KR102477885B1 - Safety analysis management server for evaluating autonomous driving roads - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자율 주행 차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자율 주행 차량의 운행 데이터를 사용하여 도로 주행 위험 지수를 산출하고 도로 주행 안전도를 산출하는 주행 안전도 분석 서버 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an autonomous vehicle, and more particularly, to a driving safety analysis server that calculates a road driving risk index and a road driving safety level using driving data of the autonomous vehicle, and an operation method thereof.
종래의 일반 차량의 도로 등급화 또는 안전도 연구는 도로와 관련된 다양한 변수를 통해 사고 건수를 기초로 또는 자율주행차의 센서 모니터링을 통해 안전지수를 산출하는 방식으로 진행되어 왔다. 하지만, 실도로에서 자율주행차의 비중이 점차 증가함에 따라 미국이나 일본의 경우, 원활한 자율주행차 운행을 위한 인프라 설치 유무로 도로의 등급화를 진행하고 있다.
국내에서는 연속류(고속도로)에서 도로 환경을 평가하는 연구를 진행하였으나, 자율주행차와 일반 차량의 혼재 상황에서 안전성 확보가 가장 시급한 단속류(도시부 도로)에서의 도로 환경 평가는 전무한 실정이다. 따라서, 자율주행차가 운행하는 단속류 도로에서 도로 구간에 따른 운행 위험 요소를 분석하고, 안전성을 보장하기 위한 기술이 필요한 실정이다. 이를 위해 다음과 같은 연구개발사업이 수행되었다.
[지원기관] 차세대융합기술연구원
[주관기관명] 차세대융합기술연구원
[과제고유번호] AICT-2021-0011
[연구개발 사업명] 2021년 융기원-중소기업 공동기획연구
[연구개발 과제명]딥러닝을 활용한 자율주행차 이상행동 판별 기술 개발
[기여율] 20%
[연구기간] 2021.04.05 ~ 2021.11.30Conventional road grading or safety level studies of general vehicles have been conducted in a way of calculating a safety index based on the number of accidents through various road-related variables or through sensor monitoring of an autonomous vehicle. However, as the proportion of self-driving cars gradually increases on real roads, in the case of the United States and Japan, road grading is being carried out with or without infrastructure for smooth operation of self-driving cars.
In Korea, studies have been conducted to evaluate the road environment on continuous streams (highways), but there is no road environment evaluation on intermittent streams (urban roads), where safety is most urgent in a situation where autonomous vehicles and general vehicles are mixed. Therefore, there is a need for technology to analyze driving risk factors according to road sections on intermittent roads operated by autonomous vehicles and to ensure safety. To this end, the following R&D projects were carried out.
[Supporting Organization] Next Generation Convergence Technology Research Institute
[Name of Host Organization] Next Generation Convergence Technology Research Institute
[Assignment identification number] AICT-2021-0011
[R&D Project Name] 2021 Yung Ki-won-Small and Medium Business Joint Planning Research
[R&D task name] Development of autonomous vehicle abnormal behavior discrimination technology using deep learning
[Contribution rate] 20%
[Research Period] 2021.04.05 ~ 2021.11.30
본 발명의 목적은, 실도로 환경을 반영한 단속류 운행 데이터를 수집하기 위해서 도시부 중심지를 운행한 데이터를 수집하고, 딥러닝 기반의 알고리즘을 사용하여 도로 위험 지수 산출 및 도로 주행 안전도를 평가하는 주행 안전도 분석 서버 및 그것의 분석 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to collect driving data in urban centers in order to collect intermittent driving data reflecting real road environments, and to calculate road risk index and evaluate road driving safety using deep learning-based algorithms. It is to provide a safety level analysis server and its analysis method.
본 발명의 실시 예에 따른 자율주행차로부터 제공되는 운행 데이터와 사물인터넷(IoT) 센서를 통해 전송되는 인프라 데이터를 수신하는 등급화 분석 서버는, 상기 운행 데이본 발명의 실시 예에 따른 자율주행차로부터 제공되는 운행 데이터와 사물인터넷(IoT) 센서를 통해 전송되는 인프라 데이터를 수신하는 주행 안전도 분석 서버는, 상기 운행 데이터와 상기 인프라 데이터를 수신하는 통신부, 수신된 상기 운행 데이터 및 상기 인프라 데이터를 저장하는 저장부, 누적된 상기 운행 데이터 및 상기 인프라 데이터를 딥임베디드 클러스터링(Deep Embedded Clustering) 알고리즘을 통해서 도로 구간별 도로 위험 지수를 도출하고, 상기 도로 위험 지수에 기반하여 도로 구간별로 주행 안전도를 평가하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 운행 데이터 및 상기 인프라 데이터를 상기 저장부에 특정 기간 동안 누적하도록 상기 통신부 및 저장부를 제어하고, 누적된 상기 운행 데이터 및 상기 인프라 데이터를 상기 도로의 구간별로 구분하며, 구분된 상기 운행 데이터를 딥임베디드 클러스터링(Deep Embedded Clustering)을 위한 데이터셋으로 구성하고, 상기 데이터셋을 사용하여 위험 클러스터 분류 모델을 학습하고, 그리고 상기 학습 결과로부터 상기 도로 구간별로 상기 도로 위험 지수 및 상기 주행 안전도를 산출하고, 상기 주행 안전도와 상기 인프라 정보를 연계하여 상기 도로 구간별 자율주행차의 운행 특성을 해석한다.
이 실시 예에서, 상기 운행 데이터는 상기 자율주행차의 속도, 횡가속도, 종가속도, 그리고 회전율에 대한 정보들 중 적어도 하나를 포함한다.
이 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 속도, 상기 횡가속도, 상기 종가속도, 그리고 상기 회전율을 부분 집계 근사(Piecewise Aggregate Approximation: PAA) 알고리즘으로 처리하여 상기 데이터셋을 구성한다.
이 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 종가속도, 횡가속도, 그리고 상기 회전율의 'Z-score'를 누적 분포 함수(CDF)에 대입하여 산출된 누적 확율이 상위 및 하위 10%에 대응하는 클러스터를 위험운전행동 클러스터로 판단한다.
이 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 위험운전행동 클러스터에 기반하여 도로 구간별로 상기 도로 위험 지수와 주행 안전도를 결정한다.The grading analysis server for receiving the driving data provided from the autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention and the infrastructure data transmitted through the Internet of Things (IoT) sensor, the autonomous vehicle according to the embodiment of the present invention The driving safety analysis server that receives the driving data provided from the Internet of Things (IoT) sensor and the infrastructure data transmitted through the sensor, the driving safety analysis server, the communication unit receiving the driving data and the infrastructure data, the received driving data and the infrastructure data A storage unit that stores the accumulated driving data and the infrastructure data derives a road risk index for each road section through a deep embedded clustering algorithm, and evaluates the driving safety for each road section based on the road risk index. And a control unit that controls the communication unit and the storage unit to accumulate the operation data and the infrastructure data in the storage unit for a specific period of time, and stores the accumulated operation data and infrastructure data for each section of the road. classify, compose the classified driving data into a dataset for deep embedded clustering, learn a risk cluster classification model using the dataset, and learn the road section by road section from the learning result. A risk index and the driving safety level are calculated, and driving characteristics of the autonomous vehicle for each road section are analyzed by linking the driving safety level and the infrastructure information.
In this embodiment, the driving data includes at least one of information about speed, lateral acceleration, longitudinal acceleration, and rotation rate of the self-driving vehicle.
In this embodiment, the control unit constructs the dataset by processing the speed, the lateral acceleration, the longitudinal acceleration, and the rotation rate with a piecewise aggregate approximation (PAA) algorithm.
In this embodiment, the controller substitutes the longitudinal acceleration, the lateral acceleration, and the 'Z-score' of the rotation rate into the cumulative distribution function (CDF), and the calculated cumulative probability clusters corresponding to the upper and lower 10% risk It is judged by the driving behavior cluster.
