[논문]시각장애인의 교차로 안전횡단 지원 BLE 기반 음향신호기 개발 및 현장 적용사례

김형선; 김주완; 장인성

doi:10.9716/kits.2017.16.4.223

시각장애인의 교차로 안전횡단 지원 BLE 기반 음향신호기 개발 및 현장 적용사례
Development and Application of BLE-Based Audible Pedestrian Signal (APS) for Intersection Safety Crossing of Blind People 원문보기

한국IT서비스학회지 = Journal of Information Technology Services, v.16 no.4, 2017년, pp.223 - 234

김형선 (한국전자통신연구원 IoT연구본부) , 김주완 (한국전자통신연구원 IoT연구본부) , 장인성 (한국전자통신연구원 IoT연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

The audible pedestrian signal (APS) is an add-on device which connects to the pedestrian signaling device and informs the contents and changes of the signaling by sound. It provides walking direction information of the pedestrian crossing so that the blind people can safely cross the pedestrian crossing. In an intersection where a plurality of audible pedestrian signal (APS) are installed at an intersection crosswalk, existing audible pedestrian signal (APS) operate simultaneously in the communication radius of a wireless remote controller, which may cause confusion for the blind people and the public may complain about the noise. In this paper, we developed a BLE (Bluetooth Low Energy)-based audible pedestrian signal (APS) system capable of supporting two-way communications with a smart-phone that can cross the intersection safely and improve the walking comfort and traffic safety for the blind people. The proposed method is a method in which the BLE beacon communication based audible pedestrian signal (APS) presents active service to the blind people, and the existing audible pedestrian signal (APS) is a way of requesting the passive service by the blind people with the wireless remote control by the unidirectional communication based on 358Mhz. The developed system is installed in the crossroad of Doma-dong, Seo-gu, Daejeon, and it is tested and operated by the blind people. The satisfaction evaluation and analysis of the audible pedestrian signal (APS) for the blind people have good results and are planned to be expanded in the future.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 이러한 문제점 해소와 시각장애인에게 보행편의 및 교통안전을 향상하기 위하여 교차로를 안전하게 횡단할 수 있고, 스마트폰으로 동작할 수 있는 양방향 통신 지원 BLE 기반 음향신호기를 개발하고자 하였다(Choi et al., 2015).
본 논문에서는 이러한 문제점을 해소하기 위하여 시각장애인이 스마트폰으로 동작할 수 있고, 가고자 하는 방향의 음향신호기만 선택하여 동작시킬 수 있는 양방향 통신 지원 BLE 기반 음향신호기 시스템을 개발하였다.
본 절은 교차로 안전횡단 개선을 위한 지원기술인 BLE 기반 음향신호기 시스템에 대한 시각장애인의 사용 만족도 평가의 결과를 기술 하였다.
이러한 연구에서는 시각장애인이 음향신호기를 작동하기 위하여 별도의 단말기를 구입해야 되는 경제적 부담이 있으며, 음향신호기와 RSSI(Received Signal Strength Indication) 거리 측정 오차와 GPS 오차로 인하여 가까운 음향신호기만을 작동 하기에는 기술적인 한계점이 많아 본 연구에서는 새로운 방식을 제안한다.
개발한 BLE 기반 음향신호기 시스템은 연구개 발의 품질을 향상시키기 위하여 실제 수요자인 시각장애인이 연구개발 과정에서 시스템 요구사항을 제기하고, 피드백 및 테스트 베드에서 사용만족도 평가와 분석을 실시함으로써 실질적으로 시각장애인들에게 실효성 있게 사용할 수 있는 시스템을 개발하는데 주안점을 두었다. 이를 통해 시각장애인의 원활한 보행 환경 편의 및 교차로를 안전하게 횡단할 수 있게 하여 편리한 사회활동 환경을 기여하는데 목적이 있다.
제 2.1절의 3가지 요구사항을 기반으로 하여 개발하는 시각장애인용 BLE 기반 음향신호기는 교차로 횡단보도 보행자 신호기에 BLE 모듈을 추가로 연결하여 신호등의 내용을 음향으로 알려주는 보행자 신호기의 부가장치로 개발하고자 하였다.

