KR20050034215A - 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법 - Google Patents

네비게이션 시스템의 경로 결정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법에 관한 것으로서, 소정 출발지로부터 목적지까지의 경로 요청에 응답하여 상기 출발지로부터 목적지까지 다수의 경로후보군을 생성하는 제1 과정과, 주행으로 인해 경과할 것으로 예측되는 예측경과시간에서의 교통통계정보를 이용하여 각 경로후보군들 각각에 포함된 모든 링크들의 평균주행시간들을 누적하여 해당 경로후보군의 예측주행시간을 산출하는 제2 과정과, 상기 제2 과정에서 산출된 예측주행시간이 최소인 경로후보군을 최적경로로 결정하는 제3 과정을 포함함을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 반복되는 교통 혼잡의 통계정보를 효율적으로 이용함으로써 교통 혼잡에 따른 시간비용 및 물류비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Description

네비게이션 시스템의 경로 결정 방법{METHOD FOR PLANNING PATH IN NAVIGATION SYSTEM}
본 발명은 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법에 관한 것으로서, 특히, 통계적 정보를 이용한 최적 경로 결정 방법에 관한 것이다.
통상적으로 네비게이션 시스템은 사용자의 요청에 의해 출발지로부터 도착지까지의 최적 경로를 결정하고 그 결과를 사용자에게 제공한다. 이를 위해 종래에는 네비게이션 서버(일명, 정보센터)에서 항법차량의 출발지 및 도착지 정보와 출발시점 현재의 교통정보를 이용하여 경로를 결정하였다. 그런데, 이와 같이 출발시점의 교통정보를 이용하여 출발지로부터 도착지까지의 경로안내를 수행할 경우 주행 시간 경과후의 교통정보를 고려하지 못하므로 동적 경로안내를 할 수 없으며 주행 중 교통상황의 변화 가능성으로 인하여 예측된 도착 시간의 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
종래에는 이러한 단점을 보완하기 위해 사고 및 날씨 등의 업데이트된 교통정보를 이용하여 주기적으로 주행 중 경로 계획을 하며 변경을 유도하는 방법을 사용하였다. 즉, 일정시간 또는 노드 별로 클라이언트(client)의 수동적인 혹은 서버(server)의 자동적인 트리거링(triggering)에 의하여 각 요구시점에서의 업데이트된 교통정보를 이용하여 주행 중인 차량의 경로 계획을 수행하는 방법을 사용하였다. 이와 같이 시간이나 노드별로 서비스 요청에 대하여 요구된 시점에서의 업데이트된 교통정보를 이용하여 경로계획을 수행하는 경우 주행 중 발생하는 사고나 공사 등의 교통 혼잡 유발 상황에 비교적 실시간에 가깝게 대처할 수 있는 장점이 있으나, 계산량의 증가 및 실시간 교통정보 전달로 인한 데이터 트래픽 증가의 비효율성이 나타나며, 이벤트 별 트리거링(triggering) 시점에서의 경로 변경 판단이 실효성을 거두지 못할 가능성이 높다. 예를 들어 초기의 경로계획에 의하여 유도된 일부 경로가 시간 경과 후 주변교통으로 인하여 혼잡한 지역을 통과할 경우 새로운 요구에 의하여 계산되는 경로는 이미 진입한 지역 내 혼잡으로 인한 주행시간의 증가를 피할 수 없다. 따라서 이와 같이 전체 주행 시간에 있어서의 지연을 가져올 수 있는 경로계획 기법은 혼잡 영역을 미리 예측하여 피할 수 있는 경로계획법에 비하여 최단 소요시간의 측면에서 비효율적이라는 단점이 있다.
한편, 교통 통계 정보를 이용하여 주행시간 후 정체를 예측하고 이를 회피하기 위한 종래의 정체회피 경로탐색기법은 보다 신뢰성 높은 출발 시점 현재에서의 교통정보와 과거 통계 정보를 효과적으로 융합하여 이용하지 못하고 있다. 또한 상기 정체회피 경로탐색기법에 의한 교통정보 검색 결과가 출발지-목적지 간의 전체 탐색공간을 대상으로 하는 경로 계획이라기보다는 정체 지점을 회피하기 위한 국지적 경로탐색 알고리즘이라 할 수 있다. 따라서 그 검색 결과의 활용 범위가 좁다는 단점이 있다.
