[논문]스마트폰 실내 위치 추적을 위한 지자기 센서 보정에 관한 연구

이동욱; 오종택

doi:10.7236/jiibc.2018.18.6.229

초록
AI-Helper

스마트폰을 이용한 실내 위치 추적 기술에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 스마트폰의 이동 경로를 지도에 표시하기 위해서는 대부분의 스마트폰에 내장되어 있는 지자기 센서를 이용하여 방위각을 추정해야 하는데, 주변의 쇠구조물에 의한 자기장의 왜곡과 스마트폰의 기울어짐 때문에 방위각 추정 오차가 발생한다. 본 논문에서는 정지 상태에서의 지자기 센서의 보정 방법과 스마트폰의 기울어짐에 대한 보정 방법을 제시한다. 또한 스마트폰에서 자북과 도북의 차이에 의한 방위각 오차를 보정하는 방법을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Research on indoor location tracking technology using smart phone is actively being carried out. Especially, in order to display the movement path of the smartphone on the map, the azimuth angle should be estimated by using the geomagnetic sensor built in most smart phones. Due to the distortion of ...

Research on indoor location tracking technology using smart phone is actively being carried out. Especially, in order to display the movement path of the smartphone on the map, the azimuth angle should be estimated by using the geomagnetic sensor built in most smart phones. Due to the distortion of the magnetic field due to the surrounding steel structure and the inclination of the smartphone, the estimation error of azimuthal angle may be occurred. In this paper, we propose a correction method of the geomagnetic sensor at the stationary state and a correction method for the inclination of the smartphone. We also propose a method to correct the azimuth error due to the difference between the magnetic north and the grid north.

주제어

표/그림 (7)

그림 그림 1. (a) 자기장의 세기가 35~40μT 인 장소(실선)와 범위 밖인 장소(점선)에서 제자리에서 한 바퀴 회전하면서 지자기 센서로 측정한 방위각의 궤적과 중심점 (b) 범위 밖인 장소에서 실제 방위각과 지자기 센서 값으로 측정된 방위각의 오차 Fig. 1. (a) Locus and center of azimuth angle measured by geometric sensor, when rotating one turn in the place of the magnetic field strength of 35 ~ 40μT (solid line) and of outside the range (dotted line). (b) Azimuthal measurement error between the actual azimuth and the angles with geomagnetic sensor at a location outside the range.
그림 그림 3. 자북과 도북의 차이 Fig. 3. The difference between magnetic north and grid north
그림 그림 2. (a) 스마트폰이 수평상태(실선) 및 pitch(점선), roll(1점쇄선)각이 각각 45도일 때의 지자기 센서 값에 의한 측정 방위각 궤적 그래프, (b) 이때의 측정 방위각 측정 오차 Fig. 2. (a) A graph of azimuthal trajectory measured by the geomagnetic sensor value when the smartphone is horizontal(solid line) and the pitch(dotted line) and roll(1 dot chain line) angles are 45 degrees, each. (b) The azimuth measurement error.
표 표 1. 식 (3), (4)에서 사용된 변수들 Table 1. Variables used in equations (3) and (4)
그림 그림 4. soft iron 왜곡 Fig. 4. soft iron distortion
표 표 2. 각각의 실험에 대한 조건들 Table 2. Conditions for each experiment
그림 그림 5. (a) 수평자기벡터 왜곡 보정, (b) 센서 데이터 왜곡 보정, (c) 수평자기벡터 왜곡 보정 전/후의 방위각 비교, (d) 센서 데이터 왜곡 보정 전/후의 방위각 비교. Fig. 5. (a) Horizontal magnetic vector distortion correction, (b) Sensor data distortion correction, (c) Comparison of azimuth angle before and after horizontal magnetic vector distortion correction, (d) Comparison of azimuth angle before and after sensor data distortion correction.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그 예로 실내 위치 추적 시 스마트폰을 활용하여 위치와 보폭 및 방위각 등을 추정하는 방법이 연구되고 있다. 본 논문에서는 스마트폰에 내장된 3축 지자기 센서를 활용하여 실내에서 방위각을 찾기 위한 방법을 기술하였다.
본 논문에서는 스마트폰의 3축 지자기 센서로 방위각을 계산 시 주변 쇠구조물에 대한 왜곡과 스마트폰의 기울어짐으로 인한 지자기 센서 값의 왜곡을 보정하는 알고리즘을 기술하였다. 또한 자북 방위각을 실제로 지도에 표시되는 도북 방위각으로 보정하는 방법을 기술하였다.

