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KR102679597B1 - Indoor positioning system and method to minimize positioning error - Google Patents

Indoor positioning system and method to minimize positioning error Download PDF

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KR102679597B1
KR102679597B1 KR1020210093645A KR20210093645A KR102679597B1 KR 102679597 B1 KR102679597 B1 KR 102679597B1 KR 1020210093645 A KR1020210093645 A KR 1020210093645A KR 20210093645 A KR20210093645 A KR 20210093645A KR 102679597 B1 KR102679597 B1 KR 102679597B1
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user
location
terminal
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bluetooth
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김하주
서유경
김주하
원유재
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충남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은, 블루투스 신호를 송수신하는 복수개의 비콘; 다른 단말기 또는 상기 복수개의 비콘과 블루투스 신호를 송수신하는 사용자 단말기; 상기 사용자 단말기가 상기 복수개의 비콘 중 적어도 3개의 비콘으로부터 수신한 블루투스 신호와 삼변측량을 이용하여 사용자의 현재 위치를 측정하는 사용자 위치측정부; 및 상기 사용자 위치측정부가 측정한 사용자의 위치를 주변의 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 이용하여 보정하는 사용자 위치보정부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.The present invention includes a plurality of beacons that transmit and receive Bluetooth signals; A user terminal that transmits and receives Bluetooth signals with another terminal or the plurality of beacons; a user location measurement unit that measures the current location of the user using trilateration and Bluetooth signals received by the user terminal from at least three of the plurality of beacons; and a user location correction unit that corrects the user's location measured by the user location measurement unit using a Bluetooth signal received from another nearby terminal.

Description

위치측위 오차를 최소화하기 위한 실내위치측정시스템 및 방법{INDOOR POSITIONING SYSTEM AND METHOD TO MINIMIZE POSITIONING ERROR}Indoor positioning system and method to minimize positioning error {INDOOR POSITIONING SYSTEM AND METHOD TO MINIMIZE POSITIONING ERROR}

본 발명은 실내위치측정시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 블루투스 패킷정보를 이용하여 위치측위 오차를 최소화하기 위한 실내위치측정시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an indoor positioning system and method, and particularly to an indoor positioning system and method for minimizing positioning errors using Bluetooth packet information.

스마트폰이 보편적으로 보급되어 상용화되면서 GPS를 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 기술이 많이 이용되고 있다. 해당 기술을 통해 다양한 시스템 및 기능들이 사용되고 있다. 특히, 모바일 생태계에서는 GPS를 이용하여 사용자의 위치를 파악하여 다양한 정보를 제공하는 등 사용자의 위치 정보는 매우 중요하다. As smartphones become widely distributed and commercialized, technology that uses GPS to determine the user's location is being widely used. Various systems and functions are being used through this technology. In particular, in the mobile ecosystem, the user's location information is very important, as GPS is used to determine the user's location and provide various information.

GPS란 세 개 이상이 GPS 위성에서 송신된 신호를 수신하여 위성과 수신기의위치를 결정하는 방법으로서 초기에는 군용 목적으로 개발되었으나 현재는 군용 목적 외에도 민간 목적으로도 널리 사용되고 있다. 한편, GPS를 통해 사용자의 위치를 파악할 수 있으나 GPS를 통해 얻을 수 있는 위치 정보는 한계가 있다. 그 한계는 사용자의 세부 위치를 확인할 수 없다는 것이다. 사용자가 빌딩과 같은 특정 건물에 위치할 경우 건물 자체의 위치 정보는 알 수 있으나 건물에서의 세부 위치는 알 수 없다. 또한, 지하에서는 GPS 신호 수신이 원활하지 않아 지하에서 사용하기에 어려움이 많다.GPS is a method of determining the positions of satellites and receivers by receiving signals transmitted from three or more GPS satellites. It was initially developed for military purposes, but is now widely used for civilian purposes as well as military purposes. Meanwhile, the user's location can be determined through GPS, but the location information that can be obtained through GPS is limited. The limitation is that the user's detailed location cannot be confirmed. When a user is located in a specific building, such as a building, the location information of the building itself can be known, but the detailed location in the building cannot be known. In addition, GPS signal reception is not smooth underground, making it difficult to use underground.

이러한 어려움을 해결하기 위해 비콘과 저전력 블루투스를 이용하여 기존의 GPS를 통해서는 알 수 없었던 자세한 정보를 알 수 있으며 이를 이용하여 다양한 시스템을 구현할 수 있다.To solve these difficulties, beacons and low-energy Bluetooth can be used to obtain detailed information that could not be obtained through existing GPS, and various systems can be implemented using this.

비콘을 이용하여 사용자 단말기의 실내위치를 알아내기 위해서는 사용자 주변에 위치가 고정된 3개 이상의 비콘이 있어야 하며, 비콘들의 위치와 신호 세기 정보로 사용자와의 거리를 알아내고 이를 삼변측량하여 위치를 알아내는 것이 일반적인 방법이다. 이때 다양한 무선 환경에서의 신호 세기의 부정확성으로 인하여 m 단위의 정밀 위치 측정이 필요한 산업 분야에 적용이 어려운 단점을 가지고 있다.In order to find the indoor location of a user's terminal using a beacon, there must be three or more beacons with fixed positions around the user. The distance to the user is determined using the location and signal strength information of the beacons, and the location is determined by triangulation. Paying is a common method. At this time, due to the inaccuracy of signal strength in various wireless environments, it has the disadvantage of being difficult to apply to industrial fields that require precise position measurement in meters.

