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스마트폰 사용자를 위한 광역/고정밀 실내 위치인식 시스템 V2

전수책임자
조영수
참여자
김주영, 박상준, 신성웅, 전주일, 조영수, 조재일, 지명인
기술이전수
5
이전연도
2018
협약과제
14MC5500, 사용자 참여 기반의 측위 인프라 DB 자동 갱신 기술 개발, 조영수
15MC5500, 사용자 참여 기반의 측위 인프라 DB 자동 갱신 기술 개발, 조영수
16MS6300, 사용자 참여 기반의 측위 인프라 DB 자동 갱신 기술 개발, 조영수
본 기술은 측위 인프라 정보 수집 기술, 측위 인프라 DB 생성 기술, 비영상 기반 복합측위기술 및 측위 인프라 DB 자동갱신 기술을 포함한다.
- 최근 스마트폰의 보급 확대와 함께 내장된 Wi-Fi 칩셋과 가속도계, 자이로, 지자기계 등을 활용한 복합측위 기술 연구가 증가 추세임. 특히 GPS가 보편적인 절대 위치를 제공하는 실외 환경과 달리, 실내 환경에서는 표준화된 측위용 인프라가 존재하지 않으며, 현재까지는 이동통신사 및 측위솔루션 회사를 중심으로 기 설치된 Wi-Fi AP 등을 활용한 측위 기술을 가장 많이 사용하고 있음

- 일반적으로 기 설치된 Wi-Fi 기반 측위 기술의 경우 통상적으로 다음의 절차로 실내 위치 제공이 가능함

? 측위 인프라 정보 수집 기술 : 서비스를 제공하고자 하는 실내 영역 전체에서 동적으로 해당 수집위치와 측위 인프라 정보(Wi-Fi, BLE(Bluetooth Low Energy), 지자기, 기압 등)를 함께 수집하는 기술. 수집자의 이동 여부에 따라 정적 또는 동적 수집기술로 구별되며, 수집 정보는 온라인 또는 오프라인으로 수집 서버에 DB화 됨. 또한 사용자 참여 방식을 통해 해당 수집위치 없이 측위 인프라 정보를 수집하는 기술도 포함함

? 측위 인프라 DB 생성 기술 : 수집 정보를 기반으로 격자 또는 경로 기반으로 대표화된 위치의 측위 인프라 수집정보를 통계적으로 계산하여 위치 DB를 생성함. 각각의 인프라들을 적절히 가공하여 측위 DB를 생성함으로써 적용하는 측위 기술에서 요구하는 정보의 종류와 형식에 맞춰 다양하게 저장될 수 있음

? 비영상 기반 복합측위 기술 : 상기 위치DB를 이용하여 최종적으로 임의의 사용자 단말의 위치를 계산하는 기술임. Wi-Fi의 경우, Centroid, Weighted Centroid, Fingerprinting, Trilateration 등 다양한 측위 기술이 개발되으나 본 기술은 Bayesian Filter 기반의 통계적 복합측위 방식을 지원하여 불규칙한 사용자 움직임에 강인한 위치정보를 제공하고 있음

? 측위 인프라 DB 자동갱신 기술 : 측위 인프라의 환경변화가 있는 경우 대부분의 경우 재수집을 통해 갱신하고 있음

- 본 기술이전 세부기술들은 기존 기 설치된 Wi-Fi 기반 측위 기술 대비 다음의 차별성을 가짐

? 측위 인프라 정보 수집 기술 : 동적 수집 기술을 바탕으로 기존의 정적 수집 방식 대비 18배 이상 빠르게 서비스 지역의 측위 인프라 정보를 수집할 수 있고, Wi-Fi 뿐만 아니라 BLE, 지자계, 기압계 정보 등을 동시에 수집함으로써 수집비용을 크게 절감할 수 있음.

