을 확인할 수 있다. 실외에 배치 가능한 랜드마크 지그비 모듈의 최소 개수는, 토너먼트 기법 154개, 순위 선택 기법 132개로, 순위 선택 기법이 비용 측면에서도 절감 효과가 높은 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, the genetic algorithm applying the tournament technique has a cover rate of 92.8%, an interference rate of 19.81%, a genetic algorithm using rank selection technique has a coverage rate of 98.73%, a interference ratio of 6.97 %. That is, it can be seen that the ranking selection technique determines a solution with low interference (i.e., a landmark ZigBee module) with higher coverage than the tournament technique. The minimum number of landmark ZigBee modules that can be placed outdoors is 154 tournament technique and 132 ranking technique.

도 9 및 도 10은 실내 및 실외 환경에서 목적지까지 도착 성공률을 도시한 도면이다.FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing the arrival success rates to the destination in the indoor and outdoor environments.

도 9 및 도 10은, 보행 경로를 나타낸 지도(901, 1001)와 5명의 피실험자의 목적지 도착 성공률을 도시한 그래프(902, 1002)를 포함할 수 있다.Figs. 9 and 10 may include maps 901 and 1001 showing a walking route and graphs 902 and 1002 showing destination arrival success rates of five subjects.

도 9 및 도 10에서는, 초음파, GPS 뿐만 아니라, 가속도 센서와 자이로 센서, 지그비 모듈을 이용한 본 발명의 실외 위치 추정 방법의 성능을 비교하기 위해 초음파 센서 만을 사용하는 경우, 일반인이 눈으로 보면서 걷는 경우로 나누어 비교 실험한 실험 결과이다. In Figs. 9 and 10, in order to compare the performance of the outdoor position estimation method of the present invention using the acceleration sensor, the gyro sensor, and the zigbee module as well as the ultrasonic wave and the GPS, only the ultrasonic sensor is used. The results are shown in Fig.

1) 실내 환경에서는, 본 발명에 따른 사용자 단말을 착용하여 목적지에 도착하는 것이 눈으로 보면서 걷는 경우보다 1.3배 정도 시간이 더 소요됨을 확인할 수 있다. 2)실외 환경에서는, 본 발명에 따른 사용자 단말을 착용하여 목적지에 도착하는 것이 눈으로 보면서 걷는 경우보다 1.43배 정도 시간이 더 소요됨을 확인할 수 있다. 위의 두 가지 경우(1), 2))에서, 초음파 센서만을 이용하여 목적지에 도착하는 경우의 성공률은 5% 미만으로 매우 낮음을 확인할 수 있다. 초음파 센서만 사용하는 경우, 경로 탐색이 매우 어려우므로, 도착 성공률이 낮을 수 있다.1) In the indoor environment, it can be confirmed that wearing the user terminal according to the present invention and arriving at the destination takes about 1.3 times longer than when walking with the eye. 2) In the outdoor environment, it can be confirmed that wearing the user terminal according to the present invention to arrive at the destination requires 1.43 times longer than when walking with the eye. In both cases (1) and (2)), the success rate when reaching the destination using only the ultrasonic sensor is less than 5%, which is very low. In case of using ultrasonic sensors alone, the route success rate may be low because the route search is very difficult.

이상의 실외 위치 추정 장치(100)는 200m 마다 경로를 재탐색하여 목적지까지의 도착 성공률을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 제안하는 실외 위치 추정 방법 및 장치는, 경로 상의 장애물을 회피하면서 약 1.8km/h의 보행 속도로 목적지까지 사용자가 안전하게 도착하도록 길 안내 서비스를 제공할 수 있다.The outdoor location estimating apparatus 100 can search for a path every 200 m to improve the arrival success rate to the destination. Accordingly, the proposed outdoor location estimation method and apparatus can provide a route guidance service so that the user can safely reach the destination with a walking speed of about 1.8 km / h while avoiding an obstacle on the route.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (10)

