KR20080093475A - 네비게이션 시스템에서의 차량의 이동방향에 기반한효율적인 경로 검색 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 네비게이션 시스템을 통한 차량의 방향성을 고려하여 목적지까지의 최적의 경로를 배정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 먼저 차량의 현재 위치와 GPS수신기로부터 인지되는 방향 정보를 이용하여 도착예정 노드를 시작노드로 결정하며 시작노드 및 이의 인접노드들을 후보 노드로 설정한다. 이후 각 후보 노드들이 U-턴 가능한지 검사하며 U-턴이 불가능한 경우 진행 링크의 비용을 무한대로 설정하고 목적지까지 A^* 경로 설정 알고리즘을 수행하여 가장 작은 값을 갖는 경로를 선택할 수 있다. U-턴이 가능하면 이전의 비용을 그대로 사용한다. 이는 차량이 U-턴하여 갈 수 있는 경로를 배제하지 않음으로서, 목적지까지의 가능한 최적의 경로를 보장하기 위한 것이다. 시작노드와 그에 이웃 노드들에 대하서만 U-턴 여부를 판단함으로써 가능성이 적은 노드들로부터의 경로 탐색 알고리즘 적용 과정을 줄이고 불필요한 연산을 제거하고자 한다. 본 발명은 최소화된 탐색 시간으로 우회 경로 발견의 가능성의 최소화한 주행경로를 배정한다. 또 맵 매칭을 통해 결정된 현재 링크에서 차량의 진행방향을 고려하여 도착예정인 시작노드를 선택하는 과정, 시작노드 부근에서 U-턴이 가능한지를 판단하는 과정, U-턴 가능 여부에 따른 목적지까지의 최적의 경로를 찾는 과정으로 이루어진다.

네비게이션, GPS, 맵 매칭, U-턴, 방향, 최적 경로

Description

네비게이션 시스템에서의 차량의 이동방향에 기반한 효율적인 경로 검색 방법{An efficient path finding scheme based on the moving direction of a car in navigation systems}

도1은 본 발명의 네비게이션 시스템의 블록 구성도.

도2는 본 발명의 도착예정 노드의 U-턴 가능 여부를 고려한 최적 경로 배정에 대한 흐름도.

도3은 본 발명의 도착예정 노드의 인접노드들의 U-턴 가능 여부를 고려한 경로 배정에 대한 흐름도.

도4는 본 발명에서 도2의 흐름도를 따르는 경로 배정의 예시도.

도5는 본 발명에서 도3의 흐름도를 따르는 경로 배정의 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100: 입력부 200: 맵 매칭부

300: 인접노드 추출부 400: 경로탐색부

500: 경로 선택부 600: 로드 네트워크

700: 출력부

C: 차량 L1: 링크(도로) L2: 차량의 현재 링크

N1: 노드(교차로) N2: 목적지 노드 N3: 시작노드

N4, N5, N6: L2 연결을 제외한 N3과 인접노드들

L3: N3와 N4를 연결하는 링크 L4: N3와 N5를 연결하는 링크

L5: N3와 N6를 연결하는 링크

P1: N3가 U-턴 가능할 때의 N2까지의 최적 경로

P2: N3가 U-턴 불가능할 때의 N2까지의 최적 경로

P3: N5만이 U-턴 가능할 때, 혹은 U-턴 가능한 이웃 노드들 중에서 N5의 링크(L4)값이 가장 작을 때의 N2까지의 최적 경로

P4(=P2): N4, N5, N6 모두 U-턴 불가능할 때의 N2까지의 최적 경로

S1: 네비게이션에 목적지(Node_D)를 입력하여 차량의 현재위치에서의 최적의 경로를 찾기 위해 경로배정을 시작

S2: 위치정보와 지도정보를 기반으로 맵 매칭을 통해 차량의 현재 링크(Link0)를 찾음

S3: GPS에서 수신된 방향정보를 토대로 구해진 차량의 운행방향과 링크의 진북대비 각도를 이용하여 도착예정 노드인 시작노드(Node_S)를 찾음

S4: 지도데이터에서 정보를 검색하여 시작노드(Node_S)가 U-턴 가능한지 여부를 판단하여, 시작노드(Node_S)가 U-턴 가능한 노드이면 Yes(S9)로 아니면 No(S8)로 감

