[논문 리뷰] Location Update Accuracy in Human Tracking system using Zigbee modules

B. Amutha, M. Ponnavaikko|ArXiv.org|2009. 12. 05.

Indoor and Outdoor Localization Technologies참고 문헌 12인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 시각 장애인을 위한 정확한 위치 업데이트를 향상시키기 위해 지그비와 GPS를 융합한 하이브리드 인간 추적 시스템을 제안한다. 보행 패턴에서 유래하는 단계적 위치 변동을 부드럽게 하기 위해 마르코프 체인 알고리즘을 적용함으로써, 실내 및 실외 주행에서 높은 정밀도를 달성하며, 시각 장애인을 위한 신뢰할 수 있는 경로 안내 보조 수 Mittel로의 잠재력을 입증한다.

ABSTRACT

A location and tracking system becomes very important to our future world of pervasive computing. An algorithm for accurate location information is being incorporated in the human walking model and in the blind human walking model. We want to implement an accurate location tracking mechanism using Zigbee along with GPS, we have incorporated Markov chain algorithm for establishing accuracy. Normal Human and blind human walking steps were actually taken in the known environment within our campus and the Markov chain algorithm was used for smoothening the stepwise variation in location updates. A comparison module is also implemented to show the difference between normal human and blind human walking step variations. This accuracy is used for designing a blind tracking device so that the device can be used by the blind for finding the path without obstacles. We present a system level approach to localizing and tracking Human and blind users on a basis of different sources of location information [GPS plus Zigbee]. The system can be applied outdoors especially for avoiding accidents, GPS as the source of location data. Performance evaluation shows that the system is accurate and it is a future path finding device with service for the blind.

연구 동기 및 목표

• 저비용 무선 기술을 활용한 인간 이동 시스템에서 위치 추적 정확도를 향상시키기 위해.
• 보행 패턴의 단계적 변동으로 인한 일관되지 않은 위치 업데이트 문제를 해결하기 위해.
• 일반인과 시각 장애인 모두를 지원하는 시스템을 개발하고, 특히 시각 장애인의 장애물 없는 경로 탐색에 중점을 두기 위해.
• 실내 및 실외 환경에서의 강력한 정위치화를 위해 GPS와 지그비 데이터를 통합하기 위해.
• 일반인과 시각 장애인 간의 보행 단계 변동을 평가하고 비교하여 향상된 추적 설계를 위한 기초 자료를 확보하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 실내 환경에서 단거리 실시간 위치 업데이트를 위해 지그비 모듈을 사용한다.
• GPS는 실외 위치 데이터를 제공하며, GPS와 지그비 데이터의 융합을 통해 원활한 추적을 구현한다.
• 보행 패턴에서 유래하는 단계적 위치 변동을 모델링하고 부드럽게 하기 위해 마르코프 체인 알고리즘을 적용한다.
• 일반 및 시각 장애인 참가자가 참여한 캠퍼스 환경에서 보행 실험을 수행하였다.
• 일반인과 시각 장애인 간의 단계 변동 차이를 분석하기 위해 비교 모듈을 구현하였다.
• 다양한 환경 조건 하에서 위치 추적 정확도 평가를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지그비와 GPS를 활용한 인간 추적 시스템에서 위치 업데이트 정확도는 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 마르코프 체인 알고리즘이 보행 기반 추적에서 단계적 위치 변동을 줄이는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 시각 장애인의 보행 패턴은 일반인과 비교해 위치 업데이트 일관성 측면에서 어떻게 다를까?
• RQ4 하이브리드 지그비-GPS 시스템은 실내 및 실외 환경에서 추적 신뢰도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ5 이 시스템은 시각 장애인을 위한 실용적인 경로 안내 보조 수 Mittel로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• 마르코프 체인 알고리즘이 단계적 위치 변동을 크게 감소시켜 추적의 부드러움과 정확도를 향상시켰다.
• 지그비와 GPS 데이터를 융합한 경우 단독 GPS보다 위치 업데이트 정확도가 높게 나타났다.
• 시각 장애인은 더 불규칙한 보행 패턴을 보였으며, 이로 인해 위치 업데이트 변동이 더 컸지만, 시스템이 이를 효과적으로 보완하였다.
• 비교 모듈을 통해 일반인과 시각 장애인 간의 명확한 보행 행동 패턴의 차이를 확인하였으며, 이는 시스템 캘리브레이션에 유용한 정보를 제공하였다.
• 성능 평가 결과 시스템의 신뢰성과 시각 장애인을 위한 미래 내비게이션 보조 수 Mittel로서의 적합성이 확인되었다.
• 하이브리드 시스템은 일관되고 정확한 정위치화를 달성하여, 보조 기술 분야에서의 실제 적용 잠재력을 입증하였다.