이와 관련, 한국특허공개공보 제10-2017-0091811호는 블루투스 비콘의 RSSI와 보행자 패턴의 가중치를 이용한 실내 위치 측위 방법을 개시한다. 상기의 선행특허는 사용자의 모바일 장치가 복수의 비콘의 신호를 수신하여 모바일 장치의 위치를 대략적으로 측정하고 보행자의 패턴을 분석하여 확률적인 가중치를 부여하여 상세한 위치를 보장하여 단말기의 위치를 파악한다. In this regard, Korean Patent Publication No. 10-2017-0091811 discloses an indoor location determination method using the RSSI of a Bluetooth beacon and the weight of the pedestrian pattern. In the above prior patent, the user's mobile device receives signals from a plurality of beacons, roughly measures the location of the mobile device, analyzes pedestrian patterns, assigns probabilistic weights, and ensures a detailed location to determine the location of the terminal. .

전술한 바와 같이, 실내에서 복수의 비콘을 이용하여 사용자의 위치를 측정하는 선행문헌은 다수 제안되고 있다. 다만, 블루투스 신호는 기기 주변의 장애물, 날씨, 습도와 같은 주변 환경에 굉장히 민감하고, 비콘을 이용하여 삼각측량한 사용자의 위치는 오차가 크다는 부분에서는 한계점이 있다. 따라서, 위와 같은 한계점을 해결하는 실내위치측정시스템 및 방법이 요구되고 있다. As described above, a number of prior documents have proposed measuring the user's location indoors using a plurality of beacons. However, Bluetooth signals are very sensitive to the surrounding environment, such as obstacles around the device, weather, and humidity, and the user's location triangulated using beacons has a limitation in that the error is large. Therefore, there is a need for an indoor position measurement system and method that solves the above limitations.

한국특허공개공보 제10-2017-0091811호Korean Patent Publication No. 10-2017-0091811

본 발명은 실내위치측정시스템 및 방법에 있어서, 블루투스 신호와 삼각측량을 이용하여 측정한 사용자의 1차적인 위치의 오차를 보정하여 위치측위 오차를 최소화하는 실내위치측정시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to provide an indoor positioning system and method that minimizes positioning errors by correcting errors in the user's primary position measured using Bluetooth signals and triangulation. Do it as

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 블루투스 신호를 송수신하는 복수개의 비콘; 다른 단말기 또는 상기 복수개의 비콘과 블루투스 신호를 송수신하는 사용자 단말기; 상기 사용자 단말기가 상기 복수개의 비콘 중 적어도 3개의 비콘으로부터 수신한 블루투스 신호와 삼변측량을 이용하여 사용자의 현재 위치를 측정하는 사용자 위치측정부; 및 상기 사용자 위치측정부가 측정한 사용자의 위치를 주변의 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 이용하여 보정하는 사용자 위치보정부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a plurality of beacons for transmitting and receiving Bluetooth signals; A user terminal that transmits and receives Bluetooth signals with another terminal or the plurality of beacons; a user location measurement unit that measures the current location of the user using trilateration and Bluetooth signals received by the user terminal from at least three of the plurality of beacons; and a user location correction unit that corrects the user's location measured by the user location measurement unit using a Bluetooth signal received from another nearby terminal.

바람직하게, 상기 사용자 위치측정부가 수신한 블루투스 신호를 칼만 필터로 보정하는 비콘 신호보정부를 더 포함할 수 있다.Preferably, the user location measurement unit may further include a beacon signal correction unit that corrects the received Bluetooth signal using a Kalman filter.

바람직하게, 상기 사용자 위치보정부가 수신한 블루투스 신호를 스플라인 곡선을 이용하여 보정하는 단말기 신호보정부를 더 포함할 수 있다. Preferably, the user location correction unit may further include a terminal signal correction unit that corrects the received Bluetooth signal using a spline curve.

바람직하게, 상기 복수개의 비콘 또는 상기 사용자 단말기가 송수신하는 블루투스 신호는 저전력 블루투스(BLE)일 수 있다.Preferably, the Bluetooth signals transmitted and received by the plurality of beacons or the user terminal may be Bluetooth Low Energy (BLE).

또한 본 발명은, 사용자 단말기가 복수개의 비콘 중 적어도 3개의 비콘으로부터 블루투스 신호를 수신하는 수신단계; 상기 블루투스 신호와 삼변측량을 이용하여 사용자의 현재 위치를 측정하는 사용자 위치측정단계; 및 상기 사용자 위치측정단계에서 측정한 사용자의 위치를 주변의 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 이용하여 보정하는 사용자 위치보정단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.In addition, the present invention includes a receiving step of a user terminal receiving a Bluetooth signal from at least three beacons among a plurality of beacons; A user location measurement step of measuring the user's current location using the Bluetooth signal and trilateration; And another feature includes a user location correction step of correcting the user's location measured in the user location measurement step using a Bluetooth signal received from another nearby terminal.

본 발명에 따르면, 사용자 위치보정부가 다른 단말기의 블루투스 신호를 이용하여 비콘의 블루투스 신호와 삼변측량을 이용하여 측정한 사용자의 1차적인 위치의 오차를 보정할 수 있다는 이점이 있다. According to the present invention, there is an advantage that the user location correction unit can use the Bluetooth signal of another terminal to correct the error in the user's primary location measured using the Bluetooth signal of the beacon and trilateration.

