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스마트폰만으로 실내 공간 위치 정밀 확인
스마트폰만으로 실내 공간 위치 정밀 확인
  • 박광하 기자
  • 승인 2020.10.12 20:05
  • 댓글 0
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최린 고려대 교수 연구팀
지자기 실내 측위 기술 개발

딥러닝 분석 기능 접목
NET 신기술인증 획득도

별도 장치를 설치하지 않아도 센티미터(㎝) 급의 오차 범위 내에서 실내 위치를 측정할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 화제가 되고 있다. 이 기술은 미터(m)급 오차를 보이던 기존 실내 측위 기술과 비교했을 때 혁신적인 수준인 것으로 평가되며, 이 기술을 활용할 경우 위치정보산업 발전 속도가 가속화될 수 있을 것으로 기대된다.

 

■NET 인증 받아 신기술 우수성 입증

최린 고려대 교수.
최린 고려대 교수.

최린 고려대학교 전기전자공학부 교수 연구팀은 '딥러닝 기반 지구자기장(지자기) 실내 측위 기술'을 개발, 산업통상자원부 산하 국가기술표준원의 NET 신기술 인증을 획득했다고 최근 밝혔다. 이 기술은 2020년 2차 신기술 인증 수여식에서 대표적 신기술로 소개되기도 했다.

연구팀이 개발한 실내 측위 기술은 국내에서 개발된 고유 기술로, 비콘이나 와이파이 무선 엑세스포인트(AP)와 같은 장비의 추가적인 설치 없이 스마트폰만을 사용해 대형 실내 공간에서 50~80㎝ 수준의 측위 성능을 제공한다.

기존 실내 측위 기술의 성능과 경제성을 혁신적으로 개선한 세계 최고 수준의 실내 측위 기술이라는 게 연구진의 설명이다.

연구팀의 실내 측위 기술은 지난해 11월 고려대 SK미래관 준공 당시 교내 구성원의 연구 기술이 캠퍼스에 적용되는 참여형 스마트캠퍼스 사례로 적용된 바 있다. 비콘 등의 장비 없이 스마트폰만으로 실내 지도 안내, 전자출석부 등의 위치 기반 서비스를 실제 캠퍼스에 최초로 적용한 사례다.

또한, 현재 고려대 안암병원에서 환자 및 의료진의 위치 추적 및 실내 3D 내비게이션 서비스를 구축 중에 있으며, KTX 및 서울도시철도 1·4호선, 경의선 서울역에서 장애인을 대상으로 하는 내비게이션 서비스를 구축하고 있다. 아울러, 연구진은 향후 2~3년간 공항, 쇼핑몰, 박물관, 공장 등 다양한 실내 공간에서 시범 사이트를 구축한다는 계획이 있다며 귀띔하기도 했다.

개발 신기술은 코로나19 방역에도 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

실내에서의 정확한 측위가 가능하므로 실내 지역의 확진자·격리자에 대한 실시간 위치 추적 및 사후 접촉자 분석 등을 할 수 있다는 것이다.

최린 교수는 "실내 측위 기술은 4차 산업의 핵심 플랫폼 기술로서 실내 내비게이션, 박물관 안내, 광고, 물류, 스마트 안전, 증강 현실, 고객 트래픽 분석 등 위치 기반의 새로운 서비스와 응용 개발을 가능하게 한다"며 "(이번에 개발한 신기술은) 반도체 기술과 맞먹을 정도로 미래 사회와 문화에 큰 파급 효과를 가진 첨단 기술"이라고 소개했다.

NET 신기술 인증은 국내 신기술의 상용화와 기술 거래를 촉진하기 위해 기술의 우수성과 신뢰성을 인증하는 제도로 한국산업기술진흥협회 주관으로 심사되며 주로 대기업 및 중소기업의 기술이 인증되고 있다. 지난해와 올해, 대학에서 신기술 인증이 수여된 것은 최린 교수팀이 유일하며 고려대 산학협력단 단독 신기술 인증은 고려대에서는 최초 사례다.

개발 신기술과 관련된 연구진의 '자기장 벡터 보정', '자기장 맵 자동 생성', '순환신경망 모델 기반의 실내 측위 기술' 등의 논문들은 국제 학술대회 8건, 국외 저널 1건, 국내 학술대회 17건, 국내 저널 3건 등의 발표 실적을 거두기도 했다.

