KR102030087B1 - 크라우드 소싱 기반 현시 및 천이시각 추정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

크라우드 소싱 기반 현시 및 천이시각 추정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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박재현
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은, 카메라로부터 얻어진 이미지로부터, 자동차가 위치한 교차로의 현재 교통신호등 상태인 현시(traffic signal phase)를 감지하고, 상기 현시를 나타내는 현시 정보(p), 현시의 최초 감지시각(t_s), 현시의 최종 감지시각(t_e), 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s) 및 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)을 포함하는 현시구간정보를 생성하는 정보처리부; 및 상기 현시구간정보를 크라우드소싱 서버로 송신하는 통신부;를 포함하고, 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s)은 상기 현시의 최초 감지시각에 교차로의 교통신호등이 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지, 또는 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내고, 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)은 상기 현시의 최종 감지시각에 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지 또는 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내는 것을 특징으로 하는 모바일 장치 및 그 모바일 장치로부터 현시구간정보를 수신하여 현시 및 천이시각을 추정하는 크라우드소싱 서버에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 자동차에 구비된 모바일 장치로부터 수집된 현시에 관한 정보들을 바탕으로 크라우드소싱 서버에서 추정된 현시 및 천이시각 정보를 모바일 장치에 제공함으로써, 자동차의 주행을 보다 효율적으로 제어하고, 교차로에서의 대기 시간을 줄이는 효과가 있다.

Description

크라우드 소싱 기반 현시 및 천이시각 추정 시스템 및 그 방법 {Traffic Signal Phase and Timing Estimation Systems based on Crowdsourcing and Methods Thereof}
본 발명은 자동차에 교통정보를 제공하는 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 크라우드소싱(crowdsourcing) 기반의 현시 및 천이시각 추정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자동차에 일시적으로 또는 영구적으로 부착된 모바일 장치로부터 자동차가 위치한 교차로의 현재 교통신호등 상태인 현시(traffic signal phase)에 대한 정보를 수집(crowdsourcing)하여, 교통신호등의 신호가 변경되는 천이시각(또는 현시의 잔여시간)을 추정하고, 이를 모바일 장치로 전송하여, 자동차의 주행에 활용되도록 하는 크라우드소싱 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
교차로에서 교통신호등은 서로 다른 방향에서 진입하는 차량들의 안전하고 원활한 소통을 가능하게 하는 장치이다. 일반적으로 운전자들은 시각을 통해 교통신호등의 현재 상태인 현시(traffic signal phase)를 인지하며, 현시에 따라 그대로 또는 정지 후 출발(Stop and Go: SG)을 통해 교차로를 통과한다. 그러나, 종래의 교통신호등은 현시의 잔여시간(또는 천이시각) 정보가 부재하여 교차로를 진입하는 차량들이 불필요하게 급제동할 수 있다.
운전자 또는 자동차의 자율/반자율 주행장치에게 교차로 교통신호등의 현시 및 잔여시간(또는 현시에서 다른 교통신호로 변경되는 천이시각)을 알릴 수 있다면, 불필요한 제동을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 자동차의 주행속도를 조절하여 교차로의 대기 시간을 줄일 수 있다. 또한, 이를 기반으로 녹색신호에서 최적화된 가속도 또는 속도를 운전자에게 제안하거나, 자동차 자율/반자율 주행장치가 자동차를 이 가속도 또는 속도로 운행하도록 제어할 수도 있다. 결과적으로, 운전자 또는 자동차의 주행장치에서 교통신호등의 현시 및 잔여시간 정보를 이용할 수 있도록 하면, 자동차의 주행을 보다 효율적으로 제어하고, 교차로에서의 대기 시간을 줄일 수 있다.
그러나, 종래의 교통신호제어기는 운전자에게 현시 및 잔여시간을 전달하지 않으며, 교통신호제어기를 통하여 이러한 기능을 구현하기 위해서는 종래의 교통신호제어기를 교체하여야 하므로, 많은 비용이 발생된다.
1. 국내 공개특허공보 제2014-0079857호 2. 국내 공개특허공보 제2018-0074759호 3. 국내 공개특허공보 제2018-0103168호 4. 국내 공개특허공보 제2018-0121821호
본 발명의 목적은 자동차에 일시적으로 또는 영구적으로 설치된, 카메라가 부착된 모바일 장치로부터 교통신호등의 현시에 관한 정보를 수집(crowdsourcing)하고, 이를 기반으로 교통신호등의 현시 및 잔여시간 정보(또는 현시에서 다른 교통신호를 천이하는 시각인 천이시각 정보)를 추정하는 크라우드소싱 서버를 제공하는 것이다.
