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SVM(Support Vector Machine) 기법을 활용한 노면상태 판별 알고리즘 개발
A Development of The Road Surface Decision Algorithm Using SVM(Support Vector Machine) Clustering Methods 원문보기

韓國ITS學會 論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.12 no.5, 2013년, pp.1 - 12  

김종훈 (한국건설기술연구원) ,  원제무 (한양대학교 도시대학원)

초록
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도로의 결빙, 적설, 젖음 등 기상상황 및 표면 상태에 의한 안전사고 발생은 지속적으로 발생하고 있는 상황이다. 이는 운전자 본인의 부주의 및 안전 운전의식 부족 등 개인의 역량에 기인하는 부문도 있지만, 도로관리 주체(정부 및 공공 등)의 도로 상태 정보제공 미흡으로 인한 경우도 있어 이와 관련된 연구의 필요성이 대두되고 있는 추세이다. 본 연구는 카메라(Stereo camera)의 영상 정보를 수집하여, 편광계수 및 웨이블릿 변환(Wavelet transform) 등을 통해 기존의 단일 차원 분류알고리즘과 달리 다차원 분석이 가능한 SVM 분류기법을 활용하여 노면상태 판별 알고리즘을 개발하였으며, 실제 도로상에서 4개의 상태(마른노면, 젖은노면, 적설노면, 결빙노면)에 대한 검지 인식 성공률을 실험 및 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Road's accidents caused by Ice, snow, Wet of roads surface conditions and weather conditions situations that are constantly occurring. That is, driver's negligence and safe driving ability of individuals due to lack of awareness, and Road management main agent(the government and the public, etc.) du...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 핀란드의 Maria Jokela 외(2009)는 스테레오카메라(Stereo Camera)를 활용하여 달리는 차량에서 노면 상태를 실시간으로 판별하는 시스템에 대한 연구를 진행하였다. 고가의 레이저 기반 이동식 노면정보 검지 센서를 대체하기 위하여, 빛의 편광 특성 및 조도(Graininess) 분석을 활용한 스테레오영상 기반 차량 탑재형 시스템을 개발, 노면감시 목적으로서의 활용 가능성을 확인하였다. IcOR 스테레오카메라(640*480)에 노면 상태 판별 알고리즘을 적용, 레이저 기반의 고가 기존 장비(Vaisala DSC111)와 비교 평가를 진행하였으며 그 결과 결빙 영역감지에서 90% 이상의 정확도가 확인되었다.
  • 최영진(2004)은 단일 SVM으로 다중 클래스의 패턴인식을 한계를 극복하는 연구로, 새로운 클래사 추가 시 재학습 과정을 거쳐야 하는 다중 클래스의 한계점을 극복하기 위해 다중 클래스를 이진 클래스로 변형 후, 기존의 SVM 기법에 적용하였다. 따라서 여러개의 SVM을 생성할 필요가 없고 추가적인 확장이 필요치 않다고 제안하였다. 즉, 고정된 수의 가지는 환경 뿐 아니라 클래스의 추가 및 삭제가 많을 경우도 활용 가능하다라고 정의하였고 단일 SVM으로도 분류의 한계점 극복을 주장하였다.
  • 이에 본 연구에서는 고정식이 아닌, 관심 지역으로 이동하여 노면의 상태 정보를 영상으로 수집 및 분석하여 운전자가 필요로 하는 정보를 충족시킬 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 우선, 영상수집부(카메라)를 통해 영상데이터를 수집 및 가공하는 과정에서 수집된 영상데이터의 처리는 빛의 편광특성(수평/수직 편광 계수 도출) 및 웨이블릿 영상 처리 알고리즘에 의해 노면의 특성별 분류로 분석하였다.
  • 테스트 여건 상, 정지 상태에 대해서만 테스트를 진행하였다. 테스트의 목적은 영상처리 알고리즘 중 웨이블릿 변환을 활용한 마른/적설/결빙 노면 판별 알고리즘의 판별력을 확인하기 위함이며 육안으로 적설 및 결빙이 확인된 노면에 대하여 시스템을 활용한 영상처리를 수행하여 결과를 비교하였다. [그림 13]의 상단사진은 육안으로 적설 노면임을 확인할 수 있는 노면에 대하여 영상처리를 수행한 결과이다.
  • 현장에서 자료 수집 및 실험을 통해 정확도에 대한 평가를 하여 향후 실제 도로상에서 활용 가능여부를 검토하였다. 도로의 노면상태는 마른노면(Dry), 젖은노면(Wet), 적설노면(Snow), 결빙노면(Ice) 등 4가지 상태의 조건별로 분류, 이에 대한 노면상태를 판별 후 현장테스트 및 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도로에서 안전사고 발생의 원인은 무엇인가? 도로의 결빙, 적설, 젖음 등 기상상황 및 표면 상태에 의한 안전사고 발생은 지속적으로 발생하고 있는 상황이다. 이는 운전자 본인의 부주의 및 안전 운전의식 부족 등 개인의 역량에 기인하는 부문도 있지만, 도로관리 주체(정부 및 공공 등)의 도로 상태 정보제공 미흡으로 인한 경우도 있어 이와 관련된 연구의 필요성이 대두되고 있는 추세이다. 본 연구는 카메라(Stereo camera)의 영상 정보를 수집하여, 편광계수 및 웨이블릿 변환(Wavelet transform) 등을 통해 기존의 단일 차원 분류알고리즘과 달리 다차원 분석이 가능한 SVM 분류기법을 활용하여 노면상태 판별 알고리즘을 개발하였으며, 실제 도로상에서 4개의 상태(마른노면, 젖은노면, 적설노면, 결빙노면)에 대한 검지 인식 성공률을 실험 및 분석하였다.
안전사고 사전 대책 방안 수립의 목적은? 최근 도로교통 분야에서 화두가 되고 있는 이슈 중 하나가 ‘도로 안전’ 분야로, 사고 발생을 사전에 예방하는 “안전사고 사전 대책 방안 수립”은 매우 중요한 사안으로 여겨진다. 이는 운전자 본인의 부주의 및 안전 운전 의식 부족 등 개인의 역량에 기인하는 경우도 있지만, 도로관리 주체(정부 및 공공 등)의 악천후 시 사전 도로 정보제공 미흡으로 인한 경우도 있어 이와 관련된 다양한 연구의 필요성 또한 대두되고 있다.
기상 이변 시 도로의 노면상태에 대한 사전정보 입수가 가능하다면 어떤 부분에서 도움이 될 것이라고 볼 수 있는가? <표 1>은 2007년부터 2011년의 기상상태별 사고 건수 및 사망자 수에 대한 통계 데이터로 해가 갈수록 사고 발생건수는 줄어들고 있지 않으며, 특히 사고 발생건수 대비 사망자 수는 비나 눈의 경우 경우가 맑은 날씨의 평균에 비해 약 2~3% 이상 많은 것으로 집계되었다. 이는 기상 이변 시 도로의 노면상태에 대한 사전정보 입수가 가능하다면, 평시와 비교하여 주행속도를 감소함에 따른 도로안전 사고, 특히 사망발생의 위험률을 낮추는데 많은 도움이 될 것이라 여겨진다.
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참고문헌 (10)

