본 논문에서는 매우 적은 수의 Bluetooth 신호원이 설치된 실내 공간에서 2D surface correlation 기법을 활용한 정밀 측위 기술을 제안한다. Surface correlation 기법은 기존의 fingerprinting 방식에 기반하고 있다. 기존의 fingerprinting 방식에서는 Received Signal Strength (RSS) 신호에 대한 위치 분별력을 향상시키기 위하여, 다수의 RF 신호원을 설치하였다. 하지만, 이는 신호원의 관리 어려움과 fingerprinting 데이터베이스의 유지 관리비용을 증가시키는 요인이 된다. 본 논문에서는 이러 한 문제를 해결하기 위하여 공간적 RSS 패턴인 surface를 fingerprinting 기법에 활용한다. 기존의 fingerprinting 방식은 순간 측정된 RSS 측정치 만을 활용하기 때문에 위치 분별력이 떨어진다. 반면, 제안 기술은 Pedestrian Dead-Reckoning (PDR) 을 기반으로 생성되는 공간적 RSS 패턴을 활용하기 때문에 기존의 fingerprinting 방식보다 높은 위치 분별력을 보인다. 이 러한 공간적 패턴을 활용함으로써 제안 기술은 매우 적은 수의 RF 신호원을 활용하여도 정확한 위치 정보를 제공할 수 있 다. 하지만, PDR로부터 생성되는 궤적 정보는 누적 오차로 인하여 패턴의 왜곡을 유발할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위 하여 제안 기술은 지도 상의 갈림길 정보를 활용하여 PDR 궤적 보정을 수행한다. 이 궤적 보정을 통하여 오랜 시간 동안의 보행에도 공간적 패턴 왜곡 없이 정확한 surface를 생성할 수 있기 때문에 높은 측위 정확도를 유지할 수 있다. 본 논문에 서 제안한 2D surface correlation 기법을 통한 측위 기술의 성능을 확인하기 위하여, 명동 롯데 백화점 본점 1층에 7개의 Bluetooth 비콘을 설치하였다. 7개의 비콘이 모두 설치된 환경에서 1.4 m의 위치 오차를 보였으며, 설치 비콘의 수를 3개 까지 하나씩 줄여가며 위치 오차를 산출한 결과 최대 2.6 m의 위치 오차를 보임을 확인하였다. 기존 kNN 기반의 Fingerprinting 방식 및 Particle Filter 기반의 측위 기술과 비교를 통하여 제안 기술이 매우 적은 수의 RF 신호원 만으로도 매우 정확한 위치 정보를 제공할 수 있음을 확인하였다.

Indoor Precise Localization Technology Based on 2D Surface Correlation Using Few Bluetooth Signal Sources

Jung Ho Lee, Beomju Shin, Changsu Yu, Donghyun Shin, Hankyeol Kyung, Taikjin Lee*

We propose a precise localization technology based on 2D surface correlation method in indoors where very few Bluetooth beacons are installed. The surface correlation method is based on the conventional fingerprinting method. In the case of the conventional fingerprinting method, a number of RF signal sources are installed to improve location discernment for Received Signal Strength (RSS). However, this increases the difficulty of managing signal source and the maintenance cost of the fingerprinting database. To solve these problems, the surface, which is a spatial RSS pattern, is used for the fingerprinting. The conventional fingerprinting method utilizes instantaneous RSS measurement for localization so, the location discernment is poor. Otherwise, the proposed technology utilizes a spatial RSS pattern generated from Pedestrian Dead-Reckoning (PDR) so, it shows higher location discernment than the conventional fingerprinting method. By utilizing such a spatial pattern, the proposed technology can provide accurate location information even with a very small number of RF signal sources. However, the trajectory information generated from the PDR may cause pattern distortion due to a drift error. To solve this problem, the proposed technology performs PDR trajectory correction using the crossroad information on the map. Through this correction, the proposed technology can maintain highly accurate performance without pattern distortion even when walking for a long time. To verify the performance of the proposed technology, we installed seven Bluetooth beacons on the first floor of the main branch of Lotte department store in Myeong-dong. The proposed technology showed a 1.4 m location error with all seven beacons. As a result of calculating the localization error by reducing the number of installed beacons to three, it was confirmed that the maximum error was 2.6 m. Through the comparison with the conventional kNN-based fingerprinting method and Particle Filter-based localization technology, it was confirmed that the proposed technology can provide very accurate location information with only a very small number of RF signal sources.

Speaker 이정호 한국과학기술연구원