KR20100102000A - 진동센서를 이용한 위치추적 시스템 및 그 방법 - Google Patents

진동센서를 이용한 위치추적 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 위치추적시스템(Real-Time Location System)에서 추적대상단말기의 위치를 보다 정확하게 추정하는 것이 가능한 진동센서를 이용한 위치추적시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은 추적 대상물의 진동에 따른 이동신호와 위치가 고정된 각 송수신기로부터 수신된 신호를 통해 수신신호세기를 측정하여 위치 정보를 출력하는 추적대상단말기와, 상기 각 송수신기에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산하여 상기 추적대상단말기의 위치를 추정하고, 상기 추적대상단말기의 이동신호를 보폭신호로 변환하여 이동속도를 획득한 후 상기 추정된 위치에 상기에서 획득된 이동속도를 보상하여 최적의 위치를 추정하는 RTLS 서버;를 구비한다.
RTLS, 위치, 추적, 진동센서, 삼각측량법

Description

진동센서를 이용한 위치추적 시스템 및 그 방법{LOCATION ESTIMATION SYSTEM USING A VIBRATION SENSOR AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 실시간 위치추적시스템(Real-Time Location System)에서 추적대상단말기의 위치를 보다 정확하게 추정하는 것이 가능한 진동센서를 이용한 위치추적시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
실시간 위치추적시스템(RTLS; Real Time Location System)이란 실시간 위치 추적 기술로 공사 현장, 놀이공원, 병원 등의 한정된 공간에서 사람 또는 장비의 위치 추적기술로, 신호세기를 이용한 삼각측량법 또는 TDOA(Time Difference of Arrival) 방식 등을 주로 사용하여 위치를 추적하는 기술이다.
여기서, 실시간 위치추적시스템(RTLS)은 무선 랜(Wireless LAN)이나 RFID 기술을 활용하여 주로 활용되고 있으며, 사용하는 방법에 따라 많은 분야에서 활용 가능하다.
일반적으로, RTLS는 각 사물에 추적대상단말기, 예를 들어 RFID(Radio Frequency Identification) 태그가 부착되며, RTLS 송수신기 예를 들어 RFID 리더는 상기 RTLS 추적대상단말기가 부착된 사물의 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식하여, 해당 정보를 수집, 저장, 가공, 추적함으로써 사물에 대한 측위 서비스를 제공하게 된다. 여기서, RTLS 송수신기는 추적대상단말기의 위치를 파악하기 위해, 추적대상단말기의 전파 수신에 따른 신호의 세기와 신호 도착시각 및 신호 수신 방향을 포함하는 위치 정보를 이용하여 RTLS 추적대상단말기의 위치를 인식한다.
도 1은 기존의 신호세기(Received Signal Strength)를 이용한 위치추적 시스템을 나타낸 도면으로서, 추적대상단말기(1), 다수의 송수신기(3) 및 RTLS 서버(5)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 추적대상단말기(1)는 위치가 고정된 각 송수신기(3)로부터 신호를 획득하고 수신된 신호의 세기를 측정한 후 측정된 각 송수신기(3)의 신호 세기 정보를 무선 출력한다.
다수의 송수신기(3)는 미리 설정된 주기로 세기측정용 신호를 추적대상단말기(1) 측으로 출력함과 아울러 특정 추적대상단말기(1)로부터 신호 세기 정보가 수신되면 RTLS 서버(5)로 전송 및 중계하게 된다.
RTLS 서버(5)는 추적대상단말기(1)로부터 전송된 각 송수신기에 대한 수신신호 세기 정보를 거리 정보로 환산하고, 상기 거리 정보를 이용한 삼각측량법을 통해 추적대상단말기(1)의 상대적 위치를 계산하게 된다.
이와 같은 종래 기술은 추적대상단말기가 실제로 이동하고 있는지 또는 고정되어 있는지를 알 수 있는 방법은 무선신호의 변화를 보고 판단할 수밖에 없다. 이 에 따라 무선환경의 특성상 추적 대상물이 고정되어 있을지라도 외부 요인(장애물)과 무선환경(시변 특성)의 다변화로 인해 항상 움직이는 대상물로 인식되는 문제가 있었다.
