KR102021992B1 - Apparatus for controling a trafic signal, method for controling a trafic signal, and recoding medium for controling a tarfic signal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 교통신호 제어 장치, 교통신호 제어 방법 및 교통신호 제어 프로그램을 저장하는 저장매체에 관한 것이다.The present invention relates to a traffic signal control apparatus, a traffic signal control method, and a storage medium for storing a traffic signal control program.
대중교통과 자기 차량을 이용하면서 교통정보에 대한 관심이 높아지고 있다. 교통혼잡을 예측하기 위한 교통정보를 이용하는 방법이 다양하게 제시되고 있다. 그러나 이러한 방법은 교통에 영향을 미치는 여러 가지 요소들을 감안하여 효율적으로 제공되지 못한다. 기존의 교통신호 체계를 사용하면서 교통이 혼잡한 시간대 또는 지역에서 교통혼잡을 대응하는데 한계가 있다.Interest in traffic information is increasing with the use of public transport and own vehicles. Various methods of using traffic information to predict traffic congestion have been proposed. However, these methods cannot be efficiently provided in consideration of various factors that affect traffic. While using the existing traffic signal system, there is a limit in dealing with the traffic congestion in the time zone or region where the traffic is congested.
딥러닝 기술이 교통혼잡을 예측하는데 활용되기 시작했으나 교통이 혼잡한 도심 지역에서 공간적 또는 시간적으로 교통혼잡을 예측하지 못하고 있다.Deep learning technology has begun to be used to predict traffic congestion, but it has not been able to predict traffic congestion spatially or temporally in urban areas with heavy traffic.
본 발명의 목적은, 도심 지역의 교통혼잡 지역을 공간적으로 예측할 수 있는, 교통신호 제어 장치, 교통신호 제어 방법 및 교통신호 제어 프로그램을 저장하는 저장매체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a storage medium for storing a traffic signal control device, a traffic signal control method, and a traffic signal control program, which can spatially predict a traffic congestion area of a downtown area.
본 발명의 다른 목적은, 도심 지역의 반복적인 교통혼잡 시간을 실시간으로 예측할 수 있는, 교통신호 제어 장치, 교통신호 제어 방법 및 교통신호 제어 프로그램을 저장하는 저장매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a storage medium for storing a traffic signal control device, a traffic signal control method, and a traffic signal control program, which can predict a repetitive traffic congestion time in a downtown area in real time.
본 발명의 다른 목적은, 딥러닝 기술에 기반하여 시간 또는 공간 측면에서 교통혼잡을 예측하고, 예측 결과에 따라 인공지능 AI (Artificial Intelligence)에 기반하여 교통신호 주기를 원격으로 제어할 수 있는, 교통신호 제어 장치, 교통신호 제어 방법 및 교통신호 제어 프로그램을 저장하는 저장매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to predict traffic congestion in terms of time or space based on deep learning technology, and to remotely control a traffic signal cycle based on artificial intelligence (AI) according to the prediction result. To provide a signal control apparatus, a traffic signal control method and a storage medium for storing a traffic signal control program.
본 발명의 다른 목적은, 교통혼잡이 발생한 경우 또는 교통혼잡이 없는 경우를 모두 반영하여 교통신호를 하이브리드(Hybrid)하게 제어할 수 있는, 교통신호 제어 장치, 교통신호 제어 방법 및 교통신호 제어 프로그램을 저장하는 저장매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a traffic signal control device, a traffic signal control method, and a traffic signal control program, which can hybridly control a traffic signal by reflecting both traffic congestion and traffic congestion. It is to provide a storage medium for storing.
본 발명의 일 실시예는, 교통혼잡 예측을 위한 복합데이터를 생성하는 복합데이터 입력부, 여기서 상기 복합데이터는 대기 정보, 지역 정보, 및 시간 정보에 기반한 시공간 이미지 데이터임; 및 상기 복합데이터를 사용하여 교통혼잡을 예측하는 교통흐름 예측부를 포함하고, 상기 교통흐름 예측부는 상기 복합데이터의 상기 이미지 데이터에 대해 레이블링하는 이미지 레이블링 제어부, 및 상기 레이블링된 이미지에 CNN을 적용하는 이미지 CNN 학습부를 포함하는, 교통신호 제어 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention, a composite data input unit for generating a composite data for traffic congestion prediction, wherein the composite data is space-time image data based on atmospheric information, area information, and time information; And a traffic flow predictor for predicting traffic congestion using the composite data, wherein the traffic flow predictor is an image labeling controller for labeling the image data of the composite data, and an image applying a CNN to the labeled image. It provides a traffic signal control device including a CNN learning unit.
본 발명의 일 실시예는, 교통혼잡 예측을 위한 복합데이터를 생성하는 복합데이터 생성단계, 여기서 상기 복합데이터는 대기 정보, 지역 정보, 및 시간 정보에 기반한 시공간 이미지 데이터임; 및 상기 복합데이터를 사용하여 교통혼잡을 예측하는 교통흐름 예측 단계를 포함하고, 상기 교통흐름 예측 단계는 상기 복합데이터의 상기 이미지 데이터에 대해 레이블링하는 이미지 레이블링 단계, 상기 레이블링된 이미지에 CNN을 적용하는 이미지 CNN 단계를 포함하는, 교통신호 제어 방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a composite data generation step of generating composite data for traffic congestion prediction, wherein the composite data is space-time image data based on atmospheric information, region information, and time information; And a traffic flow prediction step of predicting traffic congestion using the composite data, wherein the traffic flow prediction step comprises: an image labeling step of labeling the image data of the composite data; and applying a CNN to the labeled image. It provides a traffic signal control method comprising an image CNN step.
본 발명의 일 실시예는, 교통혼잡 예측을 위한 복합데이터를 생성하는 복합데이터 입력 모듈, 여기서 상기 복합데이터는 대기 정보, 지역 정보, 및 시간 정보에 기반한 시공간 이미지 데이터임; 및 상기 복합데이터를 사용하여 교통혼잡을 예측하는 교통흐름 예측 모듈을 포함하고, 상기 교통흐름 예측 모듈은 상기 복합데이터의 상기 이미지 데이터에 대해 레이블링하는 이미지 레이블링 제어 모듈, 및 상기 레이블링된 이미지에 CNN(Convolution Neutral Network)을 적용하는 이미지 CNN 학습 모듈을 포함하는, 교통신호를 제어하는 프로그램을 저장하는 저장매체를 제공한다.One embodiment of the present invention, a composite data input module for generating composite data for traffic congestion prediction, wherein the composite data is space-time image data based on atmospheric information, area information, and time information; And a traffic flow prediction module for predicting traffic congestion using the composite data, wherein the traffic flow prediction module comprises: an image labeling control module for labeling the image data of the composite data; Provides a storage medium for storing a program for controlling traffic signals, including an image CNN learning module applying Convolution Neutral Network.
본 발명에 따르면, 교통혼잡을 공간적 또는 시간적 요소들을 고려하여 예측할 수 있다.According to the present invention, traffic congestion can be predicted in consideration of spatial or temporal factors.
본 발명에 따르면, 교통혼잡이 발생하는 패턴을 통해 교통혼잡을 실시간으로 예측할 수 있다.According to the present invention, traffic congestion can be predicted in real time through a pattern in which traffic congestion occurs.
