# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문

2. 검색 전략

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문

- '비콘'에 대한 설명은 길게 나오지만 이게 구체적으로 어떤 식으로 위치 측정을 한다는 것인지 머릿속에 그려지지 않았다.

​

2. 검색 전략

- '비콘'의 구체적인 사례를 알면 본문의 설명을 좀더 잘 이해할 수 있을 것 같았다.

- '비콘 사례'를 키워드로 입력한 뒤 '뉴스-매거진'에서 자료를 찾았다. 매거진 기사를 읽으면 개념부터 사례까지 구체적인 내용이 소개되기 때문이다.

​

3. 자료 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

- 본문에 쓰인 설명만 읽었을 때엔 비콘이 어떻게 기능하는지, 어떻게 사용되는지를 떠올릴 수가 없어서 답답했는데 자료를 읽고 나니 그걸 그것을 알게 되어 좋았다.

https://www.notion.so/2-e1c264529210426c99bd15a85b6dd72f

# data[].attributes.attachment_link.title
2차시 : 자료를 찾는 방법

# data[].attributes.attachment_link.description
A new tool for teams & individuals that blends everyday work apps into one.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문

2. 검색 전략

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문

2. 검색 전략

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문

2. 검색 전략

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문

2. 검색 전략

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

# data[].attributes.body
1. 어려운 글을 '나의 힘만으로' 이해하려 할 때엔 문단 구조를 파악하고 반드시 이해해야 하는 문장들을 추려내는 것이 도움이 돼요.

1-1. 내가 알고 있는 배경지식, 그리고 읽기 능력은 당장 그 글을 붙잡고 있다고 해서 좋아지지 않거든요.

1-2. 그래서 '내 힘으로만' '추가 자료 없이' 글을 이해하려 할 때엔 구조를 파악하는 일이 가장 도움이 된다고 말하는 거예요.

​

2. '내용'을 파고 들어가 문장에 실린 의미를 이해하고 싶다면, 그때엔 '도움'을 받아야겠죠.

2-1. 자료를 검색하거나 내용을 이해하고 있는 친구를 찾아가 설명을 듣습니다.

2-2. 오늘은 도움이 되는 '자료 탐색법'에 대해 공부를 해봅시다!

# data[].attributes.headline
오늘 과제를 수행하는 방법

# data[].attributes.subject
오늘 과제를 수행하는 방법

# data[].attributes.body
1안 : 내용을 진짜 하나도 모르겠다 싶은 경우엔 글의 구조를 활용하는 방법을 권해.
내가 어떤 지점에서 이 글 이해가 힘들었는지 떠올리고, 이를 해결하기 위해 어떤 자료를 검색해야 하는지 파악해봐.
ex) 개념은 많이 나오는데 구체적 사례와 그림 자료가 없어 힘들었을 경우에는 '비콘의 개념'보다는 '비콘 활용 사례'나 운영방식'을 이미지로 옮긴 결과'를 찾는 게 낫겠지~

2안 : 전체 내용을 이해한 사람에게 해당하는데, 그 사람은 이해가 안 되는 지점들을 그냥 검색해서 활용하면 돼.

# data[].attributes.body
글의 처음부터 끝까지, 모르는 내용들을 쫙 펼쳐두고 순차적으로 검색해서 해결하는 건 효율적인 방안이 아니라는 말을 하고 싶었어.

"문장 하나하나를 뜯어가며 의미를 해석하는 것이 아니라 중심소재에 대한 배경지식을 어느 정도 쌓고 다시 글을 읽어 보는 방식이 더 효과적이야.”

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
'교점이 하나로 모이지 않는 경우에는 세 원에 공통으로 속한 영역의 중심점을 단말기의 위치로 정한다' 라는 문장이 이해 되지 않았다.

2. 검색 전략
교점이 모이지 않는 경우에 삼변측량법 이미지를 검색하기로 했다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
자료를 통해 글로 쓰여 있던 문장이 그림으로 보여져서 이해하기 쉬웠다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
:위치 지도 기법이 어떻게 측정되는 것인지 이해가 가지 않았다

2. 검색 전략
:선생님이 알려준 방법인 구글에서 이미지와 뉴스로 검색을 해 보면 잘 알게 될거같아 구글에서 검색했다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
:위치 지도 기법이 Wifi와 블루투스를 이용해 측정이 된다는 것을 알고 작은 구역들로 나누어 기준점을 설명한다는 것이 이해가 갔다

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
GPS가 안되는 실내에서 어떻게 위치를 찾아 지도 서비스를 할 수 있을까요? 조금 생소할 수도 있지만, 오늘은 GPS 가 없는 실내 지역에서 어떻게 사용자의 위치를 찾고, 지도 서비스를 하는지에 대한 궁금증을 어느 정도 해소할 수 있는 내용을 준비해봤습니다.

NBP에서는 네이버 지도와 네이버 부동산과 같은 지도 서비스에 Wi-Fi를 이용하여 GPS가 도달하지 않는 실내에서 위치 측위 서비스를 제공하고 있고, 일본에서는 LINE Maps for Indoor 라는 이름으로 별도 서비스를 만드는 데에 기술을 제공했는데요.

NBP가 사용한 실내 위치 측위 기술은 어떤 것들인지, 그리고 그 외에도 어떤 기술들이 있는지에 대해 설명드리도록 하겠습니다.

실내에서 위치를 찾는 기술은 여러 방향으로 연구가 계속 되어오고 있는데요.
그 종류를 열거해 보면 아래와 같습니다.

■ Wi-Fi / Bluetooth 기반의 실내 위치 측위
- Fingerprinting 기반의 위치 측위
- 삼변측량 기반의 위치 측위
- BLE를 이용한 위치 인식
■ 지구 자기장을 이용한 위치 측위
■ 카메라를 이용한 위치 인식
■ 소리를 이용한 위치 인식
■ 조명을 이용한 위치 인식

스마트 폰이 보급되면서 개인 및 회사들은 우리 주변에 Wi-Fi 망을 엄청난 규모로 추가하고 있습니다.
보통 사람이 생활하는 공간 주변에는 Wi-Fi 신호가 1개도 없는 지역은 거의 찾아볼 수 없을 정도로 빼곡하게 설치 되게 되었는데요. Bluetooth 장비 역시 IBeacon 의 인기와 개별 단가가 저렴한 이유로 급속도로 늘어나고 있는 추세입니다.

COEX와 같은 곳에는 대략 한 장소에서 100개 이상의 Wi-Fi AP의 신호가 보이고, 많은 곳에서는 500개 이상의 AP 신호를 받는 곳도 있을 정도입니다. Bluetooth 신호 역시 숫자의 차이는 있으나, 미리 계획된 실내의 경우 다수 개의 Bluetooth 신호를 얻을 수도 있습니다.

'우리 주변의 이런 신호들을 이용해 단말에서 위치를 예측 할 수 없을까?'하는 물음에서 시작된 기술이 Wi-Fi / Bluetooth 기반의 실내 위치 측위 기술 입니다.

NBP에서는 Wi-Fi를 이용한 실내 측위 기술을 LINE Maps for Indoor 서비스 구현에 사용했고, Bluetooth를 이용한 실내 측위 기술 역시 내제화하고 있습니다.

이 Wi-Fi와 Bluetooth 기반의 실내 위치 측위 기술에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

- Fingerprinting 기반의 실내 위치 측위

Fingerprinting 방식은 이름과 같이, 특정 위치에서 보이는 Wi-Fi / Bluetooth 신호를 저장해 놓고, 지문을 해당 위치에 대한 특징점으로 사용해서 임의의 사용자가 자신의 주변의 Wi-Fi / Bluetooth 신호들을 모아 서버로 요청하면, 이미 기록된 특징점들과 비교하여 사용자의 현재 위치를 계산하고
결과 위치를 내려주는 형태로 구성됩니다.

아래 그림과 같이 COEX 내부에 빨간 위치와 파란 위치가 있다고 할 때 미리 해당 위치에서 보이는 Wi-Fi / Bluetooth 신호들을 수집 해 둔다면, 사용자의 위치가 어떤 쪽에 더 가까운지를 계산할 수 있습니다.

실제 예를 들어 보기 위해, 빨간 화살표 위치에서 보이는 신호와 파란 화살표에서 보이는 신호가 아래와 같다고 가정해보겠습니다.

Tanimoto 함수

위치가 어딘지 모르는 사용자의 위치에서 보인 신호와의 유사도 계산하면, 어느 한곳으로 위치를 결정 할 수 있습니다. 이때 사용하는 유사도를 결정 하는 방법은 여러 가지가 있는데, 간단히 예를 들어 아래와 같은 수식을 사용 할 수 있습니다.

cosine 유사도 판별 함수

위의 함수는 Tanimoto 함수라고 하는, 범용적으로 많이 사용하는 유사도 판별 함수 입니다.
이 외에도 cosine 유사도를 판별하는 함수를 사용하는 경우도 많습니다. (아래 수식 참고)

하지만 실제 서비스에 적용하고 운영하기 위해서는 서비스 가능 지역의 모든 실내 지도와 해당 지역의 Wi-Fi 수집이 필요하기 때문에 쉽게 접근할 수 있는 기술은 아니라는 안타까운 점이 있습니다. 아래 그림과 같이 사용자 동선을 계산하고, 가능한 동선에 따른 모든 Wi-Fi 신호를 어느정도 합리적인 거리마다 수집해야 하는 많은 노력이 들어가게 됩니다.

- 삼변 측량을 이용한 실내 위치 측위

보통 삼각측량이란 단어가 유명해 혼용해서 쓰거나 삼변측량을 삼각측량이라 잘못 표현하는 경우가 있는데요. 정확히는 신호들을 이용해서 위치를 찾는 방법이 삼변측량입니다. 삼각 측량은 거리와 각도를 가지고 있지만, 삼변측량은 거리만을 가지고 위치를 알아낸다는 점에서 차이점이 있습니다. GPS도 삼변측량에 해당합니다.

삼변측량은 각각의 신호 발생기(AP 또는 Bluetooth 장비)에서 발하는 신호 강도를 이용해서 현재 위치에서의 대략적인 거리를 구하고 이들이 교차되는 공간의 중앙점을 사용자 위치로 정하는 기술입니다.

Fingerprinting 방법에 비해 개별 AP 의 정확한 위치만 알 수 있다면 계산을 통해 위치를 찾을 수 있다는 점이 매력적이지만, AP 들의 위치가 변경 될 수도 있고, 지형지물에 따라 신호 강도가 달라지는 등 예외 사항이 많은 실내에서는 적용이 어렵습니다. 하지만, 실내 공간이 넓게 뚫려있고, AP 위치를 확정 할 수 있다면 오히려 Fingerprinting 방법보다 운영 측면에서 효율적입니다.

- BLE를 이용한 위치 인식

흔히 IBeacon 또는 Beacon으로 알려진 BLE(Bluetooth Low Energy ) 단말의 특성을 이용한 위치 인식 기술은, 위의 위치 측위 기술과 유사하지만 설치된 BLE 장비 근처에서 알림을 제공하거나 정보를 제공한다는 측면에서 위치 측위 보다는 위치 기반의 정보 제공 방법으로 더 널리 이용되고 있습니다.

이는 연속된 위치 정보가 필요한 서비스에서는 적합하지 않을 수 있지만, 서비스에 특화해서는 오히려 더 많은 활용도가 있을 수 있으며 주로 상점, 상품 홍보, 이벤트, 전시, 공연 과 같은 곳에서 많이 활용하고 있습니다.

Wi-Fi와 Bluetooth 기반의 기술 외에도 다양한 실내 위치 측위 기술이 존재합니다. 그 중에서 지구 자기장을 이용한 위치 인식은 IndoorAtlas 라는 회사가 독점적으로 보유하고 있는 기술로, 위치에 따른 지구 자기장의 특성과, 건물내의 철골 또는 철재 구조물들이 가지는 자기장 특성을 지도로 제작 한 후, 사용자의 움직임에 따라 그 위치를 역추적 하는 기술을 사용합니다.

이를 위해서는 Wi-Fi / Bluetooth 의 Fingerprinting 방법과 유사하게 이전에 자기장 지도를 만들기 위한 수집 작업이 선행 되어야 하며, 일정량의 사용자 데이터가 수집 된 후에야 위치를 찾을 수 있다는 단점을 가지고 있습니다. 하지만, 모바일 단말에서 쉽게 얻을 수 있는 센서 데이터를 사용하고 Wi-Fi 권한을 따로 받아오지 않아도 된다는 점 등이 강점으로 국내 SK, 중국의 바이두와 기술 제휴를 맺고 서비스화를 진행 하고 있습니다. (참고 : https://youtu.be/QGw6NQRbwLA )

카메라의 영상을 이용한 위치 인식 기술도 있습니다. 이 기술은 Google 의 Tango 프로젝트를 선두로 여러 기업에서 실용화 단계에 들어선 상태입니다. 산업용 헬멧부터 MS 의 MR 헤드셋인 홀로렌즈 까지 1대 이상의 카메라를 이용하여 실내의 거리와 모양을 인식하고 이를 기반으로 현재 인물의 위치를 찾아내는 여러 종류의 프로젝트가 진행 중입니다.

장점으로는 역시 거의 모든 단말에 포함되어있는 카메라 센서를 이용하기 때문에 범용적이라는 점을 들 수 있으나, 아직은 깊이감을 인식하는 수준으로는 1개 이상의 카메라 (듀얼 카메라) 를 사용해야 한다는 점에서 장비는 제한적으로 가능한 상태입니다. 하지만 1개의 카메라를 이용하는 방법 또한 여러 연구가 진행 중이기 때문에 단정 지을 수는 없는 상태입니다. (참고 : https://youtu.be/Qe10ExwzCqk )

소리를 이용한 위치 인식 기술은 정확히는 비가청 대역의 소리를 통하여 위치 및 정보를 제공 하는 기술을 이야기 합니다. 국내 상용화 사례도 있는데, 스타벅스(앱) 에서 매장방문자가 매장을 찾는데 이용되고 있습니다.

비가청 대역은 인간이 인지하지 못하는 대역의 소리로 해당 주파수로 정보를 전달 하면 사용자가 별도의 장비 설치 없이 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 또 우리가 사용하는 휴대폰을 이용해서 비가청 대역의 소리를 제공 하는 것도 가능하기 때문에 쌍방향 통신도 가능하다는 이점도 있습니다.
(참고: https://youtu.be/das3iKMYsNM )

조명을 이용한 위치 인식 기술은 그 설치와 운영의 난이도 때문에 많이 시도되고 있지는 않으나,
특정 건물이나 마트 등과 같이 내부 건물 인프라를 직접 조작 할 수 있는 곳에서 유용합니다.

이 기술은 LED 빛을 이용하기 때문에 빛이 통과하기 힘든 지역에서는 위치를 찾을 수 없다는 단점도
존재하지만, 빛이 도달하는 장소까지는 최적의 효과를 볼 수 있다고 알려져 있습니다.

국내에서는 E-mart 에서 상용화해 보기 위한 시범 서비스를 ETRI 와 함께 진행한 기록이 있으나
아쉽게도 장비와 단가, 사용성 때문에 실제 적용되지는 않았다고 합니다.
(참고: https://youtu.be/Qch3kNUF0fE )

# data[].attributes.attachment_link.title
GPS가 없는 실내에서의 지도 서비스는 어떻게 할까?

# data[].attributes.attachment_link.description
GPS가 안되는 실내에서 어떻게 위치를 찾아 지도 서비스를 할 수 있을까요? 조금 생소할 수도 있지만, 오늘은 GPS 가 없는 실내 지역에서 어떻게 사용자의 위치를 찾고, 지도 서비스를 하는지에 대한 궁금증을 어느 정도 해소할 수 있는 내용을 준비해봤습니다. NBP에서는 네이버 지도와 네이버 부동산과 같은 지도 서비스에 Wi-Fi를 이용하여 GPS가...

# data[].attributes.body
1. 비콘의 형태가 짐작이 가지 않았기 때문에
3문단 전체 내용을 이해하는데 어려움을 느꼈다

2.비콘의 형태를 시각적으로 보면 이해가 더 잘 될것 같아'비콘의 형태'를 키워드로 입력한뒤 구글이미지를 찾아보았다

3.비콘의 형태를 보고나니 정의에 대한 글도 이해할 수 있었고 3문단 전반적인 내용도 이해 할 수 있었다

https://images.app.goo.gl/po55DTS5KstHAne5A

# data[].attributes.attachment_link.title
제목: 신호 보내, 위치 알려주는 기술 ‘비콘’ – Sciencetimes

# data[].attributes.body
1.해결하고 싶었던 의문

IMU가 무엇이고 어떤 사례에 사용되는지 배경지식이 없기 때문에 이를 알고싶었기 때문이다.

2.검색 전략

구글에 ‘IMU’하고 키워드를 쳐서 나오는 관련 뉴스나 블로그, 이미지를 통해 궁금한 내용을 해결하고자 함

3.자료 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친결과

검색을 통해 궁금했던 내용을 알게되었고 센서장치의 구성방법을 알게되어 전반적인 내용 이해가 되었다.

https://m.blog.naver.com/j86244/221290389177

# data[].attributes.attachment_link.provider_name
네이버 블로그 | 캐논장_사진학, 운동학, 체육교육학, 기타

# data[].attributes.attachment_link.description
요즘 처음 뜻과 달리 드론 속으로 빨려들어가고 있다. 드론은 초등학교 방과후학교 부서에도 들어와 있었다...

# data[].attributes.body
1.해결하고 싶었던 의문
gps 와 imu가 사용되는 사례와 그 사례에 사용되는 gps 와 imu의 장단점이 궁굼했다

2.검색 전략
네이버에 gps 와 imu 사례와 그 사례와 관련된 장단점을 검색해보았다

3.전반적인 이해에 미친 결과
자율주행에 이용되는 gps 와 imu 에 장단점과 그 둘을 융합한 장치까지 알 수 있었다

# data[].attributes.attachment_link.provider_name
네이버 블로그 | 윤스 블로그

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
그래서 이 두 가지의 장점만을 결합하여 최신 위치 정보를 실시간으로 정확하게 제공받도록 "칼만 필터 - Kalman Filter" 라는 기법을 활용한다.

동작 원리에 대해서 간단하게 설명하자면, 아까 말했다시피 IMU는 5ms 마다 최신 위치 정보를 파악하는데 반해 오차가 계속 누적되고, GPS는 100ms 라는 긴 시간이 걸리는데 반해 꽤나 정확한 최신 위치 정보를 찾는다. 그래서 IMU에서 측정하다 생기는 오차를 100ms 주기로 GPS로 보정을 해주어 더욱 정확한 로컬라이제이션이 가능하도록 만드는데, 이를 칼만필터 기법 이라고 부른다.

다만 이 칼만필터 기법을 통해 얻어낸 위치 정보는 믿을게 못된다.

이에 대한 한계를 아래에서 알아보도록 하겠다.

# data[].attributes.attachment_link.title
[자율주행] 위치 인지(localization) - GPS/IMU를 이용한 위치 인지

# data[].attributes.attachment_link.description
그래서 이 두 가지의 장점만을 결합하여 최신 위치 정보를 실시간으로 정확하게 제공받도록 "칼만 필터 - Kalman Filter" 라는 기법을 활용한다. 동작 원리에 대해서 간단하게 설명하자면, 아까 말했다시피 IMU는 5ms 마다 최신 위치 정보를 파악하는데 반해 오차가 계속 누적되고, GPS는 100ms 라는 긴 시간이 걸리는데 반해 꽤나 정확한 최신 위치 정보를 찾는다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
IMU가 어떤 곳에 쓰이는지에 대해 궁금했다.

2. 검색 전략
IMU에 대해 검색한 뒤 위키백과에 나와있는 자료를  찾았다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
본문에는 IMU가 어떤 곳에 쓰이는지 안 나와있어서 몰랐는데 자료를 찾아 보면서 IMU가 어떤 곳에 쓰이는지 알게 되었다.
https://ko.m.wikipedia.org/wiki/%EA%B4%80%EC%84%B1_%EC%B8%A1%EC%A0%95_%EC%9E%A5%EB%B9%84

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
: 실외에서는 주로 스마트폰 단말기에 내장된 위치 측정 기술(GPS,IMU)을 사용한다고 하는데 스마트폰 '단말기' 라는 것을 몰라 이해하기가 어려웠다. 그래서 단말기가 무엇인지 정확히 알고 이해하고 싶었다.