이에 따라 추적대상단말기에 관성센서(자이로, 가속도 센서 등)를 이용한 위치 추적 시스템도 고려해 볼 수 있으나, 이는 방대한 계산량 때문에 고가의 고전력의 CPU를 사용하여야 하고, 센서 고유의 오차로 인한 에러 누적의 문제로 고정밀의 고가의 센서를 사용하여야 한다는 부담이 발생되게 된다.
본 발명은 실시간 위치추적시스템(Real-Time Location System)에서 추적대상단말기에 진동센서를 내장하여 추적 대상물에 대한 이동속도를 보상함으로써, 추적 대상물에 대한 위치추정의 정확도를 보다 더 향상시킬 수 있는 진동센서를 이용한 위치추적 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 추적 대상물의 진동에 따른 이동신호와 위치가 고정된 각 송수신기로부터 수신된 신호를 통해 수신신호세기를 측정하여 위치 정보를 출력하는 추적대상단말기; 미리 설정된 주기로 세기측정용 신호를 추적대상단말기 측으로 출력함과 아울러 상기 추적대상단말기로부터 수신된 이동신호 및 수신신호세기를 포함한 위치 정보를 RTLS 서버로 전송하는 다수의 송수신기; 및 상기 특정 송수신기로부터 수신된 각 송수신기에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산하여 상기 추적대상단말기의 위치를 추정하고, 상기 추적대상단말기의 이동신호를 보폭신호로 변환하여 이동속도를 획득한 후 상기 추정된 위치에 상기에서 획득된 이동속도를 보상하여 최적의 위치를 추정하는 RTLS 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 추적대상단말기는, 추적 대상물의 움직임에 따라 소정의 진동신호를 발생하는 진동센서; 다수의 송수신기와 근거리 무선통신을 수행하는 근거리무선통신부; 상기 근거리무선통신부를 통해 수신된 각 송수신기의 수신신호의 세기를 측정하는 신호세기측정부와, 상기 진동센서를 통해 입력된 진동신호의 펄스수를 카운트하여 이동신호를 획득하는 이동신호생성부, 및 상기에서 얻어진 각 송수신기의 수신신호의 세기와 이동신호 및 자신의 ID를 포함한 위치 정보를 생성하여 근거리무선통신부를 통해 송출하는 위치정보전송부를 구비한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이동신호는 입력된 진동신호의 펄스수를 카운트한 펄스 카운트 값이거나 또는 상기 진동신호의 펄스폭 또는 펄스수를 진폭으로 변환한 보폭관련 진폭신호인 것을 특징으로 한다.
상기 추적대상단말기는 무선 랜(Wireless LAN), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), UWB(Ultra Wide Band) 또는 WiFi 중 어느 하나의 통신 방식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 RTLS 서버는, 상기 송수신기로부터 수신된 각 송수신기에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산한 후 삼각측량법을 통해 추적대상단말기의 위치를 추정하는 위치추정부; 상기 송수신기로부터 수신된 추적대상단말기의 이동신호를 보폭신호로 변환하고 변환된 보폭신호를 통해 이동속도를 획득하는 이동속도계산부; 및 상기 위치추정부에 의해 추정된 위치에 상기 이동속도계산부에서 획득된 이동속도를 보상하여 상기 추적대상단말기의 최적의 위치를 추정하는 위치보상추정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 추적대상단말기는 각 송수신기에서 주기적으로 송신되는 신호를 수신하고, 수신된 신호의 세기를 측정하여 저장하는 단계; 상기 추적대상단말기의 진동센서를 통해 진동신호를 획득하고, 획득된 진동신호의 펄스수를 이용하여 추적대상물의 보폭관련 이동신호를 생성하는 단계; 상기 추적대상단말기는 상기에서 측정한 수신기별 수신신호세기와 이동신호 및 자신의 ID를 포함한 위치 정보를 생성하여 소정의 송수신기를 통해 RTLS 서버로 전송하는 단계; 상기 RTLS 서버는 수신된 각 송수신기에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산한 후 소정의 위치추정알고리즘에 따라 추적대상단말기의 위치를 추정하는 단계; 상기 RTLS 서버는 수신된 추적대상단말기의 이동신호를 보폭신호로 변환한 후 변환된 보폭신호를 이용하여 추적대상단말기의 이동속도를 획득하는 단계; 및 상기 RTLS 서버는 상기에서 추정된 위치에 상기에서 획득된 이동속도를 적용 보상하여 추적대상단말기의 최적의 위치를 보정 추정하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 실시간 위치추적시스템(Real-Time Location System)에서 추적대상단말기에 진동센서를 내장함에 따라 수신신호의 세기에 의한 거리 추정뿐만 아니라 추적 대상물에 대한 이동속도를 보상하여 추정함으로써, 추적 대상물에 대한 위치 추정을 보다 정확하게 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 저가의 저전력의 진동센서를 사용하여 추적 대상물의 이동속도를 보상함으로써, 경제적인 비용으로 우수한 효과를 달성할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 진동센서를 이용한 위치추적 시스템을 나타낸 도면으로서, 추적대상단말기(10)와 다수의 송수신기(21~23) 및 RTLS 서버(30)를 포함하여 이루어져 있다.
