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인프라 없어도 치매 환자 신속히 찾을 수 있어요
무선랜이나 블루투스와 같은 무선신호 인프라가 설치되지 않은 건설 현장과 공장 건물에서도 동작하고, 어린이나 치매 노인을 찾아낼 수 있는 실내외 통합 GPS 시스템을 우리 연구진이 개발해 화제다.
우리 대학 전산학부 지능형 서비스통합 연구실 한동수 교수 연구팀이 전 세계 모든 건물에서 위치 서비스를 제공할 수 있는 ‘범용 실내외 통합 GPS 시스템’을 개발했다고 12일 밝혔다.
이번에 개발된 범용 실내외 통합 GPS 시스템인 카이로스(KAILOS, KAIST LOcating System)는 서비스 범위를 소수의 특정된 건물에서 벗어나 전 세계 모든 건물로 확장했다. 위치 인프라 제약에서도 벗어나 앞으로는 무선 신호가 부재한 건물에서도 구동되는, 소위 범용적인 실내외 통합 GPS 위치인식 서비스가 가능해질 전망이다.
연구팀은 실내외 전환 탐지 AI 기법과 건물 출입구를 탐지하는 AI 기법을 통합시킨 센서퓨전 위치인식 기법을 개발했다. 이 기법들은 건물 출입구 탐지, 층 탐지, 계단/엘리베이터와 같은 랜드마크 탐지 기법이 보행자 항법 기법(PDR)과 연계돼 작동한다.
구체적으로 연구팀은 GPS 신호와 관성센서에서 얻어지는 신호를 복합적으로 활용해 사용자가 진입하는 건물을 판별하고 건물에 진입하는 시점과 위치를 실시간에 탐지하는 기법을 개발했다. 건물 내에서는 기압과 관성센서를 활용해 계단/엘리베이터를 이용한 수직 이동을 탐지하고 기압 정보를 활용해 층을 탐지하는 기법도 개발했다.
한편 연구팀은 GPS, 와이파이(WiFi), 블루투스 신호 칩과 관성센서, 기압 센서, 지자기 센서, 조도 센서를 통합시킨 위치 전용 사물인터넷(IoT) 태그도 제작했다. 개발된 태그에 장착된 GPS 센서는 위성에서 직접 수신되는 L1 신호뿐 아니라 건물에 반사되는 L5 신호도 처리해 도심 협곡에서도 높은 정확도를 달성할 수 있다.
이제 위치 태그만 있으면 LTE 신호가 제공되는 전 세계 어느 건물에서도 실내외 구분 없이 위치를 추정하고, 추정된 위치에 기반한 다양한 실내외 통합 위치기반 응용 서비스를 개발할 수 있다. 사물인터넷(IoT) 태그의 배터리 소요에 있어서는 위치 서비스 주기에 따라 달라질 수 있지만 실시간 서비스 조건이 완화된 환경에서는 배터리 충전 없이 수일 동안 서비스를 제공할 수 있음을 확인했다.
연구팀은 스마트폰을 위치 단말로 사용하는 스마트폰에서 구동되는 실내외 통합 GPS 앱도 함께 개발했다. 개발된 앱은 위치기반 안전, 편의, 엔터테인먼트와 같은 응용 분야에서 널리 사용되면 연구팀이 보유하고 있는 ‘크라우드소싱 무선 라디오맵 구축 자동화 기법’과 접목해 도시 혹은 국가 수준의 정밀한 무선 라디오맵 구축도 가능해질 전망이다. 향후 도시 및 국가 수준의 라디오맵이 구축되면 신뢰도 높고 정확한 실내외 통합 GPS 서비스를 할 수 있다.
연구팀을 이끄는 전산학부 한동수 교수는 “이번에 업그레이드된 카이로스(KAILOS) 실내외 통합 GPS 시스템은 위치 인프라가 설치되지 않은 건설 현장과 공장 건물에서 개발된 시스템의 기능과 성능을 평가하는 6차례의 개념 증명(Proof of Concept, PoC) 과정도 수행해 상용화 가능성을 입증했다”며, “또한 어린이나 치매 노인 보호를 위해 실내외 통합 GPS 위치 태그를 신발에 장착하려는 요구가 있다. 건설 현장, 그리고 조선소, 제철소와 같은 공장 작업자의 안전을 위치에 기반해 관리하려는 시도도 있다. 이번에 개발한 시스템은 이런 상황에 적용이 쉬우며, 소방관이나 경찰의 도움이 필요한 구조요청에도 신속하게 대응할 수 있다”고 말했다.