2. 검색 전략
제일 먼저 네이버 어학사전에 단말기에 대한 뜻을 검색해보았고 단말기의 뜻을 이해한 뒤 구글 서치로 스마트폰 단말기에 대하여 검색하였다. https://ko.dict.naver.com/#/entry/koko/d2f8d7ced2fc406dbb9d9c2f5a1d549a
https://youtu.be/XupCtduoIsI

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
스마트폰 단말기가 무슨 일을 하고 그로 인해 위치 측정 기술에 대해 좀 더 친근하게 알 수 있어졌다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문

생소한 IMU 가 무엇인지, IMU의 사용 예시에 대해 궁금증이 생겼다.

2. 검색 전략

IMU의 이미지를 찾아 이해를 도왔다. 또한  IMU는 자율주행차의 두뇌를 구성하는 것이라는 사용 예시를 알아보았다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

생소한 단어를 검색해 보아 사진을 통해 생김새를 알아보고 실제 사용 예시도 함께 알아보며 지문 속IMU의 설명 문장을 쉽게 이해할 수 있었다.

# data[].attributes.body
https://bit.ly/2ScaXnr
1. 해결하고 싶었던 의문

비콘에 대해 정확하게 나오지 않아 궁금했다

2. 검색 전략

구글에 비콘을 검색해서 이미지를 들어가 관련 기사를 찾아 보았다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

비콘에 대해 정확하게 모르고 있었는데 자료 검색을 통해 빠르고 쉽게 알 수 있게 되었다

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
블루투스와 RFID, NFC까지 실생활에 편리함을 주는 근거리 무선통신에 대해 자세히 알아보는 <세상을 바꾸는 무선통신기술> 시리즈. 4탄에서는 유통업계에서 O2O 플랫폼의 핵심 기술로 주목 받고 있는 '비콘(Beacon)'에 대해 집중 탐구해보는 시간을 준비했습니다.

근거리 무선통신 맞아? 작지만 강한 '비콘'의 원리와 장점

비콘은 블루투스 4.0 프로토콜 기반의 근거리 무선통신 장치로, 반경 50~70m 범위 안에 있는 사용자의 위치를 찾아 메시지 전송, 모바일 결제 등을 가능하게 하는 기술입니다. 동전만한 크기의 비콘은 스마트폰 사용자가 가까운 범위 이내로 다가오면 자동으로 인식해 쇼핑 정보와 할인 쿠폰 등 각종 정보나 서비스를 앱을 통해 전달하는데요. 사용자가 앱을 실행하지 않아도 근처 가게에서 사용할 수 있는 쿠폰을 자동으로 보내주는 비콘의 원리에 대해 알아볼까요?

비콘 단말기는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE)를 이용해 주기적으로 주변에 신호를 보내는데요. 이때 비콘이 발신하는 신호 도달 거리 내로 스마트폰 사용자가 들어오면 단말기가 특정 ID 값을 내보내게 됩니다. 그리고 스마트폰의 블루투스 장치가 단말기로부터 받은 ID 값을 서버로 전송하고, 서버는 스마트폰 위치를 확인한 뒤 해당 위치에 설정된 이벤트나 서비스 정보를 스마트폰으로 전송하게 되죠.

비콘 서비스를 이용하기 위해서는 갖춰야 할 조건이 있는데요. 먼저 사용자의 스마트폰의 운영체제(OS)가 Android 4.3 이상 또는 iOS 7.0 이상이어야 하며, 스마트폰의 블루투스가 반드시 작동되고 있어야 합니다. 또한 비콘 SDK가 내장된 서비스 앱이 설치되어 있어야 하죠. 이러한 전제조건은 사용자 입장에서 다소 번거로울 수 있기 때문에 블루투스 비콘의 한계로도 지적되고 있습니다.

넘어야 할 산은 분명 있지만, 다른 근거리 무선통신기술과 마찬가지로 비콘 역시 다양한 장점을 가지고 있습니다. 첫 번째는 긴 송수신 범위입니다. 최대 70m 이내의 장치들과 교신할 수 있을 뿐만 아니라, 5~10cm 단위의 구별이 가능할 정도로 정확성이 높죠. 실내로 들어서면 전파가 차단되어 위치를 알 수 없는 GPS와 달리 실내로 들어서도 위치 파악이 가능하고 전력 소모가 적습니다. 마지막으로 저렴한 단말기 가격과 작은 크기, 간편한 설치 등을 이유로 사물인터넷(IoT) 인프라 구축에 적합한 무선통신기술로 평가받고 있습니다.

다양한 분야에서 활약 중인 비콘 기술!

비콘 기술은 여러 분야에서 다양한 방식으로 활용되고 있는데요. 마케팅 영역에서는 블루투스 비콘이 O2O 플랫폼의 핵심 기술로 부상하며 한 때 비콘 열풍이 불기도 했습니다. 앞서 언급했듯이 비콘을 이용하면 스마트폰 사용자는 이동 중 근처 매장의 할인 소식, 쿠폰 등 유용한 정보를 손쉽게 확인하고 원하는 물건을 즉시 결제할 수도 있기 때문이죠.

최근에는 비콘 기술을 활용한 출결 확인 시스템을 도입하는 대학교가 늘고 있는데요. 숙명여대는 2017년 1학기부터 스마트 출결 시스템을 도입, 대학 내 강의실 300여 개에 비콘 단말기를 설치하고, 출결을 위한 앱을 개발했습니다. 수업 시작 전 출석부를 호명하지 않아도 강의실에 도착하면 출석이 확인되기 때문에 수업 지연이나 대리 출석 등 기존 방식의 문제점을 해결할 수 있죠.

블루투스 4.0부터 적용된 블루투스 저전력(BLE) 방식이 여전히 많이 활용되고 있지만, 블루투스 비콘의 한계를 극복하기 위해 고주파와 초음파 방식, 그리고 이를 결합한 하이브리드 방식도 시도되고 있습니다.

이 중 고주파 비콘을 활용한 사례로는 스타벅스의 '사이렌 오더'가 있습니다. 스타벅스 '사이렌 오더'는 각 매장에 비콘을 설치해 고객이 매장을 직접 방문하지 않아도 스타벅스 앱을 통해 음료를 주문 및 결제할 수 있도록 한 서비스인데요. 미리 음료를 주문하고 결제할 수 있어 편리하고, 고객이 매장에 도착하기 전에는 제조를 시작하지 않아 급하게 갈 필요도 없습니다. 그렇다면 사이렌 오더는 어떻게 사용자의 위치를 정확하게 파악할까요?

바로 고주파음에 그 비결이 숨어있습니다. 고주파 비콘은 블루투스 방식 대신 사람 귀에 들리지 않는 고주파음으로 매장마다 서로 다른 신호를 보내고, 이 소리를 스마트폰 마이크가 인식하면 사용자가 매장에 도착한 사실을 인식하는데요. 고주파음을 활용하기 때문에 사용자가 블루투스를 작동하지 않아도 됩니다. 국내 스타벅스에 시작된 사이렌 오더는 현재 홍콩 등 세계 다른 스타벅스 매장에 도입되어 더 많은 고객들의 편의를 돕고 있습니다.

비콘 기술이 점차 발전함에 따라 송수신 범위는 넓어지고, 정보 전달 방식은 고도화되고 있는데요. 언택트 시대에 맞춰 열심히 성장하고 있는 비콘 서비스가 우리의 실생활에 어떤 변화를 불러일으킬지 기대해봅니다.

# data[].attributes.attachment_link.title
[세상을 바꾸는 무선통신기술] 제 4탄. 언택트의 달인 '비콘' - 삼성반도체이야기

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블루투스와 RFID, NFC까지 실생활에 편리함을 주는 근거리 무선통신에 대해 자세히 알아보는 시리즈. 4탄에서는 유통업계에서 O2O 플랫폼의 핵심 기술로 주목 받고 있는 '비콘(Beacon)'에 대해 집중 탐구해보는 시간을 준비했습니다. 비콘은 블루투스 4.0 프로토콜 기반의 근거리 무선통신 장치로, 반경 50~70m 범위 안에 있는 사용자의 위치를 찾아 메시지 전송, 모바일 결제 등을 가능하게 하는 기술입니다.

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1. 해결하고 싶었던 의문
GPS 위치 오차가 시간에 따라 누적이 되지 않는다는 점이 이해가 가지 않았고 궁금증이 들었다.

2. 검색 전략
구글의 논문 자료를 통해서 시간 오차에 대한 자료를 검색해 봤다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
GPS는 위성들의 신호를 이용하기때문에 위성시계 오차, 1. 해결하고 싶었던 의문
GPS의 신호를 이용한 절대위치 측정, 전리층 및 대류권 통과에 따른 오차, 다중경로 오차 등의 위치 결정에 영향을 주는 여러 오차 요인들이 포함되어 있어 .시간을 보정해줘야 한다는 것을 알아냈습니다
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO200833041404865&dbt=NART

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강준묵, 이용욱, 김민규, 박준규

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[논문]정밀절대측위를 이용한 상시관측소 위치정확도 분석

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상대측위는 좌표가 정확히 알려진 측점을 기준으로 다른 측점의 좌표를 상대적으로 결정하는 방법으로 측지분야 및 정밀측위 분야에 활용되고 있다. DGPS(Differential GPS) 기법은 일정한 거리 내에서 위성과 수신기의 공통오차를 소거할 수 있다는 장점이 있지만 기선의 길이가 증가할수록 오차가 증가하는 단점을 가지고 있다.

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1. 해결하고 싶었던 의문

비콘의 정의가 적혀 있긴하지만 읽어도 무슨 말인지 이해가 안갔다

2. 검색 전략

비콘이 어떤 상황에서 어떤 목적으로 어떻게 사용되는지 검색하기 위해 구글에 비콘 실제 적용 사례라고 이미지 검색을 했다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

여러가지 실제 적용사례를 보고 국내 적용사례도 보니 이해가 쉽게 되었다

https://m.blog.naver.com/vinylx/220324287990

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1. 해결하고 싶었던 의문
2문단의 GPS와 IMU의 정의를 설명하는 부분에서 이미 알고 있던 GPS와 달리 IMU는 처음 접하는 개념이라 어떻게 위치를 측정하는 것인지 이해하기 어려웠다.

2. 검색 전략
IMU를 쉽게 이해하기 위해 구글 뉴스에 ‘IMU 사례’를 검색했고 <GPS 없이 실내에서 위치 정확히 찾는 기술>이라는 기사를 찾았다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
이해하기 힘든 개념의 정의와 사례를 찾아봄으로써 정확히 이해하고 일상생활에서 위치 측정에 어떻게 쓰이는지 이해하게 되었다.

http://m.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=13166

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
GPS의 도움 없이 실내와 실외에서 위치를 5.5 미터 이내의 오차로 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. GPS를 활용한 내비게이션의 경우 보통 5~10m의 위치 오차가 발생한다.하지만 GPS는 실내에선 무력화된다.
'IEEE 스펙트럼'에 따르면 '대린 영(Darrin Young)' 등 미국 유타대 엔지니어들은 GPS의 도움 없이도 실내와 실외에서 위치를 비교적 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 이번 연구는 지난 11일부터 15일까지 샌프란시스코에서 열린 'ISSCC( International Solid-State Circuits Conference) 2018'에서 발표됐다.

연구팀은 압력센서, IMU(관성항법장치) 등을 내장한 발목이 긴 부츠의 시제품을 제작해 실험을 진행했다. IMU(inertial measurement unit)는 자이로스코프, 자기계, 가속도계 등으로 만들어진 블랙박스다. 항공기 조종사들은 고급 사양의 IMU를 활용해 내비게이션에 활용한다.

유타대 연구진은 휴대용 제품에 저가의 IMU를 구현하는 방법을 생각해냈다. 하지만 저가의 IMU는 시간이 지나면서 측정 값에 오류가 생긴다. 가령 의자에 앉아 있더라도 5분이나 10분 정도 시간이 흐르면 상당한 거리를 움직인 것으로 나올 수 있다. 유타대 연구팀은 이 같은 오류를 차단하기 위해 부츠 안창에 유연한 성질을 갖고 있는 MEMS 압력 센서를 부착했다. 부츠를 신고 걸으면 발 뒷굼치가 100밀리초 정도 땅에 딪는 순간이 있는데 압력센서를 통해 IMU의 측정 오류를 수정하도록 했다는 것. 발뒷금치가 지면에 닿을때마다 압력센서가 이를 인식해 IMU의 오류값을 수정할수 있다는 것이다. 시간이 지나더라도 IMU의 측정 값에 오류가 누적되지 않는다.

연구팀은 이 기술의 위치 정확도를 테스트하기 위해 배낭에 있는 컴퓨터와 부츠내 장치를 케이블로 연결해 보행하면서 GPS 데이터와 비교하도록 했다. 연구팀은 솔트레이크시티와 샌프란시스코에서 보행 테스트를 했다.

테스트 결과 위치 오차가 5m 정도에 불과했다는 것이다. 연구팀은 이 기술을 활용하면 화재 진압이나 인명 구조를 위해 건물안으로 들어간 소방수나 재난 구조활동가들이 위치를 정확히 파악할 수 있을 것으로 보고 있다. 연구팀은 이 시스템이 지형의 영향을 받지 않는다고 설명했다.
장길수 ksjang@irobotnews.com

# data[].attributes.attachment_link.title
GPS 없이 실내에서 위치 정확히 찾는 기술

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GPS의 도움 없이 실내와 실외에서 위치를 5.5 미터 이내의 오차로 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. GPS를 활용한 내비게이션의 경우 보통 5~10m의 위치 오차가 발생한다.하지만 GPS는 실내에선 무력화된다. 'IEEE 스펙트럼'에 따르면 '대린 영(Darrin Young)' 등 미국 유타대 엔지니어들은 GPS의 도움 없이도 실내와 실외에서 위치를 비교적 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다.

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1. 해결하고 싶었던 의문
근접성 기법이 이해가 잘 되지 않았고 어떤 사례가 있는지 궁금했다

2. 검색 전략
네이버에서 근접성 기법에 대한 활용 사례들을 찾아보면      서 이해하려고 했다
https://me2.do/xOvYjyKV

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

사례를 통해 근접성 기법을 알아보니까 이 전체 주제인 위치를 측정하는 기술들을 이해하기 수월해진 것 같다

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
중요한 것은 친구가 어디에 있느냐가 아니라, 얼마나 가까이에 있느냐다. 포스퀘어는 오늘 새로운 주변 근접성 앱 Swarm을 발표했다. 페이스북은 이달 초 가까운 친구 찾기 기능을 추가했다. 이 기능들은 본인이 원하는 경우 1마일 혹은 1/2마일 거리에 있는 친구들에게 서로 근처에 있음을 알려줄 수 있다. 기존 방식의 정확한 위치 정보는 그다지 도움이 되지 못했다. 설령 친구가 바로 근처에 있다는 것을 알게 되더라도 그 친구가 데이트 중인지, 업무 중인지, 혹은 방해받기 싫어하는 상황인지 알 수 없기 때문에 미리 연락을 하지 않고 불쑥 나타날 수는 없기 때문이다. 더구나 많은 사람이 자신의 정확한 위치를 남기기 꺼려했다. 구글의 Latitude도 성공을 거두지 못했고, 포스퀘어의 체크인은 식당 등 유명한 장소의 평을 남기는 용도로 주로 사용되었다. 주변 근접성 정보는 내 정확한 위치를 알려주는 것이 아니기 때문에, 보다 많은 사람들이 좀더 편안하게 사용하는 것으로 보인다. 앞으로 내 정확한 위치 정보를 공개하는 것이 당연한 것처럼 받아들여질 날이 올지도 모르겠지만, 그 전까지는 친구와의 근접성을 알려주는 정도가 사람들이 위치 정보 공유에 대해 안전과 유익을 함께 느낄 수 있는 수준으로 보인다.

관련기사: TechCrunch

# data[].attributes.attachment_link.title
위치 공유의 다음 단계는 주변 근접성

# data[].attributes.attachment_link.description
중요한 것은 친구가 어디에 있느냐가 아니라, 얼마나 가까이에 있느냐다. 포스퀘어는 오늘 새로운 주변 근접성 앱 Swarm을 발표했다. 페이스북은 이달 초 가까운 친구 찾기 기능을 추가했다. 이 기능들은 본인이 원하는 경우 1마일 혹은 1/2마일 거리에 있는 친구들에게 서로 근처에 있음을 알려줄 수 있다. 기존 방식의 정확한 위치 정보는 그다지 도움이 ...

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위치 지도 기법은 측정 공간을 작은 구역들로 나누어 각 구역마다 기준점을 설정하고 그 주위에 비콘들을 설치한 다 이와 같은 기준들을 설정하고 특정한위치에 도달한 단말기가 비콘 신호의 세기를 측정한 후 식별번호와함께 전송

그 구간에 기준점 정하고, A B C ...
그 기준점 주위 비콘 설치 1 2 3 ...
☎ 단말기 위치에 따라
신호를 주고 받는 데이터 베이스를 미리 구축
2 단말기가 측정 공간에 들어오기 전에 데이터베이스가 미리 구축되어 있어야 한다 https://orbi.kr/download/united/37367136/2

1. 해결하고 싶었던 의문
위치지도기법의 정확한 의미와 특정한 위치에 도달한 단말기의 비콘 신호에 대한 의미도 해결하고싶다

2. 검색 전략
그림자료와 개념을 쉽게 풀어놓은 자료로 어려움을 극복한다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
자료를 검색하는 활동을 통해 더 쉽고 정확하게 이해할 수 있게됨

# data[].attributes.body
. 해결하고 싶었던 의문

단말기가 어떻게 비콘의 신호를 수신하는지 궁금했다.

2. 검색 전략

ㅡ단말기가 어떻게 비콘의 신호 세기를 측정하는지 알면 본문을 더 잘 이해할 수 있을 것 같았다.
ㅡ비콘신호와 스마트 단말기를 이용한 위치 추적 장치 및 방법에 대해 알아보았다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

단말기가 비콘의 신호를 수신하는 과정에 대해 조사하고 나서 단말기와 비콘 사이의 거리를 환산하는 것에 대해 더 잘 이해할 수 있었다.

https://patents.google.com/patent/KR101550302B1/ko

# data[].attributes.body
1. 비콘의 정의는 나와있지만 어떤 상황에서 쓰이는지 이해가 가지않았다

2. 일단 비콘을 검색하고 이미지로 들어가 비콘에대해 정확히 알수있을만한 자료로 들어갔다.

3. 한사례로 비콘이 미치는 영향과 그에대한 편리했던점이 이해하기 쉽게 나와 궁금증이 해결되었다

# data[].attributes.attachment_link.description
회사원인 오 모(31)씨는 얼마 전까지만 하더라도 여자 친구와 데이트를 할 때마다 '맛집' 하나 모른다는 타박을 받는 일이 잦았다. 평소 외출하는 것을 좋아하지 않다 보니 일부러 맛있는 음식점을 찾아다니지는 않았던 것. 하지만 최근 들어 모 통신회사가 제공하는 모바일멤버십 관련 앱(app)을 깔고 나서부터는 상황이 달라졌다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
삼변측량기법이 각 비콘을 중심으로 이 거리를 반지름으로 하는 원을 그리고 그 교점을 단말기의 현재 위치로 정한다는 것이 정확히 이미지로 그려지지 않아 이미지를 통해 원리를 이해하고 싶었다

2. 검색 전략
네이버에 검색했다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

글로만 읽었을 때 이해가 되지 않았던 부분이 시각자료를 활용하니 더 풍부하게 이해할 수 있었다

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[쿼드코어] 삼변측량 - 비콘을 이용해서 실내 위치 파악하기

# data[].attributes.attachment_link.description
삼변측량(trilateration)위치 파악 기술로 삼각측량과 삼변측량이 있다 삼각측량은 두 점과의 거리와, 각도...

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1. 해결하고 싶었던 의문

위치 지도 기법의 설명을 읽으면서, 활용법이 머릿속에 잘 그려지지 않아서 이해가 어려웠다.

2. 검색 전략

구글에 위치 지도 기법을 검색하여 비콘 등 전자기기, 위치통신기술과 같은 IT를 다루는 업체의 뉴스룸을 찾아본다. 또한, 비콘의 활용사례가 드러난 칼람 등을 참고한다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

위치 지도 기법의 설명과 함께 사진자료를 보니, 전보다 쉽게 머릿속에 이 위치 추정 기술의 활용법이 그려졌고 지문이 더 빠르게 이해 되었다.

https://blog.lginnotek.com/367
https://www.sciencetimes.co.kr/news/신호-보내-위치-알려주는-기술-비콘/

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위치정보서비스 비콘이 왔다! (아이비콘)

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스마트폰이 발달하면서 위치정보(GPS)를 이용한 SNS나 어플리케이션을 이용해보신 적 있으시죠? 위치정보가 많은 곳에서 이용되면서, 이제는 건물 외부뿐만 아니라 건물의 내부에서도 위치를 인식할 수 있는 기..

