KR20170047143A - 노변기를 이용한 차량과 보행자 간의 충돌을 경고하는 방법 - Google Patents

노변기를 이용한 차량과 보행자 간의 충돌을 경고하는 방법 Download PDF

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    • B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences

Abstract

노변기를 이용하여 차량과 보행자의 충돌을 경고하는 방법은 도로 네트워크에 위치하는 노변기가 제1 광고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계, 상기 노변기의 상기 제1 광고 메시지를 수신한 차량 단말 및 보행자 단말로부터 등록 정보를 수신하는 단계, 상기 노변기가 상기 등록 정보를 이용하여 상기 차량 단말 및 상기 보행자 단말에 대한 리스트를 생성하는 단계, 상기 노변기가 제2 광고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계, 상기 노변기가 상기 제2 광고 메시지를 수신한 상기 차량 단말 및 상기 보행자 단말로부터 이동성 정보를 수신하는 단계, 상기 노변기가 상기 이동성 정보를 이용하여 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말의 충돌 가능성을 판단하는 단계, 상기 노변기가 충돌 가능하다고 판단되는 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말에 대한 통신 스케줄 정보를 생성하여 브로드캐스팅하는 단계 및 상기 노변기가 상기 스케줄 정보에 따라 슬립 상태에서 정상 상태로 돌아온 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에게 경고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계를 포함한다.

Description

노변기를 이용한 차량과 보행자 간의 충돌을 경고하는 방법{WARNING METHOD FOR COLLISION BETWEEN PEDESTRIAN AND VEHICLE BASED ON ROAD-SIDE UNIT}
이하 설명하는 기술은 도로 네트워크에서 차량 및 보행자의 충돌을 경고하는 기법에 관한 것이다.
도로에서는 차량 간 충돌뿐만 아니라 차량과 보행자 사이의 충돌이 발생하기도 한다. 향후 스마트 자동차 시스템 또는 자율 주행 자동차 시스템은 자동차뿐만 아니라 도로에서 이동하는 보행자와 같은 객체도 고려하여 자동차 운행을 제어해야 한다.
한국공개특허 제10-2015-0097010호
이하 설명하는 기술은 자동차 운행자가 소지하는 단말과 보행자가 소지하는 단말을 기반으로 노변기(RSU)가 충돌을 예측하고 경고하는 기법을 제공하고자 한다.
노변기를 이용하는 차량 네트워크 시스템은 차량에 위치하여 차량의 위치, 차량의 이동 방향, 차량의 이동 속도 및 차량의 이동 경로를 포함하는 그룹인 차량 이동 정보 중 적어도 하나를 무선 네트워크를 통해 노변기에 전달하는 차량 단말, 보행자가 소지하며 보행자의 위치, 보행자의 이동 방향, 보행자의 이동 속도 및 보행자의 이동 경로를 포함하는 그룹인 보행자 이동 정보 중 적어도 하나를 상기 무선 네트워크를 통해 상기 노변기에 전달하는 보행자 단말 및 상기 무선 네트워크로 수신한 상기 차량 이동 정보 및 상기 보행자 이동 정보를 기반으로 상기 차량과 상기 보행자의 충돌 가능성을 판단하고, 충돌이 예상되는 경우 충돌에 대한 경고 메시지를 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 전달하는 노변기를 포함한다.
충돌 예측을 수행하는 노변기는 노변기가 관리하는 도로 세그먼트에 위치하는 차량 단말로부터 무선 네트워크를 통해 제1 위치 정보를 수신하고, 상기 도로 세그먼트에 위치하는 보행자 단말로부터 상기 무선 네트워크를 통해 제2 위치 정보를 수신하고, 상기 제1 위치 정보 및 상기 제2 위치 정보를 이용하여 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말의 충돌 가능성을 판단하고, 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 상기 경고 메시지를 받는 시간까지 슬립(sleep) 모드에 들어가도록 메시지를 송신하고, 상기 슬립 모드에 들어간 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나가 정상 모드로 돌아오면 충돌에 대한 경고 메시지를 전달한다.
노변기를 이용하여 차량과 보행자의 충돌을 경고하는 방법은 도로 네트워크에 위치하는 노변기가 제1 광고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계, 상기 노변기의 상기 제1 광고 메시지를 수신한 차량 단말 및 보행자 단말로부터 등록 정보를 수신하는 단계, 상기 노변기가 상기 등록 정보를 이용하여 상기 차량 단말 및 상기 보행자 단말에 대한 리스트를 생성하는 단계, 상기 노변기가 제2 광고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계, 상기 노변기가 상기 제2 광고 메시지를 수신한 상기 차량 단말 및 상기 보행자 단말로부터 이동성 정보를 수신하는 단계, 상기 노변기가 상기 이동성 정보를 이용하여 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말의 충돌 가능성을 판단하는 단계, 상기 노변기가 충돌 가능하다고 판단되는 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말에 대한 통신 스케줄 정보를 생성하여 브로드캐스팅하는 단계 및 상기 노변기가 상기 스케줄 정보에 따라 슬립 상태에서 정상 상태로 돌아온 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 경고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계를 포함한다.
