[논문]스마트폰의 가속도계 및 자세계를 활용한 위치예측기 성능 향상 방안

오준환; 김민수; 이영준; 채진석

[국내논문] 스마트폰의 가속도계 및 자세계를 활용한 위치예측기 성능 향상 방안
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오준환 (인천대학교) , 김민수 (인천대학교) , 이영준 (인천대학교) , 채진석 (인천대학교)

최근의 스마트폰은 UI 또는 엔터테인먼트의 목적으로 가속도계 및 자세계를 제공하고 있으며 이들 정보를 이용한 게임 등의 엔터테인먼트 어플리케이션은 물론 좌표 등의 위치 정보를 통한 위치기반 서비스도 이미 제공중이다. 늘어가는 위치정보 서비스 내에서의 공간정보 질의회수 및 예측회수 증가는 장차 위치정보 서비스 제공에 있어 서버측 인프라에 부하를 증대시킬 수 있다. 이에 이들 하드웨어가 제공하는 가속도 및 방위각을 활용하여 속도 및 진행방향 정보를 생성하고 이를 위치예측기에 활용하여 연산 속도 및 예측의 정확성 등의 성능을 향상시킬 수 있는 방안을 제시한다.

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문제 정의

최근 스마트폰이나 PDA폰은 가속도계 및 자세계를 채용. 대부분 스마트폰이나 PDA등에서 동작되는 특성을 고려할 때, 이들 휴대장치에 장착된 가속도계 및 자세계 정보를 이들 위치예측기에 추가 정보로 제공하여 예측의 정확성 및 전체적인 연산 성능을 높일 수 있는가에 대해 논한다.
한편 위치정보만 제공하는 GPS의 특성상 속도와 방향은 필연적으로 수집된 과거 위치정보로부터 연산하여야 하며, 이는 위경도좌표의 투영 변환 등의 복잡한 계산을 통해 얻어지기 때문에 다수의 질의를 동시에 처리할 경우 상당한 CPU자원을 소비할 것을 예상할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 스마트폰의 가속도계 및 자세계에서 이들 위치예측기에 유용한 추가 정보를 생성하며, 이 정보가 위치예측기 성능 향상에 기여하는지 알아본다.

제안 방법

대표적인 연구로는 미국에서 개발된 DOMINO[1,2,3]가 있다. 이 시스템은 이동 객체의 현재 위치 정보와 속도, 방향 정보를 이용하여 미래의 위치를 추정하는 기능을 제공한다.
유럽의 CHOROCHRONOS 연구 컨소시엄에서는 시공간 데이터베이스의 특수한 영역으로 이동 객체에 관한 연구가 수행되었으며 특히 이동 객체의 데이터 모델링, 인덱싱, 불확실성 처리에 관한 연구가 주로 진행되었다[4,5,6,7]. 그리고 GPS기반의 수송 관리 시스템과 멀티미디어 시스템을 적용 대상으로 선정하여 응용 시나리오를 제시하였다.
생성된 3개 영역에 대해 각각의 알고리즘을 5회 반복 하여 수행하고, 각 회차의 수행속도를 평균한다.
본 논문에서는 하드웨어를 적극 활용하여 가속도와 방위각 정보를 추가로 수집하고 이들 데이터를 활용하여 각 단말의 다음 위치를 예측하는 방법을 제안하였다. 제한된 정보만을 활용하여 다음 위치를 예측하는 방법과 하드웨어를 적극적으로 활용하여 가속도 및 방위각 정보를 예측에 활용하는 방법을 비교하였을 때 제안한 방법이 나은 연산 속도를 보이는 것을 확인하였다.

데이터처리

10,000건부터 30,000건까지의 3개 영역에 대해 각 알고리즘을 5회 수행한 결과에 대한 평균을 그래프로 나타내었다. 그 결과 가속도와 방향으로부터 다음 위치를 추정 하는 것이 좌표쌍을 사용할 때보다 약 50%정도의 성능 향상이 있음을 알 수 있었다.

이론/모형

이동 단말의 이동 속도는 가속도의 적분으로 계산한다. 계산에 이용할 가속도는 안드로이드의 가속도계를 이용하여 측정한다.
대조군으로 사용할 위경도 기반 위치 추정 기법에서 두 좌표로부터 방위각 및 거리를 산출하는 수식은 Vincenty's Formula를 사용하였다.

성능/효과

10,000건부터 30,000건까지의 3개 영역에 대해 각 알고리즘을 5회 수행한 결과에 대한 평균을 그래프로 나타내었다. 그 결과 가속도와 방향으로부터 다음 위치를 추정 하는 것이 좌표쌍을 사용할 때보다 약 50%정도의 성능 향상이 있음을 알 수 있었다.
본 논문에서는 하드웨어를 적극 활용하여 가속도와 방위각 정보를 추가로 수집하고 이들 데이터를 활용하여 각 단말의 다음 위치를 예측하는 방법을 제안하였다. 제한된 정보만을 활용하여 다음 위치를 예측하는 방법과 하드웨어를 적극적으로 활용하여 가속도 및 방위각 정보를 예측에 활용하는 방법을 비교하였을 때 제안한 방법이 나은 연산 속도를 보이는 것을 확인하였다.

후속연구

한편 이번 시험은 위치예측기에 입력하기 전 단계인 입력값 생성 단계에서 수행한 시험으로 위치예측기의 성능 향상에 실질적으로 기여하는지에 대한 문제는 해결되지 않았다. 이는 추후 연구에서 실제로 위치예측기에 적용해 볼 필요가 있다고 생각된다.

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