[논문]스마트워치의 진동과 안전 경로 우선 알고리즘을 이용한 시각 장애인 길 안내 시스템의 개선

황기태; 서영신; 임슬아; 이한별; 정인환; 이재문

doi:10.7236/jiibc.2023.23.1.117

스마트워치의 진동과 안전 경로 우선 알고리즘을 이용한 시각 장애인 길 안내 시스템의 개선
Improvement of Navigation System for Visually Impaired using Smart Watch Vibration and Safety Route First Algorithm 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.23 no.1, 2023년, pp.117 - 122

황기태 (한성대학교 컴퓨터공학부) , 서영신 (한성대학교 컴퓨터공학부) , 임슬아 (한성대학교 컴퓨터공학부) , 이한별 (한성대학교 컴퓨터공학부) , 정인환 (한성대학교 컴퓨터공학부) , 이재문 (한성대학교 컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper

본 논문은 스마트워치의 진동을 이용하여 시각장애인에게 길을 안내하는 시스템을 구현한 이전 연구를 개선하고 확장한 내용에 대해 소개한다. 초기 연구에서는 경로의 지형과 경로 상에 설치된 지물에 대해 부정적인 값과 긍정적인 값을 계산하고 이를 토대로 안전한 길을 우선 추천하는 알고리즘을 제안하였다. 또한 여러 진동 패턴을 설계하여 사용자를 진동으로 길을 안내하는 시스템을 제안하고 구현하였다. 본 논문에서는 이전의 안전한 길 우선 추천 알고리즘에 사용자 개인의 선호를 반영하였다. 그리고 추천된 경로에 대한 사용자의 만족도 평가가 즉각 반영되도록 알고리즘에 자동피드백 기능을 추가하였다. 히스토리 시뮬레이션 기능을 추가하여 지난 경로를 검토할 수 있도록 하였고, 스마트워치의 나침반을 이용하여 시각 장애인이 분기점 등에서 길 방향을 찾을 수 있도록 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces the improved and expanded contents of the previous research that implemented a system that guides the visually impaired using the vibration of a smart watch. In the previous study, we proposed an algorithm that recommends the most safe route based on calculating negative and positive values for the topography of the route and the features installed on the route. In addition, by designing several vibration patterns, a system that guides the user through vibration was proposed and implemented. In this paper, the user's personal preferences are reflected in the algorithm that recommends the safe route first. In addition, an automatic feedback function was added to the algorithm so that the user's satisfaction evaluation on the recommended route was immediately reflected. A history simulation function was added so that the past route could be reviewed, and the compass of a smart watch was used to help visually impaired people find directions at junctions.

주제어

표/그림 (10)

그림 그림 1. 시스템 구조 Fig. 1. System View
표 표 1. 긍정적인 길 타입과 점수 Table 1. Positive Route Types and Scores
표 표 2. 부정적인 길 타입과 점수 Table 2. Negative Route Types and Scores
그림 그림 2. 나침반의 각도와 지시 방향 Fig. 2. Compass angle and pointing direction
그림 그림 3. 내비게이션 앱에 대한 모니터링 Fig. 3. Monitoring of navigation app
표 표 4. 진동 설계 Table 4. Vibration Design
표 표 3. 진동 단위 설계 Table 3. Vibration Unit Design
그림 그림 4. 히스토리 시뮬레이션 Fig. 4. History simulation
그림 그림 5. 경로 이탈 그래프 Fig. 5. Deviation Graph
그림 그림 6. 선호도 가중치 조절 Fig. 6. Preference Weight Adjustment

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문은 시각장애인의 길 안내와 이동을 돕기 위해 스마트워치의 진동을 이용하고 안전한 길을 우선 추천하는 이전 논문을 개선한 내용을 소개하였다. 경로 추천에 사용자 개인의 선호를 반영하는 개인화를 시도하였으며, 지난 경로에 대한 히스토리를 저장하고 이를 재생하여 경로를 검토할 수 있는 시뮬레이션 기능을 추가하였다.