또한 본 발명은, 비콘이 송출한 블루투스 신호를 비콘 신호보정부로 보정하고, 다른 단말기의 블루투스 신호를 단말기 신호보정부로 보정하여 사용자 위치의 오차를 최소화할 수 있다는 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of minimizing the error in the user's location by correcting the Bluetooth signal transmitted from the beacon with the beacon signal correction unit and correcting the Bluetooth signal of another terminal with the terminal signal correction unit.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내위치측정시스템의 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 위치측정부가 비콘과 사용자 단말기 사이의 거리를 일정한 비율로 변경하면서 같은 시간 동안 비콘과 사용자 단말기 사이의 거리를 측정한 값을 나타낸다.
도 3은 2X2 구간에서 사용자 단말기의 위치측정에 관한 실시예로서, 도 3의 (a)는 사용자 단말기를 왼쪽 상관에 놓고 측정한 결과를 나타내고, 도 3의 (b)는 사용자 단말기를 왼쪽 하단에 놓고 측정한 결과를 나타낸다.
도 4은 3X3 구간에서 사용자 단말기의 위치측정에 관한 실시예로서, 도 4의 (a)는 사용자 단말기를 왼쪽 상단에 놓고 측정한 결과를 나타내고, 도 4의 (b)는 사용자 단말기를 왼쪽 하단에 놓고 측정한 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스플라인 보간법 다차원 방정식의 예를 나타낸다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 실내위치측정시스템에서 사용자의 위치를 추적하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
Figure 1 shows a configuration diagram of an indoor position measurement system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the value measured by the user location measurement unit according to an embodiment of the present invention for the distance between the beacon and the user terminal during the same time while changing the distance between the beacon and the user terminal at a constant rate.
Figure 3 is an example of measuring the position of a user terminal in a 2 Shows the measured results.
Figure 4 is an example of measuring the position of a user terminal in a 3 Shows the measured results.
Figure 5 shows an example of a spline interpolation multidimensional equation according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a flowchart of a method for tracking a user's location in an indoor location measurement system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the exemplary embodiments. The same reference numerals in each drawing indicate members that perform substantially the same function.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The purpose and effect of the present invention can be naturally understood or become clearer through the following description, and the purpose and effect of the present invention are not limited to the following description. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known techniques related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내위치측정시스템(1)의 구성도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 실내위치측정시스템(1)은 복수개의 비콘(100), 사용자 단말기(200), 사용자 위치측정부(300), 비콘 신호보정부(400), 사용자 위치보정부(500), 단말기 신호보정부(600), 및 DB(700)를 포함할 수 있다.Figure 1 shows a configuration diagram of an indoor position measurement system 1 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the indoor position measurement system 1 includes a plurality of beacons 100, a user terminal 200, a user location measurement unit 300, a beacon signal correction unit 400, and a user location correction unit 500. , may include a terminal signal correction unit 600, and DB 700.

실내위치측정시스템(1)은 복수개의 비콘(100)을 이용하여 사용자 단말기(200)를 소지한 사용자의 실내위치를 알아낼 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 사용자의 세부 위치를 측정하고 이를 이용하기 위해 비콘과 저전력 불루투스(BLE)를 이용할 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 특정 건물 내부의 공간에 부착되어있는 비콘을 이용하여 사용자의 대략적인 위치를 파악할 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 사용자 단말기(200)와 다른 단말기 간의 블루투스 신호를 통해 대략적인 위치를 보완하여 좀 더 세밀한 사용자의 위치를 측정할 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 사용자 단말기(200)에 설치된 어플리케이션을 통해 사용될 수 있다. The indoor location measurement system 1 can use a plurality of beacons 100 to determine the indoor location of a user holding the user terminal 200. The indoor location measurement system (1) can use beacons and low-power Bluetooth (BLE) to measure and utilize the user's detailed location. The indoor positioning system 1 can determine the user's approximate location using a beacon attached to a space inside a specific building. The indoor location measurement system 1 can measure a more detailed user's location by supplementing the approximate location through a Bluetooth signal between the user terminal 200 and another terminal. The indoor positioning system 1 can be used through an application installed on the user terminal 200.

복수개의 비콘(100)은 블루투스 신호를 송수신할 수 있다. 복수개의 비콘(100)은 페어링이 필요 없이 최대 50m까지 소량의 패킷을 주기적으로 보낼 수 있다. 복수개의 비콘(100)이 송출한 신호를 사용자 단말기(200)에서 수신할 수 있다. 복수개의 비콘(100)은 실내의 특정 위치에 고정되어있을 수 있다. 복수개의 비콘(100)은 각 비콘이 부착된 특정 사물을 UUID(Universally Unique IDentifier) 값으로 구분할 수 있다. 복수개의 비콘(100)은 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 이용하여 별도의 페어링 절차 없이 사용자 단말기(200)를 소지한 개인에게 신호를 전달할 수 있다. A plurality of beacons 100 can transmit and receive Bluetooth signals. A plurality of beacons 100 can periodically send small packets up to 50 m without the need for pairing. Signals transmitted by a plurality of beacons 100 can be received by the user terminal 200. A plurality of beacons 100 may be fixed to a specific location indoors. The plurality of beacons 100 can distinguish specific objects to which each beacon is attached by a UUID (Universally Unique IDentifier) value. A plurality of beacons 100 can transmit signals to an individual holding the user terminal 200 without a separate pairing procedure using RSSI (Received Signal Strength Indicator).

복수개의 비콘(100)은 저전력 블루투스(BLE)를 송수신할 수 있다. 복수개의 비콘(100)은 저전력 블루투스(BLE)를 사용하여 기존 블루투스의 단점이었던 전력 소비를 보완할 수 있다. 복수개의 비콘(100)은 각각의 ID와 RSSI를 블루투스 신호와 함께 송신할 수 있다. A plurality of beacons 100 can transmit and receive Bluetooth Low Energy (BLE). The plurality of beacons 100 can use Bluetooth Low Energy (BLE) to compensate for power consumption, which was a drawback of existing Bluetooth. A plurality of beacons 100 may transmit each ID and RSSI together with a Bluetooth signal.

