기기 위치 감지 칩셋

기기의 위치 감지는 GPS(Global Positioning System)를 비롯한 여러 GNSS를 SoC (System-on-chip)또는 별도의 칩셋을 통해 이용 가능하다.조도 센서, 근접 센서,마이크 등은 보조 기능의 개발에는 이용 가능하나 그 기능상 지질 구조의 측정이나 탐지와 같은 조사 관련 기능에 직접적인 영향을 미치지 못한다. 본 연구의 경우 중력가속도와 지자기장의 방향 측정 기능과 그 성능이 지질구조 측정 및 기타 현장 조사의 수행 가능 여부 및 그 정확도를 결정하는 주요 요소라고 할 수 있다.이때 가속계는 기기에 가해지는 중력가속도를 포함한 가속도를 g(gravitationalforce)단위로 나타내며,자력계의 경우 지자기장을 포함한 자기장의 세기를 마이크로 테슬라(μT) 단위로 나타낸다. 각 물리량은 3축으로 측정되고, 일반적으로 기기의 전면부 방향을 +z축으로 설정한다.x,y축은 화면에 평행한 방향으로 배치되며,이를 그림으로 표현하면 Fig.2.3과 같다. 이처럼 센서의 축이 기기를 기준으로 배열되어 있으며 모든 센서는 같은 축을 가지므로, 센서 자료를 이용한 연산은 3차원 직교좌표계에서 별도의 변환 없이 수행할 수 있다.장비의 움직임이나 회전 등이 발생할 경우에는 가속도 및 지자기장의 변화가 해당 좌표계 내에서의 3차원 벡터의 변화로써 감지되며,측정은 모든 방향에 대하여 수행 가능하므로 이러한 측정값을 이용한 계산 결과는 장비의 자세나 방향에 제한을 받지 않는다. -22- Fig.2.3.Standardsetupof3-axismobilesensors. 본 연구에서 개발 대상으로 한 장비에 탑재된 센서의 규격을 Table 2.4에 정리하였다.디지털 센서는 그 특성상 측정되는 값의 크기에 따라 해당도의 차이가 발생할 수 있으나(Fisher,2010),가속도계의 경우 최대 해상도가 0.9mg(g는 중력가속도)로서 이 값은 정지 상태에서 센서가 받는 중력가속도 크기의 0.1% 미만이므로 중력가속도의 방향이나 크기를 측정하는 용도로는 충분한 것으로 판단된다.자력계의 해상도는 최대 0.285μT(microtesla)이며,지구상에서 가장 약한 지자기장의 세기가 22μT 이상이고 최대값은 65μT 이상이므로(Finlay etal.,2010)센서의 -23- 민감도는 중력가속도보다는 정교하지 못하나 자기 북극의 방향 측정에는 무리가 없는 수준이다.또한 빠르게 발달하는 센서 기술의 추세에 따라 더욱 정밀한 측정이 가능한 가속계 및 자력계를 탑재한 기기들이 출시되고 있으므로,하드웨어 특성에 의존하는 측정 정확도와 정밀도는 향후 기술의 발달에 따라 지속적으로 향상될 수 있다(Table2.5). 다만 이러한 센서들은 실제 설정이나 주변 환경 등에 따라 다르게 동작할 수 있고,이때 발생하는 잡음의 크기 또한 달라지므로 해당 센서 자료를 기반으로 하는 알고리즘을 개발하는 경우 이를 실 기기에서 구현 및 시험하여 정밀도 및 정확도를 측정하는 것이 바람직하다. -24- Table 2.4.Specifications of accelerometer and digitalcompass in iPhone4(STMicroelectronics,2009;AsahiKaseiMicrodevices,2010) Specification Accelerometer Digitalcompass Name LIS331DLH AK8975C Measurement range ±8g ±1200μT Max.sensitivity 0.9mg/LSB 0.285μT/LSB Working temperature -40°C -85°C -30°C – 85°C Requiredtimefor ameasurement N/A 7.3ms Table 2.5.Specifications of accelerometer and digitalcompass in iPhone 6s(Bosch Sensortec,2014; InvenSense,2014; Asahi Kasei Microdevices,2013) Specification Accelerometer Digitalcompass Name BMA280 MPU-6500 AK8963/C Measurement range ±16g ±16g ±4900μT Max.sensitivity 0.244mg/LSB 0.0599mg/LSB 0.15μT/LSB Working temperature -40°C -85°C -40°C -85°C -30°C -85°C Requiredtimefor ameasurement N/A N/A 7.2ms -25- 2.2.2기타 하드웨어 필요 사항 본 연구에서 개발 및 구현하고자 하는 지질 조사 소프트웨어는 센서 자료를 기반으로 한 정보의 수집,가공,가시화 및 유·무선 전송까지의 모든 단계를 포함한다.이 중 정보의 수집 및 가공에는 일정량의 저장 공간과 처리장치의 연산 속도가 요구되며, 가시화를 위해서는 평사투영도와 같은 작도 연산과 이를 화면에 출력하기 위한 그래픽 처리 장치가 필요하다. 최근 출시되는 스마트폰은 수십 GFLOPS를 상회하는 연산 속도를 가지며 본 연구에서 개발 대상으로 한 iPhone 4의 경우 처리장치의 연산 속도가 25.5GFLOPS로서(Agu etal.,2013)전술한 처리 단계의 수행에 있어 충분한 처리량을 갖는다.다만 센서 자료의 처리 및 가시화를 수행함에 있어 불필요한 자료를 지속적으로 취득하거나 대량의 연산처리를 수행하게 되면 처리 시간의 증가뿐 아니라 이에 따른 전력 사용의 증가로 급격한 배터리의 소모가 나타나게 되며(Liuetal.,2013) 이는 지질 조사의 수행 가능 시간을 축소할 수 있으므로 알고리즘 및 인터페이스의 개발 시 계산 횟수와 초당 처리량에 대해서도 고려할 필요가 있다.