제안 방법

본 논문은 시각장애인의 길 안내와 이동을 돕기 위해 스마트워치의 진동을 이용하고 안전한 길을 우선 추천하는 이전 논문을 개선한 내용을 소개하였다. 경로 추천에 사용자 개인의 선호를 반영하는 개인화를 시도하였으며, 지난 경로에 대한 히스토리를 저장하고 이를 재생하여 경로를 검토할 수 있는 시뮬레이션 기능을 추가하였다. 또한 사용자의 경로 선호에 따라 알고리즘의 파라미터를 바꿀수 있는 피드백 기능을 추가하였으며, 스마트워치의 나침반을 이용하여 분기점 등에서 방향을 찾을 수 있도록 하였다.
시각 장애인이 길 안내를 받아 이동을 시작하거나 이동 중에 그 자리에서 다른 곳의 소리를 듣는 등 몸의 방향을 튼 경우, ‘직전’ 등과 같은 지시 방향이 보행자를 잘못 인도 할 수 있다. 본 논문에서는 스마트워치의 나침반 센서를 이용하여 몸이 향해 있는 방향과 목표 방향의 각도 차를 구하고, 진동 세기를 다르게 주어 목표 방향으로 몸이 방향을 잡을 수 있도록 하였다. 그림 2는 나침반의 각도와 지시 방향을 보여준다.
본 논문은 기존의 모니터링 서브시스템에 히스토리 시뮬레이션 기능을 추가하였다. 모든 경로 히스토리를 Firebase에 저장하여, 필요할 때 보행 상황을 재현할 수 있게 하였다.
본 논문은 기존의 안전 우선 경로 알고리즘에 개인 성향을 반영하여 알고리즘을 개선하였다. 시각 장애인은 장애 정도가 다양하며, 길의 위험 요소를 대하는 개인의 성향도 다를 수 있기 때문에, 개인의 성향을 반영하도록 안전도 평가 식(1)을 식(4)과 같이 수정하였다.

대상 데이터

둘째, MQTT를 활용한 메시지 전송 모듈이다. 내비게이션 앱의 메시지 전송 모듈과 웹 브라우저 상의 자바스크립트 코드는 Mosquitto 브로커를 이용하여 메시지를 주고받는다. 내비게이션 앱은 초기에는 목적지 정보와 4개의 경로 정보를 보내고, 사용자가 이동하는 동안 분기점과 위험 요소 통과, 경로 이탈, 목적지 도착 등의 메시지를 실시간으로 보낸다.

