우리나라를 비롯한 선진국 국가의 대부분은 기존의 탄소 자동차 대용으로 전기 자동차, 메탄올 자동차, 수소 자동차 등 저탄소 자동차 개발에 막대한 투자를 계속하고 있다. 그러나, 궁극적이고 현실적인 무공해 교통수단은 자전거가 유일하기 때문에 각국의 중앙 정부 및 지방 정부들은 자전거 전용 도로를 개설하고 공공 임대 서비스 시스템 구축을 서두르고 있다. 현재 운영되고 있는 거의 모든 자전거 관제 시스템들은 자전거 보관소에서의 대여 및 반납과정의 자동화를 이루고 있으나, 보관소를 떠난 자전거의 이동 경로 및 소재를 모니터링하지는 않는다. 이 연구에서는 자전거 공공 임대 서비스를 위해 CDMA 모뎀과 결합된 GPS 단말기 및 이를 사용하는 위치기반 자전거 관제 시스템을 개발한다. 이 관제 시스템은 이동통신을 통하여 자전거에 부착된 GPS 관제 단말기로부터 위치 정보를 수신하고, 그 이동 경로를 GIS 연동 맵에 표시함으로써 자전거의 회수 및 재분배를 용이하게 하고, 도난 및 고의 파손을 최소화 시키며, 이용자들에게는 가까운 곳에 위치한 자전거 보관소를 추천해 줄 수 있다.
우리나라를 비롯한 선진국 국가의 대부분은 기존의 탄소 자동차 대용으로 전기 자동차, 메탄올 자동차, 수소 자동차 등 저탄소 자동차 개발에 막대한 투자를 계속하고 있다. 그러나, 궁극적이고 현실적인 무공해 교통수단은 자전거가 유일하기 때문에 각국의 중앙 정부 및 지방 정부들은 자전거 전용 도로를 개설하고 공공 임대 서비스 시스템 구축을 서두르고 있다. 현재 운영되고 있는 거의 모든 자전거 관제 시스템들은 자전거 보관소에서의 대여 및 반납과정의 자동화를 이루고 있으나, 보관소를 떠난 자전거의 이동 경로 및 소재를 모니터링하지는 않는다. 이 연구에서는 자전거 공공 임대 서비스를 위해 CDMA 모뎀과 결합된 GPS 단말기 및 이를 사용하는 위치기반 자전거 관제 시스템을 개발한다. 이 관제 시스템은 이동통신을 통하여 자전거에 부착된 GPS 관제 단말기로부터 위치 정보를 수신하고, 그 이동 경로를 GIS 연동 맵에 표시함으로써 자전거의 회수 및 재분배를 용이하게 하고, 도난 및 고의 파손을 최소화 시키며, 이용자들에게는 가까운 곳에 위치한 자전거 보관소를 추천해 줄 수 있다.
Most of the developed countries and Korea have continued to invest much money in developing low-carbon vehicles such as electric car, methanol car and hydrogen car to replace the conventional fossil fuel vehicles. Government and local governments of each country, however, grope to construct roads fo...
Most of the developed countries and Korea have continued to invest much money in developing low-carbon vehicles such as electric car, methanol car and hydrogen car to replace the conventional fossil fuel vehicles. Government and local governments of each country, however, grope to construct roads for bicycle and public bicycle rental systems because bicycle is the only ultimate and feasible non-pollution transportation. Most of the current bicycle monitoring systems have achieved automation of rental process in bicycle stations, but they can not monitor bicycles in use. This paper develops GPS-CDMA modem combined terminals and implements a LBS-based bicycle monitoring system using them for public bicycle rental system. The monitoring system collects location information from GPS-CDMA modem combined terminals attached on bicycles and presents the moving tracks of bicycles on a GIS map for easy return and redistribution of bicycles. Also, the system helps to prevent from theft and vandalism of bicycles and to recommend the nearest bicycle station.
