자동차 운전면허 시험에서 객관적인 평가가 중요하다. 특히 도로 주행시험은 실제 도로에서 운전능력, 규칙준수, 상황판단능력 등을 종합적으로 시험하는 것이다. 이를 위하여 본 논문에서는 GPS와 센서 데이터 및 기기조작 정보를 활용하여 운전면허 시험의 자동채점시스템을 제안한다. 자동채점 시스템은 차량탑재장치, 채점용단말, 데이터 제어장치, 데이터 저장 및 처리를 위한 서버로 구성되어 있다. 차량탑재장치는 차량에 설치된 센서 데이터를 수집한다. 채점 단말은 차량탑재장치로부터 받은 데이터를 활용하여 기준에 따라 자동채점 한다. 또한 이동 중에 GPS 오차로 인하여 차량이 도로를 벗어나 표현되므로 지도매칭 기법과 경로이탈 및 복귀 알고리즘을 적용하였다. 이 시스템은 기존 시험 채점 방식과 달리 자동 채점이 가능하며, 시험 결과에서 정확한 차량위치 표시와 GPS 음영지역을 벗어났을 때 10초 이내로 경로 복귀를 하였다. 이 시스템은 도로 주행 교육에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
자동차 운전면허 시험에서 객관적인 평가가 중요하다. 특히 도로 주행시험은 실제 도로에서 운전능력, 규칙준수, 상황판단능력 등을 종합적으로 시험하는 것이다. 이를 위하여 본 논문에서는 GPS와 센서 데이터 및 기기조작 정보를 활용하여 운전면허 시험의 자동채점시스템을 제안한다. 자동채점 시스템은 차량탑재장치, 채점용단말, 데이터 제어장치, 데이터 저장 및 처리를 위한 서버로 구성되어 있다. 차량탑재장치는 차량에 설치된 센서 데이터를 수집한다. 채점 단말은 차량탑재장치로부터 받은 데이터를 활용하여 기준에 따라 자동채점 한다. 또한 이동 중에 GPS 오차로 인하여 차량이 도로를 벗어나 표현되므로 지도매칭 기법과 경로이탈 및 복귀 알고리즘을 적용하였다. 이 시스템은 기존 시험 채점 방식과 달리 자동 채점이 가능하며, 시험 결과에서 정확한 차량위치 표시와 GPS 음영지역을 벗어났을 때 10초 이내로 경로 복귀를 하였다. 이 시스템은 도로 주행 교육에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
It is important to estimate objectively in the driving test. Especially, the driving test is examined by totally driving ability, rule observation and situational judgement. For this, a grading automation system for driving test was presented by using GPS, sensor data and equipment operation informa...
It is important to estimate objectively in the driving test. Especially, the driving test is examined by totally driving ability, rule observation and situational judgement. For this, a grading automation system for driving test was presented by using GPS, sensor data and equipment operation informations. This system is composed of vehicle mounted module, automatic grading terminal, data controller, data storage and processing server. The vehicle mounted module gathters sensor data in the car. The terminal performs automatic grading using the received sensor data according the driving test criterion. To overcome the misposition of vehicle in the map due to GPS error, we proposed the automatic grading system by map matching method, path deviation and return algorithm. In the experimental results, it was possible to grade automatically, display the right position of the car, and return to the right path under 10 seconds when the vehicle was out of the shadow region of the GPS. This system can be also applied to the driving education.
It is important to estimate objectively in the driving test. Especially, the driving test is examined by totally driving ability, rule observation and situational judgement. For this, a grading automation system for driving test was presented by using GPS, sensor data and equipment operation informations. This system is composed of vehicle mounted module, automatic grading terminal, data controller, data storage and processing server. The vehicle mounted module gathters sensor data in the car. The terminal performs automatic grading using the received sensor data according the driving test criterion. To overcome the misposition of vehicle in the map due to GPS error, we proposed the automatic grading system by map matching method, path deviation and return algorithm. In the experimental results, it was possible to grade automatically, display the right position of the car, and return to the right path under 10 seconds when the vehicle was out of the shadow region of the GPS. This system can be also applied to the driving education.
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문제 정의
따라서, 본 논문에서는 GPS와 각종 센서를 이용하여, 공정하고 정확한 기준에 의한 운전면허시험의 자동채점 시스템을 구현 방안을 제시하였다. 더 나아가, 그 구현에 따른 동작 시험과 성능 테스트를 실시하였다.