이하 설명하는 기술은 새로운 장비를 사용하지 않고, 종래 사용자가 소지하는 스마트폰과 같은 단말을 이용하여 도로상에서의 충돌을 사전에 경고하여 사고를 예방한다.
도 1은 차량 네트워크 시스템의 구성을 도시한 예이다.
도 2는 보행자의 경로 지체와 차량의 경로 지체에 대한 분포를 도시한 그래프의 예이다.
도 3은 도로 세그먼트에 대한 예이다.
도 4는 보행자 단말의 통신 스케줄에 대한 예이다.
도 5는 보행자 보호 영역에 대한 예이다.
도 6은 차량 네트워크 시스템에서 충돌 예측을 위한 과정에 대한 절차 흐름도의 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하 설명하는 기술은 노변기(Road-Side Unit, RSU)를 중심으로 보행자의 휴대 단말(이하 보행자 단말이라고 명명함)과 차량에 위치한 단말(이하 차량 단말이라고 명명함)을 이용하여 충돌 가능성을 사전에 알려주는 기법에 관한 것이다. 보행자 단말 및 차량 단말은 노변기와 무선 통신이 가능해야 한다. 보행자 단말과 차량 단말은 노변기와 통신이 가능하면 되므로, 반드시 서로 통신이 가능할 필요는 없다. 보행자 단말 및 차량 단말은 이동통신(3G, LTE 등) 또는 DSRC(Dedicated Short-Range Communications) 등과 같은 통신 기법을 사용할 수 있다. DSRC는 차량 네트워크에서 안전 운행을 위한 근거리 통신용 IEEE 802.11p 프로토콜을 의미한다.
차량 단말 및 보행자 단말은 또한 자신의 위치 정보를 획득하여 노변기 등에 전송해야 한다. 따라서 차량 단말 및 보행자 단말은 GPS와 같은 위치 추적 시스템을 이용하여 자신의 위치를 측위할 수 있는 것으로 가정한다.
보행자 단말은 보행자가 소지하는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, 스마트워치(smart watch), 기타 웨어러블 기기 등이 사용될 수 있다. 차량 단말은 내비게이션 장치, 블랙박스 장치, 운전자의 스마트폰, 운전자의 웨어러블 기기 등이 사용될 수 있다.
실제 도로상에서 충돌하는 주체는 보행자와 차량이나, 노변기는 보행자 단말 및 차량 단말의 위치를 기준으로 보행자와 차량의 충돌 가능성을 판단하므로, 이하 보행자 단말과 차량 단말이 충돌한다고 설명한다.
도 1은 차량 네트워크 시스템(100)의 구성을 도시한 예이다. 차량 네트워크 시스템(100)은 차량 단말(110A, 110B, 110C, 110D), 보행자 단말(120A, 120B), 노변기(150A, 150B) 및 교통 제어 센터(Traffic Control Center - TCC, 180)를 포함한다.
노변기(150A, 150B)는 보행자 단말(120A, 120B) 및 차량 단말(110A, 110B, 110C, 110D)의 충돌 가능성을 예측한다. 이를 위해 노변기(150A, 150B)는 보행자 단말(120A, 120B)의 이동 경로와 차량 단말(110A, 110B, 110C, 110D)의 이동 경로에 대한 정보가 필요하다.
(1) 차량 단말(110A 등)이 일정한 목적지를 설정하여 주행하고 있는 경우 차량 단말(110A 등)은 교통 제어 센터(180)에 목적지까지의 경로에 대한 정보를 제공할 수 있다. 노변기(150A, 150B)는 교통 제어 센터(180)로부터 차량 단말(110A 등)의 경로에 대한 정보를 수신할 수 있다. 차량 운행자가 내비게이션을 위해 차량 단말(110A 등)을 사용하여 일정한 경로로 운행하는 경우이다. 즉 노변기(150A, 150B)는 전체적인 차량의 주행 경로를 파악할 수 있다. 또 노변기(150A, 150B)는 보행자 단말(120A, 120B)로부터도 사전에 설정된 목적지 및 주행 경로에 대한 정보를 수신할 수도 있다. 보행자가 스마트폰을 이용하여 일정한 목적지에 대한 경로를 안내받는 경우이다. 보행자 안전을 위해 보행자가 자신의 목적지와 경로를 설정할 수 있다고 가정한다. 다만 이와 같은 정보는 차량이나 보행자의 목적지 및 예상되는 주행 경로에 대한 정보를 제공하는데 그친다.
