KR101740089B1 - 자전거 경로 탐색 장치 및 그 방법 - Google Patents

자전거 경로 탐색 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자전거 경로 검색 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자전거 경로 탐색 장치는, 사용자로부터 경로 선택을 위한 정보를 입력 받는 입력부; 상기 입력 받은 정보를 이용하여 자전거 주행을 위한 복수의 경로를 탐색하는 경로 탐색부; 및 상기 탐색된 복수의 경로 각각에 대하여 주행 저항도를 연산하는 주행 저항도 연산부; 상기 주행 저항도 중에서 최소의 주행 저항도를 갖는 경로를 선택하여 표시하는 경로 선택 표시부를 포함하되, 상기 주행 저항도 연산부는, 상기 복수의 경로 각각의 경사도, 고도, 거리 및 속도 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 주행 저항도를 연산하고, 상기 경사도가 설정된 기준치를 초과하면, 가중치가 적용된 상기 주행 저항도를 연산한다.
본 발명에 따르면, 자전거 경로상의 경사도, 고도, 주행 거리 및 주행 속도에 따른 주행 저항도를 연산하여, 주행 저항도를 최소로 하는 최적의 자전거 주행 경로를 선택할 수 있다. 또한, 이용자에게 최적의 자전거 주행 경로에 대한 정보를 제공함으로써 자전거 이용자의 만족도를 향상시킬 수 있다.