본 발명에 따르면, 교통혼잡의 유무를 고려하여 교통신호를 효율적으로 제어할 수 있다.According to the present invention, the traffic signal can be efficiently controlled in consideration of the presence or absence of traffic congestion.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치의 일 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 입력 데이터를 생성하는 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 교통상태에 영향을 줄 수 있는 요인들 여러 채널 데이터로 생성하는 예를 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기반 확장 채널 이미지CNN (Convolution Neutral Network) 학습부의 일 예를 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치의 일 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치 LSTM (Long-Short Term Memory) 학습부의 일 구성을 나타낸 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기반 실시간 교통혼잡 예측 및 원격 교통신호 제어의 일 예를 나타낸다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 강화학습(Reinforcement Learning) 기반 DQN (Deep Q-Network) 교통신호주기 제어부의 일 예를 나타낸다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a configuration of a traffic signal control apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an example of generating input data according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of generating various channel data with factors that may affect traffic conditions.
4 is a diagram illustrating an example of a deep learning based extended channel image CNN (Convolution Neutral Network) learning unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a configuration of a traffic signal control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a traffic signal control device long-short memory (LSTM) learning unit according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates an example of deep learning based real-time traffic congestion prediction and remote traffic signal control according to an embodiment of the present invention.
8 illustrates an example of a deep Q-network (DQN) traffic signal cycle control unit based on Reinforcement Learning according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing an example of a traffic signal control method according to an embodiment of the present invention.
이하에서 본 발명의 상세한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a detailed embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치의 일 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a configuration of a traffic signal control apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치는 맞춤형 복합데이터 입력부(1100), 딥러닝 기반 실시간 교통흐름 예측부(1200), 및/또는 교통혼잡지역 혼잡시간 신호제어부(1300)를 포함할 수 있다.The traffic signal control apparatus according to an embodiment of the present invention may include a customized composite
맞춤형 복합데이터 입력부(1100)는 교통혼잡 예측을 위한 교통혼잡 정보를 수신할 수 있다. 여기서 교통혼잡 정보는 데이터의 종류에 따라 날씨정보, 대기정보, 지역정보, 시간정보 등을 포함할 수 있다. 날씨정보는 기온, 풍속 등 날씨에 관련된 정보를 나타내고, 대기정보는 미세먼지(예를 들어, PM10, PM2.5, 온실가스, 이산화탄소, 일산화탄소 등), 대기오염 등 대기에 관련된 정보를 의미하고, 지역정보는 속도, 차선, 도로환경 등 대상 지역에 관련된 정보를 포함할 수 있고, 시간정보는 휴일과 같은 요일정보, 하루를 시간구간으로 구분하여 표현할 수 있는 시간대(예를 들어, 오전, 오후, 저녁, 새벽, 아침 등) 등의 정보를 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 교통혼잡 정보는 교통 상황에 관련된 정보 등을 모두 포함할 수 있다.The customized composite
일 실시예에 따라, 맞춤형 복합데이터 입력부(1100)는 교통혼잡 정보를 복합데이터로 변환할 수 있다. 여기서 복합데이터 변환은, 교통혼잡 정보를 시공간 이미지 데이터로 변환하는 처리를 의미한다. 시공간 이미지 데이터 변환 처리를 통해서, 데이터를 시각적 또는 공간적으로 이미지로 변환할 수 있고, 데이터는 2차원 시공간 이미지로 변환될 수 있다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 맞춤형 복합데이터 입력부(1100)는 대상 도시혼잡지역에 관련하여 날씨, 기온, 풍속에 대한 2차원 시공간 이미지, 미세먼지, 대기오염에 대한 2차원 시공간 이미지, 속도, 차선, 도로환경에 대한 2차원 시공간 이미지 등과 같은 복합데이터를 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 복합데이터는 데이터 등으로 호칭될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 맞춤형 복합데이터 입력부는 복합데이터 입력부 등으로 호칭될 수 있다.According to an embodiment, the customized composite
딥러닝 기반 실시간 교통흐름 예측부(1200)는 맞춤형 복합데이터 입력부(1100)로부터 복합데이터를 수신하여 딥러닝에 기반하여 교통흐름을 예측할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기반 실시간 교통흐름 예측부(1200)는 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 레이블링 장치(1210), 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 CNN 학습부(1220), 혼잡지역 CNN-LSTM 모듈(1230), 및/또는 도심지 혼잡지역 교통혼잡지수 예측부(1240) 등을 포함할 수 있다. 여기서 CNN은 Convolution Neutral Network의 방식을 의미한다. 구체적으로, 입력 네트워크가 여러 가지 구조를 하고 있을 경우 이를 하나의 데이터로 종합하고 대표하기 위한 컨볼루션 필터를 적용하여 입력된 매트릭스 형태의 데이터를 컨볼루션하는 데이터 처리방식을 말한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 딥러닝 기반 실시간 교통흐름 예측부(1200)는 교통흐름 예측부 등으로 호칭될 수 있다.The deep learning based real-time traffic
딥러닝 기반 확장-채널 이미지 레이블링 장치(1210)는, 맞춤형 복합데이터 입력부(1100)로부터 수신한 복합데이터를 딥러닝에 기반하여 확장-채널 레이블링 처리할 수 있다. 여기서 레이블링이란, 복합데이터인 시공간 이미지를 딥러닝 확장-채널 CNN 학습 처리를 하기 이전에 이미지에 대해 레이블링하는 처리를 말한다. 복합데이터는 시간별로 변화하는 복수의 이미지들로 구성된다. 따라서 복수의 시계열 이미지를 처리하기 위해서 이미지에 대한 레이블링이 필요하고, 이미지 레이블링을 통해 복합데이터가 교통혼잡 판단의 기준이 되는 혼잡, 원할, 정체 등으로 레이블링될 수 있다. 교통흐름 예측부는 이미지 데이터와 이미지의 레이블링 정보를 이용하여 교통혼잡을 예측할 수 있다. 이미지 데이터 및 레이블링 정보는 교통혼잡 예측을 위해 사용되는 값으로 항상 한 쌍(pair)으로 처리되는 데이터이므로, 예측부 측면에서 하나의 데이터로 간주될 수 있다.The deep learning based extended-channel
본 발명의 일 실시예에 따라 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 레이블링 장치(1210)는 이미지 레이블링 장치 또는 레이블링 장치 등으로 호칭될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the deep learning based extension-channel
레이블링 장치(1210)는, 도 3에서 구체적으로 후술할, 독립적인 특성을 가진 채널 데이터들의 세트를 생성할 수 있다. 레이블링 장치(1210)는 도 2에서 예시한 것과 같이 대상지역의 교통상태의 2차원 이미지 데이터와 도 3에서 예시한 바와 같이 대상지역의 교통상태에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 요인들의 2차원 이미지 데이터를 처리할 수 있다.The