(2) 나아가 노변기(150A, 150B)는 실시간으로 차량 단말(110A 등)로부터 차량 단말(110A 등)의 위치 및 이동 정보(즉 방향 및 속도)를 수신하고, 이를 분석하여 차량 단말(110A 등)의 단기간(수초 또는 수십 초 이후)의 이동 방향 및 이동 속도를 추정할 수 있다. 또 노변기(150A, 150B)는 보행자 단말(120A, 120B)로부터 보행자 단말(120A, 120B)의 위치 및 이동 정보(즉 방향 및 속도)를 수신하고, 이를 분석하여 보행자 단말(120A, 120B)의 단기간(수초 또는 수십 초 이후)의 이동 방향 및 이동 속도를 추정할 수 있다. 즉 노변기(150A, 150B)가 자신의 통신 가능 거리(coverage)에 위치하는 차량 단말(110A 등) 및 보행자 단말(120A, 120B)로부터 실시간으로 위치 및 이동 경로에 대한 정보를 수신하는 것이다. 한편 노변기(150A, 150B)는 교통 제어 센터(180) 또는 이동통신망으로부터 차량 단말(110A 등) 및/또는 보행자 단말(120A, 120B)의 위치 정보를 수신할 수도 있다. 다만 노변기(150A, 150B)가 실시간으로 위치 및 이동 정보를 분석하여 충돌 가능성을 예상해야 하므로, 통신 딜레이(delay)를 최소화하기 위해 차량 단말(110A 등) 및 보행자 단말(120A, 120B)로부터 직접 정보를 수신하거나, 매우 근거리에 있는 서버로부터 정보를 수신하는 것이 바람직하다.
한편 도로에는 복수의 노변기(150A, 150B)가 존재한다. 복수의 노변기 각각은 통신 가능한 반경에 있는 차량 단말(110A 등) 및 보행자 단말(120A, 120B)의 충돌 가능성을 예측한다. 또한 경우에 따라서 하나의 노변기(150A)는 이웃한 노변기(150B)와 자신이 보유한 정보를 교환하면서 차량 단말 및 보행자 단말의 충돌 가능성을 예측할 수도 있다. 예컨대, 차량 단말(110A 등) 또는 보행자 단말이 하나의 노변기(150A)의 통신 가능 반경에서 다른 노변기(150B)의 통신 가능 반경으로 이동하는 경우이다. 이 경우 노변기(150A)는 직접 근거리 통신을 통해 이웃한 노변기(150B)와 정보를 주고받거나, 교통 제어 센터(180)를 통해 정보를 주고받을 수 있다. 도 1에서 노변기(150A)는 차량 단말(110A, 110B 및 110C) 및 보행자 단말(120A)과 통신을 수행한다(점선 화살표로 도시). 도 1에서 노변기(150B)는 차량 단말(110D) 및 보행자 단말(120B)과 통신을 수행한다. 예컨대, 차량 단말(110B)이 노변기(150B)의 영역으로 진입하는 경우 노변기(150A)는 자신이 보유한 정보를 이웃한 노변기(150B)에 전달할 수도 있다. 또는 노변기(150B)가 교통 제어 센터(180)와 차량 단말(110B)로부터 필요한 정보를 직접 수신할 수도 있다.
전술한 바와 같이 사용자 단말 및 차량 단말은 생성한 정보를 노변기에 전달해야 한다. 이를 위해 단말이나 노변기는 소프트웨어인 전용 애플리케이션을 통해 데이터를 주고 받을 수 있다. 사용자 단말 및 차량 단말은 충돌 예측을 위한 정보를 생성하고, 전달하는 전용 애플리케이션을 사용할 수 있다. 노변기는 미들 클라우드(middle cloud) 기능을 수행하는 충돌 예측 에이전트를 사용할 수 있다. 사용자 단말 또는 차량 단말은 이동통신 또는 DSRC를 이용하여 자신이 생성한 정보를 노변기에 전달할 수 있다. 예컨대, 노변기와 사용자 단말/차량 단말은 다음과 같은 정보를 주고 받으면서 충돌 가능성을 예측할 수 있다.
1. 사용자 단말 및/또는 차량 단말은 주기적으로 자신의 위치, 방향 및 속도를 근처에 있는 노변기에게 전달한다.
2. 노변기는 사용자 단말 및 차량 단말에 대한 위치 및 움직임 벡터를 보유하고, 이를 기반으로 사용자 단말 및 차량 단말의 충돌 가능성을 예측한다. 노변기는 사용자 단말 및 차량 단말의 위치, 방향 및 속도를 수신하여 각 사용자 단말 및 각 차량 단말에 대한 움직임 벡터를 생성한다. 즉 노변기는 각 사용자 단말 및 차량 단말에 대한 정보를 포함하는 움직임 벡터 행렬을 유지하고 관리한다.