그리고, 모바일 장치에서 현시의 최초/최종 감지시각과 더불어 그 최초/최종 감지시각의 감지요인을 제공하여, 크라우드소싱 서버가 현시의 최초/최종 감지시각이 실제 그 현시구간의 시작/종료 시점인지를 인지할 수 있도록 하는, 모바일 장치 및 크라우드소싱 서버를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 모바일 장치에서 수집된 현시에 관한 정보들을 바탕으로 크라우드소싱 서버에서 추정된 현시 및 잔여시간(또는 천이시각) 정보를 모바일 장치에 제공함으로써, 자동차의 주행을 보다 효율적으로 제어하고 교차로에서의 대기 시간을 줄이는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 크라우드소싱 서버에 있어서, 자동차에 일시적으로 또는 영구적으로 설치된 모바일 장치로부터, 자동차가 위치한 교차로의 현재 교통신호등 상태인 현시(traffic signal phase)를 나타내는 현시 정보(p), 현시의 최초 감지시각(t_s), 현시의 최종 감지시각(t_e), 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s) 및 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)을 포함하는 현시구간정보를 수신하는 통신부; 및 상기 모바일 장치로부터 수신된 상기 현시구간정보를 수집하여, 교통신호등의 현시 및 천이시각 또는 교통신호등의 현시 및 잔여시간을 추정하는 정보처리부;를 포함하고, 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s)은 상기 현시의 최초 감지시각에 교차로의 교통신호등이 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지, 또는 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내고, 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)은 상기 현시의 최종 감지시각에 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지 또는 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버에 관한 것이다.
또한, 본 발명에서 상기 현시구간정보는 상기 교차로에 대한 식별자(i) 및 상기 교차로에서 상기 자동차의 진입 방향을 나타내는 정보(d)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 현시구간정보는 상기 자동차에 대한 위치 정보(g)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 정보처리부는 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s)이 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것을 확인한 것이고, 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)이 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것을 확인한 것이면, 상기 최초 감지시각과 상기 최종 감지시각 사이를 상기 현시에 대한 현시구간으로 확정하고, 이를 기초로 교통신호등의 현시 및 천이시각을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 정보처리부는 상기 현시의 최초 감지시각에 대한 감지요인(c_s)이 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것을 확인한 것이 아니거나, 또는 상기 현시의 최종 감지시각에 대한 감지요인(c_e)이 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것을 확인한 것이 아니면, 상기 교차로와 동일한 교차로에서 수집된 현시구간정보들을 이용하여 상기 현시에 대한 현시구간을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 것은 동일한 진입 방향에 대한 동일한 현시에 대한 현시구간정보들을 이용하여, 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 것은 동일한 교차로에서 동일한 진입 방향에 대한 동일한 현시에 대한 현시구간정보들에서 최초 감지시각(t_s)들 중에서 가장 빠른 최초 감지시각(t_ss)을 선택하고, 최종 감지시각(t_e)들 중에서 가장 늦은 최종 감지시각(t_ee)을 선택하여, 상기 선택된 최초 감지시각(t_ss) 및 최종 감지시각(t_ee) 사이를 현시구간으로 추정하는 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 것은 동일한 교차로에서 다른 진입 방향에 대한 현시구간정보들을 이용하여, 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 것은 상기 다른 진입 방향에 대한 현시구간정보들을 기초로, 상기 현시가 속하는 진입방향의 교통신호에 따른 자동차의 진행이 다른 진입방향의 교통신호에 따른 자동차의 진행과 충돌하지 않는 범위에서 상기 현시의 현시구간을 최대한 확장하는 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 것은 동일한 교차로의 현시구간정보들을 하나의 교통신호의 시점 또는 종점을 기준으로 정렬하여, 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 정보처리부는 하나의 교통신호를 루트 노드로 하여 가능한 교통신호등의 패턴을 트리 구조로 나타낸 결정 트리를 기초로, 수집된 현시구간정보들을 이용하여 교통신호등의 패턴을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 정보처리부는 수집된 현시구간정보들로부터 신호등의 교통신호 주기를 추정하고, 수집된 현시구간정보들의 현시들을, 루트 노드에 해당하는 교통신호를 기준으로 상기 주기 내에 정렬하여, 상기 결정트리를 이용하여 교통신호등의 패턴을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 정보처리부는 수집된 현시구간정보들에 기초하여 결정 트리를 이동하여 결정된 노드가 두 개이상의 리프 노드를 가지는 경우에, 반대편 신호등 패턴 종류에 대한 정보를 이용하여 해당 신호등의 패턴 종류를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 반대편 신호등 패턴 종류에 대한 정보를 이용하여 해당 신호등의 패턴 종류를 추정하는 것은 상기 진입 방향의 신호등 패턴과 함께 사용 가능한 반대방향 신호등 패턴에 해당하는지를 확인하는 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명은 자동차에 일시적으로 또는 영구적으로 설치된 모바일 장치에 있어서, 자동차의 전방을 촬영하는 카메라; 상기 카메라로부터 얻어진 이미지로부터, 자동차가 위치한 교차로의 현재 교통신호등 