이와 같이 최근에는 네비게이션 시스템이 단순히 모르는 길에 대한 경로 안내 서비스를 제공하는 것이 아니라 경로 요청 시점에 최단 시간에 주행할 수 있는 경로를 안내하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 예컨대, 사용자가 경로를 요청한 시점에 정체 구간을 회피할 수 있도록 하는 경로 안내 방법에 대한 연구가 진행되고 있는 것이다.
본 발명은 상기 단점들을 보완하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 네비게이션 시스템에서 구간, 계절, 요일, 시간대, 날씨 등의 교통 통계정보를 이용하여 출발지와 목적지 간의 최적 경로 결정을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제2 목적은 현재의 교통 정보 뿐만 아니라 출발지로부터 목적지까지의 경로에 포함된 노드별로 예측 주행시간 경과 후의 교통통계정보를 추정하여 전체 경로의 주행시간을 예측하고 이를 이용하여 최적 경로 결정을 함으로써 경로안내 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제3 목적은 초기의 경로 계획시점에서의 교통정보 데이타와 링크상의 과거 교통통계 데이터에 대하여 시변 가중 융합(TVWF: Time-Varying Weighted Fusion) 기법을 적용하여 경과예측 시간의 신뢰성을 높이는 경로 결정 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법은 소정 출발지로부터 목적지까지의 경로 요청에 응답하여 상기 출발지로부터 목적지까지 다수의 경로후보군을 생성하는 제1 과정과, 주행으로 인해 경과할 것으로 예측되는 예측경과시간에서의 교통통계정보를 이용하여 각 경로후보군들 각각에 포함된 모든 링크들의 평균주행시간들을 누적하여 해당 경로후보군의 예측주행시간을 산출하는 제2 과정과, 상기 제2 과정에서 산출된 예측주행시간이 최소인 경로후보군을 최적경로로 결정하는 제3 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이 때, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네비게이션 시스템의 구성에 대한 예시도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 네비게이션 시스템은 텔레매틱스 단말(110), 텔레매틱스 서버(120) 및 외부 서버(130)를 포함한다.
텔레매틱스(telematics)란 통신기술(telecommunication)과 정보(information)의 합성어로서 무선 음성 데이터 통신과 인공위성을 이용한 위치정보시스템(GPS: Global Positioning System)을 기반으로 자동차 중심의 환경에서 위치 정보 등을 주고 받으며 다양한 응용 서비스를 제공할 수 있도록 하는 기술을 말한다. 텔레매틱스 단말(110) 및 텔레매틱스 서버(120)는 이러한 텔레매틱스(telematics) 기술의 실용화를 위해 구현된 장치들이다.
텔레매틱스 단말(110)은 무선 송/수신부, 측위부 및 정보센터로부터 획득된 경로 데이터를 이용하여 주행방향을 지시하는 경로 지시장치를 포함하고 통상 이동체에 탑재되어 사용자와 인터페이스 역할을 한다.
텔레매틱스 서버(120)는 일명 '정보센터'라고 칭하며, 서비스 요청시 텔레매틱스 단말(110) 및 외부 서버(130)와 통신하여 경로 계획 파라미터(예컨대, 출발시각, 출발지, 목적지, 요구 경유지 등)에 의한 최단 시간의 경로를 예측한다.
외부 서버(130)는 실시간 교통정보를 제공할 수 있는 경찰서 또는 날씨 정보를 제공하는 기상센터 등으로부터 실시간 정보를 제공받아 텔레매틱스 서버(120)에게 교통통계정보를 제공하기 위한 교통통계정보 데이터베이스(DB: Data Base)를 저장한다. 또한, 외부 서버(130)는 특정 구간을 운행하는 프루브 카(probe car)(140)로부터 구간별 교통통계 정보를 획득한다.