제안 방법

정지 상태에서 스마트폰을 쥐고 몸을 한 바퀴 혹은 두 바퀴 이상 회전하며 지자기 센서의 값을 안드로이드 애플리케이션을 통해 약 5ms 간격으로 샘플링하며 추출하였다^[5]. 또한 스마트폰 주변 쇠구조물의 영향에 대한 보정 방법과 스마트폰의 기울어짐에 대한 보정 방법을 제시하고, 자북과 도북의 차이에 의한 방위각 오차를 안드로이드 API를 활용하여 보정하는 방법을 제안한다.
본 논문에서는 스마트폰의 3축 지자기 센서로 방위각을 계산 시 주변 쇠구조물에 대한 왜곡과 스마트폰의 기울어짐으로 인한 지자기 센서 값의 왜곡을 보정하는 알고리즘을 기술하였다. 또한 자북 방위각을 실제로 지도에 표시되는 도북 방위각으로 보정하는 방법을 기술하였다.
hard iron 왜곡과 soft iron 왜곡은 따로따로 나타나는 것이 아니며 동시에 발생하게 된다. 실험은 자기장의 세기가 다른 두 곳의 장소를 채택하여 진행하였으며, 두 장소에서의 상세한 실험 조건은 표 2에 기술하였다. 장소 1에서는 soft iron 보정 시 수평 자기 벡터를 사용하였으며 장소 2에서는 지자기 센서 값을 사용하였고, 실제 방위각과 왜곡을 보정한 방위각이 일치하는지 확인하였다.
실험은 자기장의 세기가 다른 두 곳의 장소를 채택하여 진행하였으며, 두 장소에서의 상세한 실험 조건은 표 2에 기술하였다. 장소 1에서는 soft iron 보정 시 수평 자기 벡터를 사용하였으며 장소 2에서는 지자기 센서 값을 사용하였고, 실제 방위각과 왜곡을 보정한 방위각이 일치하는지 확인하였다. 회전 시 기준이 되는 지점(동, 서, 남, 북)에서 잠시 멈춰 실제로 방위각이 보정이 되는지 확인하였다.
본 논문에서 진행된 모든 실험은 전문적인 장비를 사용한 것이 아닌 실생활에 흔히 사용 되는 스마트폰들을 사용하여 진행되었다. 정지 상태에서 스마트폰을 쥐고 몸을 한 바퀴 혹은 두 바퀴 이상 회전하며 지자기 센서의 값을 안드로이드 애플리케이션을 통해 약 5ms 간격으로 샘플링하며 추출하였다^[5] . 또한 스마트폰 주변 쇠구조물의 영향에 대한 보정 방법과 스마트폰의 기울어짐에 대한 보정 방법을 제시하고, 자북과 도북의 차이에 의한 방위각 오차를 안드로이드 API를 활용하여 보정하는 방법을 제안한다.
장소 1에서는 soft iron 보정 시 수평 자기 벡터를 사용하였으며 장소 2에서는 지자기 센서 값을 사용하였고, 실제 방위각과 왜곡을 보정한 방위각이 일치하는지 확인하였다. 회전 시 기준이 되는 지점(동, 서, 남, 북)에서 잠시 멈춰 실제로 방위각이 보정이 되는지 확인하였다.

대상 데이터

본 논문에서 진행된 모든 실험은 전문적인 장비를 사용한 것이 아닌 실생활에 흔히 사용 되는 스마트폰들을 사용하여 진행되었다. 정지 상태에서 스마트폰을 쥐고 몸을 한 바퀴 혹은 두 바퀴 이상 회전하며 지자기 센서의 값을 안드로이드 애플리케이션을 통해 약 5ms 간격으로 샘플링하며 추출하였다^[5].