상태인 현시(traffic signal phase)를 감지하고, 상기 현시를 나타내는 현시 정보(p), 현시의 최초 감지시각(t_s), 현시의 최종 감지시각(t_e), 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s) 및 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)을 포함하는 현시구간정보를 생성하는 정보처리부; 및 상기 현시구간정보를 크라우드소싱 서버로 송신하는 통신부;를 포함하고, 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s)은 상기 현시의 최초 감지시각에 교차로의 교통신호등이 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지, 또는 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내고, 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)은 상기 현시의 최종 감지시각에 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지 또는 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내는 것을 특징으로 하는 모바일 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명에서 상기 현시구간정보는 상기 교차로에 대한 식별정보(i) 및 상기 교차로에서 상기 자동차의 진입 방향에 대한 정보(d)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 현시구간정보는 상기 자동차에 대한 위치 정보(g)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 모바일 장치는 출발지와 목적지를 포함하는 경로요청(Route REQ) 메시지를 크라우드소싱 서버로 송신하고, 이에 대한 응답으로, 크라우드소싱 서버로부터 두 지점 사이의 최단경로를 포함하는 경로응답(Route RSP) 메시지를 수신할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 모바일 장치는 상기 크라우드소싱 서버의 크라우드소싱 요청 메시지를 수신하면, 상기 크라우드소싱 요청 메시지에서 요청하는 조건에 해당하는 현시구간정보를 크라우드소싱 서버로 송신할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 크라우드소싱 요청 메시지에서 요청하는 조건은 현시구간정보를 수집하는 교차로, 진입 방향 또는 현시의 종류일 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 모바일 장치는 상기 크라우드소싱 서버로부터 진행방향에 위치한 교통신호등의 현시와 천이시각 또는 교통신호등의 현시와 잔여시간을 수신할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 크라우드소싱 서버로부터 수신한 교통신호등의 현시와 천이시각 또는 교통신호등의 현시와 잔여시간에 기초하여, 교차로에서 대기시간을 줄일 수 있는 자동차의 속도 또는 가속도를 계산할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 모바일 장치는 상기 자동차의 자율주행시스템인 경우를 포함한다.
본 발명에 따른 크라우드소싱 기반 현시 및 천이시각 추정 시스템은, 자동차에 일시적으로 또는 영구적으로 설치된 모바일 장치로부터 수집된 현시에 관한 정보들을 바탕으로 크라우드소싱 서버에서 추정된 현시 및 천이시각 정보(또는 잔여시간 정보)를 모바일 장치에 제공함으로써 자동차의 주행을 보다 효율적으로 제어하고, 교차로에서의 대기 시간을 줄이는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 크라우드소싱 기반 현시 및 천이시각 추정 시스템은 수집되는 현시구간정보에 현시의 최초/최종 감지시각과 더불어, 그 최초/최종 감지시각의 감지요인을 포함하여, 현시의 최초/최종 감지시각이 실제 그 현시구간의 시작/종료 시점인지를 표시할 수 있도록 하여, 크라우드소싱 서버의 현시구간 추정을 효율적으로 수행하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 크라우드소싱을 이용한 교통정보 시스템의 주요 구성의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 크라우드소싱 교통 시스템에서, 자동차의 모바일 장치가 교통신호등의 현시를 인식하는 구성의 일 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 교통신호등(횡형사색등)에서 인식할 수 있는 현시들의 일 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 현시의 최초/최종 감지시각에 대한 감지요인들을 표현하는 감지코드의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 모바일 장치와 크라우드소싱 서버의 동작의 일 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른, 교통신호등의 전체 신호 주기를 추정하는 방법의 일 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른, 신호등의 패턴을 추정하기 위한 결정트리의 일 예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에서 사용될 수 있는, 횡형사색 신호등의 패턴에 대하여 반대방향에서 사용될 수 있는 교통신호등의 패턴들을 예시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른, 결정트리를 이용하여 신호등 패턴을 추정하기 위한 방법의 일 예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른, 수집된 다수의 현시구간들을 결합하여 통합 현시구간을 생성하는 방법의 일 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명에 따른, 통합현시구간과 감지코드를 이용하여 최종현시구간을 추정하는 방법의 일 예를 도시한 것이다.
본 발명은 자동차에 일시적으로 또는 영구적으로 부착된 모바일 장치로부터 자동차가 위치한 교차로의 현재 교통신호등 상태인 현시(traffic signal phase)에 대한 정보를 수집하여, 교통신호등의 각 현시에 대한 시작시각과 종료시각의 사이인 현시구간을 추정하고, 이를 이용하여 교통신호등의 신호가 변경되는 현시와 그 천이시각(또는 현시와 그 잔여시간)을 추정하는 크라우드소싱 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 첨부되는 도 1 내지 도 11에 따라 하기와 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 크라우드소싱(crowdsourcing)을 이용한 교통정보 시스템의 주요 구성요소의 일 예를 도시한다.