 

자기장 벡터 시퀀스 기반의 측위 기술 원리. [자료=고려대]
자기장 벡터 시퀀스 기반의 측위 기술 원리. [자료=고려대]

■이동중 지구 자기장 변화값 이용

차량용 내비게이션이나 스마트폰 지도 앱에서 볼 수 있듯이 실외에서는 GPS 기반의 위치 기반 서비스가 활성화 돼 있는 상태다. 이와 달리, 실내에서 사람이나 사물의 위치를 추적하는 실내 측위 기술은 GPS 신호 수신이 불가능하기 때문에 새로운 기술이 필요하다.

전 세계가 지난 30여년간 연구개발(R&D)에 매달렸음에도 불구하고, 현재 가장 보편적으로 사용되는 전파 기반의 측위 기술은 오차가 3~20m 정도로 상당히 크다. 실내 환경에서 와이파이 등 전파 신호가 불안정성을 띄고 있기 때문이다.

또한, 실내 측위를 위해 비콘이나 AP와 같은 추가적인 장비의 설치와 관리가 필요하고, 이들 장비의 작동을 위해 전기설비, 배터리 등의 별도 전력 공급이 필요한 점도 부담으로 작용했다.

이런 이유 때문에 아직까지는 경제적이고 정확한 실내 측위 기술이 마련되지 않은 것으로 알려져 왔다.

또한, 최근접 이웃 알고리즘(K-Nearest Neighbor, k-NN)이라고 불리는 매핑 알고리즘의 한계도 정확한 실내 측위를 어렵게 하는 이유로 불리기도 한다.

이렇듯 한계가 분명한 기존 실내 측위 기술은 위치정보산업의 발전을 더디게 하는 요소로 평가돼 왔다.

이에 따라 실내에서 보행자의 이동 속도와 응용 서비스를 고려했을 때 1m 이내의 측위 정확성을 제공할 수 있는 새로운 실내 측위 기술 필요성이 관련 산업계를 중심으로 점차 부상했다.

이번에 연구팀이 개발한 신기술은 이들의 기술 '갈증'에 단비를 내렸다.

딥러닝 기반 지자기 실내 측위 기술의 오차는 KOLAS 인증기관의 공인 시험성적 기준으로 73㎝다.

최린 교수는 관성 측정 유닛(Inertial Measurement Unit, IMU)을 탑재한 스마트폰 등 스마트기기라면 이 기술을 사용할 수 있다고 설명했다. IMU에는 자기장을 측정하는 기능이 있는데, 최 교수팀의 개발 신기술은 이 기능을 활용한다.

신기술은 실내에서 지구 자기장의 분포 패턴을 딥러닝의 순환신경망(Recurrent Neural Networks, RNN) 기술을 사용, 기계 학습함으로써 사람 또는 사물의 실내 위치를 추적하는 방식이다.

자연적으로 발생하며 실내에서도 안정적인 지자기 벡터 신호를 이용하므로 별도의 전력 공급 장치가 필요하지 않다. 신기술은 실내 지구자기장 분포 패턴을 RNN, 장단기메모리(Long Short Term Memory, LSTM) 등의 딥러닝 기술을 사용해 기계학습하고, 기존의 단일 지문을 사용하는 지문인식(Fingerprinting) 방식이 아닌 연속적인 지문 시퀀스를 입력받는 방식으로 현재 위치를 추정한다.

특정 시각의 지자기 값이 아닌 일정 시간 동안 발생하는 값들의 추세를 이용하므로 더욱 정확한 측위가 가능하다는 게 연구진의 설명이다.

예를 들어, 어떤 사람이 해발 500m 지점에 있다고 한다면 한국에서만도 해당하는 지점이 수없이 많다. 그런데, 특정 위치에 있는 사람이 길을 걷게 되면 등고선에 따라 위치값이 변화를 일으키게 된다. 변화되는 값들이 그리는 파형을 분석하면 그 사람이 어디에 있는지 밝혀낼 수 있다는 것이다.

또한, 스마트폰으로 측정한 자기장 센서 값을 처리 서버에 전송해 위치 제공, 추가 학습을 통한 성능 최적화를 하게 돼 정확도는 더욱 높아지게 된다.

관련 업계의 평가는 긍정적이다. 개발 신기술의 측위 성능이 공인시험기준 70㎝ 정도인데 이는 세계적으로 최고 수준이라며, 별도 장치가 필요 없다는 점에서 경제성 면에서도 우수하다는 이야기다.

한국인터넷진흥원(KISA)의 조사 결과에 따르면, 데이터 경제 시대 핵심 자원인 위치정보 산업의 지난해 국내 매출액 규모는 1조5918억원으로, 올해는 2500억원 증가한 1조8418억원이 될 것으로 전망된다.


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