[정보통신신문=서유덕기자]

위치인식(측위) 기술은 사람 또는 사물의 위치를 측량하고 공간·지리 정보와 융합해 생활, 재난·안전, 물류 등 분야에서 유용한 위치기반서비스(LBS)를 구현한다. 그런데 실내 LBS는 아직 본궤도에 오르지 못하고 있다. 위성 신호를 활용하는 실외측위가 비교적 오랜 시간 사용됨으로써 안정된 데 반해, 실내측위시스템(IPS)은 아직 오차 범위가 크게 나타나는 등의 문제가 산적해 있기 때문이다. 이에 최신 정보통신기술(ICT)을 접목, IPS의 정밀성과 현실성을 끌어올리기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.

우리가 흔히 ‘GPS’라고 칭하는 ‘위성항법시스템(GNSS)’은 위성에서 발신한 전파를 이용해 언제 어디서나 위치정보를 받아볼 수 있는 측위 기술이다. 십여 년 전부터 자동차 내비게이션을 통해 대중화됐고, 지금은 스마트폰 등에 광범위하게 활용되고 있다. 그러나 위성 신호를 수신할 수 없는 실내 또는 지하 공간에서 위치정보를 받아보는 데는 한계가 있다. 이를 보완하는 것이 IPS 기술이다.

근거리 무선통신을 활용한 IPS

대체로 실내·지하에서 쓰이는 측위법은 위성을 대신하는 각종 센서와 근거리 무선통신에 기반한다. IPS를 위한 무선통신 신호에는 △와이파이(Wi-Fi) △저전력 블루투스(BLE) △무선주파수인식(RFID) △초광대역(UWB) 등이 있다. 이 신호들의 세기와 전달 속도 등 특징들과 삼각·삼변 측량법을 활용해 위치를 측정한다.

이미 무선 액세스포인트(AP)가 가정과 상업·사무시설 등에 널리 보급된 덕분에, 와이파이 무선랜 신호를 활용한 IPS는 초기 인프라 구축 비용이 비교적 낮다. 다만 신호 세기와 방향이 불안정해 정확도가 낮고, AP에 접속하는데 비교적 긴 대기시간이 소요되는 것이 단점이다.

와이파이 활용 IPS 구축 사례로 서울 삼성동 코엑스의 길안내 서비스를 들 수 있다. 코엑스의 길안내 서비스는 시설 내 3000개 이상의 와이파이 AP를 이용한다. 각각 고유번호를 가진 AP에 접속하고 다른 AP와의 신호세기를 비교하며 사용자의 위치를 파악한다. 사용자 추적이 가능한 와이파이의 장점을 활용해 상점과 편의시설, 행사 등 안내도 겸한다.

BLE 기반 IPS는 비콘의 신호 수신으로 위치를 확인하는 방식이다. 일반적으로 50미터(m) 이내에서 통신할 수 있는데, 정확도는 3~8m 정도다. 낮은 비용으로 초기에 시스템을 구성할 수 있으며, 확장도 비교적 자유롭다. 그러나 장애물에 의한 신호 감쇄와 다른 통신 신호와의 잦은 간섭은 단점이다.

BLE는 직장 내 직원 출입 관리와 학교 등의 출결 관리에 적용되고 있다. 일례로, 정부의 재직근로자 직업훈련 사업인 ‘국가인적자원개발컨소시엄’은 교육장 비콘과 수강생 스마트폰 앱으로 출석 여부를 확인한다.

UWB는 지연 시간이 짧고, 신호가 정밀해 기술면에서 무선통신 IPS에 가장 적합한 신호 종류로 평가받는다. 위치 측위 오차를 30센티미터(㎝) 수준까지 낮출 수 있다.

그러나 비싼 인프라 구축 비용이 흠이다. 이미 대중화돼 무선 AP가 다량 설치된 와이파이와 달리, UWB는 태그 장치를 보급해야 한다는 점에서 더 많은 초기 비용이 필요할 것이다. 따라서 아직은 고정밀 측위와 고도의 자산 관리가 필요한 산업현장 중심으로 도입을 준비하는 추세다.

대중교통 카드와 고속도로 하이패스 등에 사용 중인 RFID 기술은 리더(Reader)와 태그(Tag)로 데이터를 송수신한다. RFID 기반 위치추적은 와이파이와 유사하게, 실내 공간 여러 곳에 설치된 리더가 태그와의 신호 세기를 측정하고 대략적인 위칫값을 구하는 방식으로 이뤄진다.