도 1에 예시된, 본 발명에 따른 크라우드소싱을 이용한 교통정보 시스템은 자동차(100)에 일시적으로 또는 영구적으로 설치된 모바일 장치(200) 및 모바일 장치로부터 교통정보를 수집하는 크라우드소싱 서버(300)으로 구성된다.
모바일 장치(200)는 일시적으로 또는 영구적으로 자동차에 설치되어, 운전자에게 경로 정보, 교통 정보, 주행 보조 정보, 또는 주행 정보 등을 제공하거나, 운전자의 주행을 보조하거나, 운전자를 대신하여 자동차를 운행하는 장치로서, 그 실시예로는 차량용 네비게이션 장치, 차량에 거치되어 주행정보를 제공하는 스마트폰, 자동차용 주행 보조시스템, 자동차용 반자율 주행시스템 또는 자동차용 자율주행시스템을 포함한다.
크라우드소싱 서버(300)는 모바일 장치(200)로부터 교통정보를 수집하고, 모바일 장치(200)의 요청에 대응하여, 목적지까지의 경로 정보, 교통 정보, 주행 보조 정보, 또는 주행 정보 등을 모바일 장치(200)로 제공하는 기능을 수행한다. 또한, 크라우드소싱 서버(300)은 모바일 장치(200)로 보내는 경로 정보 또는 교통 정보 메시지에 교통정보의 수집을 요청하는 표시(flag)를 함께 전송하거나, 별도의 교통정보의 수집을 요청하는 메시지를 보낼 수 있다. 이에 대응하여, 모바일 장치(200)은 크라우드소싱 서버(300)의 요청에 해당하는 교통정보를 수집하여 송신한다.
크라우드소싱 서버(300)는 실시예에 따라서 하나의 서버 또는 다수의 서버들로 그 기능이 구현될 수 있다. 또한, 서버라고 표현되어 있으나, 컴퓨팅 기능을 가지는 다양한 종류의 장치에 구현될 수 있으며, 고정된 위치 또는 이동중인 장치에도 설치될 수 있다. 일 실시예에 따르면 크라우드소싱 서버(300)는 모바일 장치(200)와 정보를 송수신하는 통신부 및 모바일 장치(200)로부터 수집된 정보를 처리하는 정보처리부로 구성될 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에 따르면, 크라우드소싱 서버(300)는 사용자 단말과의 연결 관리 및 사용자 단말과 교환하는 메시지들의 처리를 담당하는 게이트웨이 데몬, 주어진 출발지에서 목적지까지 최적의 경로를 결정하는 네비게이션 데몬, 모든 도로구간의 교통신호등 정보를 관리하는 교통정보 데몬, 그리고 모바일 장치들이 전달하는 교차로에서 수집한 교통정보를 처리하여 교통정보 데이터베이스에 저장하는 정보처리 데몬으로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 크라우드소싱 교통 시스템에서, 자동차의 모바일 장치가 교통신호등의 현시를 인식하는 구성의 일 예를 도시하고 있다.
자동차(100)가 교차로에 접근하면, 자동차(100)의 모바일 장치(200)는 카메라에서 촬영된 영상에서 교통신호등(400)의 영역을 인식하고, 상기 영상에서 얻어진 교통신호등(400)의 교통신호를 현시(traffic signal phase)로서 인식한다. 현시에는 하나의 교통신호등에서 나타날 수 있는 모든 신호의 조합들을 포함한다. 국내에서 흔히 사용되는 횡형사색등을 예로 들면, 도 3의 표로 정리한 바와 같이, 이 신호등에서 표시되는 9 가지의 교통신호가 존재하며, 모바일 장치(200)에서 현재 교통신호를 감지하지 못하는 경우를 포함하여 총 10 가지의 현시가 인식될 수 있다.
모바일 장치(200)은 현시를 최초로 감지하면, 현시의 최초 감지시각(t_s)를 저장하고, 현시의 최초 감지시각(t_s)에 교통신호등이 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지 또는 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 현시의 최초 감지시각(t_s)에 대한 감지요인(c_s)로서 저장한다. 현시의 최초 감지시각(t_s)에 교통신호등이 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것이라면, 이는 현시구간의 중간을 최초로서 감지한 것이고, 현시의 최초 감지시각(t_s)에 교통신호등이 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것이라면, 이는 현시구간의 시작 시점을 실제로 감지한 것이다.
