Ⅰ. 서 론
최근 들어, 사고 방지 및 차량 안전운행을 지원 하는 지능형 교통 시스템(ITS: Intelligent Transport System) 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 IEEE 802.11p/IEEE 1609를 기반으로 하는 WAVE와 ISO TC204의 CALM(Communications Access for Land Mobiles) 등의 국제표준이 제정되면서 이들을 기반으로 하는 새로운 안전운전 서비스의 구현과 실용성 검증에 대한 관심이 높아지고 있다[1-8].
특히, 도로상의 공사 정보를 주위 차량에게 알려 주는 공사구간 안내 서비스, 차량 사고가 발생했을 경우 자동으로 구조신고를 발송하고 주변차량에게 사고정보 알려주는 사고차량 신고 서비스, 응급차 량의 접근정보를 방송하고 교통신호 우선부여 기능 을 지원하는 응급차량 알림 서비스, 황색 신호등 점 멸시 교차로 딜레마구간에서 운전자의 교차로통과 여부에 대한 의사결정을 지원하는 서비스 등은 ITS 통신의 대표적인 안전운전 지원 서비스의 예로 거 론되고 있다.
일반적으로 새로운 응용 서비스 모델에 대한 개 념이 수용되기 위해서는 본격적인 실제 서비스 시 스템의 연구개발이 시작되기 이전에 POC(Proof of Concept) 수준의 시스템 개발을 목표로 사전연구가 이루어진다. 그러나 실물 크기의 모델 시스템은 일 반적으로 구현 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 테 스트베드 구축, 실제 상황 시나리오 구현, 테스트의 위험성 등의 문제가 있어, 우선적으로 실험실 내에 서 테스트가 가능한 크기의 축소모형 시스템을 구 현하여 성능실험을 수행한다. 이 경우 축소 모형 시 스템의 구성요소는 모사하고자 하는 실제 시스템의 핵심기능을 탑재해야 하며 축소된 적용 환경에서 목표 성능의 검증이 가능해야 한다.
딜레마구간 의사 결정 지원 서비스는 WAVE와 같은 ITS 통신을 기반으로 교차로의 현재 교통신호 등 색 및 점멸 잔여시간 정보를 제공받아 차량의 속도, 교차로와 차량 간 거리, 도로면의 마찰계수, 등의 데이터를 기반으로 적색신호 점멸시의 차량의 정지 가능 위치 또는 현재 속도로 진행시의 차량 위치를 예측하여 교차로에서의 안전운행을 위한 운 전자 의사 결정 지원 서비스이다. 딜레마구간 의사 결정 지원 서비스는 실제상황에서의 기능검증의 고 비용, 고위험인 특성으로 인하여 특히 모형 시스템 에 의한 기능 검증이 필요한 서비스이다. 본 논문에 서는 딜레마구간 의사결정 지원 서비스의 개념을 구체적으로 모사하기 위하기 위하여 IEEE 802.11p 의 물리계층 성능이 유사한 IEEE 802.11g WiFi 시 스템, 리눅스 기반의 신호제어 및 신호등 정보제공 시스템, 임베디드 리눅스 기반의 차량탑재장치, 안 드로이드 기반의 차량제어시스템을 구성요소로 하 는 로봇카 기반의 모형 시스템에 대하여 소개한다.
Ⅱ. 딜레마구간 의사결정 지원 서비스
딜레마구간 의사 결정 지원 서비스를 위해 교차 로에 설치된 노변장치는 교차로 신호 관련 데이터 를 포함하는 광고(broadcast) 메시지를 주기적으로 전송하며, 차량탑재장치는 노변장치로부터 받은 정 보와 교차로 및 차량 진행 관련 정보를 이용하여 차량이 평균 감속도로 정지할 경우의 예상위치 및 현재 속도를 유지하며 계속 주행할 경우 교통신호 가 다음 신호로 변경되는 시점에 차량의 위치를 계 산하여 교차로 통과 또는 정지 권고 메시지를 차량 탑재 디스플레이에 표출한다.
노변장치의 신호등 관련 정보 전송 메시지에는 현재 교통신호등의 색(녹색, 황색, 적색)과 현 시점 을 기준으로 교통신호가 다음 신호로 변경되기까지 의 잔여 시간을 포함한다. <표 1>은 본 논문에서 제 안하는 딜레마구간 의사결정 지원 서비스 프로토콜 의 노변장치 광고 메시지 규격이다.