Most of the developed countries and Korea have continued to invest much money in developing low-carbon vehicles such as electric car, methanol car and hydrogen car to replace the conventional fossil fuel vehicles. Government and local governments of each country, however, grope to construct roads for bicycle and public bicycle rental systems because bicycle is the only ultimate and feasible non-pollution transportation. Most of the current bicycle monitoring systems have achieved automation of rental process in bicycle stations, but they can not monitor bicycles in use. This paper develops GPS-CDMA modem combined terminals and implements a LBS-based bicycle monitoring system using them for public bicycle rental system. The monitoring system collects location information from GPS-CDMA modem combined terminals attached on bicycles and presents the moving tracks of bicycles on a GIS map for easy return and redistribution of bicycles. Also, the system helps to prevent from theft and vandalism of bicycles and to recommend the nearest bicycle station.
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문제 정의
특히, 유럽 지역과 달리 언덕이 많은 한국의 지형적 특성을 감안한 전기자전거 보급 시, 고가의 전기자전거 분실 및 자전거 교통사고, 자전거 이용자의 실종 등의 긴급 문제 발생 가능성이 높다. 이 논문에서는 GPS(Geographic Positioning System)와 CDMA 모뎀이 통합된 단말기 및 LBS(Location Based System) 등의 정보기술을 활용한 자전거 관제 솔루션을 개발하여 자전거 공공 임대 서비스 활성화에 기여하고자 한다. 이 관제 시스템은 이동통신을 통하여 자전거에 부착된 GPS-CDMA 모뎀 일체관제 단말기로부터 위치 정보를 수신하고, 그 이동 경로를 GIS 연동 맵에 표시함으로써 자전거의 회수 및 재분배를 용이하게 하고, 도난이나 파손을 최소화 시키며, 이용자들에게는 가장 가까운 곳에 위치한 자전거를 추천해 줄 수 있다.
이 연구에서는 GPS와 이동통신용 CDMA 모뎀이 결합된 일체형 자전거 전용 GPS 단말기를 개발하고, 이를 통해 전송된 실시간 위치 정보를 GIS 맵과 연동하는 관제 소프트웨어의 주요 아키텍처를 모색한다.
가설 설정
① 자전거 분실 및 파손 : 3세대 시스템에서 크게 개선되었으나 여전히 분실 및 파손 빈도가 높다. 파리시 벨리브 시스템의 경우 자전거 20,000 대와 보관소 1,250곳으로 2007년 시행 이후 2009년 2 월까지 7,800대의 분실 및 11,600대의 파손 건을 기록하고 있다[8].
제안 방법
개발된 자전거 전용 GPS 단말기의 블록 다이어그램, 회로도 일부, 그리고 완성된 이미지를 그림 2~4에 차례로 보였다. GPS 단말기 설계의 최대 목표는 GPS 단말기의 응용 기능(Application)을 처리할 별도의 MCU를 사용하지 않고 CDMA 통신 프로토콜을 수행하는 MCU가 응용 소프트웨어 처리까지 겸하도록 하고, CDMA 모듈과 GPS 모듈을 컴팩트하게 일체형으로 배치하는 데 두었다. 표 1에는 GPS 단말기에 사용된 주요 부품의 사양을 요약하였다.
개발된 GPS 단말기의 기능 시험을 위하여, 현재 인증을 받아 시판되고 있는 GPS 데이터 로거와 개발된 GPS 단말기를 국내 시판 중인 전기 자전거에 함께 거치하여 실제 도로 위를 주행하며 얻어진 위치 정보를 비교하는 방법을 적용하였다. 비교 기준 대상으로 구입한 GPS 데이터 로거는 GPS850[12] 모델로서, 주행을 마친 후 이동 중 수집된 데이터를 PC에 업로드하면 맵에 표시된 이동 경로 및 GPS 좌표를 확인할 수 있다.
웹 페이지를 출력하는 CGI 프로그램의 전체적인 아키텍처는 그림 6과 같다. 구글 맵에 연동할 경우는 부록에 보인 자바 스크립트를 활용할 수 있으나, 이 연구에서는 KT 맵을 사용하였다.
본 연구에서는 이동 통신 인터페이스를 위해 표 2의 규격 혹은 툴들을 적용하였다.
