본 고에서 다루고자 하는 지능형 로봇 공간(intelligent robotic space)은 이동성(mobility), 조작성(manipulability)으로 대표되는 로봇의 독특한 기능을 분산센싱, 분산처리환경을 구축하여 고기능화함으로써 자연스러운 이동, 조작기능의 구현이 가능한 공간으로 정의할 수 있다. 이는 개념적으로 가상 공간(virtual space), 추론 공간(semantic space), 물리 공간(physical space)으로 구성된다. 가상 공간은 로봇-센서간 융합을 통한 환경지도 작성 및 표현을 위한 플랫폼 기술이고 추론 공간은 로봇 및 로봇과 연동된 사람이나 사물의 상태 해석을 위한 객체 모델 기술이다. 물리 공간은 지능형이동성과 로봇 조작 능력의 향상을 위한 지능형 하드웨어 공간이다. 본 고에서는 물리공간에서 가장 핵심적인 이슈인 실내 측위기술에 대해서 알아본다. 측위기술은 사람이나 사물의 위치를 정밀하게 결정하여 로봇이 인간과 공존할 수 있도록 안정적이고 신뢰성 있는 측위 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다. 지능형 로봇을 위한 측위기술은 크게 무선 센서네트워크 기반의 광역(coarse) 위치 결정과 RFID 및 로봇 비전(vision)을 기반으로 하는 정밀(fine) 위치 결정으로 나뉘어진다. 본 고에서는 Wi-Fi, ZigBee, UWB를 이용하는 무선 센서네트워크 기반의 실내 위치 측정에 관한 연구 개발 동향을 분석하고 각각의 기술이 가지는 장단점을 비교한다.
GPS만에 의한 위성측위는 city cannon 지형적 조건과 장애물에 의한 관측이 불가능한 경우가 발생한다. 한편 GLONASS 위성은 현재 가동 위성 수가 부족하여 자체적으로 정확한 측위능력이 없으나 GPS와 통합할 경우 GPS의 단점을 보완할 수 있다. 본 연구에서는 위성수신기를 이용하여 4가지(수신 가능한 위성 수, 원시 데이터의 정밀성, 기지점에 대한 편차, RTK측량의 편차) 분석 방법을 통해 GPS 단일측위와, GPS와 GLONASS의 통합측위에 대하여 분석하였다. 위성측위 실험의 결과 위성측위에 반드시 필요한 최소위성 4개만이 수신된 시간은 1개월에 단일측위 11시간이고 통합측위 4시간이 되었다. 위성의 원시 데이터의 정밀성에서는 단일측위보다 통합 측위의 표준편차가 0.08~l.8m 정도 좋은 값의 분포가 나타났다. GPS에 의한 좌표성과에서 3~11mm의 보다 높은 정확도를 나타냈다. RTK에서는 편차차가 N좌표에서는 GPS 단일측위가 E좌표에서는 GPS와 GLONASS 통합측위가 나은 값의 분포를 나타냈다. 하지만 모든 조건에서 통합측위가 우세한 것은 아니며, 그 역할에는 한계가 있다.
정보화 농업기술의 발전에 따라 효율적인 농작물의 관리와 농작업의 기계적 제어를 위하여 위치정보의 필요성이 점차 증가하고 있다. 1990년대 말부터 위치정보를 기반으로 한 정밀농업 기술의 확산에 따라 측위시스템을 탑재한 농작업기의 생산과 보급이 급속히 늘어나고 있다. 미국의 경우, 생산 콤바인의 70%가 GPS(Global Positioning System)를 장착하여 출하되고 있다. GPS의 경우 정밀도에 따라 수 십만 원에서 수천만 원에 이르기까지 가격의 편차가 매우 심하며 구미의 경우 약 1m이내의 측위 오차범위를 갖는 수백 만원 정도의 수신기를 농기계에 탑재하여 이온하고 있다. (중략)
최근 실내 측위의 기술이 발달함에 따라 기지국 측위, 와이파이 측위 및 블루투스 비콘 측위 기술이 건물 및 지하공간에 도입되어 운용되고 있다. 이는 시스템과 서비스를 제공하는 공급자 중심의 측위로 사용자의 동선기반에서 사용자가 직접 측위하는 방식인 렌티큘러 측위 기술을 도입하여, 사용자 중심의 초고정밀 측위가 가능한 기술을 소개한다. 렌티큘러 스티커를 활용한 커버리지 구현 방안 연구를 통해 렌티큘러 측위 기술의 가장 중요한 부분 중 하나인 렌티큘러 스티커의 커버리지 구현 방안에 대해 살펴보고, 사용자 관점의 짧은 측위 시간의 결과 값을 제시하고자 한다.
무선인터넷과 이동통신 기술의 발달 및 스마트폰의 급속한 확산으로 인해 사용자의 현재 및 과거의 위치 정보를 사용하여 다양한 부가정보를 제공하는 위치기반 서비스에 대한 관심이 급증하고 있다. 위치기반 서비스의 본격적인 활성화를 위해서는 정확한 측위가 기본이 된다. GPS (Global Positioning System)과 WPS (Wi-Fi Positioing System)가 상용화 되면서 측위 기술에 일대 혁신을 가져왔으나 실내환경에서 많은 제약을 가졌다. 이에 관성센서(IMU: Inertia Motion Unit)를 사용한 네비게이션 (Navigation)기술을 실내환경에서 응용하려는 시도가 정밀 측위의 관점에서 논의되고, 관성센서의 장착이 스마트폰에 일상화 되면서 실내 정밀 측위 확산의 시초를 갖게 되었다. 본 논문에서는 IMU와 WPS를 결합하여 각각의 단점을 극복하고 측위 품질을 혁신적으로 향상 시킬 수 있는 알고리즘 프레임워크를 제안한다. 본 연구를 위해 스마트폰에서 구현되는 측위 테스트 프로그램을 구현하고 이를 적용할 실질적인 실내외 테스트베드를 구성하여 활용하였으며 이로서 대규모로 확장 적용할 수 있는 기반을 구성했다는 면에서 충분한 의미를 지닌다.
