[논문]Walking path design considering with Slope for Mountain Terrain Open space

Seul-ki Kang; Ju-won Lee

doi:10.9708/jksci.2023.28.10.103

Walking path design considering with Slope for Mountain Terrain Open space 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.28 no.10, 2023년, pp.103 - 111

Seul-ki Kang (Infra Technology R&D Center, Hanwha Systems) , Ju-won Lee (Infra Technology R&D Center, Hanwha Systems)

초록
AI-Helper

산악지대, 특히 오픈스페이스에서의 보행은 산악지형을 기반으로 이루어지는 특수 활동영역에서 중요하다. 그러나 최근의 보행 경로 연구는 보행자와 환경 요소를 포괄적으로 네트워크 분석에 포함시키지만, 주로 한정된 공간을 대상으로 하며 산악지형 등, 데이터가 부족한 지형은 분석 대상에서 제외된다. 본 논문에서는 산악지형의 오픈스페이스에서 그물망 기반의 가상 보행 네트워크를 만들며, 경사도를 반영한 산악 보행 경로 생성 방법을 제안한다. 이 방법은 거리측정에 경사도를 고려하여 실제 지형을 더 잘 반영하며, 기존 경로 분석 서비스에서 제공하지 않는 오픈스페이스를 이용한 산악 보행 경로를 제시하고, 시험을 통해 이를 입증하였다. 본 논문의 설계 방법은 조난, 산악구조, 전술 훈련 등에서 산악지형의 오픈스페이스를 포함한 경로 생성 방법으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Mountains area, especially walking in open space is important for special active field which is based on mountain terrain. Recent research on pedestrian-path includes elements about pedestrian and various environment by analyzing network, but it is mainly focusing on limited space except for data-poor terrain like a mountain terrain. This paper proposes an architecture to generate walking path considering the slope for mountain terrain open space through virtual network made of mesh. This architecture shows that it reflects real terrain more effective when measuring distance using slope and is possible to generate mountain walking path using open space unlike other existing services, and is verified through the test. The proposed architecture is expected to utilize for pedestrian-path generation way considering mountain terrain open space in case of distress, mountain rescue and tactical training and so on.

주제어

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. Path for Mountain Terrain Area in Existing Services
그림 Fig. 2. Generation Virtual Network Result with Various Height Difference
그림 Fig. 3. Triangulation Mesh Result
그림 Fig. 4. Point Correction
그림 Fig. 5. Streamline for Smooth Path
그림 Fig. 6. Problem of Streamline in 3D
그림 Fig. 7. Result of Sampling path
그림 Fig. 7. Result of Sampling path
그림 Fig. 8. Test Set for Validation
그림 Fig. 9. Path Generation Result
그림 Fig. 10. Compare Prediction Distance of Path
그림 Fig. 11. Change of Streamline Distance
표 Table 1. Algorithm Compatibility Validation
표 Table 2. Test Area Information
표 Table 3. ω for Slope Environment Variable
그림 Fig. 12. Compare Slope of Path
그림 Fig. 13. Various Test with Weight
표 Table 4. Test Area Information
표 Table 5. Compare Path result with Other Services

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 논문에서는 산악지형 오픈스페이스의 수치표고모델 정보를 활용하여 가상의 보행 네트워크를 구성하고, 이 네트워크를 통해 경사각을 분석하여 보행 난이도를 감소시키는 경로 생성 방법을 제시한다. 또, 생성 경로의 거리와 평균 경사도를 분석하고, 기존 보행 경로 안내 서비스와 비교하여, 제안하는 방법의 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 기존의 타 도보 경로 안내 서비스와 경로 생성 결과를 대조 확인하기 위하여 추가 시험을 진행하였다. 시험 지역은 Table 1을 포함한 산악지형 3곳을 설정하였다.
본 논문에서는 산악지형 오픈스페이스 환경에서 실제 보행자의 보행 경로에 가까우면서도, 보행 난이도를 개선할 수 있는 보행 경로를 생성하도록 다음과 같은 설계를 제안한다.
예를 들어 최단 경로 중 경사 각도가 45도 이상인 구간은 보행자가 보행할 수 없는 경로이기 때문에 경로 생성 시 제거되어야 하는 요소이다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 앞서 생성한 가상 네트워크를 기반으로 보행 경로의 경사각을 고려한 경로 생성 방안을 제시한다.
본 논문에서는 특수 보행 활동을 위해 오픈스페이스를 포함한 산악지대 전체를 이용하는 공간 분석 및 경로 생성연구를 진행하였다. 이를 위해 첫째, 수치표고모델 이미지를 기반으로 DT를 이용하여 산악지형 탐색 구간 전체에 가상 보행 네트워크를 구축하였다.