  1. Road Traffic Authority, http://taas.koroad.or.kr 

  2. Kim, Doo Gyu, Kim, Ja Young, Lee, Ji Hong, Choi, Dong Geol, Kwon, In so, "Using Visual Information for Non-contract Predicting Method of Friction Coefficient", Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, 2010-47SP-4-4. pp.399-405. 2010. 

  3. Lim, Sung Han, Ryu, Seung Ki, Yoon, Yeo Hwan, "Image Recognition of Road Surface Conditions using Polarization and Wavelet Transform", Journal of the Korans Society of Civil Engineers, vol. 27, no. 4D, pp.471-477, 2007. 

  4. Maria Jokela, Matti Kutila and Long Le,"Road Condition Monitoring System Based on a Stereo Camera", Intelligent Computer Communication and Processing, IEEE 5th International Conference on. pp.423-428 , 2009. 

  5. Per-Olof Sjolander, Swedish Road Administration, "SRIS-Slippery Road Information System", IVSS Project Report, December 2008. 

  6. Han, Tae-Hwan, Ryu, Seung-Ki, "The Recognition and Segmentation of the Road Surface State using Wavelet Image Processing", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 22, no. 4, pp.26-34, 2008. 

  7. Muneo Yamada, Toshihiro Oshima, Koji Udea, Isao Horiba and Shin Yamamoto, "A study of the road surface condition detection technique for deployment on a vehicle", JSAE Review 24, pp.183-188. 2003 

  8. Choi, Young Jin, Multi Class pattern Classification Using Single SVM, Hanyang Graduate school of Master's Thesis. 2004 

  9. Seok, Kyung ha, Ryu Tae Wook, "The Efficiency of Bloosting on SVM, Journal of Korean Data & Information Science Society. vol. 13, no2. pp.55-64. 2002. 

  10. kanng, shin moon, Kim, Han jo, Oh, Won seok, Kim, Sun young, No , Kyoung Tai, "Development of Classification Model for hERG Ion Channel Inhibitors Using SVM Method, Journal of the Korean Chemical Society, vol. 53, no. 6. 2009 

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