[논문]V2X 및 환경 센서 융합 기반 교차로 안전 시스템 알고리즘 개발

박만복; 이상현; 전시범; 기석철; 김정범; 기창돈; 김규원; 이경수

doi:10.7467/ksae.2014.22.5.126

V2X 및 환경 센서 융합 기반 교차로 안전 시스템 알고리즘 개발
Development of Control Algorithm for Intersection Safety System Using the Fusion of V2X and Environmental Sensors 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.22 no.5, 2014년, pp.126 - 135

박만복 (서울대학교 지능형융합시스템학과) , 이상현 (만도 전자개발3팀) , 전시범 (만도 전자개발3팀) , 기석철 (만도 전자개발3팀) , 김정범 (서울대학교 기계항공공학부) , 기창돈 (서울대학교 기계항공공학부) , 김규원 (서울대학교 기계항공공학부) , 이경수 (서울대학교 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the development and verification of control algorithms for V2X and environmental sensor integrated intersection support and safety systems. The objective of the research is to develop core technologies for effective fusion of V2X and environmental sensors and to develop new safety function for intersection safety. One of core technologies is to achieve the improvement of GPS accuracy, and the other is to develop the algorithm of a vehicle identification which matches all data from V2X, vehicle sensors and environmental sensors to specific vehicles. A intersection optimal pass (IOP) algorithm is designed based on these core technologies. IOP recommends appropriate speed to pass the intersection in the consideration of traffic light signal and preceeding vehicle existence. Another function is developed to prevent a collision avoidance when car crash caused by traffic violation of surrounding vehicles is expected. Finally all functions are implemented and tested in three test vehicles. It is shown that IOP can support convenient and comfortable driving with recommending optimal pass speed and collision avoidance algorithm can effectively prevent collision caused by traffic sign violation of surrounding vehicles.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

V2X 기반 시스템을 구성하기 위한 필요한 요소 기술들에 대해 논한다. 중요한 측위 정확도 및 차량 Identification등에 대해 논한다.
V2X 통신 기술과 환경 센서 기반 운전자 지원 시스템이 통합된 새로운 안전 시스템의 알고리즘이 안전 기능의 향상과 운전의 안락함을 증대시키기 위해 설계되었다. 현재 운전자 편의 시스템들의 단점인 사각지대나 감지 거리 문제는 V2X의 도입을 통해상당부분 해결될 수 있다.
그러나 현재 상용 가능한 저가 GPS의 경우 정확도가 부족하기 때문에 그대로 적용하는 것에는 차선을 구분해야하는 기능 개발에 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 GPS 위성 정보에 대한 보정 정보를 이용하여 GPS 자체 측위 개선 알고리즘을개발하였다.^11,12) Fig.
따라서 본 연구에서는 V2X와 환경 센서의 장점을 활용하고 두 단점을 보완하여 개선된 교차로 지원 및 사고 방지 알고리즘을 개발하고자 한다. 또한 저가의GPS를 적용하는 대신에 정확도 개선을 위한 알고리즘을 적용하여 교차로 안전 시스템에 적용될 수 있는 수준까지 개발하고자 한다.
본 연구에서 사용된 시험 차량 및 교차로 신호등 시스템 및 제어기 등의 시스템을 소개한다. 또한 전체적인 교차로 안전 시스템의 제어 알고리즘의 구조에 대해서도 논한다.
본 연구에서 사용된 시험 차량 및 교차로 신호등 시스템 및 제어기 등의 시스템을 소개한다. 또한 전체적인 교차로 안전 시스템의 제어 알고리즘의 구조에 대해서도 논한다.
V2X와 운전자 편의 시스템의 통합을 위해서는 먼저 선행되어야할 요소 기술이 개발되어야한다. 본 연구에서는 GPS 측위 정확도 개선을 수행하여 차선 기반 기능 개발의 가능성을 확보하였다. GPS 정확도는 RTCM 위성 정보를 통해 개선을 수행하였다.
V2X 기반 시스템을 구성하기 위한 필요한 요소 기술들에 대해 논한다. 중요한 측위 정확도 및 차량 Identification등에 대해 논한다.

가설 설정

Veh₀ 차량만 전방 레이더와 통신 모듈이 장착되었고 나머지 차량들은 통신 모듈만 장착한 것으로 가정한 것이다. 각 차량의 표의 왼쪽 열은 자기차량 센서 정보이며 오른쪽 열은 통신으로부터 받은 정보들이다.