In this embodiment, the control unit determines the road risk index and driving safety level for each road section based on the risky driving behavior cluster.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행 도로의 주행 안전도 분석 서버 및 그것의 분석 방법에 따르면, 자율주행차 관련 사고를 줄일 수 있고, 도로 주행 안전도의 해석을 통해 도로 행정과 연관된 산업 및 기관에서 정책 수립을 위한 보조 자료로 활용이 가능하다. 또한, 자율주행차 관련 사고 발생 시 책임 규명을 할 수 있는 분석 도구로의 역할도 가능함에 따라 교통 안전과 연관된 모든 분야에서 안전성을 확보할 수 있다. According to the above-described driving safety analysis server of autonomous driving roads and its analysis method according to an embodiment of the present invention, accidents related to autonomous vehicles can be reduced, and through analysis of road driving safety levels, industries and institutions related to road administration It can be used as an auxiliary material for policy establishment. In addition, safety can be secured in all fields related to traffic safety, as it can serve as an analysis tool to determine responsibility in the event of an autonomous vehicle-related accident.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행차의 실증 빅데이터를 획득 및 분석하기 위한 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 자율주행차에 적재되거나 장착되는 차량 센서 모듈의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1의 사물 인터넷(IoT) 센서의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 주행 안전도 분석 서버를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 주행 안전도 분석 서버에서 수행하는 도로 등급화를 진행하는 방법을 간략히 보여주는 순서도이다.
도 6은 도 5의 도로 주행 안전도의 평가 절차를 좀더 구체적으로 보여주는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행차의 운행 데이터를 수집한 도로 맵을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 도로정밀지도의 일부분을 보여주는 도면이다.
도 9는 도 7에 언급된 본 발명의 부분 집계 근사(PAA) 알고리즘의 예를 간략히 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 딥임베디드 클러스터링(DEC) 알고리즘을 구성하는 방법을 간략히 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행 도로의 주행 안전도 평가 결과 및 그것의 해석 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터의 개수별 DEC 평가지표(Generalizability)를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 딥임베디드 클러스터링(DEC) 결과를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 14는 도로 구간별 위험운전행동 클러스터의 포함 비율 및 위험지수를 산출하는 방법을 간략히 보여주는 표이다.
도 15는 도로 위험 지수(RRI)를 기반으로 최종 자율주행도로의 도로구간별 주행 안전도를 시각적으로 보여주는 도면이다.
도 16 내지 도 17은 본 발명의 도로 주행 안전도와 도로 인프라를 연계하여 분석한 예를 간략히 보여준다. 1 is a block diagram exemplarily showing a system for acquiring and analyzing empirical big data of an autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle sensor module loaded or mounted on an autonomous vehicle as an example.
3 is a block diagram showing the configuration of the Internet of Things (IoT) sensor of FIG. 1 as an example.
4 is a block diagram showing the driving safety level analysis server shown in FIG. 1 as an example.
5 is a flowchart briefly illustrating a method of performing road grading performed by the driving safety level analysis server of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating the road driving safety evaluation procedure of FIG. 5 in more detail.
7 is a diagram showing a road map in which driving data of an autonomous vehicle is collected according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a part of a precision road map according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph briefly showing an example of the partial aggregation approximation (PAA) algorithm of the present invention mentioned in FIG. 7 .
10 is a diagram briefly showing a method of constructing a deep embedded clustering (DEC) algorithm of the present invention.
11 is a diagram exemplarily illustrating a driving safety evaluation result of an autonomous driving road and an analysis method thereof according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph exemplarily showing the DEC evaluation index (Generalizability) for each number of clusters according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph exemplarily showing results of deep embedded clustering (DEC) according to an embodiment of the present invention.
14 is a table briefly showing how to calculate the risk index and the inclusion ratio of risky driving behavior clusters for each road section.
15 is a diagram visually showing a driving safety level for each road section of a final autonomous driving road based on a road risk index (RRI).
16 and 17 briefly show an example of analysis in connection with road driving safety and road infrastructure according to the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행차의 실증 빅데이터를 획득 및 분석하기 위한 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 자율주행차(105)의 실증 빅데이터(자율주행차 운행 데이터 및 인프라 데이터)를 획득하기 위한 시스템(10)은 차량 센서 모듈(100), 사물 인터넷(IoT) 센서(200), 통신망(300), 그리고 주행 안전도 분석 서버(400)를 포함한다.
차량 센서 모듈(100)은 자율주행차(105)에 설치된다. 자율주행차(105)는 실증 빅데이터를 획득하기 위한 실도로를 운행할 수 있는 다양한 종류의 차량에 자율주행 시스템을 장착한 차량일 수 있다. 자율주행차(105)에 탑재된 차량 센서 모듈(100)은 다양한 센서들을 사용하여 자율주행차(105)의 운행 데이터를 생성한다. 예를 들면, 차량 센서 모듈(100)은 자율주행차(105)의 속도 센서, 가속도 센서, 회전율(Yaw rate) 센서, 위치 센서 등을 포함할 수 있다. 그리고 이들 센서들로부터 감지된 운행 데이터는 통신망(300)을 통하여 주행 안전도 분석 서버(400)로 전송될 수 있다.
IoT 센서(200)는 도로나 도로 상부에 설치되어 도로의 상태나 교통 흐름, 추돌 사고나 주차 상태 등을 모니터링하는 센서나 카메라일 수 있다. IoT 센서(200)는 도로 구간별 습도, 대기질을 감지하는 센서, 도로 노면의 상태를 모니터링하는 노면 센서 등을 포함할 수 있다. IoT 센서(200)는 노면 센서를 통해서 노면 상에 적설량이나 강수량에 따른 습도나 빙설의 상태를 센싱할 수 있다. IoT 센서(200)는 이러한 도로의 각 구간별, 차로별로 센싱한 데이터를 인프라 데이터로서 통신망(300)을 통하여 주행 안전도 분석 서버(400)로 전송할 수 있다.
통신망(300)은 차량 센서 모듈(100)과 IoT 센서(200) 그리고 주행 안전도 분석 서버(400) 간의 통신 채널을 제공한다. 통신망(300)은 차량 센서 모듈(100)이나 주행 안전도 분석 서버(400)와 같은 각각의 노드(Node)들 간에 정보의 교환을 위한 무선 또는 유선 통신 구조를 의미한다. 예를 들면, 통신망(300)은 차량이 다른 차량이나 모바일 기기, 도로 등의 사물과 정보를 교환하기 위한 차량사물통신(V2X, Vehicle to Everything)을 포함할 수 있다. 또는, 통신망(300)은 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 3G, 4G, 5G, 6G 등을 포함할 수 있으나, 본 발명은 여기에 한정되지는 않는다.
주행 안전도 분석 서버(400)는 차량 센서 모듈(100)과 IoT 센서(200)로부터 제공되는 운행 데이터와 인프라 데이터를 딥러닝 기반의 클러스터링 알고리즘을 사용하여 도로 구간별 도로 위험지수를 생성한다. 주행 안전도 분석 서버(400)는 자율주행차(105)의 도로 위험지수를 근거로 자율주행차(105)가 운행하는 도로를 구간별로 주행 안전도를 평가할 수 있다.
주행 안전도 분석 서버(400)는 도출한 도로 등급화 결과를 도로 구간의 기하 구조나 시설물과 같은 도로 인프라와 연계하여 해석할 수 있다. 주행 안전도 분석 서버(400)는 자율주행차(105)가 운행하는 도로의 구간별 사고 위험도를 도로 인프라와 연계하여 모니터링하여 차량 운행의 안전도를 높이기 위한 데이터로 사용할 수 있다. 또는, 도로 등급화 결과를 사용하여 자율주행차(105)의 운행 알고리즘의 보완이나 보험 자료, 도로 안전 관리 자료로 사용할 수 있다.
이상에서 설명된 주행 안전도 분석 서버(400)에 따르면, 실도로에서의 수집된 실증 빅데이터를 바탕으로 자율주행차(105)의 도로 구간별 안전 지수 및 도로 안전도가 도출될 수 있다. 그리고 도출된 도로 안전도는 실도로 인프라와 연계하여 자율주행차(105)의 운행 알고리즘의 개발에 사용될 수 있다. 더불어, 도로 안전도는 자율주행 도로의 위험구간을 도로 인프라와 연계하여 인프라 개선을 위한 자료로도 사용될 수 있을 것이다.
도 2는 자율주행차에 적재되거나 장착되는 차량 센서 모듈의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 차량 센서 모듈(100)은 자율주행차(105, 도 1 참조)의 운행 데이터를 생성하여 주행 안전도 분석 서버(400)로 전송할 수 있다. 차량 센서 모듈(100)은 센서부(110), 센서 허브(130), 그리고 차량 통신부(150)를 포함할 수 있다.