Description

자전거 경로 탐색 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SEARCHING BYCLE PATH}
본 발명은 자전거 경로 탐색 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자전거 경로의 경사도, 고도, 주행 거리 및 주행 속도에 따른 주행 저항도를 고려하여 최적의 자전거 경로를 탐색하는 기술에 관한 것이다.
자동차 증가와 더불어 통행지체가 빈번하게 발생하게 됨에 따라 운전자들은 출발지에서 목적지까지 소요되는 통행시간을 줄이기 위해, 또는 초행길인 목적지까지의 경로 정보를 안내받기 위한 목적으로 자동차 경로 안내 장치를 사용한다.
자동차 경로 안내 장치는 GPS로부터 수신받은 자동차 위치와 사용자가 입력한 목적지 정보를 바탕으로, 현재 위치에서 목적지까지의 최적 경로를 탐색하고 이를 사용자에게 제공한다. 최근에는 최적 경로의 결정에 있어 최소 통행시간, 최소 통행요금, 최소 유류비 등 다양한 옵션으로 결정할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 또한 실시간 교통정보를 TPEG(Transport Protocol Expert Group)을 통해 수신받아 최적 경로 탐색에 이용되고 있다.
한편, 최근 자전거 도로, 공공 자전거의 설치 증대에 따라 자전거 이용자가 증대되고 있으며, 스마트 폰 등을 통해 자전거 경로 안내 서비스가 제공되고 있다. 기존의 자전거 경로 안내 서비스는 자전거 도로 중심의 최소 통행거리 기반으로 경로를 탐색하고 이를 제공하고 있지만, 자전거 이용자에게는 자동차에서 제공되고 있는 단순한 최단 경로보다는 안전하고 주행하기 편리한 경로가 요구된다.
또한 자전거 경로 탐색 DB에는 자동차 주행 도로와 보행로가 함께 포함될 수 있기 때문에, 자전거 경로 탐색 DB가 자동차 경로 탐색 DB와 비교해 연산 DB가 방대하기 때문에 경로 탐색 시간이 오래 소요되는 문제가 있다. 아울러 자동차 경로 안내 장치에서 고려하고 있는 통행요금, 유류비, 통행지체 반영 등의 옵션은 자전거 경로 탐색에는 불필요한 요소이기 때문에 자전거 경로 탐색 방법에서는 그에 적합한 요소의 고려가 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0066087호(2010. 06. 17 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자전거 경로의 탐색 범위를 설정하고, 주행 저항도를 최소로 하는 최적의 자전거 경로를 선택하는 자전거 경로 탐색 장치 및 그 방법을 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자전거 경로 탐색 장치는, 사용자로부터 경로 선택을 위한 정보를 입력 받는 입력부; 상기 입력 받은 정보를 이용하여 자전거 주행을 위한 복수의 경로를 탐색하는 경로 탐색부; 상기 탐색된 복수의 경로 각각에 대하여 주행 저항도를 연산하는 주행 저항도 연산부; 및 상기 주행 저항도 중에서 최소의 주행 저항도를 갖는 경로를 선택하여 표시하는 경로 선택 표시부를 포함하되, 상기 주행 저항도 연산부는, 상기 복수의 경로 각각의 경사도, 고도, 거리 및 속도 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 주행 저항도를 연산하고, 상기 경사도가 설정된 기준치를 초과하면, 가중치가 적용된 상기 주행 저항도를 연산한다.
또한, 상기 주행 저항도 연산부는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 복수의 경로 각각에 포함된 주행구간 i에 대한 상기 주행 저항도를 연산할 수 있다.
Figure 112013066456465-pat00001
여기서, slopei는 상기 주행구간 i의 경사도, atii는 상기 주행구간 i의 고도 그리고 di는 상기 주행구간 i의 거리를 각각 나타낸다.
또한, 상기 주행 저항도 연산부는, 상기 경사도에 따라, 아래의 수학식을 이용하여 상기 복수의 경로 각각에 포함된 주행구간 i에 대한 상기 주행 저항도(ri bike)를 연산할 수 있다.
상기 경사도(slopei)가 0인 경우,
Figure 112013066456465-pat00002
상기 경사도(slopei)가 0보다 큰 경우,
Figure 112013066456465-pat00003
상기 경사도(slopei)가 0보다 작은 경우,
Figure 112013066456465-pat00004
여기서, slopei는 주행구간 i의 경사도, vi는 주행구간 i의 속도, di는 주행구간 i의 거리 그리고 atii는 주행구간 i의 고도를 각각 나타낸다.
또한, 상기 주행 저항도 연산부는, 상기 연산된 주행구간 별 주행 저항도(ri bike)를 아래의 수학식과 같이 누적하여 출발지와 목적지 사이의 복수의 주행 경로에 대한 각각의 주행 저항도를 연산할 수 있다.
Figure 112013066456465-pat00005
