[논문]도심에서의 드론 Last-mile 배송 기술의 정밀 측위 기법

김규석

doi:10.12673/jant.2021.25.1.60

도심에서의 드론 Last-mile 배송 기술의 정밀 측위 기법
A Precision Positioning Method of Drone Last-mile Delivery Technology in Urban Areas 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.25 no.1, 2021년, pp.60 - 67

김규석 (한국폴리텍대학 분당융합기술교육원 데이터융합SW과)

초록
AI-Helper

미국을 비롯한 전 세계 국가는 드론을 이용한 물류 서비스의 상용화를 위해 활발한 연구를 진행하고 있다. 국내에서도 물류 배송 기업을 비롯하여 이동통신사에서도 드론 물류 배송 서비스의 연구, 개발을 진행 중이다. 그러나 우리나라와 미국은 last-mile 물류 배송 환경이 다르다. 우리나라는 인구의 77% 이상이 아파트 등의 공동주택에 살고 있으며 인구 밀도가 전 세계 4위에 달하는 나라이다. 이에 따라 드론 물류 배송에 있어 우리나라 환경에 맞는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 도시 지역에서의 근거리 무선통신과 기압계를 활용한 드론 물류 배송의 정밀 위치 판단의 방법을 제안한다. 실험 결과 제안하는 방법을 통해 2.5m 이내의 창문도 탐지할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제안하는 방법을 통해 도심에서의 드론 물류 배송 기술의 향상에 도움이 되길 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Countries around the world, including the U.S. are actively researching to commercialize the logistics services using drones. In Korea, telecommunications companies as well as logistics companies are researching and developing the logistics services using drones. However, there's an environmental difference for last-mile delivery between the U.S. and Korea. In Korea, more than 77% of the population lives in apartments and the population density is the 4th highest in the world. Accordingly, in terms of the logistics services using drones, it is necessary to research it with the Korean suitable environment. In this paper, a precision positioning method of drone last-mile delivery in urban areas using short-range wireless communication and barometer is proposed. The experiment results show that the proposed method can detect a window within 2.5 meters. It is expected that the proposed method will help improve the logistics services using drones in urban areas.

주제어

표/그림 (11)

표 표 1. Wi-Fi와 Bluetooth 비교 Table 1. Comparison between Wi-Fi and Bluetooth.
표 표 2. 실험 환경 및 장비 Table 2. Experimental environment and device.
표 표 3. 장비별 측위 관련 정보에 따른 행동 Table 3. Action for each device according to the positioning related information.
표 표 4. 용어 Table 4. Terminology.
그림 그림 1. 주문자용 실험 애플리케이션 Fig. 1. Experimental application for orderer.
그림 그림 2. 드론용 실험 애플리케이션 Fig. 2. Experimental application for delivery drone.
표 표 5. 1층과 2층 주문자 위치에서의 A_r 값 Table 5. A_r values at orderer location on the 1st and 2nd floors.
표 표 6. GPS 좌표의 정확도 점수의 합 Table 6. Summation of accuracy score for GPS coordinates.
표 표 7. 1층에서의 실험 결과 Table 7. Experimental result on the 1st floor.
표 표 8. GPS 좌표의 정확도 점수의 합 Table 8. Summation of accuracy score for GPS coordinates.
표 표 9. 2층에서의 실험 결과 Table 9. Experimental result on the 2nd floor.

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 연구에서는 공동주택 거주자가 물품을 주문했을 때 물품을 공동주택의 정확한 세대로 배송할 수 있는 정밀 측위 방법을 제안한다. 본 연구에서 제안하는 정밀 측위 방법은 일상생활의 필수품인 스마트폰에 # 센서와 근거리 무선통신 기술을 활용하였다.
그러나 공동주택의 경우 물품을 수령할 방법이 마땅치 않으며 아파트와 같은 공간에는 지상이 주차장이거나 놀이터 등의 편의시설이고 그 공간도 매우 협소하다. 본 연구에서는 물품 수령과 관련된 단점에 주안점을 두어 개선할 수 있는 연구를 진행한다.
따라서 공동주택의 거주 비율이 높고 주택 간 간격이 좁은 국내 환경을 기반으로 드론을 활용한 물류 배송은 last-mile delivery의 측위 정확도를 높일 기술이 필요하다. 본 연구에서는 스마트폰에 기본적으로 탑재된 GPS와 BLE, 기압계 모듈, 그리고 가정에 1 ~ 2개 이상씩 가지고 있는 Wi-Fi AP를 활용하여 드론을 활용한 주택 창가에서의 last-mile delivery를 위한 정밀 측위 기술을 제안하였다.

