이 논문은 위성항법시스템의 문제점인 위치오차와 실외음영지역을 해소하기 위하여 위성항법시스템과 비전시스템을 융합한 신뢰성있는 고정밀 측위 기술을 제안하였다. 동적단독측위에서 이동체는 이동 위치에 따라 사용할 수 있는 위성항법시스템의 수가 변화한다, 위치 측위를 위해서는 최소 4개 이상의 위성항법시스템으로부터 위치정보데이터를 수신 받아야 한다. 그러나 도심지역에서는 고층건물이나 장애물 또는 반사파에 의해 정확한 위치측위가 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 비전 시스템을 이용하였다. 위성항법시스템을 사용하기 열악한 도심지역의 특정 건물에 정확한 위치값을 결정해 놓는다. 그리고 비전시스템을 통해 특정 건물을 인식하고, 인식된 건물을 이용하여 위치오차를 보정해 준다. 이동체는 이동하면서 비전시스템을 이용하여 특정 건물을 인식하며 위치 데이터값을 만들어내고, 위치계산을 수정하여 안정되고 신뢰성있는 고정밀 위치측위를 할 수 있다.
위치기반서비스는 사용자에게 부가 가치를 제공하기 위해 이동통신망으로 위치를 정확하게 파악하고 각종 정보를 이용하여 이를 활용하는 통합 서비스를 가리키며 이러한 서비스의 핵심기술은 위치를 찾아내는 기술이다. 따라서 본 논문에서는 위치기반서비스에 이용되는 전파신호를 이용한 측위 기법에 대하여 소개하고 최신 스마트폰의 위치 측정 원리와 위치 측정 정확도를 분석하였다. 분석결과를 토대로 사용자의 안전을 향상시키기 위한 개선방향을 제시하였다.
현재 위치기반서비스(LBS : Location Based Service) 를 위해 사용되고 있는 위치측위 방식은 GPS 기반의 측위 방식과 이동통신망을 이용한 네트워크 기반의 측위기술들이 있다. 그러나 GPS 와 네트워크기반의 측위 방식은 비가시선 효과(NLOS) 와 중계기에 의한 전파 지연 발생 때문에 위치측위 정확도가 저하되는 문제점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 현재 CDMA 시스템에서는 패턴매칭(Pattern Matching) 알고리즘을 사용한다. 패턴매칭 알고리즘은 GPS 에 의한 위치측위 시 측정된 RF 신호의 전파 특성을 측위 된 위치와 함께 데이터베이스로 구축하여, 사용자의 측위 요청이 있을 때 수신신호의 전파특성과 데이터베이스를 비교하여 위치를 제공하는 방식이다. 그러나 패턴매칭 알고리즘은 GPS 신호를 수신할 수 없는 음영 지역과 실내 에서는 데이터베이스가 구축되어지지 않는다. 패턴매칭 알고리즘은 데이터베이스의 위치 정보가 위치측위를 요청하는 사용자의 위치를 결정하기 때문에 데이터베이스가 구축이 되지 않는 지역에서는 측위정확도의 오차가 발생하게 된다. 따라서 본 논문에서는 현재 CDMA 시스템에서 사용하는 패턴매칭 알고리즘의 위치측위 성능을 분석하고 패턴매칭 알고리즘을 이용한 위치측위 시스템의 성능을 향상시키기 위해서 신호세기 예측 알고리즘을 이용하여 현재 구축이 되지 않은 지역의 데이터베이스를 구축하기 위한 알고리즘을 제안하였다. 제안하는 알고리즘으로 데이터베이스가 없는 지역의 신호세기를 예측하여 데이터베이스를 구축한 후 패턴매칭 알고리즘의 위치측위 성능을 분석하였다.
실내 위치 인식 기술은 Wi-Fi, Bluetooth Low Energy 등 여러 기술을 통해 시도되어 왔으며, 실내 위치 인식 시스템의 상용화가 급증하는 추세이다. 대표적인 실내 측위 시스템인 Wi-Fi 기반 실내 측위는 고출력으로 넓은 범위에 서비스를 제공해주지만, 각 AP 마다 파워 출력이 다르기 때문에 위치 인식 측면에서의 오차가 발생하고, Bluetooth Low Energy 기반 실내 측위는 10m Cell 내에서는 정확한 인식이 가능하지반, 10m 거리 밖 오차는 매우 크다. UWB(Ultra Wide Band)[1][2][3]는 저전력으로, 3.1~10.6GHz의 대역올 이용하여, Wi-Fi의 10배 이상의 속도로 데이터를 전달한다. 이때, 데이터 전달에 사용되는 전파신호는 레이더 신호와 유사한 특징을 가져 거리측정에 사용될 수 있으며, 실내 측위 시 15cm 이내의 정확도를 가진다. 본 논문에서는 UWB의 광대역을 이용한 핑거프린팅과 정밀 측위를 위한 TDoA 기법을 이용한 정밀 실내 측위 알고리즘을 제안한다.
USN(Ubiquitous Sensor Network)을 이용한 실내 위치 인식 기술은 주요한 연구 분야이며 산업에 미치는 영향이 매우 크다. 좁은 복도 환경에서는 삼변측위를 이용하지 않고 이변측위만 이용하더라도 Mobile Node의 위치 측정이 가능하다. 하지만 이변측위를 이용할 경우 Reference Node 사이의 간격이 멀어 질수록 Mobile Node의 위치 정보 수신율이 떨어져 Mobile Node의 위치를 표시할 수 없게 된다. 따라서 본 연구에서는 관성센서 및 초음파 센서를 이용하여 위치 정보의 수신이 이루어지지 않는 상황에서도 Mobile Node의 위치를 표시할 수 있게 구성하고 실험을 통하여 검증하였다.