본 발명의 하나의 실시예에 따른 자전거 경로 탐색 방법은, 사용자로부터 경로 선택을 위한 정보를 입력 받는 단계; 상기 입력 받은 정보를 이용하여 자전거 주행을 위한 복수의 경로를 탐색하는 단계; 상기 복수의 경로 각각에 대하여 주행 저항도를 연산하는 단계; 및 상기 주행 저항도 중에서 최소의 주행 저항도를 갖는 경로를 선택하여 표시하는 단계를 포함하되, 상기 주행 저항도를 연산하는 단계는, 상기 복수의 경로 각각의 경사도, 고도, 거리 및 속도 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 주행 저항도를 연산하고, 상기 경사도가 설정된 기준치를 초과하면, 가중치가 적용된 상기 주행 저항도를 연산한다.
본 발명에 따르면, 자전거 경로상의 경사도, 고도, 주행 거리 및 주행 속도에 따른 주행 저항도를 연산하여, 주행 저항도를 최소로 하는 최적의 자전거 주행 경로를 선택할 수 있다. 또한, 이용자에게 최적의 자전거 주행 경로에 대한 정보를 제공함으로써 자전거 이용자의 만족도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자전거 경로 탐색 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자전거 경로 탐색 방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자전거 경로 탐색 장치의 구성도이고, 도 2는 자전거 경로 탐색 방법의 순서도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자전거 경로 탐색 장치(100)는 입력부(110), 경로 탐색부(120), 주행 저항도 연산부(130) 및 경로 선택 표시부(140)를 포함한다. 본 발명의 자전거 주행 경로 탐색 장치(100)는 내비게이션, PDA, 스마트폰과 같은 휴대용 단말로 구현하거나, 휴대용 단말과 네트워크 연결된 서버의 형태로 구현할 수 있다.
입력부(110)는 사용자로부터 경로 선택을 위한 정보를 입력 받는다(S210). 여기서 경로 선택을 위한 정보는 기본적으로 자전거 운행 출발지와 도착지를 포함하며, 사용자의 현재 위치를 포함하기도 한다. 사용자의 현재 위치는 GPS 수신장치를 이용하여 측정할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 자전거 경로 탐색 장치는 GPS 수신 장치를 포함한다.
경로 선택을 위한 정보는 주행속도와 체력 반응수준 정보를 포함한다. 이 경우, 입력부(110)는 사용자 인터페이스를 통해 출발지 정보 또는 목적지 정보 또는 예상 주행속도 또는 체력 반응수준 정보를 입력받을 수 있으며, 현재 사용자의 위치 정보를 이용하여 출발지 정보를 획득하고, 사용자의 이전 주행 정보를 이용하여 주행속도 정보를 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 자전거 경로 탐색 장치가 내비게이션, PDA, 스마트폰과 같은 휴대용 단말기에 내장되는 형태로 구성되는 경우, 입력부(110)는 키패드 또는 입출력이 통합된 터치 스크린 형태로 구현될 수 있다.
경로 탐색부(120)는 입력부(110)에서 사용자로부터 설정받은 출발지 정보와 목적지 정보를 이용하여 자전거 경로 탐색 범위를 연산하여 자전거 주행 경로를 탐색한다(S220). 이 경우, 경로 탐색부에 내장된 경로 탐색 DB를 이용할 수 있다. 경로 탐색 DB는 지도 정보 및 자전거 도로 정보를 포함한다. 지도 정보는 일반적인 지리와 인도 및 차도에 정보이고 자전거 도로 정보는 자전거 전용 도로 정보이다.
주행 저항도 연산부(130)는 경로 탐색 범위 내에 포함된 복수의 주행 경로에 대하여 주행 저항도를 연산한다(S230). 주행 저항도 연산부(130)는 지도 정보, 자전거 도로 정보를 포함하는 경로탐색 DB(도시하지 않음)로부터 하나 이상의 자전거 주행 경로를 선택한다. 이 경우, 자전거 주행 경로는 일반 도로, 자전거 도로, 횡단 보도 등 자전거 통행이 가능한 영역을 모두 포함하여 설정된다.
또한, 주행 저항도 연산부(130)는 복수의 주행 경로 중 일부 주행 구간이 경로 탐색 범위를 벗어나는 주행 경로에 대하여 주행 저항도 연산 대상에서 제외시킬 수 있다. 즉, 각 구간이 경로 탐색 범위에 포함되는 주행 경로에 대해서만 유효한 주행 경로로 판단하여 주행 저항도를 연산하기 위함이다. 따라서, 경로 탐색 범위에 포함되는 주행 경로만을 처리함으로써 주행 저항도 연산 및 최종 주행 경로를 선택하는데 소요되는 연산량을 줄일 수 있다.
또한, 주행 저항도 연산부(130)는 복수의 주행 경로에 대하여 각 주행 경로에 따른 구간별 자전거 주행 저항도를 연산(S230)한다. 이 경우, 자전거 주행 저항도(ri bike)는 다음의 수학식 1 또는 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112013066456465-pat00006
Figure 112013066456465-pat00007