추적대상단말기(10)는 위치가 고정된 각 송수신기(21~23)로부터 수신신호를 획득하여 수신신호세기를 측정한 후 측정된 각 송수신기(21~23)의 수신신호세기와 추적 대상물의 움직임(진동)에 따른 이동신호를 각각 생성하여 RTLS 서버(30) 측으로 송출한다. 상기 추적대상단말기(10)는 추적 대상물에 설치된 것으로, 무선 랜(Wireless LAN), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), UWB(Ultra Wide Band) 또는 WiFi와 같은 근거리무선통신 방식을 기반으로 한 무선단말기이다.
상기 추적대상단말기(10)는 도 3과 같이, 진동센서(11)와 근거리무선통신부(13) 및 제어부(15)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 진동센서(11)는 추적 대상물의 움직임에 따라 소정의 진동신호를 발생하도록 구성되어 있다. 여기서 진동센서(11)는 수동(passive) 소자로 저전력 및 저가이므로 전력소모와 경제적인 측면에서 유리하다.
근거리무선통신부(13)는 다수의 송수신기(21~23)와 근거리 무선통신을 수행하도록 구성되어 있다.
그리고, 제어부(15)는 신호세기측정부(16)와 이동신호생성부(17) 및 위치정보전송부(18)를 포함하여 구성되어 있다. 즉, 제어부(15)는, 상기 근거리무선통신부(13)를 통해 수신된 각 송수신기(21~23)의 수신신호의 세기를 측정하는 신호세기측정부(16)와, 상기 진동센서(11)를 통해 입력된 진동신호의 펄스수를 카운트하여 이동신호를 획득하는 이동신호생성부(17), 및 상기에서 얻어진 각 송수신기(21~23)의 수신신호세기와 이동신호 및 자신의 ID를 포함한 위치 정보를 생성하여 근거리무선통신부(13)를 통해 송출하는 위치정보전송부(18)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 이동신호생성부(17)에서 생성되는 이동신호는 입력된 진동신호의 펄스수를 카운트한 펄스 카운트 값이거나 또는 진동신호의 주파수이거나 또는 진동신호의 펄스폭 또는 펄스수를 진폭으로 변환한 보폭관련 진폭신호일 수도 있다.
물론, 추적대상단말기(10)는 자신의 ID와 각종 동작 프로그램, 수신기별 수신신호세기 및 이동신호가 저장되는 메모리(19)를 더 포함할 수 있다.
한편, 다수의 송수신기(21~23)는 미리 설정된 주기로 세기측정용 신호를 추적대상단말기(10) 측으로 출력함과 아울러 상기 추적대상단말기(10)로부터 이동신호 및 수신신호세기를 포함한 위치 정보가 수신되면 RTLS 서버(30)로 전송 및 중계하게 된다.
RTLS 서버(30)는 특정 송수신기(21, 22 또는 23)로부터 상기 추적대상단말기(10)의 이동신호와 수신신호세기를 포함한 위치 정보가 수신되면, 각 송수신기(21~23)에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산한 후 소정의 위치추정알고리즘을 통해 추적대상단말기(10)의 위치를 추정하고, 상기 추적대상단말기(10)의 이동신호를 소정의 보폭추정알고리즘을 이용하여 보폭신호로 변환한 후 변환된 보폭신호를 이용하여 이동속도를 획득함과 아울러 추정된 위치에 상기에서 획득된 이동속도를 보상하여 최적의 위치를 추정하도록 구성되어 있다.