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1. 해결하고 싶었던 의문

비콘에 대한 좀더 자세한 정의와 설명, 그리고 활용 사례 등등에 대해 알고 싶었다.

2. 검색 전략

<비콘에 대한 정의나 설명이 좀 더 구체적인 글>
https://www.mokoblue.com/ko/what-is-beacon/
<비콘의 활용 사례가 정리된 글>
https://m.blog.naver.com/vinylx/220324287990

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

검색해본 덕분에 비콘에 대해 더욱 알수 있게 되어 글을 좀 더 쉽게 이해할수 있을것 같다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
: 이 문단을 읽어도 비콘에 대해서 이해가 가지 않았다

2. 검색 전략
:선생님이 알려준 방법인 구글에서 이미지와 뉴스로 검색을 해 보면 잘 알게 될거같아 구글에서 검색했다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
:비콘에 대해 사진으로 된 설명을 보니까 이해가 갔다

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회사원인 오 모(31)씨는 얼마 전까지만 하더라도 여자 친구와 데이트를 할 때마다 '맛집' 하나 모른다는 타박을 받는 일이 잦았다. 평소 외출하는 것을 좋아하지 않다 보니 일부러 맛있는 음식점을 찾아다니지는 않았던 것.

하지만 최근 들어 모 통신회사가 제공하는 모바일멤버십 관련 앱(app)을 깔고 나서부터는 상황이 달라졌다. 어느 지역을 가더라도 수시로 날라 오는 쿠폰이며, 이벤트 알림 서비스 때문에 쉽게 해당지역의 맛 집을 찾을 수 있게 되었기 때문이다.

맛있는 음식을 먹으며 즐거워하는 여자 친구의 모습을 보면서 오 씨도 덩달아 행복감을 느꼈다. 그러면서 한편으로는 궁금함도 생겼다. 자신이 근처에 있는지를 어떻게 알고, 쿠폰이나 알림 서비스를 보내주나 하는 생각이 들었기 때문이다. 마치 누군가 자신을 쭉 지켜보다가 인근 지역에 오면 때맞춰 보내주는 것 같다는 착각이 들 정도였다.
비콘은 신호를 보내 위치를 알려주는 기술
오 씨가 착각을 일으킬 정도로 자신에게 때맞춰 쿠폰이나 알림 서비스를 보내주는 존재는 과연 무엇일까? 바로 '비콘(Beacon)'이다.

비콘이란 표지판이나 신호 등을 의미하는 영단어인 'beacon'에서 따온 명칭으로서, 반경 50~70m 정도의 범위 안에 있는 사용자의 위치를 찾아서 메시지 전송이나 모바일 결제 등을 가능하게 해주는 통신 기술을 가리킨다. 다시 말해 신호를 쏴서 위치를 알려주는 기술인 것이다.

사용되는 신호에는 소리나 빛, 또는 블루투스 등이 포함되는데, 이 같은 신호를 이용하여 비콘 서비스를 상용화시킨 최초의 기업은 '샵킥(Shopkick)'이라는 스타트업이다. 지난 2011년 샵킥은 소리 신호를 이용하여 비콘 서비스를 시작했다.

비가청(非可聽) 주파수 대역의 소리, 즉 사람이 들을 수는 없지만 스마트폰은 들을 수 있는 소리에 코드를 심어 놓고, 비콘이 그 소리 신호를 지속적으로 보내서 스마트폰의 마이크가 인식하도록 하는 서비스를 처음 시작한 것이다.

따라서 샵킥의 비콘 서비스를 도입한 매장에 고객이 입장하면 고객의 스마트폰 마이크가 소리 신호를 듣게 되고, 이를 통해 샵킥의 비콘은 고객의 위치를 파악하여 매장에서 쓸 수 있는 포인트를 제공한다. 이 샵킥의 비콘과 유사한 서비스가 바로 최근 모 유명 커피 프랜차이즈가 시행하고 있는 '사이렌 오더'다.

소리 외에 빛을 이용한 비콘 서비스도 있다. '바이트라이트(Bytelight)'라는 회사는 비콘의 신호로 LED 조명을 이용한다. 사람은 인지할 수 없지만 스마트폰 카메라는 인지할 수 있는 LED 조명을 이용하는데, 비콘이 빛을 쏘면 스마트폰 카메라가 이를 신호로 인식하여 위치를 알려주는 것이다.

하지만 무엇보다도 비콘이 보내는 신호 중에서 최근 들어 가장 주목을 받고 있는 것은 '블루투스(Bluetooth) 4.0'이다. 이를 활용한 저전력 블루투스인 'BLE(Bluetooth Low Energy)'는 오늘날의 비콘을 신개념 통신망으로 이끈 원동력이기도 하다.
블루투스를 신호로 사용하는 이유는 저전력 때문
BLE의 강점은 무엇보다 배터리 소모가 적은 '저전력'에 있다. BLE는 이전 블루투스 시스템의 전력소모량을 최대 90%까지 줄이는 획기적 기술이다. 따라서 BLE가 내장되어 있는 제품들은 동전모양의 초소형 배터리로 수년 이상 제품을 사용할 수 있다.

소리나 빛과 같은 신호를 받기 위해서는 스마트폰 이용자가 마이크나 카메라를 계속 켜두어야 한다. 이렇게 되면 배터리가 엄청나게 소모되지만, 블루투스의 경우는 계속 켜놓아도 그만큼 전력 소모가 적기 때문에 비콘 서비스 들 중에서 최적의 신호로 여겨지고 있는 것이다.

이런 이유때문인지 애플이나 구글 등 대표적인 글로벌 IT업체들이 BLE를 탑재한 제품에 주목하고 있는 추세다. 대표적으로는 애플의 아이비콘(iBeacon)이나, 페이팔(Paypal)의 페이팔비콘(Paypal Beacon) 등이 BLE 방식의 비콘으로 주목받고 있다.

특히 비콘이 차세대 근거리 통신망으로 거듭나게 된 데에는 애플의 역할이 컸다. 애플이 과거 운영체제인 iOS7에 BLE 기능을 탑재하면서 슈퍼마켓과 전시장, 그리고 경기장 등 수많은 점포들이 비콘 서비스를 앞다퉈 도입했기 때문이다.

현재 비콘의 종류는 매장 및 상점들을 겨냥한 소형 타입의 페블(pebBLE)형과 병원이나 공항에서 실내 네비게이션을 가능케 하는 타입의 마블(MarBLE)형, 그리고 전시 솔루션이나 박물관에서 적용할 수 있는 타입의 님블(nimBLE) 및 실외용 위치 솔루션을 위한 타입인 트래블(treBLE)형 등 크게 4가지 종류로 구분된다.

이 중 페블형은 체크인 기능만 가능하고, 마블형과 님블형, 그리고 트래블형은 체크인과 내비게이션 기능이 모두 탑재되어 있는 비콘 서비스다. 내비게이션 기능의 경우, 내 현재 위치의 파악이나 길 찾기 등의 서비스까지 받을 수 있다.

비콘 서비스가 비즈니스 관점에서 가진 가장 큰 장점은, 위치정보와 결합하여 새로운 가치를 이끌어 낸다는 점이다. 예를 들어 제주도에서 받는 관광 할인정보와 서울에서 받는 관광 할인정보가 다른 것처럼, 내가 위치해 있는 장소에서 받는 정보와 멀리 떨어진 장소에서 받는 정보는 분명 다를 수밖에 없다.

따라서 비콘 서비스를 활용하면 사용자 위치 기반의 맞춤형 정보 제공이 가능해진다는 것이 전문가들의 의견이다.

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회사원인 오 모(31)씨는 얼마 전까지만 하더라도 여자 친구와 데이트를 할 때마다 '맛집' 하나 모른다는 타박을 받는 일이 잦았다. 평소 외출하는 것을 좋아하지 않다 보니 일부러 맛있는 음식점을 찾아다니지는 않았던 것. 하지만 최근 들어 모 통신회사가 제공하는 모바일멤버십 관련 앱(app)을 깔고 나서부터는 상황이 달라졌다.

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1. 해결하고 싶었던 의문
GPS의 원리에 대해 더 자세하게 알고 싶음.

2. 검색 전략
GPS의 원리 를 키워드로 설정해 lgdisplay - 뉴스에서 원리에 자세한 내용을 읽어보았다. https://www.google.com/amp/s/news.lgdisplay.com/kr/2016/06/gps/amp/

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
그냥 본문 내용만 읽었을때는 정확하게 어떤 원리가 적용되는지 나와있지않아 이해에 어려움이 있었는데 검색을 통해 읽은 내용을 바탕으로 궁금했던 부분에 대한 이해가 더 잘 되었다.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
최근 GPS를 장착한 스마트 기기가 대거 보급되면서 GPS를 이용한 새로운 서비스들이 속속 등장하고 있습니다. 지도 서비스는 물론이고 소셜 커머스 등의 온라인 쇼핑 분야에서는 위치기반서비스를 활용해 가까운 쇼핑정보를 제공해줍니다.

이렇게 어느새 당연히 우리 삶 속에 들어와 활약하고 있는 기술, GPS! 그런데... GPS의 정확한 뜻과 작동 원리는 무엇일까요?

GPS의 역사 - 군사용에서 민간에게까지

위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 위치를 알려주는 시스템인 GPS(Global Positioning System)는 1970년대 폭격의 정확성을 높이기 위해 미국 국방성에서 개발한 것이 시초입니다. 처음엔 군사용으로 제작되었다는 것이죠.

GPS가 일반 분야로 확산되는 데에는 1983년 KAL 007편 격추 사고가 결정적인 역할을 했습니다. 269명 전원 사망이라는 인명피해가 발생한 그 사건 후에, 당시 미국 대통령이었던 로널드 레이건은 개발 중인 GPS를 잘 활용한다면, 이러한 사고를 피할 수 있을 거라 판단한 것이죠. 그래서 군용으로 사용될 예정이던 GPS를 민간에 조건부 개방하기로 했고 현재에 이르렀습니다.

GPS의 원리 - 4개 위성 신호는 필수!

▲ 지구 어디서나 충분한 개수의 GPS 위성이 수신됨을 나타내는 애니메이션(출처: El pak at en.wikipedia)

그러면 이 GPS는 어떤 원리로 우리에게 정확한 위치를 알려주는 걸까요? GPS 위성 안에는 세슘이라는 물질을 품은 정밀한 원자시계가 들어 있습니다. 이 시계는 아주 정밀해 십만 년 동안 1초 정도의 오차를 갖는다고 해요.

GPS 위성은 이 시계의 정확한 시각과 위성의 정확한 위치를 지상의 수신기로 보내주는데요. 그러나 아무래도 전파가 오는 데 시간이 걸리니 위성에서 보낸 시간과 수신기가 받는 시간에는 차이가 생깁니다. 이때 둘의 차이에 빛의 속도를 곱해주면 지상 수신기에서 인공위성까지의 거리를 구할 수 있게 됩니다. (중학교 때 배웠던 '거리=시간 X 속도' 공식을 떠올려보세요. :D)

▲ 정확한 위치를 파악하려면, 4개 이상의 GPS 위성에서 전파를 수신해야 함(출처: 국립해양측위정보원)

이와 같은 작업을 네 개의 인공위성이 동시에 수행하면 공간 상의 한 점을 찾을 수 있습니다. 그래서 GPS 수신기는 최소 네 개의 인공 위성이 필요합니다. 우리가 차를 타고 가다가 터널이나 지하차도를 지날 때면 내비게이션이 순간적으로 작동하지 않는데, 이는 이 인공 위성들의 GPS 전파가 차단되어 내비게이션이 현재 위치를 계산할 수 없기 때문이죠.

여기서 잠깐! GPS에서 가끔 오차가 발생하던데요.

GPS로 수신된 위치가 완벽하게 정확한 것은 아닙니다. 인공위성의 시간과 위치가 100% 정확하지 않기 때문에 오차가 약 5m까지 발생합니다. 또한 대기권, 수신기 상태에 따라서도 오차가 발생할 수 있습니다. 그러나 10m 정도의 오차는 사람이 직접 눈으로 확인 가능한 범위이기 때문에 일반 사용자에게는 전혀 문제가 되지 않습니다.

한편 군사용 GPS 수신기의 경우 이러한 오차들을 전부 수정할 수 있는 기술이 내장되어 있어 오차 범위를 1cm까지 줄일 수 있습니다. 실제로 이라크 전쟁 당시 미군이 사용한 미사일의 GPS는 수백 km 떨어진 곳의 볼펜 뚜껑을 정확히 맞출 수 있을 정도로 정확했다고 하니 대단하죠.

재미있는 Global GPS 활용 사례

GPS 활용 범위는 우리가 흔히 알고 있는 지도 서비스뿐 아니라 무척 다양한데요. 재미있는 사례 세 가지를 소개해드리겠습니다.

▲ 상어의 움직임을 알려주는 사이트 (출처: OCEARCH)

40여 년 전, 우리를 상어에 대한 공포로 몰아넣은 영화, <죠스>. '빠~밤♫, 빠~밤♫' 단 두 음을 사용해 상어의 공격을 알린 BGM 또한 지금까지도 대표적인 공포 음악으로 쓰이고 있습니다. 그런데 미국에서는 공포의 대상인 상어에 대해 확실히 알아보고자 수행한 프로젝트가 있다고 합니다.

<OCEARCH>라는 이름의 이 프로젝트는 대략 50마리의 대형 상어에 GPS 장치를 이식하여 움직임을 추적합니다. 만약 GPS 장치를 단 상어가 해안으로 다가오면 인명 구조원들에게 경보를 보내 사람들을 대피시킬 수 있다고 하네요. 실제로 사이트에 가서 보면 'Finley', 'Einstein'이라는 이름이 붙은 상어들의 정보, 돌아다닌 행적까지 나와 있어 이들의 활동 루트를 파악할 수 있습니다.

2) 치매 환자나 어린이를 보호하는 GPS 신발 깔창

다음으로 보여드리는 'GPS SmartSole'은 GPS가 내장된 신발 깔창입니다. 언뜻 보면 '깔창에 GPS를 달아 뭐가 좋다는 거야?'라고 생각하실지도 모르겠습니다. 그러나 이는 사용자의 위치 정보를 공유해 어린이나 치매 환자나 노약자 등 미아를 방지할 수 있는 안전망으로 활용이 가능합니다. 국내 치매 환자 보호자들에게도 희소식이 되겠네요.

▲ 출처: National Geographic Youtube

개나 고양이를 키우는 분들은 반려 동물들이 집 밖을 나가 무엇을 하는지 궁금할 때가 있죠? 그래서 노스캐롤라이나 주립 대학 연구자들은 고양이 1,000마리에게 GPS 목줄을 달아 움직임을 추적하는 프로젝트를 시작했습니다. 자기 영역만을 돌아다닌다는 속설과는 달리 고양이들은 가끔씩 새로운 곳을 탐험하기도 했다고 하네요. 영국 TV 프로그램에서도 유사한 실험을 했는데, 고양이들이 다른 고양이의 주인집에서 먹이를 훔치는 데 많은 시간을 보냈다고 합니다.

스마트폰 대중화에 힘입어 도래한 '1인 1GPS 시대'. 한 때 군사 무기에나 쓰이는 어려운 기술로 치부됐던 GPS가 이제는 동네 맛집 검색에도 쓰일 정도로 익숙하고 편한 기술로 다가왔습니다. 물론, 기술의 양면성을 고려해 사생활 침해에 위험성은 유의해야겠지요. 앞으로 GPS 기술이 또 어떤 생활의 변화를 가져다 줄지 기대됩니다.

# data[].attributes.attachment_link.title
GPS는 어떻게 위치를 찾아내나?' - 원리, 사례 | LG Display Newsroom

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최근 GPS를 장착한 스마트 기기가 대거 보급되면서 GPS를 이용한 새로운 서비스들이 속속 등장하고 있습니다. 지도 서비스는 물론이고 소셜 커머스 등의 온라인 쇼핑 분야에서는 위치기반서비스를 활용해 가까운 쇼핑정보를 제공해줍니다. 이렇게 어느새 당연히 우리 삶 속에 들어와 활약하고 있는 기술, GPS! 그런데... GPS의 정확한 뜻과 작동 원리는 무엇일까요?

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https://m.blog.naver.com/vinylx/220324287990
1. 해결하고 싶었던 의문
비콘의 정확한 역할을 알지 못했다.

2. 검색 전략
구글에서 비콘의 적용사례 등을 통해 비콘 사용법에 대해 자세히 알아보려고 했다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
비콘의 적용사례를 찾아보니 알기 쉬운 설명을 통해비콘의 역할에 대해 더 자세히 알게 되어 내가 이해하는데 많은 도움이 됐다.

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UX 스크랩

바이널엑스에서는 앞서 여러 차례 비콘에 대한 포스팅을 공유해드렸는데요.

비콘(Beacon)은 최근 핫한 기술이죠! 산업도 그렇고 UX에 있어서도 새로운 기술이 도입되고 성숙됨에 따라 다양한 서비스들이 사용자에게 제공되는 것이 가능해집니다. 신기술이라고 해도 기술이 성숙되기 전까지는 실제 사용자에게 불편함이 어느 정도 있기 마련입니다.

비콘도 마찬가지입니다. 이전 몇 년간 비콘이란 기술이 성숙되기 전까지는 NFC가 근거리 통신에 있어서는 생활을 바꿔줄 혁신적인 기술이었으나 실제적으로 사용자가 사용하기에, 그리고 수익을 올릴 수 있는 사업을 하기에는 제약조건이 많았습니다. 몇몇 적용 사례가 있기는 했지만 금방 사라지고 말았습니다. 그 당시에도 비콘 기술이 존재하기는 했지만, 디바이스와의 통신 시 배터리 소모가 너무 많아 상용화되지 못했고, 최근 들어 저전력 비콘 기술이 도입되자 비콘 관련 시장이 다시 활성화되고 있는 것입니다.

최근에는 해외뿐만 아니라 국내의 주요 사업자들도 비콘 사업 활성화에 박차를 가하고 있습니다.

비콘의 주요 사용 범위는 아래와 같습니다.

대형 쇼핑몰이나, 공연장, 공공시설 등 실내 측위를 이용하여 실내에서도 정밀한 길 안내를 실시합니다. 아마 대형 쇼핑몰이나 병원, 베이비페어와 같이 복잡한 곳에서 길을 헤매셨던 기억이 한 번쯤은 있으실 텐데, 이럴 때 비콘이 매우 유용하지 않을까 싶습니다.

타겟의 위치에 따라 마케팅 전략을 달리, 차별적으로 운용하는 것을 의미합니다.

예를 들어 매장 근처에 소비자가 근접했을 때, 할인 쿠폰 등의 여러 프로모션 정보를 고객의 디바이스에 전송하는 근접 마케팅이 있을 수 있습니다.

특정 위치에서 자동으로 체크인을 할 수 있습니다.

예를 들어 베이비페어 같은 곳에서 각 부스에 사용자가 들어가면 자동으로 체크인이 되고, 부스에 맞춰진 안내와 혜택을 소개받을 수 있거나, 도장이나 쿠폰을 제공받을 수 있습니다.

NFC처럼 단말기를 수신기에 밀착시킬 필요 없이 결제가 가능하기 때문에 손쉽게 자동결제가 가능합니다. 지갑이 따로 필요 없겠죠.

일반적으로 비콘을 기반으로 하는 서비스들은 이 4가지 모두 또는 일부를 혼합하여 제공하는 경우가 많습니다. 모두 연관성이 높기 때문이죠.

그럼 비콘 기술로 현재 어떤 서비스를 하고 있는지 한번 살펴 보도록 하겠습니다.

애플은 아이비콘(iBeacon)을 발표한 후 미국 내 250여 개 애플스토어와 150여 개 슈퍼마켓에서 아이비콘 서비스를 시행하고 있습니다. 매장에 설치된 아이비콘에서는 상품의 할인 정보, 이벤트 내역, 할인 쿠폰 자동 발행 등의 서비스를 제공하고 결제까지 가능하다고 합니다. 또한 매장 주인은 아이패드(iPad) POS를 통해 고객의 정보, 단골 여부, 구매 이력 확인 등을 확인할 수 있습니다.

MLB와 애플은 2013년 9월, 뉴욕 메츠(METS)의 시티필즈 구장에 처음으로 아이비콘 서비스를 도입했습니다. MLB.com at the ballpark앱과 연동하여 다양한 구장 서비스를 제공하고 있습니다. 아이폰을 보유하고 있는 야구팬들은 티켓 구매와 함께 스마트폰을 통해 입장권과 좌석의 위치를 확인할 수 있으며, 경기장 내 매장에서 가상 포인트카드를 발급 받고 쿠폰도 제공 받을 수 있습니다.