가속도 센서 및 자이로 센서를 이용하여 수집된 가속도 정보와 각속도 정보를 수신하는 단계;
상기 가속도 정보와 각속도 정보에 기초하여 사용자의 보행 자세, 보행 속도 및 보행 방향을 결정하는 단계;
사용자 주변에 위치하는 복수의 랜드마크 지그비 모듈(landmark zigbee module)에 기초하여 사용자의 현재 위치를 추정하는 단계; 및
상기 사용자의 현재 위치 보행 자세, 보행 속도, 및 보행 방향에 기초하여 목적지까지 길 안내를 제공하는 단계
를 포함하고,
상기 랜드마크 지그비 모듈은,
실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들 중에서 유전자 알고리즘에 기초하여 상기 길 안내를 위한 랜드마크로 기결정된 모듈인 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 방법.Receiving acceleration information and angular velocity information collected using an acceleration sensor and a gyro sensor;
Determining a walking posture, a walking speed, and a walking direction of the user based on the acceleration information and the angular velocity information;
Estimating a user's current location based on a plurality of landmark zigbee modules located around the user; And
Providing a route guidance to a destination based on the current position walking posture, the walking speed, and the walking direction of the user
Lt; / RTI >
The landmark ZigBee module includes:
Wherein the module is determined based on a genetic algorithm among a plurality of ZigBee modules installed outdoors and determined as a landmark for the guidance. 제1항에 있어서,
상기 랜드마크 지그비 모듈은,
실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들을 중에서 순위 선택 기법에 기초하여 상기 길 안내를 위한 랜드마크로 기결정된 모듈인 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 방법.The method according to claim 1,
The landmark ZigBee module includes:
Wherein the module is determined as a landmark for the route guidance based on a ranking selection technique among a plurality of ZigBee modules installed outdoors. 제1항에 있어서,
상기 랜드마크 지그비 모듈은,
실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들을 중에서, 현재 세대의 커버리지(coverage)와 간섭율(interference rate)에 기초하여 계산된 적합도(fitness value)를 이용하여 기설정된 조건을 만족하는 모듈인 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 방법.The method according to claim 1,
The landmark ZigBee module includes:
The module is a module that satisfies predetermined conditions by using a fitness value calculated based on a coverage of a current generation and a interference rate among a plurality of ZigBee modules installed outdoors. Position estimation method. 제1항에 있어서,
상기 사용자의 현재 위치를 추정하는 단계는,
상기 사용자 주변에 위치하는 적어도 3개의 랜드마크 지그비 모듈을 감지하는 단계; 및
감지된 랜드마크 지그비 모듈로부터 수신되는 신호의 세기 및 각 랜드마크 지그비 모듈의 GPS 좌표에 기초하여 사용자의 현재 위치를 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 방법.The method according to claim 1,
Wherein estimating the current position of the user comprises:
Detecting at least three landmark ZigBee modules located around the user; And
Calculating the current position of the user based on the intensity of the signal received from the detected landmark ZigBee module and the GPS coordinates of each landmark ZigBee module
And estimating an outdoor position of the outdoor unit. 제1항에 있어서,
상기 길 안내를 제공하는 단계는,
상기 사용자 주변에 위치하는 상기 랜드마크 지그비 모듈이 감지됨에 따라, A* 알고리즘을 이용하여 목적지까지의 경로를 탐색하는 단계; 및
상기 사용자의 현재 위치부터 상기 목적지까지 탐색된 경로로 길 안내를 제공하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the providing of the route guidance comprises:
Searching for a route to a destination using the A * algorithm as the landmark ZigBee module located near the user is detected; And
Providing a route guidance from the current location of the user to the destination,
And estimating an outdoor position of the outdoor unit. 제1항에 있어서,
상기 길 안내를 제공하는 단계는,
상기 사용자 주변에 위치하는 상기 랜드마크 지그비 모듈이 감지되지 않음에 따라, 데드 레코닝(dead reckoning) 기법을 이용하여 목적지까지의 길안내를 제공하는 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the providing of the route guidance comprises:
Wherein the landmark ZigBee module located near the user is not sensed and provides guidance to a destination using a dead reckoning technique. 제1항에 있어서,
상기 길 안내를 제공하는 단계는,
사용자가 길 안내를 위해 탐색된 경로를 이탈하는 경우, 상기 사용자의 현재 위치를 기준으로 상기 탐색된 경로 상에서 가장 가까운 랜드마크 지그비 모듈의 위치로 사용자가 이동하도록 길 안내를 제공하는 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the providing of the route guidance comprises:
Wherein when the user departs a route that is searched for a route guidance, the route guidance is provided such that the user moves to the position of the landmark ZigBee module closest to the searched route based on the current location of the user Position estimation method. 가속도 센서 및 자이로 센서를 이용하여 수집된 가속도 정보와 각속도 정보를 수산하는 정보 수신부;
상기 가속도 정보와 각속도 정보에 기초하여 사용자의 보행 자세, 보행 속도 및 보행 방향을 결정하는 보행 정보 결정부;
사용자 주변에 위치하는 복수의 랜드마크 지그비 모듈(landmark zigbee module)에 기초하여 사용자의 현재 위치를 추정하는 위치 추정부; 및
상기 사용자의 현재 위치 보행 자세, 보행 속도, 및 보행 방향에 기초하여 목적지까지 길 안내를 제공하는 길 안내 제공부
를 포함하고,
상기 랜드마크 지그비 모듈은,
실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들 중에서 유전자 알고리즘에 기초하여 상기 길 안내를 위한 랜드마크로 기결정된 모듈인 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 장치.An information receiving unit for receiving the acceleration information and the angular velocity information collected using the acceleration sensor and the gyro sensor;
A walking information determining unit that determines a walking posture, a walking speed, and a walking direction of the user based on the acceleration information and the angular velocity information;
A position estimator for estimating a current position of a user based on a plurality of landmark zigbee modules located around the user; And
A route guide providing a route guidance to a destination based on the current position walking posture, the walking speed, and the walking direction of the user;
Lt; / RTI >
The landmark ZigBee module includes:
Wherein the module is determined based on a genetic algorithm among a plurality of ZigBee modules installed outdoors and determined as a landmark for the guidance. 제8항에 있어서,
상기 랜드마크 지그비 모듈은,
실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들을 중에서 순위 선택 기법에 기초하여 상기 길 안내를 위한 랜드마크로 기결정된 모듈인 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 장치.9. The method of claim 8,
The landmark ZigBee module includes:
Wherein the module is determined as a landmark for the route guidance based on a ranking selection technique among a plurality of ZigBee modules installed outdoors. 제8항에 있어서,
상기 랜드마크 지그비 모듈은,
실외에 설치된 복수의 지그비 모듈들을 중에서, 현재 세대의 커버리지(coverage)와 간섭율(interference rate)에 기초하여 계산된 적합도(fitness value)를 이용하여 기설정된 조건을 만족하는 모듈인 것을 특징으로 하는 실외 위치 추정 장치.
9. The method of claim 8,
The landmark ZigBee module includes:
The module is a module that satisfies predetermined conditions by using a fitness value calculated based on a coverage of a current generation and a interference rate among a plurality of ZigBee modules installed outdoors. / RTI >
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