레이블링 장치(1210)는, 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 CNN 학습부(1220)에 교통흐름 예측을 위한 여러 개의 채널 데이터를 제공할 수 있다. The
레이블링 장치(1210)는 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 CNN 학습부(1220)가 더 정확한 결과를 생성할 수 있도록 복수의 채널이 2차원 이미지 데이터를, 확장 채널 특성 추출부 (200)의 트레이닝을 위한 제 1 데이터 세트와 테스트를 위한 제 2 데이터 세트로 제공할 수 있다. 예를 들어 레이블링 장치(1210)가 트레이닝을 위한 제 1 데이터 세트와 테스트를 위한 제 2 데이터 세트를 8:2의 비율로 제공하면, CNN 학습부(1220)는 제 1 데이터 세트를 이용하여 신경망을 이용하여 해당 데이터를 학습하고, 신경망 웨이트(weight)의 최적화를 알고리즘을 수행한 후 제 2 데이터 세트에 이를 적용할 수 있다. 이와 같이 레이블링 장치(1210)는 CNN 학습부(1220)가 수행하는 데이터 수행의 정확도를 높일 수 있도록 복수의 채널로 구성된 2차원 이미지 데이터를 CNN 학습부(1220)에 제공할 수 있다. The
이와 같이 레이블링 장치(1210)는 트레이닝 데이터 세트를 제공함으로써, 이후에 연산에 필요한 웨이트 값을 최적화시키도록 할 수 있고 이를 통해 신경망 학습이 안정화되도록 데이터를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 레이블링 장치(1210)는 레이블링 장치 또는 레이블링 제어부 등으로 호칭될 수 있다.As such, the
딥러닝 기반 확장-채널 이미지 CNN 학습부(1220)는, 레이블링 장치(1210)로부터 레이블링 처리된 이미지 데이터를 수신하여 2차원 시공간 이미지인 복합데이터에 대해 CNN 처리를 할 수행할 수 있다. 구체적인 CNN 처리 과정은 도 4 내지5에서 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 CNN 학습부(1220)는 CNN학습부 등으로 호칭될 수 있다.The deep learning-based extended-channel
혼잡지역 CNN-LSTM 모듈(1230)는, 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 레이블링 장치(1210) 및 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 CNN 학습부(1220)로부터 데이터를 입력받는다. 여기서 데이터는 딥러닝 기반 확장-채널 레이블링 처리가 완료된 후 딥러닝 확장-채널 이미지 CNN 학습부에 의해 CNN처리된 이미지들을 의미한다. 혼잡지역 CNN-LSTM 모듈(1230)의 구체적인 동작은 도6에서 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 혼잡지역 CNN-LSTM 모듈(1230)은 혼잡지역 CNN- LSTM 제어부, 또는 LSTM 제어부 등으로 호칭될 수 있다.The congestion area CNN-
도심지 혼잡지역 교통혼잡지수 예측부(1240)는 혼잡지역 CNN-LSTM 모듈(1230)로부터 교통혼잡 예측을 위한 데이터를 입력받아서 대상지역(혼잡지역)의 교통혼잡지수를 예측할 수 있다. 구체적인 교통혼잡지수 예측부(1240)의 동작은 도 7에서 상세히 설명한다.The urban congestion area traffic congestion
교통혼잡지역 혼잡시간 신호제어부(1300)는 멀티에이전트 강화학습 DQN 기반 교통신호 제어부 (1310) 및/또는 교통혼잡 예측 기반 AI 교통신호 간격 원격 제어부 (1320)를 포함할 수 있다.The traffic congestion area congestion
멀티에이전트 강화학습 DQN 기반 교통신호 제어부 (1310)는 교통혼잡지수 예측부(1240)에서 예측된 값을 이용하여 도심지 교통혼잡을 제어하기 위해 교통신호 시스템을 제어할 수 있다. 인공지능의 강화학습을 적용하여 교통혼잡지수 예측값 통해 혼잡지역의 교통신호를 제어할 수 있다. The multi-agent reinforcement learning DQN-based
교통혼잡 예측 기반 AI 교통신호 간격 원격 제어부 (1320)는 예측된 교통신호 주기를 실제 교차로 교통신호등에 반영하여 교통신호 시스템을 원격으로 제어할 수 있다. The traffic congestion prediction-based AI traffic signal interval
본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치는, 위와 같이 교통혼잡 시간 및 공간을 대상으로 교통혼잡을 예측하고, 예측된 결과에 따라서 교통신호를 인공지능 강화학습 또는 원격으로 제어할 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예는 교통혼잡이 없는 시간 및 공간에 대해 기존의 교통신호 체계를 상호보완적으로 사용할 수 있다.The traffic signal control apparatus according to an embodiment of the present invention may predict traffic congestion with respect to the traffic congestion time and space as described above, and control the traffic signal by AI reinforcement learning or remotely according to the predicted result. Furthermore, an embodiment of the present invention can complementarily use the existing traffic signal system for time and space without traffic congestion.
교통혼잡지역 혼잡시간 신호제어부(1300)의 구체적인 동작은 도 8에서 상세히 설명한다.The detailed operation of the traffic congestion area congestion
위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치는 딥러닝 기술에 기반하여 교통혼잡을 예측하고, 교통혼잡 예측을 위한 신호를 제어한다. 일 실시예에 따라, 교통신호 제어 장치는 Deep-Traffic Congestion (Deep-TraC)으로 호칭될 수 있다.As described above, the traffic signal control apparatus according to an embodiment of the present invention predicts traffic congestion based on deep learning technology, and controls a signal for traffic congestion prediction. According to one embodiment, the traffic signal control device may be referred to as Deep-Traffic Congestion (Deep-TraC).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 입력 데이터를 생성하는 예를 나타낸다. 여기서는 교통상황 정보를 예측하기 위해 교통상황 정보의 변동이 있는 있거나 교통혼잡이 있는 구간으로서 백화점, 상가지역, 인구밀집지역 등을 입력데이터 모델화를 위한 대상지역으로 예시한다. 도2는 도1에서 설명한 시공간 이미지 형태의 복합데이터를 나타낸다. 2 illustrates an example of generating input data according to an embodiment of the present invention. In this example, the departments, malls, and densely populated areas are illustrated as the target areas for modeling the input data as the sections in which the traffic situation information changes or the traffic congestion is used to predict the traffic situation information. FIG. 2 illustrates composite data in the form of a space-time image described with reference to FIG. 1.
이 도면은 이러한 지역의 도로의 예로서 2X2 교차로를 나타내는데, 도면의 왼쪽은 교차로, 방향, 교차로의 순서를, 도면의 오른쪽은 해당 교차로의 교차로 순서(공간)와 시간에 따라 교차로 상의 속도(v)를 색이나 명암으로 표시한 도면이다. The figure shows a 2X2 intersection as an example of a road in this area, with the left side of the figure in the order of intersections, directions, and intersections, and the right side of the figure in the order of the intersections (space) and the speed on the intersection (v) over time. Is a color or contrast diagram.
도면의 왼쪽에서 N, S, E, W은 각각 북, 남, 동, 서쪽 방향을 나타내고, 1, 2, 3, 4, ~, 7, 8 은 왕복도로의 방향에 따른 도로의 번호를 각각 나타낸다.On the left side of the drawing, N, S, E, and W represent north, south, east, and west directions, respectively, and 1, 2, 3, 4, ~, 7, and 8 represent road numbers along the direction of the round trip road, respectively. .