또한LA다저스 구장과 샌디에이고 파드레스 펫코 파크 구장에도 65개의 아이비콘이 설치됐습니다. 이들은 향후, 미국 내 모든 구장으로 확대하여 서비스를 제공할 계획이라고 합니다.

미국의 대형 백화점 체인인 메이시스(Macy's)는 샵킥(ShopKick)의 기술을 기반으로 '샵비콘(ShopBeacon)' 서비스를 도입했습니다. 2013년 11월부터 뉴욕과 샌프란시스코 지점에서 서비스를 하고 있는데, 고객들이 매장에 들어서면 고객의 구매 이력을 분석하고, 알맞은 할인 이벤트, 쿠폰 등의 개인 맞춤형 정보를 제공하고 있습니다.

세계 최대 온라인 결제 서비스인 페이팔(PayPal)도 비콘 서비스를 도입했습니다. 페이팔이 비콘 서비스에 관심을 갖는 이유는 그간 쌓아온 온라인 결제 사업의 노하우를 가지고 오프라인으로 사업 영역을 확장하기 위해서라고 합니다.

페이팔의 비콘 솔루션은 모바일 앱 뿐만 아니라 페이팔에서 제공하는 판매 관리 시스템(POS)과도 호환됩니다. 즉, 페이팔 계정 하나로 온오프라인 모두에서 신용카드 없이 쇼핑을 손쉽게 할 수 있도록 하는 것입니다.
SK나이츠 구단
SK나이츠는 비콘 기반의 구단서 비스를 도입하여 2014년 3월 5일부터 본격적으로 서비스를 제공하고 있습니다.

SK나이츠 홈 구장인 서울 잠실 학생 체육관 곳곳에 블루투스 비콘(Beacon)을 설치하여 홈 구장을 찾는 팬들에게 스마트폰을 통해 유용한 정보 및 라이브 이벤트 서비스를 현장에서 실시간으로 제공합니다.

SKP는 기존의 위치 기반의 모바일 맴버십, 쿠폰 서비스를 확장하여 2014년 12월 2일부터 홍대, 강남, 명동, 건대, 대학로 등 서울 시내 5개 핵심 상권에 시럽 BLE 서비스 존(Service zone) 구축을 완료하고, 지역 내 1,500여개 오프라인 매장을 대상으로 쇼핑 서비스를 확대하였습니다.

시럽 앱을 통해 위치 정보를 기반으로 주변의 음식점이나 카페 등을 소개해 주고, 매장의 위치와 지원되는 맵버십이나 할인 혜택도 자동으로 알려줍니다. 실제로 비콘이 설치된 매장 방문 시 시럽 앱이 자동으로 매장을 인식하여 이벤트가 있는 경우 이벤트 알림을 띄우고 참여하면 쿠폰을 발급 받아 바로 사용할 수 있습니다.

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UX 스크랩 바이널엑스에서는 앞서 여러 차례 비콘에 대한 포스팅을 공유해드렸는데요. 비콘(Beacon)은 최근 핫한 기술이죠! 산업도 그렇고 UX에 있어서도 새로운 기술이 도입되고 성숙됨에 따라 다양한 서비스들이 사용자에게 제공되는 것이 가능해집니다. 신기술이라고 해도 기술이 성숙되기 전까지는 실제 사용자에게 불편함이 어느 정도 있기 마련입니다. 비콘도 마찬가지입니다.

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답변을 달 때

1. 해결하고 싶었던 의문
- 근접성 기법과 위치 지도 기법은 기법의 이름이 생소하지 않았는데 삼변측량 기법은 이름이 어렵기도 하고 정의와 내용을 읽어봤는데 이해가 잘 되지 않아서 삼변측량 기법의 활용사례와 삼변측량이라는 용어를 더 자세히 찾아 이해하고 싶었다.

2. 검색 전략
- 구글에 삼변측량의 정의를 찾고 이해가 쉽게 이미지도 함께 찾는다. (https://ko.m.wikipedia.org/wiki/%EC%82%BC%EB%B3%80%EC%B8%A1%EB%9F%89)
- 삼변측량의 원리를 활용한 놀이공원의 매직밴드라는 사례를 찾았다.
(https://m.mt.co.kr/renew/view.html?no=2014062714487148706&type=outlink&ref=https%3A%2F%2Fwww.google.co.kr)

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

삼변측량이라는 용어를 아예 알지도 몰랐는데 사례와 삼변측량의 이미지를 함께 찾아보니까 비콘에서의 삼변측량 기법이 어떻게 활용되는지 더 잘 이해할 수 있었다.

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1. 해결하고 싶었던 의문
Gps는 많이 들어봤는데 IMU는 처음 들어봐서 IMU는 어디에 활용 되는지 알고싶었다

2. 검색 전략
구글에 IMU를 검색하여 개념들이 정리되어 있는 위키백과에 들어갔다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
IMU가 어디에 쓰이는지 알게 되어 글을 읽을때 IMU의 활용을 생각하며 읽게 돼 훨씬 이해를 잘 할 수 있었다

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1. 해결하고 싶었던 의문
'해당 비콘의 위치' 라는 말을 보고 의아함이 들었다. 비콘은 해당이라는 말을 할 수 있는 단위가 있는 것일까. 비콘은 하나가 아닌 것 인가 하는 의문이었다.

2. 검색 전략
네이버 어학사전에 비콘에 대하여 먼저 서치하였고 유튜브로 비콘에 대한 활동 사례를 찾아보았다
https://ko.dict.naver.com/#/entry/koko/9fd3f24941914c3c8a8a2e4f519186b9

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
비콘은 정확한 '수'로 표기하는 것이 아닌 신호 수신의 규범 표기 등으로 설명한다는 것을 알았다.

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해결하고 싶었던 의문

위치 지도 기법의 설명을 읽으면서, 활용법이 머릿속에 잘 그려지지 않아서 이해가 어려웠다.

2. 검색 전략

구글에 위치 지도 기법을 검색하여 비콘 등 전자기기, 위치통신기술과 같은 IT를 다루는 업체의 뉴스룸을 찾아본다. 또한, 비콘의 활용사례가 드러난 칼람 등을 참고한다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

위치 지도 기법의 설명과 함께 사진자료를 보니, 전보다 쉽게 머릿속에 이 위치 추정 기술의 활용법이 그려졌고 지문이 더 빠르게 이해 되었다.

https://blog.lginnotek.com/367
https://www.sciencetimes.co.kr/news/신호-보내-위치-알려주는-기술-비콘/

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https://www.garmin.com/ko-KR/aboutgps/
1. 해결하고 싶었던 의문

GPS가 어떻게 쓰이는지  더 자세하게 알고 싶었다

2. 검색 전략

구글로 검색하여서 이미지를 들어가 찾았다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
깊게 알고 있지 않았지만 자료 검색을 통하여 더 잘 알게되었다

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1. 해결하고 싶었던 의문
위치지도기법을 사용할 때 측정 공간을 작은 구역들로 나눠 각 구역마다 기준점을 설정하는 것이 이해되지 않았다.

2. 검색 전략
구역이 어떻게 나누어지는지 보기 위해 이미지 자료를 찾기로 했다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
위치 지도 기법이 어떻게 사용되는지 알 수 있었고 구역들이 어떻게 나누어지는건지 알 수 있었다.

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1. GPS에 대한 구체적인 사례가 없었기 때문에

GPS를 이해하는데 어려움을 느꼈다

2.GPS가 실제로 사용된 사례를 찾아보면 이해가 쉬울것 같아'GPS 사례'를 키워드로 입력한뒤 관련 뉴스 이미지를 찾아보았다

3.관련 뉴스, 이미지를 찾아보니 2문단 내용도 이해가 되었고전체 내용에 대한 배경지식도 얻게 되었다

https://news.lgdisplay.com/kr/2016/06/gps/amp/

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최근 GPS를 장착한 스마트 기기가 대거 보급되면서 GPS를 이용한 새로운 서비스들이 속속 등장하고 있습니다. 지도 서비스는 물론이고 소셜 커머스 등의 온라인 쇼핑 분야에서는 위치기반서비스를 활용해 가까운 쇼핑정보를 제공해줍니다.

이렇게 어느새 당연히 우리 삶 속에 들어와 활약하고 있는 기술, GPS! 그런데... GPS의 정확한 뜻과 작동 원리는 무엇일까요?

GPS의 역사 - 군사용에서 민간에게까지

위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 위치를 알려주는 시스템인 GPS(Global Positioning System)는 1970년대 폭격의 정확성을 높이기 위해 미국 국방성에서 개발한 것이 시초입니다. 처음엔 군사용으로 제작되었다는 것이죠.

GPS가 일반 분야로 확산되는 데에는 1983년 KAL 007편 격추 사고가 결정적인 역할을 했습니다. 269명 전원 사망이라는 인명피해가 발생한 그 사건 후에, 당시 미국 대통령이었던 로널드 레이건은 개발 중인 GPS를 잘 활용한다면, 이러한 사고를 피할 수 있을 거라 판단한 것이죠. 그래서 군용으로 사용될 예정이던 GPS를 민간에 조건부 개방하기로 했고 현재에 이르렀습니다.

GPS의 원리 - 4개 위성 신호는 필수!

▲ 지구 어디서나 충분한 개수의 GPS 위성이 수신됨을 나타내는 애니메이션(출처: El pak at en.wikipedia)

그러면 이 GPS는 어떤 원리로 우리에게 정확한 위치를 알려주는 걸까요? GPS 위성 안에는 세슘이라는 물질을 품은 정밀한 원자시계가 들어 있습니다. 이 시계는 아주 정밀해 십만 년 동안 1초 정도의 오차를 갖는다고 해요.

GPS 위성은 이 시계의 정확한 시각과 위성의 정확한 위치를 지상의 수신기로 보내주는데요. 그러나 아무래도 전파가 오는 데 시간이 걸리니 위성에서 보낸 시간과 수신기가 받는 시간에는 차이가 생깁니다. 이때 둘의 차이에 빛의 속도를 곱해주면 지상 수신기에서 인공위성까지의 거리를 구할 수 있게 됩니다. (중학교 때 배웠던 '거리=시간 X 속도' 공식을 떠올려보세요. :D)

▲ 정확한 위치를 파악하려면, 4개 이상의 GPS 위성에서 전파를 수신해야 함(출처: 국립해양측위정보원)

이와 같은 작업을 네 개의 인공위성이 동시에 수행하면 공간 상의 한 점을 찾을 수 있습니다. 그래서 GPS 수신기는 최소 네 개의 인공 위성이 필요합니다. 우리가 차를 타고 가다가 터널이나 지하차도를 지날 때면 내비게이션이 순간적으로 작동하지 않는데, 이는 이 인공 위성들의 GPS 전파가 차단되어 내비게이션이 현재 위치를 계산할 수 없기 때문이죠.

여기서 잠깐! GPS에서 가끔 오차가 발생하던데요.

GPS로 수신된 위치가 완벽하게 정확한 것은 아닙니다. 인공위성의 시간과 위치가 100% 정확하지 않기 때문에 오차가 약 5m까지 발생합니다. 또한 대기권, 수신기 상태에 따라서도 오차가 발생할 수 있습니다. 그러나 10m 정도의 오차는 사람이 직접 눈으로 확인 가능한 범위이기 때문에 일반 사용자에게는 전혀 문제가 되지 않습니다.

한편 군사용 GPS 수신기의 경우 이러한 오차들을 전부 수정할 수 있는 기술이 내장되어 있어 오차 범위를 1cm까지 줄일 수 있습니다. 실제로 이라크 전쟁 당시 미군이 사용한 미사일의 GPS는 수백 km 떨어진 곳의 볼펜 뚜껑을 정확히 맞출 수 있을 정도로 정확했다고 하니 대단하죠.

재미있는 Global GPS 활용 사례

GPS 활용 범위는 우리가 흔히 알고 있는 지도 서비스뿐 아니라 무척 다양한데요. 재미있는 사례 세 가지를 소개해드리겠습니다.

▲ 상어의 움직임을 알려주는 사이트 (출처: OCEARCH)

40여 년 전, 우리를 상어에 대한 공포로 몰아넣은 영화, <죠스>. '빠~밤♫, 빠~밤♫' 단 두 음을 사용해 상어의 공격을 알린 BGM 또한 지금까지도 대표적인 공포 음악으로 쓰이고 있습니다. 그런데 미국에서는 공포의 대상인 상어에 대해 확실히 알아보고자 수행한 프로젝트가 있다고 합니다.

<OCEARCH>라는 이름의 이 프로젝트는 대략 50마리의 대형 상어에 GPS 장치를 이식하여 움직임을 추적합니다. 만약 GPS 장치를 단 상어가 해안으로 다가오면 인명 구조원들에게 경보를 보내 사람들을 대피시킬 수 있다고 하네요. 실제로 사이트에 가서 보면 'Finley', 'Einstein'이라는 이름이 붙은 상어들의 정보, 돌아다닌 행적까지 나와 있어 이들의 활동 루트를 파악할 수 있습니다.

2) 치매 환자나 어린이를 보호하는 GPS 신발 깔창

다음으로 보여드리는 'GPS SmartSole'은 GPS가 내장된 신발 깔창입니다. 언뜻 보면 '깔창에 GPS를 달아 뭐가 좋다는 거야?'라고 생각하실지도 모르겠습니다. 그러나 이는 사용자의 위치 정보를 공유해 어린이나 치매 환자나 노약자 등 미아를 방지할 수 있는 안전망으로 활용이 가능합니다. 국내 치매 환자 보호자들에게도 희소식이 되겠네요.

▲ 출처: National Geographic Youtube

개나 고양이를 키우는 분들은 반려 동물들이 집 밖을 나가 무엇을 하는지 궁금할 때가 있죠? 그래서 노스캐롤라이나 주립 대학 연구자들은 고양이 1,000마리에게 GPS 목줄을 달아 움직임을 추적하는 프로젝트를 시작했습니다. 자기 영역만을 돌아다닌다는 속설과는 달리 고양이들은 가끔씩 새로운 곳을 탐험하기도 했다고 하네요. 영국 TV 프로그램에서도 유사한 실험을 했는데, 고양이들이 다른 고양이의 주인집에서 먹이를 훔치는 데 많은 시간을 보냈다고 합니다.

스마트폰 대중화에 힘입어 도래한 '1인 1GPS 시대'. 한 때 군사 무기에나 쓰이는 어려운 기술로 치부됐던 GPS가 이제는 동네 맛집 검색에도 쓰일 정도로 익숙하고 편한 기술로 다가왔습니다. 물론, 기술의 양면성을 고려해 사생활 침해에 위험성은 유의해야겠지요. 앞으로 GPS 기술이 또 어떤 생활의 변화를 가져다 줄지 기대됩니다.

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GPS는 어떻게 위치를 찾아내나?' - 원리, 사례 | LG Display Newsroom

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최근 GPS를 장착한 스마트 기기가 대거 보급되면서 GPS를 이용한 새로운 서비스들이 속속 등장하고 있습니다. 지도 서비스는 물론이고 소셜 커머스 등의 온라인 쇼핑 분야에서는 위치기반서비스를 활용해 가까운 쇼핑정보를 제공해줍니다. 이렇게 어느새 당연히 우리 삶 속에 들어와 활약하고 있는 기술, GPS! 그런데... GPS의 정확한 뜻과 작동 원리는 무엇일까요?

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1. 해결하고 싶었던 의문
이름은 많이 들어봤으나 3개 이상 비콘 사이가 뭘 어쨌다는 건지 머릿속에 구조화 되지 않아 정확한 이해가 필요했다.

2. 검색 전략
반지름으로 하는 원이 필요한 삼변측량법을 가장 잘 이해할 수 있는 방법은 이미지라고 생각하여 구글 이미지 검색에 ‘삼변측량법’을 검색하였다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
삼변측량법을 시각적으로 구조화한 이미지를 보며 쉽게 이해할 수 있었다.

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%82%BC%EB%B3%80%EC%B8%A1%EB%9F%89

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
삼변측량(三邊測量)은 삼각측량과 마찬가지로 삼각형 기하학 을 사용하여 물체의 상대 위치를 구하는 방법이다. 하나의 변의 길이와, 양 끝의 두 각을 이용하는 삼각측량과는 달리 삼변측량은 목표의 위치를 알기 위해서 두 개 이상의 기준점과, 물체와 각 기준점과의 거리를 이용한다. 삼변측량만으로 2차원 면에서의 상대위치를 정확하고 유일하게 결정하기 위해서는 최소한 3개의 기준점이 필요하다.

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삼변측량 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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삼변측량(三邊測量)은 삼각측량과 마찬가지로 삼각형 기하학 을 사용하여 물체의 상대 위치를 구하는 방법이다. 하나의 변의 길이와, 양 끝의 두 각을 이용하는 삼각측량과는 달리 삼변측량은 목표의 위치를 알기 위해서 두 개 이상의 기준점과, 물체와 각 기준점과의 거리를 이용한다. 삼변측량만으로 2차원 면에서의 상대위치를 정확하고 유일하게 결정하기 위해서는 최소한 3개의 기준점이 필요하다.

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1. 해결하고 싶었던 의문

GPS와IMU를 어떻게 함께 사용하는지 궁금했다.

2. 검색 전략

GPS를 사용하다가 신호가 끊긴 상황에서 IMU를 함께 사용하는 상황에 대해 검색했다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

GPS와IMU위 장단점과 서로의 단점을 보완할 수 있다는 것을 알게 되었다.

https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201019451498838.pdf

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1. 해결하고 싶었던 의문
비콘이 이용되는 사례에 대해 궁금했다.

2. 검색 전략
구글 검색에 비콘에 대해 검색하여 사례를 찾았다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
비콘이 어떤 곳에 이용되는지 검색을 통해 쉽게 이해할 수 있었다.
https://ko.m.wikipedia.org/wiki/%EB%B9%84%EC%BD%98

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1 삼변측량기법의 이미지가 떠오르지 않아 어려움을 느꼈다

2 네이버에서 삼변측량 기법의 이미지를 찾아보았다

3. 5문단에 설명되어있는 삼변측량 기법의 이미지가 그려졌다

# data[].attributes.attachment_link.title
삼변측량 기법 : 네이버 이미지검색

# data[].attributes.attachment_link.description
'삼변측량 기법'의 네이버 이미지검색 결과입니다.

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1. 해결하고 싶었던 의문

삼병측량 기법의 원리를 글을 통해서만 접하니 이해하기 어려웠다.

2. 검색 전략

검색을 통해 관련 사진을 볼 수 있었다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

사진과 함께 추가적인 설명을 함께 읽다보니 보다 쉽게 이해할 수 있었다.

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1. 해결하고 싶었던 의문
비콘이 어떻게 생긴건지 궁금해졌다
2. 검색 전략
구글에 비콘을 쳐 이미지에 들어갔다
3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
비콘의 생김새를 아니 글을 이해하는데 더 쉬웠다
https://images.app.goo.gl/NCGKviYDwrKrQgSEA

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1. 해결하고 싶었던 

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1. 해결하고 싶었던 의문
IMU의 내장 센서로 가속도와 속도를 측정하는 원리에 대해서 의문이 들었다.

2. 검색 전략
구글의 백과사전을 사용하여 자료를 찾아보았다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
가속도 센서라는 물체에서 얻어지는 출력값을 적분하여 속도를 계산할 수 있고, 이를 가공하면 물체의 위치를 알 수 있다는 사실을 알아냈다.

https://velog.io/@717lumos/Sensor-IMU%EC%9D%98-%EA%B0%9C%EB%85%90-%EB%B0%8F-%ED%99%9C%EC%9A%A9%EB%B2%95

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IMU는 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit)이다.
가속도 센서(Acceleration Sensor), 각속도 센서(Gyroscope, 자이로스코프)로 이루어져 있으며(6축) 일부는 지자기 센서(Magnetometer) 도 포함한다(9축).

🏁(1) 가속도 센서

물체에 작용하는 가속력과 진동력, 충격력 등 동적 힘이 발생했을 때, 움직임의 변화에 따른 가속도의 변화(단위: m/s^2)를 순간적으로 감지해낸다.
센서에서 얻어지는 출력값인 가속도를 적분하여 물체의 진행 방향에 대한 속도를 계산할 수 있고, 이를 가공하면 물체의 위치를 알아낼 수 있다.

짧은 기간에 대한 오차는 작으나, 센서에서 얻은 가속도 값을 적분하므로 시간에 따라 오차가 누적되는 단점이 있다. 때문에 GPS와 결합하여 보정 하는 방법이 대중적으로 사용된다.