이번에 개발된 실내외 통합 GPS 시스템은 2022년 개발이 시작된 한국형 GPS 시스템(KPS)의 서비스 영역을 실내로 확장하는 데도 활용될 것으로 기대된다.
한편 이번 연구는 방위사업청의 재원을 받아 국방과학연구소의 지원(미래도전 국방기술 연구개발사업)으로 수행됐다.
2024.08.12 조회수 1635 -
한동수 교수, 크라우드소싱 기반 실내 위치인식 시스템 개발
〈 한 동 수 교수 〉
우리 대학 전산학부 한동수 교수 연구팀(지능형 서비스통합 연구실)이 실내 공간에서 획득한 와이파이 신호의 수집 위치정보를 자동으로 파악할 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술은 글로벌 실내 위치인식 시스템 구축에 필요한 핵심 기술로 다수의 스마트폰에서 수집된 무선랜 핑거프린트의 수집 위치를 자동으로 라벨링하는 인공지능 기법이다. 비용을 절감하면서 높은 정확도를 가질 수 있고 무선랜 핑거프린트 수집이 가능한 건물이라면 어느 곳에도 적용 가능하다.
여러 글로벌 기업들이 실내 GPS를 실현하기 위해 전 세계 주요도시에서 수만 건의 실내 지도를 수집했다. 실내 지도와 함께 신호 지도 수집도 시도했지만 높은 정확도를 갖지 못했고 그 결과 실내에서의 위치 인식 서비스 질이 떨어진다.
연구팀은 문제 해결을 위해 실내를 이동 공간과 체류 공간으로 구분하고 각각의 공간에 최적화된 수집 위치 라벨링을 자동화하는 기술을 개발했다.
연구팀이 개발한 기술은 복도, 로비, 계단과 같은 이동 공간에서도 수집된 신호의 위치정보를 별도의 외부 정도 없이도 자동으로 라벨링하는 새로운 자율학습(Unsupervised Learning) 인공지능 기술이다.
이 기술을 토대로 기초실험연구동(N5)과 김병호-김삼열IT융합빌딩(N1)에서 실험을 실시했고, 충분한 양의 학습 데이터가 주어진다는 가정 하에 오차범위 3~4미터 수준의 정확도를 보였다.
이는 수작업을 통해 수집 위치를 라벨링한 결과와 비슷한 정확도로 연구팀이 함께 개발한 지자기 신호, 3축 가속기, 자이로스코프 기반의 딥러닝을 활용한 새로운 센서 퓨전 기법을 통하면 정확도가 더욱 상승하는 결과를 보였다.
그 동안 스마트폰을 통해 수집된 핑거프린트는 활용되지 못하고 버려졌지만 개발된 기술을 통해 무선랜 핑거프린트 빅데이터 영역이 새롭게 열릴 것으로 기대된다.
개발된 GPS 구축 기술은 글로벌 기업이나 국내 위치정보 서비스 기업 등이 전국 범위에서 위치정보 서비스를 제공할 때 도입해 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
GPS 신호가 도달하지 않는 실내 환경에서 위치인식 정확도가 높아짐에 따라 포켓몬고 등의 O2O(online to offline) 위치기반 게임도 실내에서 실행 가능할 것으로 기대된다.
또한 다양한 위치기반 SNS, 사물인터넷 등 서비스가 활성화되고 위급한 상황에서 112나 119에 구조요청을 할 시 정확한 위치 파악이 가능할 것으로 보인다.
한 교수는 “개발된 글로벌 실내 위치인식 시스템 구축 기술을 KAIST 실내 위치인식 시스템인 카이로스(KAILOS)에 탑재해 서비스 할 예정이다”며 “전 세계 어느 건물에서든 정확도 높은 실내 위치인식 시스템을 손쉽게 구축할 수 있고 장래에 대부분 실내 공간에서도 위치인식 서비스가 제공 가능할 것이다”고 말했다.
카이로스는 2014년 KAIST에서 출시한 개방형 실내 위치인식 서비스 플랫폼이다. 자신이 원하는 건물의 실내지도를 카이로스에 등록하고 해당 건물의 핑거프린트를 수집해 실내 위치인식 시스템을 구축하도록 지원 중이다.