이 도면의 예를 들면, 1번은, 서쪽(W)에서 동쪽(E) 방향의 제 1 도로를 나타내고, 2번은 동쪽(E)에서 서쪽(W) 방향의 제 1 도로를 나타내고, 3번은 서쪽(W)에서 동쪽(E) 방향의 제 2 도로를 나타내고 4번은 동쪽(E)에서 서쪽(W) 방향의 제 2 도로를 나타낼 수 있다. 마찬가지로, 5번은 남쪽(S)에서 북쪽(N) 방향의 제 3도로, 6번은 북쪽(N)에서 남쪽(S) 방향의 제 3도로, 7번은 남쪽(S)에서 북쪽(N)의 제 4도로를, 8번은 북쪽(N)에서 남쪽(S) 방향의 제 4도로를 나타낼 수 있다. For example, in the figure, 1 indicates a first road in the west (W) to east (E) direction, 2 indicates a first road in the east (E) to west (W) direction, and 3 indicates a west ( W) may represent a second road in the east (E) direction, and
본 발명의 일 실시예는, 교통상태 정보를 제공하기 위해 해당 교차로를 2차원의 시공간 이미지 데이터로 변환할 수 있다. 이를 위해 일 실시예는 교통상태 또는 교통소통의 정보를 해당 도로 상의 프로브 차량의 GPS 데이터를 이용하여 구간 속도로 변환 값을 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the intersection may be converted into two-dimensional space-time image data to provide traffic state information. To this end, an embodiment may use the converted value of the traffic state or traffic information to the section speed using the GPS data of the probe vehicle on the corresponding road.
그러면, 이 도면의 오른쪽과 같이 대상 지역에서 가로축은 차량이 이동하는 도로 방향에 따른 번호를 나타내고, 각 번호에 따라 8개 도로에 대해 차량의 속도로서 구간 소통 정보를 얻을 수 있다. 예를 들어 각 구간별(가로축)에 따라 10개의 속도 데이터를 얻었다면, 2차원 이미지 데이터의 가로방향의 픽셀의 크기는 8 (도로의 개수) * 10 (도로 별 속도 레벨의 데이터)가 될 수 있다. Then, as shown in the right side of the drawing, in the target area, the horizontal axis represents a number according to the direction of the road in which the vehicle moves, and section communication information can be obtained as the speed of the vehicle for eight roads according to each number. For example, if 10 velocity data are obtained for each section (horizontal axis), the size of the horizontal pixel of the 2D image data may be 8 (the number of roads) * 10 (data of the velocity level for each road). have.
본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 이미지 데이터는 세로를 시간 축으로 설명하였는데, 이 시간축의 데이터도 일정 시간에 따라 나눌 수 있다. 예를 들어 5분 단위로 도로상 차량 속도 데이터를 수집하였다고 하고 하루의 시간의 다시 일정한 시간 단위로 나눌 수 있다. The two-dimensional image data according to an embodiment of the present invention has been described with the vertical as the time axis, and the data on the time axis can also be divided according to a predetermined time. For example, you may have collected vehicle speed data on the road in five minutes, and then divide it back into a fixed time unit of the day.
예를 들어 하루 24시간의 시간 대를 4시간 간격의 6개 단위로 나눈다고 가정하자. 예로, 0시 ~ 04시를 새벽, 04~08시 이른 아침, 08시 ~ 12시를 오전, 12시 ~ 16시를 오후, 16시 ~ 20시 저녁, 20시 ~ 24시 밤 시간으로 나누어 6개 단위로 나누고, 각 시간단위 별로 5분 단위로 교통 상태 정보를 수집하면, 2차원 이미지 데이터의 세로 방향의 크기는 4시간 단위 * 12 개(시간당 5분 단위 데이터)가 될 수 있다. For example, suppose you divide a 24-hour time zone into six units of four-hour intervals. For example, 0 to 04 o'clock in the morning, 04 to 08 o'clock in the morning, 08 to 12 am, 12 to 16 o'clock in the afternoon, 16:00 to 20 o'clock in the evening, and 20 to 24 o'clock in the
이와 같이 하면 2차원 이미지 데이터는 80 * 60 픽셀의 2차원 이미지로 표현될 수 있다. 교통정보를 예측 및 분석하는 신경망을 위한 데이터의 수는 6개의 시간 단위 (4시간 단위) * 365 일로 2190 개의 데이터가 확보될 수 있다. 만약 이 데이터를 3년간 확보하였다면 3* 2190으로 6570 개의 데이터가 표현될 수 있다. In this way, the 2D image data may be expressed as a 2D image of 80 * 60 pixels. The number of data for the neural network for predicting and analyzing traffic information is 6 time units (4 hours) * 365 days, 2190 data can be secured. If this data has been obtained for three years, 6570 data can be represented with 3 * 2190.
물론 특정 교차로에서 생성하는 2차원 이미지 데이터의 데이터 개수, 데이터 생성 간격, 데이터의 양은 실시예로서 사용자 또는 실시예에 따라 다르게 설정될 수 있다. Of course, the number of data, the data generation interval, and the amount of data of the 2D image data generated at a specific intersection may be set differently according to a user or an embodiment as an embodiment.
이와 같이 본 발명의 실시예는 교통상태 정보를 예측하기 위한 2차원 이미지 데이터를 생성할 수 있다. As described above, the embodiment of the present invention may generate two-dimensional image data for predicting traffic state information.
도 3은 교통상태에 영향을 줄 수 있는 요인들을 여러 채널 데이터로 생성하는 예를 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of generating, as various channel data, factors that may affect traffic conditions.
본 발명의 실시예는 교통상태에 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인의 데이터들을 각각의 채널 데이터로 생성하여 복합 데이터를 활용한 확장 채널 기반의 딥러닝을 수행할 수 있다. 즉, 교통상태에 영향을 줄 수 있는 여러 개의 독립적인 특성을 가지는 데이터 세트를 확장 채널로 취급하여 이를 복합적으로 감안한 교통상태 정보를 얻을 수 있다. According to an embodiment of the present invention, data of various factors that may affect traffic conditions may be generated as channel data to perform deep channel based deep learning using complex data. That is, a data set having a plurality of independent characteristics that may affect traffic conditions may be treated as an expansion channel, and thus traffic state information may be obtained by considering this in combination.
이 도면의 실시예에서 위 도면에서 설명한 교통상태 정보로서 교통속도의 2차원 이미지 데이터가 1개의 채널 데이터가 될 수 있다. 이 예는 교통속도의 2차원 이미지 데이터(1)이외에 나머지 채널 데이터로서, 타겟 교차로 상 차량진행 방향 (2), 타겟 교차로의 차선 또는 차선의 수 (3), 요일 (4), 타겟 교차로 날씨 (5), 타겟 교차로의 기온(6), 타겟 교차로 상의 풍속 (7), 타겟 교차로 상의 제 1 미세먼지 (PM 10) (8), 타겟 교차로 상의 제 2 미세먼지 (PM 2.5) (9), 타겟 교차로 상의 오존농도 (10), 타겟 교차로 상의 이산화탄소 농도 (11), 타겟 교차로 상의 일산화탄소 농도(12), 타겟 교차로 상의 아황산가스 농도 (13)를 각각의 채널 데이터로 생성할 수 있다. 여기서 타겟이란 교통신호 제어를 위한 대상을 의미한다.In the embodiment of this figure, the two-dimensional image data of the traffic speed may be one channel data as the traffic state information described in the above drawings. This example is the remaining channel data in addition to the two-dimensional image data (1) of the traffic speed. 5), the temperature of the target intersection (6), the wind speed on the target intersection (7), the first fine dust (PM 10) on the target intersection (8), the second fine dust on the target intersection (PM 2.5) (9), the target Ozone concentration 10 on the intersection, carbon dioxide concentration 11 on the target intersection, carbon monoxide concentration 12 on the target intersection, and
이외에 교통상태에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요인들을 채널 데이터로 생성할 수 있으며 이 예에서는 설명한 바와 같이 13개의 채널 데이터를 생성하는 예를 개시한다. 따라서 이 예에서 예시한 채널 데이터 중 도 1에서 예시한 교통속도의 2차원 이미지 데이터가 기본이 되고, 나머지 채널 데이터는 변경될 수도 있다. 그리고 이 예와 같이 동일한 채널 데이터를 사용하더라도 (1)의 채널 데이터와 다르게 다른 일부 채널 데이터는 시공간적으로 매우 적은 변화를 가지는 채널 데이터가 될 수도 있다. In addition, various factors that may affect traffic conditions may be generated as channel data. In this example, an example of generating 13 channel data is described. Accordingly, the two-dimensional image data of the traffic speed illustrated in FIG. 1 is the basis among the channel data illustrated in this example, and the remaining channel data may be changed. And although the same channel data is used as in this example, some channel data different from the channel data of (1) may be channel data having very little change in space and time.