또한, 모바일 장치(200)는 현시를 최종으로 감지하면, 현시의 최종 감지시각(t_e)을 저장하고, 현시의 최종 감지시각(t_e)에 교통신호등이 현시인 상태에서 교차로를 지나간 것인지 또는 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것을 확인한 것인지를 나타내는 현시의 최종 감지시각(t_e)에 대한 감지요인(c_e)으로서 저장한다. 현시의 최종 감지시각(t_e)에 교통신호등이 현시인 상태에서 교차로를 지나간 것이라면, 이는 현시구간의 중간을 최종으로 감지한 것이고, 현시의 최종 감지시각(t_e)에 교통신호등이 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것을 확인한 것이라면, 이는 현시구간의 종점을 실제로 감지한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 현시의 최초/최종 감지시각(t_s, t_e)에 대한 감지요인(c_s, c_e)을 2 비트의 감지코드로 표현하는 방식을 예시하고 있다. 감지코드의 첫번째 비트(bit)는 현시의 최초 감지시각(t_s)의 감지요인(c_s)을 교통신호등이 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것이라면 이를 '0'으로 표시하고, 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것이라면 이를 '1'로서 표시한 것이다. 또한, 감지코드의 두번째 비트(bit)는 현시의 최종 감지시각(t_e)의 감지요인(c_e)을 교통신호등이 현시인 상태에서 교차로를 지나간 것이라면, 이를 '0'으로 표시하고, 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것을 확인한 것이라면, 이를 '1'로서 표시한 것이다. 도 4의 감지코드를 이용하면, 현시의 최초/최종 감지시각(t_s, t_e)에 대한 감지요인(c_s, c_e)을 두 비트로 간단하게 표현할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 의하면, 모바일 장치(200)는 현시에 대한 최초 감지시각(t_s), 최종 감지시각(t_e), 최초 감지시각에 대한 감지요인(c_s) 및 최종 감지시각에 대한 감지요인(c_e)을 생성하면, 이를 현시구간정보로 저장하여, 크라우드소싱 서버(300)으로 전송한다. 그리고, 현시구간정보에는 자동차에 대한 위치 정보(g)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 현시구간정보에는 자동차에 대한 위치 정보(g) 대신에 또는 추가로, 교차로에 대한 식별정보(i) 및 자동차(100)의 진입 방향을 나타내는 정보(d)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 모바일 장치(200)와 크라우드소싱 서버(300)의 동작의 일 실시예를 도시하고 있다. 도 5의 좌측은 모바일 장치(200)가 크라우드소싱 서버(300)으로부터 크라우드소싱 요청 정보를 수신하였을 때, 해당 교차로를 통과하며 교통신호등 정보를 수집하는 방법의 흐름도이다. 교통신호등의 정보 수집은 1) 공공데이터을 이용하여 교통신호등의 위치를 수신하고, 2) 교통신호등의 위치와 인공지능 기술인 딥러닝을 이용하여 카메라의 이미지 내에서 교통신호등의 영역을 추정하며, 3) 교통신호등의 영역에서 색, 모양, 교통신호등 내의 신호의 위치를 활용하여 현재 교통신호등의 신호인 현시(traffic signal phase)를 추정하고, 4) 처음 교통신호등의 신호를 현시로 인식하거나, 교통신호등의 신호가 현시로 변경되면, 이 현시의 최초 감지시각(t_s) 및 해당 감지요인(c_s)을 해당 현시의 현시구간정보로서 저장하고, 현시가 다른 교통신호로 변경되거나, 자동차(100)가 교차로를 통과하여 카메라의 이미지 내에서 현시인 교통신호가 사라지면, 이를 이 현시의 최종 감지시각(t_e) 및 해당 감지요인(c_e)을 해당 현시의 현시구간정보로서 저장하고, 5) 자동차(100)가 교차로를 통과하였다면, 수집하였던 현시구간정보들을 포함하는 교통신호등 정보를 크라우드소싱 서버(300)로 전송하는 순서로 동작할 수 있다.
도 5의 우측은 크라우드소싱 서버(300)이 수집된 현시구간정보들로부터 현시구간을 추정하는 방법의 흐름도이다. 크라우드소싱 서버(300)는 1) 최소제곱법을 활용하여 교통신호등에서 반복되는 교통신호들의 한 주기인 신호주기(P)를 추정하고, 2) 현시구간정보들을 상기 신호주기(P) 내에 정렬하여, 결정트리를 통해 해당하는 신호등의 패턴 종류를 추정하고, 3) 해당 교통신호등에 관한 현시구간정보들을 통합하여, 상기 신호등의 패턴에 해당하는 전체 현시구간인 통합현시구간 및 그 감지요인들을 표시한 감지코드를 생성하고, 4) 마지막으로 교차로 내에서 교통흐름과 충돌이 발생하지 않도록 현시구간을 확장하여, 각각의 현시구간을 추정하는 순서로 동작할 수 있다.