3. 노변기는 움직임 벡터를 기반으로 가능한 모든 한 쌍의 보행자 단말(보행자) 및 차량 단말(차량)의 충돌 가능성을 연산한다. 이때 노변기는 사전에 입수한 보행자 단말 및/또는 차량 단말의 경로 데이터를 이용할 수 있다. 경로 데이터는 보행자 또는/및 차량 운행자가 자신의 단말을 이용하여 목적지에 이르는 경로를 사전에 설정한 경우에 생성된다.
4. 노변기는 충돌 가능성이 높은 한 쌍의 보행자 단말 및 차량 단말에 충돌 가능성을 경고하는 경고 메시지를 송신한다.
5. 보행자 단말 및/또는 차량 단말은 경고 메시지를 수신하면 즉시 사용자에게 알람 메시지를 출력한다.
한편 차량이 주행하는 도로 또는 보행자가 걷는 도로(보도)에는 일정한 트래픽(traffic)이 발생한다. 차량을 예로 설명하면, 차량은 주행하는 도로에 차량이 많아서 이동이 지체될 수 있고, 사거리에서 신호를 대기하면서 이동이 지체될 수 있다. 이와 같은 지체를 경로 지체라고 명명한다.
노변기는 경로 지체(travel delay)를 고려한 충돌 가능성을 예측해야 한다. 이하 설명에서 차량 단말 및 보행자 단말 각각에 대한 경로 지체의 평균값
Figure pat00001
및 경로 지체의 표준 편차
Figure pat00002
과 같은 통계 정보가 주어진다고 가정한다. 경로 지체는 일정한 시간(예컨대, sec) 단위로 측정된다. 노변기는 교통 제어 센터를 통해 해당 영역에 대한 경로 지체에 대한 정보를 수신할 수 있다. 차량 단말 및 보행자 단말의 경로 지체는 감마 분포를 따른다고 가정한다. 복수의 노변기 각각은 주기적으로 교통 제어 센터로부터 자신이 관리하는 도로 영역에 위치하는 단말에 대한
Figure pat00003
및
Figure pat00004
에 대한 정보를 얻을 수 있다.
예컨대, 노변기가 특정한 건널목(crosswalk) 상에서 충돌 가능성을 예측하기 위해서는 단말의 현재 위치에서 해당 건널목까지의 경로 지체가 필요하다. 다음 건널목까지의 경로 지체
Figure pat00005
는 현재 위치 x의 길이에서 도로 세그먼트의 길이
Figure pat00006
의 비(ratio)를 이용해서 연산될 수 있다. 현재 위치의 길이(x)는 현재 위치에서 해당 도로 세그먼트 입구까지의 거리(offset)에 해당한다. 도로 세그먼트는 도로를 일정하게 구분한 영역을 의미한다. 도로상에서 경로 지체의 평균값
Figure pat00007
(sec)과 표준 편차
Figure pat00008
(sec)를 알고 있으므로, 경로 지체
Figure pat00009
는 아래의 수학식 1과 같이 연산될 수 있다.
Figure pat00010
만약 차량 단말과 보행자 단말이 동시에 건널목에 도착한다면 충돌 가능성이 높다.
Figure pat00011
을 충돌이 발생할 수 있는 시간 간격이라고 하자. 보행자 단말 i와 차량 단말 j의 충돌 가능성
Figure pat00012
은 다음과 같이 연산할 수 있다.
Figure pat00013
Figure pat00014
는 보행자 단말 i가 현재 위치에서 특정 건널목까지의 경로 지체이고,
Figure pat00015
는 차량 단말 j가 현재 위치에서 특정 건널목까지의 경로 지체이다.
도 2는 보행자의 경로 지체와 차량의 경로 지체에 대한 분포를 도시한 그래프의 예이다. 보행자 단말의 경로 지체 분포와 차량 단말의 경로 지체 분포가 서로 독립적이라고 가정하면, 충돌 가능성
Figure pat00016
는 아래의 수학식 2와 같이 연산될 수 있다.
Figure pat00017
f(p)는 보행자 단말 경로 지체의 PDF(probability density function)이고, g(v)는 차량 단말 경로 지체의 PDF이다. 예컨대, 노변기는 차량 단말과 보행자 단말의 충돌 가능성이 80%보다 낮다면 충돌이 발생하지 않는 안전한 상황이라고 판단할 수 있다.
보행자 단말 및 차량 단말은 일반적으로 한정된 에너지를 이용한다. 예컨대, 스마트폰 경우 배터리를 사용한다. 따라서 보행자 단말 및 차량 단말은 효율적으로 에너지를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 노변기가 충돌이 발생하지 않을 것으로 예상되는 단말을 일정한 시간 동안 에너지 보존을 위한 슬립 상태(sleep)가 되도록 제어할 수 있다. 또한 충돌이 예상되더라도 충돌 가능한 시간까지 여유가 있는 경우 노변기는 해당 단말을 충돌 가능 지점의 근처에 도달할 때까지 슬립 상태가 되도록 제어할 수도 있다. 즉 노변기는 차량 단말 및 보행자 단말이 노변기와 메시지를 주고받는 시간을 일정하게 스케줄링(scheduling)할 수 있다.