이와 같이 본 발명의 실시예는 여러 가지 상황과 관련없이 여러 가지 독립적인 특성들을 가지는 데이터를 생성할 수 있고, 이 채널 데이터들의 연관성을 분석하여 대상지역의 교통상태 정보를 정확하게 예측할 수 있다.As described above, an embodiment of the present invention can generate data having various independent characteristics regardless of various situations, and can accurately predict traffic state information of a target region by analyzing the correlation of the channel data.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기반 확장 채널 이미지CNN 학습부의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4내지 5를 참조하여, 도 1에 도시된 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 CNN 학습부(1220)의 구체적인 동작을 설명한다. 도 1 내지 3에서 설명한 바와 같이, 미세먼지, 날씨정보, 휴일정보, 지역환경, 시간정보 등에 관한 이미지로 표현되는 복합데이터가 CNN학습부(1220)에 입력될 수 있다. 도 4의 CNN 학습부(1220)의 구체적 동작은 도5에서 설명한다.4 is a diagram illustrating an example of a deep learning based extended channel image CNN learning unit according to an embodiment of the present invention. 4 to 5, a detailed operation of the deep learning based extended-channel
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치의 일 구성을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of a traffic signal control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도4에서 설명한 CNN학습부(1220)의 일 구성을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 CNN학습부(1220)는 확장-채널 특성추출 장치로 호칭될 수 있다.FIG. 5 illustrates one configuration of the
본 발명에 따른 교통신호 제어 장치의 일 실시예는 레이블링 입력부(5110), 확장 채널 특성 추출부(5000), 확장 채널 연관부(5140), 확장 채널 출력부(5150)를 포함할 수 있다. 확장 채널 특성 추출부(5000)는 컨볼루션 모듈 (5120) 및 풀링 모듈(5130)을 포함할 수 있다. An embodiment of the traffic signal control apparatus according to the present invention may include a
레이블링 입력부(5110)는 도 1의 레이블링 장치에 대응되고, 도 1의 레이블링 장치 및 CNN학습부는 서로 연관되어 동작되기 때문에, CNN학습부의 일련의 처리 과정에 대한 이해를 돕기 위해서 이하에서 레이블링 입력부(5110)부터 함께 설명한다. 상술한 바와 같이, 레이블링 입력부(5110)는 도 3에서 설명한 바와 같이 독립적인 특성을 가진 채널 데이터들의 세트를 생성할 수 있다. 레이블링 입력부(100)는 도 2에서 예시한 것과 같이 대상지역의 교통상태의 2차원 이미지 데이터와 도 3에서 예시한 바와 같이 대상지역의 교통상태에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 요인들의 2차원 이미지 데이터를 생성할 수 있다. The
레이블링 입력부(5110)는 확장 채널 특성 추출부 (5000)에 대상지역의 교통신호 제어 및 예측을 위해 있는 여러 개의 채널 데이터를 제공할 수 있다. 레이블링 입력부(5110)는 확장 채널 특성 추출부 (5000)가 더 정확한 결과를 생성할 수 있도록 복수의 채널이 2차원 이미지 데이터를, 확장 채널 특성 추출부 (5000)의 트레이닝을 위한 제 1 데이터 세트와 테스트를 위한 제 2 데이터 세트로 제공할 수 있다. 예를 들어 레이블링 입력부(5110)가 트레이닝을 위한 제 1 데이터 세트와 테스트를 위한 제 2 데이터 세트를 8:2의 비율로 제공하면, 확장 채널 특성 추출부 (5000)는 제 1 데이터 세트를 이용하여 신경망을 이용하여 해당 데이터를 학습하고, 신경망 웨이트(weight)의 최적화를 알고리즘을 수행한 후 제 2 데이터 세트에 이를 적용할 수 있다. 이와 같이 레이블링 입력부(5110)는 확장 채널 특성 추출부 (5000)가 수행하는 데이터 수행의 정확도를 높일 수 있도록 복수의 채널로 구성된 2차원 이미지 데이터를 확장 채널 특성 추출부 (5000)에 제공할 수 있다. The
이와 같이 레이블링 입력부(5110)는 트레이닝 데이터 세트를 제공함으로써, 이후에 연산에 필요한 웨이트 값을 최적화시키도록 할 수 있고 이를 통해 신경망 학습이 안정화되도록 데이터를 제공할 수 있다.As such, the
확장 채널 특성 추출부(5000)는 2차원 이미지 데이터를 기초로 CNN (Convolution Neutral Network) 처리를 수행할 수 있다. CNN 처리의 구체적인 방법은 다음과 같다.The extended
확장 채널 특성 추출부(5000)는 CNN 방식에 따라 입력된 각각의 채널의 2차원 이미지 데이터를 컨볼루션하는 컨볼루션 모듈(5120)과 이를 풀링(pooling)하여 필터링하는 풀링 모듈(5130)을 포함할 수 있다. 확장 채널 특성 추출부(5000)는 풀링 모듈(5130)이 연산한 데이터를 ReLu 필터 등을 이용하여 필터링하는 ReLu 필터 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. The extended
확장 채널 특성 추출부(5000)가 도 3에서 예시한 채널 별 2차원 이미지 데이터를 제공받는다면, 컨볼루션 모듈(5120), 풀링 모듈(5130), 및 ReLu 필터 모듈 등은 각각의 13개의 확장 채널에 따라 독립적으로 진행할 수 있다. 확장 채널 특성 추출부(5000)는 교통상태에 영향을 미치는 시공간의 특성 데이터인 날씨, 기온, 미세먼지, 온실가스 등이 대상지역에서 영향을 미치는 시간과 공간을 파악할 수도 있도록 한다.If the extended channel
확장 채널 연관부(5140)는 확장 채널 특성 추출부(5000)가 제공한 데이터를 fully-connected 레이어 별로 연결할 수 있도록 CNN 기법의 신경망 하급을 수행한다. 채널 별 또는 레이어 별 데이터가 연관될 경우 소프트맥스(softmax) 활성모듈로 이를 연관시켜 처리할 수 있다. 확장 채널 연관부(300)는 이렇게 N개 데이터 채널 또는 레이어가 관련시켜 전체 관련된 레이어(fully-connected layer)를 통해 N 데이터 세트로부터 데이터의 연관된 특성 정보를 산출할 수 있다. 소프트맥스(softmax) 활성모듈은 N 데이터 레이어들을 연관시키는 방식의 벡터 매트릭스 등이 될 수 있다. The extension
확장 채널 연관부(5140)는 연관된 특성 정보에 따라 교통상태 정보를 출력할 수 있다. The extension
본원 발명의 실시예는 3차원 필터를 사용하여 3차원의 딥러닝 기반의 CNN을 수행할 수도 있으나, 위에서 설명한 바와 같이 교통상태에 영향을 미치는 요인들이 대상지역에서 변화하지 않는 특성을 가지는 경우 3차원 필터를 사용하지 않고 2차원 필터를 사용하여 정확성을 유지하면서 처리 속도를 높일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a three-dimensional deep learning-based CNN may be performed using a three-dimensional filter, but as described above, when the factors affecting traffic conditions have characteristics that do not change in a target region, three-dimensional Instead of using filters, two-dimensional filters can be used to speed up processing while maintaining accuracy.