□ 그림 설명
그림1. 핑거프린트를 수집하여 신호지도를 구축한 뒤, 구축된 신호지도를 기반으로 위치를 추정하는 과정
그림2. KAILOS가 여러 가지 신호와 센서를 복합적으로 사용하였을 때 예상되는 정확도
2017.04.12 조회수 14834 -
사용자 참여형 실내 내비게이션 시스템 개발
우리 학교 전산학과 한동수 교수 연구팀이 무선랜 신호를 기반으로 한 사용자 참여형 실내 내비게이션 시스템인 ‘카이로스(KAILOS, KAIST Location System)’를 개발했다.
크라우드소싱(대중을 제품이나 창작물 생산 과정에 참여시키는 방식)을 활용한 ‘카이로스’는 사용자가 인터넷 홈페이지와 스마트폰 앱을 통해 건물과 무선랜의 정보를 입력하면 전 세계 어디서나 간편하게 실내 내비게이션 시스템을 구축할 수 있도록 지원하는 것이 가장 큰 특징이다.
그동안 실내 위치정보를 제공하는 서비스는 다양한 최첨단 IT 기술로 각각 다른 회사가 이벤트성으로 구축하는 경우가 많았다. 건물마다 만들어진 실내 내비게이션 앱이 다르기 때문에 사용자들은 대형건물이나 지하철 역 등 장소에 맞는 앱을 다운로드 받아야 하는 불편함이 있었다.
한 교수 연구팀이 개발한 ‘카이로스’는 건물 및 무선랜 정보가 구축된 전 세계 어느 건물이라도 누구나 무료로 사용할 수 있다.
실내 내비게이션 시스템 구축을 지원하는 ‘카이로스’는 △지도상에 건물등록 △건물의 층 등록 △신호수집 경로 설계 △무선 랜 신호 및 센서 데이터 수집 △실내 라이오맵 구축 등 총 5단계로 구성됐다.
자신의 건물에서 실내 내비게이션 서비스를 제공하기를 원하는 사용자들은 홈페이지 지도에서 구축 대상 건물의 윤곽을 그린 다음 층별로 설계도를 등록하고 나서 무선랜 신호를 수집할 경로를 설정한다. 이후 해당 건물에서 스마트폰 앱을 통해 무선랜 신호 및 센서 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 서버로 전송하면 된다.
연구팀이 측정한 결과에 따르면 무선랜 환경이 잘 갖추어진 실내 공간에서 위치 오차는 5미터 정도에 불과했다. 앞으로 사용자가 많아질수록 정확도가 획기적으로 개선될 것으로 연구팀은 기대하고 있다.
한동수 교수는 “앞으로 무선랜 신호는 물론 3축 가속기, 자이로스코프, 자기장, 기압계 등과 같이 스마트폰에 장착된 다양한 센서로부터 얻어지는 정보를 함께 사용해 위치 추정 정확도를 더욱 개선해 나갈 것”이라고 밝혔다.
아울러 “지난 수년 동안 개발해 온 실내 내비게이션 시스템을 공개한 것은 국내 실내 위치인식 기술 발전을 더욱 촉진시켜 구글이나 애플과 같은 글로벌 회사들과의 기술 경쟁력 격차를 좁히기 위한 것”이라고 기술 공개에 대한 배경을 설명했다.
실내 내비게이션 구축을 원하는 기관, 회사, 학교, 단체 등은 홈페이지( https://kailos.io )에서 건물 정보를 등록하고 ‘카이로스’ 앱을 다운받아 사용하면 된다.(문의전화 042-350-7762)
한동수 교수는 2010년 무선랜 신호에 기반한 실내 내비게이션 시스템을 코엑스에서 세계 최초로 상용화시킨 공로로 2011년 ‘IT 이노베이션대상 대통령표창’을 수상했다. 또 2013년에는 실내 GPS 구축 지원 시스템과 실내외 통합 내비게이션 시스템을 개발한 공로로 ‘창조경제대상 국무총리상’을 수상한 바 있다.
● KAILOS 글로벌 실내 GPS 시스템 구축 과정(개요)
● KAILOS 시스템 구성
● KAILOS 홈페이지 메인화면
● 카이로스 앱 화면
● 실내지도 및 라디오맵 구축 상세 과정
1. 빌딩 등록: 빌딩에 맞게 사각형을 변형
2. 층 등록: 준비된 층별 실내 지도 등록
3. 신호수집 계획 수립: 웹으로 제공되는 툴을 사용하여 신호수집 계획 수립
4. 신호 수집: 신호수집 앱을 사용하여 걸으며 신호 수집
5. 라디오맵 생성 완료 및 실내외 통합 내비게이션 - 라디오맵 생성 완료: 수집된 곳 영역 표시
- 응용 서비스: 실내외 통합 내비게이션 시스템
2014.03.20 조회수 16435