이와 같은 본 발명의 네비게이션 시스템의 동작 과정에 대한 예가 도 2에 예시되어 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경로 결정 과정을 예시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 먼저 텔레매틱스 단말(110)은 텔레매틱스 서버(120)에게 경로를 요청한다(S205). 이 때, 텔레매틱스 단말(110)은 현재지 및 목적지 정보를 텔레매틱스 서버(120)에게 전송한다. 또한, 텔레매틱스 단말(110)은 텔레매틱스 단말(110)에 탑재된 GPS 수신기, 자이로, 가속도계, 차속계 등의 센서를 이용하여 경로 결정에 필요한 위치정보를 계산하고 그 결과를 텔레매틱스 서버(120)에게 전송한다.
그러면, 텔레매틱스 서버(120)는 텔레매틱스 단말(110)로부터 전달된 텔레매틱스 단말(110)의 위치정보와 출발지 및 도착지, 출발시각 등의 기본적 경로계획 파라미터를 이용하여 경로 후보군을 생성한다(S210). 그리고 외부서버(130)로부터 교통정보(교통 통계정보 포함) 및 기상정보를 수신한(S215) 후 그 교통정보 및 기상정보를 이용하여 경로 후보군들의 예측 주행시간을 계산한다(S220). 이 때, 텔레매틱스 서버(120)는 교통통계정보를 이용하며 소요시간 예측도의 향상을 위한 시변가중치를 융합하여 경로 후보군들의 예측 주행시간을 계산한다. 이와 같이 텔레매틱스 서버(120)가 시변 가중치를 융합하여 경로 후보군들의 예측 주행 시간을 계산하는 것은 통상적으로 교통혼잡이 심하며 경로안내의 필요성이 크게 대두되는 대도시의 경우 구간, 요일, 시간대, 날씨 상태에 따른 과거 교통통계는 대개 반복된다는 특성으로 인한 것이다. 즉, 이러한 과거의 신뢰성 있는 정보를 누적, 저장하여 초기 경로계획에서부터 효과적으로 사용함으로써 현재의 도로 교통 상황에서 더욱 향상된 경로안내를 할 수 있도록 하기 위함이다.
또한 텔레매틱스 서버(120)는 그 결과 최단경로를 도출하고(S225) 그 결과를 텔레매틱스 단말(110)에게 제공한다(S230). 이 때, 외부 서버(130)는 프루브 카(probe car)(140)로부터 연속적인 교통정보를 전달받아 교통통계정보 데이터베이스를 지속적으로 업데이트시킨다.
그러면 텔레매틱스 단말(110)은 그 최단경로를 수신하여 운전자에게 그 정보를 제공한다. 이를 위해 텔레매틱스 단말(110)의 경로지시장치는 지리정보시스템(GIS: Geographic Information System)을 이용하여 가시적으로(예컨대, 지도 등) 디스플레이하거나 음성정보로 출력할 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경로 결정 알고리즘 파라미터를 예시한 도면이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 최적 경로를 결정하기 위해 텔레매틱스 서버(120)에 저장된 경로 결정 알고리즘 파라미터는 다음과 같다.
즉, 경로 결정 알고리즘 파라미터는 통계자료에 의한 속도 정보 행렬()(예컨대, 각 구간별 예측교통정보)과, 출발 시점시의 노드별 교통정보()(예컨대, 실시간 교통정보)와, 상기 두 데이터의 융합을 위한 시변 가중치 정보()와, 구간별 소요시간 계산을 위한 거리정보()를 포함한다. 이 때, 상기 거리정보()는 GIS 지리정보 또는 실측정보이다. 도 3에서 'SP'는 출발지(SP: Start Point)를 나타내고, 'A','D' 및 'G'는 도착지(DP: Destination Point) 까지 경유하게 되는 노드 점을 나타낸다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 최적 경로를 결정하기 위한 서버에서의 처리 과정을 예시한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버에서의 경로 결정 과정을 설명하면 다음과 같다.