측정 방법에 대해 정확히 이야기하자면, 가속도 센서는 비중력(specific force) 을 측정한다.

❓ 비중력
비중력(Specific Force, g-force 혹은 mass-specific force)은 단위 질량 당 비중력 힘(non-gravitational force)이다. 비중력은 실제 힘이 아니라 가속도의 타입이라 할 수 있다.

Wikipedia(Eng.) 'Specific Force'

지상에서는 물체는 수직 하방으로 중력가속도만큼(-g) 힘을 받고 있다. 어느 쪽으로 기우는 등 자세가 변함에 따라 x와 y, z 축 가속도계가 서로 영향을 미치며 측정 가속도값이 변화한다.

만약 정지된 상태라면, 중력 방향으로 작용하는 힘을 계산하여 각 축의 방향으로 기울어진 각도를 계산 할 수 있다.

예를 들어 위 사진과 같이 y방향으로 45°기울었다고 하자. 그렇다면 기울어진 상태에서 중력 방향으로 G=0.707만큼의 힘이 작용하여 이것이 x축과 z축 방향으로 나뉘어 힘이 출력될 것이며, 이 비율을 arctan 계산을 통해 각도를 알 수 있는 것이다.

하지만 위 예시 상황과는 달리 물체가 움직일 경우, 즉 중력 외 가속이 있는 경우에는 가속도 센서만으로는 정확한 기울기를 알 수 없다. 중력 가속도와 이동에 의한 가속도 값이 구분이 안되기 때문이다.
그래서 이를 보정하기 위해 각속도 센서(자이로스코프) 를 이용한다.

❓ 참고: IMU센서로 위치 계산하기
IMU 센서를 사용해 위치를 계산해내기 위해서는, 가속도계의 측면에서는 물체의 각도에 맞는 중력가속도를 제거해야 한다. 자이로스코프에서 출력한 각속도를 적분해 물체의 각도를 구한뒤 중력가속도를 구해 이를 제거한다. 이때 센서의 각도로 지구 방향으로 중력 가속도가 적용되는 크기를 구하기 위해서는 AHRS 알고리즘을 이용한다.

🥏(2) 자이로스코프(각속도 센서)

자이로스코프는 대표적인 관성 센서로, 물체의 회전 변화량인 각속도(단위: rad/s)을 측정한다.
자이로스코프는 중력을 이용하여 코리올리 힘을 검출한다. 중력이 가해질 때 진동 속도가 변하는 것을 각속도로 계산해, 질량과 진동 속도를 통해 값을 측정하여 검출할 수 있다.

❓ 각속도
각속도(角速度, angular velocity, ω)는 특정 축을 기준으로 했을 때의 초당 회전 각도라 이해하면 된다.
수평 자세로 정지 시 ω=0 deg/s이다. 10초간 50°가 기울어진다면 평균 각속도는 ω=5deg/s이다. 다시 기울어짐을 멈춰 50°를 유지한다면 ω=0 deg/s로 돌아온다.

❓ 코리올리 힘
물체가 회전하고 있는 좌표계 위에 존재할 경우, 직선 방향으로 운동하도록 힘을 가했을 때 좌표계로 인하여 직선 운동이 아닌 회전을 한다.
이것이 코리올리 효과(Coriolis effect)이며, 코리올리 효과를 유발하는 힘을 코리올리 힘(Coriolis force)(전향력(轉向力): 직선 운동의 방향 바꿈)이라 한다.
즉, '회전체의 표면 위에서 운동하는 물체에 대해 운동 속도 방향에 수직으로 작용하는 힘' 또는 '회전하는 계에서 느껴지는 관성력'으로 이해할 수 있다.
지구의 자전, 세면대 배수구에서 물의 회전 등이 그 예시이다

자이로스코프는 종류에 따라 정확도와 크기, 출력 형태가 다양한데, 일반적으로 MEMS 자이로스코프가 있으며, 대부분 회전 각속도를 측정한다.
샘플링 시간(Δt)마다 회전 각속도를 측정한다면(회전각) = (각속도 측정값) X (샘플링 시간)로 회전각을 구할 수 있다.
이 원리에 입각해 각속도를 통해 최종적으로 물체가 기울어진 각도를 구하려면, 각속도를 측정의 전체 시간에 걸쳐 적분 을 해야 한다. (가속도의 경우에도 마찬가지이다. 가속도를 적분해 속도의 변화량을 구한다)

MEMS센서들은 주변 전자장비, 철 등에 영향을 받으므로 주의해야 한다.

자이로스코프는 정지할 때 혹은 아주 짧은 시간에 움직일 때는 오차가 없다.
그러나 움직일 때는 측정되는 각속도가 노이즈 등에 의해 에러가 발생하는데, 이 오차가 적분 시에 누적된다면 시간이 지날수록 누적오차가 매우 커져 물체가 기울어진 각도 값이 실제와는 차이가 난다.
이 오차의 보상을 위해 지자기 센서 를 활용한다.

또한 자이로스코프는 온도에 따라 측정값이 변화하기도 하는데, 하여 일부 IMU에서는 온도 센서 를 추가적으로 내장하여 이용해 오차를 보상하기도 한다.

🧭(3) 지자기 센서

지자기 센서는 지구 자기장의 세기(자기선속)와 방향(자북을 기준으로 틀어진 각도)을 측정하는 센서이다.
물체가 바라보는 방향이 북쪽 방향과 정렬되어 지구의 자기력선과 일치할 때 센서의 측정값이 최댓값·최솟값을 가진다.
따라서 지자기 센서는 주변 전기장, 자기장의 유무에 따라 측정값이 달라질 수도 있으므로 주의해야 한다.

❓ 자북, 진북, 편각
나침반이 측정하는 북쪽, 자기장이 가리키는 북쪽( 자북, Magnetic North)은 실제 지구의 북쪽( 진북, True North)과 일치하지 않는다.
진북과 자북 축 사이의 각도를 편각(Declination) 이라 한다. 자북과 진북은 위도에 따라 일정하게 선형으로 변하므로, 물체의 현재 위도를 알면 편각은 보정이 가능하다.

IMU는 가속도 센서와 자이로스코프(각속도 센서)을 가지므로, 기본적으로 3축의 가속도계와 3축의 각속도계를 가진다.
위에서 살펴본 바와 같이 자이로스코프를 이용해 물체의 자세를 알아내고 물체가 움직임에 따라 자세를 업데이트하려면, 초기 물체의 Roll과 Pitch, Yaw 각에 자이로스코프에서 계산된 회전각을 누적(적분) 해야 한다.

❓ 6자유도
6자유도(Six Degrees of Freedom, 6DOF)란 여섯 개의 운동 방향을 말하며, 로봇공학이나 비행기, 선박 등에서 사용되는 개념이다.

위치(Position)에 대하여 x, y, z축 각각으로 선형 이동하는 Sway, Surge, Heave가 있고, 회전(기울기, Orientation)에 대하여 x, y, z축 각각을 기준으로 회전하는 Pitch, Roll, Yaw가 있다.
특히 Yaw의 경우 차량, 비행기, 선박의 heading을 말한다

앞서 본 바와 같이 Roll과 Pitch는 가속도 센서에서 간단히 구할 수 있으며 시간에 따라 적분할 필요가 없다. 물론 온도나 타 잡음에 대한 오차가 있긴 하지만, 역시나 시간에 대한 값은 아니다.

반면 Yaw는 가속도 센서로 계산할 수 없어 자이로스코프에서 적분을 통해서만 구할 수 있으며 이 과정에서 누적오차가 발생한다.
이 때문에 지자기 센서를 융합해 사용하고 칼만 필터(Kalman Filter) 로 보정하기도 한다.

자이로스코프는 정밀한 센서의 경우 금액이 매우 높기 때문에 타 센서와 융합해 사용하는 경우가 일반적이다.
자이로스코프(각속도 센서)는 빠른 시간 내에 변위값을 측정하기 유리하나 적분 오차가 발생하고, 가속도 센서와 지자기 센서는 느리지만 절대각을 구할 수 있다.
따라서 가속도 센서 및 지자기 센서와 자이로스코프는 서로 보완(Complementary) 관계라 할 수 있다.
센서 값의 융합 과정에서 칼만 필터(Kalman Filter) 혹은 상호보완필터(상보필터, Complementary Filter) 를 사용한다.

IMU는 물체에 고정되어 있으므로 동체 좌표계(Body Frame)를 이용한다. IMU의 출력값을 가공하기 위해서는 항법 좌표계(Navigation Frame) 형태로 변환해야 한다. 이 과정에서 방향코사인행렬(DCM, Direction Cosine Matrix) 등을 사용할 수 있다.
또한 자세를 업데이트하는 방법에는 오일러각, 쿼터니언 등을 사용하는 경우도 있다. (참고: 오일러각과 쿼터니언의 변환 이유)

위에서 언급한 바와 같이, 지자기 센서는 자기력선 위에서 최대/최솟값을 가지므로, 이론적으로는 일정한 속도로 평면에서 회전하면 sin 형태의 그래프를 가져야 한다.

좌측 사진을 보면 데이터가 일정하게 반복되는 것은 맞지만, 최댓값(약 60)과 최솟값(약 -20)이 서로 절댓값 크기가 다르다. 따라서 예를 들어보자면 북쪽으로 30도 회전했을 때와 남쪽으로 30도 회전했을 때의 자기장의 세기가 다르게 측정되는 것이다.

우측 사진은 좌측의 sin 그래프 데이터를 다시 그린 것으로, 지자기 센서의 (x, y)를 x-y축으로 나타낸 데이터이다.
이상적으로는 (0,0) 중심으로 데이터 분포가 상하좌우 대칭이어야 한다. 그러나 지자기 센서의 오차로 인해 원점에서 벗어난 타원형 형태를 띄고 있다.
이때 원점이 틀어진 부분을 Hard Iron Calibration, 타원이 찌그러진 것을 Soft Iron Calibration을 통해 보정해주어 올바른 Heading(방위) 을 구할 수 있다.

원점 틀어짐은 자기장을 만들어내는 물체인 자석, 전선(Hard Iron) 등이 원인이다.
Hard Iron Calibration은 센서 주변에서 주위의 자기장 등 데이터를 측정하고 분석하여, 주변 자기장의 세기로 인한 변화만큼 보정하여 제거한다.
구체적으로는, 찌그러진 타원의 원점을 찾아 실제 좌표계 원점인 (0, 0)으로 offset 이동 시켜야 한다. x, y, z축의 데이터 최댓값과 최솟값을 각각 구해 평균을 낸 뒤, 측정치에서 빼줌으로써 offset 시킬 수 있다.

타원 찌그러짐은 지자기 센서의 주변에 철판, 구리 등 전도성 물질(Soft Iron)이 센서의 주변에 있을 때 자기장(자기력선)이 왜곡되기 때문에 발생한다.
자기력선은 금속을 통과하거나 끊어지지 않으므로 왜곡의 형태로 변형이 된다. 그렇기 때문에 위 그래프에서 자기 데이터의 원점을 변화시키지 않고 형태만 변화되는 것이다.
Soft Iron Calibration은 Hard Iron Calibration보다 복잡하다.
보통 타원의 장축(긴 반경)과 단축(짧은 반경)의 비율을 scale factor로 삼아, 장축에서는 길이를 줄여주고 단축에서는 늘려주는 식으로 측정값에 반영하여 타원을 상하좌우 대칭의 원으로 만들어간다.

ARS(Attitude Reference System) 은 IMU과 더불어 내부적으로 센서 혼합 알고리즘(Complimentary Filter 등) 등을 통해 Roll, Pitch, 그리고 초기 자세로부터 회전한 상대적 Yaw 각도까지 출력할 수 있는 장치이다.

AHRS(Attitude Reference Heading System)은 ARS에 추가적으로 지자기센서를 장착하거나, 정밀한 자이로스코프를 통해 절대적 Yaw를 출력할 수 있는 장치이다. 지자기센서를 갖춘다면 총 9개의 축을 가지게 되는 것이다.
IMU의 가속도계, 각속도계, 지자기계에서 측정한 값을 바탕으로 MCU에서 Roll, Pitch, Yaw를 계산하고 이를 칼만 필터 등을 이용해 처리한 뒤 출력한다.

INS(관성항법장치, Inertial Navigation System)은 간단하게 말하면 현재 물체의 위치를 감지하는 시스템이다.
AHRS에 추가적으로 정밀한 가속도계가 있고, 초기 위치로부터 변화한 위치를 가속도계 측정치에 중력을 보상하고 두 번 적분하여 계산하는 등의 정밀한 항법 알고리즘을 내장한다.
고가이며, 항공기나 잠수정, 유도탄, 미사일 등 군무기에 탑재한다.

GPS의 정확도를 향상시키기 위해 IMU와의 센서 융합(Sensor Fusion)을 하기도 한다.
IMU에서 3축의 가속도 센서로부터 연속적인 위치 데이터를 제공하면, GPS에서는 절대적 위치 데이터 를 통해 이를 보정하는 방식이다.

위에서 밝힌 바와 같이, 이 과정에서 IMU의 출력은 내비게이션 알고리즘을 이용해 동체 좌표계에서 항법 좌표계로 변환하고, IMU의 누적 오차를 상쇄하기 위해 칼만 필터를 이용한다.
GPS와 IMU는 데이터 형식이 다른데, 이때 방향코사인행렬(DCM, Direction Cosine Matrix)를 이용해 동기화를 한다

신은희, 권영민, 송병훈. (2013). GPS와 IMU의 센서퓨전을 이용한 위치추정 활용방안. 한국정보통신설비학회 2013년도 정보통신설비 학술대회, 420-423.

이정환. "고 정밀 위치 획득을 위한 GPS/IMU 센서 융합에 관한 연구." 국내석사학위논문 울산대학교 대학원, 2012. 울산

"가속도계, 자이로, MEMS, ARS, AHRS, IMU, INS, GPS" https://uzys2011.tistory.com/215

"[IMU] 지자기 센서의 보정(Hard/Soft Iron)" https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=jswcomkr&logNo=221770655478&parentCategoryNo=&categoryNo=63&viewDate=&isShowPopularPosts=true&from=search

"iMU와 INS란?" https://m.blog.naver.com/zzbksk/221008192107

"관성측정장치(IMU)의 원리" https://sharehobby.tistory.com/entry/%EA%B4%80%EC%84%B1%EC%B8%A1%EC%A0%95%EC%9E%A5%EC%B9%98IMU%EC%9D%98-%EC%9B%90%EB%A6%AC

"자이로센서 roll, pitch, yaw 데이터 처리 구조(AHRS)" https://m.blog.naver.com/yuninjae1234/220935189584

"6축 IMU센서 (자이로센서, 가속도 센서)를 이용하여 3차원 위치 좌표 구하기" https://ddangeun.tistory.com/97

"가속도센서의 원리 각도 검출방법(중력가속도센서, 자이로센서)" https://wadadada.tistory.com/15

"specific force." Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Specific_force

"코리올리 힘(Coriolis force)." 사이언스올. https://www.scienceall.com/%EC%BD%94%EB%A6%AC%EC%98%AC%EB%A6%AC-%ED%9E%98coriolis-force/

# data[].attributes.attachment_link.description
IMU는 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit)이다. 가속도 센서(Acceleration Sensor), 각속도 센서(Gyroscope, 자이로스코프)로 이루어져 있으며(6축) 일부는 지자기 센서(Magnetometer) 도 포함한다(9축). 물체에 작용하는 가속력과 진동력, 충격력 등 동적 힘이 발생했을 때, 움직임의 변화에 따른 가속도의 변화(단위: m/s^2)를 순간적으로 감지해낸다. 센서에서 얻어지는 출력값인 가속도를 적분하여 물체의 진행 방향에 대한 속도를 계산할 수 있고, 이를 가공하면 물체의 위치를 알아낼 수 있다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
IMU가 많이 들어보지 못한 단어라서 글을 읽는데 어려움을 느꼈다

2. 검색 전략
네이버에서 IMU에 대한 내용을 찾아보면서 이해하려했다
http://naver.me/x1ewXGWu

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
IMU로 어떻게 위치를 구하는지 알게 되었고 글을 읽고 이해하는데 쉬워졌다

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
위치지도기법의 정확한 의미와 특정한 위치에 도달한 단말기의 비콘 신호에 대한 의미도 해결하고싶다

2. 검색 전략
그림자료와 개념을 쉽게 풀어놓은 자료로 어려움을 극복한다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
자료를 검색하는 활동을 통해 더 쉽고 정확하게 이해할 수 있게됨

https://orbi.kr/download/united/37367136/2

# data[].attributes.body
1.해결하고 싶었던 의문

비콘이라는 새로운 용어를 접하면서 비콘의 이용사례나  이용 방법들을 알아보고 싶었다.

2.검색 전략

구글 키워드에 ‘비콘’을 검색하여 관련된 기사, 이미지, 논문등을 찾아 궁금한 점을 찾아보았다.

3.자료 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친결과

실내 지도 상의 사용자의 예상 진로에 맞춰 보정하여 보정된 현재 위치를 도출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 정보를 제공하기 위한 장치임을 알게되었다.

https://patents.google.com/patent/KR20160071305A/ko

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
비콘이 실내에 고정 설치되어 신호를 주기적으로 보내는 기기라고 했는데 어떻게 생겼고 구체적으로 어떻게 활용되는지 알고 싶었다

2. 검색 전략
구글에 검색했다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

이미지와 구체적 사례를 통해 비콘에 대해 더 잘 이해할 수 있었다

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
비콘의 삼변측량 기법이 어떻게 이루어지는지 잘 상상이 가지 않았다

2. 검색 전략
삼변측량 기법의 이해에 도움이 되는 자료와 정보들을 찾아 보았고 어떻게 이루어져있는지 사진을 찾아 보았다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
삼변측량 기법을 알려주는 글을 그림으로 찾아보아서 이해가 쉽게 되었고 도움이 됐다

# data[].attributes.body
https://ko.m.wikipedia.org/wiki/관성_측정_장비

1. 해결하고 싶었던 의문
gps는 많이 들어봐서 뭔지 잘 알고있는데 IMU는 처음 들어서 무엇인지 이해가 안갔다

2. 검색 전략
IMU가  어떤 상황에서 어떤 목적으로 어떻게 사용되는지 검색하기 위해 구글에 IMU  이용이라고  검색을 했다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
어디에 어떨때 사용하는지 아니까 gps와의 차이도 알것같고 이해도 쉬웠다

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
관성 측정 장치(IMU)는 가속도계와 회전 속도계, 때로는 자력계의 조합을 사용하여 신체의 특정한 힘, 각도 비율 및 때로는 신체를 둘러싼 자기장을 측정하고 보고하는 전자 장치이다. . IMU는 일반적으로 무인 항공기(무인 항공기)를 포함한 항공기와 인공위성과 육지를 포함한 우주선을 조종하는 데 사용된다. 최근의 개발은 IMU를 사용할 수 있는 GPS장치의 생산을 가능하게 한다. IMU는 터널, 건물 내부 또는 전자적 간섭이 있을 때와 같이 GPS-신호를 사용할 수 없을 때 GPS수신기를 사용할 수 있도록 한다.[1]

관성 측정 장치는 하나 이상의 가속도계를 사용하여 선형 가속도를 감지하고 하나 이상의 자이로스코프를 사용하여 회전 속도를 감지함으로써 작동한다. 어떤 것들은 또한 표제 참조로 사용되는 자기 측정기를 포함한다. 일반적인 구성에는 피치, 롤링 및 요 세 가지 차량의 각 축에 대해 축 하나당 속도계, 자이로 및 자기 측정기가 하나씩 포함된다.

IMU는 종종 초기 IMU측정을 이용하여 글로벌 기준 프레임에 대한 자세, 각도 비율, 선형 속도 및 위치를 계산하는 관성 항법 시스템에 통합된다. IMU가 장착된 INS는 유인 항공기, 미사일, 선박, 잠수함, 위성과 같은 많은 상업용 및 군사용 차량의 항법과 통제의 중추를 이룬다. IMU는 또한 무인 시스템의 안내와 제어에 있어 필수적인 요소이다. 태도라는 개념과 헤딩 참조 시스템은 IMU를 이용한다. 자기 북쪽에 상대적인 방향으로 차량 자세를 계산한다. IMU의 센서에서 수집된 데이터는 컴퓨터가 추측 항법(dead reckoning)이라고 알려진 방법을 사용하여 우주선의 위치를 추적할 수 있게 해준다.