웹 기반 관제 소프트웨어의 자전거 위치 로깅, 기간 검색, 검색된 기간 동안의 이동 경로 추적 등의 기능 구현을 검증하기 위해, 단말기가 장착된 자전거를 타고 일정 지역을 운행한 후, 그들 각각의 기능을 웹 페이지에서 시험하였다. 2012년 6월 5일 14:23~14:36 기간의 자전거 위치 정보 로그를 검색하여 그 로그와 함께 이동 경로를 맵에 표시하는 관제 소프트웨어의 기능을 그림 9에 보였다.
이 관제 시스템은 이동통신을 통하여 자전거에 부착된 GPS-CDMA 모뎀 일체관제 단말기로부터 위치 정보를 수신하고, 그 이동 경로를 GIS 연동 맵에 표시함으로써 자전거의 회수 및 재분배를 용이하게 하고, 도난이나 파손을 최소화 시키며, 이용자들에게는 가장 가까운 곳에 위치한 자전거를 추천해 줄 수 있다. 이 논문은 II 장에서 자전거 공공임대 시스템 발전과정과 현황에 대한 관련연구를 살펴보고, III 장에서 GPS-CDMA 모뎀 일체형 자전거 관제용 단말기의 설계와 구현 내용을 다루며, IV 장에서 개발된 단말기의 성능을 평가한다. 그리고 마지막 V 장의 결론으로 맺는다.
이 연구에서는 GPS 단말기에 대하여 표 3의 하향 명령어들을 정의하고, 각 명령어에 대하여 상향 응답 패킷을 보내도록 하였다.
이를 위해서는 자전거에 거치되는 GPS 단말기에 관제 센터로부터의 명령어 수신과 위치 정보를 서버에 전송할 수 있는 양방향 통신 기능의 구비가 필수적이다. 이 연구에서는 GPS-CDMA 모뎀 일체형 자전거용 GPS 단말기 및 이를 이용한 관제 소프트웨어 개발하고 단말기의 위치 추적 성능과 관제시스템의 기능을 시험하였다. 시험 결과, 개발된 GPS 단말기의 획득 위치 정보가 민간 GPS 정확도인 15m 오차 범위를 만족하고 있음이 검증되었고, 관제시스템과의 통신을 담당하는 CDMA 모뎀의 기능도 아울러 검증되었다.
대상 데이터
개발된 GPS 단말기의 기능 시험을 위하여, 현재 인증을 받아 시판되고 있는 GPS 데이터 로거와 개발된 GPS 단말기를 국내 시판 중인 전기 자전거에 함께 거치하여 실제 도로 위를 주행하며 얻어진 위치 정보를 비교하는 방법을 적용하였다. 비교 기준 대상으로 구입한 GPS 데이터 로거는 GPS850[12] 모델로서, 주행을 마친 후 이동 중 수집된 데이터를 PC에 업로드하면 맵에 표시된 이동 경로 및 GPS 좌표를 확인할 수 있다.
시험에 사용된 자전거는 하이런(HiRun)의 아줄(AZUL) 모델[14]로 출력 38.4V, 용량 9.0Ah의 리튬 배터리를 탑재하고 있는데, 이 자전거에 단말기를 거치하기 위한 150(W)×150(D)×3(H) 규격의 블랙박스와 배터리로부터 단말기 입력 전원 9V를 얻기 위한 DC-DC 컨버터를 제작하였다.
이 시험에 사용된 자전거 주행 코스는 한적한 지방의 약 7Km에 이르는 폐쇄 경로인데, 이 코스를 따라 GPS850과 개발된 GPS-CDMA 일체 단말기에 의해 생성된 구글 맵 경로(부록의 구글 맵 연동 자바 스크립트 참조)를 그림 8에 보였다. 이 때, 개발된 단말기는 60초 주기로 CDMA 모뎀을 통하여 소켓서버에게 측정된 좌표를 전송하도록 하였다.