도 6은 크라우드소싱 서버(300)에서 교통신호등의 신호주기(P)를 추정하는 방식에 대한 일 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 신호등 신호주기(P)의 추정 방법은 1) 신호등의 신호주기는 1초 단위의 정수로 설정되고, 2) 교차로 신호등의 신호주기는 모든 진입방향에서 동일하며, 각 진입방향에서 측정된 각 현시구간의 지속시간인 현시시간의 최대값들의 합보다 항상 크거나 같으며, 3) 특정 진입방향의 두 시점에서 측정된 특정 현시의 변경시각들의 차이는 신호등 신호주기(P)의 정수배로 표현되는 특성을 활용한다. 예를 들어, 적색점등이 종료되는 시점들 사이의 간격은 하나의 신호주기 또는 그 정수배로서 표현된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 크라우드소싱 서버(300)는 1) 각 방향별로 각각의 현시에 대한 현시시간의 최대값들의 합을 구하고, 2) 해당 교차로의 현시시간 합의 최대값인 maxPeriod를 구하고, 3) 각 방향별로 가장 빈번하게 측정되는 적색점등 종료시점들의 시간 차이를 나타내는 배열 diffPeriod[]를 생성한다. 4) (maxPeriod - a)(여기서, a는 소정의 시간)로부터 경찰청 교통신호등 설치관리 매뉴얼의 주기 최대값인(MAX_PERIOD) 180 초까지 1초 간격으로 주기를 변경하면서 평균제곱근오차(RMSE)의 합을 최소화하는 신호등 신호주기(P)를 결정한다.
도 7은 크라우드소싱 서버(300)에서 신호등 패턴을 추정하기 위한, 결정트리의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 7은 국내 횡형사색등에서 적색점등인 현시를 루트 노드로 정했을 때, 가능한 교통신호등의 현시 패턴들을 결정트리로 나타낸 것이다. 결정트리에서 각 노드는 현시를 나타내며, 에지(edge)로 연결된 부모 노드와 자식 노드는 해당 현시들의 인접한 순서를 나타낸다. 예를 들어, 적색점등 현시(루트 노드)의 바로 다음에는 녹색점등 현시, 녹색과 좌회전 동시점등 현시, 그리고 적색과 좌회전 동시점등 현시가 가능하다. 리프(leaf) 노드에 표시한 숫자는 각 신호패턴의 식별자를 나타낸다. 또한, 리프 노드의 깊이(Depth)는 신호패턴에 속하는 현시의 개수를 나타낸다. 예를 들어, 패턴 2와 4는 각각 3개와 5개의 현시들을 가진다. 신호패턴 4는 한 신호주기 내에서 적색신호등이 두 번 점등되어 두 개의 리프(Leaf) 노드로 표시하였다.
도 8은 경찰청 교통신호등 설치관리 매뉴얼의 내용을 분석하여, 도 7의 각 교통신호등 패턴에 대하여, 함께 사용이 가능한 반대방향의 교통신호등 패턴의 목록을 도시한 것인데, 도 7의 결정트리에서 교통신호등의 패턴 종류가 하나로 추정되지 않으면, 이를 결정하기 위하여 보조적으로 사용된다.
도 9는 크라우드소싱 서버(300)에서 결정트리를 이용하여 교통신호등 패턴을 추정하기 위한 방식의 일 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 1) 각 방향에 대하여 모든 현시들을 한 신호주기(P) 내에 순서대로 정렬하고, 2) 적색점등 현시(루트 노드)를 기준으로 다음 현시에 따라 결정 트리를 이동하면서 교통신호등의 패턴 종류를 추정한다. 3) 만약 수집된 모든 현시들을 따라 이동했을 때 현재 노드의 서브 트리에 두 개 이상의 리프 노드가 존재하면, 4) 도 8에서 도시한 반대편 교통신호등 패턴 종류를 이용하여, 해당 교통신호등의 패턴 종류를 추정한다. 6) 현시구간정보가 부족하여 유일한 교통신호등 패턴이 도출되지 않으면, 7) 추가적인 크라우드소싱 요청 정보를 설정하고, 교통신호등 패턴 추정을 종료한다.
도 10은 크라우드소싱 서버(300)에서 수집된 다수의 현시구간들을 결합하여, 통합 현시구간을 생성하는 방법의 일 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 1) 수집(crowdsourcing) 된 모든 현시구간들을 가장 빠른 적색점등 종료시점을 기준으로 한 신호주기 내로 통합하고, 2) 각 방향의 각 현시에 대하여 가장 빠른 최초 감지시각(t_s)과 가장 늦은 최종 감지시각(t_e)를 선택하여, 가장 긴 점등시간을 가지는 통합현시구간 및 그 감지요인에 대한 표시인 감지코드를 추출하여, 3) 통합현시구간을 기준으로 나머지 현시구간들은 그 감지코드가 '현시 변경 감지'인 최초/최종 감지시각에 맞추어 정렬하고, 이들을 모두 결합한 후에, 4) 최종적인 통합현시구간와 감지코드를 제공한다.