육지 차량의 경우 IMU가 GPS기반 차량 내비게이션 시스템 또는 차량 추적 시스템에 통합될 수 있으므로 시스템의 계산이 잘못되고 최대한 많은 데이터를 수집할 수 있다. 차량의 현재 속도, 회전 속도, 방향, 기울기 및 가속도에 대한 데이터를 차량의 휠 속도 센서 출력 및 가능한 경우 후진 기어 신호와 조합하여 더 나은 교통 충돌 분석과 같은 목적으로 사용한다.

항법 목적 외에도 IMU는 많은 소비자 제품에서 방향 센서 역할을 한다. 거의 모든 스마트 폰과 태블릿에는 IMU가 방향 센서로 포함되어 있다. 또한 피트니스 추적기 및 기타 웨어러블에는 달리기와 같은 모션 측정을 위한 IMU가 포함될 수 있다. IMU는 또한 실행과 관련된 특정 매개 변수의 특수성과 민감성을 확인함으로써 이동 중일 때 개인의 개발 수준을 결정할 수 있는 능력이 있다. 닌텐도 Wii의 리모컨과 같은 일부 게임 시스템은 움직임을 측정하기 위해 IMU를 사용한다. 저가 IMU는 소비자 드론 산업의 확산을 가능하게 했다. 또한 스포츠 기술(기술 훈련)[2]및 애니메이션 용도로도 자주 사용된다. 그들은 모션 캡처 기술에 사용하기 위한 경쟁 기술입니 I[3]MU는 Segway Personal Transporter에서 사용되는 균형 기술의 핵심이다.

항해에서 이용 편집

우주선의 현대적 관성 측정 장치.

항법 시스템에서 IMU가 보고한 데이터는 자세, 속도 및 위치를 계산하는 프로세서에 입력된다. Strap Down Inertial System이라 불리는 일반적인 구현에는 자이로스코프의 각도 비율이 통합되어 각도 위치를 계산한다. 이것은 자세를 추정하기 위해 칼만 필터에서 가속도계에 의해 측정된 중력 벡터와 융합된다. 자세 추정은 가속 측정을 관성 참조 프레임 (관성 항법이라는 용어)으로 변환하여 선형 속도를 얻기 위해 한 번 통합되고 선형 위치를 얻기 위해 두 번 통합된다.[4][5][6]

예를 들어, 특정 방향 벡터를 따라 움직이는 비행기에 설치된 IMU가 비행기의 가속도를 1 초 동안 5m / s2로 측정하는 경우 1 초 후에 안내 컴퓨터는 비행기가 5m / s이며 초기 위치 (v0 = 0이고 시작 위치 좌표 x0, y0, z0)로 2.5m가되어야한다. 기계적 종이지도 또는 디지털지도 보관소 (지도 시스템 위치 출력이 종종 기준점으로 사용되어 움직이는 지도가 나오기 때문에 출력이 일반적으로 움직이는지도 디스플레이로 알려진 시스템)과 결합 된 경우 안내 시스템에서 다음을 사용할 수 있다. 이 방법은 비행기가 GPS 네비게이션 시스템처럼 특정 순간에 지리적으로 위치하는 조종사를 보여주기 위함이지만 위성이나 육상 라디오 트랜스 폰더와 같은 외부 구성 요소와 통신하거나 통신 할 필요가 없지만 외부 소스 관성 항법 시스템에 의해 허용된 위치 갱신 빈도가 더 높을 수 있기 때문에 맵 디스플레이상의 차량 움직임은보다 매끄럽게 감지 될 수 있다. 이 네비게이션 방법은 데드 레커닝 (dead reckoning)이라고 한다.

가장 초기의 유닛 중 하나는 Ford Instrument Company가 USAF를 위해 설계하고 제작 한 것으로 항공기 외부에서 아무런 입력없이 항공기가 비행 중에 이동할 수 있도록한다. 지상 포지션 인디케이터 (Ground-Position Indicator)라고 불리는이 조종사는 조종사가 이륙시 항공기 경도와 위도를 입력하면 조종사에게 지상과 관련하여 항공기의 경도와 위도를 표시한다.[7]

IMU를 네비게이션에 사용하는 주된 단점은 일반적으로 누적된 오류로 고통 받는다는 것이다. 가이던스 시스템은 속도와 위치를 계산하기 위해 가속도를 시간에 대해 지속적으로 통합하므로 (추측 항법 참조) 모든 측정 오류는 시간이 지남에 따라 누적된다. 이것은 '드리프트 (drift)'로 이어진다. 시스템이 위치한다고 생각하는 위치와 실제 위치가 계속해서 차이가 난다. 적분으로 인해 가속도에 일정한 오차가 발생하면 속도의 선형 오차와 위치의 2 차 오차 증가가 발생한다. 자세율(attitude rate)의 일정한 오차는 속도의 2차 오차와 위치의 3차 오차 증가를 초래한다.[8]

GPS와 같은 위치 추적 시스템[9]은 드리프트 오류를 지속적으로 교정하는 데 사용할 수 있다(칼만 필터 적용).

DARPA의 Microsystems Technology Office (MTO) 부서는 절대 위치 추적을 수행하는 "TIMU"( "타이밍 및 관성 측정 장치") IC를 설계하기 위한 Micro-PNT("위치 결정, 탐색 및 타이밍을 위한 마이크로 기술" GPS 지원 탐색 기능이 없는 단일 칩")이다.[10][11][12]

Micro-PNT는 매우 정확한 마스터 타이밍 클럭[13]을 IMU(관성 측정 장치)칩에 통합하여 "TIMU"("타이밍 및 관성 측정 장치") 칩으로 만든다. 따라서 Micro-PNT 용 TIMU 칩은 3 축 자이로스코프, 3 축 가속도계 및 3 축 자력계가 통합되어 있다. 고정밀 마스터 타이밍 클럭과 함께, 그것은 동시에 추적 된 움직임을 측정하고 이를 동기화 된 클록의 타이밍과 결합한다. 센서 퓨전을 사용하면 외부 송신기 또는 트랜시버 없이도 절대 위치 추적이 가능하다.[10][11]

응용 프로그램 유형에 따라 매우 다양한 종류의 IMU가 있으며 성능 범위는 다음과 같다.[14]

자이로스코프의 경우 # 0.1 ° / s ~ # 0.001 ° / h

가속도계의 경우 # 100 mg에서 # 10 μg까지

센서 오류 편집

자이로스코프 및 가속도계 센서의 동작은 종종 적절한 측정 범위와 대역폭이 있다고 가정할 때 다음 오류를 기반으로 한 모델을 통해 나타난다.

오프셋 오류: 이 오류는 안정성 성능 (센서가 불변 조건에서 유지되는 동안 드리프트)과 반복성 (두 조건 사이의 다양한 조건으로 구분 된 유사한 조건에서의 두 측정 간의 오차)

축척 비율 오류: 사용 불가능 및 비선형성으로 인한 첫 번째 주문 감도 오류

정렬 불량 오류: 기계 장착 불량으로 인한 오류

교차 축 감도: 센서 축에 직각 방향의 축을 따라 요청에 의해 유도되는 기생 측정

환경 민감도: 주로 열 구배 및 가속도에 대한 민감도

이러한 모든 오류는 각 센서 기술에 특정한 다양한 물리적 현상에 달려 있다. 목표로 하는 애플리케이션에 따라 적절한 센서 선택을 할 수 있도록 하려면 단기간 및 장기간에 걸쳐 안정성, 반복성 및 환경 감도 (주로 열적 및 기계적 환경)와 관련된 요구 사항을 고려하는 것이 매우 중요한다. 애플리케이션의 목표 성능은 센서의 절대 성능보다 더 낫다. 그러나 센서 성능은 시간에 따라 정확도가 다소 달라 반복적으로 적용될 수 있으므로 평가하고 보정하여 성능을 향상시킬 수 있다. 이 실시간 성능 향상은 센서 및 IMU 모델 모두를 기반으로 한다. 이러한 모델에 대한 복잡성은 필요한 성능 및 고려 된 적용 유형에 따라 선택된다. 이 모델을 정의하는 기능은 센서 및 IMU 제조업체의 노하우의 일부이다. 센서 및 IMU 모델은 다축 턴테이블 및 기후 챔버를 사용하는 전용 교정 시퀀스를 통해 공장에서 계산된다. 개별 제품에 대해 계산되거나 전체 프로덕션에 대해 일반일 수 있다. 보정은 일반적으로 센서의 성능을 최소 20년 이상 향상시킨다.

혹독한 조건에서 작동하도록 설계된 고성능 IMU 또는 IMU는 충격 흡수 장치에 의해 정지되는 경우가 많다. 이 충격 흡수 장치는 세 가지 효과를 습득해야 한다.

충격이나 진동으로 센서가 손상 될 수 있으므로 보호하십시오.

제한된 대역폭 내에서 기생 IMU 이동을 포함하며, 처리가 이를 보상 할 수 있다.

정지된 IMU는 혹독한 환경에 제출 된 경우에도 매우 높은 성능을 제공한다. 그러나 이러한 성능에 도달하려면 세 가지 주요 결과 동작을 보완해야 한다.

coning : 두 개의 직각 회전에 의해 유발되는 기생 효과이다.

sculling : 회전에 직각 인 가속도에 기생하는 기생 효과

이러한 오류를 줄이면 IMU 설계자가 처리 주파수를 높이게 되어 최근의 디지털 기술을 사용하는 것이 더 쉬워진다. 그러나 이러한 오류를 제거할 수 있는 알고리즘을 개발하려면 센서 / IMU 설계에 대한 깊은 관성 지식과 강력한 친밀도가 필요한다. 반대로, 정지가 IMU 성능 향상을 가능하게 하는 경우 크기와 질량에 부작용이 있다.

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관성 측정 장비 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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관성 측정 장치(IMU)는 가속도계와 회전 속도계, 때로는 자력계의 조합을 사용하여 신체의 특정한 힘, 각도 비율 및 때로는 신체를 둘러싼 자기장을 측정하고 보고하는 전자 장치이다. . IMU는 일반적으로 무인 항공기(무인 항공기)를 포함한 항공기와 인공위성과 육지를 포함한 우주선을 조종하는 데 사용된다. 최근의 개발은 IMU를 사용할 수 있는 GPS장치의 생산을 가능하게 한다.

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1. 해결하고 싶었던 의문
근접성 기법에 원리에 대해 궁금함

2. 검색 전략
근접성 기법 원리를 키워드로 작성해 학술자료에서 내용을 읽고 알아봄 https://scholar.google.co.kr/scholar?q=%EA%B7%BC%EC%A0%91%EC%84%B1+%EA%B8%B0%EB%B2%95+%EC%9B%90%EB%A6%AC&hl=ko&as_sdt=0&as_vis=1&oi=scholart

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과

검색 자료를 찾기 전에는 원리에 대해 이해가 부족했는데 찾고 나서는 이해에 도움이 됨

# data[].attributes.body
https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201343540730709.pdf
1. 해결하고 싶은 의문
위치 지도 기법의 정확한 사용법을 알지 못했다.

2. 검색 전략
구글에서 위치 지도 기법의 사례를 찾아보았다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
사례를 통해 내용을 다시 보니 내용을 이해하기 더 쉬워졌고 더 자세히 알게 되었다.

# data[].attributes.body
1. 근접성기법에 대해 잘 이해가 가지않아 조금도 깊이 알고싶었다.

2. 근접성기법 비콘으로 검색해 이미지로 들어갔다.

3금접성이 어떤원리로 이루어지는지 더 잘 이해할수 있었다.

# data[].attributes.attachment_link.provider_name
네이버 블로그 | 솔루웹 블로그

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IT기술정보

비콘(Beacon)에 대한 이해

아이비콘은 BLE(Bluetooth Low Energy)를 활용한 근거리 데이터 통신 기술로, 근접도 측위를 바탕으로 사물 및 상황인식(Object & Context Awareness), 콘텐츠 푸시, 실내위치측위, 자동 체크인, 지오펜싱(GeoFencing) 등 다양한 응용 서비스를 가능하게 한다. 이전 유사 기술과 비교하면 보다 편리하고, 적은 비용으로 제공 가능하기 때문에 새로운 서비스 시장 형성에 촉매제 역할을 하고 있다.

따라서 비콘이라는 용어 자체가 생소한 국내에서는 해외와는 달리 굳이 아이비콘이라고 하지 않고 비콘이라는 일반명사를 대부분 사용하고 있다.

결국 비콘을 이용하면 그것이 부착된 특정 구체적인 사물이나 상황(오프라인이라는 실제 공간에서)을 인지(ID값으로 구분)해 저비용으로(유사 솔루션에 비해), 직접 개인에게(스마트폰이라는 개인 단말로 직접), 근접거리 구간 위치별(RSSI 이용)로, 사용자의 특별한 행동이 없이(블루투스만 커져있으면 별도 페어링 절차 없이 사용자가 앱을 실행하지 않아도) 전달할 수 있게 된다.

앞서 간략히 비콘 기술의 정의, 특징 및 동작원리에 대해 살펴봤다. 최근 비콘 기술이 많이 소개되고 있지만 초기에는 비콘을 통해 할 수 있는 것들을 단순 나열했을 뿐 이를 하나로 관통하는 핵심 인사이트를 찾아내기가 쉽지 않았다. 비콘이 최신 트렌드가 된 것은 바로 이런 인사이트가 주는 어마어마한 파급력 때문이다. 그 두 가지가 바로 '오프라인'과 '근접위치'다.

비콘은 바로 이런 사물에 ID를 부여해 구분하게 해준다. 과장되게 말한다면, 김춘수 시인의 '꽃'이라는 시에서 '내가 그의 이름을 불러 주었을 때 그는 나에게로 와서 꽃이 되었다'고 말한 것처럼, 내 주위 오프라인의 익명의 실재가 의미 있는 실재가 되는 상황이 온 것이다.

④ 서버를 기반으로 각종 비콘 정보 가공 및 비콘 기반 서비스 플랫폼

- 응용 사례는 단순한 쿠폰 발급에서 실내 위치 시스템에 대한 관심으로 확산되고 있음

- 공공기관에서 공공 비콘 형태의 인프라 구축에 대한 시범 사업이 활성화

어빌리티시스템즈는 사물인터넷(IoT) 기술의 총아로 각광받고 있는 저전력블루투스(BLE) 4.0 기술인 비콘을 활용해 경북대학교병원에 실내 위치 측위 및 길찾기 시스템을 구축했다. 이는 최초의 대학병원 비콘 실용사례다.

현재 국내에서는 SK플래닛 시럽을 중심으로 비콘을 활용한 다양한 응용 서비스 모델을 내놓고 있으나 아직은 근거리에서 사용자에게 쿠폰을 전달해주는 형태의 모델 등에 국한돼 있다. 실내 LBS의 기술적인 난이도와 구현의 어려움으로 인해 실내 위치 측위 및 길찾기 모델은 일부 전시회에서 짧은 기간에 적용한 것을 제외하고는 실제 현장에서 전면적으로 적용된 사례가 극히 드문 편이다.

어빌리티시스템즈의 A-비콘 SW 플랫폼은 가변적인 비콘 신호를 보정하는 신호보정엔진(Signal Calibration Engine)과 상황에 맞는 다각측량 엔진(Dynamic Polygonal Surveying Engine)을 지난 1년간 개발해 실내 위치 측위의 오차율을 2m 내외로 개선해 경북대병원에 적용했다. 아울러 웹 기반의 관리 시스템에서 비콘의 배치와 노드, PoI(Point of Interest), 경로 등을 자유롭게 조정할 수 있는 기능을 제공해 건물의 증·개축이나 시설물 위치의 변경, 응용 서비스 확산 등에도 효율적으로 대처할 수 있게 해 실제 경북대병원의 경우 비콘의 설치와 실내 위치 측위 검증이 이틀 만에 완료됐다.

경북대병원에 구축된 A-비콘 서비스는 실시간 진료예약 확인 및 진료내역 조회와 차량번호 등록 시 자동 출차 서비스, 번호표 발급과 진료대기 알림, 원내 길 찾기 내비게이션 기능 등을 스마트폰으로 한 번에 해결할 수 있도록 도와준다. 비콘 기술을 이용한 이 서비스가 활성화되면 환자와 보호자의 편의성이 한층 높아질 전망이다. 이 비콘 기반 서비스는 구글 플레이스토어에서 '경북대학교병원' 또는 'KNUH'로 검색하면 무료로 다운로드 받을 수 있다.

신재일 어빌리티시스템즈 대표는 "경북대병원의 실내 위치 측위 시스템 구축을 계기로 비콘 SW 응용 서비스의 핵심인 위치 측위의 정확도를 지속적으로 향상시키고, 일반 비콘 위치 측위의 높은 오차율로 인해 구현되지 못했던 다양한 응용 서비스 모델 개발 및 확산에 박차를 가할 것"이라고 밝혔다.

이어 그는 "A-비콘 SW 플랫폼의 정확한 위치 측위 기술을 바탕으로 모바일 마케팅, 커머스 플랫폼, 제조 및 산업 현장에서의 재난·방재 구조 시스템 등 다양한 서비스 사업 연계에 매진해 사업 확장에 나설 것"이라고 덧붙였다.

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IT기술정보 비콘(Beacon)에 대한 이해 아이비콘은 BLE(Bluetooth Low Energy)를 활용한 근거리 데이터 통신 기술로, 근접도 측위를 바탕으로 사물 및 상황인식(Object & Context Awareness), 콘텐츠 푸시, 실내위치측위, 자동 체크인, 지오펜싱(GeoFencing) 등 다양한 응용 서비스를 가능하게 한다. 이전 유사 기술과 비교하면 보다 편리하고, 적은 비용으로 제공 가능하기 때문에 새로운 서비스 시장 형성에 촉매제 역할을 하고 있다.

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1. 해결하고 싶었던 의문
위치지도기법의 정확한 의미와 특정한 위치에 도달한 단말기의 비콘 신호에 대한 의미도 해결하고싶다

2. 검색 전략
그림자료와 개념을 쉽게 풀어놓은 자료로 어려움을 극복한다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
자료를 검색하는 활동을 통해 더 쉽고 정확하게 이해할 수 있게됨

https://orbi.kr/download/united/37367136/2

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
삼각측량 기법을 자세히 알고싶었다

2. 검색 전략
구글에 이미지를 활용하여 검색하였다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
삼각측량 기법의 성질과 그림을 이용하여 이해가 되었다

https://rkfka4370.tistory.com/m/22

# data[].attributes.attachment_link.description
이번 포스팅에서는 Wi-Fi 실내 측위 기술 중 삼각측량법에 대해 설명합니다. 2. 삼각측량법 - 수학적으로 삼각측량법은 어떤 한 점의 좌표와 거리를 삼각형의 성질을 이용해 알아내는 방법입니다. 어떠한 한 점과 두 기준점이 주어졌으면, 그 점과 두 기준점이 이루는 삼각형에서 밑변과 다른 두 변이 이루는 각을 측정하고, 그 변의 길이를 측정한 뒤, 사인 법칙 등을 이용하여 계산을 수행함으로써, 그 점에 대해 좌표와 거리를 알아내는 방법입니다.(출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%82%BC%EA%B0%…

# data[].attributes.body
1.해결하고 싶었던 의문
비콘이 어떻게 생긴건지 궁금해졌다
2. 검색 전략
구글에 비콘을 쳐 이미지에 들어갔다
3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
비콘의 생김새를 아니 글을 이해하는데 더 쉬웠다
1. 해결하고 싶었던 의문
비콘이 어떻게 생긴건지 궁금해졌다
2. 검색 전략
구글에 비콘을 쳐 이미지에 들어갔다
3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
비콘의 생김새를 아니 글을 이해하는데 더 쉬웠다

# data[].attributes.body
답변을 달 때

1. 해결하고 싶었던 의문
- IMU라는 용어가 생소해서 이해가 안되서 검색해서 이해하고 싶었다.

2. 검색 전략
- IMU의 활용사례와 개념을 찾아본다.
(https://velog.io/@717lumos/Sensor-IMU%EC%9D%98-%EA%B0%9C%EB%85%90-%EB%B0%8F-%ED%99%9C%EC%9A%A9%EB%B2%95)

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
IMU라는 용어를 좀 더 자세히 알게 되었고, 글 전체가 더 잘 이해되었다.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
IMU는 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit)이다.
가속도 센서(Acceleration Sensor), 각속도 센서(Gyroscope, 자이로스코프)로 이루어져 있으며(6축) 일부는 지자기 센서(Magnetometer) 도 포함한다(9축).

🏁(1) 가속도 센서

물체에 작용하는 가속력과 진동력, 충격력 등 동적 힘이 발생했을 때, 움직임의 변화에 따른 가속도의 변화(단위: m/s^2)를 순간적으로 감지해낸다.
센서에서 얻어지는 출력값인 가속도를 적분하여 물체의 진행 방향에 대한 속도를 계산할 수 있고, 이를 가공하면 물체의 위치를 알아낼 수 있다.