센서부(110)는 자율주행차(105)의 운행시에 감지되는 속도나 가속도, 위치, 회전율(Yaw rate)과 같은 움직임이나 주변 환경을 인식한다. 센서부(110)는 자율주행차(105)의 움직임 특성을 센싱하기 위해 속도 센서(111), 가속도 센서(112), 위치 센서(113), 회전율 센서(114) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 가속도 센서(112)는 자율주행차(105)의 종(縱)방향 가속도를 감지하는 종가속도 센서와 횡(橫)방향 가속도를 감지하는 횡가속도 센서를 포함할 수 있다. 그리고 센서부(110)는 자율 주행차 주변의 사물이나 상황을 인식하기 위한 라이다 센서(115)나 레이더 센서(116)를 포함할 수 있다.
센서 허브(130)는 센서부(110)에 포함되는 복수의 센서들(111~116)로부터 제공되는 센싱 데이터를 제공받아 처리한다. 센서 허브(130)는 복수의 센서들로부터 랜덤하게 전달되는 센싱 데이터를 주기적으로 또는 비주기적으로 수신할 수 있다. 복수의 센서들(111~116) 각각의 센싱 데이터는 센서 허브(130)에 의해서 취합된다. 센서 허브(130)는 센서부(110)에서 전달되는 센싱 데이터를 효율적인 전송을 위한 데이터 포맷으로 변환시킬 수도 있다. 센서 허브(130)는 프로세서나 다양한 연산 코어들을 사용하여 구현될 수 있다.
차량 통신부(150)는 센서 허브(130)로부터 제공되는 센싱 데이터를 통신망(200)을 통해서 전송한다. 예를 들면, 차량 통신부(150)는 차량사물통신(V2X)을 지원하는 유무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
차량 센서 모듈(100)에 포함되는 센서의 종류는 도시된 종류에만 국한되지 않음은 잘 이해될 것이다. 즉, 차량 센서 모듈(100)은 고도 센서나 온도 센서를 비롯한 다양한 자율주행차(105)의 움직임이나 환경 정보를 감지하기 위한 센서들을 포함할 수 있다. 이상에서 설명된 차량 센서 모듈(100)은 자율주행차(105)에 일체형으로, 또는 모듈형으로 장착될 수 있을 것이다.
도 3은 도 1의 사물 인터넷(IoT) 센서의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, IoT 센서(200)는 센서부(210) 및 통신부(230)를 포함할 수 있다. IoT 센서(200)는 도로 구간 ID별로 복수의 구간에 복수의 개수로 설치될 수 있다.
센서부(210)는 습도 센서(211), 노면 상태 센서(213) 그리고 대기질 센서(215)를 포함할 수 있다. 습도 센서(211)는 도로 노면의 습도를 센싱하도록 도로 노면이나 도로변에 설치될 수 있다. 노면 상태 센서(213)는 도로 노면의 상태를 센싱한다. 노면 상태 센서(213)는 도로의 노면 상의 적설량이나 강수량에 따른 빗물이나 빙설의 양을 센싱할 수 있다. 대기질 센서(215)는 대기의 오염도나 미세 먼지의 농도 등을 측정할 수 있다. 또는, 대기질 센서(215)는 안개나 먼지에 의한 시야 확보 상태 등을 센싱할 수도 있다. 이밖에도 센서부(210)는 도로 인프라와 관련된 다양한 정보를 감지하여 인프라 데이터로 생성할 수 있다.
통신부(230)는 센서부(210)에서 제공되는 센싱 데이터를 통신망(300)을 통해서 인프라 데이터로서 전송한다. 예를 들면, 통신부(230)는 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 3G, 4G, 5G, 6G 등의 표준을 지원하는 유무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 주행 안전도 분석 서버를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 주행 안전도 분석 서버(300, 도 1 참조)는 차량 센서 모듈(100, 도 1 참조)로부터 전송되는 실도로 주행 기반의 운행 데이터와 IoT 센서(200, 도 1 참조)로부터 제공되는 인프라 데이터를 처리하여 자율주행 도로를 구간별로 안전도를 평가할 수 있다. 그리고 주행 안전도 분석 서버(400)는 도출된 자율주행 도로의 안전도와 도로 인프라와의 인과 관계를 해석할 수 있다. 도 4를 참조하면, 주행 안전도 분석 서버(400)는 통신부(320), 저장부(340), 그리고 제어부(360)를 포함할 수 있다.
통신부(320)는 수신부(321)와 송신부(323)를 포함한다. 수신부(321)는 차량 센서 모듈(100)에서 전송되는 운행 데이터를 수신한다. 수신부(321)는 통신망(200, 도 1 참조)을 통해서 전달되는 운행 데이터를 제어부(360)에서 처리되는 데이터 포맷으로 변경할 수 있다. 수신부(321)는 수신된 운행 데이터를 제어부(360)에 전달할 것이다. 송신부(323)는 주행 안전도 분석 서버(400)에서의 도출된 도로 등급화 결과의 해석을 통해 생성된 실도로 인프라와의 인과 관계 등을 출력할 수 있다.
저장부(340)는 차량 정보 DB(341), 운행 데이터 DB(343), 도로 정보 DB(345), 그리고 도로 등급화 정보 DB(347)를 포함할 수 있다. 저장부(340)는 주행 안전도 분석 서버(400)에서 관리하는 데이터를 저장하기 위한 스토리지들로 구성될 수 있을 것이다.
차량 정보 DB(341)는 자율주행차(105)에 대한 정보를 저장한다. 예를 들면, 운행 데이터를 전송하는 자율주행차가 2대 이상인 경우, 각각의 차량을 식별하기 위한 정보가 차량 정보 DB(341)에 저장될 수 있다. 더불어, 차량 정보 DB(341)에는 자율주행차(105)의 차종이나 중량, 사이즈와 같은 차량 특성 정보가 저장될 수도 있을 것이다.
운행 데이터 DB(343)에는 데이터 수집 유닛(363)의 제어에 따라 차량 센서 모듈(100)에서 전송되는 운행 데이터가 저장된다. 운행 데이터는 운행 패턴을 도출하기 위해 차량 센서 모듈(100)로부터 장시간에 걸쳐 전송되는 방대한 양의 빅데이터일 수 있다. 운행 데이터 DB(343)에는 원시 데이터(Raw data) 형태의 자율주행차(105)의 운행 정보가 저장될 수 있다.
도로 정보 DB(345)는 자율주행차(105)의 운행 데이터가 생성되는 도로의 구간별 식별자(ID)나 IoT 센서(200, 도 3 참조)에서 전송되는 도로 인프라에 대한 정보들이 저장될 수 있다. 예를 들면, 도로 인프라에는 차로 중심선, 횡단 보도, 유도선, 육교, 교차로, 로터리, 차선의 증가나 감소와 같은 자율주행차(105)의 운행에 영향을 미치는 도로 시설이나 정보가 포함될 수 있다. 더불어, 도로 정보 DB(345)는 도로 구간별 정밀 도로 지도를 저장하고, 제어부(360)에 제공할 수 있다. 주행 안전도 DB(347)에는 제어부(360)에서 생성된 도로의 구간별 주행 안전도가 저장된다.
제어부(360)는 통신부(320)를 통해서 전달되는 운행 데이터와 인프라 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 머신 러닝을 통해 처리 가능한 데이터셋으로 구성한다. 제어부(360)는 생성된 데이터셋을 딥러닝 기반의 클러스터링 알고리즘으로 처리하여 도로 구간별 도로 위험 지수(Road Risk Index: 이하, RRI)를 생성한다. 제어부(360)는 생성된 도로 구간별 도로 위험 지수(RRI)를 기초로 자율주행차가 운행하는 도로에 대한 구간별 주행 안전도를 산출한다. 더불어, 제어부(360)는 도로 구간별로 생성된 주행 안전도를 사용하여 도로 인프라와 연계하여 해석할 수 있다. 이를 위해, 제어부(360)는 프로세서(361), 데이터 수집 유닛(363), 데이터셋 구성 유닛(365), 주행 안전도 산출 유닛(367), 그리고 주행 안전도 해석 유닛(369)을 포함한다. 여기서, 바람직하게 프로세서(361)는 하드웨어로 구성될 수 있고, 데이터 수집 유닛(363), 데이터셋 구성 유닛(365), 주행 안전도 산출 유닛(367), 그리고 주행 안전도 해석 유닛(369)은 소프트웨어로 제공될 수 있다.