확장 채널 출력부(5150)는 확장 채널 연관부(5140)가 출력하는 교통상태 정보를 일정한 원칙에 따라 사용자에게 가시화하여 제공할 수 있다. 이 실시예는 확장 채널 출력부(5150)가 대상지역의 교통상태를 혼잡, 정체, 보통, 원활의 4가지 상태 정도로 제공하도록 하는 예를 개시한다. 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고 연관된 레이어 데이터들을 이용하여 교통상태를 더욱 상세하게 나눠 제공할 수도 있다. The expansion
본 발명의 실시예는, 날씨와 같은 특성 요인이 교통 상태에 끼치는 영향에 대해 설명할 수 있고 미세먼지나 대기오염 등이 교통 혼잡에 미치는 영향을 설명할 수 있으며 해당 요인의 복합적인 연관관계에서도 대상지역에서 반복적인 또는 비반복적인 교통 상태 정보를 제공할 수 있다.Embodiments of the present invention can explain the effects of characteristic factors such as weather on traffic conditions, and explain the effects of fine dust or air pollution on traffic congestion, and also apply to the complex relationships of the factors. Repetitive or non-repetitive traffic status information can be provided in the area.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 장치 LSTM (Long-Short Term Memory) 학습부의 일 구성을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하여, 딥러닝 기반 장단기 메모리 LSTM 학습부의 데이터 처리 과정을 설명한다. 다시말해, 딥러닝 기반 실시간 교통흐름 예측부(1200)가 복합데이터를 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 레이블링 장치(1210)에 의해 레이블링 프로세싱하고, 이후 딥러닝 기반 확장-채널 이미지 CNN 학습부(12220)에 의해 레이블링 프로세싱된 데이터를 CNN 프로세싱한 뒤 혼잡지역 CNN-LSTM 모듈(1230)에 의해 LSTM 프로세싱을 할 수 있다. 즉, 도 6은 CNN 프로세싱과 LSTM 프로세싱이 결합하여 데이터 처리하는 과정을 도시한다.FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a traffic signal control device long-short memory (LSTM) learning unit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a data processing process of the deep learning based short and long term memory LSTM learning unit will be described. In other words, the deep learning based real-time traffic
본 발명의 일 실시예에 따른 LSTM 학습부는 교통혼잡지수를 위해 GPS 기반의 교통데이터를 대상도로에서 실시간 예측을 할 수 있게 한다. 여기서 LSTM 학습부는 대상구간을 2차원 시공간으로 그리드(Grid)화하여 속도를 함수(Function)으로 하는 2차원 시공간 이미지로 변환할 수 있다. 이때, 채널은 하나일 수 있다. 앞서 도 2내지3에서, 2차원 시공간 이미지 데이터가 GPS 차량 데이터를 이용하여 속도 등의 값이 사용될 수 있음을 설명하였다. 본 발명의 일 실시예는 시계열 이미지 데이터를 이용하여 이미지 데이터 내의 패턴을 분석할 수 있다.The LSTM learning unit according to an embodiment of the present invention enables real-time prediction of GPS-based traffic data on a target road for a traffic congestion index. Here, the LSTM learning unit may convert a target section into a two-dimensional space-time grid and convert the velocity into a two-dimensional space-time image having a function as a function. At this time, there may be one channel. 2 to 3, it has been described that the two-dimensional spatiotemporal image data may be a value such as speed using GPS vehicle data. An embodiment of the present invention may analyze a pattern in the image data using time series image data.
여기서 딥러닝 기반 장단기메모리 LSTM 기술이 사용될 수 있다. 구체적으로, LSTM 기술은 시계열(시간) 데이터 속의 패턴을 추출하는 방법이다. LSTM 기술은 RNN (Recurrent Neural Network) 방식과 비교될 수 있다. RNN 방식과 비교 시 LSTM 기술은 장단기 기억을 사용하므로 좀 더 정확한 결과를 얻을 수 있다. 장단기 기억이란, 시계열 데이터(텍스트 또는 그림)의 지난 과거의 패턴을 아주 긴 시간 동안 유지하지도 않고, RNN 처럼 단기 기억에만 의존하는 것도 아닌 것을 말한다. 시계열 데이터는 숨겨진 패턴 등이 있을 수 있고, 이러한 패턴을 장단기 기억으로 추출하는 것이 LSTM 기술이다. Deep learning based short and long term memory LSTM technology can be used. Specifically, LSTM technology is a method of extracting a pattern in time series (time) data. LSTM technology can be compared with Recurrent Neural Network (RNN). Compared to the RNN method, LSTM technology uses short and long term memory, so more accurate results can be obtained. Short- and long-term memory means not keeping the past past pattern of time series data (text or picture) for a very long time, nor relying on short-term memory like RNN. The time series data may include hidden patterns, and the LSTM technology extracts such patterns into short and long term memory.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 6과 같이 시계열 기반의 GPS 차량 데이터가 LSTM 학습부에 입력된다. 시계열 데이터로 구성된 입력값은 복수의 이미지의 복합데이터가 될 수 있고 이러한 입력값은 LSTM 기술 처리 후 변형된 데이터로 구성된 출력값으로 나온다. 여기서 출력값은 실시간 예측을 위한 예측값의 특성을 가진다. 도 1 및 도 6을 참조하면, 딥러닝 기반 확장-채널 레이블링이 완료된 딥러닝 확장-채널 이미지 CNN 학습부의 복수의 이미지들이 LSTM 학습부에 입력된다. 즉, 복수의 이미지들은 레이블링 장치를 통해 혼잡, 원할, 정체 등으로 레이블링이 되고, 레이블링이 된 이미지들은 한 쌍의 페어(pair)로 LSTM 학습부에 입력된다. 이후, LSTM학습부는 이미지 및 레이블링 결과로 이루어진 한 쌍의 페어 정보를 통해 이미지 내 교통혼잡 예측을 위한 교통 정보 관련하여 패턴 정보를 분석할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, time series-based GPS vehicle data is input to the LSTM learning unit as shown in FIG. 6. Input values composed of time series data can be composite data of multiple images, and these input values are output values composed of transformed data after LSTM technology processing. Here, the output value has a characteristic of a prediction value for real time prediction. 1 and 6, a plurality of images of the deep learning extension-channel image CNN learner for which deep learning based extension-channel labeling is completed are input to the LSTM learner. That is, the plurality of images are labeled as congestion, desired or congestion through the labeling device, and the labeled images are input to the LSTM learning unit in a pair. Thereafter, the LSTM learning unit may analyze the pattern information in relation to the traffic information for predicting the traffic congestion in the image through pair information consisting of the image and the labeling result.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기반 실시간 교통혼잡 예측 및 원격 교통신호 제어의 일 예를 나타낸다. 도 7을 참조하여 도1에 도시된 도심지 혼잡지역 교통혼잡지수 예측부(1240)의 구체적인 동작을 설명한다.7 illustrates an example of deep learning based real-time traffic congestion prediction and remote traffic signal control according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, a detailed operation of the urban