도 3은 도로 세그먼트에 대한 예이다. 도 3은 교차로와 교차로에 위치하는 보행자 단말(220) 및 차량 단말 1 내지 4(210A, 210B, 210C 및 210D)를 도시한다. 도 3에서 화살표는 보행자 단말과 차량 단말의 이동 경로를 나타낸다. 도 3에서 차량 단말 1(210A) 및 차량 단말 3(210C)은 보행자 단말(220)의 이동 경로와는 무관한 경로로 이동한다(점선 화살표로 도시). 따라서 노변기(250)는 차량 단말 1(210A) 및 차량 단말 3(210C)은 충돌 가능성 점검을 위한 메시지 교환 자체를 하지 않을 수 있다. 또는 노변기(250)는 차량 단말 1(210A) 및 차량 단말 3(210C)에 대해 교차로에 근접한 위치까지 슬립 상태에 있도록 스케줄링할 수도 있다.
도 3에서 차량 단말 2(210B) 및 차량 단말 4(210D)는 보행자와 충돌할 가능성이 있다. 따라서 노변기는 차량 단말 2(210B) 및 차량 단말 4(210D)와 계속 통신하면서 위치를 모니터링할 수 있다. 다만 노변기는 차량 단말 2(210B) 및 차량 단말 4(210D)와 에너지 효율적인 통신을 위해 메시지 교환 시기를 일정하게 스케줄링할 수 있다.
도 4는 보행자 단말의 통신 스케줄에 대한 예이다. 도 4의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 단말이 통신에 사용하는 에너지(mJ 단위로 표시)를 나타낸다.
예컨대, 도 4는 도 3의 보행자 단말(220)의 통신에 대한 스케줄에 대한 예일 수 있다. 보행자 단말(220)은 시간 t1 ~ t1+
Figure pat00018
시간동안 노변기(250)와 통신하고, 시간 t2 ~ t1+
Figure pat00019
시간동안 차량 단말 1(210A)과 통신한다. 보행자 단말(220)은 t1+
Figure pat00020
~ t2 동안은 슬립 상태이다. 슬립 상태는 노변기 또는 다른 단말과 통신을 하지 않는 상태를 의미한다. 노변기(250)는 보행자 단말이 도 4와 같은 통신 스케줄을 하도록 제어할 수 있다. 노변기가 통신을 스케줄링하는 과정은 후술한다.
한편 노변기(250)는 차량 단말 1 내지 4(210A, 210B, 210C 및 210D)에 대해서도 도 4와 같이 통신을 스케줄할 수 있다. 노변기(250)는 차량 단말(210A, 210B, 210C 및 210D) 및 보행자 단말(220)에 대해 각각 이동 경로, 이동 속도, 이동 방향 등을 고려하여 통신을 스케줄할 수 있다.
충돌 예측은 전술한 경로 지체 모델을 이용한다. 노변기는 도로상에 위치하는 노드(차량 및 보행자)로부터 이동성 정보를 수집한다. 노변기가 충돌 가능성을 예측하는 과정을 간략하게 설명한다.
1. 노변기는 도 1과 같이 보행자 단말과 차량 단말이 충돌 가능한 위치(예컨대, 건널목) 근처에 위치한다. 교통 제어 센터(TCC)는 각 노변기에 노변기의 위치, 주변 도로 세그먼트, 차량 트래픽 통계 정보(경로 지체의 평균값
Figure pat00021
및 경로 지체의 표준 편차
Figure pat00022
)를 전달한다.
2. 노드 i(차량 단말 또는 보행자 단말)는 자신의 현재 위치를 노변기에 전달한다.
3. 노변기는 노드 i에 대한 노드 i의 위치, 차량 트래픽 통계 정보 등을 이용하여 경로 지체(
Figure pat00023
또는
Figure pat00024
)를 연산한다.
4. 노변기는 가능한 모든 한 쌍의 차량 단말과 보행자 단말 사이의 충돌 가능성을 연산한다.
5. 노변기는 노드 i에 대한 충돌 가능성을 기준으로 노드 i에 대한 경고 메시지를 전달할 수 있다. 이때 노변기는 연산한 경로 지체 및 충돌 가능성을 노드 i에 전달할 수 있다. 예컨대, 노변기는 노드 i에 대한 충돌 가능성이 80% 미만이면 노드 i는 안전하다라고 판단할 수 있다. 노변기는 노드 i의 충돌 가능성이 80% 이상이면 일정한 경고 메시지를 전달할 수 있다.
한편 노변기는 경우에 따라 두 가지(또는 두 가지 이상)의 경고 메시지를 생성하여 차량 단말 및/또는 보행자 단말에 전달할 수 있다. 예컨대, 노변기는 아래와 같이 두 가지 경고 메시지를 사용할 수 있다.