, 2016; Assam and Seidl, 2013). 본 논문에서 GPS오차를 극복할 수 있는 알고리즘을 제안하여 도로 주행 시험에서 정상적인 안내가 될 수 있도록 한다. 본 논문에 적용된 지도 매칭 알고리즘은 GPS좌표가 수신되면 해쉬함수를 이용하여 GPS좌표가 포함된 지도(메쉬)를 읽어온다.
본 논문에서는 도로 주행 시험의 공정하고 객관적인 평가를 위하여 현장 조사와 도로 주행 시험의 절차를 분석하고 이 절차에 따라 과제의 항목을 도로 주행 시험에서 센서를 활용하여 자동으로 채점하는 시스템을 개발한다. 이 시스템은 차량탑재장치, 채점용 단말, 데이터 처리 서버로 구성되며 차량탑재장치는 데이터 센싱, 통신, GPS 연동 기능이 있고, 단말에는 채점 프로그램을 개발하여 탑재하였으며, 서버에서 전달된 데이터를 저장하고 처리한다.
제안 방법
32bit CPU를 사용하여 설계를 하였고 DRAM 인터페이스가 갖추어진 CPU를 사용하여 SRAM에 비해 상대적으로 저렴하면서 대용량의 메모리인 DRAM를 사용하여 메모리 용량을 확보하였으며, 추후 확장성까지 고려를 하였다.
차량탑재장치는 운전자가 시동을 꺼뜨렸을 때도 동작을 하면서 시동상태를 감지해야 하고 시동을 걸때 전압이 강하되더라도 재부팅이 되어서는 안된다. 그래서 상당히 넓은 입력전압 범위에서 동작을 하여야 하므로 3.5V에서 36V까지의 폭넓은 입력전압을 가지고 있고 효율이 높으며 높은 전류 출력을 생성할 수 있는 DC/DC Controller를 사용하여 8 ~ 36V까지의 입력 범위를 가지며 5V 3A출력을 가지는 회로를 설계하여 구현하였다(Rashid, 2011).
차량탑재장치가 다양한 센서들과 통신을 하여야 하고 추후 확장성을 고려하여 구현하였다. 그리고 차량의 OBD(on board diagnostics)-II단자를 통해 차량의 각종기기 및 센서 상태를 받기위해 CAN통신 포트를 추가하였다(David and Ruben, 2002). OBD-II는 차량의 각종 센서와 ECU간 통신을 위해 표준화된 Protocol로 현재는 거의 모든 차량이 OBD-II를 지원한다.
따라서, 본 논문에서는 GPS와 각종 센서를 이용하여, 공정하고 정확한 기준에 의한 운전면허시험의 자동채점 시스템을 구현 방안을 제시하였다. 더 나아가, 그 구현에 따른 동작 시험과 성능 테스트를 실시하였다. 제안한 시스템에서 차량의 각종 센서를 인터페이스하여 운전자의 차량 기기조작 상태를 파악하고, 차량의 기기상태와 차량의 주행상태를 조합하여 차량의 운행 상태 파악하여 자동채점이 가능하도록 설계 및 구현되었다.
도로 주행 시험의 과제 항목의 채점을 위하여 차량에 탑재되어 있는 각종 센터로부터 데이터를 수집할 수 있는 인터페이스를 설계하고 채점 결과를 전달할 수 있는 통신기능, GPS 연동기능 등을 설계한다. 이 장치는 차량의 실시간 속도, RPM 및 각종 기기조작 정보(방향지시등, 풋브레이크, 핸드브레이크, 기어, 클러치, 차문, 안전벨트, 시동, 엑셀러레이터 등)와 인터페이스 되어 블루투스 통신을 통해 실시간으로 태블릿PC로 전송하며, 차량탑재장치에서 연산처리를 하여 전송하여야 하는 일부 항목에 대해서는 차량탑재장치에서 연산을 하여 결과를 태블릿PC로 전송을 한다.
본 논문에서 GPS오차를 극복할 수 있는 알고리즘을 제안하여 도로 주행 시험에서 정상적인 안내가 될 수 있도록 한다. 본 논문에 적용된 지도 매칭 알고리즘은 GPS좌표가 수신되면 해쉬함수를 이용하여 GPS좌표가 포함된 지도(메쉬)를 읽어온다. 지도 내에서 GPS좌표에 가까운 폴리라인(ployline)을 선택한다.
