Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
지난 90년대 초반, 우리나라에 지능형교통체계(ITS)가 처음 도입되기 시작한 이래 국내의 주요 대도시를 중심으로 수많은 ITS시스템이 구축·운영되어 왔고, 현재에도 신규 시스템이 구축되고 있는 상황이다. 이렇 게 구축된 ITS시스템은 성능평가 매뉴얼에 따라 2년~4년 주기로 정기평가를 하도록 권고하고 있으나, 이는 법적 구속력이 없는 권장사항인 데에다가 성능평가에 소요되는 많은 시간과 비용으로 인해 정기평가가 이루 어지는 곳은 거의 없는 실정이라 할 수 있다. 이로 인한 시스템 노후화 진행으로 ITS검지기의 성능수준이 저 하되는 경우가 빈번하여 교통정보오류의 빈도가 잦아지며, 그에 따라 시스템 운영신뢰성 및 제공정보에 대 한 시민들의 체감 신뢰도가 하락하고 있는 실정이다.
최근 활용도가 급속히 확대되고 있는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle : 무인비행기체), 즉 드론은 조종자가 어느 정도의 숙련도만 확보하면 현장에 손쉽게 투입하여 지상촬영과는 차원이 다른 높은 품질의 고공 교통 영상 확보가 가능한 장점이 있어 교통부분에서 활용 잠재력이 매우 뛰어난 것으로 평가받고 있다. 본 연구 에서는 드론을 활용하여 성능평가에 소요되는 비용과 시간을 최소화한 방법으로 ITS검지기의 정기평가를 시 행하는 방안을 제시하고자 하였다.
Ⅱ. 선행연구 고찰
현재까지 ITS 검지기 성능평가와 관련된 기존의 연구들은 평가기준값 확보를 위해 특정한 기존 센서기술 을 활용하는 과정에서 발생하는 여러 한계점을 극복하고자 한 것들이 주를 이루고 있다.
Baik et al.(2006)은 기존의 국내외 ITS 장비 성능평가 방법 및 평가시설에 대한 고찰을 토대로 우리 실정 에 맞는 ITS 장비 성능평가 방법을 정립하고 성능평가 시설을 구축하였다. 이 연구에서는 정비설치 전에 보 다 신뢰성 있는 정비를 선택하도록 시험하고 설치 후에는 도로 및 교통특성에 맞게 교정하도록 검사하며 적 절한 보수, 보강, 교체를 할 수 있도록 ITS장비를 평가해야 한다고 제시하였다. 아울러, 고정식 평가시설과 더불어 장비설치현장에서 바로 평가를 시행 할 수 있는 이동식 시설 구축의 필요성을 강조하였다.
Lee et al.(2012)은 오차요인들을 기준속도에 반영하며 측정불확도의 개념을 적용한 차량검지기의 속도측 정 성능평가방법을 개발하였다. 기존성능평가방법은 측정시의 오차요인들을 충분히 고려하지 못해 평가대상 장비의 성능을 고평가할 가능성이 있는 반면, 개발모형은 측정 시의 변동요인인 오차를 고려하므로 기존평 가방법과 비교하여 개선된 정확도를 보인다는 결론을 제시하고 있다.
Heo et al.(2005)은 ITS 장비의 신뢰성 확보와 검․교정 업무의 효율성을 위하여 기준장비를 개발하고 이를 평가하고자 하였다. 이를 위해 선정된 장비에 대하여 이론적 오차분석을 실시하고 실제 오차분석을 통하여 검증하는 절차를 거쳐 검․교정 기준장비로서 활용이 가능한지에 대하여 검토하였다. 이동식 루프와 테이프 스위치 검지기, 또는 이동식 레이저 검지기는 검․교정을 위한 기준장비로서 교통량, 속도, 점유율 측정의 정확성이 높아 여타 검지기의 오차를 검증하기에 적합한 것으로 하며, 분석이 빠른 시간내에 가능하여 현장 적용이 가능한 것으로 결과를 제시하고 있다.
