[논문]보행 시 인간 장애물의 동적·정적 상태에 따른 충돌회피전략

Lee, Yeon-Jong; Kim, Joo-Nyeon

doi:10.5103/kjsb.2019.29.2.97

보행 시 인간 장애물의 동적·정적 상태에 따른 충돌회피전략
Strategies of Collision Avoidance with Moving and Stationary Human Obstacles during Walking 원문보기

한국운동역학회지 = Korean journal of sport biomechanics, v.29 no.2, 2019년, pp.97 - 104

Lee, Yeon-Jong (Department of Sport and Leisure, Semyung University) , Kim, Joo-Nyeon (Department of Sport and Leisure, Semyung University)

Abstract ▼ AI-Helper

Objective: The aim of this study was to investigate the strategies for avoiding moving and stationary walker using body segments during walking. Method: Ten healthy young adults (10 males, age: $24.40{\pm}0.49yrs$, height: $175.80{\pm}5.22cm$, body mass: $70.30{\pm}5.22kg$) participated in this study. Each participant was asked to perform a task to avoid collisions with another walker who was moving or stationary during walking on the 10 m walkway. Both walkers were performed at natural self-selected walking speed. Results: Medio-lateral avoidance displacement of the trunk and the pelvis were significantly increased when avoiding a stationary walker (p<.05). There were no significant differences in medio-lateral center of mass trajectory. Rotation angle of trunk, pelvis and foot on the vertical axis were significantly increased when avoiding a stationary walker (p<.05). Conclusion: Based on our results, when another walker moves continuously, the walker recognizes another walker as the object of social interaction and performs the avoidance strategies while expecting the cooperative distance. On the other hand, when another walker is stopped, it is determined that the walker has an obligation to avoid, and the walker performs a relatively safer avoidance strategy.

주제어

표/그림 (5)

그림 Figure 1. Walking path (blue-line) and whole-body movement (skeletal figure) between obstacle avoidance (A) and obstacle circumvention (B)
그림 Figure 2. Definitions of medio-lateral avoidance displacements, medio-lateral COM trajectories and rotation angles on vertical axis of trunk, pelvis and foot
표 Table 1. Summary information for the participants
그림 Figure 3. Mean ± standard deviation of the medio-lateral avoidance displacement (A), the medio-lateral COM trajectory (B), and the rotation angle on the vertical axis of trunk, pelvis and foot (C) during walking and avoiding from moving or stationary walker. The * symbol indicates a significant difference between avoidance strategies from moving and stationary walker.
표 Table 2. Mean ± standard deviations of the avoidance strategies and the paired t-test results

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 보행자(피험자)가 움직이는 상대 보행자(동적 장애물)와 멈춰있는 상대 보행자(정적 장애물)와의 충돌을 방지하기 위한 전략의 변화에 대한 운동학적 분석을 실시하기 위해 10 m의 보행로에서 보행을 실시하였다. 운동학적 분석을 실시하기 위해 6대의 적외선 카메라(Vicon, UK)를 두 보행자가 만나 충돌방지 전략이 이뤄지는 구간에 설치하였고, 이때 촬영 속도(sampling rates)는 200 Hz로 설정하여 Nexus 1.
본 연구에서는 상대 보행자가 정적 또는 동적 장애물로 나타날 경우 충돌을 피하기 위한 보행자의 회피전략에 대한 운동학적 비교분석을 실시하였다. 이를 위해 건강한 성인 10명이 실험에 참여하였으며, 10 m의 보행로에서 적외선카메라를 이용하여 운동학적 분석을 실시하였다.
본 연구의 목적은 보행 시 상대 보행자의 정적·동적 상태에 따른 충돌방지 전략의 변화를 조사하기 위해 인체분절의 운동학적 분석을 실시하는 것이다.