본 논문에서 제안하는 시스템은 데이터 센싱, 통신기능, GPS 연동기능이 있는 차량탑재장치와 시험, 연습, 조회, 채점, 설정이 가능한 단말, 도로 주행 시험에서 생성되는 데이터와 처리를 위한 서버로 구성되어 있다. 본 자동채점시스템 구현과 실험을 위한 구성요소에 대한 설계 내용은 다음과 같이 요약할 수 있다.
채점 프로그램의 주요기능은 시험장별로 지정된 다수의 시험경로에 대한 경로정보를 가지고 그중 1개의 경로를 선택하여 시험을 진행하며 시험 진행 중 실시간 GPS 데이터와 지정된 경로데이터의 비교를 통해 경로 안내 및 경로이탈 여부를 체크하고 차량탑재장치와 연동하여 차량기기조작 및 각종 센서의 상태를 받아 자동채점을 수행한다. 수동채점 항목에 대해서도 사용자 인터페이스를 통해 실시간 수동채점이 가능하도록 설계 하였다(Jarrett and Su, 2009). 기본적인 기능과 설계 요구사항은 다음과 같다.
시험 항목에는 차문, 기어, 주차브레이크, 자세불안정, 급조작, 급출발, 엔진정지, 미신호, 신호계속, 미출발, 미시동, 속도, 탄력주행, 미제동, 평행주차, 급브레이크, 지정속도 위반 등의 항목에 대하여 4가지 채점 방법으로 도로 시험 주행 시 자동 채점하여 합격 여부의 결과를 얻는다.
그러므로 본 논문에서 제안하는 자동채점 시스템의 경우는 자동채점 기준을 명확하게 해야 한다. 이 시스템에서는 차량의 기기 조작 정보와 각종 센서 정보를 조합하여 자동채점을 기준을 결정하였다. 또한 도로 주행 시험에서는 시험 경로 안내를 음성과 방향 표시로 해야 하므로 시험에서 이동시 GPS 에러로 인한 맵 매칭이 필요하다 (Quddus et al.
본 논문에서는 도로 주행 시험의 공정하고 객관적인 평가를 위하여 현장 조사와 도로 주행 시험의 절차를 분석하고 이 절차에 따라 과제의 항목을 도로 주행 시험에서 센서를 활용하여 자동으로 채점하는 시스템을 개발한다. 이 시스템은 차량탑재장치, 채점용 단말, 데이터 처리 서버로 구성되며 차량탑재장치는 데이터 센싱, 통신, GPS 연동 기능이 있고, 단말에는 채점 프로그램을 개발하여 탑재하였으며, 서버에서 전달된 데이터를 저장하고 처리한다. 제안 시스템에서는 차량의 각종 센서로부터 정보를 얻어 차량 내 단말기로 데이터를 전달하며, 특히 차량의 경로 정보 입력과 이동 중에 GPS 오차로 인해 지도에 차량이 도로에서 벗어나 표현되는 것을 해결하는 지도 매칭 기법과 경로이탈 및 복귀 알고리즘을 활용하여, 자동 채점 시스템을 제안하였다.
이 시스템은 차량탑재장치, 채점용 단말, 데이터 처리 서버로 구성되며 차량탑재장치는 데이터 센싱, 통신, GPS 연동 기능이 있고, 단말에는 채점 프로그램을 개발하여 탑재하였으며, 서버에서 전달된 데이터를 저장하고 처리한다. 제안 시스템에서는 차량의 각종 센서로부터 정보를 얻어 차량 내 단말기로 데이터를 전달하며, 특히 차량의 경로 정보 입력과 이동 중에 GPS 오차로 인해 지도에 차량이 도로에서 벗어나 표현되는 것을 해결하는 지도 매칭 기법과 경로이탈 및 복귀 알고리즘을 활용하여, 자동 채점 시스템을 제안하였다.
더 나아가, 그 구현에 따른 동작 시험과 성능 테스트를 실시하였다. 제안한 시스템에서 차량의 각종 센서를 인터페이스하여 운전자의 차량 기기조작 상태를 파악하고, 차량의 기기상태와 차량의 주행상태를 조합하여 차량의 운행 상태 파악하여 자동채점이 가능하도록 설계 및 구현되었다.
