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Machine Learning을 이용한 효과적인 초음파 위치 추적 장치 구현

Implementation of Effective Ultrasonic Location Tracking Device

이성호 (Lee Seong Ho)

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본 연구는 화재현장 또는 구조현장에서 사용되어지는 장비 중에서 초음파 위치추적 장치에 Machine Learning 기법을 적용시켜 위치추적 성능을 향상시킨 장치를 설계하였다. 이를 위해 초음파 센서의 종류 및 특징, 초음파 위치추적에 대한 연구를 선행하였으며 Machine Learning기법의 종류 및 특징에 대해서 파악하였다. 또한 Machine Learning기법 중 위치추적 장치에 적합한 기법으로 다항 로지스틱 회귀분석 기법을 선정하고 이를 적용한 성능에 대한 실험을 할 수 있도록 위치추적 장치로부터 데이터를 수집하...
본 연구는 화재현장 또는 구조현장에서 사용되어지는 장비 중에서 초음파 위치추적 장치에 Machine Learning 기법을 적용시켜 위치추적 성능을 향상시킨 장치를 설계하였다. 이를 위해 초음파 센서의 종류 및 특징, 초음파 위치추적에 대한 연구를 선행하였으며 Machine Learning기법의 종류 및 특징에 대해서 파악하였다. 또한 Machine Learning기법 중 위치추적 장치에 적합한 기법으로 다항 로지스틱 회귀분석 기법을 선정하고 이를 적용한 성능에 대한 실험을 할 수 있도록 위치추적 장치로부터 데이터를 수집하여 ISM주파수 대역 통신을 통해 PC로 데이터를 전송하여 PC에서 프로그램을 통해 Machine Learning기법을 적용하였다. 실제 구현된 위치추적 장치를 실험하기 위해 장애물 환경과 오픈스페이스환경에서 방향과 위치를 변경해 가며 실험을 실시하였고 실험 수행 결과 실제 현장에서 운용 가능한 형태는 아니지만 기존의 위치추적 방법에 비해 Machine Learning기법을 적용 시켰을 때 오차율이 개선되는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서는 비록 실제 운용 형태의 장비에 직접 Machine Learning을 적용 시키고 실험할 수 는 없었지만 발전되는 임베디드 시스템의 성능에 따라 충분히 직접 적용하여 운용할 수 있는 가능성이 있으므로 앞으로는 임베디드 시스템에 Machine Learning을 직접 적용 할 수 있는 연구에 초점을 두어야 할 것이다.
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The purpose of this study is to design a device that improves the tracking performance by applying machine learning technique to the ultrasonic location tracking device among the equipment used in fire of rescue site. For this purpose, the type and characteristics of ultrasonic sensors and ultr...
The purpose of this study is to design a device that improves the tracking performance by applying machine learning technique to the ultrasonic location tracking device among the equipment used in fire of rescue site. For this purpose, the type and characteristics of ultrasonic sensors and ultrasonic position tracking have been studied as well as machine learning techniques. In addition, a polynomial logistic regression technique is selected as a suitable method for the ultrasonic location tracking device among the machine learning techniques. The data is collected from a position tracking device for the performance test so that PC can get data through ISM frequency band communication. We applied the machine learning method using the PC program. In order to test the actual ultrasonic location tracking system, the experiment was conducted by changing the direction and the position in the obstacle environment and the open space environment. As a result of the experiment, the machine learning technique reduced the error rate even though it is not operable structure in the field. In this study, we were unavailable to apply the machine learning directly to the actual operation type equipment. However there is a hight possibility to operate the machine learning directly depending on the advancement of embedded system. Therefore, it is necessary to focus on applying the machine learning to the embedded system.
목차 moremore
제 1 장 서 론 1

제 2 장 관련 기술 연구 3
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제 1 장 서 론 1

제 2 장 관련 기술 연구 3
2.1 초음파 위치 추적 3
2.1.1 초음파의 정의 3
2.1.1.1 음파의 정의 3
2.1.1.2 초음파의 특성 3
2.1.1.3 초음파의 응용분야 4
2.1.2 초음파 송수신 센서 5
2.1.2.1 초음파 송신기 5
2.1.2.2 초음파 수신센서 5
2.1.3 위치 추적 방법 5
2.1.3.1 초음파 거리 계산 5
2.1.3.2 초음파 송신기 위치 계산 6
2.1.3.3 초음파 수신센서 수신 범위 7

2.2 Machine Learning 8
2.2.1 Machine Learning의 정의 8
2.2.2 Machine Learning의 응용분야 9
2.2.3 지도 학습 기법 10
2.2.4 비지도 학습 기법 11
2.3 임베디드 시스템 12
2.3.1 임베디드 시스템의 정의 12
2.3.2 임베디드 시스템의 특징 12
2.3.3 임베디드 시스템의 향후 전망 13

2.4 ISM 주파수 대역 무선통신 14
2.4.1 ISM 주파수 대역 정의 14
2.4.2 ISM 주파수 사용 현황 14
2.4.3 ISM 주파수 규제 조건 14

2.5 유사 기술 연구 15

제 3 장 연구 설계 16
3.1 연구 모형 설계 16
3.1.1 시스템 설계 16
3.1.2 하드웨어 성능 18
3.2 Machine Learning기법 선정 19
3.2.1 다항 로지스틱 회귀분석 20

3.3 가설 설정 12

제 4 장 초음파 위치 추적 장치 구현 22
4.1 하드웨어 구현 22
4.1.1 초음파 송신장치 구현 22
4.1.2 초음파 수신장치 구현 24
4.1.3 PC용 무선통신 데이터 수신모듈 26

4.2 소프트웨어 구현 26
4.2.1 데이터 수집 소프트웨어 구현 26
4.2.2 위치 추적 소프트웨어 구현 28

제 5 장 실험 및 성능 평가 29
5.1 실험 환경 29
5.2 실험 절차 및 방법 29
5.3 결과 분석 31

제 6 장 결 론 40

참고 문헌 41

영문 초록 43