제안 방법

각 분절의 3차원 각도는 standing trial에서 획득한 각 분절의 3차원 위치자료를 기반으로 분절중심점에 단위벡터를 위치시켜 Joint Coordinate System을 설정하고, Cardan Xyz rotation sequence (x: medial-lateral, y: antero-posterior, z: vertical)를 사용하여 계산하였다(Cole, Nigg, Ronsky, & Yeadon, 1993).
각 피험자가 동작 수행 시 부착한 마커의 3차원 데이터는 Visual3D (C-motion, USA)를 이용해 처리하였다. 수집된 마커의 위치데이터는 non-linear transformation (NLT) 방식을 사용하여 각 카메라에서 측정된 마커의 위치좌표를 3차원 좌표값으로 변환한 후, Butterworth 2nd order low-pass filter를 사용해 노이즈를 제거하였고, 이때 차단주파수는 6 Hz로 설정하였다.
또한 보행자가 충돌방지 전략을 수행함에 있어, 경로선택 및 충돌방지 전략(우회 또는 회피)을 선택할 수 있도록, 상대 보행자의 이동축(locomotion axis)을 보행자의 왼쪽 15 cm로 설정하였다(Hackney, Van Ruymbeke, Bryden, & Cinelli, 2014). 모든 피험자는 각 충돌조건에 따라 각각 3회의 보행을 선호속도로 실시하였다.
5 (Vicon, UK) 프로그램을 이용해 통제하였다. 보행자의 몸통, 골반 및 왼쪽(충돌측) 발 분절을 모델링하기 위해 자체제작한 반사마커 38개를 각 분절 및 관절점에 부착하였다. 상대 보행자는 보행자와 일정 거리에서 멈춰서서 정적 장애물 역할을 수행하거나, 멈추는 동작 없이 목표지점으로 걸어가서 동적 장애물 역할을 수행하였다.
각 분절의 3차원 각도는 standing trial에서 획득한 각 분절의 3차원 위치자료를 기반으로 분절중심점에 단위벡터를 위치시켜 Joint Coordinate System을 설정하고, Cardan Xyz rotation sequence (x: medial-lateral, y: antero-posterior, z: vertical)를 사용하여 계산하였다(Cole, Nigg, Ronsky, & Yeadon, 1993). 분석 구간은 회피구간(장애물을 회피하는 동안의 보행주기)으로 설정하였다(Barbieri et al., 2018). 분석변인은 각 분절들의 충돌방지 전략을 조사하기 위해 몸통, 골반, 발 분절 질량중심의 좌·우 이동경로(medio-lateral trajectory)와 몸통, 골반, 발 분절의 좌·우 회피 변위(medio-lateral avoidance displacement), 몸통, 골반, 발 분절이 수직축(vertical axis)에서 전역좌표(global axis)를 기준으로 이루는 회전각도(rotation angle)의 최대값을 산출하였다(Figure 2).
분석변인은 각 분절들의 충돌방지 전략을 조사하기 위해 몸통, 골반, 발 분절 질량중심의 좌·우 이동경로(medio-lateral trajectory)와 몸통, 골반, 발 분절의 좌·우 회피 변위(medio-lateral avoidance displacement), 몸통, 골반, 발 분절이 수직축(vertical axis)에서 전역좌표(global axis)를 기준으로 이루는 회전각도(rotation angle)의 최대값을 산출하였다(Figure 2).
본 연구는 보행자(피험자)가 움직이는 상대 보행자(동적 장애물)와 멈춰있는 상대 보행자(정적 장애물)와의 충돌을 방지하기 위한 전략의 변화에 대한 운동학적 분석을 실시하기 위해 10 m의 보행로에서 보행을 실시하였다. 운동학적 분석을 실시하기 위해 6대의 적외선 카메라(Vicon, UK)를 두 보행자가 만나 충돌방지 전략이 이뤄지는 구간에 설치하였고, 이때 촬영 속도(sampling rates)는 200 Hz로 설정하여 Nexus 1.8.5 (Vicon, UK) 프로그램을 이용해 통제하였다. 보행자의 몸통, 골반 및 왼쪽(충돌측) 발 분절을 모델링하기 위해 자체제작한 반사마커 38개를 각 분절 및 관절점에 부착하였다.

대상 데이터

본 연구의 대상자는 최근 6개월간 정형외과적 병력이 없는 건강한 성인 남성 10명으로 선정하였다(Table 1). 실험 전, 소속대학교 생명윤리위원회의 승인을 받고, 모든 피험자에게 연구목적 및 실험절차에 관한 설명을 충분히 한 후, 실험참여 동의서에 동의한 피험자에 한하여 실험을 진행하였다(IRB No: SMU-2018-05-004-01).
본 연구에서는 상대 보행자가 정적 또는 동적 장애물로 나타날 경우 충돌을 피하기 위한 보행자의 회피전략에 대한 운동학적 비교분석을 실시하였다. 이를 위해 건강한 성인 10명이 실험에 참여하였으며, 10 m의 보행로에서 적외선카메라를 이용하여 운동학적 분석을 실시하였다. 몸통, 골반, 발의 좌·우 질량중심 궤도에서는 유의한 차이를 보이지 않은 반면, 좌·우 회피 변위는 몸통과 골반에서 상대 보행자가 멈춰있을 때 더 크게 나타났다.

