Wi-Fi 기반 모바일 디바이스 실내측위 DB를 활용한 라디오맵 구축에 관한 연구 A study of Establishment on Radiomap that Utilizes the Mobile device Indoor Positioning DB based on Wi-Fi원문보기
우리나라의 인구밀도는 2013년 기준, $1km^2$당 505명으로 도시국가를 제외하면 세계에서 3번째로 매우 높으며, 도심인구집중현상이 뚜렷하게 나타나고 있다. 이러한 수요를 충족시키기 위한 건축물의 대형화와 복합화 그리고 지하철 및 지하공간과의 연계화 경향이 심화되고 있으며, 이와 같은 현상으로 국민생활의 안전과 복지 증진을 위해 실내공간정보 DB와 더불어 정확한 실내측위DB 구축이 매우 필요한 상황이다. 본 연구에서는 사당역과 인천국제공항을 대상으로 모바일디바이스를 활용하여 실내 AP원시데이터를 수집하고 이를 통해 수집된 성과의 확인 보완 분석과정을 거쳐 Wi-Fi AP 위치 DB 및 RadioMap DB를 구축하였다. 또한 구축된 DB의 측위 성능 평가를 위해 인천공항 A동 지상 3층에서 10개 사당역 A동 지하 1층에서 9개의 지점을 선정하여 추정위치를 산출하여 추정위치 대비 참위치와의 거리, 즉 측위오차를 활용해 평가실험을 실시하였다. 그 결과, 전체 지점에 대한 평균과 표준편차가 인천공항은 평균 17.81m, 표준편차 17.79m, 사당역은 평균 22.64m, 표준편차 23.74m의 결과값을 얻을 수 있었다. 여기서 사당역의 경우 실외로 통하는 출입구에 인접한 지점은 가시 AP의 개수가 다른 지점 대비 크게 부족하여 측위성능이 떨어지는 것으로 해당지점을 제외한 데이터들을 종합적으로 검토하여보았을 때 구축된 DB를 활용한 측위 시 사용자의 위치가 근접한 지점으로 매핑되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는 구축된 DB가 해당 지역의 Wi-Fi AP 위치 및 전파패턴 정보를 올바르게 담고 있다는 것을 의미하며 이를 토대로 한 실내공간정보 서비스가 가능할 것으로 판단된다.
우리나라의 인구밀도는 2013년 기준, $1km^2$당 505명으로 도시국가를 제외하면 세계에서 3번째로 매우 높으며, 도심인구집중현상이 뚜렷하게 나타나고 있다. 이러한 수요를 충족시키기 위한 건축물의 대형화와 복합화 그리고 지하철 및 지하공간과의 연계화 경향이 심화되고 있으며, 이와 같은 현상으로 국민생활의 안전과 복지 증진을 위해 실내공간정보 DB와 더불어 정확한 실내측위DB 구축이 매우 필요한 상황이다. 본 연구에서는 사당역과 인천국제공항을 대상으로 모바일디바이스를 활용하여 실내 AP원시데이터를 수집하고 이를 통해 수집된 성과의 확인 보완 분석과정을 거쳐 Wi-Fi AP 위치 DB 및 RadioMap DB를 구축하였다. 또한 구축된 DB의 측위 성능 평가를 위해 인천공항 A동 지상 3층에서 10개 사당역 A동 지하 1층에서 9개의 지점을 선정하여 추정위치를 산출하여 추정위치 대비 참위치와의 거리, 즉 측위오차를 활용해 평가실험을 실시하였다. 그 결과, 전체 지점에 대한 평균과 표준편차가 인천공항은 평균 17.81m, 표준편차 17.79m, 사당역은 평균 22.64m, 표준편차 23.74m의 결과값을 얻을 수 있었다. 여기서 사당역의 경우 실외로 통하는 출입구에 인접한 지점은 가시 AP의 개수가 다른 지점 대비 크게 부족하여 측위성능이 떨어지는 것으로 해당지점을 제외한 데이터들을 종합적으로 검토하여보았을 때 구축된 DB를 활용한 측위 시 사용자의 위치가 근접한 지점으로 매핑되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는 구축된 DB가 해당 지역의 Wi-Fi AP 위치 및 전파패턴 정보를 올바르게 담고 있다는 것을 의미하며 이를 토대로 한 실내공간정보 서비스가 가능할 것으로 판단된다.