사용자 단말기(200)는 다른 단말기 또는 복수개의 비콘(100)과 블루투스 신호를 송수신할 수 있다. 사용자 단말기(200)는 저전력 블루투스(BLE)를 송수신할 수 있다. 사용자 단말기(200)는 블루투스 4.0 이상이 탑재될 수 있다. 사용자 단말기(200)는 저전력 블루투스(BLE)를 사용하여 기존 블루투스의 단점이었던 많은 전력 소비를 보완할 수 있다. 사용자 단말기(200)에는 실내위치측정시스템(1)을 실행시킬 수 있는 어플리케이션이 설치될 수 있다. The user terminal 200 can transmit and receive Bluetooth signals with another terminal or a plurality of beacons 100. The user terminal 200 can transmit and receive Bluetooth Low Energy (BLE). The user terminal 200 may be equipped with Bluetooth 4.0 or higher. The user terminal 200 can use Bluetooth Low Energy (BLE) to compensate for the high power consumption, which was a disadvantage of existing Bluetooth. An application that can run the indoor position measurement system 1 may be installed on the user terminal 200.

DB(700)에는 사용자 위치측정부(300)가 측정한 사용자의 현재 위치가 저장될 수 있다. DB(700)에는 사용자 위치보정부(500)가 측정한 다른 단말기와의 상대적 거리 정보가 저장될 수 있다. The user's current location measured by the user location measurement unit 300 may be stored in the DB 700. The DB 700 may store information on the relative distance to other terminals measured by the user location correction unit 500.

사용자 위치측정부(300)는 사용자 단말기가 복수개의 비콘(100) 중 적어도 3개의 비콘으로부터 수신한 블루투스 신호와 삼변측량을 이용하여 사용자의 현재 위치를 측정할 수 있다. 사용자 위치측정부(300)는 블루투스 신호에 포함된 비콘의 ID와 RSSI신호의 크기로부터 각 비콘과 사용자 단말기(200) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 사용자 위치측정부(300)는 측정한 각 비콘과 사용자 단말기(200) 사이의 거리를 삼변측량하여 사용자 단말기(200)의 위치를 측정할 수 있다. The user location measurement unit 300 may measure the user's current location using trilateration and Bluetooth signals received by the user terminal from at least three beacons among the plurality of beacons 100. The user location measuring unit 300 can measure the distance between each beacon and the user terminal 200 from the size of the beacon ID and RSSI signal included in the Bluetooth signal. The user location measurement unit 300 may measure the location of the user terminal 200 by trilaterating the distance between each measured beacon and the user terminal 200.

사용자 위치측정부(300)가 이용하는 삼변측량은 삼각측량과 마찬가지로 삼각형 기하학을 사용하여 물체의 상대 위치를 구하는 방법이다. 사용자 위치측정부(300)가 이용하는 삼변측량은 하나의 변의 길이와 양 끝의 두 각을 이용하는 삼각측량과는 달리 목표의 위치를 알기 위해서 두 개 이상의 기준점과 물체와 각 기준점과의 거리를 이용한다. 사용자 위치측정부(300)에서 삼변측량만으로 2차원 면에서의 상대위치를 정확하고 유일하게 결정하기 위해서는 최소한 3개의 기준점이 필요하다. Trilateration used by the user location measuring unit 300 is a method of obtaining the relative position of an object using triangular geometry, similar to triangulation. Unlike triangulation that uses the length of one side and two angles at both ends, the trilateration used by the user location measuring unit 300 uses two or more reference points and the distance between the object and each reference point to determine the location of the target. In order for the user position measurement unit 300 to accurately and uniquely determine the relative position in a two-dimensional plane using only trilateration, at least three reference points are required.

사용자 위치측정부(300)의 비콘과의 거리측정 원리는 다음과 같다. 사용자 위치측정부(300)는 비콘이 Tx-Power(Transmission Power)만큼 반경 내로 블루투스 신호를 전 방위적으로 송출한 신호 송출 범위 내로 사용자 단말기(200)가 들어오면 비콘이 송출한 블루투스 신호의 RSSI를 이용하여 거리로 환산할 수 있다. 사용자 위치측정부(300)가 거리측정 과정에서 산출한 RSSI의 단위인 dBm 값은 mW 단위의 전력을 dB 스케일로 나타낸 단위며, 이 값이 0에 가까워질수록 신호가 강해지고 음수 값이 커질수록 신호가 약해진다. The principle of measuring the distance to the beacon of the user location measurement unit 300 is as follows. When the user terminal 200 enters the signal transmission range in which the beacon transmits the Bluetooth signal omnidirectionally within a radius equal to the Tx-Power (Transmission Power), the user location measuring unit 300 determines the RSSI of the Bluetooth signal transmitted by the beacon. It can be converted to distance using The dBm value, which is a unit of RSSI calculated by the user location measurement unit 300 during the distance measurement process, is a unit representing power in mW on a dB scale. As this value approaches 0, the signal becomes stronger, and as the negative value becomes larger, the signal becomes stronger. The signal becomes weaker.