상기 수학식 1에서 출발지(o)에서 도착지(d)까지의 주행 구간에 대한 총 주행 저항도를 연산하는데, 주행 구간 i의 ri bike 를 누적하여 경로에 대한 총 주행 저항도를 연산한다. ri bike 는 구간 i의 경사, 고도 및 주행거리를 고려하여 연산되는 자전거 주행 저항도를 나타낸다. ati는 고도(m)를 나타내며, d는 주행 거리(km)를 나타내며, slope는 경사도(%)를 나타낸다.
여기서 주행 저항도 ri bike 는 대한민국 일반 남성이 일반 자전거를 실제 주행하면서 수집된 경사도, 고도, 주행 거리, 심박도의 실측 수집자료를 통계분석하여 작성한 연산식이다.
Figure 112013066456465-pat00008
ⅰ) slope=0
Figure 112013066456465-pat00009
ⅱ) slope>0
Figure 112013066456465-pat00010
ⅲ) slope<0
Figure 112013066456465-pat00011
수학식 2는 경사지에 대해 수학식 1보다 정확한 주행 저항도를 연산할 수 있으며, 평지, 오르막 또는 내리막 여부에 따라 주행 저항도 연산식을 구분하여 연산한다.
출발지(o)에서 도착지(d)까지의 자전거 주행 구간에 대한 총 주행 저항도를 연산하는데, 주행 구간 i의 ri bike 를 누적하여 경로에 대한 총 주행 저항도를 연산하는 것은 수학식 1과 동일하다.
수학식 2를 참조하면, ri bike 는 구간 i의 경사도에 따라, 고도, 주행 거리 및 주행 속도를 고려하여 연산되는 자전거 주행 저항도를 나타낸다. ati는 고도(m)를 나타내며, d는 주행거리(km)를 나타내며, slope는 경사도(%)를 나타내며, v는 주행 속도(km/h)를 나타낸다.
수학식 2에서, 자전거 주행 구간의 slope값인 경사도(%)가 '0'이면, 평지 저항도 연산식을 적용하여 연산한다. 평지 저항도 연산식(slope=0)은 주행 속도(vi), 주행 거리(di), 고도(atii) 정보로 구성된다. 평지에서는 속도 또는 고도 보다는 주행 거리에 의해 저항도가 급격히 커지는 것을 알 수 있다.
또한 수학식 2에서, slope값인 경사도(%)가 양수이면, 오르막 저항도 연산식을 적용하여 연산한다. 오르막 저항도 연산식(slope>0)은 평지 저항도 연산식과 비교해 경사도(slopei)가 추가되어 있으며, 자전거 주행자의 오르막에 대한 반응수준을 고려하기 위해 오르막 가중치인 w가 반영되어 있다.
w는 0에서 1.2의 값을 가지며, 보통의 경우는 1의 값을 적용하고, 경로 선택에 있어서 경사에 영향을 받지 않는 자전거 주행자는 1의 값을 적용하며, 평지(slope=0)에서의 주행 저항도 연산식을 이용한다.
또한, 여성/노인과 같이 경사에 민감한 자전거 주행자는 1.1 또는 1.2의 w 값을 적용한다. 또한, w의 값은 경로 선택 입력부(110)에서 주행자가 보통 체력인 경우 '1'의 값을, 강한 체력인 경우 '0'의 값을 입력받고, 약한 체력인 경우 '1.1'의 값, 아주 약한 체력인 경우 '1.2'의 값을 입력받는다.
그리고 수학식 2에서, slope값인 경사도(%)가 음수이면, 내리막 저항도 연산식을 적용하여 연산한다. 내리막 저항도 연산식(slope<0)은 경사도가 제외되고, 속도(v) 정보가 추가되었는데, 내리막을 내려가면서 속도가 증가함에 따른 무동력 주행에 따른 음수의 체력 저항이 고려되어 있다. 즉, 내리막에서는 사용자가 자전거 패달을 돌리지 않아도 되기 때문에 체력적 저항이 적은 요소를 고려하였다.
수학식 2에서, vi는 입력부(110)에서 입력한 경로 탐색 이용자의 예상 주행속도 또는 일반 자전거 주행속도 15km/h 또는 이전 주행 경로의 주행속도를 입력 받는다. 고도 정보인 atii와 경사지 정보인 slope는 자전거 주행 경로 탐색 장치(100)의 GPS 정보를 통해 입력된다.
여기서 평지 저항도와 경사지 저항도는 실제 주행상태에서의 경사도, 고도, 주행 거리, 심박도의 실측 수집자료를 통해 통계분석하여 모형화된 결과이며, 대한민국 일반 남성, 일반 자전거를 대상으로 실험된 결과이다.
다음으로, 경로 선택 표시부(140)는 복수의 주행 경로 중 연산된 주행 저항도가 최소인 주행 경로를 최종 주행 경로로 선택하여 표시한다(S240). 경로 선택 표시부(140)는 주행 저항도 순위에 따라 복수의 주행 경로 리스트를 생성할 수 있다. 또한, 경로 선택 표시부(140)는 다익스트라(Dijkstra) 최단 경로 알고리즘을 이용할 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 자전거 경로상의 경사도, 고도, 주행 거리 및 주행 속도에 따른 주행 저항도를 연산하여, 주행 저항도를 최소로 하는 최적의 자전거 주행 경로를 선택할 수 있다. 또한, 이용자에게 최적의 자전거 주행 경로에 대한 정보를 제공함으로써 자전거 이용자의 만족도를 향상시킬 수 있다
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 자전거 경로 탐색 장치
110: 입력부
120: 경로 탐색부
130: 주행 저항도 연산부
140: 경로 선택 표시부