도 5는 보행자 보호 영역에 대한 예이다. 도 5는 보행자 단말을 중심으로 두 개의 원으로 표시된 영역을 도시한다. 두 개의 원은 보행자 단말과 차량 단말의 예상되는 거리를 기준으로 설정한 것이다. 도 5의 경고 영역 및 아래 설명은 노변기가 경고 메시지를 전달하기 위한 기준에 대한 예이다. 물론 노변기는 다른 기준을 사용하여 경고 메시지를 전달할 수도 있다.
경고 영역(Rwarn)은 차량이 안전 시간(safety time) 내에 보행자에게 도달하는 영역을 나타낸다. 안전 시간은 차량이 경고 영역으로부터 보행자와 충돌하는 시간을 의미한다. 안전 시간은 차량의 속도 등에 따라 달라진다. 즉 차량은 경고 영역의 둘레부터 안전 시간 내에 보행자와 충돌할 수 있다. 유럽은 대부분 안전 시간을 2초로 보고 있다. 노변기는 차량이 경고 영역에 진입하면 즉각 차량 및/또는 보행자에게 경고 메시지를 전달한다.
사전 경고 영역(Rprewarn)은 전술한 안전 시간내에 차량이 경고 영역(의 둘레)에 도달하는 영역을 나타낸다. 즉, 차량은 사전 경고 영역의 둘레부터 안전 시간 내에 경고 영역에 진입할 수 있다. 노변기는 차량이 사전 경고 영역에 진입하면 차량 및/또는 보행자에게 사전 경고 메시지를 전달할 수 있다. 노변기는 전술한 경고 메시지를 전달하기 전에 사전 경고 메시지를 전달할 수 있다. 예컨대, 노변기는 차량이 보행자와 충돌하기 4초 전에 사전 경고 메시지를 전달할 수 있다.
노변기는 충돌 가능성과 경로 지체를 기준으로 일정한 경고 메시지를 차량 단말 및/또는 보행자 단말에 전달할 수 있다. (1) 노변기는 충돌 가능성이 80% 이상이고, 노드 i(즉, 보행자 단말 또는 차량 단말)의 경로 지체가 2초 초과이면서 4초 이하이면(2<
Figure pat00025
≤4 또는 2<
Figure pat00026
≤4), 해당 노드 i가 사전 경고 영역(Rprewarn)에 위치한다고 판단할 수 있다. (2) 또한 노변기는 충돌 가능성이 80% 이상이고, 노드 i(즉, 보행자 단말 또는 차량 단말)의 경로 지체가 0초 이상이면서 2초 이하이면(0≤
Figure pat00027
≤2 또는 0≤
Figure pat00028
≤2), 해당 노드 i가 경고 영역(Rwarn)에 위치한다고 판단할 수 있다.
노변기는 차량과 보행자의 충돌을 방지하기 위해 사전 경고 메시지 및 경고 메시지를 보행자 단말 및 차량 단말에 모두 전달할 수 있다. 사전 경고 메시지 및 경고 메시지는 적절한 시간 내에 차량 단말 및/또는 보행자 단말에 전달되어야 한다. 예를들어 노드 i(차량 단말 또는 보행자 단말)가 시간
Figure pat00029
에 사전 경고 메시지를 수신하고, 시간
Figure pat00030
에 경고 메시지를 수신하는 것이 이상적이라고 가정한다. 즉 노드 i가
Figure pat00031
시간에 사전 경고 메시지를 수신하면 충돌을 회피하기에 적합하고,
Figure pat00032
시간에 경고 메시지를 수신하면 충돌을 회피하기에 적합하다는 것이다. 그러나 전술된 에너지 절약을 위한 통신 스케줄링에 의해 실제 통신 환경에서 일정한 통신 지체가 발생할 수 있다. 노드 i는 일정하게 지연된 사전 경고 메시지를
Figure pat00033
시간에 수신하고, 일정하게 지연된 경고 메시지를
Figure pat00034
시간에 수신한다고 가정한다. 노드 i에 대한 사전 경고 메시지의 지연 시간
Figure pat00035
및 경고 메시지의 지연 시간은 각각 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00036
노드 i에 대한 전체 경고 메시지의 지연 시간
Figure pat00037
및 전체 노드 n개에 대한 지연 시간
Figure pat00038
은 각각 아래의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00039
이와 같이 경고 메시지 전달에 일정한 통신 지연이 발생하는 경우 노변기는 해당 통신 지연 시간을 고려하여 지연 시간만큼 먼저 경고 메시지를 전달하는 것이 바람직하다.
도 6은 차량 네트워크 시스템에서 충돌 예측을 위한 과정(300)에 대한 절차 흐름도의 예이다. 도 6은 노변기가 하나의 보행자 단말과 두개의 차량단말(차량단말 1 및 차량단말 2)과 통신하는 과정에 대한 예이다.