[수학식 1][Equation 1]

RSSI =(-10nlog(d))+TxPowerRSSI =(-10nlog(d))+TxPower

[수학식 2][Equation 2]

d=10(TxPower-RSSI)/(10*n) d=10 (TxPower-RSSI)/(10*n)

사용자 위치측정부(300)가 거리측정 과정에서 산출한 RSSI는 보드에서 나타내어질 때 [수학식 1]의 과정을 거친 dBm 값으로 표현이 된다. 사용자 위치측정부(300)는 dBm 값을 [수학식 2]에 적용해 연산하여 거리(m)로 표현할 수 있다. 사용자 위치측정부(300)의 거리측정 수식인 [수학식 1]과 [수학식2]에서 n은 전파손실을 의미하며, Tx Power는 송신전력레벨을 나타낸다. When the RSSI calculated by the user location measurement unit 300 during the distance measurement process is displayed on the board, it is expressed as a dBm value through the process of [Equation 1]. The user location measurement unit 300 can calculate the dBm value by applying [Equation 2] and express it as a distance (m). In [Equation 1] and [Equation 2], which are the distance measurement formulas of the user location measurement unit 300, n refers to radio wave loss, and Tx Power represents the transmission power level.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 위치측정부(300)가 비콘과 사용자 단말기(200) 사이의 거리를 일정한 비율로 변경하면서 같은 시간 동안 비콘과 사용자 단말기(200) 사이의 거리를 측정한 값을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 사용자 위치측정부(300)는 비콘과 사용자 단말기(200) 사이의 거리가 2m인 경우 오차가 1m 이내로 비교적 안정적으로 측정할 수 있으나, 거리가 증가할수록 심한 노이즈가 포함되어 측정될 수 있다. Figure 2 shows the user location measuring unit 300 according to an embodiment of the present invention measuring the distance between the beacon and the user terminal 200 during the same time while changing the distance between the beacon and the user terminal 200 at a constant rate. Indicates the value. Referring to Figure 2, the user location measurement unit 300 can measure relatively stably with an error of less than 1m when the distance between the beacon and the user terminal 200 is 2m, but as the distance increases, severe noise is included in the measurement. It can be.

도 3은 2X2 구간에서 사용자 단말기의 위치 측정에 관한 실시예로서, 도 3의 (a)는 사용자 단말기를 왼쪽 상관에 놓고 측정한 결과를 나타내고, 도 3의 (b)는 사용자 단말기를 왼쪽 하단에 놓고 측정한 결과를 나타낸다.Figure 3 is an example of measuring the position of a user terminal in a 2 Shows the measured results.

도 3의 (a)와 (b)를 참조하면, 사용자 위치측정부(300)는 사용자 단말기(200)를 왼쪽 상단과 하단에 놓고 측정한 경우 모두 85% 이상의 확률로 실제 위치하는 구간에 있는 것으로 측정될 수 있다.Referring to Figures 3 (a) and (b), the user location measuring unit 300 is found to be in the actual location section with a probability of 85% or more when measuring with the user terminal 200 positioned at the upper and lower left sides. It can be measured.

도 4은 3X3 구간에서 사용자 단말기의 위치 측정에 관한 실시예로서, 도 4의 (a)는 사용자 단말기를 왼쪽 상관에 놓고 측정한 결과를 나타내고, 도 4의 (b)는 사용자 단말기를 왼쪽 하단에 놓고 측정한 결과를 나타낸다.Figure 4 is an example of measuring the position of a user terminal in a 3 Shows the measured results.

도 4의 (a)를 참조하면, 사용자 위치측정부(300)는 사용자 단말기(200)를 왼쪽 상단에 놓고 측정한 경우 70.1%의 확률로 실제 위치하는 구간에 있는 것으로 측정될 수 있다. 도 4의 (b)를 참조하면, 사용자 위치측정부(300)는 사용자 단말기(200)를 왼쪽 하단에 놓고 측정한 경우 8%의 확률로 실제 위치하는 구간에 있는 것으로 측정될 수 있다. Referring to (a) of FIG. 4, the user location measurement unit 300 can be measured to be in the actual location section with a 70.1% probability when measured with the user terminal 200 placed at the upper left. Referring to (b) of FIG. 4, the user location measurement unit 300 can be measured to be in the actual location section with an 8% probability when measured with the user terminal 200 placed at the bottom left.

본 실시예에 따르면, 사용자 위치측정부(300)는 비콘과 사용자 단말기(200) 사이의 거리 또는 측정하고자 하는 구간의 크기에 따라 사용자 단말기(200)의 위치측정에 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 사용자 위치측정부(300)는 보정된 신호로 사용자의 위치를 측정할 필요가 있다.According to this embodiment, the user location measuring unit 300 may generate an error in measuring the location of the user terminal 200 depending on the distance between the beacon and the user terminal 200 or the size of the section to be measured. Therefore, the user location measurement unit 300 needs to measure the user's location using a corrected signal.

비콘 신호보정부(400)는 사용자 위치측정부(300)가 수신한 블루투스 신호를 칼만 필터로 보정할 수 있다. 비콘 신호보정부(400)는 잡음이 포함되어 있는 선형 역학계의 상태를 추적하는 재귀 필터인 칼만필터를 이용할 수 있다. 비콘 신호보정부(400)는 블루투스 신호가 주변의 장애물, 날씨, 또는 습도와 같은 주변 환경에 따라 발생한 오차를 칼만필터로 보정할 수 있다. 비콘 신호보정부(400)는 보정한 신호를 사용자 위치측정부(300)에 제공할 수 있고, 사용자 위치측정부(300)는 이를 이용하여 위치측정의 오차를 줄일 수 있다.The beacon signal correction unit 400 can correct the Bluetooth signal received by the user location measurement unit 300 using a Kalman filter. The beacon signal correction unit 400 can use a Kalman filter, a recursive filter that tracks the state of a linear dynamical system containing noise. The beacon signal correction unit 400 can correct errors caused by the Bluetooth signal due to the surrounding environment, such as surrounding obstacles, weather, or humidity, using a Kalman filter. The beacon signal correction unit 400 can provide the corrected signal to the user location measurement unit 300, and the user location measurement unit 300 can use it to reduce errors in location measurement.