제안 방법

BLE 기반 음향신호기의 송신출력을 고정 후 시험용 스마트 폰(삼성 갤럭시 노트5)과 음향신호기의 시리얼통신 터미널에 표시되는 수신정보를 확인하여 통신 거리 시험 수행하고, 대전시 서구 도마네거리 음향신호기 설치위치 8곳에 대한 진행방향에 따른 수신거리를 확인 하였다.
BLE 통신패킷에는 짧은 신호상태 데이터만 통신이 가능하므로, 음향신호기의 이름이 긴 경우는 n개 이상의 패킷으로 나눠서 차례로 송신할 수 있도록 설계하였다.
개발한 BLE 기반 음향신호기 시스템은 연구개 발의 품질을 향상시키기 위하여 실제 수요자인 시각장애인이 연구개발 과정에서 시스템 요구사항을 제기하고, 피드백 및 테스트 베드에서 사용만족도 평가와 분석을 실시함으로써 실질적으로 시각장애인들에게 실효성 있게 사용할 수 있는 시스템을 개발하는데 주안점을 두었다. 이를 통해 시각장애인의 원활한 보행 환경 편의 및 교차로를 안전하게 횡단할 수 있게 하여 편리한 사회활동 환경을 기여하는데 목적이 있다.
기존 방식은 358Mhz 기반 단방향 통신으로 시각장애인이 무선 리모콘으로 수동형 서비스를 요청하는 방식이고, 제안하는 방식은 BLE 4.0 이상 비컨 통신 기반으로 음향신호기가 능동형 서비스를 제시하는 방식이다.
내적 정보는 사용자의 진행방향(백터)과 음향신호기와 사용자간의 방향(벡터)을 기준으로 한 벡터의 내적정보를 활용하여 사용자가 진행하고 있는 방향의 음향신호기를 찾으며, 정렬방법은 아래와 같이 3개의 그룹으로 나누어 정렬 수행하였다.
통신패킷의 경우 Payload는 최대 39bytes로 정의하고, 사용자가 사용 가능한 부분은 Broadcast Data에 정의된 31Bytes에서 패킷 타입 등 사용할수 없는 오버헤드를 빼면 29Bytes 정도만 사용할 수 있다. 또한 스마트폰에서는 BLE 패킷 전송을 위하여 MS949 인코딩을 사용하고 있어, 본연구에서는 Base64 인코딩을 추가로 적용하여 사용할 수 있는 글자 수를 확보하였다(Kim et al., 2017).
또한 시각장애인 보행특성을 고려한 보행 상황 인지 기능을 추가하여 시각장애인이 교차로에서 신호를 기다리는 경우와 같이 움직임이 없는 경우 진행 방향과 위치정보가 정확하지 않을 수 있어 이를 판단하여 시각장애인에게 관련 정보를 제공한다.
본 연구에서 제안하는 BLE 통신은 단방향으로만 통신할 수 있는 것을 양방향으로 송수신할 수 있도록 통신모드를 확장하는 양방향 통신모듈과 스마트폰 앱 간의 통신패킷 설계는 [Figure 6]과 같다.
안드로이드폰/아이폰에서 제공하는 GPS 정보에 포함된 accuracy 정보를 사용하여 GPS 위치정보 정확도 향상을 위한 적중도 필터 기능을 적용하였다.
위의 사안을 고려하여 GPS 기능을 추가하여 [Figure 8]과 같이 BLE 기반 음향신호기 시스템을 개발 하였으며(Kim et al., 2017), 시각장애인 4명이 스마트폰으로 음향신호기를 자동으로 제어 동작 할 수 있는 보행신호 정보 제공 장치와 교차로 보행신호를 요청하는 단말 S/W 개발하였다.
음향신호기 정렬기준은 거리와 내적정보를 사용하고, 거리는 음향신호기와 사용자와의 거리 정보를 사용하여 정렬하였다.
제 2.1절에서 제시한 문제점과 한계점을 개선하기 위하여 본 연구에서 개발하고자 하는 시각장애 인용 BLE 기반 교차로 음향신호기는 스마트 폰으로 사용하기 위하여 3가지 사용자 요구사항을 고려하였다(Ryu and Kim, 2006).
체험평가 내용은 아이폰 6s, 아이폰 7, 갤럭시 S7, 갤럭시 노트5 스마트폰으로 BLE 모듈을 장착한 양방향 통신지원이 가능한 교차로 음향신호기에 대한 사용 체험평가를 실시하였으며, [Figure 10] 과 같이 체험평가 순서는 시각장애인이 사용하기 쉽게 디자인한 스마트폰 앱 UI 사용을 사전교육 → 실습 → 체험 → 설문지 작성 순으로 진행 하였다.

대상 데이터

운영환경 체험평가 대상자는 한국 시각장애인연 합회 주관 하에 대전광역시 거주 약시 시각장애인을 대상으로 하였다.
위의 후보지를 아래와 같은 고려사항을 적용하여 선정 하였으며 최종 선정 교차로 지역은 대전광역시청의 협조를 얻어 대전광역시 서구 도마동 네거리 교차로를 선정하여 설치하였으며, [Figure 9]는 테스트베드 운영환경 설치 그림이다.
테스트베드 운영환경 대상 교차로 선정 때 여러 지역 후보군이 있었으나 대전 빛 나눔 장애인 자립생활센터의 도움으로 시각장애인 이용시설 위치유무, 음향신호기 설치 유무, 통신환경 등을 고려하여 대전지역의 아래 4개의 후보지 선정하였다.