도 11은 크라우드소싱 서버(300)에서 통합현시구간과 감지코드를 이용하여 최종 현시구간을 추정하는 방법의 일 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 1) '현시 변경 감지'로 황색점등의 최초 및 최종 감지시각이 측정된 경우에는, 이들 사이의 시간을 교차로의 황색점등시간(황색점등인 현시에 대한 현시시간)으로 설정하며, 2) 그렇지 않으면, 황색점등구간(황색점등인 현시의 현시구간)을 유효한 범위 내에서 임의로 설정하고, 3) 추가적인 확생점등시간 감지를 위한 크라우드소싱 요청 정보를 설정한다. 4) 통합현시구간을 각 방향별 '현시 변경 감지' 횟수의 합을 기준으로 내림차순으로 정렬하고, 동일 방향 내에서는 황색, 적색, 녹색 및 좌회전 점등 순으로 나열한다. 5) 만약 통합현시구간의 불확실성이 기준시간(θ초) 이상이면, 현시구간 결정을 위해 추가적인 크라우드소싱을 위한 크라우드소싱 요청 정보 설정한 뒤 절차를 종료하고, 6) 감지코드가 11로써 통합현시구간의 시/종점이 모두 감지되었으면, 현시구간의 확장이 불필요하다. 7) 그 이외의 경우에는 다른 방향의 교통흐름과 충돌(Conflict)이 발생하지 않도록 현시구간을 최대로 확장하여, 최종적으로 현시구간을 추정한다. 여기서, 경찰청의 교통신호등 설치관리 매뉴얼에 의해 황색점등시간은 3초에서 5초 내에서 결정되고, 황색점등시간은 교차로 진입 방향과 상관없이 일정하다고 가정한다.
최종적으로 크라우드소싱 서버(300)은 최종적으로 추정된 현시구간을 기초로 현시와 그 천이시각 또는 현시와 그 잔여시간을 추정한다.
상기 설명한 바와 같이 동작하는, 본 발명에 따른 크라우드소싱 기반 현시 및 천이시각 추정 시스템은, 자동차에 구비된 모바일 장치로부터 수집된 현시에 관한 정보들을 바탕으로 크라우드소싱 서버에서 추정된 현시 및 천이시각 정보(또는 잔여시간 정보)를 모바일 장치에 제공함으로써, 자동차의 주행을 보다 효율적으로 제어하고, 교차로에서의 대기 시간을 줄이는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 크라우드소싱 기반 현시 및 천이시각(또는 잔여시간) 추정 시스템은 수집되는 현시구간정보에 현시의 최초/최종 감지시각과 더불어, 그 최초/최종 감지시각의 감지요인을 포함하여, 현시의 최초/최종 감지시각이 실제 그 현시구간의 시작/종료 시점인지를 파악할 수 있도록 하여, 크라우드소싱 서버의 현시구간 추정을 효율적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 크라우드소싱 기반 현시 및 천이시각 추정 시스템에 대하여 본원의 도면에 따라 상기와 같이 설명하였으나, 본 발명은 본원에 도시 및 설명된 구성 및 방법으로만 국한되는 것이 아니다. 본원에 개시된 것 이외의 다양한 서버 및 모바일 장치의 구성에서도 사용될 수 있고, 그 권리범위에 있어서도 본원에 개시된 구성 및 방법으로 한정되는 것이 아니다. 당해 기술분야의 통상의 기술자들은 본 발명이 추구하는 목적과 효과의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함을 이해할 것이다.