데이터처리

상대 보행자가 보행 중 장애물로 나타났을 때 동적인 또는 정적인 상태에 따른 충돌방지 전략의 차이를 분석하기 위해 대응표본 t-test (paired t-test)를 실시하여 통계적인 차이를 분석하였고, 유의수준은 α=.05로 설정하였다.

이론/모형

각 피험자가 동작 수행 시 부착한 마커의 3차원 데이터는 Visual3D (C-motion, USA)를 이용해 처리하였다. 수집된 마커의 위치데이터는 non-linear transformation (NLT) 방식을 사용하여 각 카메라에서 측정된 마커의 위치좌표를 3차원 좌표값으로 변환한 후, Butterworth 2nd order low-pass filter를 사용해 노이즈를 제거하였고, 이때 차단주파수는 6 Hz로 설정하였다. 각 분절의 3차원 각도는 standing trial에서 획득한 각 분절의 3차원 위치자료를 기반으로 분절중심점에 단위벡터를 위치시켜 Joint Coordinate System을 설정하고, Cardan Xyz rotation sequence (x: medial-lateral, y: antero-posterior, z: vertical)를 사용하여 계산하였다(Cole, Nigg, Ronsky, & Yeadon, 1993).

성능/효과

골반의 수직축 회전은 움직이는 보행자 회피 시 28.10±7.25°, 멈춰있는 보행자 회피 시 38.14±14.44°로 멈춰있는 보행자 회피 시, 움직이는 보행자 회피 시에 비해 유의하게 증가한 것으로 나타났다(p<.05, Table 2, Figure 3C).
몸통, 골반, 발의 좌·우 질량중심 궤도에서는 유의한 차이를 보이지 않은 반면, 좌·우 회피 변위는 몸통과 골반에서 상대 보행자가 멈춰있을 때 더 크게 나타났다. 또한 수직축의 회전각도는 세 분절 모두 상대 보행자가 멈춰있을 때 더 증가하는 것으로 나타났다. 이 연구 결과에 따라 상대 보행자가 지속해서 움직일 경우 보행자는 상대 보행자를 사회적 상호작용의 대상으로 인식하여 협동적 상호거리를 기대하면서 회피전략을 수행하는 반면, 멈춰있을 경우에는 보행자에게 회피의 의무가 주어진다고 판단하여 비교적 안전한 회피전략을 수행한다.
본 연구에서는 보행자가 상대 보행자를 회피하기 위한 전략으로 보행경로를 유지하면서 몸통, 골반, 발 분절을 약 30~60° 정도 회전시켜 충돌을 방지하기 위한 약 10 cm 내외의 안전마진을 만들어 내는 것으로 나타났다. 또한 회피전략 수행 시 나타난 모든 분절의 회전 방향은 장애물 방향으로, 우회전략 수행 시 회전 방향과 반대 방향으로 회전하는 것으로 나타났다. 이는 보행 방향 및 보행경로를 바꾸기 위해 선행되는 분절의 회전이 아닌, 인체 부위 중에서 상대 보행자와 충돌이 일어나는 특정 부위의 안전마진을 확보하기 위한 회피동작으로 이해할 수 있다.
몸통, 골반, 발의 좌·우 질량중심 궤도에서는 유의한 차이를 보이지 않은 반면, 좌·우 회피 변위는 몸통과 골반에서 상대 보행자가 멈춰있을 때 더 크게 나타났다.
발의 수직축 회전은 움직이는 보행자 회피 시 33.90±10.75°, 멈춰있는 보행자 회피 시 46.04±13.52 °로 멈춰있는 보행자 회피 시, 움직이는 보행자 회피 시에 비해 유의하게 증가한 것으로 나타났다(p<.05, Table 2, Figure 3C).
본 연구에서는 보행자가 상대 보행자를 회피하기 위한 전략으로 보행경로를 유지하면서 몸통, 골반, 발 분절을 약 30~60° 정도 회전시켜 충돌을 방지하기 위한 약 10 cm 내외의 안전마진을 만들어 내는 것으로 나타났다.
또한 인식을 했음에도 불구하고 회피의 의무를 보행자에게 모두 전가할지도 모른다. 본 연구의 실험과정에서 상대 보행자는 보행자와 동시에 보행을 시작하여 어떠한 회피동작도 취하지 않은 상태를 유지하면서 멈춰서거나, 목표지점까지 걸어가면서 회피의 의무를 모두 보행자에게 전가하였다. 따라서 보행자는 상대 보행자를 사회적 상호작용의 대상으로 인식하고, 협동적 안전마진을 기대하면 걷게된다(Iachini et al.
움직이는 장애물에 비해 멈춰있는 장애물을 피해 이동할 때 몸통과 골반, 발 분절의 좌·우 질량중심 이동에 유의한 차이가 없는 반면, 수직축 회전각도는 유의하게 크게 나타났으며, 몸통과 골반의 좌·우 회피 변위도 유의하게 증가되는 것으로 관찰됐다.
이 연구의 결과에서 보행자는 상대 보행자와의 충돌을 피하기 위해 이동경로의 수정을 통해 우회하기 보다는 전신회전 동작을 이용하여 회피하는 것을 확인하였으며, 이는 상대 보행자의 정적·동적 상태에 따라 차이가 있음을 나타냈다.