Claims (8)

  1. 사용자로부터 사용자의 체력 반응 수준 정보를 포함한 경로 선택을 위한 정보를 입력받는 입력부;
    상기 입력받은 정보를 이용하여 자전거 주행을 위한 복수의 경로를 탐색하는 경로 탐색부;
    상기 탐색된 복수의 경로 각각에 대하여 상기 복수의 경로 각각의 경사도, 고도 및 거리 중에서 적어도 하나를 이용하여 주행 저항도를 연산하고, 상기 경사도가 설정된 기준치를 초과하면, 상기 사용자의 체력 반응 수준 정보에 대응한 가중치가 적용된 주행 저항도를 연산하는 주행 저항도 연산부; 및
    상기 주행 저항도 중에서 최소의 주행 저항도를 갖는 경로를 선택하여 표시하는 경로 선택 표시부를 포함하되,
    상기 주행 저항도 연산부는,
    아래의 수학식을 이용하여 상기 복수의 경로 각각에 포함된 주행구간 i에 대한 상기 주행 저항도를 연산하는 자전거 경로 탐색 장치:
    Figure 112017026117414-pat00012

    slopei는 상기 주행구간 i의 경사도, atii는 상기 주행구간 i의 고도 그리고 di는 상기 주행구간 i의 거리를 각각 나타낸다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주행 저항도 연산부는,
    상기 자전거의 주행 구간의 속도를 더 포함하여 주행 저항도를 연산하는 경우, 아래의 수학식을 이용하여 상기 복수의 경로 각각에 포함된 주행구간 i에 대한 상기 주행 저항도(ri bike)를 연산하는 자전거 경로 탐색 장치:
    상기 경사도(slopei)가 0인 경우,
    Figure 112017026117414-pat00013

    상기 경사도(slopei)가 0보다 큰 경우,
    Figure 112017026117414-pat00014

    상기 경사도(slopei)가 0보다 작은 경우,
    Figure 112017026117414-pat00015

    여기서, slopei는 주행구간 i의 경사도, vi는 주행구간 i의 속도, di는 주행구간 i의 거리, atii는 주행구간 i의 고도, 그리고 w는 오르막 가중치를 나타내며,상기 w는 입력받은 체력 반응 수준 정보에 따라 경사에 가장 민감한 아주 약한 체력인 경우 1.2값이, 약한 체력인 경우 1.1 값이, 보통의 체력인 경우 1 값이, 강한 체력인 경우 0의 값이 적용된다.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 주행 저항도 연산부는,
    상기 연산된 주행구간 별 주행 저항도(ri bike)를 아래의 수학식과 같이 누적하여 출발지와 목적지 사이의 복수의 주행 경로에 대한 각각의 주행 저항도를 연산하는 자전거 경로 탐색 장치.
    Figure 112016095211470-pat00016
  5. 사용자로부터 사용자의 체력 반응 수준 정보를 포함한 경로 선택을 위한 정보를 입력받는 단계;
    상기 입력받은 정보를 이용하여 자전거 주행을 위한 복수의 경로를 탐색하는 단계;
    상기 복수의 경로 각각에 대하여 각각의 경사도, 고도 및 거리 중에서 적어도 하나를 이용하여 주행 저항도를 연산하고, 상기 경사도가 설정된 기준치를 초과하면, 상기 사용자의 체력 반응 수준 정보에 대응한 가중치가 적용된 주행 저항도를 연산하는 단계; 및
    상기 주행 저항도 중에서 최소의 주행 저항도를 갖는 경로를 선택하여 표시하는 단계를 포함하되,
    상기 주행 저항도를 연산하는 단계는,
    아래의 수학식을 이용하여 상기 복수의 경로 각각에 포함된 주행구간 i에 대한 상기 주행 저항도를 연산하는 자전거 경로 탐색 방법:
    Figure 112017026117414-pat00017

    slopei는 상기 주행구간 i의 경사도, atii는 상기 주행구간 i의 고도 그리고 di는 상기 주행구간 i의 거리를 각각 나타낸다.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 주행 저항도를 연산하는 단계는,
    상기 자전거의 주행 구간의 속도를 더 포함하여 주행 저항도를 연산하는 경우, 아래의 수학식을 이용하여 상기 복수의 경로 각각에 포함된 주행구간 i에 대한 주행 저항도(ri bike)를 연산하는 자전거 경로 탐색 방법:
    상기 경사도(slopei)가 0인 경우,
    Figure 112017026117414-pat00018

    상기 경사도(slopei)가 0보다 큰 경우,
    Figure 112017026117414-pat00019

    상기 경사도(slopei)가 0보다 작은 경우,
    Figure 112017026117414-pat00020

    여기서, slopei는 주행구간 i의 경사도, vi는 주행구간 i의 속도, di는 주행구간 i의 거리, atii는 주행구간 i의 고도 그리고 w는 오르막 가중치를 나타내며,상기 w는 입력받은 체력 반응 수준 정보에 따라 경사에 가장 민감한 아주 약한 체력인 경우 1.2값이, 약한 체력인 경우 1.1 값이, 보통의 체력인 경우 1 값이, 강한 체력인 경우 0의 값이 적용된다.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 주행 저항도를 연산하는 단계는,
    상기 연산된 주행 구간 별 주행 저항도(ri bike)를 아래의 수학식과 같이 누적하여 출발지와 목적지 사이의 복수의 주행 경로에 대한 각각의 주행 저항도를 연산하는 자전거 경로 탐색 방법.
    Figure 112016095211470-pat00021
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