프로세서(361)는 주행 안전도 분석 서버(400)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(361)는 통신부(320)를 통해서 수신되는 운행 데이터나 인프라 데이터를 패치하거나 제어 신호를 전송할 수 있다. 프로세서(361)는 저장부(340)의 차량 정보 DB(341), 운행 데이터 DB(343), 도로 정보 DB(345), 그리고 주행 안전도 DB(347)에 접근할 수 있다. 프로세서(361)는 데이터 수집 유닛(363), 데이터셋 구성 유닛(365), 주행 안전도 산출 유닛(367), 그리고 주행 안전도 해석 유닛(369)을 구성하는 알고리즘이나 프로그램 명령을 실행할 수 있다. 프로세서(361)는 SoC(system-on-chip), ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 형태로 구현될 수 있다.
데이터 수집 유닛(363)은 자율주행차(105)의 차량 센서 모듈(100, 도 2 참조)로부터 전송되는 운행 데이터를 저장부(340)에 저장한다. 운행 데이터는 대상 도로 구간에 대하여 자율주행차(105)가 정해진 기간 동안 복수회 운행하여 생성된 빅데이터(Big-data)이다. 따라서, 운행 데이터를 수집하기 위한 기간 동안 데이터 수집 유닛(363)에는 기간별, 도로 식별자(ID)별로 운행 데이터가 축적될 수 있다. 운행 데이터는 의미있는 특정 기간동안 축적된 빅데이터 형태로 관리될 수 있다.
데이터셋 구성 유닛(365)은 수집된 운행 데이터 또는 인프라 데이터를 기계 학습에 용이한 형태로 재구성한다. 데이터셋 구성 유닛(365)은 운행 데이터와 인프라 데이터를 딥러닝 기반의 클러스터링 알고리즘에 학습하기 위한 형태로 가공한다. 데이터셋 구성 유닛(365)은 운행 데이터의 구성을 분석하고 자율주행 도로의 주행 안전도에 영향을 미치는 변수들을 선별한다. 데이터셋 구성 유닛(365)은 특히 속도, 종가속도, 횡가속도, 그리고 회전율(Yaw rate) 정보를 사용하여 전처리를 수행한다. 데이터 전처리 중 활용 가능한 데이터의 선정 기준은 다음과 같다.
먼저, 데이터셋 구성 유닛(365)은 수신된 운행 데이터에서 일자별, 차량별 운행 데이터를 분리한다. 그리고 데이터셋 구성 유닛(365)은 자율주행모드, 센서별, 통신 장애 유무를 고려하여 기준을 충족한 데이터를 추출한다. 더불어, 데이터셋 구성 유닛(365)은 운행 데이터 중에서 활용 변수의 결측치가 존재하는 데이터를 제거한다. 이어서, 데이터셋 구성 유닛(365)은 데이터 편차에 따른 학습 모델의 성능 저하를 방지하기 위해 정규화(Normalization)를 수행한다. 정규화의 예로서, 모든 운행 데이터에 대해 최소-최대 정규화(Min-Max Normalization)를 적용할 수 있다. 즉, 운행 데이터들은 최소 '0'에서 최대 '1'을 갖는 수치들로 정규화될 수 있다.
데이터셋 구성 유닛(365)은 자율주행차(105)의 위험운전 행동에 대한 데이터셋을 구성한다. 데이터셋 구성 유닛(365)은 도로 구간별 위험 클러스터 분류를 위해 현재 정밀 도로 지도에서 정의하는 도로 구간내 데이터를 활용한다. 즉, 데이터셋 구성 유닛(365)은 도로 주행 안전도의 최소 구간 길이를 선정하기 위해 해당 도로 구간 길이의 평균과 속도를 활용하여 구간 길이를 계산한다. 더불어, 데이터셋 구성 유닛(365)은 산출한 최소 도로 구간 길이를 기준으로 기준 이하의 데이터 개수를 포함한 도로 구간은 데이터셋 구성에서 제외한다. 각 도로 구간의 데이터 개수를 통일시키기 위해 최소 도로 구간 길이로 압축하는 부분 집계 근사(Piecewise Aggregate Approximation: 이하, PAA) 알고리즘이 사용될 수 있다.
주행 안전도 산출 유닛(367)은 데이터셋 구성 유닛(365)에 의해서 구성된 데이터셋에 대한 딥러닝 기반의 클러스터링 알고리즘을 사용하여 위험 클러스터 분류 모델을 학습한다. 주행 안전도 산출 유닛(367)은 본 발명에서는 딥러닝(Deep learning) 기반 클러스터링 알고리즘인 딥임베디드 클러스터링(Deep Embedded Clustering: 이하, DEC)를 사용한다. DEC는 오토인코더(Autoencoder) 모델의 인코더 구조를 차용하여 차원을 축소시킨 후, 클러스터링을 진행하는 구조일 수 있다. 이는 기존 클러스터링 알고리즘에 비해 좋은 성능을 갖는다.
클러스터링의 결과를 검증하기 위한 평가지표로는 일반화가능도(Generalizability)가 활용될 수 있다. 일반화가능도(Generalizability)는 학습 데이터셋과 평가 데이터셋의 손실값의 비율을 활용하여 가장 많이 하락이 발생한 클러스터 개수를 최적의 클러스터 개수로 선정하는 방식이다. 기존 딥러닝 모델과 유사하게 모델 파라미터를 정의하는데, 각 레이어의 노드 개수의 경우 데이터셋의 차원을 기반으로 선정(ex. 데이터의 길이가 20개일 경우 각 레이어당 노드의 개수를 10→5→2개로 설정)한다. 평가지표(Generalizability)의 값이 낮은 경우 과적합(Overfitting) 상태로 판단한다. 따라서, 최적의 결과를 도출하기 위해 평가지표의 값이 가장 많이 하락하기 전 클러스터 개수를 최적의 클러스터 개수로 정의한다. 본 발명의 활용되었던 데이터셋의 경우 클러스터 개수가 7에서 8 사이가 가장 하락폭이 크기 때문에 최적의 클러스터 개수를 7로 결정하였다. 주행 안전도 산출 유닛(367)에 의해서 도로 위험지수 및 위험지수를 기반으로 도로 주행 안전도가 생성된다.
주행 안전도 해석 유닛(369)은 딥러닝 기반의 클러스터링 알고리즘을 통해서 도출된 도로 주행 안전도를 도로 인프라와 연계하여 해석한다. 주행 안전도 해석 유닛(369)은 각 클러스터들에 속한 도로 구간의 기하 구조나 시설물, 차로 수, 구간 길이, 도로 표지판, 교통 단속 장비, 다양한 시설물 등에서 안전에 영향을 미치는 인자들을 선택할 수 있다. 즉, 주행 안전도 해석 유닛(369)은 저장부(340)의 도로 정보 DB(345)로부터 제공되는 대상 도로의 인프라와 클러스터별 인과 관계를 추정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 주행 안전도 분석 서버에서 수행하는 도로 주행 안전도 평가를 진행하는 방법을 간략히 보여주는 순서도이다. 도 5를 참조하면, 주행 안전도 분석 서버(400)는 자율주행차(105)로부터 제공되는 운행 데이터와 인프라 데이터를 축적하고, 축적된 데이터로부터 주행 안전 지수 및 도로 주행 안전도 산출을 수행할 수 있다.
S110 단계에서, 데이터 수집 유닛(363)은 운행 데이터와 인프라 데이터를 저장부(340)의 운행 데이터 DB(343)에 저장한다. 운행 데이터는 차량별, 기간별, 도로 구간별로 누적되어 운행 데이터 DB(343)에 저장될 수 있다.