Jang et al.(2011, 2014)은 검지기 성능평가시 기준장비가 수집한 기준값 불확도 및 신뢰구간 개념을 적용한 성능평가 방법론을 개발하고 이를 루프, 영상, 레이더검지기 성능평가에 적용한 결과, 제시된 방법론이 검지 기 성능평가에 효과적임을 입증하였다.
Ko et al.(2015)은 비매설형 검지기 중에 정확도가 가장 높은 FMCW 방식의 레이더에 대해 성능평가를 수 행하고, 신호제어용 검지용도별로 현장적용 유/무 결과를 제시하였다. 이 연구에서는 기준값 확보를 위해 루 프검지기를 이용하였다.
Texas Department of Transportation(2002)에서는 루프를 대체할 목적으로 영상, 레이더, 초음파 검지기 등에 대해서 성능평가를 수행한 바 있다. Minnesota Department of Transportation(2010)에서도 비매설형 검지기에 대 한 성능평가 연구를 수행하였다. 기준검지기로는 역시 루프검지기가 사용되었다.
이상에서 살펴본 연구들은 대다수가 ITS검지기 성능평가 연구는 기준값 확보를 위해 루프나 레이저 검지 기 등 기존의 장비를 이용하는 방법과 관련된 것으로서, 평가기준장비도 무시할 수 없는 오차값을 가진다는 점에 주목하여 이를 감안한 방법론을 개발하고자한 노력들이라고 할 수 있다. 이들 연구에서도 밝혀진 바와 같이 기존 성능평가 장비들은 특정한 센서기술을 탑재하고 있어 오차를 포함할 수밖에 없는 한계를 지니고 있으며, 평가방법 또한 실험실내 또는 제한된 도로환경하에서 검지기 제품의 정확도를 평가하기 위한 것이 대부분이다. 이에 본 연구는 드론을 활용하면 “참값”에 가까운 직관적이고 시각적인 동영상 기반의 현장검 지기 성능평가 기준값의 손쉬운 확보가 가능하다는 점에 착안하고 있다.
Ⅲ. 연구방법
본 연구에서는 교통정보센터의 ITS검지기 데이터의 정확성을 검증하기 위한 기준값이 되는 실측치를 확 보하기 위해 시중의 상용 드론을 활용하였으며, 부산광역시 교통정보센터에서 운영중인 ITS검지기 중 드론 수집 데이터로 성능평가가 가능한 종류의 검지기를 선정하여 연구를 수행하였다.
검지기 종류별로 드론으로 검증 기준 데이터 수집이 가능한 위치의 검지기 설치 현장에 드론을 투입하여 오후 첨두시간대를 중심으로 15분단위로 영상자료를 수집하였다. PC의 분석 S/W를 활용하여 드론으로 수집 된 영상자료로부터 교통데이터를 추출하고, 이를 해당 지점에서 동일한 시점에 교통정보센터로 올라오는 검 지기 측정치와 비교함으로써 검지기의 정확도를 검증하고자 하였다.
아울러. ITS 검지기 성능평가를 위해 드론을 활용할 경우에 발생하는 소요비용과 시간 등을 산정하여 기 존의 성능평가 방식의 경우와 비교분석함으로써 경제적 타당성을 제시하고자 하였다.
Ⅳ. ITS 검지기 성능평가
1. 평가대상 검지기 선정
현재 부산광역시 교통정보서비스센터에서 운영중인 ITS검지기는 DSRC 검지기, 영상 검지기, 레이더 검지 기, AVI 검지기, RFID 검지기 등 5가지 종류이다. DSRC검지기는 통행속도를 수집하며, 영상검지기는 방향 별 교통량, 대기행렬길이, 교차로지체시간 등 포괄적인 데이터 수집이 가능하다. 레이더검지기는 돌발상황검 지, 통행속도 및 교통량을, AVI검지기는 통행속도, 교통량을 수집하며, 마지막으로 RFID검지기는 승용차요 일제 위반여부 판단을 위한 데이터를 수집한다. 이들 중 드론을 활용하여 성능평가가 가능한 검지기종류와 데이터항목을 분석·정리하면 <Table 1>에 보인 바와 같다.
