[논문]협력적 지능형교통시스템(C-ITS)을 위한 지능형 속력관리 기술 동향

정한유

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정보과학회지 = Communications of the Korean Institute of Information Scientists and Engineers, v.32 no.6, 2014년, pp.42 - 50

정한유 (부산대학교)

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문제 정의

처 리하여 응용 분야에 적합한 서비스 인터페이스를 제공하는 기술로 스마트 자동차, 지능형 물류, 에너지, 스마트 홈, 헬스케어, 산업 자동화, 스마트 그리드, 스마트 빌딩 등의 광범위한 응용분야를 가지고 있다. 본 연구에서는 스마트 자동차 분야에서 운전자의 주행 안전성과 도로교통의 효율성, 그리고 다양한 인포테인먼트 서비스를 제공하기 위한 자동차 Vehicle-to-Everything (V2X) 통신 기반의 협력적 지능형 교통 시스템(Cooperative-ITS: C-ITS) 기술을 살펴본다.
본 연구에서는 차세대 C-ITS에서 도로의 구조 및 특징 주변 자동차들의 주행상태, 날씨 가시성(Visibility), 교통신호상태 등의 다양한 도로교통 상황정보를 V2X 통신을 통해 지역적으로 공유하고, 이를 기반으로 운전자에게 적절한 주행속력 정보를 제공하는 지능형 속력 관리 (Intelligent Speed Mangement: ISM) 기술의 동향을 소개한다. ISM 기술은 1) 주행 속력의 지속적인 모니터링을 통해 자동차의 속력이 최대속력을 초과하지 않도록 운전자를 경고하거나 스로틀 밸브의 제어에 직접 관여하는 지능형 속력 적응(Intelligent Speed Adaptation: ISA) 기술과 2) 다음 교차로의 교통 신호상태와 잔여시간, 그리고 현재 속력을 기반으로 연료의 소모를 최소화하면서 녹색신호에서 교차로를 통과하기 위한 최적 속력을 조언하는 녹색신호 최적화 속력조언(Green Light Optimal Speed Advisoiy: GLOSA) 기술로 나눌 수 있다.
ISM 기술은 1) 주행 속력의 지속적인 모니터링을 통해 자동차의 속력이 최대속력을 초과하지 않도록 운전자를 경고하거나 스로틀 밸브의 제어에 직접 관여하는 지능형 속력 적응(Intelligent Speed Adaptation: ISA) 기술과 2) 다음 교차로의 교통 신호상태와 잔여시간, 그리고 현재 속력을 기반으로 연료의 소모를 최소화하면서 녹색신호에서 교차로를 통과하기 위한 최적 속력을 조언하는 녹색신호 최적화 속력조언(Green Light Optimal Speed Advisoiy: GLOSA) 기술로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 지능형 속력 관리 기술의 핵심 요소기술들을 살펴보고 최신기술 동향에 대해 소개한다.
본 연구에서는 안드로이드 스마트폰과 WAVE 기반 V2X 통신을 결합하는 사이버 물리 교차로 시스템 (Cyber-Physical Intersection System: CPIS)의 시작품을 기반으로 GLOSA 기능을 제공하기 위한 속도조언 알고리듬을 소개한다[18].
본 논문은 운전자의 안전성과 도로교통의 효율성을 향상하기 위한 C-ITS의 주요 기능 중 하나인 지능형 속력 관리(ISM) 기술의 핵심 요소기술들을 소개하고 세부 기술들인 지능형 속력 적응(ISA) 기술과 녹색 신호 최적회- 속력조언(GLOSA) 기술의 동향을 제시하였다. ISA 기술이 최대속력제한을 만족하는 영역을 제공하는 반면 GLOSA 기술은 교차로 대기시간을 최소화하기 위한 속력을 제공하므로 이들을 통합하는 프레임워크를 제시하면 보다 향상된 지능형 속도 관리 기능을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