차량 기기 조작에 대한 데이터와 센서값을 활용하고 각 시험항목에 대하여 채점 방법을 센서값 자동처리, 센서값 상태메시지 표출, 상태메시지 표출, 시험관 입력 후 상태메시지 표출 4가지로 정리하였다. 각 시험항목이 자동 채점될 수 있게 하였다.
MCU 자체가 가지고 있는 2개의 통신포트 외에 DUART(dual universal asynchorous receive/transmitter) 통신칩 2개를 사용하여 4개의 통신포트를 구성하였다(Wirth, 1995). 차량탑재장치가 다양한 센서들과 통신을 하여야 하고 추후 확장성을 고려하여 구현하였다. 그리고 차량의 OBD(on board diagnostics)-II단자를 통해 차량의 각종기기 및 센서 상태를 받기위해 CAN통신 포트를 추가하였다(David and Ruben, 2002).
채점 프로그램의 주요기능은 시험장별로 지정된 다수의 시험경로에 대한 경로정보를 가지고 그중 1개의 경로를 선택하여 시험을 진행하며 시험 진행 중 실시간 GPS 데이터와 지정된 경로데이터의 비교를 통해 경로 안내 및 경로이탈 여부를 체크하고 차량탑재장치와 연동하여 차량기기조작 및 각종 센서의 상태를 받아 자동채점을 수행한다. 수동채점 항목에 대해서도 사용자 인터페이스를 통해 실시간 수동채점이 가능하도록 설계 하였다(Jarrett and Su, 2009).
채점용 단말의 주요기능은 시험 진행 중 실시간 GPS 데이터와 지정된 경로데이터의 비교를 통해 경로 안내 및 경로이탈 여부를 점검하고 차량탑재장치와 연동하여 차량기기조작 및 각종센서의 상태를 받아 자동채점을 수행한다.
대상 데이터
MCU 자체가 가지고 있는 2개의 통신포트 외에 DUART(dual universal asynchorous receive/transmitter) 통신칩 2개를 사용하여 4개의 통신포트를 구성하였다(Wirth, 1995). 차량탑재장치가 다양한 센서들과 통신을 하여야 하고 추후 확장성을 고려하여 구현하였다.
본 논문에 적용된 지도 매칭 알고리즘은 GPS좌표가 수신되면 해쉬함수를 이용하여 GPS좌표가 포함된 지도(메쉬)를 읽어온다. 지도 내에서 GPS좌표에 가까운 폴리라인(ployline)을 선택한다. 도로에서의 기본 단위는 노드(node)와 노드를 연결하는 링크(link)이며, 여러 개의 링크가 연결되어 폴리라인을 이루게 되는데 폴리라인은 주로 교차로나 신호등, 유턴지점에서 새로운 폴리라인으로 연결되게 된다.
2]과 같다(Kim, 2017). 통제실 컴퓨터는 경찰청 주전산기에서 응시 자료를 받아 차량 별로 자료를 분류하여 차량의 Mobile Device(Tablet PC)에 무선으로 전송을 하며 채점 결과를 받아 분석 및 각종 보고서를 생성한다.
데이터처리
센서 데이터와 기기조작 데이터를 활용하여 도로 주행 시험 테스트를 하였으며, [Fig. 7]에 채점 결과를 나타내었다. 항목별 점검, 감점 내역, 운행 기록에 대한 정보가 있으며, 시험 최종 결과도 볼 수 있다.
이론/모형
선택된 링크들에 한하여 GPS좌표에서 링크까지의 거리를 [Fig. 1]과 같이 정사영(orthogonal projection) 방법을 이용하여 구한다. 정사영 방법은 노드 a의 위치를 (x1,y1), 노드 b의 위치를 (x2, y2)라고 하면 GPS 좌표 G의 링크 AB상을 주행할 때 GPS 좌표에서 링크까지 거리 h는 식(1)과 같으며 링크까지의 거리 h의 값이 GPS 오차 내에 있으면 차량이 위치할 수 있는 도로가 된다.
저장 경로와 실제 운행경로의 비교를 통해 테스트를 하고, GPS오차로 인한 오류를 개선하기 위해 맵 매칭 기법을 적용하였다. 또한, 이동 중에 경로이탈 및 복귀 알고리즘을 통한 자동 채점 시스템 구현하여 실제 동작 시험을 한 결과, 자동채점 시스템이 안정적으로 실제 기능을 수행하는 것을 확인하였다.
