[논문]이분산성을 고려한 영상검지기 정확도 추정

이청원; 송영화

이분산성을 고려한 영상검지기 정확도 추정
Accuracy Estimation of Video Image Detector Considering Heteroscedasticity 원문보기

大韓交通學會誌 = Journal of Korean Society of Transportation, v.25 no.2 = no.95, 2007년, pp.7 - 15

이청원 (서울시립대학교 교통공학과) , 송영화 (서울시립대학교 교통공학과)

초록
AI-Helper

ITS(Intelligent Transportation Systems)는 도로이용자에게 정확한 통행시간정보를 신속히 전달함으로써 도로이용의 효용 극대화를 목표로 하고 있다. 이러한 통행시간정보는 ITS장비에 의해 수집되는 자료를 기반으로 생성되므로 ITS장비의 신뢰성 유지가 매우 중요하지만 국내 설치 운영중인 ITS장비의 신뢰성을 확보하기 위한 교정(Calibration) 등과 같은 유지관리활동은 매우 미흡한 상태이다. 만약 고장, 수리, 교체 등과 관련된 장기간의 이력자료가 축적되어 있다면 신뢰성공학 등과 같은 기존 연구를 활용하여 체계적인 유지관리계획을 산정할 수 있겠지만, 현재 각 센터별로 충분한 이력자료를 확보하지 못하는 실정이다. 이에 본 연구에서는 설치 연도별로 영상검지기의 성능수준을 평가하고 시계열적인 분석을 위한 현장자료를 수집하였다. 또한 제조회사 설치년도 등 각각의 영상검지기의 특성이 동일하지 않기 때문에 발생하는 이분산성(heteroscedasticity) 문제를 고려하여 영상검지기의 정확도 감소 곡선을 추정하였다. 궁극적으로, 장기간의 이력자료 분석을 통해 체계적인 유지관리계획을 산정하여 ITS장비의 신뢰성을 유지하고 운영 관리하는 것이 바람직하겠지만 이력자료 축적에 소요되는 기간 동안 본 연구결과를 광범위하게 활용할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The accuracy of a Video Image Detector (VID) is gradually reduced due to various environmental and mechanical factors. However, there has been no systematic research about the decrease of VID accuracy. To maintain a proper level of VID accuracy for advanced traffic management, a regular VID calibration process needs to be introduced. However, the calibration cannot be performed frequently because of the cost. In this study, the researchers collected field data for accuracy estimation and inferred an accuracy decreasing function by using regression and considering the heteroscedasticity problem. Using the invented data collection equipment which was used for checking adaptability, some data in the field were collected and analyzed. Although the data were limited, the results are promising. More data need to be investigated in the future and this study will help to maintain the data quality for broad utilization of the data in ITS centers.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 비록 조사대상수가 충분하지 않아 일반화하기에는 다소 무리가 있지만 ITS장비의 신뢰성 유지를 위한 유지관리 활동에 필수적인 영상검지기 정확도 감소 함수를 추정하기 위해 2005년과 2006년에 수집한 자료를 바탕으로 분석을 시도하였다는데 의의가 있을 것이다.
향후, 방대한 자료수집을 토대로 이를 고려한 분석이 필요하며, 이때 본 연구의 수집자료는 추가 자료에 합쳐져 활용될 수 있을 것이다. 본 연구는 제시된 선정기준 하에서 1998년부터 2005년까지 준공연도가 다른 세 지역에서 기준을 만족하는 영상검지기들에 대한 현장조사를 실시하였다.
본 연구를 수행하면서 2005년 2월에 수집된 자료와 2006년 2월에 수집된 자료를 활용하여 기상조건 등과 같은 환경의 영향을 최소화하려고 노력하였다. 이상치로판정된 데이터의 경우, 2005년 2월에 조사한 지점으로 약 15개월이 지난 현재 재실험을 하여 데이터를 다시 수집하는 것은 사실상 불가능하다.
이에 본 연구에서는 ITS 중 하나인 영상검지기의 정확도 감소함수의 추정을 위해 현재 운영 중인 영상검지기의 정확도 자료를 수집하여 분석을 시도하였다. 수집자료 분석중 이분산성 (heteroscedasticity) 문제가 발생하는 것을 확인하여 이분산성 문제를 고려한 영상검지기의 정확도 감소 곡선을 추정하였다.

가설 설정

유의수준 1%이고 자유도가 2일때의 임계값은 9.21 이므로 귀무가설을 기각한다. 즉 수집자료의 분석 결과 가동 분산이 아니라고 할 수 있다.

