시각장애인의 활동범위가 늘어나면서 복잡하고 대형화된 건물들 속에서 목적지까지 안전하게 찾아가기란 쉽지 않다. 시각장애인을 위해 GPS 신호나 음성 알림 정보, 점자 유도 블록, 음향 신호기 등을 활용한 안내 시스템이 있지만 이는 대부분 실외 안내 시스템으로 실내에서는 적합하지 않다. 이에 본 논문에서는 보편화된 스마트 폰을 이용하여 시각장애인에게 해당 목적지에 대한 방향, 거리, 높이, 장애물 등의 목적지까지의 다양한 정보를 음성기술인 TTS(Text to Speech)와 촉각기술인 햅틱(Haptic) 그리고 블루투스 4.0기반의 근거리 무선통신 기술인 비콘을 이용하여 사용자에게 알려 줄 수 있는 실내 위치 추정 및 안내 시스템을 제안한다. 제한된 시스템의 실험 결과에서 사용자는 목적지까지의 최적 경로를 검색하여 TTS와 Haptic 기술을 이용해 안전하고 정확하게 안내받을 수 있었다.
시각장애인의 활동범위가 늘어나면서 복잡하고 대형화된 건물들 속에서 목적지까지 안전하게 찾아가기란 쉽지 않다. 시각장애인을 위해 GPS 신호나 음성 알림 정보, 점자 유도 블록, 음향 신호기 등을 활용한 안내 시스템이 있지만 이는 대부분 실외 안내 시스템으로 실내에서는 적합하지 않다. 이에 본 논문에서는 보편화된 스마트 폰을 이용하여 시각장애인에게 해당 목적지에 대한 방향, 거리, 높이, 장애물 등의 목적지까지의 다양한 정보를 음성기술인 TTS(Text to Speech)와 촉각기술인 햅틱(Haptic) 그리고 블루투스 4.0기반의 근거리 무선통신 기술인 비콘을 이용하여 사용자에게 알려 줄 수 있는 실내 위치 추정 및 안내 시스템을 제안한다. 제한된 시스템의 실험 결과에서 사용자는 목적지까지의 최적 경로를 검색하여 TTS와 Haptic 기술을 이용해 안전하고 정확하게 안내받을 수 있었다.
The scope of activities of the visually impaired is increasing. But they are not easy to visit the destination safely because the building was complicated and larger than ever. There is a guide system for visually impaired such as GPS and Audio alerts, Braille guide block, Acoustic signaller, etc. B...
The scope of activities of the visually impaired is increasing. But they are not easy to visit the destination safely because the building was complicated and larger than ever. There is a guide system for visually impaired such as GPS and Audio alerts, Braille guide block, Acoustic signaller, etc. But they are not suitable for indoor because most of them are the outdoor guide system. Therefore, in this paper, I propose a system that provides guidance information to the visually impaired using Voice Technology, TTS (Text to Speech) and Haptic Technology, Beacon based on the wireless sensor networks. It informed the visually impaired of guidance information about destination such as distance, height, and obstacle to the destination using the generalized smart phone. The user could be received guide info about searches for the optimal route to the destination using the TTS technology and Haptic technology in test result of the proposed system.
The scope of activities of the visually impaired is increasing. But they are not easy to visit the destination safely because the building was complicated and larger than ever. There is a guide system for visually impaired such as GPS and Audio alerts, Braille guide block, Acoustic signaller, etc. But they are not suitable for indoor because most of them are the outdoor guide system. Therefore, in this paper, I propose a system that provides guidance information to the visually impaired using Voice Technology, TTS (Text to Speech) and Haptic Technology, Beacon based on the wireless sensor networks. It informed the visually impaired of guidance information about destination such as distance, height, and obstacle to the destination using the generalized smart phone. The user could be received guide info about searches for the optimal route to the destination using the TTS technology and Haptic technology in test result of the proposed system.
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문제 정의
향후 연구로는 기존 시스템에 적용한 알고리즘과 GUI의 수정을 통해 정확도를 높이고 비콘을 추가로 설치하여 보다 다양한 실험 상황을 설정할 수 있도록 하며 각 시뮬레이션을 통해 위치 추정 및 안내 시스템의 안정성을 높이고자 한다. 또한 저시력자를 포함한 시각장애인을 대상으로 시뮬레이션을 실시하여 시스템의 장․단점을 파악하고 세부기능을 보완하고자 한다. 뿐만 아니라 사용자가 자주 가는 곳에 대해 즐겨찾기 기능을 추가하고 주변 환경의 다양한 정보들과 돌발 상황에 따른 장애물 정보를 제공하여 시각장애가 있는 사람들이 사용하기에 좀 더 편리하도록 정보 서비스를 추가하고자 한다.
본 논문에서는 시각장애인에게 해당 목적지에 대한 방향, 거리, 높이, 장애물 등의 목적지까지의 다양한 정보를 음성기술인 TTS와 촉각기술인 햅틱을 이용하여 보다 안전하게 도착할 수 있도록 도와주는 실내 위치 추정 및 안내 시스템을 제안한다.
또한 저시력자를 포함한 시각장애인을 대상으로 시뮬레이션을 실시하여 시스템의 장․단점을 파악하고 세부기능을 보완하고자 한다. 뿐만 아니라 사용자가 자주 가는 곳에 대해 즐겨찾기 기능을 추가하고 주변 환경의 다양한 정보들과 돌발 상황에 따른 장애물 정보를 제공하여 시각장애가 있는 사람들이 사용하기에 좀 더 편리하도록 정보 서비스를 추가하고자 한다.
기존의 안내 시스템은 GPS를 통한 위치 알림 서비스나 음성 알림 정보, 점자 유도 블록, 음향 신호기 등의 실외 환경에 적합한 것이 대부분으로 실내 환경에서는 유용하지 않다. 이에 본 논문에서는 블루투스4.0 기반의 근거리 무선통신 기술인 비콘을 이용하여 휴대하고 있는 스마트폰을 활용해 시각장애인에게 목적지까지의 위치 정보를 안내하도록 하는 시스템을 설계하고 구현 하였다. 이는 시각장애인도 실외에서 뿐만 아니라 실내 208 한국콘텐츠학회논문지 '16 Vol.
또한 저전력으로 정교한 위치 파악이 가능해 단말기 간의 정보를 주고받음으로써 실내 위치 정보를 정확히 예측할 수 있도록 한다. 이에 비콘 기술과 스마트폰에 장착되어 있는 센서와의 값을 이용하여 사용자의 방향과 거리, 높이를 계산하여 음성 기술(TTS : Text to Speech)과 햅틱(Haptic) 기술을 통해 가고자하는 목적지의 위치 정보를 사용자가 사용하는 스마트폰을 이용하여 알려주는 실내 위치 추정 및 안내 시스템을 제안하고자 한다.
제안 방법
[그림 9]에서와 같이, 거리별로 신호 세기에 오차가 생기는 것을 알 수 있으며 특히 5m 미만으로 신뢰성 있는 신호 세기를 얻을 수 있었다. 따라서 유효한 데이터 값을 얻기 위해 탐색 범위는 반경 4m 이내로 설정하였으며 RSSI 측정치의 running average와 칼만 필터(Kalman Filter)를 사용하였고 최대값과 최소값은 제외시켰다. [표 1]은 테스트에 사용한 각 단말들의 사양을 나타내었다.
제안한 위치 추정 및 안내 시스템은 테스트한 건물의 강의실을 기준으로 비콘 노드를 설치한 다음 각 비콘의 MAC 주소를 포함한 ID 값과 수신 신호 세기 지표인 RSSI, 해당 건물의 설계 도면을 바탕으로 위치 정보를 이용하여 데이터베이스를 각각 구축하였다. 또한 데이터베이스에는 초기 시작점에서 등록된 장소에 이르는 최적 경로를 route table로 구성하여 사용자가 안전하고 정확하게 목적지까지 도착할 수 있도록 최적 경로 데이터베이스를 구축하였는데 이때 초기 시작점은 각 층의 로비이다.
0(BLE : Bluetooth Low Energy) 프로토콜 기반의 근거리 무선통신을 가능하게 하는 기술이다. 또한 저전력으로 정교한 위치 파악이 가능해 단말기 간의 정보를 주고받음으로써 실내 위치 정보를 정확히 예측할 수 있도록 한다. 이에 비콘 기술과 스마트폰에 장착되어 있는 센서와의 값을 이용하여 사용자의 방향과 거리, 높이를 계산하여 음성 기술(TTS : Text to Speech)과 햅틱(Haptic) 기술을 통해 가고자하는 목적지의 위치 정보를 사용자가 사용하는 스마트폰을 이용하여 알려주는 실내 위치 추정 및 안내 시스템을 제안하고자 한다.
또한 설정이 끝나면 올바른 설정을 하였는지 음성으로 설정한 값을 확인할 수 있도록 하였다. 또한 해당 비콘에 접근하였을 때 현재 가장 근접한 비콘의 정보를 음성으로 알려주어 현재 위치가 어디인지를 알 수 있도록 하였고 음성을 통해 안내받을 때 마다 10초 동안 진동하는 방법으로 촉각 기능을 추가하여 사용자가 즉각 인지할 수 있도록 하였다.
비콘의 위치는 고정되어 있으며 사용자는 출발지에서 먼저 등록된 경로를 안내받고 해당 비콘쪽으로 이동하게 되는데 이때 사용자의 반경에 신호 세기인 RSSI값이 들어오면 그 값을 이용하여 평균값을 구하여 위치정보를 추정하였다.
[그림 11]은 위치 추정 및 안내 시스템을 스마트폰을 이용하여 구현한 화면이다. 사용자가 저시력자를 포함하는 시각 장애인인 만큼 사용자의 특성을 고려하여 버튼을 크게 하였으며 Google의 TTS기능을 통하여 출발지와 목적지를 입력받을 수 있도록 하였다. 또한 설정이 끝나면 올바른 설정을 하였는지 음성으로 설정한 값을 확인할 수 있도록 하였다.
삼변 측량법은 삼각형 기하학을 이용하여 물체의 상대 위치를 구하는 방법으로 Friis의 공식을 통해 얻어진 거리 값을 대입하여 알고자 하는 곳의 좌표값을 구할 수 있다. 삼변측량법은 RF 특성과 수신 신호 세기에 대한 오차로 인해 정확한 위치 정보를 알 수 없기 때문에 개선된 삼변측량법을 사용하여 위치 오차를 최소화하였다. 개선된 삼변측량법을 이용하여 위치 계산을 위한 구성도를 [그림 4]와 같이 나타내었다.
2장에서 본 논문 관련 연구로 비콘과 RSSI(Reseived Signal Strength Indicator)를 이용한 거리 계산, 개선된 삼변측량법, 음성기술인 TTS에 대하여 기술한 다음, 3장에서 제안하는 위치 추정 및 안내 시스템에 대해 기술한다. 여기에서는 제안한 시스템의 전체적인 개요와 시스템의 순서도, RSSI를 이용한 위치 추정 및 안내 시스템의 설계 및 구현 방법을 기술한다. 그리고 4장에서는 결론을 맺는다.
만약 현 시점에서 검색한 비콘이 최적 경로에 2개 이상의 비콘이 검색되어질 경우에는 목적지에 더 근접한 비콘을 중심으로 목적지까지의 경로를 재설정 하여 안내하도록 하였다. 이때 현 시점에서 등록된 비콘을 찾을 수 없을 경우 주변 비콘을 통해 경로에 등록된 비콘을 찾도록 하였다. 여기서 측위는 출발지에서 경로를 따라 이동하면서 RSSI 값이 높게 인식되는 비콘이 있을 경우 사용자가 해당 비콘 근처에 있는 것으로 인식하고 얻어진 값을 바탕으로 위치를 계산하도록 하는 방식이다.
제안한 위치 추정 및 안내 시스템은 테스트한 건물의 강의실을 기준으로 비콘 노드를 설치한 다음 각 비콘의 MAC 주소를 포함한 ID 값과 수신 신호 세기 지표인 RSSI, 해당 건물의 설계 도면을 바탕으로 위치 정보를 이용하여 데이터베이스를 각각 구축하였다. 또한 데이터베이스에는 초기 시작점에서 등록된 장소에 이르는 최적 경로를 route table로 구성하여 사용자가 안전하고 정확하게 목적지까지 도착할 수 있도록 최적 경로 데이터베이스를 구축하였는데 이때 초기 시작점은 각 층의 로비이다.
대상 데이터
테스트한 건물은 P대학교 자연과학관 2층으로 구조는 아래 [그림 10]과 같으며 경로의 단순화를 위해 같은 층을 대상으로 비콘을 설치하여 실험하였으며 빨간색 점은 설치한 비콘의 위치를 나타내며 초록색 점은 출발지와 목적지를 나타낸다.
이론/모형
여기서 측위는 출발지에서 경로를 따라 이동하면서 RSSI 값이 높게 인식되는 비콘이 있을 경우 사용자가 해당 비콘 근처에 있는 것으로 인식하고 얻어진 값을 바탕으로 위치를 계산하도록 하는 방식이다. 또한 본 시스템에 적용한 최적 경로를 탐색하는 알고리즘은 수신된 신호값을 가지고 유효한 최적의 경로 정보를 파악하기 위해 Dijkstra알고리즘을 기반으로 작업하였다. Dijkstra알고리즘은 출발지에서 모든 이웃 경로의 탐색을 시작하며 출발지를 기준으로 영역을 확장하여 검색하고 목적지인지를 조사하는데 이 과정을 목적지를 찾을 때까지 반복하는 알고리즘으로 최단거리 탐색을 보장한다[12].
성능/효과
본 논문에서 구현한 시스템은 시각장애인의 효율적인 판단을 위해 음성 정보와 햅틱 정보를 활용해 목적지까지에 대한 방향 정보와 거리, 위치 등의 정보를 스마트폰을 통해 제공함으로써 시각장애인에게 BLE 비콘을 이용하여 실내에서도 원하는 곳을 찾아가는데 도움을 줄 수 있었다. 이는 시각장애인에게 활동 범위를 넓혀주어 타인에게 의존하지 않고 스스로 활동의 만족도를 키워주고 자존감을 높여줄 수 있는 기회가 되었다.
후속연구
향후 연구로는 기존 시스템에 적용한 알고리즘과 GUI의 수정을 통해 정확도를 높이고 비콘을 추가로 설치하여 보다 다양한 실험 상황을 설정할 수 있도록 하며 각 시뮬레이션을 통해 위치 추정 및 안내 시스템의 안정성을 높이고자 한다. 또한 저시력자를 포함한 시각장애인을 대상으로 시뮬레이션을 실시하여 시스템의 장․단점을 파악하고 세부기능을 보완하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
TTS는 무엇인가?
TTS란 그림과 같이 사용자가 입력한 글자, 문자, 숫자, 기호 등을 분석하여 각각의 운율을 제어하고 글자들의 합성 단위를 선택하여 단위를 연결시키고, 일반적으로 발성하는 형태의 음성으로 변환하는 것을 말하며[10], 그 반대의 변환은 STT(Speech to Text)라고 한다. TTS 기술은 시각이 아닌 청각으로 정보를 전달하므로 정보에 대한 이해가 빠르며 사람의 시각에 의존적인 작업과 병행이 가능하다는 장점이 있다.
삼변 측량법은 무엇을 이용하여 물체의 상대 위치를 구하는가?
삼변 측량법은 삼각형 기하학을 이용하여 물체의 상대 위치를 구하는 방법으로 Friis의 공식을 통해 얻어진 거리 값을 대입하여 알고자 하는 곳의 좌표값을 구할 수 있다. 삼변측량법은 RF 특성과 수신 신호 세기에 대한 오차로 인해 정확한 위치 정보를 알 수 없기 때문에 개선된 삼변측량법을 사용하여 위치 오차를 최소화하였다.
본 논문에서 제안된 위치 추정 및 안내 시스템 중 User Application은 어떻게 구성되는가?
제안한 위치 추정 및 안내 시스템은 크게 Java 서버, User Application, 비콘으로 구성되어 있으며 [그림 8]과 같다. User Application은 화면을 구성하는 User Interface와 내부 기능으로 구성되며 서버는 등록된 비콘 정보, 건물 내부 지도를 바탕으로한 건물 정보, 목적지에 대한 최적 경로 정보를 가지는 데이터베이스로 구성된다.
참고문헌 (12)
조흥식, "제7차 장애인 실태조사결과와 장애인 복지정책에의 함의," 보건복지포럼, Vol.226, pp.2-4, 2015.
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