As of 2013, Korean population density is 505 persons per $1km^2$ and is ranked 3rd place in the most densely populated countries exception of city-states. It shows clearly the population is concentrated in the city area. To fulfil this urban concentration population demand, the enlargemen...
As of 2013, Korean population density is 505 persons per $1km^2$ and is ranked 3rd place in the most densely populated countries exception of city-states. It shows clearly the population is concentrated in the city area. To fulfil this urban concentration population demand, the enlargement and complexation of buildings, subway and other underground spaces connection tendency has been intensified, and it is need to construct the indoor spatial information DB as well as the accurate indoor surveying DB to promote people's safety and social welfare. In this study, Sadang station and Incheon National Airport were aimed for the construction of Wi-Fi AP location DB and RadioMap DB by collecting the indoor AP raw datas by using mobile device and those collected results were ran through the process of verification, supplementation, and analyzation. To evaluate the performance of constructed DB, 10 points in Incheon Airport- 3rd flr in block A, and 9 points in Sadang station-B1 were selected and calculated the estimated points and ran evaluation experiment using survey positioning error, which is distance between real position and the estimated position. The result shows that Incheon international airport's average and standard deviation was separately 17.81m, 17.79m and Sadang station's average and standard deviation was separately 22.64m, 23.74m. In Sadang station's case, the areas near the exit has low performance of surveying position due to fewer visible AP points than other areas. As total datas were examined except those position, it was verified that the user's location was mapping close position in surveying positioning by using constructed DB. It means that constructed DB contains correct Wi-Fi AP locations and radio wave patterns in object region, so it is considered that the indoor spatial information service based on constructed DB would be available.
As of 2013, Korean population density is 505 persons per $1km^2$ and is ranked 3rd place in the most densely populated countries exception of city-states. It shows clearly the population is concentrated in the city area. To fulfil this urban concentration population demand, the enlargement and complexation of buildings, subway and other underground spaces connection tendency has been intensified, and it is need to construct the indoor spatial information DB as well as the accurate indoor surveying DB to promote people's safety and social welfare. In this study, Sadang station and Incheon National Airport were aimed for the construction of Wi-Fi AP location DB and RadioMap DB by collecting the indoor AP raw datas by using mobile device and those collected results were ran through the process of verification, supplementation, and analyzation. To evaluate the performance of constructed DB, 10 points in Incheon Airport- 3rd flr in block A, and 9 points in Sadang station-B1 were selected and calculated the estimated points and ran evaluation experiment using survey positioning error, which is distance between real position and the estimated position. The result shows that Incheon international airport's average and standard deviation was separately 17.81m, 17.79m and Sadang station's average and standard deviation was separately 22.64m, 23.74m. In Sadang station's case, the areas near the exit has low performance of surveying position due to fewer visible AP points than other areas. As total datas were examined except those position, it was verified that the user's location was mapping close position in surveying positioning by using constructed DB. It means that constructed DB contains correct Wi-Fi AP locations and radio wave patterns in object region, so it is considered that the indoor spatial information service based on constructed DB would be available.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 모바일 디바이스를 활용하여 Wi-Fi AP 위치 DB를 구축한 후 라디오맵 DB를 구축하는 방법을 제시하였으며, 이렇게 구축된 라디오맵에 대한 정확도 평가를 실시하였다.
수집된 Wi-Fi 신호데이터를 이용하여 단말 위치인식에 활용하기 위해서는 수집데이터를 가공하여 위치 DB 및 Radiomap DB로 생성해야 한다. 본 논문에서는 인천공항과 사당역을 대상으로 실내측위 DB 품질의 검증 실험 및 분석을 실시하였다.
제안 방법
Wi-Fi AP의 위치DB 구축과는 별개로 보다 정밀한 위치인식이 가능하도록 참조위치 별 라디오맵 DB를 구축하였다.(Fig.
Wi-Fi AP의 위치는 각 수집지점에서 수신된 신호의 세기를 토대로 추정하는데, 각 AP별로 추정된 기준거리에서의 수신신호감도(Po, 단위:dBm) 값과 신호감쇄 계수(α)를 미루어 확률적으로 AP가 존재할 가능성이 가장 높은 곳으로 계산한다.