제안 방법

따라서 화이트검정과 브로이쉬-파간 검정을 활용하여 이분산성 발생 유무를 살펴보았다. 먼저 브로이쉬-파간 검정방법을 적용을 위한 가설은 다음과 같다.
본 연구에서는 평이하고 활용성이 높은 평균 절대 오차백분율(MAPE)을 평가지표로 선정하였으며 수집 주기는 활용성을 보다 강조하여 5분을 설정하였다. 평균 절대 오차백분율은 관측값이 기준값에 대해 어느 정도의 오차를 나타내는 지를 평가하는 지표로 식(1)과 같이 정의되며 개별 차량 또는 분석 시간 간격에 따른 오차백분율의 평균을 의미한다.
분석 중 조사자료에 나타나는 이분산성 (heterosceda- sticity)문제가 발생함을 확인하였고 그에 따라 이분 산성을 고려하여 영상검지기 정확도 감소함수를 추정하였다.
수집자료 분석에 앞서 수집자료의 이상이 있는지에 대한 회귀 진단을 실시하였다. 이상점 확인을 위해 SAS Windows Ver.
수집자료 분석중 이분산성 (heteroscedasticity) 문제가 발생하는 것을 확인하여 이분산성 문제를 고려한 영상검지기의 정확도 감소 곡선을 추정하였다.
앞서 영상검지기 정확도 감소함수 추정을 위해 각 연도별로 구축된 영상검지기의 정확도 자료를 수집하였다. 수집자료 분석에 앞서 수집자료의 이상이 있는지에 대한 회귀 진단을 실시하였다.
이분산성 문제가 있는 회귀모형식을 그대로 사용하는 것은 무의미하기 때문에 WLS를 통해 이분산성 문제를 해결한 새로운 회귀모형식을 추정하였다.
이상점으로 확인된 37번~42번 데이터를 제외한 총 78개의 데이터를 이용하여 다음과 같이 선형회귀 분석을 실시하였다.
현장조사에 앞서 기준장비의 정확도를 검증하기 위해 곤지암 무인센터의 고정식 검지기와, 프레임 분석 등을 통해 30분 단위로 여러 차례에 걸쳐 기준장비의 정확도를 평가하였다.

대상 데이터

2006년 2월 수집된 자료는 9개소 총 54개이다. 다만, 2005년 2월 수집된 자료 역시 2006년과 동일한 방법에 의해 수집된 자료로 분석에 활용하기에 무리가 없다 판단되어 함께<표 3>과 같이 분석을 시도하였다.
실정이다. 따라서 본 연구에서는 각 장비의 특성이 구축년도나 제조회사 등에 영향을 받지 않고 모두 동일하다는 기본 가정하에 1998년부터 2005년까지 구축된 영상검지기를 대상으로 분석을 시도하였다.
정확도를 확보한 것들만을 대상으로 하였다. 또한 운영개시 후, 본 연구에서 정확도를 측정할 때까지 정확도 제고를 위한 Calibration이 이루어지지 않은 검지기들만을 선정하였다. 즉, 초기 정확도 수준이 유사하고, 운영 중 인위적인 정확도 변화가 없었던 검지기들만을 대상으로 하되, 이 조건을 검지기 유지관리 이력자료를 토대로 확인할 수 있는 경우만을 대상 검지기로 하였다.
본 연구에서는 조사대상 영상검지기들을 선정할 때, 운영개시 직전에 정확도 검사를 실시하여 일정수준 이상의 정확도를 확보한 것들만을 대상으로 하였다. 또한 운영개시 후, 본 연구에서 정확도를 측정할 때까지 정확도 제고를 위한 Calibration이 이루어지지 않은 검지기들만을 선정하였다.
이상치로 발견된 데이터는 2005년에 수집한 데이터로 30개의 데이터로 분석을 시도한 당시에는 이상 점으로 파악하지 못하였다.
조사대상 영상검지기는 다음 사항을 고려하여 수도권 남부 국도 일대로 한정하였다.
또한 운영개시 후, 본 연구에서 정확도를 측정할 때까지 정확도 제고를 위한 Calibration이 이루어지지 않은 검지기들만을 선정하였다. 즉, 초기 정확도 수준이 유사하고, 운영 중 인위적인 정확도 변화가 없었던 검지기들만을 대상으로 하되, 이 조건을 검지기 유지관리 이력자료를 토대로 확인할 수 있는 경우만을 대상 검지기로 하였다. 따라서 연구대상 영상검지기들이 운영개시 후, 지속적으로정확도 감소가 계속되고, 그 현상을 자료수집을 통해 분석할 수 있을 것으로 판단하였다.

데이터처리

2005년과 2006년 조사결과를 바탕으로 회귀분석을 실시한 결과 이분산성의 문제가 발생하는 것을 그래프와 통계적 방법을 통해 확인하였다.