짧은 기간에 대한 오차는 작으나, 센서에서 얻은 가속도 값을 적분하므로 시간에 따라 오차가 누적되는 단점이 있다. 때문에 GPS와 결합하여 보정 하는 방법이 대중적으로 사용된다.

측정 방법에 대해 정확히 이야기하자면, 가속도 센서는 비중력(specific force) 을 측정한다.

❓ 비중력
비중력(Specific Force, g-force 혹은 mass-specific force)은 단위 질량 당 비중력 힘(non-gravitational force)이다. 비중력은 실제 힘이 아니라 가속도의 타입이라 할 수 있다.

Wikipedia(Eng.) 'Specific Force'

지상에서는 물체는 수직 하방으로 중력가속도만큼(-g) 힘을 받고 있다. 어느 쪽으로 기우는 등 자세가 변함에 따라 x와 y, z 축 가속도계가 서로 영향을 미치며 측정 가속도값이 변화한다.

만약 정지된 상태라면, 중력 방향으로 작용하는 힘을 계산하여 각 축의 방향으로 기울어진 각도를 계산 할 수 있다.

예를 들어 위 사진과 같이 y방향으로 45°기울었다고 하자. 그렇다면 기울어진 상태에서 중력 방향으로 G=0.707만큼의 힘이 작용하여 이것이 x축과 z축 방향으로 나뉘어 힘이 출력될 것이며, 이 비율을 arctan 계산을 통해 각도를 알 수 있는 것이다.

하지만 위 예시 상황과는 달리 물체가 움직일 경우, 즉 중력 외 가속이 있는 경우에는 가속도 센서만으로는 정확한 기울기를 알 수 없다. 중력 가속도와 이동에 의한 가속도 값이 구분이 안되기 때문이다.
그래서 이를 보정하기 위해 각속도 센서(자이로스코프) 를 이용한다.

❓ 참고: IMU센서로 위치 계산하기
IMU 센서를 사용해 위치를 계산해내기 위해서는, 가속도계의 측면에서는 물체의 각도에 맞는 중력가속도를 제거해야 한다. 자이로스코프에서 출력한 각속도를 적분해 물체의 각도를 구한뒤 중력가속도를 구해 이를 제거한다. 이때 센서의 각도로 지구 방향으로 중력 가속도가 적용되는 크기를 구하기 위해서는 AHRS 알고리즘을 이용한다.

🥏(2) 자이로스코프(각속도 센서)

자이로스코프는 대표적인 관성 센서로, 물체의 회전 변화량인 각속도(단위: rad/s)을 측정한다.
자이로스코프는 중력을 이용하여 코리올리 힘을 검출한다. 중력이 가해질 때 진동 속도가 변하는 것을 각속도로 계산해, 질량과 진동 속도를 통해 값을 측정하여 검출할 수 있다.

❓ 각속도
각속도(角速度, angular velocity, ω)는 특정 축을 기준으로 했을 때의 초당 회전 각도라 이해하면 된다.
수평 자세로 정지 시 ω=0 deg/s이다. 10초간 50°가 기울어진다면 평균 각속도는 ω=5deg/s이다. 다시 기울어짐을 멈춰 50°를 유지한다면 ω=0 deg/s로 돌아온다.

❓ 코리올리 힘
물체가 회전하고 있는 좌표계 위에 존재할 경우, 직선 방향으로 운동하도록 힘을 가했을 때 좌표계로 인하여 직선 운동이 아닌 회전을 한다.
이것이 코리올리 효과(Coriolis effect)이며, 코리올리 효과를 유발하는 힘을 코리올리 힘(Coriolis force)(전향력(轉向力): 직선 운동의 방향 바꿈)이라 한다.
즉, '회전체의 표면 위에서 운동하는 물체에 대해 운동 속도 방향에 수직으로 작용하는 힘' 또는 '회전하는 계에서 느껴지는 관성력'으로 이해할 수 있다.
지구의 자전, 세면대 배수구에서 물의 회전 등이 그 예시이다

자이로스코프는 종류에 따라 정확도와 크기, 출력 형태가 다양한데, 일반적으로 MEMS 자이로스코프가 있으며, 대부분 회전 각속도를 측정한다.
샘플링 시간(Δt)마다 회전 각속도를 측정한다면(회전각) = (각속도 측정값) X (샘플링 시간)로 회전각을 구할 수 있다.
이 원리에 입각해 각속도를 통해 최종적으로 물체가 기울어진 각도를 구하려면, 각속도를 측정의 전체 시간에 걸쳐 적분 을 해야 한다. (가속도의 경우에도 마찬가지이다. 가속도를 적분해 속도의 변화량을 구한다)

MEMS센서들은 주변 전자장비, 철 등에 영향을 받으므로 주의해야 한다.

자이로스코프는 정지할 때 혹은 아주 짧은 시간에 움직일 때는 오차가 없다.
그러나 움직일 때는 측정되는 각속도가 노이즈 등에 의해 에러가 발생하는데, 이 오차가 적분 시에 누적된다면 시간이 지날수록 누적오차가 매우 커져 물체가 기울어진 각도 값이 실제와는 차이가 난다.
이 오차의 보상을 위해 지자기 센서 를 활용한다.

또한 자이로스코프는 온도에 따라 측정값이 변화하기도 하는데, 하여 일부 IMU에서는 온도 센서 를 추가적으로 내장하여 이용해 오차를 보상하기도 한다.

🧭(3) 지자기 센서

지자기 센서는 지구 자기장의 세기(자기선속)와 방향(자북을 기준으로 틀어진 각도)을 측정하는 센서이다.
물체가 바라보는 방향이 북쪽 방향과 정렬되어 지구의 자기력선과 일치할 때 센서의 측정값이 최댓값·최솟값을 가진다.
따라서 지자기 센서는 주변 전기장, 자기장의 유무에 따라 측정값이 달라질 수도 있으므로 주의해야 한다.

❓ 자북, 진북, 편각
나침반이 측정하는 북쪽, 자기장이 가리키는 북쪽( 자북, Magnetic North)은 실제 지구의 북쪽( 진북, True North)과 일치하지 않는다.
진북과 자북 축 사이의 각도를 편각(Declination) 이라 한다. 자북과 진북은 위도에 따라 일정하게 선형으로 변하므로, 물체의 현재 위도를 알면 편각은 보정이 가능하다.

IMU는 가속도 센서와 자이로스코프(각속도 센서)을 가지므로, 기본적으로 3축의 가속도계와 3축의 각속도계를 가진다.
위에서 살펴본 바와 같이 자이로스코프를 이용해 물체의 자세를 알아내고 물체가 움직임에 따라 자세를 업데이트하려면, 초기 물체의 Roll과 Pitch, Yaw 각에 자이로스코프에서 계산된 회전각을 누적(적분) 해야 한다.

❓ 6자유도
6자유도(Six Degrees of Freedom, 6DOF)란 여섯 개의 운동 방향을 말하며, 로봇공학이나 비행기, 선박 등에서 사용되는 개념이다.

위치(Position)에 대하여 x, y, z축 각각으로 선형 이동하는 Sway, Surge, Heave가 있고, 회전(기울기, Orientation)에 대하여 x, y, z축 각각을 기준으로 회전하는 Pitch, Roll, Yaw가 있다.
특히 Yaw의 경우 차량, 비행기, 선박의 heading을 말한다

앞서 본 바와 같이 Roll과 Pitch는 가속도 센서에서 간단히 구할 수 있으며 시간에 따라 적분할 필요가 없다. 물론 온도나 타 잡음에 대한 오차가 있긴 하지만, 역시나 시간에 대한 값은 아니다.

반면 Yaw는 가속도 센서로 계산할 수 없어 자이로스코프에서 적분을 통해서만 구할 수 있으며 이 과정에서 누적오차가 발생한다.
이 때문에 지자기 센서를 융합해 사용하고 칼만 필터(Kalman Filter) 로 보정하기도 한다.

자이로스코프는 정밀한 센서의 경우 금액이 매우 높기 때문에 타 센서와 융합해 사용하는 경우가 일반적이다.
자이로스코프(각속도 센서)는 빠른 시간 내에 변위값을 측정하기 유리하나 적분 오차가 발생하고, 가속도 센서와 지자기 센서는 느리지만 절대각을 구할 수 있다.
따라서 가속도 센서 및 지자기 센서와 자이로스코프는 서로 보완(Complementary) 관계라 할 수 있다.
센서 값의 융합 과정에서 칼만 필터(Kalman Filter) 혹은 상호보완필터(상보필터, Complementary Filter) 를 사용한다.

IMU는 물체에 고정되어 있으므로 동체 좌표계(Body Frame)를 이용한다. IMU의 출력값을 가공하기 위해서는 항법 좌표계(Navigation Frame) 형태로 변환해야 한다. 이 과정에서 방향코사인행렬(DCM, Direction Cosine Matrix) 등을 사용할 수 있다.
또한 자세를 업데이트하는 방법에는 오일러각, 쿼터니언 등을 사용하는 경우도 있다. (참고: 오일러각과 쿼터니언의 변환 이유)

위에서 언급한 바와 같이, 지자기 센서는 자기력선 위에서 최대/최솟값을 가지므로, 이론적으로는 일정한 속도로 평면에서 회전하면 sin 형태의 그래프를 가져야 한다.

좌측 사진을 보면 데이터가 일정하게 반복되는 것은 맞지만, 최댓값(약 60)과 최솟값(약 -20)이 서로 절댓값 크기가 다르다. 따라서 예를 들어보자면 북쪽으로 30도 회전했을 때와 남쪽으로 30도 회전했을 때의 자기장의 세기가 다르게 측정되는 것이다.

우측 사진은 좌측의 sin 그래프 데이터를 다시 그린 것으로, 지자기 센서의 (x, y)를 x-y축으로 나타낸 데이터이다.
이상적으로는 (0,0) 중심으로 데이터 분포가 상하좌우 대칭이어야 한다. 그러나 지자기 센서의 오차로 인해 원점에서 벗어난 타원형 형태를 띄고 있다.
이때 원점이 틀어진 부분을 Hard Iron Calibration, 타원이 찌그러진 것을 Soft Iron Calibration을 통해 보정해주어 올바른 Heading(방위) 을 구할 수 있다.

원점 틀어짐은 자기장을 만들어내는 물체인 자석, 전선(Hard Iron) 등이 원인이다.
Hard Iron Calibration은 센서 주변에서 주위의 자기장 등 데이터를 측정하고 분석하여, 주변 자기장의 세기로 인한 변화만큼 보정하여 제거한다.
구체적으로는, 찌그러진 타원의 원점을 찾아 실제 좌표계 원점인 (0, 0)으로 offset 이동 시켜야 한다. x, y, z축의 데이터 최댓값과 최솟값을 각각 구해 평균을 낸 뒤, 측정치에서 빼줌으로써 offset 시킬 수 있다.

타원 찌그러짐은 지자기 센서의 주변에 철판, 구리 등 전도성 물질(Soft Iron)이 센서의 주변에 있을 때 자기장(자기력선)이 왜곡되기 때문에 발생한다.
자기력선은 금속을 통과하거나 끊어지지 않으므로 왜곡의 형태로 변형이 된다. 그렇기 때문에 위 그래프에서 자기 데이터의 원점을 변화시키지 않고 형태만 변화되는 것이다.
Soft Iron Calibration은 Hard Iron Calibration보다 복잡하다.
보통 타원의 장축(긴 반경)과 단축(짧은 반경)의 비율을 scale factor로 삼아, 장축에서는 길이를 줄여주고 단축에서는 늘려주는 식으로 측정값에 반영하여 타원을 상하좌우 대칭의 원으로 만들어간다.

ARS(Attitude Reference System) 은 IMU과 더불어 내부적으로 센서 혼합 알고리즘(Complimentary Filter 등) 등을 통해 Roll, Pitch, 그리고 초기 자세로부터 회전한 상대적 Yaw 각도까지 출력할 수 있는 장치이다.

AHRS(Attitude Reference Heading System)은 ARS에 추가적으로 지자기센서를 장착하거나, 정밀한 자이로스코프를 통해 절대적 Yaw를 출력할 수 있는 장치이다. 지자기센서를 갖춘다면 총 9개의 축을 가지게 되는 것이다.
IMU의 가속도계, 각속도계, 지자기계에서 측정한 값을 바탕으로 MCU에서 Roll, Pitch, Yaw를 계산하고 이를 칼만 필터 등을 이용해 처리한 뒤 출력한다.

INS(관성항법장치, Inertial Navigation System)은 간단하게 말하면 현재 물체의 위치를 감지하는 시스템이다.
AHRS에 추가적으로 정밀한 가속도계가 있고, 초기 위치로부터 변화한 위치를 가속도계 측정치에 중력을 보상하고 두 번 적분하여 계산하는 등의 정밀한 항법 알고리즘을 내장한다.
고가이며, 항공기나 잠수정, 유도탄, 미사일 등 군무기에 탑재한다.

GPS의 정확도를 향상시키기 위해 IMU와의 센서 융합(Sensor Fusion)을 하기도 한다.
IMU에서 3축의 가속도 센서로부터 연속적인 위치 데이터를 제공하면, GPS에서는 절대적 위치 데이터 를 통해 이를 보정하는 방식이다.

위에서 밝힌 바와 같이, 이 과정에서 IMU의 출력은 내비게이션 알고리즘을 이용해 동체 좌표계에서 항법 좌표계로 변환하고, IMU의 누적 오차를 상쇄하기 위해 칼만 필터를 이용한다.
GPS와 IMU는 데이터 형식이 다른데, 이때 방향코사인행렬(DCM, Direction Cosine Matrix)를 이용해 동기화를 한다

신은희, 권영민, 송병훈. (2013). GPS와 IMU의 센서퓨전을 이용한 위치추정 활용방안. 한국정보통신설비학회 2013년도 정보통신설비 학술대회, 420-423.

이정환. "고 정밀 위치 획득을 위한 GPS/IMU 센서 융합에 관한 연구." 국내석사학위논문 울산대학교 대학원, 2012. 울산

"가속도계, 자이로, MEMS, ARS, AHRS, IMU, INS, GPS" https://uzys2011.tistory.com/215

"[IMU] 지자기 센서의 보정(Hard/Soft Iron)" https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=jswcomkr&logNo=221770655478&parentCategoryNo=&categoryNo=63&viewDate=&isShowPopularPosts=true&from=search

"iMU와 INS란?" https://m.blog.naver.com/zzbksk/221008192107

"관성측정장치(IMU)의 원리" https://sharehobby.tistory.com/entry/%EA%B4%80%EC%84%B1%EC%B8%A1%EC%A0%95%EC%9E%A5%EC%B9%98IMU%EC%9D%98-%EC%9B%90%EB%A6%AC

"자이로센서 roll, pitch, yaw 데이터 처리 구조(AHRS)" https://m.blog.naver.com/yuninjae1234/220935189584

"6축 IMU센서 (자이로센서, 가속도 센서)를 이용하여 3차원 위치 좌표 구하기" https://ddangeun.tistory.com/97

"가속도센서의 원리 각도 검출방법(중력가속도센서, 자이로센서)" https://wadadada.tistory.com/15

"specific force." Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Specific_force

"코리올리 힘(Coriolis force)." 사이언스올. https://www.scienceall.com/%EC%BD%94%EB%A6%AC%EC%98%AC%EB%A6%AC-%ED%9E%98coriolis-force/

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IMU는 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit)이다. 가속도 센서(Acceleration Sensor), 각속도 센서(Gyroscope, 자이로스코프)로 이루어져 있으며(6축) 일부는 지자기 센서(Magnetometer) 도 포함한다(9축). 물체에 작용하는 가속력과 진동력, 충격력 등 동적 힘이 발생했을 때, 움직임의 변화에 따른 가속도의 변화(단위: m/s^2)를 순간적으로 감지해낸다. 센서에서 얻어지는 출력값인 가속도를 적분하여 물체의 진행 방향에 대한 속도를 계산할 수 있고, 이를 가공하면 물체의 위치를 알아낼 수 있다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문

IMU라는 단어를 들어본적이 없는것 같아 좀더 알아보고 싶었다.

2. 검색 전략

IMU의 원리에 대해 조사해보았다.
https://sharehobby.tistory.com/m/entry/%EA%B4%80%EC%84%B1%EC%B8%A1%EC%A0%95%EC%9E%A5%EC%B9%98IMU%EC%9D%98-%EC%9B%90%EB%A6%AC

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
원리를 알고나니 좀더 글에 대해 이해가 더 쉬웠던것 같다.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
3축 가속도와 3축 자이로 센서를 조합한 후 각각의 센서 출력을 내보내는 장치를 관성측정장치(IMU; Inertial Measurement Unit)이라고 부릅니다. 스마트폰에도 탑재되어 있을 정도로 그 용도가 근래에 흔하며, 비행기의 항법 장치에 필수적인 요소입니다. 기체의 자세 제어에 요구되는 롤( Roll) , 피치( Pitch ), 요(Yaw)의 기울어진 각도를 알기 위함으로, 롤은 좌우로 기울어짐, 피치는 앞뒤로 기울어짐, 요는 z축 방향으로 기울어짐(회전각)을 의미합니다. 여기서 롤과 피치는 중력방향을 기준으로 얼마나 기울어져 있는지를 나타냅니다.

이처럼 롤과 피치 그리고 요와 같은 자세 측정을 위해서는 필요한 장치가 자이로와 가속도 센서입니다.

MEMS 기반의 3축 가속도 센서( Accelerometer )는 x축, y축, z축 방향의 가속도를 측정할 수 있으며 단위는 [g]입니다. 가속도 센서는 정지한 상태에서 중력 가속도를 감지하기 때문에 z축 방향으로 -g 만큼의 값을 출력합니다. 센서의 초기 출력은 모두 '0'이라고 가정하고 센서를 y축 기준으로 45도 기울여 보면, 기울어진 상태에서 z축 방향과 x축 방향으로 동일한 값의 가속도가 측정되며 중력방향으로 g가 측정되어야 하므로 0.707g 만큼 z축과 x축 방향으로 값이 출력됩니다. 결과적으로는 z축과 x축 값의 비율을 arctan으로 계산하여 기울어진 값을 구할 수 있습니다.

그러나 정지 상태가 아닌 움직이는 가속 상태의 경우, 또다른 힘의 영향으로 중력 방향이 변한 것처럼 올바른 값을 얻을 수가 없습니다. 즉, 정지하지 않은 움직임 상태에서는 가속도 센서만으로 기울기 값을 측정할 수는 없습니다. 뿐만 아니라 z축상에 회전각인 요는 중력 방향(중력가속도)이 전혀 변하지 않으므로 측정이 불가능합니다.

3축 자이로 센서(Gyroscope)는 가속도를 측정하는 가속도 센서와 달리 각속도를 측정하므로 단위는 [ degree/sec]입니다. 자이로는 각속도를 재는 장치이기에 이를 이용해서 각도를 알려면 전체 시간에 대하여 적분을 하여 얻게 됩니다. 그러나 센서에서 측정되는 각속도는 노이즈나 어떠한 이유에 의해 측정값에 에러가 계속 생기는데, 이 오차가 적분시에는 누적이 되어서 최종 값이 드리프트 되는 현상이 발생합니다. 게다가 시간이 지날수록 이 오차는 커져 각도가 변하게 된다는 것입이다.

결과적으로 정지상태의 긴 시간의 관점에서 보면 가속도 센서에 의해 계산된 각도는 올바른 값을 보여주지만, 자이로 센서에서는 시간이 지날 수록 틀린 값을 내보내게 됩니다. 반대로 움직이는 짧은 시간의 관점에서 보면 자이로 센서는 올바른 값을 보여주지만 가속도 센서는 다른 값을 내보내게 됩니다.

그러므로 가속도 센서와 자이로 센서를 모두 사용해서 각각의 단점을 보상할 수 있는 알고리즘을 적용하여 롤 또는 피치 값을 계산하여야 한다는 것입니다. 많이 사용하는 보상 방법 및 필터링으로는 칼만 필터(Kalman filter)의 적용입니다.

요의 회전축은 z축방향, 즉 중력방향과 같으므로 가속도 센서가 아닌 자이로 센서의 z축 값을 측정해서 이 값을 이용해 요값을 계산하여야 하고 드리프트되는 오차를 보상하는 다른 센서를 추가적으로 사용하는데, 이것이 지자기 센서(magnetometer or compass)입니다. 자이로는 온도가 변하면 그 값이 같이 변하는 특성이 있어 정교한 측정을 위해서는 온도 센서도 함께 사용해서 오차를 보상하기도 합니다. 이를 모두 고려하면 3축 가속도 센서, 3축 자이로 센서, 3축 지자기 센서를 내장한 IMU 센서를 9축 센서라 부르는 이유에서 입니다.