제안 방법

차량과의 데이터 교환을 위해 CAN 통신 2개 port를 지원하도록 하였다. 3대의 차량 각각에 통신 단말기를 장착하였으며 각 차량에서는 위치, 속도, 조향각, 요레이트, 제동 여부 등의 신호를 송신하도록 하였다. 또한 레이더 장치에서 감지된 상대 거리와 상대 속도 정보도 포함하였다.
본 연구에서는 GPS 측위 정확도 개선을 수행하여 차선 기반 기능 개발의 가능성을 확보하였다. GPS 정확도는 RTCM 위성 정보를 통해 개선을 수행하였다. 또한 여러 경로로부터 입수되는 정보들을 각 차량과 연계시키기 위한 차량 Identification 기술이 개발 되었다.
또한 저가의GPS를 적용하는 대신에 정확도 개선을 위한 알고리즘을 적용하여 교차로 안전 시스템에 적용될 수 있는 수준까지 개발하고자 한다. V2X와 통신 기술의 융합을 위해 필요한 요소 기술 개발을 진행하고 이를 바탕으로 교차로 운전 지원 및 사고 방지 시스템의 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘의 검증을 위해 3대의 시험 차량을 제작하고 알고리즘의 유효성을 검증하였다.
교차로 충돌 회피 알고리즘을 개발하고 가속 경고, 감속 경고 및 자동 제동 후 통과 상태에 대해 실차 시험을 통해 검증하였다. 이것 중에서 Fig.
위의 기능에서는 선행 차량의 존재 여부를 고려하여 알고리즘이 구성되었다. 둘째로는 신호등 위반 차량이 존재할 경우 충돌 회피를 위한 기능을 개발하였다. 자기차량과 상대차량의 TTI 차이를 바탕으로 상태를 결정하고 경고를 수행한다.
첫 번째로는 교차로를 정차없이 통과할 수 있게 해주는 교차로 최적 통과 알고리즘이다. 신호등 색깔 유지 시간, 다음 신호등 색깔 등 및 자기 차량과 교차로까지의 GPS정보를 이용하여 교차로까지의 남은 시간을 바탕으로 운전자에게 교차로 최적 통과 속도를 제시한다. 위의 기능에서는 선행 차량의 존재 여부를 고려하여 알고리즘이 구성되었다.
앞 절에서 개발된 요소 기술을 바탕으로 교차로 안전 시스템을 개발하였다. 환경 센서와 V2X를 융합한 교차로 최적 통과 시스템 및 교차로 충돌 회피 시스템의 알고리즘을 개발하였다.
둘째로는 신호등 위반 차량이 존재할 경우 충돌 회피를 위한 기능을 개발하였다. 자기차량과 상대차량의 TTI 차이를 바탕으로 상태를 결정하고 경고를 수행한다. 감속 경고에도 운전자가 제동을 수행하지 않는 경우 자동 제동을 통해 충돌 회피를 지원하게 된다.
차량 정보 매칭 구현은 확률적인 방법을 이용하였다. 레이더 센서의 경우 종 방향은 약 50cm 이하 그리고 횡 방향의 경우 약 0.
11p를 지원하는 모뎀을 적용하였다. 차량과의 데이터 교환을 위해 CAN 통신 2개 port를 지원하도록 하였다. 3대의 차량 각각에 통신 단말기를 장착하였으며 각 차량에서는 위치, 속도, 조향각, 요레이트, 제동 여부 등의 신호를 송신하도록 하였다.
앞 절에서 개발된 요소 기술을 바탕으로 교차로 안전 시스템을 개발하였다. 환경 센서와 V2X를 융합한 교차로 최적 통과 시스템 및 교차로 충돌 회피 시스템의 알고리즘을 개발하였다.

대상 데이터

1은 시험에 적용된 차량들과 송수신 신호를 나타낸 것이다. 3대의 시험 차량이 제작되었으며 이중에서 2대의 차량에는 레이더를 장착하였다.
개발된 알고리즘 검증을 위해 시험 차량 3대를 구성하였다. 또한 신호등 시스템 및 신호등 제어기도 구성하였다.

데이터처리

V2X와 통신 기술의 융합을 위해 필요한 요소 기술 개발을 진행하고 이를 바탕으로 교차로 운전 지원 및 사고 방지 시스템의 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘의 검증을 위해 3대의 시험 차량을 제작하고 알고리즘의 유효성을 검증하였다.

이론/모형

이는 GPS 오차범위보다 작기 때문에 레이더 정보를 reference 정보로 간주할 수 있다. 이를 바탕으로 데이터 간의 매칭 확률을 확보하기 위해 Belief 이론을 적용하였다.¹⁶⁾ Fig.