성능/효과

기존 음향신호기의 문제점은 무선 리모콘의 단방향 통신방식으로 인한 동시동작으로 혼란을 초래 하였으나 개발한 BLE 기반 음향신호기는 스마트폰으로 양방향 통신방식으로 원하는 음향신호기만 동작이 가능하도록 개선을 하였다.
둘째, 음향신호기용 무선 리모컨 구입 등의 추가 비용 부담과 유지 보수를 고려해야 된다. 시각 장애인에게 무선 리모컨 구입, 배터리 교체, AS 문제 등은 금전적인 부담 및 관리에 불편 사항으로 제기되고 있다.
셋째, 시각장애인들이 신규 설치된 음향신호기를 쉽게 인지할 수 있어야 된다. 일반적으로 시각 장애인들은 음향신호기의 신규 설치 정보를 쉽게 인지하기가 어렵기 때문에 음향신호기가 시각장애인에게 설치 정보를 사전에 알려주는 방법도 중요한 고려대상이다.
스마트폰 앱의 버튼 배치, 음성안내 등의 의견은 응답자의 대부분이 적절에 100% 혹은 80%이상의 적절하다는 의견을 나타내었다. 특히 버튼의 배치의 적절여부나 음성안내에 대한 항목에서는 높은 만족도를 표출 하였다.
위의 체험평가 결과에 볼 수 있듯이 참여자들은 BLE 기반 음향신호기의 교차로 안전횡단 지원기술에 대한 만족도나 사용성 평가에서 만족하는 모습을 보였다.
음향신호기의 접근 및 교통섬에 진입하는데 있어 응답자 중 4명(50%)이 어려움이 있다고 응답 하였고, 특히 익숙하지 않은 보행로의 경우 위험할 수 있다는 의견이 있었다.

후속연구

개선사항들이나 불편한 점들에 대한 개선요구를 수용하고 고쳐나간다면 시각장애인들에게 필요하고 유용한 보행지원 안전기술이 될 수 있을 것이라 기대한다.
스마트폰 앱의 UI제작에서부터 시각장애인의 사용성을 고려한 제작을 통해 시각장애인이 어플리케이션을 구동하고 이용하는데 어려움이 없도록 사용 환경을 구성하였기 때문이다. 또한 스마트폰을 통한 음향신호기 및 횡단보도의 위치확인이나 경로를 설정하여 목적지의 안내를 받을 수 있다는 점에서 시각장애인의 독립보행에 양질의 서비스를 제공할수 있을 것으로 보인다.
또한 시각장애인용 BLE 기반 교차로 음향신호기에 대한 테스트베드 운영환경 체험평가와 분석을 한 결과 시각장애인의 만족도가 높고 좋은 결과를 얻어서 차후 확대 운영할 계획에 있다.
자동경로 생성 시 직관적인 절차에 대한 의견에서 ‘부적절‘ 의견이 3명(37.5%) 있었으며 자동경로를 생성하는 순서와 절차에 대한 이해도는 ‘적절’ 이 8명(100%)을 나타내고 있으나 경로를 입력하는 과정의 직관성 결여를 보완하기 위해 추가 안내 멘트나 버튼이 필요할 것으로 보인다.
통합방법은 음성 길안내 시스템의 인터페이스를 파악하여 이미 후속 연구과제로 진행하고 있는 시각장애인이 사용하고 있는 흰 지팡이에 BLE 모듈을 탑재하여 스마트 폰과 흰 지팡이와의 통신, 흰지팡이와 음향신호기와의 통신을 추가하여 개발하고 있다. 통합이 완료되면 시각장애인의 일반도로 보행과 교차로 횡단 보행 시 획기적인 도움이 될것으로 기대된다.
향후 시각장애인 체험평가 결과의견을 반영하여 기능을 개선하고 시범운영을 확대 실시하여 개발 기술의 실효성을 확보함으로써 점차적으로 상용화와 지방자치단체에 확대보급 할 수 있을 것이며, 시각장애인의 교차로 안전횡단 개선에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 시각장애인을 위하여 교차로 횡단보도에 설치된 음향신호기는 어떤 방식인가?	기존의 시각장애인을 위하여 교차로 횡단보도에 설치된 음향신호기는 무선 리모컨으로 작동하는 방식이다. 이 방식은 교차로에 설치된 다수 음향신호기가 통신 반경 거리에 있어 모두 동시에 작동 하고 일반인에게는 소음 때문에 민원을 제기하는 문제점이 있다.
	시각장애인의 스마트폰 UI 설계에 어떤 기능을 사용하는가?	시각장애인은 화면 내용을 보기 어렵거나 잘 보이지 않기 때문에 시각장애인의 스마트폰 UI를 설계할 때 스마트폰의 TalkBack(안드로이드폰), Voice Over(아이폰)라는 기능을 설정하여 화면내용과 메뉴를 터치하면 음성으로 알려주는 기능을 사용하고 있다.

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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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