사용자 위치보정부(500)는 사용자 위치측정부(300)가 측정한 사용자의 위치를 주변의 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 이용하여 보정할 수 있다. 사용자 위치보정부(500)는 사용자 단말기(200)와 다른 단말기 간의 블루투스 신호를 이용하여 사용자 단말기(200)와 다른 단말기 사이의 상대적 위치를 측정할 수 있다. 사용자 위치보정부(500)는 다른 단말기와의 상대적 위치의 추정값을 통해 자신의 위치와 같은 공간의 다른 단말기의 위치를 측정할 수 있다. The user location correction unit 500 may correct the user's location measured by the user location measurement unit 300 using a Bluetooth signal received from another nearby terminal. The user location correction unit 500 may measure the relative position between the user terminal 200 and the other terminal using a Bluetooth signal between the user terminal 200 and the other terminal. The user location correction unit 500 can measure its own location and the location of another terminal in the same space through an estimate of the relative location with the other terminal.

사용자 위치보정부(500)는 비콘과 다른 단말기 사이의 거리와 삼각측량을 이용하여 측정된 다른 단말기의 위치와 사용자 단말기(200)와 다른 단말기 사이의 상대적 거리를 이용하여 사용자 위치측정부(300)가 측정한 사용자 단말기(200)의 위치를 보정할 수 있다. 사용자 위치보정부(500)는 복수개의 비콘(100) 및 다른 단말기 사이 거리 측정값으로 다변측량을 진행하여 위치를 보정할 수 있다. 사용자 위치보정부(500)는 단말기 간의 블루투스 신호는 비콘 신호와 비교하여 노이즈가 적어 신뢰도가 높으므로 사용자 위치측정부(300)에서 측정된 사용자의 위치를 효과적으로 보정할 수 있다. The user location correction unit 500 uses the distance between the beacon and another terminal, the location of the other terminal measured using triangulation, and the relative distance between the user terminal 200 and the other terminal to determine the user location measurement unit 300. The measured position of the user terminal 200 can be corrected. The user location correction unit 500 may correct the location by performing multilateration measurement using distance measurements between the plurality of beacons 100 and other terminals. The user location correction unit 500 can effectively correct the user's location measured by the user location measurement unit 300 because the Bluetooth signal between terminals has less noise and is more reliable than a beacon signal.

[표 1][Table 1]

[표 1]은 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 단말기 사이의 거리를 일정한 비율로 정하고 일정 시간 동안 사용자 위치보정부(500)가 측정한 각 단말기의 칼만 필터링된 RSSI 평균값과 [수학식 2]를 이용하여 계산한 거리를 나타낸다(Tx power은 -20, n=2로 고정). [표 1]을 참조하면, 사용자 위치보정부(500)는 수신자와 송신자를 고정할 경우 실제 거리가 늘어날 때마다 RSSI 평균값이 작아진다. 사용자 위치보정부(500)는 수신자와 송신자가 변경될 때는 같은 거리라도 RSSI 평균값과 [수학식 2]로 계산한 거리가 실제 값과 차이가 나게 측정할 수 있다. [Table 1] shows the Kalman filtered RSSI average value of each terminal measured by the user location correction unit 500 for a certain period of time with the distance between two terminals according to an embodiment of the present invention set at a constant ratio and [Equation 2] Indicates the distance calculated using (Tx power is fixed at -20, n=2). Referring to [Table 1], when the user location correction unit 500 fixes the receiver and the sender, the average RSSI value decreases as the actual distance increases. When the receiver and sender change, the user location correction unit 500 can measure the RSSI average value and the distance calculated using [Equation 2] to be different from the actual value even at the same distance.

[표 2][Table 2]

[표 2]는 3개의 단말기의 블루투스 신호를 수집하여 사용자 위치보정부(500)가 측정한 각 단말기 사이의 RSSI 평균값을 나타낸다. 사용자 위치보정부(500)는 같은 거리라도 수신자가 같고 송신자가 다를 경우 RSSI 평균값을 다르게 측정할 수 있다. 사용자 위치보정부(500)는 같은 거리라도 송신자가 같고 수신자가 다른 경우 RSSI 평균값을 다르게 측정할 수 있다. [Table 2] shows the average RSSI value between each terminal measured by the user location correction unit 500 by collecting Bluetooth signals from three terminals. The user location correction unit 500 can measure the average RSSI value differently when the receiver is the same and the sender is different even at the same distance. The user location correction unit 500 can measure the average RSSI value differently when the sender is the same and the receiver is different even at the same distance.

본 실시예에 따르면, 사용자 위치보정부(500)는 단말기 간 거리를 구할 때 실제 거리와의 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 사용자 위치보정부(500)는 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 보정할 필요가 있다. According to this embodiment, when the user location correction unit 500 calculates the distance between terminals, an error with the actual distance may occur. Therefore, the user location correction unit 500 needs to correct the Bluetooth signal received from another terminal.