성능/효과
저장 경로와 실제 운행경로의 비교를 통해 테스트를 하고, GPS오차로 인한 오류를 개선하기 위해 맵 매칭 기법을 적용하였다. 또한, 이동 중에 경로이탈 및 복귀 알고리즘을 통한 자동 채점 시스템 구현하여 실제 동작 시험을 한 결과, 자동채점 시스템이 안정적으로 실제 기능을 수행하는 것을 확인하였다. 이 시스템은 기존 시험 채점 방식과 달리 자동 채점이 가능하며, 시험 결과에서 차량 위치 값이 정확히 표시되었고, GPS 음영지역에서 벗어났을 때, 안정적인 경로안내와 프로그램의 실행을 확인한 결과 10초 이내로 경로 복귀를 하였음을 관찰할 수 있었다.
또한, 이동 중에 경로이탈 및 복귀 알고리즘을 통한 자동 채점 시스템 구현하여 실제 동작 시험을 한 결과, 자동채점 시스템이 안정적으로 실제 기능을 수행하는 것을 확인하였다. 이 시스템은 기존 시험 채점 방식과 달리 자동 채점이 가능하며, 시험 결과에서 차량 위치 값이 정확히 표시되었고, GPS 음영지역에서 벗어났을 때, 안정적인 경로안내와 프로그램의 실행을 확인한 결과 10초 이내로 경로 복귀를 하였음을 관찰할 수 있었다. 따라서, 본 연구결과의 이 시스템은 공정하고 객관적인 도로주행 시험 테스트 뿐만 아니라 도로 주행 교육에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
후속연구
이 시스템은 기존 시험 채점 방식과 달리 자동 채점이 가능하며, 시험 결과에서 차량 위치 값이 정확히 표시되었고, GPS 음영지역에서 벗어났을 때, 안정적인 경로안내와 프로그램의 실행을 확인한 결과 10초 이내로 경로 복귀를 하였음을 관찰할 수 있었다. 따라서, 본 연구결과의 이 시스템은 공정하고 객관적인 도로주행 시험 테스트 뿐만 아니라 도로 주행 교육에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
채점용 단말의 주요기능은 무엇인가?
채점용 단말의 주요기능은 시험 진행 중 실시간 GPS 데이터와 지정된 경로데이터의 비교를 통해 경로 안내 및 경로이탈 여부를 점검하고 차량탑재장치와 연동하여 차량기기조작 및 각종센서의 상태를 받아 자동채점을 수행한다.
우리나라의 자동차 운전면허의 취득 과정은 어떻게 되는가?
8%가량에 해당하며, 통계 수치에서 보듯이 자동차 운전면허는 예전과 달리 보편화가 된 상황이다. 도로교통공단(The Road Traffic Authority)에 의하면, 우리나라의 자동차 운전면허는 “국가운전면허시험장”과 “자동차 운전 전문학원”을 통하여 취득이 가능하며, ‘적성검사→교통안전교육→학과시험→기능교육→기능시험→연습면허취득→도로주행교육→도로주행시험’의 과정을 거치도록 되어 있다. The Road Traffic Authority(Driver's License Service, On-Road Exam)와 Bag(2009) 및 Gwon(2008)에 의하면, 현재 도로 주행 시험의 시험 과제는 출발 전 준비, 운전자세, 출발, 가속 및 속도 유지, 제동 및 정지, 조향, 차체 감각, 통행구분, 교차로 통행, 주행 종료이며, 과제별 세부 항목이 있으며, 이 항목에 대하여 감점 기준이 정해져 있다.
자동차 운전 면허 자동채점 시스템의 차량탑재장치는 어떻게 설계되어야 하는가?
도로 주행 시험의 과제 항목의 채점을 위하여 차량에 탑재되어 있는 각종 센터로부터 데이터를 수집할 수 있는 인터페이스를 설계하고 채점 결과를 전달할 수 있는 통신기능, GPS 연동기능 등을 설계한다. 이 장치는 차량의 실시간 속도, RPM 및 각종 기기조작 정보(방향지시등, 풋브레이크, 핸드브레이크, 기어, 클러치, 차문, 안전벨트, 시동, 엑셀러레이터 등)와 인터페이스 되어 블루투스 통신을 통해 실시간으로 태블릿PC로 전송하며, 차량탑재장치에서 연산처리를 하여 전송하여야 하는 일부 항목에 대해서는 차량탑재장치에서 연산을 하여 결과를 태블릿PC로 전송을 한다.
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