위치측위 시스템들이 발전함에 따라 실내에서도 다양한 방법으로 신뢰성이 높은 실내 위치측위 시스템들이 보편화되고 있는 추세이다. 허나 기술의 한계점으로 지구자기장을 활용한 새로운 기술이 연구되고 있음에도 불구하고, 위 기술 또한 기존 기술들과는 다른 한계점이 존재한다. 이에 따라 본 논문에서는 각각의 기술점의 한계점을 해소하기 위해서 기존 실내측위 시스템과 새롭게 개발 중인 실내 측위 시스템을 혼합하여 외부장비의 의존도를 낮추고 신뢰성 높은 위치측위를 지속적으로 제공할수 있는 혼합형 실내 위치측위 시스템을 제안하고자 한다.
최근 GPS(Global Positioning System)가 탑재된 스마트 단말이 빠르게 보급되면서 위치정보 기반의 다양한 서비스가 보급되고 있다. 위치정보는 다양한 맥락으로 해석 및 적용될 수 있으며, 교통, 군사, 공공안전 등 여러 분야에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다. 이에 따라 위치정보의 정확도 향상을 위한 다양한 연구가 활발히 진행 중인데, 실외 환경의 경우 GPS를 이용한 고정밀 측위 기술이 주류를 이루고 있는 반면에, 실외 환경보다 상대적으로 제약이 많은 실내 환경에서는 주로 네트워크 기반의 측위 기술에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 본고에서는 기존의 측위 기술들의 장단점을 분석하고, 각 측위 기술의 단점을 보완한 복합 측위 기술 동향을 알아보고 향후 복합 측위 기술의 발전 방향에 대해 논의한다.
위치기반서비스(LBS: Location Based Service)는 점차 확대되어 가는 무선정보통신 환경을 통해서 지리정보와 특정목적의 컨텐츠를 결합, 제공하는 서비스이다. 이 글에서는 현재 국내에서 상용화되어 있는 서비스 사례와 함께 위치기반서비스의 기본적인 구성과 무선측위기술, 그리고 최근 기술동향을 정리하였고 기술발전과 함께 진행되고 있는 국내, 국제표준화기구의 표준화방안과 무선측위기술의 위치정확도 향상방안을 제시하였다.
기존의 전파에 의존한 실내 위치측위 시스템의 한계점 발생으로 실내환경에서 정확도 향상을 위한 새로운 방법의 도입이 필요한 시점이다. 최근 생태계 모방 기술이 미래의 핵심기술이 되었고, 이에 따라 귀소본능을 가진 동물들이 지구자기장을 탐색하여 생체자석으로 위치친지에 사용하는 점을 적용한 정확한 위치 측위 방법을 연구하였다. 실내 위치측위를 위한 새로운 자원인 지구자기장의 적용 가능성을 확인하기 위해 건물구조, 구성재료를 구분하고 실제 자기장센서를 탑재할 수 있는 구조물과 데이터수집 모듈을 설계한 뒤, Fingerprint 기법의 위치측위 시스템을 구성하여 위치측위 자원으로서의 지구자기장의 적용 가능성을 연구하였다. 위치측위 시스템 성능 평가에서 기존의 무선랜이 설치된 건물에서는 지구자기장 세기 기반의 위치측위 시스템이 무선랜 기반 위치측위 시스템과 유사하거나 약 20% 성능이 높이 나타났다. 이와같이 실내 위치측위를 위한 인프라 설치가 되어 있지 않는 환경에서는 지구자기장이라는 고유의 지구자원으로 실내 위치측위가 가능하다.
실내위치 측위 기술은 스마트기기의 확산으로 인해 다양한 응용서비스에 활용되고 있다. 정밀하게 위치를 측위 하는 것과 더불어 다수 사용자의 위치를 동시에 측위 하는 것은 새로운 문제로 제기되고 있다. 더불어 위치 측위와 동시에 인터넷 서비스를 제공하는 것은 다양한 응용에서 활용하기 위해 필수적이다. 본 논문은 IEEE 802.11az 표준으로 실내위치 측위 시스템을 설계 및 구현함으로써 이러한 두 가지 문제 모두를 해결하고자 한다.
본 고에서는 텔레매틱스/LBS용 실내외 연속측위를 위해 무선통신 기반 실내측위 및실외측위 기술에 대하여 동향을 분석한다. 위치기반서비스에서 측위기술은 핵심.기반기술로 오늘날 GPS가 그 중심을 차지하고 있지만 실내와 같은 음영지역에서는 새로운방식의 측위기술을 필요로 하고 있으며, 무선통신 인프라 기반의 측위 기술이 연구되어 오고 있다. 실외에서는 CDMA 기반 무선측위 기술, 실내에서는 WLAN, UWB, 적외선, 초음파, RFID 등의 인프라를 이용한 무선측위 기술이 연구되고 부분적으로 상용화되고 있다. 그러나 아직 실내외 연속측위를 위한 기술은 개념적으로 설계만 되고 있으며 상용화를 위한 기반기술이 연구중에 있다. 본 고에서는 실내외 연속측위를 위해 실내측위와 실외측위로 나누어 각각의 기술 동향을 분석하고 이 기술을 구현하기 위한 무선측위 기술을 분류, 설명한다.