먼저 교통 제어 센터(TCC)는 노변기(RSU)에 해당 노변기의 위치, 해당 노변기가 위치한 주변 도로 세그먼트에 대한 정보 및 도로의 트래픽 통계 정보를 전달한다(301). 노변기는 자신의 위치를 주변의 차량 단말 및 사용자 단말로부터 수신한 위치 정보와 비교하면서 차량 단말 및/또는 사용자 단말의 이동 방향을 파악할 수 있다. 노변기는 또 주변 도로 세그먼트에 대한 정보가 필요하다 노변기는 어떤 지점에 건널목이 있는지, 차량이 이동하는 도로 네트워크에 대한 정보, 보행자가 이동하는 보도 네트워크에 대한 정보 등이 필요하다. 주변 도로 세그먼트는 노변기가 차량 단말과 보행자 단말이 충돌가능한 지점을 결정하는데 사용될 수 있다. 도로 네트워크에 대한 정보는 일정의 맵(map) 데이터일 수 있다. 트래픽 통계 정보는 전술한 차량 단말 및 보행자 단말에 대한 경로 지체의 평균값
Figure pat00040
및 경로 지체의 표준 편차
Figure pat00041
등과 같은 정보를 의미한다.
노변기는 주변에 제1 AF(Advertisement Frame)를 브로드캐스팅한다(311, 312 및 313). AF는 광고 메시지에 해당한다. 제1 AF는 노변기가 주변 노드들에게 노변기에게 자신(노드)의 단말 등록을 요청하는 메시지에 해당한다. 제1 AF를 수신한 보행자 단말은 자신의 RF(Registration Frame)를 노변기에 전달한다(316). 차량 단말 1은 자신의 RF를 노변기에 전달한다(315). 차량 단말 2는 자신의 RF를 노변기에 전달한다(317). RF는 각 단말에 대한 식별자(ID)를 포함한다.
RF를 수신한 노변기는 자신의 주변에 존재하는 노드들(RF를 전달한 노드들)에 대한 리스트를 생성한다(321). 노변기는 각 노드들에 대한 정보를 이후 관리하기 위해 기본적으로 노드들을 식별할 수 있는 리스트 내지 테이블을 생성한다.
노변기는 제2 AF를 주변 노드에 브로드캐스팅한다(331, 332 및 333). 제2 AF는 주변 노드에 각 노드의 이동성(위치, 이동 속도 및 이동 방향 등)에 대한 정보를 요청하는 메시지에 해당한다. 제1 AF와 제 2 AF는 하나의 AF로 합쳐서 단말의 등록 및 이동성 정보 요청을 동시에 수행할 수 있다.
제2 AF를 수신한 단말은 MF(Mobility Information Frame)를 노변기에 전달한다(335, 336 및 337). MF는 각 단말(차량 단말 1, 차량단말 2 및 보행자 단말)의 이동에 대한 정보를 포함한다. 예컨대, MF는 각 단말의 현재 위치, 이동 방향, 이동 속도, 이동 경로 등을 포함할 수 있다. 한편 노변기는 주기적으로 각 단말로부터 현재 위치를 포함하는 MF를 수신하여 각 단말의 이동 방향 및 이동 속도에 대한 정보를 추정할 수도 있다.
노변기는 자신이 교통 제어 센터(TCC)로부터 수신한 도로 세그먼트 정보, 트래픽 통계 정보를 기반으로 각 단말이 수신한 이동성 정보(MF)를 이용하여 모든 가능한 단말 쌍에 대한 충돌 가능성을 판단한다(341). 도 6에서 노변기는 i)차량단말 1과 보행자 단말 쌍 및 ii) 차량단말 2와 보행자 단말 쌍에 대한 충돌 가능성을 판단한다. 한편 노변기는 전술한 바와 같이 차량 단말과 보행자 단말에 대한 통신 스케줄링을 수행할 수 있다(341). 예컨대, 노변기는 충돌 가능성이 없는 단말에 대해서는 슬립 모드에 들어가게 하고, 충돌 가능성이 있는 단말에 대해서도 일정한 시간 구간 동안 슬립 모드에 들어가게 할 수 있다.
노변기는 각 단말에 대한 통신 스케줄링을 수행하고, 각 단말에 스케줄 정보를 전송한다(351, 352 및 353). 이제 각 단말은 수신한 스케줄 정보에 따라 노변기 또는 경우에 따라서 다른 단말과 통신을 수행하게 된다.