측위 기술에 대한 연구는 활발히 진행되고 있으며, 측위 기술에 대한 정확도도 점점 증가하고 있는 추세이다. 또한 해당 기술을 활용한 응용분야들이 다양한 형태로 활용되고 있으며, 향후 또 다른 새로운 분야로도 점점 더 확대될 예정이다. 실외 측위는 GPS, 이동통신망 등을 통해 널리 지원되고 있고 오차 범위도 많이 줄어들고 있지만 무선망을 통한 실내 측위에 대해서는 무선의 여러 가지 제한사항으로 인해 오차 범위가 실외 측위에 비해 크게 나타나고 있다. 이에 본 논문에서는 802.11 WLAN 환경에서 활용될 수 있는 RSS-Map을 활용한 실내 측위 기술에 대해 제안한다. 본 연구는 기존의 실내 측위 모델보다 정확성을 가지고 있으며 실험평가를 통해 이동성을 가진 스테이션의 위치를 정확하게 확인할 수 있음을 보인다.
스마트 휴대 단말기의 보급으로 인해 다양한 휴대 단말용 서비스가 보급되고 있다. 대부분의 서비스는 휴대 단말기의 가장 큰 특징인 이동성을 이용하여 위치 정보와 결합된 서비스이다. 따라서 정확도 높은 측위 기술은 휴대 단말용 서비스에 매우 중요하다. 현재 실외에서는 GPS를 이용해 고정밀의 측위가 가능하지만 실내에서의 측위에는 GPS를 사용할 수 없기 때문에 또 다른 고정밀 측위 시스템이 필요하다. 현재 주로 연구 개발되고 있는 실내 측위 기술은 주로 네트워크 기반의 측위 기술로써 설치 장소 및 인프라 구축 비용 등의 문제를 가지고 있으며 일부 지역에는 신호가 잡히지 않는 음영 지역 또한 존재하므로 정확한 실내 측위를 할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 현재 휴대 단말에 기본적으로 탑재되어 있는 가속도 센서를 이용해 실내 측위를 하고 측위 오차를 QR코드를 이용해 보정하는 방안을 연구한다.
위치기반 서비스는 일상생활에서도 널리 이용되는 매우 편리한 서비스임으로 GPS 신호가 잡히지 않는 빌딩, 대형상가, 지하상가와 같은 건물 내부에서도 제공되어야 한다. 이처럼 건물 내부에서 제공되는 위치기반 서비스를 옥내 위치기반 서비스라 하는데, 옥내 위치기반 서비스 개발에 있어서 가장 중요한 기술은 옥내측위이다. 옥내측위 방법 중 가장 범용성이 있는 것은 무선근거리통신망의 공유기 신호를 이용하는 것이다. 한편, 근래에는 웹 서비스가 뛰어난 소프트웨어 재사용 기술로 판명되고 있다. 따라서 옥내측위가 웹 서비스로 프로그램 개발자에게 제공된다면 옥내 위치기반 서비스의 실용화를 크게 촉진할 것이다. 본 논문은 공유기 신호를 이용한 삼각측량 및 K-NN 옥내측위 서비스와 RFID를 이용한 옥내측위 서비스를 제공하는 웹 서비스 구현 사례를 소개한다.
위치기반 서비스(LBS : Local Based Service)는 단연 GPS가 그 중심이라 할 수 있다. 그러나 실외가 아닌 실내에서의 측위는 GPS신호가 도달할 수 없고, 또한 기존에 연구 중인 실내측위 기술들은 여러 가지 문제점을 갖고 있다. 따라서 다양한 서비스가 구현 가능한 ZigBee 기반의 USN내에서 기존의 다양한 센서들이 구동되면서 ZigBee 노드 간의 신호의 세기인 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 활용한 위치측위시스템을 구현한다. 또한 기존의 RSSI를 활용한 실내측위의 문제점들을 보완하기 위하여 신경회로망을 이용한 위측측위 알고리즘을 제안하여 보다 정확하고 안정적인 위치정보 시스템을 구현한다. 따라서 실내위치측위가 필요한 다양한 공공장소에 적합한 위치기반 서비스가 도입될 수 있는 가능성을 제시한다.
건물에 설치된 조명의 경우, 야간 통행자 및 광량이 부족한 곳을 위해 인체 감지센서를 이용하여 조명을 제어한다. 그러나 부적절한 센서 위치로 인한 오작동의 문제가 있으며, 대형 건물 통로의 경우 통행자 통과 후에도 장시간 조명기구가 점등되어 있는 문제점이 존재한다. 본 논문에서는 실내 위치 측위를 통해 상주자의 위치에 따라 조명을 제어하는 위치측위 기반 조명 제어 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 위치측위 기술 중 하나인 fingerprinting 기술을 이용, 스마트 디바이스를 통해 수집된 RSSI (Received Signal Strength Indicator) 데이터를 토대로 측위 된 영역에 해당하는 조명만을 점등함으로써 불필요하게 소비되는 소비전력을 감소시킨다. 4인의 상주자가 존재하는 환경에서 실험결과 개별 조명의 조도는 308 lux였으며, 기존 방식에 비해 49 Wh의 소비전력 절감 효과가 나타났음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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