차량 탑재장치는 수신된 신호등 관련 메시지 정 보를 기반으로, 녹색통과거리, 황색 통과거리, 정지 거리, 제동거리, 정지선으로부터의 차량까지의 거리 의 관계를 유추해내고, 이를 기반으로 신호교차로 통과 가능여부를 결정하여 디스플레이에 표출한다. 본 논문에서는 참고문헌 [9]에서 제안된 교차로 딜 레마구간에서의 <표 2>에 요약된 거리 값들에 대한 계산 결과를 기반으로, 교차로 통과 여부를 결정하 는 알고리즘을 제안한다.
정지선과 차량사이의 거리가 녹색 통과거리보다 작다면(Xcg > X) 녹색 잔여시간 이내에 차량의 교차 로 진입이 가능하다는 것을 의미하므로 통과 판정 을 내리고, 그렇지 않은 경우, 정지선과 차량과의 거리가 정지거리 보다 작다면(Xcg < X < Xs) 평균적 인 차량정지 감속으로는 정지선 이전에 차량 정지 가 불가능한 상황을 의미한다. 이 경우에 운전자는 차량을 계속 진행하여 황색 신호 기간 내에 교차로 를 빠져 나갈 것인지 아니면 급격한 제동으로 정지 선 이전 정지를 시도할 것인지 결정해야 한다.
이 경우, 교차로신호가 적색신호로 변경되기 전 에 차량이 교차로를 빠져나갈 수 있는 경우, 즉 차 량으로부터 정지선까지의 거리 및 교차로 통과 거 리의 합이 황색 통과거리보다 작을 때(Xcy > X)는 계속 진행으로 결정한다. 그렇지 않은 경우, 차량으 로부터 정지선까지의 거리가 제동거리보다 큰 경우 (Xb > X), 급격한 제동에도 정지선 이전에 정지할 수 없으므로 가속을 통해 교차로를 통과할 것을 결 정하고, 반대의 경우에는 정지할 것을 권고한다.
녹색잔여시간 내에 교차로 진입은 불가능하지만, 평균 감속도로 정지선 내에 정지할 수 있는 경우(Xs < X)에도, 운전자에게 정지 권고 메시지를 전달한 다. <그림 1>는 교차로통과 판단을 위한 각 거리 값 의 개념도이며, <그림 2>는 제안하는 알고리즘이다.
III. 모델 시스템의 설계 및 구현
본 논문에서 제안하는 로봇카 기반의 딜레마구 간 의사결정 지원 서비스의 개념을 구체적으로 모 사하기 위한 모델 시스템은 리눅스 기반의 신호제 어 및 신호등 정보제공 응용 SW, 임베디드 리눅스 기반의 차량탑재장치 에뮬레이터, IEEE 802.11g WiFi AP 기반의 노변장치, 안드로이드 기반의 차량 제어 앱의 4개부로 구성된다(<그림 3>, <그림 4> 참조). 각 기능모듈은 앞서 언급한 모사를 위한 최 소한의 기능에 한해 설계 및 구현되었으며 이에 대 한 구체적인 내용은 다음과 같다.
1. 신호제어 및 신호등 정보제공 응용 SW
신호제어 및 신호등 정보제공 응용은 노트북 PC 상의 리눅스 Ubuntu 버전 11.10 OS 기반의 C 언어 응용 프로그램으로, 주기적으로 신호 데이터를 생성 하고 현재 신호의 잔여시간 데이터와 함께 UDP 소 켓 인터페이스를 이용하여 노변장치(IEEE 802.11g AP)를 거쳐 차량탑재장치로 전송한다. 디스플레이 서브 모듈은 현재 신호를 화면에 표출한다.
2. 차량탑재장치 에뮬레이터
임베디드 리눅스 기반의 차량탑재장치 에뮬레이 터는 HBE-로봇카에 장착된 스택커블 임베디드 리 눅스 플랫폼 상에서 구현되었으며 수신 메시지 파 싱, 거리 계산 및 갱신, 교차로 통과여부 결정 및 운전자 안내 메시지 표출 등의 기능을 수행한다. 수 신 메시지 파싱 기능은 노변장치를 통해 신호제어 및 신호등 정보제공 응용 SW로부터 전달받은 딜레 마구간 의사결정 지원 서비스 프로토콜 노변장치 광고 메시지(<표 1> 참조) 내의 정보들을 추출한 후, 교차로 통과여부 결정 기능에 의해 활용된다. 거리 계산 및 갱신 기능은 차량의 위치와 정지선 위치 등 교차로 폭 등의 지리적 정보와 수신된 신 호등 정보 등을 이용하여 정지선과 차량 간 거리, 녹색 통과거리, 황색 통과거리, 정지거리, 제동거리 등을 계산한다. 교차로 통과여부 결정 기능은 제2 절에서 설명한 알고리즘을 기반으로 구현된다. 운 전자 안내 메시지 표출 기능은 차량탑재장치와 연 결된 디스플레이에 교차로 통과여부 결정 결과를 표출한다. 개발환경은 리눅스 Ubuntu 11.10 OS 이 며 타겟 보드는 HBE-SMIII-SV210, 탑재 OS는 HBE EMBOS-2 임베디드 리눅스이다. 개발언어는 C 언 어이다.