제안 방법

[2], 사물 인터넷은 사물에 부착된 다양한 센서들이 생성하는 정보를 유.무선 네트워크를 통해 수집하고, 이를 분석 . 처 리하여 응용 분야에 적합한 서비스 인터페이스를 제공하는 기술로 스마트 자동차, 지능형 물류, 에너지, 스마트 홈, 헬스케어, 산업 자동화, 스마트 그리드, 스마트 빌딩 등의 광범위한 응용분야를 가지고 있다.
그림에서 도로구간을 이동하는 자동차들은 주기적으로 자신의 이동상태 정보(위도, 경도, 진행방향, 속도, 등)를 주기적으로 생성한다. 교차로 주변에서 V2V 통신 또는 V2I 통신을 통해 자동차들의 이동상태 정보와 교통신호상태 정보를 수집한다. 수집된 정보들 도로구간에 진입하는 자동차에게 V2X 통신을 통해 다중홉 중계되고, 최종적으로 이 자동차는 수신된 정보를 기반으로 지능형 속력관리 서비스를 운전자에게 제공한다.
위의 절차를 통해 수집한 이동상태 및 교통 신호 상태 정보를 자동차 V2X 통신 기반 다중 홉 중계를 통해 수집하여 도로구간의 이동 특징을 추출한다. 정보 중계의 주체에 따라 아래와 같은 V2X 통신 기술들을 사용한다.

성능/효과

유.무선통신 기술을 활용하여 인터넷에 연결할 수 있는 (인간 중심의) 유비쿼터스 네트워킹을 실현하였다 구체적으로 인터넷 도입 초기의 인터넷 가입자 망 병목현상은 xDSL, Cable TV 망, FTTH 등의 다양한 고속 가입자망 기술의 발전을 통해 해결하였고, 이후 무선 데이터 서비스에 대한 수요는 Wi-Fi와 2G/3G 이동통신망의 발전을 통해 충족되었다. 디지털 혁명을 통해 동영상, 사진, 음성 등의 다양한 컨텐츠들을 디지털 정보로 표현함에 따라 3G/4G, Wi-Fi, 블루투스, NFC 등의 다양한 무선통신 기술을 통해 이동 중인 사용자들에게 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있는 스마트폰이 등장하였다.
있다. [2], 사물 인터넷은 사물에 부착된 다양한 센서들이 생성하는 정보를 유.무선 네트워크를 통해 수집하고, 이를 분석 .
가상현실 기반 시뮬레이터를 사용하여 각 운전자들이 시뮬레이션 운전을 수행하고 이후 설문조사를 통해 운전자의 운전 특성을 고려하는 AVSAS가 기존의 지능형 속력적응 방식에 비해 수용성 (Acceptance) 과 속력감소 효과 측면에서 우수한 결과를 나타냄을 보였다.
이러한 제한으로 인해 운전자는 교차로에서 정지한 후 주행하는 Stop-and-Go (SaG) 방식의 운전을 하게 되는데, 이는 다음의 두 가지 문제를 발생시킨다. 첫 째, SaG 운전은 교차로 접근 이전에 엔진 연소를 통해 제공한 관성 에너지가 제동 과정을 통해 모두 버려지게 되어 연료 효율성을 낮춘다. 둘 째, SaG 방식의 운전은 정지 상태에서 재출발하게 되므로 교차로의 교통 수율을 크게 저하시키고 일정주행 속도에 이를 때까지 가속하기 위한 별도의 연료소모가 필요하다.

후속연구

그림 6은 특정 도로 구간에서 실제 자동차 속력 프로파일들과 클러스터링 기법 적용 후의 속력 패턴을 나타낸다. 속력 프로파일 정보의 클러스터링 기법은 지능형 속력 적응 기능 제공을 위한 핵심 기술로 향후 다양한 연구가 진행될 것으로 기대된다.
첫 째, SaG 운전은 교차로 접근 이전에 엔진 연소를 통해 제공한 관성 에너지가 제동 과정을 통해 모두 버려지게 되어 연료 효율성을 낮춘다. 둘 째, SaG 방식의 운전은 정지 상태에서 재출발하게 되므로 교차로의 교통 수율을 크게 저하시키고 일정주행 속도에 이를 때까지 가속하기 위한 별도의 연료소모가 필요하다.
ISA 기술이 최대속력제한을 만족하는 영역을 제공하는 반면 GLOSA 기술은 교차로 대기시간을 최소화하기 위한 속력을 제공하므로 이들을 통합하는 프레임워크를 제시하면 보다 향상된 지능형 속도 관리 기능을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (18)

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상세보기
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정한유, 수라마다 토미 앗히야사, 응웬 탄 위, 응웬 호아 흥, "사이버 물리 교차로 시스템에서 녹색신호 최적화 속도 조언의 설계 및 구현," 한국통신학회논문지 심사중, online available at http://home.pusan.ac.kr/-hyjeong/CPIS_2.pdf.

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