KR20090036675A - 센서네트워크를 이용한 실내 이동체 위치추적 기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내에서 이동하는 물체나 사람의 위치추적 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 네트워크와 이동체에 붙어있는 인식표를 이용하여, 이동체의 위치를 추적하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 RFID리더기와 ZigBee모듈이 결합 되어있는 센서를 사용하며 이동체에는 RFID Tag가 부착된다.

센서네트워크가 구성되어있는 실내에서 이동체가 이동할 경우 여러 위치에 설치된 센서들이 이동체와의 거리를 측정하고 각 각의 거리데이터는 MCU로 무선 전송되어 실제 이동체의 위치를 계산한다.

계산된 결과는 모니터가 있는 단말기나 PC등으로 전송되어 실시간 위치추적을 가능하게 한다는 것에 특징이 있다.

위치추적, USN, RFID, ZigBee

Description

센서네트워크를 이용한 실내 이동체 위치추적 기술{Indoor Position Tracking for Moving objects using Ubiquitous Sensor Network}

본 발명은 실내에서 이동하는 물체나 사람의 위치추적 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 네트워크와 이동체에 붙어있는 인식표를 이용하여, 이동체의 위치를 추적하는 방법에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 위치추적기술은 GPS를 이용한 방법, 카메라를 이용한 영상처리기법, 초음파센서를 이용한 기법 등이 있으며, GPS를 이용한 방법이 가장 많이 사용되고 있다. 하지만 GPS를 이용한 방법은 실내에서는 사용할 수 없다는 단점을 가지며, 카메라를 이용한 위치 추적 방법은 데이터량과 연산량이 너무 많아서 실제 시스템을 구축하기에는 어려우며 초음파센서를 이용한 기법은 각 센서들 간의 간섭현상이 심하게 발생하므로 실시간 위치추적 기술에는 적합하지 않다.

이에 실내에서 이동체의 정확한 위치를 추적하기 위해서 높은 인식률을 보장하는 RFID를 사용하며, RFID에서 얻은 데이터를 처리하기 위한 MCU, 그리고 RFID와 MCU사이의 데이터를 무선으로 송수신하기 위해 ZigBee모듈을 이용한다.

GPS를 이용한 자동차의 목적지 안내, 물류의 이동경로 추적 등의 기술이 상용화되어있는 단계지만 실내나 터널 등 GPS신호가 수신되지 않는 지역에서는 위치추적이 불가능하다. 또 인공위성을 사용하기 때문에 수신된 위치정보는 실제 위치와 5m정도의 오차를 가진다 .

이에 본 발명은 실내에서의 위치추적문제와 오차범위 최소화를 해결하기 위해 발명된 것으로, 실내에 설치된 RFID리더기가 실내로 진입한 RFID Tag의 거리정보를 MCU로 전송하며, MCU는 전송받은 거리 정보를 이용해 위치를 파악한다. 이 시스템으로 실내에서 이동체의 상당히 정확한 위치인식방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 실내위치추적 기술을 기반으로 목적지인 건물 내부의 MAP정보를 제공하여 장애인이 특정장소에서 장애인 시설을 이용할 수 있는지 여부, 장애인시설의 위치안내 및 처음 가보는 건물 내부의 위치안내와 이동 경로안내 방법을 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 RFID Tag가 건물내부로 진입 시 Tag인식 단계와 RFID리더기에서 MCU로의 데이터 전송단계 그리고 MCU에서 이용자 단말이나 PC로의 데이터 전송단계로 진행하여 이용자 단말에 내장되어 있는 MAP정보에 MCU로부터 받은 위치 데이터를 MAPPING하여 위치를 인식하는 단말기위치인식단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 RFID Tag와 RFID리더기간에 송 수신되는 식별자 및 거리정보를 가지고 연산을 통해 현재위치를 파악하므로 실내에서 상당히 정확한 위치정보를 얻을 수 있으며, 저렴한 비용으로 시스템을 구성할 수 있는 장점을 가진다.또한 이미 완공된 건물에서도 설치가 가능하며, 향후 건물 내부의 MAP정보를 가지고 안내서비스를 시작하게 된다면 지금의 차량용 네비게이션과 같은 기능을 수행할 수 있을 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명한다. 도1에 도시된 바와 같이 실내위치추적 시스템은 RFID Tag가 내장되어있는 단말과 16Bit MCU, RFID와 ZigBee가 결합 되어있는 센서로 구성되어 있다.

이용자의 단말에는 목적지인 실내의 MAP정보가 다운로드 되어 있어야하며, 다운로드 되어 있지 않은 단말의 경우에는 인터넷을 통해 MAP정보를 다운로드 한다.

또한, 이용자 단말에는 고유 식별번호가 부여된 RFID Tag가 부착되어 있다.

건물 내부에는 RFID리더기와 ZigBee가 결합 된 센서가 도 1의 검은 동그라미와 같은 위치에 적절히 배치되어 있으며, 건물 내부에는 센서로부터 받은 데이터의 연산을 수행하는 MCU가 한 개 이상 설치되어 있다.