즉, RTLS 서버(30)는, 송수신기(21,22 또는 23)로부터 수신된 각 송수신기(21~23)에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산한 후 소정의 위치추정알고리즘인 삼각측량법을 통해 추적대상단말기(10)의 위치를 추정하는 위치추정부(31)와, 상기 송수신기로부터 수신된 추적대상단말기(10)의 이동신호를 소정의 보폭추정알고리즘을 이용하여 보폭신호로 변환한 후 변환된 보폭신호를 이용하여 추적대상단말기(10)의 이동속도를 획득하는 이동속도계산부(33), 및 상기 위치추정부(31)에 의해 추정된 위치에 상기 이동속도계산부(33)에서 획득된 이동속도를 소정의 보정알고리즘을 이용하여 적용 보상하여 추적대상단말기(10)의 최적의 위치를 추정하는 위치보상추정부(35)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 위치보상추정부(35)의 보정알고리즘으로는 동적인 표적을 주시하는데 오차 효과를 줄이기 위하여 보다 나은 표적 위치를 추정하기 위한 칼만 필터(Kalman filter)나 수학적 기법을 이용해 확률 분포 자체를 계산해 내는 파티클 필터가 이용될 수 있다.
이와 같이 구성된 위치추적 시스템의 제반 동작 과정을 도 4의 플로우챠트를 이용하여 살펴보면 아래와 같다.
먼저, 추적대상단말기(10)는 각 송수신기(21~23)에서 주기적으로 송신되는 신호를 수신하고, 수신된 신호의 세기를 신호세기측정부(16)를 통해 측정한 후 측정된 수신신호세기를 수신기별로 일시 저장하게 된다(S1).
이어, 추적대상단말기(10)의 이동신호생성부(17)는 도 5와 같이 진동센서(11)를 통해 펄스폭과 펄스수가 가변되는 진동신호를 획득하고, 획득된 진동신호의 펄스수를 이용하여 추적대상물의 보폭관련 이동신호를 생성하여 일시 저장하게 된다(S2). 여기서, 이동신호는 입력된 진동신호의 펄스수를 카운트한 펄스 카운트 값이거나 또는 진동신호의 주파수이거나 또는 진동신호의 펄스폭 또는 펄스수를 진폭으로 변환한 보폭관련 진폭 값일 수도 있다.
이어, 추적대상단말기(10)의 위치정보전송부(18)는 상기에서 측정한 수신기별 수신신호세기와 이동신호 및 자신의 ID를 포함한 위치 정보를 생성하여 근거리무선통신부(13)를 통해 출력하게 되고, 출력된 위치 정보는 소정의 송수신기(21~23)를 통해 RTLS 서버(30)로 전송되게 된다(S3).
한편, RTLS 서버(30)의 위치추정부(31)는 상기 송수신기(21, 22 또는 23)로 부터 수신된 각 송수신기(21~23)에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산한 후 일반적인 위치추정알고리즘인 삼각측량법을 통해 추적대상단말기(10)의 위치를 추정하게 된다(S4).
또한, RTLS 서버(30)의 이동속도계산부(33)는 상기 송수신기(21~23)로부터 수신된 추적대상단말기(10)의 이동신호를 도 5와 같이 소정의 보폭추정알고리즘을 이용하여 보폭신호로 변환한 후 변환된 보폭신호를 이용하여 추적 대상물의 이동속도를 획득하게 된다(S5).
이어, RTLS 서버(30)의 위치보상추정부(35)는 칼만 필터 또는 파티클 필터와 같은 보정알고리즘을 통해 상기 위치추정부(31)에서 추정된 위치에 상기 이동속도계산부(33)에서 획득된 이동속도를 적용 보상하여 추적대상단말기(10)의 최적의 위치를 보정 추정하게 된다(S6).
이와 같이 본 발명에서는 진동센서를 이용하여 추적 대상물의 위치를 추정함으로써, 추적 대상물이 이동 중에 있거나 이동 중에 일시 정지하였을 때 발생될 수 있는 위치에러를 줄일 수 있다.