성능/효과

한 손에 지팡이를, 다른 손에 스마트폰을 휴대한 채 길 안내를 받게되면 비상 상황에서 큰 부상을 입을 수 있다. 넷째, 기존의 길 안내 시스템은 안전한 보행 경로보다는 최단 거리의 경로를 제공한다는 문제이다.
둘째, MQTT를 활용한 메시지 전송 모듈이다. 내비게이션 앱의 메시지 전송 모듈과 웹 브라우저 상의 자바스크립트 코드는 Mosquitto 브로커를 이용하여 메시지를 주고받는다.
첫째, 시각 의존도가 너무 높아 불편하다. 둘째, 대부분의 모바일 길 안내가 음성 위주이다. 시끄러운 도로에서 음성 안내를 놓치면 길에서 이탈될 가능성이 높고, 이어폰을 끼는 경우 시설에 부딪치는 등 안전 문제가 발생할 수 있다.
사용자로 하여금 길안내 만족도를 평가하여 알고리즘의 파라미터들이 자동 수정되는 기능을 추가하였다. 둘째, 지난 경로의 히스토리 시뮬레이션 기능을 추가하여 경로를 검토할 수 있게 하였다. 셋째, 나침반을 이용하여 분기점 등에서 길의 방향을 잘 찾을 수 있도록 하였다.
경로 추천에 사용자 개인의 선호를 반영하는 개인화를 시도하였으며, 지난 경로에 대한 히스토리를 저장하고 이를 재생하여 경로를 검토할 수 있는 시뮬레이션 기능을 추가하였다. 또한 사용자의 경로 선호에 따라 알고리즘의 파라미터를 바꿀수 있는 피드백 기능을 추가하였으며, 스마트워치의 나침반을 이용하여 분기점 등에서 방향을 찾을 수 있도록 하였다. 하지만, 본 논문에서 제안된 안전한 길 우선 알고리즘의 개인화는 현재 이론적인 수준에 머물고 있다.
사용자가 진동에 따라 방향을 바꿀 때마다 목표 방향의 각도 차를 구해 그 값이 작아질수록 즉 방향이 맞춰질수록 진동의 세기를 점점 커지게 조정하고, 목표 방향에 들어오면 진동을 끊어 방향이 맞았음을 알려준다. 방향 조정 알고리즘은 예민하여 적용해본 결과 실제 사례에서 사용하기 쉽지 않았으며, 방향 조정 알고리즘의 효율성은 떨어지는 것으로 평가되었다. 그래서 음성과 함께 안내하도록 하였다.
사용자가 보는 방향을 0도라고 한다면 목표 방향이 좌측으로 180도 내이면 진동을 한 번씩 주고, 우측으로 180도 내이면 진동을 두 번씩 준다. 사용자가 진동에 따라 방향을 바꿀 때마다 목표 방향의 각도 차를 구해 그 값이 작아질수록 즉 방향이 맞춰질수록 진동의 세기를 점점 커지게 조정하고, 목표 방향에 들어오면 진동을 끊어 방향이 맞았음을 알려준다. 방향 조정 알고리즘은 예민하여 적용해본 결과 실제 사례에서 사용하기 쉽지 않았으며, 방향 조정 알고리즘의 효율성은 떨어지는 것으로 평가되었다.
둘째, 지난 경로의 히스토리 시뮬레이션 기능을 추가하여 경로를 검토할 수 있게 하였다. 셋째, 나침반을 이용하여 분기점 등에서 길의 방향을 잘 찾을 수 있도록 하였다.
시끄러운 도로에서 음성 안내를 놓치면 길에서 이탈될 가능성이 높고, 이어폰을 끼는 경우 시설에 부딪치는 등 안전 문제가 발생할 수 있다. 셋째, 양손이 자유롭지 않다. 한 손에 지팡이를, 다른 손에 스마트폰을 휴대한 채 길 안내를 받게되면 비상 상황에서 큰 부상을 입을 수 있다.
본 논문은 이전 연구에서 부족한 부분을 다음과 같이 개선하였다. 첫째, 사용자 개인의 선호를 반영할 수 있도록 안전 우선 경로 알고리즘을 수정한다. 시각 장애인의 대부분은 저시력자들이므로, 시력 정도에 따라 도로 상황에 대한 선호가 다를 수 있다.
하지만, 현재 모바일 단말기를 활용하는 대부분의 길안내 시스템은 장애인이 이용하기에 다음과 같은 한계가 있다. 첫째, 시각 의존도가 너무 높아 불편하다. 둘째, 대부분의 모바일 길 안내가 음성 위주이다.
첫째, 파이썬으로 작성된 웹 서비스 모듈이다. 웹 브라우저가 스마트워치에 접속하면 웹 애플리케이션이 웹 페이지를 전송한다.

후속연구

하지만, 본 논문에서 제안된 안전한 길 우선 알고리즘의 개인화는 현재 이론적인 수준에 머물고 있다. 활용되는 수준에 이르려면, 개인의 선호를 반영하였을 때 경로 추천 효과의 충분한 검증이 필요하다. 효과 검증은 많은 실제 사례들이 필요한 작업으로 계속된 연구가 필요하다.
활용되는 수준에 이르려면, 개인의 선호를 반영하였을 때 경로 추천 효과의 충분한 검증이 필요하다. 효과 검증은 많은 실제 사례들이 필요한 작업으로 계속된 연구가 필요하다.

참고문헌 (10)

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Sumin Jang, et al., "Design and Implementation of a？Navigation System for Visually Impaired Persons", The？Journal of the Korea Contents Association, Vol.12,？No.1, pp. 38-47, 2012
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https://ko.lbstech.net/service-g-eye-plus
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https://www.tmap.co.kr/
https://flask.palletsprojects.com/en/2.2.x/
Kitae Hwang, "Design and Implementation of？Dashboard Author and Viewer for IoT Systems based？on MQTT", The Journal of The Institute of Internet,？Broadcasting and Communication, Vol. 18, No. 5,？pp.31-37, 2018.？

저자의 다른 논문 :

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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