검토 후, 수집이 누락된 경로와 지점에 대해 재 수집을 실시하고 경로수집 데이터에서 스캔지점간의 거리가 ‘2m’를 넘어가는 구간에 대해서는 보완 수집을 실시하였다.
라이다 측량 성과인 포인트 클라우드 데이터에서 시설물의 바닥, 벽, POI 등의 구조화 데이터를 생성하여 2D indoor Map을 구축하고 구축된 2D 공간정보의 구조화 편집을 실시한다.
수집정보는 수집된 위치와 Wi-Fi 신호특성을 분석하고, 지도를 이용하여 Wi-Fi 후보지점을 추출한다. 마지막으로 Wi-Fi 신호의 전파감쇄모델 대비하여 해당 층과 수평위치(x, y좌표)를 추정하여 Wi-Fi AP 위치DB를 구축한다. (Fig.
마지막으로 특정 AP의 신호 세기 분포 검토를 통해 수집성과를 검증하였다.
본 연구에서 실시한 실내측위 DB의 구축과정은 다음 그림과 같이 라이다 측량기반 2D Map 데이터 구축한 후, 실내 AP 수집 어플리케이션을 사용한 실내 AP 원시데이터 수집하여 이를 통해 수집된 성과의 확인·보안·분석과정을 거쳐 실내측위 DB를 구축하였다.
본 연구에서는 측위알고리즘은 1단계로 WCL방식으로 대략의 위치 추정하고, 2단계로 Finger Print 방식으로 위치를 추정함으로써 위치추정의 정확도와 속도를 보장한다.
본 연구에서는 향후 수요가 급증할 것으로 예상되는 실내공간정보 서비스를 위한 실내측위DB에 대해 사당역 및 인천국제공항을 대상으로 모바일 디바이스를 활용하여 실내 AP 원시데이터를 수집하고 이를 통해 수집된 성과의 확인・보완・분석을 거쳐 Wi-Fi AP 위치 DB 및 RadioMap DB를 구축하였다. 이렇게 구축된 DB의 측위성능 평가를 위해 인천공항 A동 지상 3층에서 10개 사당역 A동 지하 1층에서 9개의 지점을 선정 하여 추정위치를 산출하여 추정위치 대비 참위치와의 거리, 즉 측위오차를 활용해 평가실험을 실시하였다.
12는 인천공항의 각 건물/층 별 생성된 수집지점을 나타낸다. 분석된 수집지점을 기준으로 Wi-Fi AP의 위치를 추정하고 RadiomapDB의 참조위치를 추정한다.
생성된 DB의 성능검증을 위해 인천공항과 사당역 두 지역에서의 Wi-Fi Fingerprint를 이용한 위치인식을 수행하여 생성된 DB를 활용하였을 때 사용자의 위치가 정상적으로 인식되는지 확인하였다.
수집된 Wi-Fi 인프라정보를 가지고 RadioMap DB를 구축하기 위해서는 Fig. 8과 같이 첫째, 수집장소와 수집 시간대의 기준에 따라 데이터를 필터링하고, 두번째로 Wi-Fi AP의 수집구역을 사전에 정의된 크기의 격자형태로 셀을 분할하여 세 번째로 격자별로 Wi-Fi AP 전파신호에 대한 평균 신호 패턴을 저장하여 각 셀별로 Wi-Fi AP 전파신호의 Radio Map을 구축한다.
수집전용프로그램을 통해 수집된 Wi-Fi 인프라 정보는 무선통신을 통하여 수집서버로 전송되어 수집서버시스템에서 수집데이터의 정제·처리·분석 프로세스를 통해서 Wi-Fi 신호의 특성을 분석하여 Wi-Fi AP 위치 DB와 RadioMap DB를 동시에 자동 구축한다.
Wi-Fi AP 전용 수집앱이 설치된 수집장치를 이용하여 수집된 Wi-Fi AP 수집정보는 수집단말정보, 수집 지점, AP Mac Address, SSID, RSSI, 주파수대역 등이 수집된다. 수집정보는 수집된 위치와 Wi-Fi 신호특성을 분석하고, 지도를 이용하여 Wi-Fi 후보지점을 추출한다. 마지막으로 Wi-Fi 신호의 전파감쇄모델 대비하여 해당 층과 수평위치(x, y좌표)를 추정하여 Wi-Fi AP 위치DB를 구축한다.
