제 3 장 자기 위치 추정 및 점자 블록 검출
본 논문의 목적은 시각장애인의 보행을 보조하기 위한 시스템이 궁극적인 목표 이다. 이를 위하여 현재 자신의 위치를 추정하는 것은 그 어떤 기술보다도 중요 하다. 현재 위치를 파악하지 못하면 목적지까지의 경로 설정이나, 방향 설정 자 체가 불가능하기 때문이다.
이 장에서는 이러한 핵심 기술인 자기 위치 추정 기술과, 보행을 보조하기 위 하여 시각장애인을 위하여 설치된 점자 블록의 검출 기술을 다룬다.
제 1 절 자기 위치 추정
제안하는 시스템에서는 현재의 위치를 추정하기 위하여 기본적으로 GPS를 사용 한다. 이 GPS는 위치를 기반으로 하는 시스템에서 대부분 사용된다. 하지만 GPS는 자체적 문제와, 대기 상태 등 환경적 요인에 의해서 10~50M의 기본적인 오차가 존 재한다. 만일 차량 운행을 대상으로 하는 시스템이라면 이정도 오차 범위는 그렇 게 큰 문제가 되지 않는다. 하지만 본 논문에서는 보행을 대상으로 한다. 보행에 서 이정도 거리의 오차는 매우 심각한 문제이다. 이 절에서는 이러한 오차를 보완 하는 방법을 제안한다.
함으로써 결정되는데 반하여 GPS는 알고 싶은 점을 사이에 두고 있는 두 변의 길 이를 측정함으로 미지의 점의 위치를 결정한다는 것이 고전적인 삼각측량과의 차 이이다. 인공위성으로부터 수신기까지의 거리는 각 위성에서 발생시키는 부호의 속도를 곱하여 계산한다(거리 = 빛의 속도 × 경과시간). 실제로 위성의 위치를 기준으로 수신기의 위치를 결정하기 위해서는 이 거리 자료 이외에도 위성의 정확 한 위치를 알아야 하는데 이 위성의 위치를 계산하는 데는 GPS 위성으로부터 전송 되는 궤도력을 사용한다.
GPS 신호의 종류는 대역에 따라서 L1(1,575.42MHz)과 L2(1,227,6MHz) 두 가지로 나누어진다. 일반적으로 사용 가능한 대역은 L1 대역이다. L1은 위치 오차가 약 10 ~ 20M 이다. L2 대역은 군사 및 정밀 측위용 대역으로 일반사용자는 사용할 수 없다.
L1 대역을 사용함으로 인해서 기본적인 오차가 생기게 된다. 이로 인하여 보행 을 위한 정확한 위치 정보 획득에 문제가 생기게 된다. 또한 멀리 떨어진 위성으 로 부터의 신호 수신이기 때문에, 중간에 환경의 영향으로 신호가 왜곡되는 문제 가 발생한다.
GPS의 오차 요인은 다음과 같이 정리할 수 있다.
가. GPS 위성에서 고의로 삽입한 잡음 나. 전리층, 구름 등의 굴절 왜곡 현상 다. 지상의 조건으로 인한 신호의 반사
Fig 3.22. GPS 위치 측정 결과 표시
가 항의 경우 미국방성이 실시하는 선택적 이용성(SA : Selective Availability )에 의한 오차의 경오 50~100M의 오차를 가진다. 이온층에서는 2~50M, 전리층에서
다의 경우는 일반적인 도시환경에서 주로 발생하는 오차이다. 고층건물 사이를 지나가거나, 터널을 통과하는 경우, 고가도로 밑을 통과하는 경우 신호의 수신에 문제가 생겨 정확한 오차를 파악할 수 없다.
최근 스마트폰의 대중화 및 발달로 인하여, GPS는 스마트폰의 기본 구성품이 되 었다. 이로 인해 스마트폰을 사용하는 본 연구에서는, 측정을 보조 할 수 있는 수 단을 하나 더 얻을 수 있었다.
휴대폰의 경우 항상 주변의 기지국과 통신을 주고받는다. 휴대폰이 무선으로 연 결되는 곳은 어디까지나 기지국까지이고 기지국부터는 유선망으로 연결된다. 또한 기지국은 위치가 고정적이다. 이를 이용하여 휴대폰과 주변의 기지국의 통신 과정 에서 주변 기지국들과의 신호 강도를 파악하면 상대적 위치를 추정할 수 있다.
Fig 3.23. GPS와 무선망을 이용한 위치 추정 개념도
앞에서 기술한대로, 대상으로 하는 건물이 많고 복잡한 도심에서는 GPS 위성 신 호의 왜곡으로 정확한 위치를 추정할 수 없다. 이러한 환경에서 이 방법을 사용하 면 GPS 위치 정보를 효과적으로 보완할 수 있다.
Fig 3.24. GPS와 무선망을 이용한 위치 추정 결과