S5: 지도데이터에서 정보를 검색하여 Link0을 제외하고 시작노드(Node_S)와 링크로 연결되어 있는 이웃하는 노드들 모두 찾아서 Node_N[i]에 저장

S6: 지도데이터에서 정보를 검색하여 시작노드(Node_S)의 인접노드들(Node_N[i])이 모두 U-턴 불가능하면 No(S8)로, 그렇지 않다면(인접노드들 중 적어도 하나가 U-턴 가능한 노드라면) Yes(S7)로 감

S7: U-턴 가능한 노드들(Node_N[j])을 모두 찾고 그 노드들 중에서 연결된 링크(Link[j])값이 가장 작은 노드(Node_M)와 그 노드의 링크(Link1)를 저장

S8: 차량의 현재 링크(Link0)를 무한대(∞)로 설정

S9: 시작노드(Node_S)에서 목적지 노드(Node_D)까지 A^* 경로 설정 알고리즘을 사용하여 그 결과 값이 최소가 되는 최적의 경로를 찾음

S9-1: .시작노드(Node_S)의 연결 링크 중에서 Link0에 Node_M에서 U-턴해서 오는 경로 (Node_S, Link1, Node_M, Link1)를 임시로 추가시키고 나서 시작노드(Node_S)에서 목적지 노드(Node_D)까지 A^* 경로 설정 알고리즘을 사용하여 그 결과 값이 최소가 되는 최적의 경로를 찾음. 즉, U-턴 가능한 지점에서 돌아와서 목적지까지 가는 경로와 계속 정방향으로만 진행해서 목적지까지 도달하는 경로들 중에서 최소 비용을 갖는 경로를 최적의 경로로 찾음.

S10: 시작노드(Node_S)에서 목적지 노드(Node_D)까지 찾은 최적의 경로를 출력하고 경로배정을 종료

본 발명은 네비게이션 시스템에서 GPS로부터 수신된 방향 정보를 이용하여 맵매칭을 하여 찾은 차량의 현재 위치에서 차량의 주행 방향을 고려하여 도착예정인 시작노드를 찾는다. 그리고 시작노드 근처의 도로가 U-턴 가능한지를 고려하여 목적지까지 최대한 적은 탐색비용으로 우회경로가 아닌 최적의 주행경로를 배정하는 방법에 관한 것이다.

네비게이션 시스템에서의 종래의 맵 매칭 방법으로는 GPS 수신신호 및 이동체에 설치된 센서들로 측정한 이동체의 현재위치를 기준으로 하여 소정 범위 이내에 존재하는 후보링크들을 추출하고, 이동체의 이동속도, 자세각 오차 및 측정한 이동체의 현재 위치로부터 상기 추출한 후보링크들 사이의 최단거리인 거리오차를 이용하여 그 후보링크들의 최대 매칭확률을 계산하며, 상기 계산한 각 후보링크들의 최대 매칭확률들 중에서 값이 가장 큰 최대 매칭 확률을 선택하여 맵 매칭 값으로 설정하는 방법이 있다. 또한 임의의 점으로부터 임의의 직선에 수선을 연결하고 그 수선과 직선이 교차되는 발(intersection point)의 좌표를 구하는 일반적인 직선 방정식을 이용하는 방법을 제안하고 있다. GPS 수신신호로 이동체의 현재위치를 검출하고 디지털 지도에 매칭시켜 이동체의 현재위치 좌표를 획득하고, 획득한 이동체의 좌표로부터 가장 가까운 곳에 위치하는 도로링크를 디지털 지도에서 검색하고 검색한 도로링크의 양 끝점 좌표를 획득하여, 상기 획득한 좌표에서 도로링크의 좌표가 이루는 직선에 수직으로 연결하는 발의 좌표를 구한 후 이동체의 현재위치를 맵 매칭시키는 방법이 있다.

본 발명에서 상기와 같은 종래의 맵매칭 방법 중 하나를 그대로 적용할 수 있으며 맵 매칭 후에 매칭된 링크(실제로는 로드 세그먼트)의 각도와 현재 차의 진행 방향을 비교하여 링크에서의 방향성을 판단한다. 이를 바탕으로 링크의 끝에 연결된 도착예정 노드를 결정한다. 선택된 도착예정 노드가 곧 경로 배정시 사용될 시작노드가 된다.