위 그림의 칩은 Invensense사의 9DOF IMU인 MPU-9150입니다. 이는 3축 자이로 센서와 3축 가속도 센서인 MPU-6050과 3축 지자기 센서(digital compass)를 One Pakage(SiP)하였으며, I2C(TWI)를 지원합니다. 여기서 DOF는 'Degree Of Freedom'의 약자로 '축(Axis)'을 의미합니다.

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관성측정장치(IMU)의 원리

# data[].attributes.attachment_link.description
3축 가속도와 3축 자이로 센서를 조합한 후 각각의 센서 출력을 내보내는 장치를 관성측정장치(IMU; Inertial Measurement Unit)이라고 부릅니다. 스마트폰에도 탑재되어 있을 정도로 그 용도가 근래에 흔하며, 비행기의 항법 장치에 필수적인 요소입니다. 기체의 자세 제어에 요구되는 롤( Roll) , 피치( Pitch ), 요(Yaw)의 기울어진 각도를 알기 위함으로, 롤은 좌우로 기울어짐, 피치는 앞뒤로 기울어짐, 요는 z축 방향으로 기울어짐(회전각)을 의미합니다.

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https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201343540730709.pdf

1. 위치 지도 기법의 사용법에 대해 알지 못했다.
2. 구글에서 위치 지도 기법의 사용사례에 대해 알아보았다.
3. 구글에서 사용사례를 알아보니 위치 지도 기법의 사용법을 더 자세히 알 수 있게 되었다.

# data[].attributes.body
https://www.koreascience.or.kr/article/CFKO201835372171948.pdf

1. 해결하고 싶었던 의문
비콘의 신호세기를 이용해 실내 위치추적 정확도 개선에 관하여 검색해보자 함

2. 검색 전략
구글에 ‘비콘 신호세기’ ‘비콘의 신호세기를 이용한 실내 위치 정확도’등을 검색하였다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
검색을 통해 비콘의 신호세기를 이용한 실내 위치 정확도에 대해 더 심화적으로 알게되었다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
IMU의 센서원리에 대한 가속도에 의문점이 들었다.

2. 검색 전략
구글 백과사전을 이용해서 검색해보았다.

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
물체에 작용하는 가속력과 진동력, 충격력 등 동적 힘이 발생했을 때 센서에서 얻어지는 출력값인 가속도를 적분하여 물체의 진행 방향에 대한 속도를 계산할 수 있고, 이를 가공하면 물체의 위치를 알아낼 수 있다는 것을 알게되었습니다

https://velog.io/@717lumos/Sensor-IMU%EC%9D%98-%EA%B0%9C%EB%85%90-%EB%B0%8F-%ED%99%9C%EC%9A%A9%EB%B2%95

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
IMU는 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit)이다.
가속도 센서(Acceleration Sensor), 각속도 센서(Gyroscope, 자이로스코프)로 이루어져 있으며(6축) 일부는 지자기 센서(Magnetometer) 도 포함한다(9축).

🏁(1) 가속도 센서

물체에 작용하는 가속력과 진동력, 충격력 등 동적 힘이 발생했을 때, 움직임의 변화에 따른 가속도의 변화(단위: m/s^2)를 순간적으로 감지해낸다.
센서에서 얻어지는 출력값인 가속도를 적분하여 물체의 진행 방향에 대한 속도를 계산할 수 있고, 이를 가공하면 물체의 위치를 알아낼 수 있다.

짧은 기간에 대한 오차는 작으나, 센서에서 얻은 가속도 값을 적분하므로 시간에 따라 오차가 누적되는 단점이 있다. 때문에 GPS와 결합하여 보정 하는 방법이 대중적으로 사용된다.

측정 방법에 대해 정확히 이야기하자면, 가속도 센서는 비중력(specific force) 을 측정한다.

❓ 비중력
비중력(Specific Force, g-force 혹은 mass-specific force)은 단위 질량 당 비중력 힘(non-gravitational force)이다. 비중력은 실제 힘이 아니라 가속도의 타입이라 할 수 있다.

Wikipedia(Eng.) 'Specific Force'

지상에서는 물체는 수직 하방으로 중력가속도만큼(-g) 힘을 받고 있다. 어느 쪽으로 기우는 등 자세가 변함에 따라 x와 y, z 축 가속도계가 서로 영향을 미치며 측정 가속도값이 변화한다.

만약 정지된 상태라면, 중력 방향으로 작용하는 힘을 계산하여 각 축의 방향으로 기울어진 각도를 계산 할 수 있다.

예를 들어 위 사진과 같이 y방향으로 45°기울었다고 하자. 그렇다면 기울어진 상태에서 중력 방향으로 G=0.707만큼의 힘이 작용하여 이것이 x축과 z축 방향으로 나뉘어 힘이 출력될 것이며, 이 비율을 arctan 계산을 통해 각도를 알 수 있는 것이다.

하지만 위 예시 상황과는 달리 물체가 움직일 경우, 즉 중력 외 가속이 있는 경우에는 가속도 센서만으로는 정확한 기울기를 알 수 없다. 중력 가속도와 이동에 의한 가속도 값이 구분이 안되기 때문이다.
그래서 이를 보정하기 위해 각속도 센서(자이로스코프) 를 이용한다.

❓ 참고: IMU센서로 위치 계산하기
IMU 센서를 사용해 위치를 계산해내기 위해서는, 가속도계의 측면에서는 물체의 각도에 맞는 중력가속도를 제거해야 한다. 자이로스코프에서 출력한 각속도를 적분해 물체의 각도를 구한뒤 중력가속도를 구해 이를 제거한다. 이때 센서의 각도로 지구 방향으로 중력 가속도가 적용되는 크기를 구하기 위해서는 AHRS 알고리즘을 이용한다.

🥏(2) 자이로스코프(각속도 센서)

자이로스코프는 대표적인 관성 센서로, 물체의 회전 변화량인 각속도(단위: rad/s)을 측정한다.
자이로스코프는 중력을 이용하여 코리올리 힘을 검출한다. 중력이 가해질 때 진동 속도가 변하는 것을 각속도로 계산해, 질량과 진동 속도를 통해 값을 측정하여 검출할 수 있다.

❓ 각속도
각속도(角速度, angular velocity, ω)는 특정 축을 기준으로 했을 때의 초당 회전 각도라 이해하면 된다.
수평 자세로 정지 시 ω=0 deg/s이다. 10초간 50°가 기울어진다면 평균 각속도는 ω=5deg/s이다. 다시 기울어짐을 멈춰 50°를 유지한다면 ω=0 deg/s로 돌아온다.

❓ 코리올리 힘
물체가 회전하고 있는 좌표계 위에 존재할 경우, 직선 방향으로 운동하도록 힘을 가했을 때 좌표계로 인하여 직선 운동이 아닌 회전을 한다.
이것이 코리올리 효과(Coriolis effect)이며, 코리올리 효과를 유발하는 힘을 코리올리 힘(Coriolis force)(전향력(轉向力): 직선 운동의 방향 바꿈)이라 한다.
즉, '회전체의 표면 위에서 운동하는 물체에 대해 운동 속도 방향에 수직으로 작용하는 힘' 또는 '회전하는 계에서 느껴지는 관성력'으로 이해할 수 있다.
지구의 자전, 세면대 배수구에서 물의 회전 등이 그 예시이다

자이로스코프는 종류에 따라 정확도와 크기, 출력 형태가 다양한데, 일반적으로 MEMS 자이로스코프가 있으며, 대부분 회전 각속도를 측정한다.
샘플링 시간(Δt)마다 회전 각속도를 측정한다면(회전각) = (각속도 측정값) X (샘플링 시간)로 회전각을 구할 수 있다.
이 원리에 입각해 각속도를 통해 최종적으로 물체가 기울어진 각도를 구하려면, 각속도를 측정의 전체 시간에 걸쳐 적분 을 해야 한다. (가속도의 경우에도 마찬가지이다. 가속도를 적분해 속도의 변화량을 구한다)

MEMS센서들은 주변 전자장비, 철 등에 영향을 받으므로 주의해야 한다.

자이로스코프는 정지할 때 혹은 아주 짧은 시간에 움직일 때는 오차가 없다.
그러나 움직일 때는 측정되는 각속도가 노이즈 등에 의해 에러가 발생하는데, 이 오차가 적분 시에 누적된다면 시간이 지날수록 누적오차가 매우 커져 물체가 기울어진 각도 값이 실제와는 차이가 난다.
이 오차의 보상을 위해 지자기 센서 를 활용한다.

또한 자이로스코프는 온도에 따라 측정값이 변화하기도 하는데, 하여 일부 IMU에서는 온도 센서 를 추가적으로 내장하여 이용해 오차를 보상하기도 한다.

🧭(3) 지자기 센서

지자기 센서는 지구 자기장의 세기(자기선속)와 방향(자북을 기준으로 틀어진 각도)을 측정하는 센서이다.
물체가 바라보는 방향이 북쪽 방향과 정렬되어 지구의 자기력선과 일치할 때 센서의 측정값이 최댓값·최솟값을 가진다.
따라서 지자기 센서는 주변 전기장, 자기장의 유무에 따라 측정값이 달라질 수도 있으므로 주의해야 한다.

❓ 자북, 진북, 편각
나침반이 측정하는 북쪽, 자기장이 가리키는 북쪽( 자북, Magnetic North)은 실제 지구의 북쪽( 진북, True North)과 일치하지 않는다.
진북과 자북 축 사이의 각도를 편각(Declination) 이라 한다. 자북과 진북은 위도에 따라 일정하게 선형으로 변하므로, 물체의 현재 위도를 알면 편각은 보정이 가능하다.

IMU는 가속도 센서와 자이로스코프(각속도 센서)을 가지므로, 기본적으로 3축의 가속도계와 3축의 각속도계를 가진다.
위에서 살펴본 바와 같이 자이로스코프를 이용해 물체의 자세를 알아내고 물체가 움직임에 따라 자세를 업데이트하려면, 초기 물체의 Roll과 Pitch, Yaw 각에 자이로스코프에서 계산된 회전각을 누적(적분) 해야 한다.

❓ 6자유도
6자유도(Six Degrees of Freedom, 6DOF)란 여섯 개의 운동 방향을 말하며, 로봇공학이나 비행기, 선박 등에서 사용되는 개념이다.

위치(Position)에 대하여 x, y, z축 각각으로 선형 이동하는 Sway, Surge, Heave가 있고, 회전(기울기, Orientation)에 대하여 x, y, z축 각각을 기준으로 회전하는 Pitch, Roll, Yaw가 있다.
특히 Yaw의 경우 차량, 비행기, 선박의 heading을 말한다

앞서 본 바와 같이 Roll과 Pitch는 가속도 센서에서 간단히 구할 수 있으며 시간에 따라 적분할 필요가 없다. 물론 온도나 타 잡음에 대한 오차가 있긴 하지만, 역시나 시간에 대한 값은 아니다.

반면 Yaw는 가속도 센서로 계산할 수 없어 자이로스코프에서 적분을 통해서만 구할 수 있으며 이 과정에서 누적오차가 발생한다.
이 때문에 지자기 센서를 융합해 사용하고 칼만 필터(Kalman Filter) 로 보정하기도 한다.

자이로스코프는 정밀한 센서의 경우 금액이 매우 높기 때문에 타 센서와 융합해 사용하는 경우가 일반적이다.
자이로스코프(각속도 센서)는 빠른 시간 내에 변위값을 측정하기 유리하나 적분 오차가 발생하고, 가속도 센서와 지자기 센서는 느리지만 절대각을 구할 수 있다.
따라서 가속도 센서 및 지자기 센서와 자이로스코프는 서로 보완(Complementary) 관계라 할 수 있다.
센서 값의 융합 과정에서 칼만 필터(Kalman Filter) 혹은 상호보완필터(상보필터, Complementary Filter) 를 사용한다.

IMU는 물체에 고정되어 있으므로 동체 좌표계(Body Frame)를 이용한다. IMU의 출력값을 가공하기 위해서는 항법 좌표계(Navigation Frame) 형태로 변환해야 한다. 이 과정에서 방향코사인행렬(DCM, Direction Cosine Matrix) 등을 사용할 수 있다.
또한 자세를 업데이트하는 방법에는 오일러각, 쿼터니언 등을 사용하는 경우도 있다. (참고: 오일러각과 쿼터니언의 변환 이유)

위에서 언급한 바와 같이, 지자기 센서는 자기력선 위에서 최대/최솟값을 가지므로, 이론적으로는 일정한 속도로 평면에서 회전하면 sin 형태의 그래프를 가져야 한다.

좌측 사진을 보면 데이터가 일정하게 반복되는 것은 맞지만, 최댓값(약 60)과 최솟값(약 -20)이 서로 절댓값 크기가 다르다. 따라서 예를 들어보자면 북쪽으로 30도 회전했을 때와 남쪽으로 30도 회전했을 때의 자기장의 세기가 다르게 측정되는 것이다.

우측 사진은 좌측의 sin 그래프 데이터를 다시 그린 것으로, 지자기 센서의 (x, y)를 x-y축으로 나타낸 데이터이다.
이상적으로는 (0,0) 중심으로 데이터 분포가 상하좌우 대칭이어야 한다. 그러나 지자기 센서의 오차로 인해 원점에서 벗어난 타원형 형태를 띄고 있다.
이때 원점이 틀어진 부분을 Hard Iron Calibration, 타원이 찌그러진 것을 Soft Iron Calibration을 통해 보정해주어 올바른 Heading(방위) 을 구할 수 있다.

원점 틀어짐은 자기장을 만들어내는 물체인 자석, 전선(Hard Iron) 등이 원인이다.
Hard Iron Calibration은 센서 주변에서 주위의 자기장 등 데이터를 측정하고 분석하여, 주변 자기장의 세기로 인한 변화만큼 보정하여 제거한다.
구체적으로는, 찌그러진 타원의 원점을 찾아 실제 좌표계 원점인 (0, 0)으로 offset 이동 시켜야 한다. x, y, z축의 데이터 최댓값과 최솟값을 각각 구해 평균을 낸 뒤, 측정치에서 빼줌으로써 offset 시킬 수 있다.

타원 찌그러짐은 지자기 센서의 주변에 철판, 구리 등 전도성 물질(Soft Iron)이 센서의 주변에 있을 때 자기장(자기력선)이 왜곡되기 때문에 발생한다.
자기력선은 금속을 통과하거나 끊어지지 않으므로 왜곡의 형태로 변형이 된다. 그렇기 때문에 위 그래프에서 자기 데이터의 원점을 변화시키지 않고 형태만 변화되는 것이다.
Soft Iron Calibration은 Hard Iron Calibration보다 복잡하다.
보통 타원의 장축(긴 반경)과 단축(짧은 반경)의 비율을 scale factor로 삼아, 장축에서는 길이를 줄여주고 단축에서는 늘려주는 식으로 측정값에 반영하여 타원을 상하좌우 대칭의 원으로 만들어간다.

ARS(Attitude Reference System) 은 IMU과 더불어 내부적으로 센서 혼합 알고리즘(Complimentary Filter 등) 등을 통해 Roll, Pitch, 그리고 초기 자세로부터 회전한 상대적 Yaw 각도까지 출력할 수 있는 장치이다.

AHRS(Attitude Reference Heading System)은 ARS에 추가적으로 지자기센서를 장착하거나, 정밀한 자이로스코프를 통해 절대적 Yaw를 출력할 수 있는 장치이다. 지자기센서를 갖춘다면 총 9개의 축을 가지게 되는 것이다.
IMU의 가속도계, 각속도계, 지자기계에서 측정한 값을 바탕으로 MCU에서 Roll, Pitch, Yaw를 계산하고 이를 칼만 필터 등을 이용해 처리한 뒤 출력한다.

INS(관성항법장치, Inertial Navigation System)은 간단하게 말하면 현재 물체의 위치를 감지하는 시스템이다.
AHRS에 추가적으로 정밀한 가속도계가 있고, 초기 위치로부터 변화한 위치를 가속도계 측정치에 중력을 보상하고 두 번 적분하여 계산하는 등의 정밀한 항법 알고리즘을 내장한다.
고가이며, 항공기나 잠수정, 유도탄, 미사일 등 군무기에 탑재한다.

GPS의 정확도를 향상시키기 위해 IMU와의 센서 융합(Sensor Fusion)을 하기도 한다.
IMU에서 3축의 가속도 센서로부터 연속적인 위치 데이터를 제공하면, GPS에서는 절대적 위치 데이터 를 통해 이를 보정하는 방식이다.

위에서 밝힌 바와 같이, 이 과정에서 IMU의 출력은 내비게이션 알고리즘을 이용해 동체 좌표계에서 항법 좌표계로 변환하고, IMU의 누적 오차를 상쇄하기 위해 칼만 필터를 이용한다.
GPS와 IMU는 데이터 형식이 다른데, 이때 방향코사인행렬(DCM, Direction Cosine Matrix)를 이용해 동기화를 한다

신은희, 권영민, 송병훈. (2013). GPS와 IMU의 센서퓨전을 이용한 위치추정 활용방안. 한국정보통신설비학회 2013년도 정보통신설비 학술대회, 420-423.

이정환. "고 정밀 위치 획득을 위한 GPS/IMU 센서 융합에 관한 연구." 국내석사학위논문 울산대학교 대학원, 2012. 울산

"가속도계, 자이로, MEMS, ARS, AHRS, IMU, INS, GPS" https://uzys2011.tistory.com/215

"[IMU] 지자기 센서의 보정(Hard/Soft Iron)" https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=jswcomkr&logNo=221770655478&parentCategoryNo=&categoryNo=63&viewDate=&isShowPopularPosts=true&from=search

"iMU와 INS란?" https://m.blog.naver.com/zzbksk/221008192107

"관성측정장치(IMU)의 원리" https://sharehobby.tistory.com/entry/%EA%B4%80%EC%84%B1%EC%B8%A1%EC%A0%95%EC%9E%A5%EC%B9%98IMU%EC%9D%98-%EC%9B%90%EB%A6%AC

"자이로센서 roll, pitch, yaw 데이터 처리 구조(AHRS)" https://m.blog.naver.com/yuninjae1234/220935189584

"6축 IMU센서 (자이로센서, 가속도 센서)를 이용하여 3차원 위치 좌표 구하기" https://ddangeun.tistory.com/97

"가속도센서의 원리 각도 검출방법(중력가속도센서, 자이로센서)" https://wadadada.tistory.com/15

"specific force." Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Specific_force

"코리올리 힘(Coriolis force)." 사이언스올. https://www.scienceall.com/%EC%BD%94%EB%A6%AC%EC%98%AC%EB%A6%AC-%ED%9E%98coriolis-force/

# data[].attributes.attachment_link.description
IMU는 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit)이다. 가속도 센서(Acceleration Sensor), 각속도 센서(Gyroscope, 자이로스코프)로 이루어져 있으며(6축) 일부는 지자기 센서(Magnetometer) 도 포함한다(9축). 물체에 작용하는 가속력과 진동력, 충격력 등 동적 힘이 발생했을 때, 움직임의 변화에 따른 가속도의 변화(단위: m/s^2)를 순간적으로 감지해낸다. 센서에서 얻어지는 출력값인 가속도를 적분하여 물체의 진행 방향에 대한 속도를 계산할 수 있고, 이를 가공하면 물체의 위치를 알아낼 수 있다.

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
근접성 기법에 대해 설명글이 나와있지만 너무 짧아서 이해를 잘 못해서 근접성 기법의 정의부터 다시 이해 해야겠다

2. 검색 전략
사례들을 찾아보았다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
사례들을 보고 이해를 하는데 더 도움이 됐다

# data[].attributes.attachment_link.title
106 국어과학지문, 스마트폰 위치측정 기술, IMU, GPS, 3변 측량기술, 블루투스 기반 비콘, 실내 위치 측정

# data[].attributes.body
1. 해결하고 싶었던 의문
GPS가 없는 실내에서 위치 서비스를 더 알고싶어서 조사하였다

2. 검색 전략
구글을 이용해서 실내 위치 측위를 검색해 보았다

3. 자료를 검색이 글 내용의 전반적인 이해에 미친 결과
그림과 함께 어떻게 이용되는지에 대해 글만 읽었을때보다 이해가 잘 갔고 다른 기술도 추가로 배울 수 있었다

https://medium.com/naver-cloud-platform/gps가-없는-실내에서의-지도-서비스는-어떻게-할까-3763da033e72