실시간 위치추적 시스템은 연결 신뢰성 및 중복성, 커버리지, 전력 소모량, 측위 정확도, 통신 비용 등을 최적화하여 개발하여야 한다. 특히 셀룰러 네트워크가 연결될 수 없는 지하 광산 환경에서 낙석 또는 채굴 차량에 의한 케이블의 손상을 최소화하고 전력 소모량을 줄이면서 점진적으로 확대되는 갱도를 유연하게 커버할 수 있는 로컬 네트워크가 필요하다. 또한 저비용 고정밀 측위 시스템 구축 측면에서 해당 로컬 네트워크를 활용하되, 다양 한 모빌리티(저속의 광산 작업자 및 고속의 광산 차량)와 지자기 왜란에 강인한 개선된 측위 알고리즘이 요구된다. 이를 만족하기 위해 본 논문에서는 Wi-Fi 대비 전력 소모가 낮은 블루투스 메쉬 노드들을 연결하여 전력 공 급이 어려운 광산 환경에서도 장시간 운영이 가능한 로컬 네트워크 구성을 제시하였다. 또한 블루투스 식별자 및 수신신호세기 등을 측정하고 노드에 전달하기 위한 전용 태그를 제작하였다. 최종적으로 지하 광산 환경의 측위용 측정정보는 로컬 네트워크를 통해 광산 입구의 게이트웨이까지 전달된 후 외부망을 통해 측위서버에 도달한다. 측위서버는 복수의 태그들의 위치를 병렬 연산하며, 적응형 파티클 필터 알고리즘을 적용하여 비정상 적인 방향정보로 인한 불완전한 time update 문제를 극복하였다. 시험 결과, 0.8 km 거리의 지하 광산 갱도 구간에서 3개 전용 태그(보행자 2명 및 차량 1대)의 위치를 실시간으로 계산하고 동시에 관제할 수 있었다.

Development of Real Time Location System Using Bluetooth Mesh Network in Underground Mining Environments

Young-Su Cho*, Jeong-Ho Lee, Sun-Sim Chun, Cheong-Jin Ahn, Jin-Oh Jeon

A real-time location tracking system must be developed by optimizing connection reliability and redundancy, coverage, power consumption, positioning accuracy, and communication costs. In particular, in underground mining environments where cellular networks cannot be available, a local area network is needed that can flexibly cover gradually expanding shafts while minimizing damage to cables caused by falling rocks or mining vehicles and reducing power consumption. In addition, in terms of developing a low-cost, high-accuracy positioning system, the local area network is utilized, but a enhanced positioning algorithm that is robust to various mobility (both low- speed mine workers and high-speed mine vehicles) and geomagnetic disturbance is required. To satisfy this, this paper proposes a local network configuration that can operate for a long time even in a mining environment where power supply is difficult by connecting Bluetooth mesh nodes with lower power consumption than Wi-Fi. In addition, a dedicated tag was produced to measure the Bluetooth identifier and received signal strength and transmit it to the node. Finally, the measurement information for positioning in the underground mine environment is delivered to the gateway at the mine entrance through the local area network and then reaches the positioning server through the external network. The positioning server calculates the positions of multiple tags in parallel and overcomes the problem of incomplete time update caused by abnormal direction information by applying an adaptive particle filter algorithm. As a result of the test, it was possible to calculate and simultaneously control the positions of three dedicated tags (two pedestrians and one vehicle) in real time in an underground mine shaft section at a distance of 0.8 km.

Keywords: Bluetooth, mesh-network, underground, mining

Speaker 조영수* 한국전자통신연구원