종래의 이동경로 탐색 방법에는, 지도데이터를 저장하고 있는 저장매체에 유(U)턴, 피(P)턴 등과 같은 도로의 특성을 포함하게 구성된 지도데이터를 구비시켜서 상기 도로의 특성을 포함하게 구성된 지도데이터를 이용하여 목적지까지의 최적경로를 설정하는 방법, 실제 교통 네트워크에서 사용될 수 있도록 회전제약 및 U-턴 및 P-턴을 모두 고려하여 동적 교통정보를 바탕으로 하는 차별화된 다수의 최적 경로를 탐색하는 방법, 출발지와 목적지의 방향성을 구하여 정방향과 역방향 탐색을 정해진 탐색 범위 내에서 설정된 탐색거리까지 동시에 수행하여 최단경로를 산출해 내는 경로 탐색 방법, 네비게이션 사용자가 출발점에서 목적지로 이동시 경유하고 싶지 않은 도로를 회피하여 탐색된 최적의 경로로 이동할 수 있는 네비게이션 시스템에서 회피도로를 적용한 경로 서비스 방법 등이 있다.

그러나 상기와 같이 종래의 경로 탐색 기술은 차량의 방향성과 인접노드들의 U-턴 및 P-턴과 같은 도로의 특성을 전혀 반영하지 않아서 최적 경로가 있음에도 불구하고 우회 경로를 선택하는 경우가 종종 발생하거나 최적경로에 영향을 끼치지 않은 노드들까지 도로의 특성을 고려하여 불필요한 연산을 함으로써 경로 탐색 소요시간을 과다하게 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것이다. 시작노드의 U-턴 가능 여부를, 혹은 시작노드에서 1-hop까지의 인접노드들의 U-턴 가능 여부를 조사하여 즉, 차량의 출발지 근처에서 U-턴 여부를 고려하여 경로 탐색 시간을 최대한 줄일 뿐만 아니라, 종종 발생되는 멀리 우회하는 주행경로를 최적 경로로 배정하는 경우를 방지 할 수 있다. U-턴 가능 여부를 검사하는 대상 노드들은 시작노드의 2-hop 혹은 3-hop이내에 인접한 모든 노드들로 확장 가능하다.

따라서 본 발명은 네비게이션 시스템에서 시작노드 및 시작노드의 이웃한 노드들의 U-턴 가능 여부를 조사하고, 이를 반영한 최적의 경로 배정을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 네비게이션 시스템에서 U-턴 등과 같은 도로의 특성을 포함한 지도데이터를 저장매체에 저장하게 하고, 이 지도데이터를 이용하여 목적지까지의 최적 경로를 배정한다. 본 발명은 맵 매칭을 통한 획득한 현재 링크에서 차량의 주행방향을 고려하여 도착예정 노드인 시작노드를 선택하는 과정, 시작노드 부근에서 U-턴이 가능한지를 판단하는 과정, U-턴 가 능 여부에 따른 목적지까지의 최적의 경로를 찾는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실례를 상세히 설명한다.

우선 본 발명의 네비게이션 시스템의 블록 구성도인 도1을 참조하면, 로드 네트워크, 맵 매칭부, 인접노드 추출부, 경로 탐색부, 경로 선택부 등으로 구성된다.

