고정밀 BLE·PDR 융합 실내 내비게이션
비콘 위치 최적화 알고리즘을 통한 저비용·고효율 인프라 구축
Architectural Engineering, 2026
3조 / 이준영, 정영훈, 전석훈
Team 3 / LEE JUNYEONG, JEONG YOUNG HUN, JEON SEOKHUN
저가 BLE 비콘과 스마트폰 PDR 센서를 칼만 필터로 융합하여 최소 인프라로 실내 고정밀 위치 측위와 최적 경로 안내를 제공하는 내비게이션 시스템
시공 현장 지하에서 현재 위치를 파악하기 어려워 길을 찾지 못했던 경험에서 본 연구가 출발하였다. GPS 신호가 닿지 않는 대형·복합 건축물 내부에는 별도의 실내 측위 인프라가 필요하지만, 기존 상용 솔루션인 UWB·LiDAR는 앵커 단가가 20~50만 원에 달해 중소형 건물에 적용하기 어렵고, 비콘을 사람이 직접 배치하는 방식은 대량 배치 시 품질 편차의 한계가 있었다. 이에 저가 BLE 비콘과 스마트폰 PDR 센서만으로 상용 수준의 정확도를 확보하고 비콘 배치를 자동·최적화하는 시스템을 제안한다.
본 연구는 BLE 비콘과 스마트폰 PDR(보행 추측항법) 센서를 칼만 필터로 융합하여 최소 인프라로 실내 고정밀 측위와 경로 안내를 제공하는 내비게이션 시스템으로, 도면 자동 분석(DXF) → 비콘 자동 배치(삼변측량·최적화) → 측위 융합(BLE·PDR·칼만) → 경로 탐색(A*·게이트)에 이르는 전 과정을 하나의 통합 파이프라인으로 구현하였다.
구현 과정은 크게 네 단계로 이루어진다. 1단계에서는 CAD(DXF) 도면에서 벽체·기둥·창문 레이어를 추출해 50mm/pixel 격자로 변환하고, OpenCV Floodfill과 형태학적 닫기(Morphological Closing)로 내/외부를 구분하여 순수 실내 가용 영역을 산출하였다. 2단계에서는 보행 관문을 중심으로 반경 2.5m 정삼각형을 만들어 꼭짓점에 비콘 3개를 배치하는 삼변측량 세트를 자동 생성하고, 벽면 스냅(Wall Snapping)과 중심 방향 인입(Inward Shift)으로 비콘이 항상 실내 안쪽에 안정적으로 고정되도록 하였다. 3단계에서는 음영 지역에 최원점 샘플링으로 비콘을 추가하고 보로노이/로이드(CVT) 최적화로 커버리지를 극대화한 뒤, 8방향 감도 분석(Perturbation)으로 로컬 최적성을 검증하였다. 4단계에서는 BLE 삼변측량과 PDR 측위를 칼만 필터로 융합하고, 단일 층은 200mm 격자 래스터 A*, 층간은 게이트 그래프와 다익스트라로 경로를 산출하여 실시간 위치·경로 안내 애플리케이션을 완성하였다.
완성된 시스템은 전남대학교 공과대학 2호관 1~4층, 총 132개 비콘이 설치된 환경에서 층당 1,000회의 자동 순회 실험을 통해 검증되었다. 그 결과 전 층 평균 오차 1m 미만, 오차 2m 이내 KPI 달성률 98% 이상을 기록하였으며, 이는 PDR 단독 측위 대비 약 90%의 오차를 감소시킨 수치이다.
본 작품은 단가 1~3만 원 수준의 BLE 비콘만으로 상용 UWB·LiDAR 대비 약 70~80%의 구축비 절감이 가능함을 실증하였으며, 도면만 있으면 분석부터 배치, 경로 산출까지 전 과정이 자동화되어 신규 건물에도 빠르게 복제 적용할 수 있다. 이를 통해 병원·대학 캠퍼스·쇼핑몰 등 대형 건물의 길찾기 혼란을 해소하고, 건설 현장 안전관리와 화재 등 비상 상황의 대피 경로 안내로도 확장 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