단말로부터 출발지(SP)로부터 도착지(DP)까지 경로가 요청되면(S302) 서버는 먼저 사용자의 등록 여부와 현재 위치 정보의 유효성, 출발지, 목적지 및 출발시각 등의 정보를 우선 확인하여 사용자에 대한 서비스 인증을 수행한다(S304).
만일 상기 인증 결과 서비스가 불가능한 것으로 판단되면 서버는 해당 사용자에게 서비스 불가 안내메시지를 제공한다(S336). 이 때, 서비스 불가 안내 메시지 제공 방식은 가시적 또는 가청적인 방법 중 적어도 어느 하나의 방법을 이용함이 바람직하다.
그리고 그 결과 서비스가 가능한 것으로 판단되면(S306) 서버는 출발지(SP)로부터 도착지(DP)까지 'I'개의 경로 후보군을 생성한다(S308). 이 때 생성되는 후보군은 출발지(SP) 및 도착지(DP)를 나타내는 터미널 노드를 연결하는 모든 경로를 포함할 수도 있고 상기 경로들 중 지리학적으로 최단 경로 주위에 인접한 소정 개의 경로들로 축소된 집합으로 생성될 수도 있다. 이 때, 각 후보 군에 대하여 최적 경로 결정을 위한 파라미터들은 도 3에 예시된 바와 같다.
그리고 각 경로 후보군들의 예측 주행 시간 계산 과정들(S310 내지 S330)을 수행한다.
즉, 도 3에 예시된 바와 같은 형식의 파라미터를 이용하여 각 경로 후보군에 대한 알고리즘 변수를 초기화한 후 'I'개의 경로 후보군들을 하나씩 순차적으로 선택하고(S312) 통계적 정보를 이용하여 그 경로 후보군들에 포함된 링크상의 각 구간에 대한 평균 주행시간을 산출하여 누적한다(S314 내지 S324).
이 때, 출발시점에서 주행시간의 초기값은 t0으로 설정한다.
과정(S318)에서 산출된 통계적 정보를 이용한 링크의 평균주행시간(예컨대, 주행 예측 시간)은 구간별 예측 평균속도 정보를 이용하여 수학식 1과 같이 구현할 수 있다.
이 때, k번째 구간에서의 예측 평균속도()는 수학식 2와 같이 미래 예측 시간의 값과 출발시점에서의 값의 가중 함수로 주어진다.
수학식 2에서''과 ''는 도 3에 예시된 바와 같이 '통계자료에 의한 속도 정보 행렬'과 '출발 시점시의 노드별 교통정보'를 각각 나타낸다.
그리고 과정(S320)에서 수학식 1의 결과를 누적한 결과는 수학식 3과 같다.
이 때, 수학식 3은 특정 경로후보군에 대한 예측 주행시간인 것이다.
그리고 각 경로 후보군들에 대한 예측 주행시간을 저장하면서(S326) 상기 과정들(S314 내지 S322)을 'I'개의 경로 후보군에 대하여 반복 수행한다(S310 내지 S330).
이와 같이 과정(S308)에서 생성된 'I'개의 경로 후보군들 모두에 대한 예측 주행시간을 산출하였으면, 그 경로 후보군들 중 예측 주행시간이 가장 짧은 경로 후보군을 최적 주행경로로 선택한(S332) 후 그 최적 주행경로를 단말에게 제공한다(S334).
상기 과정에서 사용된 변수 'i'는 'I'개의 경로 후보군들을 순차적으로 하나씩 선택하도록 하기 위한 변수이고, 'k'는 선택된 경로 후보군에 포함된 링크를 하나씩 선택하도록 하기 위한 변수이다.
한편, 수학식 4는 'I'개의 경로 후보군들 중 최단시간 경로를 획득하기 위한 성능지수함수를 예시하고 있다. 즉, 수학식 4는 통계정보와 실시간 정보를 TVWF 융합하여 예측된 최소경과시간(t_STP)을 나타낸다.