도2는 본 발명의 후보 노드의 U-턴 가능 여부를 고려한 최적 경로 배정에 대한 흐름도를 도시한 것이다. 후보 노드들은 경로 배정에 있어서 출발 노드가 될 수 있다. 네비게이션에서 사용자가 목적지(Node_D)를 입력함으로써 경로배정이 시작되고(S1) 로드 네트워크를 기반으로 맵 매칭을 통해 차량의 현재 주행 중인 링크(Link0)를 찾는다(S2). 로드 네트워크에는 각 링크의 세그먼트들에 대한 좌표값들이 포함되어 있으며 링크를 찾기 위해 각 세그먼트들과 주어진 경위도 좌표와의 거리를 계산하여 최소값을 선택하며 이 세그먼트가 속한 링크가 매칭된다. GPS에서 수신된 방향정보를 토대로 구해진 차량의 운행방향을 이용하여 도착예정인 시작노드(Node_S)를 우선 찾고 나서(S3), U-턴 가능 여부 정보가 저장된 지도데이터를 검색하여 그 시작노드(Node_S)의 U-턴 가능 여부를 확인한다(S4). 만약 시작노 드(Node_S)가 U-턴이 불가능한 노드라면 차량의 현재 링크(Link0)를 무한대(∞)로 설정함으로써(S8) U-턴 경로를 배제하도록 하고, 시작노드(Node_S)에서 목적지 노드(Node_D)까지 A^* 경로 설정 알고리즘을 수행하여 최적의 경로를 찾아서(S9), 그 찾은 최적 경로를 화면에 출력하고 경로배정을 종료한다(S10). 그렇지 않고, 시작노드(Node_S)가 U-턴이 가능하다면 시작노드(Node_S)에서 목적지 노드(Node_D)까지 A^* 경로 설정 알고리즘을 수행하여 최적의 경로를 찾음(S9)으로써, 그 찾은 최적 경로를 화면에 출력하고 경로배정을 종료한다(S10). 이는 시작노드(Node_S)에서 U-턴에서 갈 수 있는 주행경로를 가능성을 열어 두었다.

도4는 본 발명의 도2의 흐름도를 따르는 경로 배정의 예시도를 도시한 것이다. 차량(C)에 탄 사용자가 경로 배정을 시작하여 현재링크(L2)를 맵 매칭을 통해 찾고 나서 차량의 주행방향을 고려하여 도착예정인 시작노드(N3)를 찾는다. N3이 U-턴이 불가능한 경우는 목적지(N2)까지의 최적 경로는 P2가 되고, N3가 U-턴이 가능한 경우는 N2까지의 최적 경로는 P1이 된다. 이와 같이 N3의 U-턴 가능 여부를 판단하는 것이 P2라는 먼 거리는 우회하는 것보다 P1이라는 더 짧은 주행경로를 찾을 수 있도록 해준다. 다시 말하자면 목적지까지 가능한 최적경로 P1이 있음에도 불구하고 P2로 우회하는 경로를 선택하는 경우를 막을 수 있다.

도3은 본 발명의 시작노드에서 1-hop 인접노드들의 U-턴 가능 여부를 고려한 경로 배정에 대한 흐름도를 도시한 것이다. 이는 도2에서 U-턴 가능 여부를 판단하는 노드를 시작노드에 국한하지 않고 이웃한 노드들로 확장한 경우이다. 시작노드(Node_S)를 찾고 그 노드의 U-턴 가능 여부를 판단하는 과정까지는 도2에서와 동일하다. 시작노드(Node_S)가 U-턴이 불가능하다면 지도데이터를 검색하여 차량의 현재 링크(Link0)를 제외한 시작노드(Node_S)와 링크로 연결되어 있는 인접노드들(Node[i])을 모두 찾아서(S5), 찾은 모든 인접노드들(Node[i])에 대해 U-턴 가능 여부를 판단한다(S6). 찾은 인접노드들(Node[i])이 모두 U-턴이 불가능하면 차량의 현재 링크(Link0)를 무한대(∞)로 설정하고(S8), 그렇지 않다면 (인접노드들 중 어느 하나라도 U-턴 가능한 노드가 있다면) U-턴 가능한 노드들(Node_N[j])을 모두 찾아 그 노드들중에서 시작노드(Node_S)와 연결된 링크(Link[j])의 값이 가장 작은 해당 노드(Node_M)와 해당 링크(Link1)를 저장한다(S7). U-턴 가능한 인접노드을 찾고 나서(S7), 시작노드(Node_S)가 U-턴이 가능한 노드라고 확인하고 나서(S4:Yes), 모두 U-턴이 불가능하면 차량의 현재 링크(Link0)를 무한대(∞)로 설정하고 나서(S8) A^*를 수행한다. 단, 인접노드들 중 어느 하나라도 U-턴 가능한 노드가 있는 경우에 한하여(S7를 수행하고 온 경우에 한하여) 시작노드(Node_S)의 연결 링크 중에서 Link0에 Node_M에서 U-턴해서 오는 경로 (Node_S, Link1, Node_M, Link1)를 임시로 추가시키고 나서 시작노드(Node_S)에서 목적지 노드(Node_D)까지 A^*를 수행하여 최적의 경로를 찾는다.(S9-1). 탐색된 최적 경로를 화면에 출력하고 경로배정을 종료한다(S10). 도4의 흐름도는 시작노드(Node_S)가 U-턴이 불가능할 경우라도 그 다음 노드에서 U-턴 가능한 경우 그 지점에서 U-턴에서 돌아오는 주행경로를 최적경로 탐색시 배제시키지 않고 포함시키고자 한 점이 도2와의 차이점이다.