? 측위 인프라 DB 생성 기술 : 사전에 지정된 설정 값에 따라 수집 DB에 연동하여 데이터를 로딩/필터링하고 인프라 별로 추가적인 변환 및 가공작업을 거친 뒤 통계 수치를 기반으로 복합측위에 사용될 수 있는 측위 인프라 DB를 자동으로 생성함

? 비영상 기반 복합측위 기술 : Wi-Fi 뿐만 아니라 BLE, 지자기, 기압 등 다양한 측위자원을 통계적 필터를 활용하여 최적으로 결합함으로써, 불규칙한 사용자 이동 환경 등에도 측위 가용도와 정확도를 개선할 수 있음

? 측위 인프라 DB 갱신 기술 : 임의의 사용자로부터 Wi-Fi 측정값, 걸음 수, 회전각 등의 위치정보를 제외한 최소한의 정보를 수집하고, 서버에서 사용자의 이동경로를 정확하고 정밀하게 재구성하여 재수집 절차 없이 측위 인프라 DB를 갱신함
- 측위 인프라 정보 수집 기술은 상용 스마트폰에 기본 탑재되어 있는 센서만을 활용하여 수집자의 위치를 자동으로 인식하면서 주기적으로 Wi-Fi, BLE, 지자기, 기압 등의 측위 인프라 정보를 자동으로 수집함. 경로를 설정하여 걷기만 하면 자동으로 측위 인프라 정보를 수집위치와 매칭하여 저장하기 때문에 별도의 위치 태깅과 같은 번거로운 작업이 필요 없음. 또한 무엇보다 이렇게 정적이 아닌 동적 수집을 수행함으로써 서비스 지역의 측위 인프라 정보를 수집하는 데 걸리는 시간과 비용을 대폭 줄일 수 있음

- 측위 인프라 DB 생성 기술은 기 수집된 데이터를 활용하여 측위에 필요한 정보를 제공할 수 있도록 가공하는 기술로써 플랫폼 내 수집 DB에 자동으로 연동한 뒤 필터링을 거쳐 사전에 정해진 설정 값에 맞춰 측위 인프라 DB를 자동으로 생성함. 다양한 인프라를 사용하는 복합측위를 지원할 수 있도록 인프라 별 특성에 맞춘 추가적인 변환, 가공 작업을 수행하여 정확한 통계치를 산출할 수 있음. 이를 통해 정확한 측위를 위해 반드시 필요한 비영상 다중 인프라 측위 인프라 DB를 간편하고 빠르게 만들 수 있음

- 비영상 기반 복합측위 기술은 기존 Centroid, Weighted Centroid, Trilateration, Fingerprinting 등 Deterministic 알고리즘이 아닌 Stochastic 알고리즘을 특징으로 함. 따라서 다중 파티클들을 기반으로 한 Bayesian Filtering을 활용하여 실외 대비 내부 인테리어 및 보행자 움직임 등으로 인해 측위 불확실성이 큰 실내 환경에서 위치정보가 튀거나 발산하는 현상을 최소화하고 나아가 필터링에 의한 위치정보 smoothing 효과도 기대할 수 있음. 또한 Wi-Fi 뿐만 아니라 BLE, 지자기, 기압 등 다양한 측위자원을 최적 결합하기 때문에 위치정보사업자로 하여금 임의의 실내 환경에서 별도 측위장비 설치 없이 S/W만으로 실내 측위 제공을 가능하게 함

- 측위 인프라 DB 자동갱신 기술은 사용자 참여형 어플리케이션으로부터 무선통신 인프라(Wi-Fi, BLE 등)의 스캔 정보, 가속도계를 이용한 사용자 걸음 수 정보, 방향전환에 따른 자이로스코프 회전각 정보를 수집하여 해당 사용자의 이동경로를 재구성함. 이 때, 기계학습 알고리즘을 통해 데이터의 품질을 검증하고 선별된 고품질 사용자 참여형 데이터만을 이용하여 측위 인프라 DB 갱신에 활용함. 본 기술을 통해 기 구축된 측위 인프라 DB의 성능저하를 방지하고, 최신 측위 인프라 정보를 항상 유지할 수 있음
A. 기술명 : 측위 인프라 정보 수집 기술 V2
- 본 기술은 스마트폰에 내장된 센서 등을 활용해 수집자가 이동하면서 자동으로 측위 인프라 정보(Wi-Fi, BLE, 지자기, 기압 등)를 획득할 수 있게 하는 기술임
- 서비스 지역의 지도를 로딩하고 수집자가 지역 내 경로를 선택하여 이를 따라 이동할 때 자동으로 수집자의 위치를 추정하고 획득된 측위 인프라 정보를 매칭하여 저장한 뒤 플랫폼으로 전송하는 기능 등을 제공
- V2에서 항법 좌표계 기반 지자기 수집 기술 등이 신규 추가됨