이와 같이 선정된 성능평가 대상 검지데이터 항목별로 실제 현장에서 성능평가 대상 검지기 위치를 각 1 개소씩 선정하였다. 주요 선정기준으로는 드론비행에 장애가 되는 높은 건물이 많지 않은 곳, 검지기간의 거 리가 멀지 않은 곳, 비행가능구역 등으로 검지기 종류별 세부선정기준 및 위치는 <Table 2> 과 <Fig. 1>에 보 인 바와 같다.
2. 현장 드론 영상자료 수집 및 교통데이터 산출
성능평가 대상으로 선정된 검지기의 현장상공 드론영상 촬영은 시중의 상용드론중 하나인 D사의 P4모델 을 사용하여 시행하였다. DSRC검지기의 경우 연산교차로↔과정교차로간 약 1km구간의 통행속도 조사를 위해 과정교차로 부근 상공 100m 고도에서 2018년 6월 13일 19:15부터 15분간 양방향 통행을 동시 촬영하였 다. 통행시간은 표본으로 선정된 개별차량을 추적하여 시점과 종점간 소요시간을 구하고 이를 평균한 값을 기반으로 산출하였다.
영상검지기에 대해서는 미남교차로 상공 100m에서 2개 접근로씩 묶어 2차례에 나누어 촬영하여 지체시간 과 대기행렬을 산출하였다(2018년 5월 25일 19:00 ~ 19:15 만덕과 장전방면, 19:30 ~ 19:45 사직과 동래방면). 레이더검지기는 부산기계공고삼거리 상공 100m에서 2018년 6월 3일 18:20 ~ 18:40 송정방향 200m구간, 18:40 ~ 18:55 안락방향 200m구간으로 2번에 나누어 촬영하여 통행속도를 측정하였다. 검지기별 조사결과는 아래의 <Table 3> ~ <Table 6>에 요약되어 있는 바와 같다. Table 4, 5
3. 조사결과 비교분석
드론을 활용하여 수집된 실측 데이터값과 각 ITS검지기로부터 수집된 데이터간의 비교분석을 통해 검지 기의 성능평가를 수행한 결과는 다음의 내용과 같다.
먼저 DSRC검지기는 <Table 7> 에 보인 바와 같이, 연산방향으로는 드론데이터와 DSRC검지기 수집데이터 간의 차이가 16km/h로서 검지기의 정확도 개선이 필요한 상태인 것으로 분석되었으며, 과정방향은 4km/h차 이로 적정범위내의 오차를 나타내었다.
스마트교차로 영상검지기의 비교분석 결과는 <Table 8> 에 나타나 있는 바와 같다. 대기행렬 길이는 사 직, 장전방면으로는 드론과 검지기간에 적정범위내의 차이를 보인 반면, 만덕과 동래방면은 2배 이상의 차이 를 보여 개선이 필요한 것으로 나타났다. 지체시간은 모든 방향에서 2배 이상의 현저한 차이가 나타나 시스 템의 개선이 필요한 것으로 분석되었다.
레이더검지기는 양방향 통행속도 모두 드론과 검지기간에 5km/h 이내의 오차값을 보여 적정한 수준의 성 능을 나타내고 있는 것으로 분석되었다.
이상과 같은 드론과 검지기 수집 데이터간의 비교분석결과, 검지기들은 대체로 양호한 정확도를 보였으나 일부 검지기들은 특정 데이터 항목에 대해서는 드론 실측값과 큰 차이를 보여 개선이 필요한 상태인 것으로 판단된다. 물론, 본 연구의 분석결과는 단기간에 수집된 데이터만을 사용했다는 점에서 개별 검지기의 성능 에 대한 단정적 결론을 내릴 수는 없을 것이나, 교통정보센터에서 운영되고 있는 검지기 전반에 대한 체계 적, 정기적 성능평가와 개선작업이 필요하다는 점은 충분히 확인된 것이라 할 수 있다. Table 9
Ⅴ. 드론활용 검지기 성능평가의 경제성 분석
본 연구에서는 드론을 활용한 센터자체 성능평가에 소요된 비용을 산출하여 성능평가 전담기관에 위탁했 을 때의 비용과 비교하는 방식으로 그 경제성을 추정해 보기로 하였다.
먼저 드론을 활용한 성능평가에 소요된 비용을 <Table 10>에 보인 바와 같이 산출하였다. 검지기 1대당 성능평가 단가는 드론장비 구매비용을 제외하면 약 26천원으로 산정되었으며 이를 근거로 부산시 전체 검지 기에 확대 적용했을 경우 8,000천원 가량 소요될 것으로 추정된다.
이상의 소요비용 산출결과를 성능평가 전담기관에 위탁했을 때의 비용과의 비교는 서울시 시설관리공단 의 자료상의 DSRC검지기 성능평가 사례를 참고하였다. 부산시 DSRC검지기 성능평가를 전담기관에 위탁했 을 경우는 약 12,000천원 소요될 것으로 추정되는 반면, 드론을 활용한 센터자체 평가를 시행했을 경우는 드 론장비를 포함하여 약 5,000천원(2,120+3,102천원)로서 절반 이하의 비용이 소요되는 것으로 분석되었다.
영상검지기나 레이더검지기의 경우는 비교할 만한 사례 자료의 확보가 어려워 단순비교는 불가능하였으 나, DSRC검지기의 비교결과를 참고하면 센터 자체인력으로 성능평가 수행시 역시 절반 이하의 비용이 소요 될 것으로 추정된다. 이밖에도 자체 성능평가의 경우, 검지기 정확도에 문제가 의심되는 즉시 간단한 장비 로 소규모 성능평가 작업을 신속히 수행할 수 있다는 장점도 있다.
Ⅵ. 결론 및 향후 과제
본 연구에서는 부산광역시내 다양한 ITS 검지기 (DSRC 검지기, 영상 검지기, 레이더 검지기)의 성능평가 를 위해 드론을 활용하는 방안에 대해 연구를 수행하였다. 드론수집 데이터와 검지기수집 데이터간의 비교 분석을 수행한 결과, 분석대상 검지기의 일정부분이 드론수집 실측치와 상당한 차이를 보여 개선이 필요한 것으로 나타났다. 이 결과는 비록 단기간 수집된 데이터를 기반으로 한 것이라는 점에서 한계점을 지니고는 있으나, ITS 검지기의 정기 성능평가의 필요성과 드론의 유용성은 확인되었다 할 수 있다. 또한, 드론을 통 해 “참값”이라고 할 수 있는 정확한 현장 교통데이터의 손쉬운 확보가 가능함에 따라, 향후 검지기 성능평가 를 비롯한 다양한 교통분야 업무 및 연구에 크게 기여할 것으로 판단된다. 우선 정기적인 교통량 및 통행속 도조사에도 드론활용이 가능할 것이며, 특히 종전에는 수집이 불가능했던 밀도자료의 수집이 가능함에 따라 연속류의 서비스수준 분석은 물론, 교차로 제어지체 실측을 통한 서비스수준평가와 교차로접근수요를 손쉽 게 추정하는 방법론 개발 등도 가능할 것으로 판단된다.
검지기 1대당 성능평가 소요비용은 드론장비 제외시 약 26천원/대, 조사분석 소요시간은 1.27 man-hour/대 로 센터 자체인력으로 성능평가 수행시 외부기관 위탁시와 비교하여 절반 이하의 비용이 소요되어 비용과 시간 측면에서 매우 경제성이 높은 것으로 분석되었다. 성능평가의 주기는 국토교통부의 자동차·도로교통분 야 ITS 성능평가 기준에 명시되어 있는 2년 주기(DSRC는 4년)에 따르는 것이 적정한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 1인이 드론 1대를 사용하여 성능평가를 수행하였으나, 2대 이상 다수의 드론을 동시 활용 시 성능평가에서 활용범위가 대폭 확대가 가능하므로, 향후 다수의 드론을 동시 활용한 성능평가 방안에 관 한 추가 연구가 필요하다.