수학식 4에서 경과시간 예측을 위한 주행 구간 내 평균 속도()는 통계정보와 출발시의 교통정보의 융합치로 획득되며, 이와 같이 미래에 주행할 것으로 기대되는 경로상에서의 예측 평균속도를 시간적으로 변하는 가중치 정보(wk)로서, 융합, 연산하여 주행시간을 예측하는 것이 기존의 경로 계획 기법과는 상이한 본 발명의 차별적 개념인 것이다. 데이터 융합을 위한 시변 가중치(wk)는 서비스 요청 일시, 전체 경로의 거리, 통계적 구간 속도와 실시간 교통정보와의 차이량 등 여러 요소에 따라 다르게 실시될 수 있다. 상기 시변 가중치는 시간이 경과할 수록 실시간의 정보의 오차가 커지는 것을 고려하여 단조 증가열(strictly increasing sequence)로 표현할 수 있으므로 도 3에 예시된 바와 같이 수학식 5를 이용하여 구현하는 것이 바람직하다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 최적 경로를 결정하기 위한 단말에서의 처리 과정을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따라 최적 경로를 결정하기 위해 단말은 사용자에 의해 소정 출발지(예컨대, 현재위치)로부터 목적지까지의 경로가 요청되면(S402), 출발지를 결정하기 위해 현재위치 정보를 검출한다(S404). 그리고그 현재위치 정보 및 목적지 정보를 서버로 전송한다(S406). 그리고 서버로부터 경로정보가 수신되면(S408) 그 경로 정보를 출력한다(S410). 이 때, 출력되는 데이터의 형태는 가시적 또는 가청적 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 경로 결정 방법은 교통혼잡이 심하며 경로안내의 필요성이 크게 대두되는 대도시나 상습 정체 지역에서 여러 조건에 따른 과거 교통통계를 신뢰성 있게 누적, 저장하고 이를 출발시점의 경로 계획에서부터 사용하게 함으로써 현재의 도로 교통 상황에서도 더욱 향상된 경로안내가 가능한 효과가 있다. 즉, 본 발명은 반복되는 교통 혼잡의 통계정보를 효율적으로 이용함으로써 교통 혼잡에 따른 시간비용 및 물류비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네비게이션 시스템의 구성에 대한 예시도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경로 결정 과정을 예시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경로 결정 알고리즘 파라미터를 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 최적 경로를 결정하기 위한 서버에서의 처리 과정을 예시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 최적 경로를 결정하기 위한 단말에서의 처리 과정을 예시한 도면.

Claims (7)

  1. 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법에 있어서,
    소정 출발지로부터 목적지까지의 경로 요청에 응답하여 상기 출발지로부터 목적지까지 다수의 경로후보군을 생성하는 제1 과정과,
    기 저장된 교통통계정보를 이용하여 상기 경로후보군들의 예측주행시간을 산출하는 제2 과정과,
    상기 제2 과정에서 산출된 예측주행시간이 최소인 경로후보군을 최적경로로 결정하는 제3 과정을 포함함을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 과정은
    상기 출발지로부터 목적지를 연결하는 모든 경로를 경로후보군으로 생성함을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 과정은
    상기 출발지로부터 목적지를 연결하는 모든 경로들 중 지리학적으로 최단 경로 주위에 인접한 소정 개의 경로만을 경로후보군으로 생성함을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 과정은
    주행으로 인해 경과할 것으로 예측되는 예측경과시간에서의 교통통계정보를 이용하여 각 경로후보군들 각각에 포함된 모든 링크들의 평균주행시간들을 누적하여 해당 경로후보군의 예측주행시간을 산출함을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 과정은
    시간적으로 변하는 시변가중치 정보를 융합, 연산하여 상기 링크들 각각의 평균주행시간을 산출함을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시변가중치는
    서비스 요청 일시, 전체 경로의 거리, 통계적 구간 속도 및 실시간 교통 정보간의 차이량을 포함하는 환경정보에 의해 다르게 설정함을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법.
  7. 제5항에 있어서, 출발지와 목적지 간에 'n'개의 구간을 갖는 'i'번째 후보 경로 내에서 'k'번째 구간에 대응하는 상기 시변가중치()는
    에 의해 설정함을 특징으로 하는 네비게이션 시스템의 경로 결정 방법.
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