본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기반 교통혼잡 예측부는 교통혼잡지수 이미지와 맞춤형 복합데이터 입력부의 데이터를 혼합한 하이브리드(Hybrid) 형태의 예측 모델을 사용한다. 도7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 앞서 설명한 CNN-LSTM 모듈의 CNN-LSTM 신경망을 사용하여 처리된 데이터를 사용하여 실시간 교통혼잡 대상구간 및/또는 교통혼잡 시간대를 예측할 수 있다. 즉, 공간적 데이터 및 시간적 데이터를 모두 예측할 수 있는 효과가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 교통혼잡 예측부는 도출된 로컬 대상구간을 입력받아서 로컬 단위(예를 들어, 2x2, 3x3, 4x4 교차로)에서 fully-connected 레이어 별로 교통혼잡을 예측할 수 있다. 나아가, 본 발명은 예측된 교통혼잡 시간대 및 대상구간 도로 교차로에서 인공지능 기반 원격 교통신호를 제어할 수 있다. The deep learning based traffic congestion prediction unit according to an embodiment of the present invention uses a hybrid prediction model in which a traffic congestion index image and data of a customized composite data input unit are mixed. As shown in FIG. 7, the present invention can predict real-time traffic congestion target section and / or traffic congestion time zone using data processed using the CNN-LSTM neural network of the CNN-LSTM module described above. In other words, both spatial and temporal data can be predicted. The traffic congestion prediction unit according to an embodiment of the present invention may predict the traffic congestion for each fully-connected layer in a local unit (for example, 2x2, 3x3, 4x4 intersection) by receiving the derived local target section. Furthermore, the present invention can control the AI-based remote traffic signal at the predicted traffic congestion time zone and the target section road intersection.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 강화학습(Reinforcement Learning) 기반 DQN (Deep Q-Network) 교통신호주기 제어부의 일 예를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호주기 제어부는 교통신호 제어 알고리즘을 사용할 수 있다. 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 강화학습 기반 멀티 에이전트 딥-큐 신경망 (DQN, Deep Q-network)를 교차로에 적용할 수 있다. 딥-큐 신경망 기술이란(DQN), 이미지 기반으로 멀티에이전트(예를 들어, 교차로 개수) 교통신호를 제어하는 방법을 말한다. 8 illustrates an example of a deep Q-network (DQN) traffic signal cycle control unit based on Reinforcement Learning according to an embodiment of the present invention. The traffic signal period control unit according to an embodiment of the present invention may use a traffic signal control algorithm. Specifically, as shown in FIG. 8, an embodiment of the present invention may apply reinforcement learning based multi-agent deep-Q neural network (DQN) to an intersection. Deep-Q neural network technology (DQN) refers to a method of controlling a multi-agent (eg, the number of intersections) traffic signal based on the image.
도8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 2x2 교차로가 있는 경우, 신호등을 빨간색 또는 초록색을 나타낼 수 있다. 도8에서 빨간색은 도면부호800으로 초록색은 도면부호810으로 나타내었다. 여기서 2칸 또는 2픽셀로 표시된 박스는 차량을 나타내고, 차량들은 1초당 1칸을 움직인다고 가정한다. 차량은 교차로에서 움직이고, 차량의 위치변화는 DQN 교통신호주기 제어부에 입력된다. DQN 교통신호주기 제어부에 차량의 위치변화가 입력값으로 입력되고, 보상(Reward)값은 차량들의 대기시간이 최소가 되도록 설정된다. 본 발명의 일 실시예는, 입력값과 보상값을 사용하여 교통신호를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는, 딥러닝 기반으로 교통혼잡이 예상되는 시간대를 획득하고, 예상 시간대를 기반으로 시간 및 공간 측면에서 인공지능을 사용하여 교통신호를 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는, 교통혼잡이 없는 경우에는 기존의 교통신호를 사용하는 방식을 함께 혼합 사용하여 기존 교통신호 시스템과 상호보완하여 사용될 수 있다.Referring to FIG. 8, when there is a 2x2 intersection according to an embodiment of the present invention, the traffic light may represent red or green. In FIG. 8, red is indicated by
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 방법의 일 예를 나타낸 도면이다. 도9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 교통신호 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.9 is a view showing an example of a traffic signal control method according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 9 describes a traffic signal control method according to an embodiment of the present invention.
교통혼잡 예측을 위한 복합데이터를 생성한다 (S100). 복합데이터의 구체적 구성 및 복합데이터를 생성하는 방법은 도1에서 설명한 바와 같다.Generate complex data for traffic congestion prediction (S100). A detailed configuration of the composite data and a method of generating the composite data are as described with reference to FIG. 1.
상기 복합데이터를 사용하여 교통혼잡을 예측한다 (S200). 교통혼잡을 예측하는 구체적인 단계는 이하 단계 S300 및 단계 S400을 참조한다.Traffic congestion is predicted using the composite data (S200). Specific steps for estimating traffic congestion refer to steps S300 and S400 below.
여기서 상기 복합데이터의 상기 이미지 데이터에 대해 레이블링하는 이미지 레이블링 처리한다 (S300). 이미지 레이블링의 구체적 내용은 도1에서 설명한 바와 같다.Here, an image labeling process of labeling the image data of the composite data is performed (S300). Details of the image labeling are as described with reference to FIG. 1.
나아가, 상기 레이블링된 이미지에 CNN을 적용하는 이미지 CNN 처리한다 (S400). 이미지 CNN의 구체적 내용은 도4에서 설명한 바와 같다.Further, an image CNN process applying a CNN to the labeled image (S400). Details of the image CNN are as described with reference to FIG. 4.
본 발명의 실시예들에 따른 모듈, 유닛 또는 블락은 메모리(또는 저장 유닛)에 저장된 연속된 수행과정들을 실행하는 프로세서/하드웨어일 수 있다. 전술한 실시예에 기술된 각 단계 또는 방법들은 하드웨어/프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 또한, 본 발명이 제시하는 방법들은 코드로서 실행될 수 있다. 이 코드는 프로세서가 읽을 수 있는 저장매체에 쓰여질 수 있고, 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 장치(apparatus)가 제공하는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있다.A module, unit, or block according to embodiments of the present invention may be a processor / hardware that executes successive procedures stored in a memory (or storage unit). Each step or method described in the above embodiments may be performed by hardware / processors. In addition, the methods proposed by the present invention can be executed as code. This code can be written to a processor readable storage medium and thus read by a processor provided by an apparatus according to embodiments of the present invention.
설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시 예들을 병합하여 새로운 실시 예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 그리고, 당업자의 필요에 따라, 이전에 설명된 실시 예들을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 설계하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.For convenience of description, each drawing is divided and described, but it is also possible to design a new embodiment by merging the embodiments described in each drawing. And, according to the needs of those skilled in the art, it is also within the scope of the present invention to design a computer-readable recording medium having a program recorded thereon for executing the embodiments described above.