100: 자동차
200: 모바일 장치
300: 크라우드소싱 서버
400: 교통신호등

Claims (17)

  1. 크라우드소싱 서버에 있어서,
    자동차에 일시적으로 또는 영구적으로 설치된 모바일 장치로부터, 자동차가 위치한 교차로의 현재 교통신호등 상태인 현시(traffic signal phase)를 나타내는 현시 정보(p), 현시의 최초 감지시각(t_s), 현시의 최종 감지시각(t_e), 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s) 및 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)을 포함하는 현시구간정보를 수신하는 통신부; 및
    상기 모바일 장치로부터 수신된 상기 현시구간정보를 수집하여, 교통신호등의 현시와 그 천이시각 또는 교통신호등의 현시와 그 잔여시간을 추정하는 정보처리부;를 포함하고,
    상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s)은 상기 현시의 최초 감지시각에 교차로의 교통신호등이 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지, 또는 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내고,
    상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)은 상기 현시의 최종 감지시각에 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지 또는 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 현시구간정보는 상기 교차로에 대한 식별자(i) 및 상기 교차로에서 상기 자동차의 진입 방향을 나타내는 정보(d)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정보처리부는 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s)이 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것을 확인한 것이고, 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)이 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것을 확인한 것이면, 상기 최초 감지시각과 상기 최종 감지시각 사이를 상기 현시에 대한 현시구간으로 확정하고, 이를 기초로 교통신호등의 현시 및 천이시각을 추정하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정보처리부는 상기 현시의 최초 감지시각에 대한 감지요인(c_s)이 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것을 확인한 것이 아니거나, 상기 현시의 최종 감지시각에 대한 감지요인(c_e)이 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것을 확인한 것이 아니면, 상기 교차로와 동일한 교차로에서 수집된 현시구간정보들을 이용하여 상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 것은 동일한 교차로에서 동일한 진입 방향에 대한 동일한 현시에 대한 현시구간정보들에서 최초 감지시각(t_s)들 중에서 가장 빠른 최초 감지시각(t_ss)을 선택하고, 최종 감지시각(t_e)들 중에서 가장 늦은 최종 감지시각(t_ee)을 선택하여, 상기 선택된 최초 감지시각(t_ss) 및 최종 감지시각(t_ee) 사이를 현시구간으로 추정하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 현시에 대한 현시구간을 추정하는 것은 다른 진입 방향에 대한 현시구간정보들을 기초로, 상기 현시가 속하는 진입방향의 교통신호에 따른 자동차의 진행이 다른 진입방향의 교통신호에 따른 자동차의 진행과 충돌하지 않는 시간 범위에서 상기 현시의 현시구간을 최대한 확장하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정보처리부는
    하나의 교통신호를 루트 노드로 하여 가능한 교통신호등의 패턴을 트리 구조로 나타낸 결정 트리를 기초로, 수집된 현시구간정보들을 이용하여 교통신호등의 패턴을 추정하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정보처리부는
    수집된 현시구간정보들로부터 신호등의 교통신호 주기를 추정하고, 수집된 현시구간정보들의 현시들을, 루트 노드에 해당하는 교통신호를 기준으로 상기 주기 내에 정렬하여, 상기 결정트리를 이용하여 교통신호등의 패턴을 추정하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 정보처리부는
    수집된 현시구간정보들에 기초하여 결정 트리를 이동하여 결정된 노드가 두 개이상의 리프 노드를 가지는 경우에, 반대편 신호등 패턴 종류에 대한 정보를 이용하여 해당 신호등의 패턴 종류를 추정하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반대편 신호등 패턴 종류에 대한 정보를 이용하여 해당 신호등의 패턴 종류를 추정하는 것은 진입 방향의 신호등 패턴과 함께 사용 가능한 반대방향 신호등 패턴에 해당하는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 크라우드소싱 서버.
  11. 자동차에 일시적으로 또는 영구적으로 설치된 모바일 장치에 있어서,
    자동차의 전방을 촬영하는 카메라로부터 얻어진 이미지로부터, 자동차가 위치한 교차로의 현재 교통신호등 상태인 현시(traffic signal phase)를 감지하고, 상기 현시를 나타내는 현시 정보(p), 현시의 최초 감지시각(t_s), 현시의 최종 감지시각(t_e), 상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s) 및 상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)을 포함하는 현시구간정보를 생성하는 정보처리부; 및
    상기 현시구간정보를 크라우드소싱 서버로 송신하는 통신부;를 포함하고,
    상기 현시의 최초 감지시각의 감지요인(c_s)은 상기 현시의 최초 감지시각에 교차로의 교통신호등이 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지, 또는 다른 교통신호에서 현시로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내고,
    상기 현시의 최종 감지시각의 감지요인(c_e)은 상기 현시의 최종 감지시각에 현시인 상태(현시 상태)를 확인한 것인지 또는 현시에서 다른 교통신호로 바뀌는 것(현시 변경)을 확인한 것인지를 나타내는 것을 특징으로 하는 모바일 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 현시구간정보는 상기 교차로에 대한 식별정보(i) 및 상기 교차로에서 상기 자동차의 진입 방향에 대한 정보(d)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 모바일 장치는 상기 크라우드소싱 서버의 크라우드소싱 요청 메시지를 수신하면, 상기 크라우드소싱 요청 메시지에서 요청하는 조건에 해당하는 현시구간정보를 크라우드소싱 서버로 송신하는 것을 특징으로 하는 모바일 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 크라우드소싱 요청 메시지에서 요청하는 조건은 현시구간정보를 수집하는 교차로, 진입 방향 또는 현시의 종류인 것을 특징으로 하는 모바일 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 모바일 장치는 상기 크라우드소싱 서버로부터 진행방향에 위치한 교통신호등의 현시와 천이시각 또는 교통신호등의 현시와 잔여시간을 수신하는 것을 특징으로 하는 모바일 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정보처리부는 상기 크라우드소싱 서버로부터 수신한 교통신호등의 현시와 천이시각 또는 교통신호등의 현시와 잔여시간에 기초하여, 교차로에서 대기시간을 줄일 수 있는 자동차의 속도 또는 가속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 모바일 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 모바일 장치는 상기 자동차의 자율주행시스템인 것을 특징으로 하는 모바일 장치.
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