제안 방법

MTOP 기반의 경로는 보행 제한 경사각을 20도로 설정하였으며, Max Slope에 따른 보행성 가중치 w의 설정값은 Table 3과 같이 지정한 후 시험을 진행하였다.
3차원 기반의 가상 보행 네트워크는 고도 정보를 포함하여 네트워크를 생성하기 때문에 폴리곤 밀도를 높일수록 예상 보행 거리 산정에 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다. 따라서 본 논문에서는 분석 결과의 정확도를 위해 가상 보행 네트워크 구축 시 최대 높이 오차를 50cm 이내로 설정하였다.
본 논문 알고리즘의 경로 생성 결과를 분석하기 위해 국토정보플랫폼 사이트에서 제공하는 수치표고모델 이미지를 활용하여 시험 지역의 가상 보행 네트워크를 생성하였으며, 최대 높이 오차는 50cm 이내로 설정하였다.
본 논문에서는 노드 중 인접 노드 지형과 곡률이 유사한 노드를 노이즈 노드, 곡률의 차가 큰 노드를 프라임 노드라 명명한다. 노이즈 노드는 최대한 제거할수록 실제 보행자의 보행에 가까운 경로를 생성할 수 있으며, 경로의 지형 곡률을 유지할 수 있는 프라임 노드를 최대한 식별해야 정확한 예측 보행 거리 연산이 가능하다.
본 논문에서는 수치표고모델 이미지에서 각 픽셀 위치에 포함된 RGB 값을 지형의 높이로 변환하고, 변환된 높이 정보에 기반하여 들로네 삼각 분할을 이용한 3차원 기반의 가상 보행 네트워크를 생성한다. 보행 네트워크의 밀도는 그물망을 이루는 각 삼각형의 무게 중심 높이를 이용하여 제어한다.
본 연구에서는 위와 같은 한계를 극복하기 위해 산악지형의 오픈스페이스를 포함하여 탐색 구간 전체 공간이 보행 가능 경로가 되도록 3D 그물망 모델링의 폴리곤을 들로네 삼각 분할(Delaunay Triangulation)을 활용하여 생성하였다. 이를 기반으로 경사각에 따른 보행의 난이도까지 네트워크 분석에 반영하고자 한다.
둘째, 생성된 가상 보행 네트워크에 보행 난이도 가중치를 적용하여 보행 제한 경사각을 반영한 경로를 생성하였다. 셋째, 생성한 경로의 샘플링을 통해, 보행 경사각을 고려한 실제 보행자의 이동경로에 가까운 경로를 생성 방법을 제시하였다.
본 논문에서는 특수 보행 활동을 위해 오픈스페이스를 포함한 산악지대 전체를 이용하는 공간 분석 및 경로 생성연구를 진행하였다. 이를 위해 첫째, 수치표고모델 이미지를 기반으로 DT를 이용하여 산악지형 탐색 구간 전체에 가상 보행 네트워크를 구축하였다. 둘째, 생성된 가상 보행 네트워크에 보행 난이도 가중치를 적용하여 보행 제한 경사각을 반영한 경로를 생성하였다.

대상 데이터

본 논문에서 제안하는 MTOP 기반의 경사각 반영 경로 생성 결과를 확인하기 위하여 관악산 일부 지역을 선정하였다. 시험 지역의 상세 정보는 Table 2와 같다.
본 논문에서 제안하는 MTOP 기반의 지형 정보 반영 예측 이동 거리 연산 정확도를 검증하기 위해 Fig.8과 같이 다양한 지형적 특성을 가진 3 지역을 선정하였다.
본 논문에서는 기존의 타 도보 경로 안내 서비스와 경로 생성 결과를 대조 확인하기 위하여 추가 시험을 진행하였다. 시험 지역은 Table 1을 포함한 산악지형 3곳을 설정하였다. 추가 경로 생성 지역에 대한 출발, 도착 지점에 대한 상세 정보는 Table 4와 같다.