성능/효과

스마트폰을 사용하여 실내에서 사용자의 위치를 인식할 때 지자기의 왜란에도 불구하고 스마트폰이 지향하는 방위각을 정확히 보정하는 것은 매우 중요하며, 본 논문에서 그 개선 결과를 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자북이란 무엇인가?	자북은 나침반의 N극이 가리키는 방향을 북쪽(north) 으로 하여 방위각을 표현한 것이며, 스마트폰으로부터 계산되는 방위각이다. 기호는 반쪽 화살표(\(\upharpoonright \))이다.
	도북 방위각은 어떠한 방식으로 계산되는가?	그림 3의 ①은 도북 방위각이고 ②는 자북 방위각이다. 자북과 도북 사이의 각도를 도자각이라 하며 자북 방위각에서 도자각을 빼주면 도북 방위각이 계산된다.
	방위각 오차를 보정하는 방법에는 무엇이 있는가?	기울어진 스마트폰으로부터 측정되는 지자기 센서 값을 보정하여 방위각 오차를 보정하는 방법으로 두 가지 방식이 있다. 수평자기벡터를 구한 후 보정을 통해 방위각을 계산하는 방식과 측정된 지자기 센서 값을 보정하여 방위각을 계산하는 방식이 있다. 수평자기벡터는 식 (5)를 통해 얻어낼 수 있다.

참고문헌 (11)

Jae Young Choi and Sung Gaun Kim, "Study on the Localization Improvement of the Dead Reckoning using the INS Calibrated by the Fusion Sensor Network Information," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, Vol. 18, No. 8, pp. 744-749, 2012.

원문보기 상세보기
Dae Hae Kim, Sang Min Lee, and Gil Young Kong, "A Study on the Wireless Ship Motion Measurement System Using AHRS," Journal of navigation and port research, Vol. 37, No. 6, pp. 575-580, 2013.

원문보기 상세보기
Elena Bergamini, and et al., "Estimating Orientation using Magnetic and Inertial Sensors and Different Sensor Fusion Approaches: Accuracy Assessment in Manual and Locomotion Tasks," Sensors, Vol. 14, No. 10, pp. 18625-18649, 2014.

상세보기
Jung Moon Hwang and Jung Han Kim, "Development of the Calibration Algorithm of 3 Axis Vector Sensor using Ellipsoid," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 32, No. 7, pp. 643-651, 2015.

원문보기 상세보기
Won Jae Yi, Weidi Jia, and Jafar Saniie, "Mobile Sensor Data Collector using Android Smartphone," IEEE 55th International Midwest Symposium on Circuits and Systems(MWSCAS), pp. 956-959, 2012.
Alexandre Gonsette, and et al., "Fog-based Automatic True North Detection for Absolute Magnetic Declination Measurement," Geoscientific Instrumentation, Method and Data Systems, Vol. 6, No. 2, pp. 439-446, 2017.

상세보기
Jae Geol Yim, Jae Hun Joo, and Gye Young Lee, "Smart Phone Picture Recognition Algorithm using Electronic Maps of Architecture Configuration," Journal of Society for e-Business Studies, Vol. 17, No. 3, 2014.
Christopher Konvalin, "Compensating for Tilt, Hard-iron, and Soft-iron Effects," Sensors Online, Dec. 2009: https://www.sensorsmag.com/components/compe nsating-for-tilt-hard-iron-and-soft-iron-effects.
Tae Yeon Kim, Chang Ju So, and Joon Lyou, "On-line Magnetic Distortion Calibration Method for a Magnetometer," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, Vol. 18, No. 9, pp. 819-822, 2012.

원문보기 상세보기
Gye Do Park and Jang Myung Lee, "Inclination and Non-horizontal Error Correction of Magnetic Compass by the Law of Gravity," Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 60, No. 3, pp. 606-611, 2011.

원문보기 상세보기
Jongtaek Oh, "A Study on Global Positioning System of Smart Phone in Indoor," Journal of the Institute of Internet, Broadcasting, and Communication, Vol. 15, No. 2, pp. 151-156, April 2015.

원문보기 상세보기

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

스마트폰 실내 위치 추적을 위한 지자기 센서 보정에 관한 연구
A Study on magnetic sensor calibration for indoor smartphone position tracking 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (7)

표/그림 (7)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

스마트폰 실내 위치 추적을 위한 지자기 센서 보정에 관한 연구 A Study on magnetic sensor calibration for indoor smartphone position tracking 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (7) 모든 표/그림 보기

표/그림 (7) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

오종택 (41)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

스마트폰 실내 위치 추적을 위한 지자기 센서 보정에 관한 연구
A Study on magnetic sensor calibration for indoor smartphone position tracking 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (7)

표/그림 (7)

AI 본문요약
AI-Helper