후속연구

또한 노인과 같이 신체기능 이외에 인지능력의 저하로 인해 과제수행능력이 떨어지는 경우도 매우 빈번하게 나타나게 된다. 따라서 추후 연구에서는 상대 보행자의 접근각도와 이동상태에 따른 보행자의 회피전략에 대한 분석과 연령에 따라 인지수준의 차이로 인해 나타나는 회피전략의 차이를 확인할 수 있는 연구가 진행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보행이란 무엇인가?	보행은 인간이 일상생활을 영위하는데 반드시 수반되는 대표적인 움직임 중에 하나이며, 환경적 자극에 대처하며 걷는 것은 현대도시환경에서 보편화되었다. 인간은 일상생활에서 보행을 수행하면서 수많은 형태와 수많은 크기의 장애물을 마주하게 되고, 이를 넘거나 피하는 전략을 통해 원하는 경로로 이동한다(Alcock, Galna, Hausdorff, Lord, & Rochester, 2018; Yoon, Chang, & Kim, 2014; Choi & Yoon, 2010).
	보행자가 정적 장애물(stationary obstacle)보다 동적 장애물이 추가적인 과제가 요구되는 이유는?	현실에서는 유동인구가 많은 지역에서 움직이고 있는 자동 차나 다른 보행자와 같은 동적 장애물(moving obstacle)을 반드시 직면하게 되고, 충돌을 방지하기 위한 보행전략을 수행 해야만 한다. 동적 장애물의 경우 보행자와 동적 장애물이 둘다 움직이고 있기 때문에, 기둥이나 서있는 사람과 같은 정적 장애물(stationary obstacle)에 비해 추가적인 과제(additional challenge)가 요구된다(Fajen, 2013). 인간은 정적 장애물이나 동적 장애물과의 충돌을 방지하기 위해 각각의 독특한 전략을 사용한다.
	인간이 장애물의 형태에 따라 충돌을 방지하기 위한 보행전략의 변화가 나타나는 예로는 어떤것이 있는가?	인간은 또한 장애물의 형태에 따라 충돌을 방지하기 위한 보행전략의 변화를 나타낸다. 예를 들어, 장애물과 장애물 사이를 통과(aperture crossing)해야 하는 상황에서, 서있는 사람 사이를 통과할 때에 비해 정지된 폴(pole) 사이를 통과할 때더 빠르게 통과한다(Hackney, Cinelli, & Frank, 2015). 또한 가상 현실(virtual reality)에서의 실험결과에 따르면, 실린더(cylinders) 나 사람의 다리 또는 사람의 전신(full body)에 따라 다른 통과 거리(crossing distances)가 관찰되었고(Lynch et al., 2017), 이러한 차이는 보행전략에서도 나타난다.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증