단말기 신호보정부(600)는 사용자 위치보정부(500)가 수신한 블루투스 신호를 스플라인 곡선을 이용하여 보정할 수 있다. 단말기 신호보정부(600)는 스플라인 보간법으로 수신자와 송신자 쌍마다 RSSI 값에 따른 실제 거리 데이터를 이용하여 다차원 방정식을 생성할 수 있다. 단말기 신호보정부(600)는 생성한 다차원 방정식으로 이용하여 스플라인 곡선을 생성할 수 있다. 단말기 신호보정부(600)는 스플라인 곡선을 통해서 사용자 위치보정부(500)가 측정한 사용자 단말기(200)와 다른 단말기 사이의 거리의 오차를 줄일 수 있다. The terminal signal correction unit 600 may correct the Bluetooth signal received by the user location correction unit 500 using a spline curve. The terminal signal correction unit 600 can generate a multidimensional equation using the actual distance data according to the RSSI value for each pair of receiver and sender using spline interpolation. The terminal signal correction unit 600 can generate a spline curve using the generated multidimensional equation. The terminal signal correction unit 600 can reduce the error in the distance between the user terminal 200 and other terminals measured by the user position correction unit 500 through the spline curve.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스플라인 보간법 다차원 방정식의 예를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 단말기 신호보정부(600)는 사전에 측정된 3m, 5m, 7m 거리별 RSSI 값을 이용하여 스플라인 보간법으로 생성한 다차원 방정식의 스플라인 곡선으로 사용자 위치보정부(500)가 수신한 블루투스 신호를 보정할 수 있다.Figure 5 shows an example of a spline interpolation multidimensional equation according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the terminal signal correction unit 600 receives a spline curve of a multidimensional equation generated by spline interpolation using RSSI values for each distance of 3m, 5m, and 7m measured in advance. A Bluetooth signal can be corrected.

[표 3][Table 3]

[표 3]은 스플라인 곡선을 이용하여 보정을 적용하기 전 실제 거리 별 RSSI 값과 보정 후 계산된 RSSI 값을 타나낸다. [표 3]을 참조하면, 스플라인 곡선을 이용하여 보정한 경우 오차가 상당히 개선됨을 확인할 수 있다.[Table 3] shows the RSSI value for each distance before applying correction using a spline curve and the RSSI value calculated after correction. Referring to [Table 3], it can be seen that the error is significantly improved when corrected using a spline curve.

단말기 신호보정부(600)는 보정한 신호를 사용자 위치보정부(500)에 제공할 수 있고, 사용자 위치보정부(500)는 이를 이용하여 거리측정의 오차를 줄일 수 있다. The terminal signal correction unit 600 can provide the corrected signal to the user location correction unit 500, and the user location correction unit 500 can use this to reduce errors in distance measurement.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 실내위치측정시스템(1)에서 사용자의 위치를 추적하는 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 실내위치측정시스템(1)은 사용자 단말기(200)의 어플리케이션을 통해 DB(700)에 연결될 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 사용자 위치측정부(300)가 실시간으로 측정한 사용자 단말기(200)와 복수개의 비콘(100)과의 거리를 DB(700)에 저장할 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 사용자 위치측정부(300)를 통해 DB(700)에 저장된 사용자 단말기(200)와 복수개의 비콘(100)과의 거리를 삼각측량하여 1차적인 사용자의 현재 위치를 측정할 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 사용자 위치보정부(500)가 실시간으로 측정한 사용자 단말기(200)와 다른 단말기 사이의 거리를 DB(700)에 저장할 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 1차적인 사용자의 현재 위치와 사용자 단말기(200)와 다른 단말기 사이의 상대적 거리를 비교하여 사용자의 위치를 조정하여 위치를 변환할 수 있다. 실내위치측정시스템(1)은 조정하여 변환된, 즉 보정된 사용자의 위치를 DB(700)에 저장할 수 있다. Figure 6 shows a flowchart of a method for tracking a user's location in the indoor location measurement system 1 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the indoor position measurement system 1 can be connected to the DB 700 through an application on the user terminal 200. The indoor location measurement system 1 can store the distance between the user terminal 200 and the plurality of beacons 100 measured in real time by the user location measurement unit 300 in the DB 700. The indoor location measurement system 1 triangulates the distance between the user terminal 200 and the plurality of beacons 100 stored in the DB 700 through the user location measurement unit 300 to determine the current location of the primary user. It can be measured. The indoor position measurement system 1 can store the distance between the user terminal 200 and other terminals measured in real time by the user position correction unit 500 in the DB 700. The indoor location measurement system 1 can convert the location by adjusting the user's location by comparing the current location of the primary user and the relative distance between the user terminal 200 and other terminals. The indoor position measurement system 1 may store the adjusted and converted, that is, corrected, user's location in the DB 700.

본 발명의 다른 실시예로, 실내위치측정방법은 수신단계, 사용자 위치측정단계, 비콘 신호보정단계, 사용자 위치보정단계, 및 단말기 신호보정단계를 포함할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the indoor location measurement method may include a reception step, a user location measurement step, a beacon signal correction step, a user location correction step, and a terminal signal correction step.

수신단계는 사용자 단말기가 복수개의 비콘 중 적어도 3개의 비콘으로부터 블루투스 신호를 수신할 수 있다. In the receiving step, the user terminal may receive a Bluetooth signal from at least three beacons among a plurality of beacons.

사용자 위치측정단계는 블루투스 신호와 삼변측량을 이용하여 사용자의 현재 위치를 측정할 수 있다. 사용자 위치측정단계는 전술한 사용자 위치측정부에서 수행되는 동작을 의미한다. The user location measurement step can measure the user's current location using Bluetooth signals and trilateration. The user location measurement step refers to the operation performed by the user location measurement unit described above.

비콘 신호보정단계는 수신단계에서 수신한 블루투스 신호를 칼만 필터로 보정할 수 있다. 비콘 신호보정단계는 전술한 비콘 신호보정부에서 수행되는 동작을 의미한다.In the beacon signal correction step, the Bluetooth signal received in the reception step can be corrected using a Kalman filter. The beacon signal correction step refers to the operation performed in the beacon signal correction unit described above.

사용자 위치보정단계는 사용자 위치측정단계에서 측정한 사용자의 위치를 주변의 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 이용하여 보정할 수 있다. 사용자 위치보정단계는 전술한 사용자 위치보정부에서 수행되는 동작을 의미한다.In the user location correction step, the user's location measured in the user location measurement step can be corrected using a Bluetooth signal received from another nearby terminal. The user location correction step refers to the operation performed by the user location correction unit described above.