성능/효과

보정 전에 비해 상당한 개선 효과가 있는 것을 알 수 있다. CEP 기준약50% 이상, bias 기준 상당한 개선 결과가 도출되었다.¹⁵⁾

후속연구

또한 저가의GPS를 적용하는 대신에 정확도 개선을 위한 알고리즘을 적용하여 교차로 안전 시스템에 적용될 수 있는 수준까지 개발하고자 한다.
향후 계획으로는 다양한 시험 환경을 구성하고 더 많은 다수의 차량을 동원하여 알고리즘의 효용성과 강건성을 검증할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	V2X 기반 시스템을 구성하기 위해 중요한 것은?	V2X 기반 시스템을 구성하기 위해서는 정확한 측위가 매우 중요하다. 그러나 현재 상용 가능한 저가 GPS의 경우 정확도가 부족하기 때문에 그대로 적용하는 것에는 차선을 구분해야하는 기능 개발에 문제가 있다.
	V2X 통신 단말기는 어떤 모뎀을 적용하였는가?	V2X 통신 단말기는 802.11p를 지원하는 모뎀을 적용하였다. 차량과의 데이터 교환을 위해 CAN 통신 2개 port를 지원하도록 하였다.
	교차로 교통사고 저감을 위한 다양한 연구에는 어떤 것들이 있는가?	이에 교차로 교통사고 저감을 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.2-6) BMW의 경우 좌회전 시 사고를 방지하는 교차로 충돌 방지 시스템(Intersection Anti-crash system)을 개발하였다.7)이 기술은 주로 카메라와 레이져 센서를 이용한 것으로 감지 범위에 제약을 가지고 있다. Volvo 또한 유사한 개념의 환경 센서 기반 교차로 안전 시스템을 개발하였다.8) RITA(Research and Innovation Technology Administration)에서는 차량 간 통신을 이용하여 정지 신호나 신호 위반의 경우 사고를 예방하기 위한 기능들을 개발하였다.9,10) 그러나 위치 정보의 정확성을 확보하기 위해서 고가의 고정확성 지원GPS를 적용하였기에 양산성이 부족하다고 할 수 있다.

참고문헌 (16)

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상세보기
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M. Park, H. Lee, S. Lee, Y. Kim, M. Kim, D. Kim, S. Yoo, S. Seo and K. Yi, "Development of Communication Based Collision Warning Systems," Int. Symposium on Advanced Vehicle Control, 2012.
M. Park, S. Lee, Y. Kim, M. Kim, W. Ko, J. Kim and K. Yi, "Development of Communication Based Intersection Safety Support System," ITS World Congress, 2013.
Y. Park, Y. Moon, Y. Cho and K. Kum, "Field Test for Evaluating Cooperative Intersection Signal Violation Warning System (CISVWS)," Int. J. Automotive Technology, Vol.14, No.2, pp.275-281, 2013.

상세보기
BMW, BMW Shows Intersection Anti-crash System, http://canadamotoguide.com/2011/05/18/bmw-shows-off-anti-crash-system-for-intersections, 2011.
Volvo, Intersection Support, http://www.volvocars.com/kr/top/about/news-events/pages/default.aspx?itemid185, 2012.
RITA, Cooperative Intersection Collision Avoidance System Limited to Stop Sign and Traffic Signal Violations (CICAS-V) Task 10 Final Report, 2008.
RITA, CICAS (Cooperative Intersection Collision Avoidance Systems), http://www.its.dot.gov/cicas/#sthash.Fo3RUPp7.dpuf, 2014.
J. Kim, J. Song, H. No, C. Kee, M. Yang and M. Park, Improvement of DGPS Position Accuracy Using FKP Correction Information, The Korean GNSS Society(KGS), 2013.
J. Kim, J. Song, H. No, C. Kee, M. Yang, M. Park and S. Lee, Improvement of DGPS Positioning Accuracy for Low Cost Receiver Using FKP Correction Message, International Technical Meeting(ITM), pp.292-296, 2014.
Radio Technical Commission for Maritime Services, RTCM 10402.3 Recommended Standards for Differential GNSS Service, 2001.
Radio Technical Commission for Maritime Services, RTCM Standard 10403.1, 2011.
Wikipedia, http://ko.wikipedia.org/wiki, 2014.
S. Thrun, Probabilistic Robotics, The MIT Press, Massachusetts, 2005.

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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