가설 설정

기존의 GPS 측위 오차를 보완하기 위하여 기압계 센서와 Bluetooth, Wi-Fi의 근거리 무선통신 기술을 활용한다. 본 연구에서 제안하는 방법에 대한 실험 및 검증은 드론을 활용한 물류 배송의 시나리오를 가정하여 스마트폰을 기반으로 진행하였다.

제안 방법

이 애플리케이션은 주문자용 애플리케이션에서 제공한 정보와 현 위치와의 일치도의 계산한 내용을 보여준다. 또한, 본 실험에서는 위치 정확도를 판단하기 위한 것으로 주문자용 애플리케이션에서 탐지된 6가지 정보를 수기로 입력하여 준다.
10m로 큰 차이가 있다[16]. 또한, 본 연구에서는 Wi-Fi와 Bluetooth와의 연결은 하지 않고 신호 탐지 여부와 세기를 활용한다.
본 연구에서 제안하는 정밀 위치 판단 방법을 실험하기 위하여 디바이스별로 송신 및 탐지해야 할 정보는 표 3과 같이 총 6가지이다.
본 연구에서 제안하는 정밀 측위 방법은 일상생활의 필수품인 스마트폰에 # 센서와 근거리 무선통신 기술을 활용하였다. 기존의 GPS 측위 오차를 보완하기 위하여 기압계 센서와 Bluetooth, Wi-Fi의 근거리 무선통신 기술을 활용한다.
등이 있다. 본 연구에서는 GPS의 측위 오차를 보정할 수 있으면서, 스마트폰에 기본적으로 내장되어 있는 Wi-Fi와 Bluetooth 기술을 사용한다.
그러나 주위 환경과 수신 기기에 따라 전파 손실률이 달라짐으로써 RSSI를 활용한 거리 측정은 정확도가 낮다[19]. 본 연구에서는 배송 받을 위치에서의 Wi-Fi AP와 Bluetooth의 RSSI 값을 활용한다.
실험용 애플리케이션은 주문자용과 드론용으로 총 2가지 형태로 구현을 한다.
주문자용 애플리케이션은 그림 1과 같다. 이 애플리케이션은 드론에게 보낼 정밀 위치 판단 정보 6가지 파악을 위하여 실행과 동시에 4가지의 작업을 동시에 수행한다.
첫 째, 1층 창문에서 실험한 결과이다. 창문 안쪽에서 주문을 하여 주문자의 정밀 위치 정보를 파악한다. 이 때, 드론이 해당 창문 앞과 좌우 약 2.
첫째, GPS 모듈로부터 위도, 경도, 고도 좌표 받아 애플리케이션에 실시간으로 파악한다. 둘째, Wi-Fi AP 검색을 수행하여 주문자의 위치에서 RSSI 값이 가장 높으면서 AP의 이름과 address가 비어있지 않은 것을 파악한다.

대상 데이터

본 연구에서의 실험결과는 총 2그룹으로 6세트이다.
실험 장비로는 스마트폰 두 대이다. 스마트폰 한 대는 주문역할을 하는 스마트폰이며, 다른 한 대는 드론 역할을 하는 스마트폰이다.

이론/모형

Wi-Fi와 Bluetooth의 신호 세기를 파악하기 위하여 RSSI(received signal strength indicator)를 활용한다. RSSI 값은 클수록 신호의 강도가 크며 해당 모듈과의 거리가 상대적으로 가까워지는 것이다[18].
이는 기존의 classic Bluetooth와 다르게 저전력으로 저용량의 데이터 패킷을 송수신 하는 기술이다 [17]. 본 연구에서는 BLE의 모드 중 불특정 다수에게 디바이스의 존재를 알리는 BLE advertising 모드를 사용한다.