휴대용 단말에 간편하게 구현 가능하도록 GPS의 코드의사거리 관측치 기반의 정밀단독측위(PPP; Precise Point Positioning) 알고리즘을 개발하고 그 성능을 검증하였다. PPP에 필요한 기본 모델로 그룹 딜레이, 상대성 효과, 위성안테나 위상중심오프셋 보정모델을 적용하였다. 위성 궤도와 시계오차는 IGS(International GNSS Service) 공식 산출물에 최적의 알고리즘을 통해 보간하고, 대류권과 전리층 오차는 각각 과학기술용 GPS 자료처리 소프트웨어로 산출한 참값과 GIM(Global Ionosphere Model)을 사상함수를 적용해 시선방향 오차로 변환해 적용하였다. 개발된 알고리즘을 4일간 테스트한 결과 수평오차는 0.8~1.6m, 수직오차는 1.6~2.2m 수준으로 나타났다. 이는 DGPS 측위결과와 유사한 성능으로 향후 PPP 알고리즘의 추가개선이 이루어질 경우 다양한 측량 및 위치기반서비스 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다.
자율 주행 기술이 발전함에 따라 주행 주변 환경을 인식하는 데 차량 위치의 정확성은 매우 중요하다. 측위의 정확도를 높이기 위해 정밀지도를 사용한 지도 정합 측위기술(map-matching localization)이 연구되고 있다. 기존의 지도 정합 기법은 지도에서 차선의 중심으로 표현된 데이터를 기반으로 차량 위치를 추정하기에 차선 내 측면 거리의 편차를 반영하지 않는다. 따라서 본 논문에서는 정밀한 측위를 제공하기 위해 영상처리를 통한 차선 검출 기법과 정밀지도의 차선 위치 정보를 이용한 기법을 제안한다. 영상 처리 기법으로 IPM(inverse perspective mapping)과 다중 차선 검출 기법, 중앙선 검출 기법을 통하여 차선 번호를 검출하고 차선 이탈 감지 방법으로 차선 중심으로부터 차량의 측면 거리를 추정한다. 최종적으로 영상처리로 검출한 차선 번호와 GNSS / INS의 위치를 기반으로 정밀지도에서 위치 링크정보를 추출하고 추출된 링크에 측면 거리를 반영하여 차선 내 차량의 위치를 추정한다. 제안된 방법의 성능을 평가하기 위하여 실제 도로에서 실험하였다. 제안하는 방법은 GNSS / INS와 비교 시 약 1.0m 정도 정확도가 개선되며, 기존의 차선레벨 맵매칭 방법과 비교 시 구간별로 약 0.04m ~ 0.21m(7~30%) 정확도가 개선됨을 확인하였다.
한국천문연구원이 개발한 iRTK(inverted Real Time Kinemtic) 시스템의 성능을 분석하고 개선방향에 대해 논의하였다. 제안하는 iRTK 시스템은 기존의 실시간 고정밀 측위기법인 RTK와 측위방법과 적용범위 면에서 유사하지만, 중앙에서 일괄적으로 사용자의 위치를 계산하고 유무선 인터넷을 이용하므로 통신범위에 제약을 받지 않는 장점이 있다. iRTK 시스템의 성능분석은 소요시간, 성공률, 정확도를 판단기준으로 하여 이루어졌으며 측정점에서는 중저가의 GPS 수신기를 사용하였다. 분석결과 기준점과의 기선거리 5km 이내에서 1-3m 수준의 측위정밀도를 얻을 수 있었으며, 측위성공률은 최적의 측정시간을 이용할 경우 약 90% 수준이었다. 이를 통해 iRTK 시스템의 적용가능 분야를 살펴보고 적용범위와 정밀도 개선을 위한 몇 가지 개선사항을 검토하였다. 이 중 VRS(Virtual Reference System)는 iRTK 시스템의 성능을 개선하고 단점을 보완할 수 있는 대안으로 검토되었으며, iRTK+VRS 시스템 구축의 가능성에 대해 논의하였다.
미지 정수가 올바로 결정된 GPS 반송파 위상을 사용하면 cm 수준의 높은 위치 정확도가 요구되는 정밀 측위를 수행할 수 있다. 제주도 도깨비 도로는 착시 현상으로 인해 육안으로는 올바른 경사도를 파악할 수 없다. 본 논문에서는 반송파 보정 위성 항법 시스템의 높은 위치 정확도를 이용하여 제주도 도깨비 도로의 정확한 경사도를 계산하기 위해 동적 측위 실험을 수행하였다. 반송파 보정 위성 항법 시스템을 사용하여 실험 데이터를 후처리한 결과, cm 수준의 정확도로 도깨비 도로 노면의 정확한 형태를 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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