데이터처리

따라서 본 논문에서는 산악지형 오픈스페이스의 수치표고모델 정보를 활용하여 가상의 보행 네트워크를 구성하고, 이 네트워크를 통해 경사각을 분석하여 보행 난이도를 감소시키는 경로 생성 방법을 제시한다. 또, 생성 경로의 거리와 평균 경사도를 분석하고, 기존 보행 경로 안내 서비스와 비교하여, 제안하는 방법의 타당성을 검증하였다.
추가로 보행 난이도에 따라 생성되는 경로 결과를 확인하기 위하여 0.5 단위로 보행성 가중치 w를 증가시켜 비교 시험을 진행하였다. w값이 커질수록 경사각에 따른 보행의 난이도는 증가함을 의미한다.

성능/효과

4절에서는 생성한 경로의 거리 및 평균 경사를 분석하고, 다양한 보행 난이도 설정으로 생성되는 경로의 특징을 확인하였다. 또한, 기존의 타 보행 경로 안내 서비스와 경로 비교를 하면서 설계법에 대한 실현 가능성을 입증하였다. 5장에서는 결론과 향후 연구 방향성을 제시하면서 논문을 마무리한다.
보행 제한 경사 시험을 통하여 보행 제한경사각이 작을수록 둘러 가는 길을 생성하고 경로의 평균 경사가 작음을 검증했다. 또한, 보행 난이도 가중치 설정을 통해 다양한 환경적 요소와 경사도를 복합 고려한 경로설계가 가능함도 확인했다.
이와 같은 연구는 경사도를 거리에 반영함으로써, 경로 측정 성능이 2차원 기반의 유클리드 거리 측정보다 정확도가 향상되었다. 보행 제한 경사 시험을 통하여 보행 제한경사각이 작을수록 둘러 가는 길을 생성하고 경로의 평균 경사가 작음을 검증했다. 또한, 보행 난이도 가중치 설정을 통해 다양한 환경적 요소와 경사도를 복합 고려한 경로설계가 가능함도 확인했다.
실제 Fig.13의 결과를 바탕으로, w값이 증가할수록 같은 보행 제한 경사 조건이라도 더 낮은 평균 경사를 가지는 경로를 생성하고, 보행 거리는 증가하는 경향을 보였다.
이와 같은 연구는 경사도를 거리에 반영함으로써, 경로 측정 성능이 2차원 기반의 유클리드 거리 측정보다 정확도가 향상되었다. 보행 제한 경사 시험을 통하여 보행 제한경사각이 작을수록 둘러 가는 길을 생성하고 경로의 평균 경사가 작음을 검증했다.
특히, 본 논문의 설계 방법은 기존 경로 탐색 서비스와 달리, 산악지대에서 오픈스페이스를 활용한 모든 공간을 이동 경로로 산정하기 때문에 기존의 보행 경로 안내 서비스의 한계점을 극복할 수 있다. 따라서, 본 논문에서 제안한 경로 생성 설계 기법은 산악지대 전역을 대상으로 하는 특수 보행 활동을 위한 하나의 방법으로 활용될 수 있을 것으로 판단한다.

후속연구

네트워크 생성에 기반이 되는 수치표고모델의 고도 데이터가 부정확할 경우 네트워크 분석 및 경로 생성에 오차가 발생할 여지가 있다. 따라서 추후 연구에는 추가 데이터를 병합하여 보행 경로의 신뢰성 및 안정성을 높이는 방법 및 생성 경로의 최적화 방법에 대해 연구 진행할 계획이다.
특히, 본 논문의 설계 방법은 기존 경로 탐색 서비스와 달리, 산악지대에서 오픈스페이스를 활용한 모든 공간을 이동 경로로 산정하기 때문에 기존의 보행 경로 안내 서비스의 한계점을 극복할 수 있다. 따라서, 본 논문에서 제안한 경로 생성 설계 기법은 산악지대 전역을 대상으로 하는 특수 보행 활동을 위한 하나의 방법으로 활용될 수 있을 것으로 판단한다. 본 논문의 설계 방법은 수치표고모델의 정밀도와 밀접한 관계가 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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