S120 단계에서, 데이터셋 구성 유닛(365)은 운행 데이터 DB(343) 상에 저장된 수집된 운행 데이터를 분석하고, 자율주행 도로의 주행 안전도에 영향을 미치는 변수들을 선택한다. 예를 들면, 데이터셋 구성 유닛(365)은 자율주행차(105)의 속도, 종가속도, 횡가속도, 회전율 등에 대한 값들을 선택할 수 있다. 이때, 충분한 측정치를 제공하지 않는 데이터는 제외시킬 수 있다. 데이터셋 구성 유닛(365)은 데이터의 선별이 완료되면, 데이터 전처리를 수행한다. 즉, 데이터셋 구성 유닛(365)은 선별된 데이터를 위험 클러스터 분류 모델을 학습시키기 위한 형태로 변환한다. 데이터셋 구성 유닛(365)은 도로 구간별 위험 클러스터 분류를 위해 현재 정밀 도로 지도에서 정의하는 도로 구간내 데이터를 활용한다. 즉, 데이터셋 구성 유닛(365)은 도로 주행 안전도 평가의 최소 구간 길이를 선정하기 위해 해당 도로 구간 길이의 평균과 속도를 활용하여 구간 길이를 계산한다. 더불어, 데이터셋 구성 유닛(365)은 산출한 최소 도로 구간 길이를 기준으로 기준 이하의 데이터 개수를 포함한 도로 구간은 데이터셋 구성에서 제외한다. 각 도로 구간의 데이터 개수를 통일시키기 위해 최소 도로 구간 길이로 압축하는 부분 집계 근사(PAA) 알고리즘이 사용될 수 있다.
S130 단계에서, 주행 안전도 산출 유닛(367)은 구성된 데이터셋에 대한 비지도 학습을 사용하여 위험 클러스터 분류 모델을 학습한다. 주행 안전도 산출 유닛(367)은 딥러닝(Deep learning) 기반 클러스터링 알고리즘인 딥임베디드 클러스터링(DEC)을 사용하여 데이터셋을 군집화할 수 있다.
S140 단계에서, 주행 안전도 산출 유닛(367)은 딥러닝 기반 클러스터링 알고리즘의 학습 결과를 사용하여 도로 위험지수를 생성한다. 주행 안전도 산출 유닛(367)은 위험 클러스터를 정의하기 위해 각 클러스터의 대표값을 산출한다. 위험 클러스터는 급감가속, 급회전과 관련된 종가속도, 횡가속도, 회전율(Yaw Rate)의 이상치 유무로 정의할 수 있다. 이상치 유무를 판단하기 위해 대표적 통계 방법인 "z-score"를 활용할 수 있다. "z-score"를 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function; CDF)에 대입하여 산출된 누적 확률이 상하위 10% 이내인 경우 위험 클러스터로 선정할 수 있다.
S150 단계에서, 주행 안전도 산출 유닛(367)은 생성된 도로 위험 지수(RRI)에 따라 자율주행 도로의 구간별 주행 안전도를 평가한다. 예를 들면, 도로 위험 지수(RRI)에 따라 각 도로 구간별로 안전, 주의, 그리고 위험과 같은 주행 안전도를 부여할 수 있다. 더불어, 주행 안전도 해석 유닛(369)에 의해서 도로 구간별 주행 안전도를 해석할 수 있다. 주행 안전도 해석 유닛(369)은 각 도로 구간별로 주행 안전도에 영향을 미치는 요인을 인프라 데이터와 연관하여 해석할 수 있다. 주행 안전도 산출 유닛(367)은 각 클러스터들에 속한 도로 구간의 기하 구조나 시설물, 차로 수, 구간 길이, 도로 표지판, 교통 단속 장비, 다양한 시설물 등에서 도로 주행 안전도와의 연관성을 해석할 수 있다. 해석 결과는 교통관제센터에서 실시간 도로 감시 및 도로 안전을 위한 대책 수립에 참조될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주행 안전도 분석 서버(400)의 데이터의 수집과 데이터셋 구성, 위험 클러스터 분류 모델의 학습, 도로 위험 지수(RRI) 생성과 주행 안전도를 생성하는 절차가 간략히 설명되었다.
도 6은 도 5의 도로 주행 안전도의 생성 절차를 좀더 구체적으로 보여주는 순서도이다. 도 6을 참조하면, 주행 안전도 분석 서버(400)는 자율주행차(105)로부터 제공되는 실도로 운행 데이터와 인프라 데이터를 축적하고, 축적된 데이터로부터 도로 위험 지수(RRI) 및 도로 주행 안전도의 평가를 수행할 수 있다.
S210 단계에서, 주행 안전도 분석 서버(400)는 자율주행차(105)의 운행 데이터와 인프라 데이터, 정밀지도 데이터를 수집한다. 좀더 구체적으로, 데이터 수집 유닛(363)은 자율주행차(105)로부터 전송되는 운행 데이터를 운행 데이터 DB(343)에 저장한다. 운행 데이터는 미리 정해진 기간 동안 수집되고 운행 데이터 DB(343)에 누적된다. 인프라 데이터는 도로 주행 안전도 평가에 필요한 인프라 정보로서, 도로 구간별 및 도로 구간들 각각의 차로별 추돌 사고나 차량의 주정차 상태 등이 포함될 수 있다. 그리고 인프라 데이터에는 노면 센서 장비로부터 제공되는 도로의 구간별 노면 상태, 습도나 온도와 같은 정보도 인프라 데이터에 포함될 수 있다. 더불어, 데이터 수집 유닛(363)은 자율주행차(105)가 운행하는 자율주행 도로의 정밀 지도를 수집할 수도 있을 것이다.
S220 내지 S228 단계에서, 데이터셋 구성 유닛(365)은 운행 데이터 DB(343)에 저장된 수집된 운행 데이터 또는 인프라 데이터를 딥러닝(Deep learning) 기반 클러스터링 알고리즘에 적합한 형태의 데이터셋(Data-set)으로 구성한다. 먼저, S220 단계에서, 데이터셋 구성 유닛(365)은 수집된 데이터에서 에러가 존재하는 데이터들을 제거하고, 정상적인 데이터만을 추출한다. S222 단계에서, 데이터셋 구성 유닛(365)은 추출된 데이터를 도로 구간별로 분류하고, 도로 구간 기준으로 데이터를 병합한다. S224 단계에서, 데이터셋 구성 유닛(365)은 데이터의 수가 기준치(n)를 초과하는지 체크한다. 만일, 데이터의 수가 기준치(n)를 초과하는 경우('예' 방향), 절차는 S226 단계로 이동한다. 반면, 데이터의 수가 기준치(n) 이하인 경우, 절차는 S220 단계로 복귀하여 데이터 추출을 계속한다. S226 단계에서, 데이터셋 구성 유닛(365)은 도로 구간별로 병합된 데이터(속도, 종가속도, 횡가속도, 회전율 등) 각각을 부분 집계 근사(PAA) 알고리즘을 적용하여 처리한다. S228 단계에서, 데이터셋 구성 유닛(365)은 부분 집계 근사(PAA) 알고리즘에 따라 시계열 데이터로 재배열된 데이터를 머신 러닝 알고리즘에 적용하기 위한 데이터셋으로 구성한다.
S230 내지 S232 단계에서, 주행 안전도 산출 유닛(367)은 구성된 데이터셋에 대한 딥임베디드 클러스터링(DEC)을 적용한 위험 클러스터 분류 모델을 학습한다. S230 단계에서, DEC는 오토인코더(Autoencoder) 모델의 인코더 구조를 차용하여 차원을 축소시킨 후, 클러스터링을 진행하는 구조를 사용할 수 있다. 클러스터링의 결과를 검증하기 위한 평가지표로는 일반화가능도(Generalizability)를 활용할 수 있다. 일반화가능도(Generalizability)를 사용하여 학습 데이터셋과 평가 데이터셋의 손실값의 비율이 가장 많이 하락이 발생한 클러스터 개수를 최적의 클러스터 개수로 선정할 수 있다. 기존 딥러닝 모델과 유사하게 모델 파라미터를 정의하는데, 각 레이어의 노드 개수의 경우 데이터셋의 차원을 기반으로 선정(예를 들면, 데이터의 길이가 20개일 경우 각 레이어당 노드의 개수를 10→5→2개로 설정)한다. 평가지표(Generalizability)의 값이 낮은 경우 과적합(Overfitting) 상태로 판단한다. 따라서, 최적의 결과를 도출하기 위해 평가지표의 값이 가장 많이 하락하기 전 클러스터 개수를 최적의 클러스터 개수로 정의한다. 본 발명의 활용되었던 데이터셋의 경우 클러스터 개수가 7에서 8 사이가 가장 하락폭이 크기 때문에 최적의 클러스터 개수를 7로 결정하였다. 주행 안전도 산출 유닛(367)에 의해서 도로 위험지수 및 위험지수를 기반으로 도로 주행 안전도가 생성된다. 데이터셋은 S232 단계의 클러스터링에 의해 정상 클러스터와 위험 클러스터로 군집화될 수 있다.
