3차원 지자기 지문 인식을 이용한 실내 위치 인식에 관한 연구. 3차원 지자기 지문을 이용한 실내 위치 인식에 관한 연구.
지구자기장
자기벡터기반 방위각 획득
왜곡이 없는 이상적인 상황에서 방위각 0~360°에 따른 지자기 신호를 한 위치에서 얻어 2차원 자기 벡터 값으로 그래프로 나타내면 다음과 같은 형태로 표현된다. 그림 2.2의 이상적인 자기 벡터에 표시된 원. 그러나 센서의 전기적 고유 오차(연철 효과)나 철골 구조물 및 자성 물체에 의한 오차(강철 효과)로 인해 출력이 타원 모양으로 나타나며, 형태에 따라 출력이 달라지는 것을 구별할 수 있습니다. 실내 위치에 따라 다릅니다 [30]. . 모든 방위각에 대한 2차원 자기 벡터의 특성.
최소자승법
자기 벡터 x의 값, y축은 자기 벡터 y의 값, 파란색 점은 해당 위치의 전방향 각도를 나타냅니다. 또한 요축 신호의 특성을 바탕으로 위치 인식 정확도를 향상시킵니다. 자기 벡터의 차원값과 지자기 z값의 합을 기반으로 한 위치 인식 방법을 제안한다.
포지셔닝 단계는 훈련 단계에서 구축한 타원계수 맵을 기반으로 현재 위치를 추정하는 단계이다. 임의의 장소에서 실시간으로 수집됩니다. 대략적인 값의 위치를 실제 위치라고 합니다.
방위각으로 획득한 지자기 신호를 이용한 위치인식 결과를 그림에 나타내었다. 지문 기반 위치 인식 방식을 이용하여 동일 위치에서의 전방향 각도에 대한 지자기장. 또한 방위각에 따라 지자기 신호가 크게 달라질 수 있기 때문에 같은 위치에서도 인식률이 크게 떨어진다.
실내 위치 인식 알고리즘은 에 따른 2차원 자기 벡터와 요축 보정을 사용합니다.
Fingerprint 측위 기법
시스템 구조
본 논문에서는 방위각 변화에 따른 지자기 신호의 불일치로 인해 발생하는 위치 오차를 개선하기 위해 지문과 요축 기반의 2차원 자기벡터 보정 기법을 적용한 실내 위치 인식 알고리즘을 제안하였다. 학습 단계에서는 제안된 방법을 이용하여 데이터베이스를 생성하기 위해 정간격 간격으로 분리된 기준 위치에서 벡터 기반의 2차원 자기 타원 계수와 센서 회전에 따른 5각 오프셋 지자기 z 값을 획득한다. 타원 계수 맵으로 저장됩니다. 측위단계에서는 2차원 자기벡터와 지자기 z값을 실시간으로 수집하여 미리 구축된 데이터베이스와 비교하여 각각 계산된 값과 가장 가까운 차이가 있는 위치로 인식한다. 참조. 위치.
각 위치의 고유한 특성을 더욱 반영하기 위해서는 동일한 위치에서 일정한 방위각 변화 간격으로 2차원 자기 벡터를 얻는 것이 필요합니다. 따라서 2차원 5각 자기벡터를 동일한 위치에 수집할 수 있다면 정규화된 최소제곱 계산을 통해 최적의 타원계수를 구하는 것이 가능하다. 제안된 데이터베이스인 타원계수맵(Ellipse Coefficient Map)은 기준위치에 따라 식 (3.1)을 기반으로 타원계수를 이용하여 그림 3.3 타원과 같다.
실험 환경
실내 위치 인식에 있어 널리 연구되고 있는 Wi-Fi 기반 시스템에서는 AP에 따른 전파의 특성으로 인해 일반적으로 기준 위치 간격이 3m로 지정된다. 그러나 실내 공간에서 지자기를 사용하는 경우 철골 및 구조물의 뒤틀림으로 인해 발생할 수 있습니다. 위치별로 신호 특성이 다르기 때문에 거리별 기준 위치 설정을 일반화할 수는 없습니다. 일반적으로 지자기 신호는 시간이 지나면서 변합니다. 자세측정장치나 관성항법장치에 장착되는 IMU 센서는 고해상도의 특성을 가지고 있지만 가격이 매우 비싸 실내 사용자에게는 널리 보급되지 않는다.
따라서 이 기사에서는 인기 있는 Apple/Samsung/Xiaomi 스마트폰에 내장된 저가형 지자기 센서(YAS537)를 사용했습니다.
실험 결과 분석
MGIF는 전체 위치 인식 횟수 540회 동안 방위각 변화에 따른 전체 지자기 세기를 사용하기 때문에 개별 축의 신호가 변하더라도 전체 값의 변화에 둔감하여 서로 다른 위치를 겹쳐서 인식하는 오류가 발생한다. 가치. 하지만 UFECM은 기준 위치별 고유한 지자기 값에서 추출된 타원 계수로 비교 연산을 수행하기 때문에 지자기 신호가 변하더라도 인식률이 높았고, 개별 축 신호 특성을 반영합니다. . 위치인식 오차거리에 대한 전체적인 결과는 Table 4.4와 같으며, MGIF는 각도에 따라 수집된 고유의 지자기 신호에 미리 구축된 전방향 각도 DB와의 비교연산을 적용하여 위치인식을 가능하게 하지만, 신호 수가 많으면 위치 분해능이 낮고 오류에 취약합니다.
계수 맵 계산을 거치기 때문에 위치 오류에 강합니다. 각 위치의 신호 특성에 따른 스무딩을 적용하여 정확도를 향상시켰습니다. 본 논문에서는 자력선의 분포를 왜곡시키는 다양한 강자성 물질로 구성된 실내 환경에서 지문 기반 지자기 지도의 방위각을 이용하여 지문 기반 지자기 지도의 방위각 변화로 인한 지자기 신호에 의한 위치 오차를 줄인다. 같은. 위치.
이를 통해 좁은 기준 위치 간격에서도 위치 분해능을 향상시킬 수 있는 기회를 제공했습니다. 하나의 지자기 센서만으로 방위각 변화에도 강인한 측위 인식 시스템을 구축했기 때문에 현재 연구 중인 다른 실내 측위 기술과도 결합해 높은 품질의 결과를 얻을 수 있고, 이를 통해 파생될 것으로 기대된다. 본 연구를 통해 향후 건물, 공장, 공공장소 등 실내에서도 타원계수 지도를 구축하면 정확한 위치 인식이 가능해 LBS(위치 기반 서비스)에 활용하는데 유용할 것으로 기대된다.