이론/모형

현재 수도권 남부국도 일대에 구축 . 운영중인 영상검지기의 성능수준을 파악하기 위한 평가기준장비는 한국건설기술연구원의 협조를 구해 레이저방식과 lLoop+2Tape Switch 방식의 기준장비를 이용하였다.<그림 2>와 같이 레이저 방식의 수집시스템은 차량위에 레이저 센서를 부착한 후 도로를 주행하는 차량의 검지 유무에 따라 교통자료를 수집하는 시스템이다.

성능/효과

다만, 과 같이 추정된 속도 정확도 감소 함수의 잔차도를 살펴본 결과 시간증가에 따라 잔차의 폭이지속적으로 증가하는 이분산성 문제가 발생하는 것으로 나타났다.
또한 평가기준장비의 설치 및 자료수집 과정이 비교적 간단하여 활용성이 매우 높을 것으로 본 연구의 기준 장비로 적합한 것으로 파악되었다.
수집자료 분석에 앞서 수집자료의 이상이 있는지에 대한 회귀 진단을 실시하였다. 이상점 확인을 위해 SAS Windows Ver. 9.1.를 이용하여 스트던트화 잔차(studentized residual) 검정을 실시한 결과, 2001년에 구축된 영상검지기인 37번~42번의 데이터가 이상점인 것으로 나타났다.
추정된 새로운 회귀모형식의 화이트검정 결과 결정계수가 0.04로 매우 유의하지 않은 것으로 나타나 동분 산 가정을 채택할 수 있다. 브로이쉬-파간 결과 역시 검정 통계량이 6.
평가 결과, 이동식 기준장비는 정확도 수준이 매우 높은 것으로 나타나 자료수집에 문제가 없는 것으로 나타났다.
후의 주요통계량은과 같이 표준오차와 결정계수 등 여러 통계량이 개선되는 것을 확인하였다.

후속연구

ITS장비의 이력자료 축적할 수 있는 시스템이 시급히선행되어져야 할 것이나 현실적으로 어쩔 수 없이 시간이 소요되는 만큼 본 연구결과가 적정 교정주기 산정 , 점검 주기, 교체주기 등 유지관리활동을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
이러한 경우는 수정하거나 아예 제거하는 것이 바람직하다. 둘째는 이상점이 보기와는 달리 실제 값인 경우로 단순히 제거하는 것은 바람직하지 않으며 표준화 잔차(standardized residual)검증, 스트던트화 잔차 (studentized residuals) 검증 등을 이용하여 특이점의 제거 여부를 적절히 판단해야 할 것이다.
따라서, 현실적으로 재실험을 통한 데이터 대체가 불가능하고 본 연구에서 주로 활용하는 데이터자체가 2006년도의 데이터이기 때문에 이상치를 제거하여 분석을 실시하는 것이 바람직 할 것으로 판단된다.
또한 일회성 조사가 아니라 꾸준히 추가의 연구를 진행하여 분석을 위한 충분한 자료를 획득한다면 보다 정확한 영상검지기의 정확도 감소 추이 분석이 가능할 것으로 앞으로도 지속적인 연구가 필요할 것이다.
따라서 연구대상 영상검지기들이 운영개시 후, 지속적으로정확도 감소가 계속되고, 그 현상을 자료수집을 통해 분석할 수 있을 것으로 판단하였다. 한편, 자연환경, 제조사 등에 따라 감소형태가 다양할 수도 있을 것이나, 관련 연구를 통한 객관적 결과가 전무한 상태에서 그 개연성을 연구에 반영하지는 못하였다. 향후, 방대한 자료수집을 토대로 이를 고려한 분석이 필요하며, 이때 본 연구의 수집자료는 추가 자료에 합쳐져 활용될 수 있을 것이다.
한편, 자연환경, 제조사 등에 따라 감소형태가 다양할 수도 있을 것이나, 관련 연구를 통한 객관적 결과가 전무한 상태에서 그 개연성을 연구에 반영하지는 못하였다. 향후, 방대한 자료수집을 토대로 이를 고려한 분석이 필요하며, 이때 본 연구의 수집자료는 추가 자료에 합쳐져 활용될 수 있을 것이다. 본 연구는 제시된 선정기준 하에서 1998년부터 2005년까지 준공연도가 다른 세 지역에서 기준을 만족하는 영상검지기들에 대한 현장조사를 실시하였다.
현재 운영중인 검지기의 수준을 명확히 파악할 수 있는 적절한 평가방안을 산정하여 시간에 따른 검지기 성능 수준을 지속적으로 기록한다면, 시간에 따른 성능 수준의 변화를 파악할 수 있을 것이다.

참고문헌 (17)

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http://www.kolas.go.kr (한국교정시험인정기구)

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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