이처럼 무선통신 신호를 기반으로 하는 IPS는 초기 인프라 투자 문제를 해결하고, 신호 감쇄·간섭을 극복해야 하며, 정밀도 개선도 필요해 연구·개발(R&D)이 더 필요한 상황이다.

영상 처리와 AI 활용

최근 인공지능(AI)을 통해 영상 처리를 고도화하는 기술이 빠르게 발전했다. 이에 AI 영상 처리를 활용한 IPS가 부상하고 있다. 개인 단말로 촬영한 영상을 컴퓨터 비전 기술로 분석, 실내 위치를 파악하는 것이다.

영상에 컴퓨터 비전을 활용하는 IPS는 두 가지 방식으로 나뉜다.

우선 마커(Marker) 영상 기반 IPS는 QR코드나 AR태그 등 마커를 인식해 위치를 파악한다. 사용자가 마커를 촬영, 전송하면 서버가 마커 주위로 사용자의 대략적인 위치정보를 제공하는 방식이다.

박물관이나 미술관 등 전시장에서 전시 품목에 부착된 코드를 촬영하면 위치정보와 큐레이팅을 제공하는 사례가 흔하듯, 마커 영상 기반 IPS는 이미 널리 보급된 기술이다.

만약 한 위치에서 3개 이상의 마커를 포착하면, 무선통신 신호 기반 IPS에서 활용되는 삼각측량법을 통해 위치추적 정밀도를 높일 수 있다.

한편, 반대로 장소 대신 사용자인 사람 또는 사물에 마커를 부착하는 방식도 개발돼있다. 주변의 CCTV 등 고정된 영상장치가 마커를 인식해 위치정보와 함께 연계 서비스를 제공하는 것이다.

마커를 쓰지 않는 대신 AI로 미리 저장한 실내 영상과 비교를 통해 위치를 파악할 수도 있다. 이미지 기반 측위(AL)라고도 부르는 AI 영상 기반 IPS는 중앙 관리 서버에 실내 각종 위치에 대한 영상을 일정 단위마다 저장한다. 스마트폰이나 증강현실(AR) 등 영상 정보 수집 기기로부터 입력된 영상을 서버에 전송하면, 서버는 이를 저장된 영상 정보와 비교해 일치하는 영상을 검색한다. 이후 검색된 영상이 지정하는 위치가 사용자의 위치로 인식된다.

무선통신·VL 융합, IPS 정확도↑

네이버랩스의 실내 AR 내비게이션 서비스는 최신 ICT로 고수준의 IPS를 구현한 사례다. 네이버랩스 실내 AR 내비게이션은 VL과 무선통신 기반 IPS를 융합, 서울지하철 강남역 같은 혼잡한 환경에서도 비교적 정확한 길안내 서비스를 제공하는 데 성공했다. 강남역은 낮은 천장과 반복적인 실내 구조로 통신과 VL 어느 한 가지로만 측위하는 데 한계가 있다.

올해 초 네이버랩스는 한국산업기술시험원(KTL)을 통해 실내외 VL 공인인증시험을 진행했다. 실내 VL 인증을 진행한 국립중앙박물관에서는 약 8000평 규모 국립중앙박물관을 디지털 트윈 데이터로 구축하고, 고정밀 측위 기술로 AR 체험과 자연스러운 층간 이동이 가능한 AR 내비게이션을 시험했다.

네이버랩스의 VL 기술은 네이버 제2사옥 1784의 서비스로봇에도 탑재된 것으로 알려졌다. 사람뿐만 아니라 로봇과 물류 설비에도 IPS는 유용한 기술이다.

5G 등 통신 인프라 시너지 기대

무선통신 기반이든 영상 기반이든 IPS에서 통신 인프라 수요는 더 증가할 것이다. IPS는 센서 또는 AP와 단말 간 통신뿐만 아니라 중앙서버와도 함께 이어져야 하기 때문이다. 신호 기반 IPS에서는 센서와 AP의 위치정보, 단말과의 신호 세기를 토대로 서버가 위치정보를 전달해야 한다. 또 영상 기반 IPS에서는 수집한 영상 정보와 서버에 저장된 실내 이미지를 비교하는 작업을 수반해야 한다. 그러므로 IPS를 구축하려면 센서·AP·마커 등 인프라와 함께 초고속·초저지연·초연결 통신망을 마련해야 한다.

특히 AR 길안내 서비스를 구현하기 위해서는 대규모 데이터센터, 고성능 AI 엔진과 함께 5G 같은 초고속 통신망의 구축이 선행돼야 할 것이다.

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