이러한 측위 성능 평가를 위하여 인천공항 A동 지상 3층에서 10개 사당역 A동 지하 1층에서 9개의 지점을 선정하여 1-2분 정도 신호를 수집하였고 이를 분석·처리하여 추정위치를 산출하였다.
본 연구에서는 향후 수요가 급증할 것으로 예상되는 실내공간정보 서비스를 위한 실내측위DB에 대해 사당역 및 인천국제공항을 대상으로 모바일 디바이스를 활용하여 실내 AP 원시데이터를 수집하고 이를 통해 수집된 성과의 확인・보완・분석을 거쳐 Wi-Fi AP 위치 DB 및 RadioMap DB를 구축하였다. 이렇게 구축된 DB의 측위성능 평가를 위해 인천공항 A동 지상 3층에서 10개 사당역 A동 지하 1층에서 9개의 지점을 선정 하여 추정위치를 산출하여 추정위치 대비 참위치와의 거리, 즉 측위오차를 활용해 평가실험을 실시하였다. 그 결과, 사당역의 1,3,7,9번 지점과 같이 출입구에 인접하여 AP 설치개수가 다른 지점들과 비교하여 부족한 지점에서 오차가 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
이러한 측위 성능 평가를 위하여 인천공항 A동 지상 3층에서 10개 사당역 A동 지하 1층에서 9개의 지점을 선정하여 1-2분 정도 신호를 수집하였고 이를 분석·처리하여 추정위치를 산출하였다. 측위 성능은 이렇게 계산된 추정 위치 대비 참위치와의 거리, 즉 측위오차를 활용해 평가실험을 실시하였다.
Finger Print 측위방식은 확률론적 모델링에 의한 위치추정방법으로 노이즈 및 주위 환경 정보를 위치추적을 위한 정보로 활용하는 방식이다. 측위를 위한 공간에서 다수의 샘플 포인트를 설정하고 설정된 샘플 포인트에서 수신되는 전파의 특성 값을 데이터베이스화하여 저장한 다음 측위를 수행할 때는 Fig. 10와 같이 AP들로부터 수신된 전파의 특성을 데이터베이스 검색을 통해 최적의 위치값을 추출해 냄으로써 단말의 위치정보를 제공한다.
대상 데이터
본 연구에서는 Wi-Fi AP 수집 어플리케이션을 사용하여 원시데이터를 수집하였으며, 수집장비는 Android V4.1(Jelly Bean)이상이 탑재된 스마트폰과 태블릿 디바이스를 사용하였다.
성능/효과
이렇게 구축된 DB의 측위성능 평가를 위해 인천공항 A동 지상 3층에서 10개 사당역 A동 지하 1층에서 9개의 지점을 선정 하여 추정위치를 산출하여 추정위치 대비 참위치와의 거리, 즉 측위오차를 활용해 평가실험을 실시하였다. 그 결과, 사당역의 1,3,7,9번 지점과 같이 출입구에 인접하여 AP 설치개수가 다른 지점들과 비교하여 부족한 지점에서 오차가 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이러한 문제는 출입구 부분에 추가적인 AP를 설치 할 경우 해결이 가능할 것으로 판단되며 위의 데이터들을 종합적으로 검토하여 본 결과, 구축된 DB를 활용한 측위 시 사용자의 위치가 근접한 지점으로 매핑 되고 있는 것을 확인 할 수 있었고, 구축된 DB가 해당 지역의 Wi-Fi AP 위치 및 전파패턴 정보를 올바르게 담고 있다는 것을 알 수 있었다.
둘째, 실내측위 등 위치기반서비스 기술을 융・복합하여 재난방재, 사회안전, 장애인 복지 분야의 공공 서비스 개발이 가능하다.
인천공항에 설치되어 있는 Wi-Fi AP는 높이 설치되어 있는데 비해 별다른 지형지물의 방해를 받지 않아 신호의 도달거리나 패턴이 일반적인 실내 환경과 다름을 알 수 있다. 반면, 사당역 환경은 Wi-Fi 신호가 지형지물에 영향을 받아 도달거리가 비교적 짧은 것을 알 수 있었다.