성능/효과

그러나 WRS, APS, BS의 값을 추가하여 얻어진 PPS 값이 98 이상으로 가장 높아 주문자의 정면에서 가장 높은 값을 나타냄을 알 수 있었다.
오류가 있었다. 그러나 표 7과 같이 변동폭이 상대적으로 큰 WRS, APS, BS를 통해 창문 정면에서의 PPS 값이 가장 높도록 보정할 수 있었다.
실시간으로 파악한다. 둘째, Wi-Fi AP 검색을 수행하여 주문자의 위치에서 RSSI 값이 가장 높으면서 AP의 이름과 address가 비어있지 않은 것을 파악한다. 셋 째, 주문자용 스마트폰의 Bluetooth 모듈을 켬과 동시에 BLE advertising 모드에 들어간다.
또한, APS는 GPS 통한 고도 값의 정확도 점수인 ALS 보다 정확도가 더 높고, 기기별 편차가 적어 고도 파악의 정확도를 높이는데 도움이 될 수 있는 지표이다. 둘째, 고도의 정확도 점수인 ALS 값의 편차가 위도나 경도의 정확도 점수인 LAS, LOS보다 컸음을 알 수 있다. 따라서 APS를 통해 ALS의 값을 보정할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 본 실험도 표 9와 같이 LAS와 LOS의 값에 비해 ALS 값의 변동이 컸음을 알 수 있었다. 앞 실험과 같이 기압의 정확도인 APS 값의 차이가 크지 않아 ALS의 측위 오차를 보정할 수 있었고, Wi-Fi AP의 RSSI 값의 정확도인 WRS의 값의 변동 폭이 커 정밀 측위에 도움이 될 수 있는 수치들이었음을 알 수 있었다.
76 이상으로 상대적으로 가장 낮았다. 또한, 표 7과 같이 GPS로부터 얻어진 위도, 경도의 정확도 점수인 LAS와 LOS의 값에 비해 고도의 정확도 점수인 ALS 값은 같은 고도임에도 불구하고 93에서 99 사이로 변동이 컸음을 알 수 있었다. 그러나 기압의 정확도 점수인 APS는 세 지점의 측정값의 차이가 상대적으로 적음을 알 수 있었다.
셋째, 두 실험의 경우 모두 주문자가 위치했던 창문 앞에서의 PPS 값이 98 이상으로 가장 높았음을 알 수 있다. 이는 본 연구에서 제안하는 정밀 측위 방법의 활용 가능성을 시사한다.
실험결과, 2층에서의 실험도 1층에서의 실험과 같이 GPS 좌표의 정확도인 LAS, LOS, ALS 값만으로는 정밀 위치 파악이 불가하였다. 그러나 WRS, APS, BS의 값을 추가하여 얻어진 PPS 값이 98 이상으로 가장 높아 주문자의 정면에서 가장 높은 값을 나타냄을 알 수 있었다.
실험결과, 표 6과 같이 GPS만 활용했을 때에는 주문자 좌측창문에서의 정확도 점수가 가장 높아 정확한 위치를 판단하는 데는 오류가 있었다. 그러나 표 7과 같이 변동폭이 상대적으로 큰 WRS, APS, BS를 통해 창문 정면에서의 PPS 값이 가장 높도록 보정할 수 있었다.
변동이 컸음을 알 수 있었다. 앞 실험과 같이 기압의 정확도인 APS 값의 차이가 크지 않아 ALS의 측위 오차를 보정할 수 있었고, Wi-Fi AP의 RSSI 값의 정확도인 WRS의 값의 변동 폭이 커 정밀 측위에 도움이 될 수 있는 수치들이었음을 알 수 있었다.
5m 이내의 창문 구분도 가능한 것으로 확인되었다. 이는 GPS로부터 얻어진 위도, 경도, 고도만을 활용한 측위 방법보다 BLE, Wi-Fi, 기압계 등으로부터 얻어진 값을 조합한 측위 방법이 더 정밀한 위치를 탐지할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 본 방법론은 원룸이나 고시원 같은 밀집 공동주택에서의 드론을 활용한 물류 배송의 가능성도 시사한다.
첫째, 본 실험의 모형에 동일한 비중을 두었던 GPS를 통한 위도, 경도, 고도의 정확도 점수인 LAS, LOS, ALS 보다 Wi-Fi RSSI와 기압의 수치인 WRS, APS의 변동 폭이 상대적으로 컸다. WRS는 100미터 이내의 근거리에서 수신이 되고, 실제 각종 장애물들로 수신 거리가 훨씬 짧아지는 특징이 있는 Wi-Fi AP의 신호 세기로서 근거리에서의 더 정밀한 측위를 하는데 도움이 될 수 있는 지표이다.