상기의 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 수정 및 부가가 가능할 것이다. 그러므로, 이러한 수정, 변경 및 부가는 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 기존의 수신신호세기를 이용한 위치추적 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 진동센서를 이용한 위치추적 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 추적대상단말기의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 위치 추적 과정을 나타낸 플로우챠트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 진동신호의 처리 예를 나타낸 파형도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 추적대상단말기 11: 진동센서
13: 근거리무선통신부 15: 제어부
16: 신호세기측정부 17: 이동신호생성부
18: 위치정보전송부 21~23: 송수신기
30: RTLS 서버 31: 위치추정부
33: 이동속도계산부 35: 위치보상추정부

Claims (6)

  1. 추적 대상물의 진동에 따른 이동신호와 위치가 고정된 각 송수신기로부터 수신된 신호를 통해 수신신호세기를 측정하여 위치 정보를 출력하는 추적대상단말기;
    미리 설정된 주기로 세기측정용 신호를 추적대상단말기 측으로 출력함과 아울러 상기 추적대상단말기로부터 수신된 이동신호 및 수신신호세기를 포함한 위치 정보를 RTLS 서버로 전송하는 다수의 송수신기; 및
    상기 특정 송수신기로부터 수신된 각 송수신기에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산하여 상기 추적대상단말기의 위치를 추정하고, 상기 추적대상단말기의 이동신호를 보폭신호로 변환하여 이동속도를 획득한 후 상기 추정된 위치에 상기에서 획득된 이동속도를 보상하여 최적의 위치를 추정하는 RTLS 서버;를 포함하는 진동센서를 이용한 위치추적 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추적대상단말기는, 추적 대상물의 움직임에 따라 소정의 진동신호를 발생하는 진동센서; 다수의 송수신기와 근거리 무선통신을 수행하는 근거리무선통신부; 상기 근거리무선통신부를 통해 수신된 각 송수신기의 수신신호의 세기를 측정하는 신호세기측정부와, 상기 진동센서를 통해 입력된 진동신호의 펄스수를 카운트하여 이동신호를 획득하는 이동신호생성부, 및 상기에서 얻어진 각 송수신기의 수 신신호의 세기와 이동신호 및 자신의 ID를 포함한 위치 정보를 생성하여 근거리무선통신부를 통해 송출하는 위치정보전송부를 구비한 제어부;를 포함하는 진동센서를 이용한 위치추적 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동신호는 입력된 진동신호의 펄스수를 카운트한 펄스 카운트 값이거나 또는 상기 진동신호의 펄스폭 또는 펄스수를 진폭으로 변환한 보폭관련 진폭신호인 것을 특징으로 하는 진동센서를 이용한 위치추적 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 추적대상단말기는 무선 랜(Wireless LAN), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), UWB(Ultra Wide Band) 또는 WiFi 중 어느 하나의 통신 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 진동센서를 이용한 위치추적 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 RTLS 서버는, 상기 송수신기로부터 수신된 각 송수신기에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산한 후 삼각측량법을 통해 추적대상단말기의 위치를 추정 하는 위치추정부; 상기 송수신기로부터 수신된 추적대상단말기의 이동신호를 보폭신호로 변환하고 변환된 보폭신호를 통해 이동속도를 획득하는 이동속도계산부; 및 상기 위치추정부에 의해 추정된 위치에 상기 이동속도계산부에서 획득된 이동속도를 보상하여 상기 추적대상단말기의 최적의 위치를 추정하는 위치보상추정부;를 포함하는 진동센서를 이용한 위치추적 시스템.
  6. 추적대상단말기는 각 송수신기에서 주기적으로 송신되는 신호를 수신하고, 수신된 신호의 세기를 측정하여 저장하는 단계;
    상기 추적대상단말기의 진동센서를 통해 진동신호를 획득하고, 획득된 진동신호의 펄스수를 이용하여 추적대상물의 보폭관련 이동신호를 생성하는 단계;
    상기 추적대상단말기는 상기에서 측정한 수신기별 수신신호세기와 이동신호 및 자신의 ID를 포함한 위치 정보를 생성하여 소정의 송수신기를 통해 RTLS 서버로 전송하는 단계;
    상기 RTLS 서버는 수신된 각 송수신기에 대한 수신신호세기를 거리 정보로 환산한 후 소정의 위치추정알고리즘에 따라 추적대상단말기의 위치를 추정하는 단계;
    상기 RTLS 서버는 수신된 추적대상단말기의 이동신호를 보폭신호로 변환한 후 변환된 보폭신호를 이용하여 추적대상단말기의 이동속도를 획득하는 단계; 및
    상기 RTLS 서버는 상기에서 추정된 위치에 상기에서 획득된 이동속도를 적용 보상하여 추적대상단말기의 최적의 위치를 보정 추정하는 단계;를 수행하는 진동센서를 이용한 위치추적 방법.
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