성능/효과
표 4에서 평균 오차거리는 5m, 오차거리 표준 편차는 3m, 최대 오차거리는 13m임을 볼 수 있다. 군사용 GPS의 오차가 3m이고 민간용 GPS의 오차가 15m[13]임을 감안할 때, 개발된 CDMA 모뎀 일체형 GPS 단말기는 요구되는 정확도를 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
이 연구에서는 GPS-CDMA 모뎀 일체형 자전거용 GPS 단말기 및 이를 이용한 관제 소프트웨어 개발하고 단말기의 위치 추적 성능과 관제시스템의 기능을 시험하였다. 시험 결과, 개발된 GPS 단말기의 획득 위치 정보가 민간 GPS 정확도인 15m 오차 범위를 만족하고 있음이 검증되었고, 관제시스템과의 통신을 담당하는 CDMA 모뎀의 기능도 아울러 검증되었다. 이 후에는 개발된 GPS 단말기를 자전거 차체에 블랙박스 형태로 안전하게 거치하는 방안에 관한 연구를 계속할 예정이다.
후속연구
시험 결과, 개발된 GPS 단말기의 획득 위치 정보가 민간 GPS 정확도인 15m 오차 범위를 만족하고 있음이 검증되었고, 관제시스템과의 통신을 담당하는 CDMA 모뎀의 기능도 아울러 검증되었다. 이 후에는 개발된 GPS 단말기를 자전거 차체에 블랙박스 형태로 안전하게 거치하는 방안에 관한 연구를 계속할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교통문제 해결 정책은 어떠한 한계를 가지고 있는가?
그러나 저공해 자동차 개발은 주차난, 자원낭비, 신체기능 퇴화 등의 문제를 여전히 해소하지 못한다. 따라서, 저공해 자동차 개발과 더불어, 자가용 자동차의 수요를 대중교통수단으로 흡수하기 위한 버스, 지하철, 전차, 모노레일 등 기존 대중교통수단의 확충과 서비스개발에도 주력하고 있는데, 이 또한 자가 소유 자동차의 높은 접근성을 따를 수 없다는 한계를 가지고 있다.
녹색교통 또는 녹색교통수단이란 무엇인가?
위와 같은 교통문제 해결 정책은 ‘교통수요관리’, ‘대중교통’, ‘녹색교통’ 등 세 가지 키워드를 중심으로 자동차 이용 줄이기와 대중교통 확충에 이어 녹색교통 살리기로 이어지고 있다. 녹색교통 또는 녹색교통수단(green modes)이란 자동차와 같이 동력을 갖춘 적색교통수단(red modes)이 아닌 무공해 교통수단을 일컫는 말로, 주로 보행과 자전거를 지칭하며 유모차, 휠체어, 손수레와 같은 바퀴를 이용하는 이동수단도 넓은 의미의 녹색교통에 포함될 수 있다[1].
교통문제 해결 정책은 어떤 세 가지 키워드를 가지고 있는가?
위와 같은 교통문제 해결 정책은 ‘교통수요관리’, ‘대중교통’, ‘녹색교통’ 등 세 가지 키워드를 중심으로 자동차 이용 줄이기와 대중교통 확충에 이어 녹색교통 살리기로 이어지고 있다. 녹색교통 또는 녹색교통수단(green modes)이란 자동차와 같이 동력을 갖춘 적색교통수단(red modes)이 아닌 무공해 교통수단을 일컫는 말로, 주로 보행과 자전거를 지칭하며 유모차, 휠체어, 손수레와 같은 바퀴를 이용하는 이동수단도 넓은 의미의 녹색교통에 포함될 수 있다[1].
참고문헌 (14)
Kim, Wui Myoung, "Service for Bicycle Use Information Based on Low Carbon Green Growth", Journal of Korean Society for Geospatial Information System, Vol. 18, No. 3. pp.75-81, Sep. 2010.
Paul DeMaio, "Will Smart Bikes Succeed as Public Transportation in the United States?", Journal of Public Transportation, Vol. 7, No. 2, 2004.
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Dong-Min Kim, Jung-Ryun Lee, and Soon-Young Choi, "A Case of u-Service(LBS) Implementation in Incheon Area", KSCI Review, Vol. 18, No. 2, pp.15-27, Dec. 2010.
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http:///www.hirun.co.kr/src/products/products_detail.php ?product_mst_idSHEBOP03L, accessed June 6, 2012.
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