후속연구

좀 더 구체화 할 수 있을 것이다. 또한, 다양한 디바이스를 기반으로 실험 표본을 늘리고, 실제 드론에 탑재한 결과를 통해 last-mile delivery의 정확도 향상 기법을 연구할 수 있을 것이다.
또한, 실내 측위기술도 쓰이고 있지만 다양한 장비가 필요하기도 하며 관련하여 정확도를 높이는 연구가 필요하다.
추후 연구에서는 GPS와 그 외의 센서로 부터 얻어진 값의 가중치를 달리하여 정밀 측위의 정확도를 높일 수 있는 모형을 좀 더 구체화 할 수 있을 것이다. 또한, 다양한 디바이스를 기반으로 실험 표본을 늘리고, 실제 드론에 탑재한 결과를 통해 last-mile delivery의 정확도 향상 기법을 연구할 수 있을 것이다.

참고문헌 (19)

[Internet]. Available: http://www.greenpostkorea.co.kr/news/articleView.html?idxno124879
Savills, Korea logistics 2H/2020 [Internet]. Available: https://en.savills.co.kr/research_articles/166219/187797-0
N. Zhang, J. Wu, G. M. Jin, K. H. and K. H. Bae, "Research on the status and competitiveness of chinese drone delivery service," Korea Logistics Review, Vol. 27, No. 6, pp. 71-83, 2017.12

상세보기
A. Guban and J. Udvaros, "Logistics drone problem and shortcomings," Prosperitas, Vol. 7, No. 1, pp. 78-88, 2020
EETimes, Hydrogen Fuel Cell-Powered Drones [Internet]. Available: https://www.eetimes.com/hydrogen-fuel-cell-powered-drones/
J. S. Kim, "A study on the civil aeronautics law for the safety and use of drone," Dankook Law Review, Vol. 39, No. 3, pp. 267-298, 2015.09

상세보기
S. Y. Ahn, T. H. Kim, T. H. Yang, G. W. Lee, M. T. Lee, J. S. Lee and Y. S. Kim, "Individual airbags devices for unexpected falling drone accidents," in Proceedings of the KSMPE Spring Conference 2019, Jinju: Korea, Vol. 2019, No. 4, pp. 237-237
J. S. Baik, "A study on last mile delivery strategy in the city," Korea International Commerce Review, Vol. 34, No. 4, pp. 327-348, 2019.12

상세보기
[Internet]. Available:https://en.wikipedia.org/
[Internet]. Available:http://kostat.go.kr/
[Internet]. Available:https://kosis.kr/
[Internet]. Available: https://www.kriso.re.kr/gallery.es?mida10403000000&bid0019&list_no221&actview
E. S. Park, K. Y. Kim, D. S. Seong and K. B. Lee, "Implementation of CCTV security services using GPS precision implement," The Journal of Korean Institute of Information Technology, Vol. 12, No. 3, pp. 187-202, 2014.03
R. A. Azdy and F. Darnis, "Use of haversine formula in finding distance between temporary shelter and waste end processing sites," in Proceedings of Journal of Physics: Conference Series, South Sumatera: Indonesia, Vol. 1500, No. 1, pp. 12104
SIN, How to set up the BMP180 barometric pressure sensor on an arduino [Internet]. Available: http://sin.lyceeleyguescouffignal.fr/how-to-set-up-the-bmp180-barometric-pressure-sensor-on-an-arduino
TechDifferences, Difference between bluetooth and wifi [Internet]. Available: https://techdifferences.com/difference-between-bluetooth-and-wifi.html
WIKIPEDIA, Bluetooth low energy [Internet]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_Low_Energy
B. Yamamoto, A. Wong, P. Agcanas, K. Jones, D. Gaspar, R. Andrade, A. Trimble, "Received signal strength indication (RSSI) of 2.4 GHz and 5 GHz wireless local area network systems projected over land and sea for near-shore maritime robot operations," Journal of Marine Science and Engineering, Vol. 7, No. 9, pp. 290, 2019.08

상세보기
C. Lee, Y. W. Jang, C. H. Lee, H. K. Choi, S. G. Myung, Y. M. Byun, B. K. Seo, M. J. Park, J. H. Kim and S. R. Cho, "Beacon distance calculating based on RSSI using tensorflow," in Proceedings of the Korean Institute of Communication Sciences Conference, Jeju: Korea, Vol. 2017, pp. 1352-1353

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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