본 발명에 따른 장치 및 방법은 상술한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상술한 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.Apparatus and method according to the present invention is not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, the above-described embodiments may be selectively all or part of each embodiment so that various modifications can be made It may be configured in combination.
한편, 본 발명의 영상 처리 방법은 네트워크 디바이스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.On the other hand, the image processing method of the present invention can be implemented as a processor-readable code on a processor-readable recording medium provided in the network device. The processor-readable recording medium includes all kinds of recording devices that store data that can be read by the processor. Examples of the processor-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like, and the processor-readable recording medium is distributed in a networked computer system. In a distributed fashion, processor-readable code can be stored and executed.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiment, the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.
그리고, 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양 발명의 설명은 보충적으로 적용될 수가 있다.In addition, in this specification, both the object invention and the method invention are described, and description of both invention can be supplementally applied as needed.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
Claims (13)
상기 복합데이터는 대기 정보, 지역 정보, 및 시간 정보에 기반한 시공간 이미지 데이터임; 및
상기 복합데이터를 사용하여 교통혼잡을 예측하는 교통흐름 예측부를 포함하고,
상기 교통흐름 예측부는
상기 복합데이터의 상기 이미지 데이터에 대해 레이블링하는 이미지 레이블링 제어부, 및
상기 레이블링된 이미지에 CNN(Convolution Neutral Network)을 적용하는 이미지 CNN 학습부를 포함하는,
교통신호 제어 장치.Complex data input unit for generating complex data for traffic congestion prediction,
The composite data is spatiotemporal image data based on atmospheric information, local information, and temporal information; And
A traffic flow prediction unit for predicting traffic congestion using the complex data;
The traffic flow prediction unit
An image labeling controller for labeling the image data of the composite data;
Including an image CNN learning unit applying a CNN (Convolution Neutral Network) to the labeled image,
Traffic signal control device.
상기 대기 정보는 미세먼지 또는 대기 오염에 관련되고,
상기 지역 정보는 도로의 차선 또는 도로 환경에 관련되고,
상기 시간 정보는 하루 시간을 구분하는 시간대를 나타내는,
교통신호 제어 장치.The method of claim 1,
The air information relates to fine dust or air pollution,
The area information relates to the lane or road environment of the road,
The time information indicates a time zone for dividing the time of day,
Traffic signal control device.
상기 이미지 CNN 학습부는 2차원 시공간화에 기반한 이미지 변화 기술을 적용하는,
교통신호 제어 장치.The method of claim 1,
The image CNN learning unit applies an image change technology based on two-dimensional space-time,
Traffic signal control device.
상기 교통흐름 예측부는
상기 레이블링 및 CNN이 적용된 이미지에 LSTM을 적용하는 CNN-LSTM(Long-Short Term Memory) 제어부를 더 포함하고,
상기 CNN-LSTM 제어부는, GPS 기반의 교통데이터를 수신하여 상기 복합데이터에 대한 대상구간을 2차원 시공간으로 그리드(Grid)화하여 2차원 시공간 이미지로 변환하는,
교통신호 제어 장치.The method of claim 1,
The traffic flow prediction unit
Further comprising a CNN-LSTM (Long-Short Term Memory) control unit for applying LSTM to the labeling and CNN applied image,
The CNN-LSTM control unit receives GPS-based traffic data and converts the target section for the complex data into a two-dimensional space-time to convert it into a two-dimensional space-time image.
Traffic signal control device.
상기 CNN-LSTM 제어부는
상기 변환된 2차원 시공간 이미지를 딥러닝 기반 장단기메모리 LSTM (Long-Short Term Memory) 방식에 의해 처리하는,
교통신호 제어 장치.The method of claim 4, wherein
The CNN-LSTM control unit
Processing the converted two-dimensional space-time image by deep learning based long-short memory LSTM (Long-Short Term Memory) method,
Traffic signal control device.
상기 레이블링 및 CNN이 적용된 이미지를 통해 획득된 혼잡지수 데이터를 이용하여 교통신호를 제어하는 신호제어부를 더 포함하는,
교통신호 제어 장치.The method of claim 1,
Further comprising a signal control unit for controlling the traffic signal using the congestion index data obtained through the labeling and the CNN applied image,
Traffic signal control device.
상기 복합데이터는 대기 정보, 지역 정보, 및 시간 정보에 기반한 시공간 이미지 데이터임; 및
상기 복합데이터를 사용하여 교통혼잡을 예측하는 교통흐름 예측 단계를 포함하고,
상기 교통흐름 예측 단계는
상기 복합데이터의 상기 이미지 데이터에 대해 레이블링하는 이미지 레이블링 단계,
상기 레이블링된 이미지에 CNN을 적용하는 이미지 CNN 단계를 포함하는,
교통신호 제어 방법.Complex data generation step of generating complex data for traffic congestion prediction,
The composite data is spatiotemporal image data based on atmospheric information, local information, and temporal information; And
A traffic flow prediction step of predicting traffic congestion using the complex data;
The traffic flow prediction step
An image labeling step of labeling the image data of the composite data;
An image CNN step of applying a CNN to the labeled image,
Traffic signal control method.
상기 대기 정보는 미세먼지 또는 대기 오염에 관련되고,
상기 지역 정보는 도로의 차선 또는 도로 환경에 관련되고,
상기 시간 정보는 하루 시간을 구분하는 시간대를 나타내는,
교통신호 제어 방법.The method of claim 7, wherein
The air information relates to fine dust or air pollution,
The area information relates to the lane or road environment of the road,
The time information indicates a time zone for dividing the time of day,
Traffic signal control method.
상기 이미지 CNN 단계는 2차원 시공간화에 기반한 이미지 변화 기술을 적용하는,
교통신호 제어 방법.The method of claim 7, wherein
The image CNN step applies an image change technology based on two-dimensional space-time,
Traffic signal control method.
상기 교통흐름 예측 단계는
상기 레이블링 및 CNN이 적용된 이미지에 LSTM을 적용하는 CNN-LSTM 단계를 더 포함하고,
상기 CNN-LSTM 단계는, GPS 기반의 교통데이터를 수신하여 상기 복합데이터에 대한 대상구간을 2차원 시공간으로 그리드(Grid)화하여 2차원 시공간 이미지로 변환하는,
교통신호 제어 방법.The method of claim 7, wherein
The traffic flow prediction step
The method further includes a CNN-LSTM step of applying LSTM to the labeling and CNN-applied images,
In the CNN-LSTM step, receiving GPS-based traffic data and converting a target section for the complex data into a two-dimensional space-time, converting it into a two-dimensional space-time image,
Traffic signal control method.
상기 CNN-LSTM 단계는
상기 변환된 2차원 시공간 이미지를 딥러닝 기반 장단기메모리 LSTM (Long-Short Term Memory) 방식에 의해 처리하는,
교통신호 제어 방법.The method of claim 10,
The CNN-LSTM step
Processing the converted two-dimensional space-time image by deep learning based long-short memory LSTM (Long-Short Term Memory) method,
Traffic signal control method.
상기 레이블링 및 CNN이 적용된 이미지를 통해 획득된 혼잡지수 데이터를 이용하여 교통신호를 제어하는 신호제어 단계를 더 포함하는,
교통신호 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
Signal control step of controlling the traffic signal using the congestion index data obtained through the labeling and the CNN applied image,
Traffic signal control method.
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AMND | Amendment | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |