이 연구는 시각장애인을 위한 길안내 서비스 시스템의 설계와 구현에 관한 연구이다. 시각장애인을 고려한 사용자 인터페이스로써 음성인식을 통한 스마트폰을 입력도구로 사용하였고, 출력도구는 방향 및 음성안내를 하면서도 주변 환경음을 인식할 수 있는 골전도 헤드셋을 사용하였다. 개발된 시스템은 기존의 길안내용 스마트폰 앱과 달리 보행해야할 방향 정보를 착용한 헤드셋의 좌우 스테레오 음의 크기로 전달하며, 갈림길이나 휘어진 길에 대한 음성안내는 수 미터 전에 안내하여 시각장애인의 보행 속도에 적합하게 안내가 이루어지며, 역방향 보행이나 경로이탈을 즉시 경고하는 장점이 있다. 방향센서로 진행방향에 대한 동적 정밀도가 1.5도인 모션 트랙커를 사용하여 안정적이고 신뢰성 있는 방향 정보를 취득할 수 있었다. GPS의 위치오차를 극복하기 위하여 위치오차에 견고한 경로계획 알고리즘을 제안하였다. 구현된 시스템을 실험한 결과 실험 경로에서 평균 방향각 오차가 6.82도(표준 편차 5.98)로 비교적 안정하게 방향을 유도하여 목적지에 도달하였다.
이 연구는 시각장애인을 위한 길안내 서비스 시스템의 설계와 구현에 관한 연구이다. 시각장애인을 고려한 사용자 인터페이스로써 음성인식을 통한 스마트폰을 입력도구로 사용하였고, 출력도구는 방향 및 음성안내를 하면서도 주변 환경음을 인식할 수 있는 골전도 헤드셋을 사용하였다. 개발된 시스템은 기존의 길안내용 스마트폰 앱과 달리 보행해야할 방향 정보를 착용한 헤드셋의 좌우 스테레오 음의 크기로 전달하며, 갈림길이나 휘어진 길에 대한 음성안내는 수 미터 전에 안내하여 시각장애인의 보행 속도에 적합하게 안내가 이루어지며, 역방향 보행이나 경로이탈을 즉시 경고하는 장점이 있다. 방향센서로 진행방향에 대한 동적 정밀도가 1.5도인 모션 트랙커를 사용하여 안정적이고 신뢰성 있는 방향 정보를 취득할 수 있었다. GPS의 위치오차를 극복하기 위하여 위치오차에 견고한 경로계획 알고리즘을 제안하였다. 구현된 시스템을 실험한 결과 실험 경로에서 평균 방향각 오차가 6.82도(표준 편차 5.98)로 비교적 안정하게 방향을 유도하여 목적지에 도달하였다.
This paper is a study on the design and realization of Pedestrian navigation service system for the visually impaired. As it is an user interface considering visually impaired, voice recognition functioned smartphone was used as the input tool and the Osteoacusis headset, which can vocally guide dir...
This paper is a study on the design and realization of Pedestrian navigation service system for the visually impaired. As it is an user interface considering visually impaired, voice recognition functioned smartphone was used as the input tool and the Osteoacusis headset, which can vocally guide directions while recognizing the surrounding environment sound, was used as the output tool. Unlike the pre-existing pedestrian navigation smartphone apps, the developed system guides walking direction by the scale of the left and right stereo sound of the headset wearing, and the voice guidance about the forked or curved path is given several meters before according to the speed of the user, and the user is immediately warned of walking opposite direction or proceeding off the path. The system can acquire stable and reliable directional information using the motion tracker with the dynamic heading accuracy of 1.5 degrees. In order to overcome GPS position error, we proposed a robust trajectory planning algorithm for position error. Experimental results for the developed system show that the average directional angle error is 6.82 degrees (standard deviation: 5.98) in the experimental path, which can be stated that it stably navigated the user relatively.
This paper is a study on the design and realization of Pedestrian navigation service system for the visually impaired. As it is an user interface considering visually impaired, voice recognition functioned smartphone was used as the input tool and the Osteoacusis headset, which can vocally guide directions while recognizing the surrounding environment sound, was used as the output tool. Unlike the pre-existing pedestrian navigation smartphone apps, the developed system guides walking direction by the scale of the left and right stereo sound of the headset wearing, and the voice guidance about the forked or curved path is given several meters before according to the speed of the user, and the user is immediately warned of walking opposite direction or proceeding off the path. The system can acquire stable and reliable directional information using the motion tracker with the dynamic heading accuracy of 1.5 degrees. In order to overcome GPS position error, we proposed a robust trajectory planning algorithm for position error. Experimental results for the developed system show that the average directional angle error is 6.82 degrees (standard deviation: 5.98) in the experimental path, which can be stated that it stably navigated the user relatively.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 구현하고자 하는 청주대학교의 건물의 출입구, 편의시설 및 공공시설의 정보를 입력할 수 없다. 본 논문에서는OSM의 편집기능을 사용하여 위성지도를 바탕으로 청주대학교 교내의 데이터를 직접 구축하였다. 구축된 청주대학교의 전자지도의 예를 그림 4에 표시하였다.
위치 검출을 위하여 스마트폰에 내장된 GPS센서를 사용하였고, 스마트 폰을 기본적인 사용자 인터페이스 장치로 선택하였다. 본 연구에서는 GPS오차 때문에 발생할 수 있는 잘못된 보행과 주행방향 유도를 방지하기 위하여 GPS오차에 견고한 경로 스케줄링 방식을 제안하고, 구현하였다.
본 연구에서는 보행 중 길안내의 기능 및 성능을 평가하기 위하여 스마트 폰에 보행 경로 및 안내 방향 정보를 기록하고, 지도로 표시하는 평가 도구를 구현하였다. 그림 7에 구현된 평가도구에서 지도화하는 과정이 표시되는 화면을 표시하였다.
본 연구에서는 시각장애인의 보행 네비게이션을 위한 모바일 서비스 시스템을 구현하고, 실제에 적용하여 그 유용성을 검증하고자 한다. 모바일 구현을 위하여 휴대성이 용이한 장치들을 채용하였다.
가설 설정
안정된 경로를 가고 있다고 느끼는 것은 보행해왔던 경로까지 GPS로부터 얻은 위치 정보가 신뢰성이 있다고 판단하는 것과 일치한다고 가정한다. 이러한 관점은 보행자의 지나온 보행 경로가 Huang등이 제시한 심리적 안전 층에 있다고 가정하는 것이다.
안정된 경로를 가고 있다고 느끼는 것은 보행해왔던 경로까지 GPS로부터 얻은 위치 정보가 신뢰성이 있다고 판단하는 것과 일치한다고 가정한다. 이러한 관점은 보행자의 지나온 보행 경로가 Huang등이 제시한 심리적 안전 층에 있다고 가정하는 것이다.
신뢰구간에서 센서로부터 취득된 이동 방향, 이동속도와 부합되지 않는 위치정보가 GPS로부터 입력되는 경우의 문제는 어떻게 현재 위치를 추정하느냐이다. 하나는 dead reckoning에 의한 추정 방식이 있고, 다른 하나는 정상적으로 길을 가고 있다고 가정한 현재 위치의 추정이다. 본 연구에서는 후자의 방법을 선택하였다.
제안 방법
Mapzen 서버로부터 취득한 노드 정보로부터 진행하여야 할 목표(bearing)각을 계산하고, 방향 센서로부터 받은 실제 보행의 진행(Heading)각과 비교하여, 그 차이를 골전도 헤드셋의 좌우 스피커에 비프음의 강도로 변환하여 제어하였다. 각도의 차이를 음의 강도로 나타내는 것은 실험값을 통하여 결정하였다.
고정밀 방향 센서, 골전도 헤드셋과 스마트폰을 사용한 시각장애인을 위한 휴대용 길안내 서비스 시스템을 구현하였다. 청주대학교 구내에서 구현된 시스템을 시험한 결과 골전도 헤드셋을 이용한 음향유도로 길 찾기를 하는데 어려움이 없고, GPS의 오차 때문에 발생하는 현 보행경로 추정문제를 제안한 휴리스틱 알고리즘으로 해결할 수 있음을 확인하였다.
GPS정보를 이용하는 다른 논문의 경우 최대 17m 정도의 오차를 보고한 사례도 있다[25] .본 논문에서는 현재의 위치를 추정하는 방법으로 확장된 칼만 필터 적용과 같이 GPS의 위치정보의 오차를 줄이는 방법을 사용하는 대신에 휴리스틱한 방법을 선택하였다. 즉 GPS로부터 취득한 위치에서 계획된 경로에 수직한 법선을 그어 교차하는 좌표를 현재의 위치로 간주하였다.
실험 화면을 그림 8에 표시하였다. 실험은 대학 구내에서 시작 위치와 반환위치를 지정하고, 다시 시작 위치로 돌아오는 경로를 지정하였고, 두 지점 사이에는 완만하게 구부러진 경로와 급격하게 구부러진 경로들이 모두 포함되게 하였다. 평가도구를 사용하여 유도 보행의 적정성을 평가하였다.
실험은 정상인이 안대를 쓰고, 구현된 보행 안내기의 안내를 받아 보행을 수행하였다. 실험 화면을 그림 8에 표시하였다.
본 논문에서는 현재의 위치를 추정하는 방법으로 확장된 칼만 필터 적용과 같이 GPS의 위치정보의 오차를 줄이는 방법을 사용하는 대신에 휴리스틱한 방법을 선택하였다. 즉 GPS로부터 취득한 위치에서 계획된 경로에 수직한 법선을 그어 교차하는 좌표를 현재의 위치로 간주하였다. 이 방식은 방향유도가 정상적으로 이루어져 계획된 경로로부터의 이탈이 일정 거리 이하에 있을 때 효과적으로 작동한다.
결정된 방향정보는 골전드 헤드셋을 통하여 전달된다. 진행할 방향은 단순음의 스피커 방향과 소리 강도를 제어하여 헤드셋의 두 개의 스피커에 출력하는 방식을 사용하였다. 골전도 헤드셋은 휴리아사의 HUH-01을 사용하였다.
실험은 대학 구내에서 시작 위치와 반환위치를 지정하고, 다시 시작 위치로 돌아오는 경로를 지정하였고, 두 지점 사이에는 완만하게 구부러진 경로와 급격하게 구부러진 경로들이 모두 포함되게 하였다. 평가도구를 사용하여 유도 보행의 적정성을 평가하였다.
대상 데이터
진행할 방향은 단순음의 스피커 방향과 소리 강도를 제어하여 헤드셋의 두 개의 스피커에 출력하는 방식을 사용하였다. 골전도 헤드셋은 휴리아사의 HUH-01을 사용하였다.
본 연구에서는 시각장애인의 보행 네비게이션을 위한 모바일 서비스 시스템을 구현하고, 실제에 적용하여 그 유용성을 검증하고자 한다. 모바일 구현을 위하여 휴대성이 용이한 장치들을 채용하였다. 위치 검출을 위하여 스마트폰에 내장된 GPS센서를 사용하였고, 스마트 폰을 기본적인 사용자 인터페이스 장치로 선택하였다.
방향센서는 Xsens사의 고정밀 모션 트랙커인 MTw Awinda를 이용하였다. 방향정보의 동적 정밀도는 헤딩 방향이 1.
스마트폰에 내장된 안테나와 GPS수신기를 사용할 경우 위치오차는 더욱 커질 수 있다. 삼성 갤럭시 7에 내장된 GPS를 사용하여 청주대학교 인근 안덕벌로의 보도 위에서 구글 맵을 실행시켜 얻은 지도상의 본인 위치 그림을 그림 1에 표시하였다. 시험자가 도로(폭 13m) 밖의 보도에 있음에도 GPS로부터 얻은 위치는 도로 가운데에 있는 것처럼 표시되고 있다.
모바일 구현을 위하여 휴대성이 용이한 장치들을 채용하였다. 위치 검출을 위하여 스마트폰에 내장된 GPS센서를 사용하였고, 스마트 폰을 기본적인 사용자 인터페이스 장치로 선택하였다. 본 연구에서는 GPS오차 때문에 발생할 수 있는 잘못된 보행과 주행방향 유도를 방지하기 위하여 GPS오차에 견고한 경로 스케줄링 방식을 제안하고, 구현하였다.
이론/모형
전체 경로(route)는 이러한 결절과 세부 경로의 집합이라고 할 수 있는데 두 개의 결절과 이들을 잇는 한 개의 세부경로는 하나의 구간(segment)를 구성하게 된다. 본 연구에서의Mapzen이라는 지도 서비스 플랫폼[20]을 이용하여 전체적인 결절과 세부경로를 얻었다.
성능/효과
본 논문에서 구현한 앱을 사용하면 방향유도 없이 카카오맵과 같은 스마트 폰 앱을 이용했을 때와 비교하면 길을 잃을 가능성이 크게 줄어든다. 실제 카카오맵은 진행 중에 역방향으로 이동하면 수십 미터를 진행한 후에야 스마트폰에 시각적으로 사용자 위치가 표시된다.
98이다. 비교적 방향 추종을 잘 한 것으로 나타났고, 정확히 목적지에 도달할 수 있었다. 그림에서 나타난 GPS 측정위치와 계획된 경로의 최근접 위치와의 차이는 최대 12.
고정밀 방향 센서, 골전도 헤드셋과 스마트폰을 사용한 시각장애인을 위한 휴대용 길안내 서비스 시스템을 구현하였다. 청주대학교 구내에서 구현된 시스템을 시험한 결과 골전도 헤드셋을 이용한 음향유도로 길 찾기를 하는데 어려움이 없고, GPS의 오차 때문에 발생하는 현 보행경로 추정문제를 제안한 휴리스틱 알고리즘으로 해결할 수 있음을 확인하였다. GPS 음영지역을 통과할 떄 발생할 수 있는 현 위치를 못 찾는 문제를 해결하기 위하여 위치 추정 알고리즘을 추가로 개발하여 시스템을 보완할 계획이다.
후속연구
청주대학교 구내에서 구현된 시스템을 시험한 결과 골전도 헤드셋을 이용한 음향유도로 길 찾기를 하는데 어려움이 없고, GPS의 오차 때문에 발생하는 현 보행경로 추정문제를 제안한 휴리스틱 알고리즘으로 해결할 수 있음을 확인하였다. GPS 음영지역을 통과할 떄 발생할 수 있는 현 위치를 못 찾는 문제를 해결하기 위하여 위치 추정 알고리즘을 추가로 개발하여 시스템을 보완할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구의 시각장애인을 위한 길안내 서비스 시스템이 가지는 장점은 무엇인가?
시각장애인을 고려한 사용자 인터페이스로써 음성인식을 통한 스마트폰을 입력도구로 사용하였고, 출력도구는 방향 및 음성안내를 하면서도 주변 환경음을 인식할 수 있는 골전도 헤드셋을 사용하였다. 개발된 시스템은 기존의 길안내용 스마트폰 앱과 달리 보행해야할 방향 정보를 착용한 헤드셋의 좌우 스테레오 음의 크기로 전달하며, 갈림길이나 휘어진 길에 대한 음성안내는 수 미터 전에 안내하여 시각장애인의 보행 속도에 적합하게 안내가 이루어지며, 역방향 보행이나 경로이탈을 즉시 경고하는 장점이 있다. 방향센서로 진행방향에 대한 동적 정밀도가 1.
전자적 여행 보조장치란 무엇인가?
시각장애인이 보행할 때 도움을 주는 장치에는 전자적 여행 보조장치, 보행 중에 자세나 방향을 알려주는 장치, 위치를 알려주는 장치들이 있다. 전자적 여행 보조장치는 주변 환경에 대한 정보를 변환하여 알려주는 장치이다. 이 중 위험한 장애물을 감지하여 알려주는 연구[3-5]가 진행되었으며, 장애물 감지에는 초음파, 스테레오 카메라들이 사용되었다.
시각장애인의 보행에 도움을 주는 장치에는 무엇이 있는가?
시각장애인이 보행할 때 도움을 주는 장치에는 전자적 여행 보조장치, 보행 중에 자세나 방향을 알려주는 장치, 위치를 알려주는 장치들이 있다. 전자적 여행 보조장치는 주변 환경에 대한 정보를 변환하여 알려주는 장치이다.
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Get driving, biking, walking and transit navigation in your app, https://mapzen.com/
Open street map, https://www.openstreetmap.org/#map7/35.948/127.736
A Windows 10 Computer with integrated Arduino, http://www.lattepanda.com/
Xsens 3D motion tracking, https://www.xsens.com/products/mtw-awinda/
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