74m의 결과 값이 구해진다. 여기서 사당역의 경우 1,3,7,9번 지점과 같이 실외로 통하는 출입구에 인접한 지점은 가시 AP의 개수가 다른 지점 대비 크게 부족하여 측위성능이 떨어지는 것으로, 해당지점을 제외한 데이터를 활용하여 평균과 표준편차를 계산해 보면 각각 7.96m, 5.8m의 값을 얻을 수 있었다.
그 결과, 사당역의 1,3,7,9번 지점과 같이 출입구에 인접하여 AP 설치개수가 다른 지점들과 비교하여 부족한 지점에서 오차가 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이러한 문제는 출입구 부분에 추가적인 AP를 설치 할 경우 해결이 가능할 것으로 판단되며 위의 데이터들을 종합적으로 검토하여 본 결과, 구축된 DB를 활용한 측위 시 사용자의 위치가 근접한 지점으로 매핑 되고 있는 것을 확인 할 수 있었고, 구축된 DB가 해당 지역의 Wi-Fi AP 위치 및 전파패턴 정보를 올바르게 담고 있다는 것을 알 수 있었다.
이와 같은 측위 결과를 종합하여 각 지점에 대한 평균과 표준편차를 계산하여 아래 표와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 전체 지점에 대한 평균과 표준편차를 계산해 보면 인천공항은 평균 17.81m, 표준편차 17.79m, 사당역은 평균 22.64m, 표준편차 23.74m의 결과 값이 구해진다. 여기서 사당역의 경우 1,3,7,9번 지점과 같이 실외로 통하는 출입구에 인접한 지점은 가시 AP의 개수가 다른 지점 대비 크게 부족하여 측위성능이 떨어지는 것으로, 해당지점을 제외한 데이터를 활용하여 평균과 표준편차를 계산해 보면 각각 7.
첫째, 일반국민・장애인・노약자 등의 복지 증진을 위하여 효율적인 실내공간 재난대응으로 사회안전망을 강화할 수 있다.
후속연구
따라서, 향후 사당역과 같은 지하철 역사와 같은 환경에서 사용자 실내 내비게이션 등의 실내공간정보 서비스를 실시하고자 할 경우에는 지하철 출입구와 같은 가시 AP 개수 부족지역에 추자적인 AP를 설치하여 정확한 측위성능을 확보하는 방법 등을 통해 Wi-Fi 기반의 모바일 디바이스로 구축된 실내측위DB를 활용한 실내공간정보 서비스의 제공이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Finger Print 측위방식은 어떠한 방식인가?
Finger Print 측위방식은 확률론적 모델링에 의한 위치추정방법으로 노이즈 및 주위 환경 정보를 위치추적을 위한 정보로 활용하는 방식이다. 측위를 위한 공간에서 다수의 샘플 포인트를 설정하고 설정된 샘플 포인트에서 수신되는 전파의 특성 값을 데이터베이스화하여 저장한 다음 측위를 수행할 때는 Fig.
국민생활의 안전과 복지 증진을 위한 실내측위 DB의 구축 및 활용은 어떠한 의미를 지니는가?
첫째, 일반국민・장애인・노약자 등의 복지 증진을 위하여 효율적인 실내공간 재난대응으로 사회안전망을 강화할 수 있다.
Figure 1. Change of Spatial information
둘째, 실내측위 등 위치기반서비스 기술을 융・복합 하여 재난방재, 사회안전, 장애인 복지 분야의 공공 서비스 개발이 가능하다.
2013년 우리나라의 인구밀도 순위는 세계에서 몇번째인가?
우리나라의 인구밀도는 2013년 기준, $1km^2$당 505명으로 도시국가를 제외하면 세계에서 3번째로 매우 높으며, 도심인구집중현상이 뚜렷하게 나타나고 있다. 이러한 수요를 충족시키기 위한 건축물의 대형화와 복합화 그리고 지하철 및 지하공간과의 연계화 경향이 심화되고 있으며, 이와 같은 현상으로 국민생활의 안전과 복지 증진을 위해 실내공간정보 DB와 더불어 정확한 실내측위DB 구축이 매우 필요한 상황이다.
참고문헌 (9)
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