B. 기술명 : 측위 인프라 DB 생성 기술 V2
- 본 기술은 수집된 다양한 측위 인프라 정보를 인프라 별로 적절히 변환 및 가공하여 통계 수치를 산출하고 이를 DB로 제공하는 기술로, 이를 통해 측위 시 필요한 정확한 측위 인프라 DB를 빠르고 간편하게 생성할 수 있음
- 플랫폼을 구성하는 사업자가 원하는 조건에 맞춰 수집 DB를 로딩하고 이를 필터링 한 뒤 적절한 형식의 DB를 자동으로 생성하는 기능을 제공

C. 기술명 : 비영상 기반 복합측위 기술 V2
- 본 기술은 Wi-Fi, BLE, 지자기, 기압 정보를 활용하여 단말의 방향 정보를 생성하고 이를 이용하여 비정상적인 단말 위치정보를 필터링하는 알고리즘임
- 측위 필터 설정 및 시뮬레이션 기능, 측위 로그 저장 기능, 각종 측위 알고리즘 및 지도 선택 기능 등을 제공
- V2에서 적응형 파티클 필터 기능, 항법 좌표계 기반 지자기 측위 기술 등이 신규 추가됨

D. 기술명 : 측위 인프라 DB 자동갱신 기술 V1
- 본 기술은 스마트폰 사용자로부터 Wi-Fi 및 센서 가공정보를 수집하여 해당 사용자의 이동경로를 재구성하고 이를 측위 인프라 DB 갱신에 활용하는 기술임
- 사용자로부터 필요한 정보를 획득하는 애플리케이션, 서버기반 사용자 이동경로 재구성 알고리즘, 데이터 품질 검증 알고리즘, 측위 DB 갱신 알고리즘 등을 제공
A. 기술명 : 측위 인프라 정보 수집 기술 V2
- 측위 인프라 정보 수집 기술 상세설계서
- 측위 인프라 정보 수집 기술 시험절차서/결과서
- 측위 인프라 정보 수집 기술 프로그램(소스코드)

B. 기술명 : 측위 인프라 DB 생성 기술 V2
- 측위 인프라 DB 생성 기술 상세설계서
- 측위 인프라 DB 생성 기술 시험절차서/결과서
- 측위 인프라 DB 생성 기술 프로그램(소스코드)

C. 기술명 : 비영상 기반 복합측위 기술 V2
- 비영상 기반 복합측위 기술 상세설계서
- 비영상 기반 복합측위 기술 시험절차서/결과서
- 비영상 기반 복합측위 기술 프로그램(소스코드)

D. 기술명 : 측위 인프라 DB 자동갱신 기술 V1
- 측위 인프라 DB 자동갱신 기술 상세설계서
- 측위 인프라 DB 자동갱신 기술 시험절차서/결과서
- 측위 인프라 DB 자동갱신 기술 프로그램(소스코드)
- 각 현장마다 측위 성능이 요구사항을 만족할 때까지 수집과 측위 시험을 반복하는 것은 기업 측면에서 개발 비용을 기하급수적으로 증가시키는 큰 문제임. 목표 제품을 통해 사전 수집 데이터를 활용하여 요구 측위정확도를 만족하는 측위 알고리즘 선택 등을 추측할 수 있다면 비용을 최소화하면서 각 현장 및 사업에 맞는 측위 솔루션 제공이 용이해짐

- 요구 측위 정확도는 해당 위치를 활용하는 서비스마다 다양하기 때문에 사업자 측면에서는 측위 정확도별 단말 측위 알고리즘의 포트폴리오 구성이 필요함. 왜냐하면 각 측위 알고리즘은 성능 및 구현환경에서 장단점이 존재하기 때문에 다양한 측위자원을 활용한 포트폴리오는 사업비용을 최소화하면서 최적의 측위 성능 제공을 가능하게 하기 때문임

- 예상 적용분야는 실내 위치정보 제공을 목적으로 하는 위치기반사업자의 실내 LBS 플랫폼의 고도화에 활용될 수 있음. 세부적으로 측위 인프라 정보 수집 기술은 플랫폼 구축을 위한 측위 환경 정보 수집 시 기존 기술 대비 빠른 수집을 가능하게 하여 저렴한 비용으로 측위 인프라 정보를 획득할 수 있음. 측위 인프라 DB 생성 기술은 실내 측위 플랫폼 구축과 서비스 제공에 필수적인 정확한 측위 인프라 DB를 간편하고 빠르게 제공할 수 있음. 또한 비영상 기반 복합측위기술은 실내 내비게이션 서비스 등에서 기존 측위 알고리즘 대비 강건하고 정확한 위치정보를 제공할 수 있음