RFID리더기들은 10ms단위로 전파를 발신해 주위에 있거나 있을지도 모 르는 RFID Tag를 검지한다. 이때 RFID Tag가 부착된 단말을 가진 이용자가 건물에 진입하면 건물 내부에 배치되어 있는 RFID리더기가 Tag로부터 입력된 식별번호와 전파의 세기를 SCAN하게 된다.

이 경우 한 개의 RFID리더기에서만 Tag를 SCAN하는 것이 아니라 인접한 여러 개의 RFID리더기에서 데이터를 SCAN한다.

SCAN단계에서는 RFID Tag의 고유 식별번호와 각 RFID리더기 별 전파의 세기를 데이터로 가지고 있게 된다.

또한 도 2와 같이 여러 개의 RFID Tag가 같은 건물 내부에 밀집해 있는 경우에도 각 Tag들이 가지고 있는 고유 식별 번호들 때문에 동시에 여러 개의 이동체를 SCAN할 수 있다.

SCAN한 데이터들은 도 3과 같이 RFID와 연결된 ZigBee모듈을 통해서 무선으로 건물내부에 설치된 MCU에게 데이터를 전송하는 단계를 거친다.

MCU에 전송된 데이터들은 식별자 별로 저장되며, 인접한 RFID리더기에서 받은 데이터들이 같은 시간대별로 저장된다.

저장된 전파의 세기 데이터는 RFID리더기와 RFID Tag간의 거리를 의미하며, 인접한 RFID리더기에서 받은 데이터들과 비교하여 정확한 위치를 추정할 수 있다.

이를 위해 삼각측량법을 실시하며, RFID리더기의 위치는 삼각형으로 배치가 되어 있을수록 정확한 위치 값을 알아낼 수 있다.

삼각측량법이란 삼각형 모양 안에서 이동하는 물체의 위치를 추적할 수 있는 계산법이다.

실내에서 움직이는 이동체의 중심좌표를 P라 하면 P = [x, y, z]이며, 이동체를 사람이라 가정하면 사람의 왼발의 속도를 VL, 오른발의 속도를 VR로 나타내며, 양발 사이의 길이를 L이라고 한다.그러면 VL : VR = R-(L/2) : R+(L/2)가 되며, R = L/2(VR+VL/VR-VL)이 된다.

이동체가 임의의 A지점에서 임의의 B지점으로 이동한다면 도 4에 의거 회전반경과 이동거리, 회전각도 그리고 선형속도 및 회전속도 값을 얻을 수 있다.

도 4에 의거 얻어진 거리와 회전 반경 값을 가지고 시작점에서부터 이동한 거리를 계산해 이동체의 위치를 추적한다.

약 1초마다 새로운 연산을 수행해 오차를 수정하며, RFID리더기를 효과적으로 배치할수록 오차의 범위가 줄어들게 된다.

이러한 연산은 RFID리더기와 ZigBee가 결합 되어있는 센서로부터 데이터를 받은 16Bit MCU에서 이루어지며, MCU는 순차적으로 RFID리더기에서 송신되는 데이터를 받아서 처리한다.

MCU에서 연산 된 위치 데이터는 MCU메모리에 저장되어있는 건물 내부의 MAP정보와 MAPPING과정을 거친다.

건물 내부의 MAP정보와 연산 된 위치 데이터를 비교해 실제 건물 내부에서의 위치데이터를 얻어낸다.

만약 연산 된 데이터 값이 X = 8, Y = 10이라고 한다면, MAP에서 실제 그 좌표가 있는지 검색하고, 계산된 좌표가 없는 경우에는 그와 인접한 좌표를 위치데이터로 결정하도록 하는 MAPPING과정을 거친다.

위와 같은 방법으로 실제 위치 데이터가 나왔다면 그 데이터는 사용자의 단말에 전송하며, 이때 사용자 단말에서는 이미 저장된 MAP의 위치 정보가 넘어오므로, 전송받은 데이터와 일치하는 MAP상의 위치를 확인 시켜주기만 하면 된다.

또한, MAP정보를 사용자 단말에 저장하고 있기 때문에 건물 내에 장애인 용 시설이 구비되어 있는지의 여부와, 시설의 위치를 확인할 수 있으며, 처음 가보는 시설일지라도 원하는 목적지로의 이동경로 안내를 받을 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 방법이 적용되는 실내이동체위치인식시스템의 블록도.

도 2는 본 발명의 RFID 시스템 블록도.

도 3은 본 발명의 위치인식 센서 모듈 블록도.

도 4는 본 발명의 위치 계산식.

Claims (2)

1. RFID리더기에서 ZigBee모듈로 데이터를 전송하는 데이터 전환전송 단계와;

   전환된 거리 데이터를 16Bit MCU로 전송하는 무선전송단계와;

   상기 데이터들을 연산하여 정확한 위치 데이터를 찾는 연산단계와;

   연산 된 데이터를 건물 내부의 MAP과 MAPPING해서 찾은 실제 위치정보검색단계와;

   실제 위치정보를 사용자 단말로 무선 송신하여 이동체의 위치를 인식하게 하는 방법.
2. 사용자 단말에 저장되어 있는 MAP을 기반으로 이동 경로를 탐색하는 방법.

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