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KAIST, 실내외 통합 위치인식 기술 개발

KAIST(총장 이광형)는 전산학부 한동수 교수 연구팀 실내외 구분 없이 정밀하게 위치를 인식할 수 있는 실내외 통합 GPS 시스템을 개발했다고 8일 밝혔다.

이 시스템은 실외에서는 GPS 신호로 위치를 추정하고, 실내에서는 관성센서와 기압센서, 지자기센서, 조도센서에서 얻는 신호를 복합적으로 사용해 위치를 인식한다. 이를 위해 연구팀은 인공지능 기법을 활용한 실내외 탐지, 건물 출입구 탐지, 건물 진입 층 탐지, 계단 및 엘리베이터 탐지, 층 탐지 기법 등을 개발했다. 

또 개발된 각종 랜드마크 탐지 기법들을 보행자 항법 기법(PDR)과 연계한 '센서 퓨전 위치인식 알고리즘'도 새로 개발했다.

실내외 통합 GPS 위치인식 과정 모식도 (자료=KAIST)

보통 GPS 신호가 도달하지 않는 공간에서는 무선랜 신호나 기지국 신호를 기반으로 위치를 인식한다. 반면 KAIST가 이번에 개발한 시스템은 신호가 없고 실내지도가 제공되지 않는 건물에서도 위치인식이 가능하다.

사용자는 건물 안 몇층에 있는지도 정확히 알 수 있다. 비전이나 지구 자기장, 무선랜 측위 방식과 달리 사전 준비 작업도 필요없다. 세계 어디에서나 사용할 수 있는 범용 실내외 통합 GPS 시스템을 구축할 기반이 마련됐다고 연구팀은 밝혔다.

연구팀은 GPS와 와이파이, 블루투스 신호 수신 칩과 관성센서, 기압센서, 지자기센서, 조도센서 등을 탑재한 실내외 통합 GPS 전용 보드도 제작했다. 여기에 센서퓨전 위치인식 알고리즘을 탑재했다. 

제작된 실내외 통합 GPS 전용 하드웨어 보드의 위치인식 정확도를 대전 KAIST 본원 N1 건물에서 측정한 결과, 층 추정은 약 95%, 수평 방향으로는 3~6미터의 정확도를 보였다. 실내와 실외 간 위치를 이동할 때 전환 속도는 약 0.3초였다. 보행자 항법(PDR) 기법을 통합시켰을 때는 1미터 내외의 정확도를 달성했다.

실내외 통합 GPS 보드 (자료=KAIST)

연구팀은 위치인식 보드가 내장된 태그를 제작해 박물관, 과학관, 미술관 방문객들을 위한 위치기반 전시 안내 서비스에 적용할 예정이다. 관람객 동선을 분석해 전시물을 교체하거나 선정하는데 참고할 수 있다. 어린이나 노약자 보호 목적으로도 활용할 수 있으며, 소방관 혹은 작업장 작업자의 위치 파악에도 활용할 수 있다. 

지하 주차장과 같은 실내로 진입하는 차량의 위치를 추정하는 차량용 센서 퓨전 위치인식 알고리즘과 위치인식 보드도 개발 중이다. 차량용 실내외 통합 GPS 위치인식 보드가 제작되면 자동차 제조사나 차량 대여 업체들과의 협력을 모색할 계획이다. 

스마트폰에 탑재될 센서 퓨전 위치인식 알고리즘도 개발할 예정이다. 개발된 알고리즘이 내장된 실내외 통합 GPS 앱이 개발되면 위치인식 분야에서 다양한 사업화를 모색하는 통신사와 협력도 가능할 것으로 기대된다.

한동수 교수는 "2022년 개발이 시작된 한국형 GPS(KPS) 시스템, 한국형 항공위성서비스(KASS)와 통합되면 한국이 실내외 통합 GPS 분야에서 선도 국가로 나설 수 있다"라며 "향후 기술 격차를 더 벌릴 수 있도록 실내외 통합 GPS 반도체 칩도 제작할 계획"이라고 말했다.

실내외 통합 GPS 시스템과 위치기반 관람객 동선 분석 시스템은 과기정통부의 과학문화전시서비스 역량강화지원사업의 지원으로 개발됐다.