S240 단계에서, 주행 안전도 산출 유닛(367)은 클러스터링의 결과로부터 도로 위험 지수(Road Risk Index: 이하, RRI:)를 산출한다. 주행 안전도 산출 유닛(367)은 위험 클러스터를 정의하기 위해 각 클러스터의 대표값을 산출한다. 위험 클러스터는 급가속, 급감속, 급회전과 관련된 종가속도, 횡가속도, 회전율(Yaw Rate)의 이상치 유무로 정의할 수 있다. 이상치 유무를 판단하기 위해 대표적 통계 방법인 "z-score"를 활용할 수 있다. "z-score"를 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function; CDF)에 대입하여 산출된 누적 확률이 상하위 10% 이내인 경우 위험 클러스터로 선정할 수 있다. 도로 위험 지수(RRI)를 산출하기 위해 각 도로 구간 데이터가 위험 클러스터에 포함된 개수와 전체 데이터의 개수를 산출한다. 그리고 전체 데이터 개수에 대한 위험 클러스터 개수의 비가 도로 위험 지수(RRI, 0~1)로 산출될 수 있다.
S250 단계에서, 주행 안전도 산출 유닛(367)은 생성된 도로 위험 지수(RRI)에 따라 자율주행 도로의 구간별 주행 안전도를 평가한다. 예를 들면, 도로 위험 지수(RRI)에 따라 각 도로 구간별로 안전, 주의, 위험과 같은 주행 안전도를 부여할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주행 안전도 분석 서버(400)의 데이터의 수집과 데이터셋 구성, 위험 클러스터 분류 모델의 학습, 도로 위험 지수(RRI) 생성과 주행 안전도를 생성하는 절차가 설명되었다. 추가적으로 생성된 주행 안전도를 참조하여 각 도로 구간별로 주행 안전도에 영향을 미치는 요인을 인프라 데이터와 연관하여 해석할 수 있다. 주행 안전도 해석 유닛(369)은 각 클러스터들에 속한 도로 구간의 기하 구조나 시설물, 차로 수, 구간 길이, 도로 표지판, 교통 단속 장비, 다양한 시설물 등에서 도로 등급과의 연관성을 해석할 수 있다. 해석 결과는 교통관제센터에서 실시간 도로 감시 및 도로 안전을 위한 대책 수립에 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행차의 운행 데이터를 수집한 도로 맵을 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 도로 맵(500)에 도시된 경로를 레벨4 자율주행 셔틀이 운행하면서 수집된 실증 빅데이터를 본 발명의 운행 데이터로 사용할 수 있다.
실증 빅데이터는, 도 2에 도시된 센서들과 통신 단말을 장착한 2대의 자율주행 셔틀이 운행한 데이터를 축적하여 생성될 수 있다. 그리고 인프라 데이터는 도로맵(500)에 구축된 IoT 기반의 도로 상태 측정 센서들을 통해서 수집된다. 자율주행 셔틀은 운행중에 감지된 운행 데이터를 V2X 통신과 같은 수단으로 통합 관제 센터나 주행 안전도 분석 서버(400)에 전송한다. 그리고 IoT 기반의 센서들을 통해서 감지된 인프라 데이터는 실시간으로 관제 센터 또는 관제 센터에 구비된 주행 안전도 분석 서버(400)에 제공될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 도로정밀지도의 일부분을 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 자율주행차(105)가 운행하는 실도로의 도로정밀지도로(510), 차선들을 구분하기 위한 노드(511)와 본 발명의 클러스터를 형성하는 도로 구간(512)를 예시적으로 보여준다.
도로맵(500)은 도로정밀지도(510)를 기준으로 복수의 도로 구간들로 분할된다. 도로 구간별 위험 클러스터의 분류를 위해 설정되는 최소 도로 구간 길이는 구간 거리를 속도로 나눈 값이 될 수 있다. 여기서, 속도는 레벨4 자율주행 임시면허를 취득하기 위한 국내 규정에 따라 25km/h로 설정될 수 있다. 그리고 산출한 최소 도로 구간 길이의 도로 구간들 중에서 기준 이하의 데이터 개수를 가진 값들은 데이터셋 구성에서 제외한다. 그리고 각 도로 구간들의 데이터 수를 통일시키기 위해 PAA 알고리즘이 적용될 것이다.
도 9는 도 7에 언급된 본 발명의 부분 집계 근사(PAA) 알고리즘의 예를 간략히 보여주는 그래프이다. 도 9를 참조하면, 운행 데이터의 변수들 중에서 속도에 대한 데이터셋을 구성하기 위한 부분 집계 근사(PAA) 알고리즘의 적용 방법이 예시적으로 도시되어 있다.
도로 구간마다 또는 시간에 따라 자율 주행차의 속도는 변하게 되고, 따라서 입력되는 속도는 단위 시간이나 구간에 따라 상이한 개수로 제공될 수 있다. 이러한 속도의 데이터셋을 구성하기 위해, 동일한 시간 구간으로 시계열을 분리하고, 각 구간에서의 평균값을 대표값으로 사용하기 위한 수단으로 부분 집계 근사(PAA) 알고리즘이 적용된다.
예를 들면, 도시된 바와 같이 50초 동안의 시계열 구간에서 속도값은 50개의 실측값(521)으로 제공될 수 있다. 하지만, 데이터셋을 구성하기 위해 7개의 세그먼트(Segments=7)로 통일하는 경우, 50초의 시간 구간은 7개의 단위 구간들로 구분되고, 각 단위 구간에서의 속도의 평균값들이 7개의 대표값(523)들에 맵핑된다. 이러한 방식으로 속도, 횡가속도, 종가속도, 회전율들이 데이터셋으로 가공된다. 운행 데이터를 구성하는 모든 변수들에 대한 부분 집계 근사(PAA) 알고리즘의 적용에 의해, 딥러닝 기반의 클러스터링 알고리즘을 적용하기 위한 데이터셋으로 가공될 수 있다.
도 10은 본 발명의 딥임베디드 클러스터링(DEC) 알고리즘을 구성하는 방법을 간략히 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 딥임베디드 클러스터링(545)은 오토인코더(530, Autoencoder)의 인코더와 히든 레이어(535)를 활용하여 구성될 수 있다.
오토인코더(530)는 비지도 학습(Unsupervised Learning)을 위한 인공신경망 모델로 널리 사용되는 알고리즘이다. 오토인코더(530)는 데이터 압축 및 복원 작업을 통한 특성 추출(Feature Extraction)에 사용되는 모델이다.
딥임베디드 클러스터링(545)은 오토인코더(530) 모델의 인코더와 히든 레이어(535)를 차용하여 구성한다. 딥임베디드 클러스터링(545)을 이용하여 데이터의 차원을 축소하여 클러스터링(550)을 수행할 수 있다. 클러스터링(550)의 결과를 검증하기 위한 평가지표로는 일반화가능도(Generalizability)를 활용할 수 있다. 일반화가능도(Generalizability)를 활용하여 학습 데이터셋과 평가 데이터셋의 손실값의 비율이 가장 많이 하락이 발생한 클러스터 개수를 최적의 클러스터 개수로 선정할 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 자율주행 도로의 주행 안전도 평가 결과 및 그것의 해석 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, DEC 학습 결과(610)와 도로 주행 안전도 평가 결과(620)를 조합하여 자율주행도로의 주행 안전도와 도로 인프라 등을 연계하여 해석할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터의 개수별 DEC 평가지표(Generalizability)를 예시적으로 보여주는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 평가지표(Generalizability)는 도시된 바와 같은 추세를 나타내었다. 본 발명에서는 하락폭이 가장 큰 구간을 최적 클러스터 수로 선정하였다. 즉, 클러스터 수가 7일 때, 8까지의 하락폭이 최대가 되었다. 이는 클러스터 수가 7일 때, 최적 클러스터 수가 됨을 의미한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 딥임베디드 클러스터링(DEC) 결과를 예시적으로 보여주는 그래프이다. 도 13을 참조하면, 도 12에서 결정된 7개 클러스터에 대한 대표값들이 생성될 수 있다.
먼저, 위험 클러스터를 정의하기 위해 각 클러스터의 대표값이 산출되어야 한다. 위험운전행동 클러스터는 급감가속, 급회전과 관련된 종가속도, 횡가속도, 회전율(Yaw Rate)의 이상치 유무로 정의될 수 있다. 이상치 유무를 판단하기 위해 대표적 통계 방법인 'z-score'를 활용할 수 있다. "z-score"를 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function; CDF)에 대입하여 산출된 누적 확률이 상하위 10% 이내인 경우 위험 클러스터로 선정할 수 있다.
본 발명에서 활용된 데이터셋의 경우, 클러스터 1은 종가속도, 횡가속도, 회전율(Yaw Rate)이 각각 0.96, 0.05, 0.01의 이상치로 나타났다. 그리고 클러스터 3에서는 종가속도가 0.07로, 클러스터 6에서는 횡가속도가 0.08의 이상치로 판단되었다. 따라서, 클러스터 1, 클러스터 3, 클러스터 6이 위험운전행동 클러스터로 선정될 수 있다.
도 14는 도로 구간별 위험운전행동 클러스터의 포함 비율 및 위험 지수를 산출하는 방법을 간략히 보여주는 표이다. 도 14를 참조하면, 도로구간별 위험운전행동 클러스터의 수에 따라 도로 위험 지수(Road Risk Index: RRI)가 결정될 수 있다.
도로구간 ID(A3LI18BA001066)에서는 1개의 클러스터 1과 31개의 클러스터 3가 포함된다. 그리고 총 40개의 클러스터들이 구간 ID(A3LI18BA001066)에 포함된다. 그러면, 도로 위험 지수(RRI)는 위험운전행동 클러스터의 수를 총 클러스터의 수로 나눈값이 된다. 즉, 32÷40=0.8의 도로 위험 지수(RRI)가 도출된다.
도로구간 ID(A3LI18BA000063)에서는 총 42개의 클러스터들 중에 4개의 클러스터 1과 2개의 클러스터 3, 그리고 17개의 클러스터 6가 포함된다. 따라서, 도로구간 ID(A3LI18BA000063)의 도로 위험 지수(RRI)는 23÷42=0.55로 도출된다.
상술한 방식으로 자율주행도로의 각 도로구간별로 도로 위험 지수(RRI)를 계산할 수 있다.
도 15는 도로 위험 지수(RRI)를 기반으로 최종 자율주행도로의 도로 구간별 주행 안전도를 시각적으로 보여주는 도면이다. 도 15를 참조하면, 도로 위험 지수(RRI)가 0.67 이상인 경우에는 '위험'으로 평가되고, 도로 위험 지수(RRI)가 0.33 이상이고 0.67 미만일 경우에는 '주의', 그리고 도로 위험 지수(RRI)가 0.33 미만인 경우에는 '안전'으로 평가될 수 있다. 도로구간 ID에 따라 도시된 바와 같이 주행 안전도의 평가가 가능하다.
도 16 내지 도 17은 본 발명의 도로 주행 안전도와 도로 인프라를 연계하여 분석한 예를 간략히 보여준다.
도 16을 참조하면, '위험' 레벨로 평가된 도로구간(710)은 사거리의 좌회전 직후의 도로 구간에 대응한다. 도로구간(710)의 진행 방향의 반대방향은 유턴 구간이고, 우측 4차로는 합류 차로로 사용되며, 좁아지는 도로 구역에 해당한다. 따라서, 도로구간(710)의 1차로 및 2차로를 통해서 좌회전하는 차량과 유턴 차량, 그리고 합류 차량의 혼재로 자율주행차의 도로 주행시 위험성이 높은 것으로 해석될 수 있다.
도 17을 참조하면, '위험' 레벨로 평가된 도로구간(810)은 사거리의 좌회전 직전의 도로 구간에 대응한다. 도로구간(810)의 진행 방향의 우측에는 버스 정류장과 택시 승강장이 위치하고 있다. 따라서, 택시와 버스가 좌회전 차로로 합류하는 경우에 자율주행차의 도로 주행시 위험성이 상존하는 것으로 해석될 수 있다.
상술한 방식의 실도로에서 자율주행차로부터 획득된 운행 데이터를 기반으로 도로 위험 지수(RRI)를 도출하고 주행 안전도의 평가 및 해석을 통하여, 자율주행차(105)의 주행 안전성 개선에 적용할 수 있다. 더불어, 자율주행차(105)를 모니터링하는 통합관제센터의 경우, 도로 주행 안전도를 통해 자율주행차(105)에 해당 지역의 위험 등급을 사전에 전달할 수 있어 사고를 예방할 수 있다. 또한, 실시간으로 수집되는 운행 데이터 및 인프라 데이터를 사용하여 주기적인 도로 안전 지수(RRI)를 업데이트하고, 도로 위험 지수의 영향 요인 평가로 추후 위험 등급의 도로구간 비율을 완화시키기 위한 교통 대책을 수립하는데 기여할 수 있다.
이상에서 기술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same components may have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted.
1 is a block diagram exemplarily showing a system for acquiring and analyzing empirical big data of an autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
The
The IoT
The
The driving
The driving safety
According to the driving safety
2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle sensor module loaded or mounted on an autonomous vehicle as an example. Referring to FIG. 2 , the
The
The
The
It will be well understood that the types of sensors included in the
3 is a block diagram showing the configuration of the Internet of Things (IoT) sensor of FIG. 1 as an example. Referring to FIG. 3 , the
The
The
4 is a block diagram showing the driving safety level analysis server shown in FIG. 1 as an example. The driving safety analysis server (300, see FIG. 1) processes actual road-based driving data transmitted from the vehicle sensor module (100, see FIG. 1) and infrastructure data provided from the IoT sensor (200, see FIG. 1). In this way, the safety level can be evaluated for each section of the autonomous driving road. In addition, the driving safety
The
The
The
The driving
The
The
The
The
The
First, the
The data
The driving
Generalizability can be used as an evaluation index to verify the results of clustering. Generalizability is a method of selecting the optimal number of clusters as the number of clusters in which the largest drop occurs by using the ratio of the loss values of the training dataset and the evaluation dataset. Model parameters are defined similarly to existing deep learning models, and the number of nodes in each layer is selected based on the dimension of the dataset (ex. If the length of the data is 20, the number of nodes per layer is 10→5→2 set to dog). If the value of the evaluation index (Generalizability) is low, it is judged as overfitting. Therefore, in order to derive the optimal result, the number of clusters before the value of the evaluation index decreases the most is defined as the optimal number of clusters. In the case of the dataset used in the present invention, the optimal number of clusters was determined to be 7 because the number of clusters between 7 and 8 showed the largest decrease. The driving safety
The driving safety
5 is a flowchart briefly showing a method of proceeding with road driving safety evaluation performed by the driving safety analysis server of the present invention. Referring to FIG. 5 , the driving safety
In step S110 , the
In step S120, the
In step S130, the driving safety
In step S140, the driving safety
In step S150, the driving safety
In the above, procedures for collecting data, constructing a data set, learning a risk cluster classification model, generating a road risk index (RRI), and generating a driving safety level of the driving
FIG. 6 is a flowchart showing a process of generating road driving safety in FIG. 5 in more detail. Referring to FIG. 6 , the driving
In step S210, the driving
In steps S220 to S228, the
In steps S230 to S232, the driving safety
In step S240, the driving safety
In step S250, the driving safety
In the above, procedures for collecting data, constructing a data set, learning a risk cluster classification model, generating a road risk index (RRI), and generating a driving safety level of the driving
7 is a diagram showing a road map in which driving data of an autonomous vehicle is collected according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7 , empirical big data collected while the
Empirical big data can be generated by accumulating data driven by two self-driving shuttles equipped with sensors and communication terminals shown in FIG. 2 . In addition, infrastructure data is collected through IoT-based road condition measurement sensors built in the
8 is a view showing a part of a precision road map according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, a
The
FIG. 9 is a graph briefly showing an example of the partial aggregation approximation (PAA) algorithm of the present invention mentioned in FIG. 7 . Referring to FIG. 9 , a method of applying a partial aggregation approximation (PAA) algorithm for constructing a data set for speed among variables of travel data is illustrated as an example.
The speed of the self-driving vehicle changes for each road section or over time, and therefore, the input speed may be provided in different numbers according to unit time or section. In order to construct a data set of such speed, a partial aggregation approximation (PAA) algorithm is applied as a means to divide time series into equal time intervals and use the average value in each interval as a representative value.
For example, as illustrated, speed values in a time series period of 50 seconds may be provided as 50 measured
10 is a diagram briefly showing a method of constructing a deep embedded clustering (DEC) algorithm of the present invention. Referring to FIG. 10 , the deep embedded
The
The deep embedded
11 is a diagram exemplarily illustrating a driving safety evaluation result of an autonomous driving road and an analysis method thereof according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11 , the
12 is a graph exemplarily showing the DEC evaluation index (Generalizability) for each number of clusters according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, the evaluation index (Generalizability) showed a trend as shown. In the present invention, the section with the largest drop was selected as the optimal number of clusters. That is, when the number of clusters is 7, the drop to 8 becomes the maximum. This means that when the number of clusters is 7, the optimal number of clusters is obtained.
13 is a graph exemplarily showing results of deep embedded clustering (DEC) according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13 , representative values for the 7 clusters determined in FIG. 12 may be generated.
First, to define risk clusters, representative values of each cluster must be calculated. The risky driving behavior cluster can be defined as the presence or absence of outliers in longitudinal acceleration, lateral acceleration, and yaw rate related to sudden acceleration and sharp turning. In order to determine the presence or absence of outliers, 'z-score', a representative statistical method, can be used. If the cumulative probability calculated by substituting the "z-score" into the Cumulative Distribution Function (CDF) is within the top and bottom 10%, it can be selected as a risk cluster.
In the case of the dataset used in the present invention,
14 is a table briefly showing how to calculate the risk index and the inclusion ratio of risky driving behavior clusters for each road section. Referring to FIG. 14 , a road risk index (RRI) may be determined according to the number of risky driving behavior clusters for each road section.
The road segment ID (A3LI18BA001066) includes 1
In the road segment ID (A3LI18BA000063), 4
In the above-described manner, a road risk index (RRI) may be calculated for each road section of an autonomous driving road.
15 is a diagram visually showing a driving safety level for each road section of a final autonomous driving road based on a road risk index (RRI). Referring to FIG. 15, when the road risk index (RRI) is 0.67 or more, 'danger' is evaluated, and when the road risk index (RRI) is 0.33 or more and less than 0.67, 'caution' and the road risk index (RRI) are If it is less than 0.33, it can be evaluated as 'safe'. It is possible to evaluate driving safety as shown according to the road section ID.
16 and 17 briefly show an example of analysis in connection with road driving safety and road infrastructure according to the present invention.
Referring to FIG. 16 , a
Referring to FIG. 17 , a
It can be applied to improving the driving safety of the self-driving
What has been described above are specific embodiments for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also embodiments that can be simply or easily changed in design. In addition, the present invention will also include techniques that can be easily modified and practiced using the embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments and should not be defined by the following claims as well as those equivalent to the claims of this invention.
Claims (5)
상기 운행 데이터와 상기 인프라 데이터를 수신하는 통신부;
수신된 상기 운행 데이터 또는 상기 인프라 데이터를 저장하는 저장부;
누적된 상기 운행 데이터 또는 상기 인프라 데이터를 딥임베디드 클러스터링(Deep Embedded Clustering) 알고리즘을 통해서 도로 구간별로 도로 위험 지수를 도출하고, 상기 도로 위험 지수에 기반하여 도로 구간별로 주행 안전도를 평가하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는:
상기 운행 데이터 또는 상기 인프라 데이터를 상기 저장부에 특정 기간 동안 누적하도록 상기 통신부 및 저장부를 제어하고;
누적된 상기 운행 데이터 또는 상기 인프라 데이터를 상기 도로의 구간별로 구분하며, 구분된 상기 운행 데이터를 상기 딥임베디드 클러스터링(Deep Embedded Clustering) 알고리즘을 위한 데이터셋으로 구성하고,
상기 데이터셋을 사용하여 상기 딥임베디드 클러스터링 알고리즘으로 위험 클러스터 분류 모델을 학습하고, 그리고
상기 위험 클러스터 분류 모델의 학습 결과로부터 상기 도로 구간별로 상기 도로 위험 지수 및 상기 주행 안전도를 산출하고, 상기 주행 안전도와 상기 인프라 데이터를 연계하여 상기 도로 구간별 자율주행차의 운행 특성을 해석하되,
상기 딥임베디드 클러스터링 알고리즘은 오토인코더(Autoencoder)의 인코더와 히든 레이어를 사용하여 구성되고, 학습 데이터셋과 평가 데이터셋의 손실값의 비율을 나타내는 일반화가능도(Generalizability)를 사용하여 상기 딥임베디드 클러스터링 알고리즘의 클러스터링 결과를 검증하는 평가지표로 사용하며,
상기 일반화가능도가 가장 크게 하락한 구간의 클러스터 개수를 상기 위험 클러스터 분류 모델의 클러스터 개수로 결정하는 주행 안전도 분석 서버.In the driving safety analysis server that receives driving data provided from an autonomous vehicle and infrastructure data transmitted through an Internet of Things (IoT) sensor:
a communication unit receiving the driving data and the infrastructure data;
a storage unit for storing the received driving data or the infrastructure data;
Including a control unit that derives a road risk index for each road section through a deep embedded clustering algorithm from the accumulated driving data or the infrastructure data, and evaluates the driving safety for each road section based on the road risk index; ,
The control unit:
controlling the communication unit and the storage unit to accumulate the operation data or the infrastructure data in the storage unit for a specific period of time;
Classifying the accumulated driving data or infrastructure data for each section of the road, configuring the classified driving data as a dataset for the Deep Embedded Clustering algorithm,
learning a risk cluster classification model with the deep embedded clustering algorithm using the dataset; and
Calculate the road risk index and the driving safety level for each road section from the learning result of the risk cluster classification model, and analyze the driving characteristics of the autonomous vehicle for each road section by linking the driving safety level and the infrastructure data,
The Deep Embedded Clustering Algorithm is configured using an encoder of an autoencoder and a hidden layer, and uses a generalizability representing a ratio of loss values between a training dataset and an evaluation dataset. It is used as an evaluation index to verify the clustering result of
The driving safety analysis server for determining the number of clusters in the section in which the generalizability has decreased the most as the number of clusters in the risk cluster classification model.
상기 운행 데이터는 상기 자율주행차의 속도, 횡가속도, 종가속도, 그리고 회전율에 대한 정보들 중 적어도 하나를 포함하는 주행 안전도 분석 서버. According to claim 1,
Wherein the driving data includes at least one of information about speed, lateral acceleration, longitudinal acceleration, and rotation rate of the self-driving vehicle.
상기 제어부는, 상기 속도, 상기 횡가속도, 상기 종가속도, 그리고 상기 회전율을 부분 집계 근사(Piecewise Aggregate Approximation: PAA) 알고리즘으로 처리하여 상기 데이터셋을 구성하는 주행 안전도 분석 서버.According to claim 2,
The controller configures the dataset by processing the speed, the lateral acceleration, the longitudinal acceleration, and the rotation rate with a piecewise aggregate approximation (PAA) algorithm.
상기 제어부는 상기 종가속도, 상기 횡가속도, 그리고 상기 회전율의 'Z-score'를 누적 분포 함수(CDF)에 대입하여 산출된 누적 확률이 상위 및 하위 10%에 대응하는 클러스터를 위험운전행동 클러스터로 판단하는 주행 안전도 분석 서버.According to claim 3,
The control unit substitutes the 'Z-score' of the longitudinal acceleration, the lateral acceleration, and the rotation rate into a cumulative distribution function (CDF), and assigns a cluster corresponding to the upper and lower 10% of the cumulative probability as a risky driving behavior cluster. A driving safety level analysis server that judges.
상기 제어부는 상기 위험운전행동 클러스터에 기반하여 도로 구간별로 상기 도로 위험 지수와 등급화를 결정하는 주행 안전도 분석 서버.According to claim 4,
Wherein the control unit determines the road risk index and rating for each road section based on the risky driving behavior cluster.
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