3. IEEE 802.11g 기반 노변장치
IEEE 802.11g 기반 노변장치는 IEEE WAVE와 같은 ITS 무선통신 표준 기반의 노변장치를 모사하 기 위한 것으로 본 논문에서 제안하는 모델 시스템 에서는 신호정보제공 응용 SW가 전송하는 신호등 관련 정보를 차량탑재장치로 무선 전송할 수 있도 록 하기위해 IEEE 802.11g 기반의 무선랜 AP를 사 용한다.
4. 안드로이드 기반 차량제어 앱
교차로 통과여부 도출 결과는 실제 차량 내에서 는 디스플레이에 표출되고 그 내용에 따라 운전자 가 차량을 가속, 계속진행 또는 정지시킬 것으로 기 대할 수 있으나, 로봇카의 경우 원격제어 시스템을 통해서만 이러한 운전자의 반응을 모사할 수 있다.
안드로이드 기반 차량제어 앱은 WiFi 연결을 통 해서 로봇카를 제어하기 위한 것으로 로봇카에 탑 재된 디스플레이의 내용을 안드로이드 단말(갤럭시 탭 7.0 젤리빈)에도 동기화하여 표출함으로써 로봇 카 운전자가 차량을 제어할 수 있도록 한다. 로봇카 제어는 전용 제어 명령어를 텍스트 데이터 형태의 메시지로 구성하여 로봇카 제어 모듈로 송신함으로 써 이루어지며, 로봇카의 속도와 회전을 조절한다. 안드로이드 차량제어 앱은 Java언어로 구현되었다. 제어 메시지에 대한 구체적인 내용은 본 논문의 핵 심 내용이 아니므로 생략한다.
<그림 5>는 구현된 로봇카 기반 딜레마구간 의 사결정 지원 모델 시스템의 시연장면의 사진으로 로봇카의 현재 위치는 실내 GPS 시스템의 부재로 인하여 바닥의 거리 표시선을 광센서를 통해 파악 하는 방식을 적용하였다. 사진에서 볼 수 있듯이 차 량탑재장치의 디스플레이에 표출된 (본 시연에서는 차량원격제어 단말에 표출됨) 교차로 통과여부 정 보에 따라 운전자가 차량을 제어함으로써 딜레마구 간에서의 안전운행이 가능함을 보일 수 있다.
Ⅳ. 결 론
본 논문에서는 IEEE WAVE 기술을 기반으로 하 는 딜레마구간 의사결정 지원 서비스의 개념을 검 증하기 위한 로봇카 기반의 모형시스템의 설계 및 구현에 대하여 소개했다. 제안하는 모델 시스템은 무선랜 인터페이스를 탑재한 임베디드 리눅스 기반 의 로봇카 및 차량탑재장치 에뮬레이터, 신호제어기 와 신호시스템을 모사하기 위한 노트북 PC, 노변기 지국을 모사하기 위한 무선랜 AP운전자의 동작을 모사하기 위한 안드로이드 기반의 원격제어 응용 SW로 구성된다. 로봇카와 신호제어기 간의 신호제 어정보 교환을 위해 [1]에서 제안된 응용 프로토콜 과 차량 통과여부 판단 알고리즘을 사용하였다.
로봇카의 운행속도 및 제동장치의 세밀한 모사 에 있어 실제 상황과는 많은 차이가 있을 수 있으 나, 딜레마구간 의사결정 지원 서비스의 개념을 정 립하는 목적으로 활용이 가능할 것으로 판단되며, 향후 연구로는 운행 속도가 높은 로봇카를 이용한 모델 시스템을 구현하여 딜레마구간 의사결정 지원 시스템의 효과를 좀 더 명확하게 보이는 것과 교차 로 충돌 방지 서비스 등의 교통안전 관련 기능을 추가로 구현하는 것을 들 수 있다[10].