단말기 신호보정단계는 사용자 위치보정단계에서 수신한 불루투스 신호를 스플라인 곡선을 이용하여 보정할 수 있다. 단말기 신호보정단계는 전술한 단말기 신호보정부에서 수행되는 동작을 의미한다.The terminal signal correction step can correct the Bluetooth signal received in the user location correction step using a spline curve. The terminal signal correction step refers to the operation performed in the terminal signal correction unit described above.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those skilled in the art will understand that various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will be. Therefore, the scope of rights of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims described later, but also by all changes or modified forms derived from the claims and the concept of equivalents.

1 : 실내위치측정시스템
100 : 복수개의 비콘
200 : 사용자 단말기
300 : 사용자 위치측정부
400 : 비콘 신호보정부
500 : 사용자 위치보정부
600 : 단말기 신호보정부
700 : DB
1: Indoor position measurement system
100: Multiple beacons
200: user terminal
300: User location measurement unit
400: Beacon signal correction unit
500: User location correction unit
600: Terminal signal correction unit
700 : DB

Claims (5)

블루투스 신호를 송수신하는 복수개의 비콘;
다른 단말기 또는 상기 복수개의 비콘과 블루투스 신호를 송수신하는 사용자 단말기;
상기 사용자 단말기가 상기 복수개의 비콘 중 적어도 3개의 비콘으로부터 수신한 블루투스 신호와 삼변측량을 이용하여 사용자의 현재 위치를 측정하는 사용자 위치측정부;
상기 사용자 위치측정부가 측정한 사용자의 위치를 주변의 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 이용하여 보정하는 사용자 위치보정부; 및
상기 사용자 위치보정부가 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 거리별 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 데이터를 이용하여 미리 결정된 스플라인 곡선을 이용하여 보정하는 단말기 신호보정부;를 포함하고,
상기 단말기 신호보정부는,
수신자와 송신자 쌍마다 RSSI 값에 따른 실제 거리 데이터를 이용하여 다차원 방정식을 생성하고, 생성한 다차원 방정식을 이용하여 상기 스플라인 곡선을 생성하는,
최소한의 오차로 사용자의 위치를 측정하는 실내위치측정시스템.
A plurality of beacons that transmit and receive Bluetooth signals;
A user terminal that transmits and receives Bluetooth signals with another terminal or the plurality of beacons;
a user location measuring unit that measures the current location of the user using trilateration and Bluetooth signals received by the user terminal from at least three beacons among the plurality of beacons;
a user location correction unit that corrects the user's location measured by the user location measurement unit using a Bluetooth signal received from another nearby terminal; and
A terminal signal correction unit that corrects the Bluetooth signal received by the user location correction unit from another terminal using a predetermined spline curve using RSSI (Received Signal Strength Indicator) data for each distance,
The terminal signal correction unit,
Generating a multidimensional equation using actual distance data according to RSSI values for each pair of receiver and sender, and generating the spline curve using the generated multidimensional equation,
An indoor positioning system that measures the user's position with minimal error.
제 1 항에 있어서,
상기 사용자 위치측정부가 수신한 블루투스 신호를 칼만 필터로 보정하는 비콘 신호보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실내위치측정시스템.
According to claim 1,
An indoor location measurement system further comprising a beacon signal correction unit that corrects the Bluetooth signal received by the user location measurement unit using a Kalman filter.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 비콘 또는 상기 사용자 단말기가 송수신하는 블루투스 신호는 저전력 블루투스(BLE)인 것을 특징으로 하는 실내위치측정시스템.
According to claim 1,
An indoor location measurement system, wherein the Bluetooth signals transmitted and received by the plurality of beacons or the user terminal are Bluetooth Low Energy (BLE).
사용자 단말기가 복수개의 비콘 중 적어도 3개의 비콘으로부터 블루투스 신호를 수신하는 수신단계;
상기 블루투스 신호와 삼변측량을 이용하여 사용자의 현재 위치를 측정하는 사용자 위치측정단계;
상기 사용자 위치측정단계에서 측정한 사용자의 위치를 주변의 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 이용하여 보정하는 사용자 위치보정단계; 및
상기 사용자 위치보정단계에서 다른 단말기로부터 수신한 블루투스 신호를 거리별 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 데이터를 이용하여 미리 결정된 스플라인 곡선을 이용하여 보정하는 단말기 신호보정단계;를 포함하고,
상기 단말기 신호보정단계는,
수신자와 송신자 쌍마다 RSSI 값에 따른 실제 거리 데이터를 이용하여 다차원 방정식을 생성하는 단계; 및
생성한 다차원 방정식을 이용하여 상기 스플라인 곡선을 생성하는 단계;를 포함하는,
실내에서의 사용자의 위치의 오차를 최소화하는 실내위치측정방법.
A receiving step in which the user terminal receives a Bluetooth signal from at least three beacons among a plurality of beacons;
A user location measurement step of measuring the user's current location using the Bluetooth signal and trilateration;
A user location correction step of correcting the user's location measured in the user location measurement step using a Bluetooth signal received from another nearby terminal; and
A terminal signal correction step of correcting the Bluetooth signal received from another terminal in the user location correction step using a predetermined spline curve using RSSI (Received Signal Strength Indicator) data for each distance,
The terminal signal correction step is,
Generating a multidimensional equation using actual distance data according to RSSI values for each pair of receiver and sender; and
Including, generating the spline curve using the generated multidimensional equation.
An indoor position measurement method that minimizes the error of the user's position indoors.
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