도5는 본 발명의 도3의 흐름도를 따르는 경로 배정의 예시도를 도시한 것이다. 차량(C)에 탄 사용자는 경로 배정을 시작하여 맵 매칭을 통해 현재 링크(L2)를 찾고, 차량의 주행방향을 고려하여 시작노드(N3)를 찾는다. N3이 U-턴이 불가능한 경우는 N3의 L2 연결을 제외한 이웃 노드들인 N4, N5, N6을 검색하여 U-턴 가능 여부를 확인한다. N4, N5, N6 모두 U-턴 불가능한 경우에는 목적지 노드(N2)까지의 최적 경로는 P4(=P2)가 된다. 반면, N4, N5, N6 중에서 U-턴 가능한 노드가 N5만이 U-턴 가능한 경우에는 N2까지의 최적 경로는 P3라 된다. 또한 N4, N5, N6가 모두 U-턴 가능한 경우에는 각각 N3와 연결된 링크, L3, L4, L5의 값을 확인하여 가장 작은 값이 L4를 선택되어 N2까지의 최적 경로는 P3이 된다. 이와 같이 N3의 U-턴 불가능하다 할지라도 N3의 이웃 노드들 중에 U-턴 가능한 노드가 존재하는 경우 P4는 먼 거리는 우회하는 것보다 P3이라는 더 짧은 주행경로를 찾을 수 있도록 해준다. 이는 마찬가지로 목적지까지 가능한 최적경로 P2이 있음에도 불구하고 P4로 우회해서 가는 불합리한 경우를 방지할 수 있다.

상기와 같은 기능은 네비게이션를 통해서 목적지를 설정 후 목적지까지 적은 탐색시간을 소요하며 가장 빨리 갈 수 있는 경로를 운전자에게 제공해 줄 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 네비게이션 시스템에서 도로의 특성을 지도데이터에 저장하고, 이를 이용하여 시작노드 및 시작노드의 인접노드들의 U-턴 가능한 노드들이 존재할 시 이를 고려하지 않아서 발생되는 우회경로 대신에 U-턴이 가능한 지점에서 U-턴하여 목적지까지의 최적의 주행경로를 배정할 수 있다.

Claims (4)

1. 현재의 위치에서 차량의 특정 목적지까지 이동하고자 할 때,

   (a) 현재 링크에서 차량의 진행방향을 고려하여 도착예정인 시작노드를 선택하는 과정;

   (b) 시작노드 부근에서 U-턴이 가능한지를 판단하는 과정;

   (c) U-턴 가능 여부에 따라 목적지까지의 최적 경로 설정을 특징으로 하는 네비게이션 경로 검색 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 과정 (a)에서, 맵 매칭시 거리 계산에 의해 먼저 세그먼트를 찾고 이 세그먼트에 해당하는 링크를 검색. 이후 세그먼트의 진북 방향 각도와 GPS 수신기에서 발생된 각도를 받아 도로 네트워크 내에서 차량의 진행방향을 판단하여 도착예정인 노드 결정 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 과정 (b)과 (c)에서, 최적의 경로 배정을 위한 U-턴 가능 여부 판단 후보노드를 1-hop 인접노드들에서 선택하고 이들 각 노드들에서 목적지까지의 경로 설정을 수행하여 가장 최적의 값을 추출함. 필요시 여유시간에 따라 2-hop 혹 3-hop 인접노드들로 후보노드들의 범위를 확장하여 이들 각 노드들에서 목적지까지의 경로를 조사하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 과정 (c)에서, 현재 위치와 도착예정인 시작노드 사이의 링크에 있어서 진행방향으로 U-턴이 가능하지 않은 경우 현 링크의 비용을 무한대로 설정하고 A*를 수행하고, U-턴이 가능한 경우는 현재의 비용을 그대로 설정하여 A*를 수행하는 방법.

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