IPS 측위는 GPS음영 지역인 실내의 특정 위치 정보를 판단하는 시스템으로 현재 위치에서 발생되는 신호 정보를 수집하는 시스템과 이 신호들로 구성된 실내 측위 지도, 측위 위치를 결정하기 위한 알고리즘 등에 따라 여러 종류로 나누어진다. 대표적인 IPS로 2.4Ghz, 5.0GHz 대역의 무선 신호(WiFi, BLE, Sensor Network, etc)를 활용하는 RF신호 기반 WPS 등이 있다. RF 신호를 기반으로 하는 실내 측위는 발생 기기의 고장, 장애물 발생, 채널 간섭 현상 등으로 인해 측위 시점 수집된 신호와 구축된 지도의 신호 정보가 달라 측위 정확도가 낮아지는 경우가 발생한다. 본 논문에서는 앞서 언급한 문제점을 해결하기 위해 기존 RF 환경을 사용하는 IPS 방안에 대하여 분석한다. 또한 RF 이외의 실내 측위 기술들에 대해서도 설명하고 측위 정확도를 위해 단일 측위 방식이 아닌 복합 측위 방식에 대한 설계를 제안한다.
디지털 트윈이나 증강현실, 가상현실, 자율주행 등과 같이 현실 좌표계의 위치를 다루거나 현실과 가상세계를 융합하는 기술들에 있어 측위 기술은 상당히 주요하게 작용한다. 측위 기술은 그 목적과 타겟 디바이스에 따라 매우 다양하게 존재하며, 기존 측위 기술들에 인공지능을 융합하여 정밀도와 측위 주기를 개선시키는 등 다양한 연구가 진행되고 있는 분야이다. 본 고에서는 기존의 다양한 측위 기술들의 동향과 인공지능을 융합하여 성능을 높인 사례들에 대해 설명한다.
최근 무선 인터넷 기술의 발달과 보급으로 인해 실생활에서도 쉽게 무선 네트워크를 이용한 통신을 할 수 있게 되었다. 무선 네트워크를 이용한 통신을 위해선 통신 망을 유지해 주는 AP(Access Point)가 필수적이다. 이러한 AP를 활용한 AP의 신호 세기를 이용하는 실내 위치 측위 기술은 위치 기반 서비스의 발달과 함께 주목 받고 있다. 본 논문에서는 실내 위치 측위에 많이 사용되는 삼각측량법을 개선하기 위해 다수의 무선 네트워크 인터페이스를 사용한다. 최근에는 하나의 디바이스에 여러 개의 무선 인터페이스가 장착되는 것이 보편화 되었는데 이러한 여러 개의 인터페이스를 활용하여 실내 위치 측위 값을 보정하였다. 실험 결과, 2개의 모듈을 사용할 때의 결과가 1개의 모듈을 사용했을 때 보다 평균 4.9% 좋은 성능을 보였다.
위치기반서비스 시스템 구현에 필요한 핵심 요소 기술은 이동객체의 위치를 파악하는 측위 기술인데, 야외에서는 GPS가 실용적인 수준의 정확한 사용자의 위치를 제공하는 수단으로 널리 사용되고 있다. 한편 옥내의 위치기반서비스를 위한 옥내측위방법에 대한 연구도 다양하게 진행되고 있다. 그런데 여러 이동객체의 측위 데이터와 지도 데이터를 가공하여 유용한 정보를 제공하는 위치기반서비스 시스템을 구현하려면 이동객체의 위치와 위치 측정 시각으로 구성된 이동객체 데이터베이스 관리 기술도 역시 없어서는 안 될 핵심기술이며, 이에 대한 연구가 이미 오래 전부터 활발히 수행되었다. 기존의 연구는 대부분 자동차를 이동객체로 생각해왔는데 근래에는 옥내 측위 연구가 활발히 진행되고 있음으로 옥내의 이동객체인 사람을 대상으로 옥내 위치기반서비스가 개발되어야 할 시점이라고 본다. 옥내의 경우에는 지도상의 서비스 영역이 야외의 경우보다 비교할 수 없을 정도로 작고, 이동객체의 이동 속도도 훨씬 느리며, 이동패턴도 규칙성이 떨어지는 등 기존의 연구에서 다룬 이동객체의 상황과 매우 상이함으로, 본 논문은 옥내 위치기반서비스를 위한 이동객체 데이터베이스를 설계하고 구현한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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