도 6에서 스케줄 정보를 수신한 차량 단말 1은 일정한 시작 시간에 슬립 모드에 들어가고(361), 보행자 단말도 시작 시간에 슬립 모드에 들어가고(362), 차량 단말 2도 시작 시간에 슬립 모드에 들어간다(363). 이후 보행자 단말과 차량 단말 1은 슬립 모드에 들어간 후 t1 시간 후에 동시에 깨어난다(371 및 372). 노변기가 시작 시간 + t1 후에 보행자 단말과 차량 단말 1이 충돌할 가능성이 있다고 341 과정에서 판단한 경우에 해당한다. 노변기는 이제 깨어난 보행자 단말 및 차량 단말 1에게 경고 메시지를 전송한다(375 및 376). 노변기는 전술한 바와 같이 각 단말에 사전 경고 메시지를 전송하고, 이후 경고 메시지를 전송할 수도 있다.
차량 단말 1과 보행자 단말은 충돌 지점을 벗어난 시점이 되면 보행자 단말은 슬립 모드에 들어갈 수 있고(381), 차량 단말 1도 슬립 모드에 들어갈 수 있다(382).
이후 보행자 단말과 차량 단말 2가 충돌할 가능성이 있는 지점에 가까워지면(예컨대, 시작 시간 + t2 시간), 보행자 단말 및 차량 단말 2는 각각 깨어날 수 있다(391 및 392). 노변기는 차량 단말 2에게 경고 메시지를 전달하고(395), 보행자 단말에게 경고 메시지를 전달할 수 있다(396). 일반적으로 차량의 속도가 빠르므로 충돌 가능성에 대한 경고 메시지를 보행자보다 차량에 먼저 알릴 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 차량 네트워크 시스템
110A, 110B, 110C, 110D : 차량 단말
120A, 120B : 보행자 단말
150A, 150B : 노변기
180 : 교통 제어 센터
210A, 210B, 210C, 210D : 차량 단말
220 : 보행자 단말
250 : 노변기

Claims (16)

  1. 차량에 위치하여 차량의 위치, 차량의 이동 방향, 차량의 이동 속도 및 차량의 이동 경로를 포함하는 그룹인 차량 이동 정보 중 적어도 하나를 무선 네트워크를 통해 노변기에 전달하는 차량 단말;
    보행자가 소지하며 보행자의 위치, 보행자의 이동 방향, 보행자의 이동 속도 및 보행자의 이동 경로를 포함하는 그룹인 보행자 이동 정보 중 적어도 하나를 상기 무선 네트워크를 통해 상기 노변기에 전달하는 보행자 단말; 및
    상기 무선 네트워크로 수신한 상기 차량 이동 정보 및 상기 보행자 이동 정보를 기반으로 상기 차량과 상기 보행자의 충돌 가능성을 판단하고, 충돌이 예상되는 경우 충돌에 대한 경고 메시지를 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 전달하는 노변기를 포함하는 충돌 예측을 수행하는 노변기를 이용하는 차량 네트워크 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 상기 경고 메시지를 받는 시간까지 슬립(sleep) 모드에 들어가도록 제어하는 충돌 예측을 수행하는 노변기를 이용하는 차량 네트워크 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 상기 차량과 상기 보행자가 기준 시간동안 충돌하지 않는다고 판단하면, 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 상기 기준 시간동안 슬립(sleep) 모드에 들어가도록 제어하는 충돌 예측을 수행하는 노변기를 이용하는 차량 네트워크 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 별도의 서버로부터 상기 노변기가 위치하는 도로 세그먼트에 대한 트래픽 정보를 수신하고, 상기 트래픽 정보에 기반하여 상기 차량 및 상기 보행자가 기준 지점까지 이동하는데 소요되는 시간을 고려하여 상기 충돌 가능성을 판단하는 충돌 예측을 수행하는 노변기를 이용하는 차량 네트워크 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 별도의 서버로부터 상기 차량의 이동 경로 또는 상기 보행자의 이동 경로 중 적어도 하나를 수신하는 충돌 예측을 수행하는 노변기를 이용하는 차량 네트워크 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경고 메시지는 제1 경고 메시지와 제2 경로 메시지로 구분되고, 상기 노변기는 상기 제1 경고 메시지를 상기 차량과 상기 보행자가 충돌 가능한 시점으로부터 제1 시간 전에 전달하고, 상기 제1 경고 메시지 전달 후에 상기 제2 경고 메시지를 상기 충돌 가능한 시점으로부터 제2 시간 전에 전달하는 충돌 예측을 수행하는 노변기를 이용하는 차량 네트워크 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 감마 분포에 기반한 아래의 수식을 사용하여 상기 차량과 상기 보행자의 충돌 가능성을 판단하는 충돌 예측을 수행하는 노변기를 이용하는 차량 네트워크 시스템.
    Figure pat00042

    (
    Figure pat00043
    는 보행자 i와 차량 j의 충돌 가능성, 는 보행자 i가 현재 위치부처 충돌 가능한 지점까지의 경로 지체,
    Figure pat00044
    는 차량 j가 현재 위치부터 충돌 가능한 지점까지 경로 지체,
    Figure pat00045
    로서
    Figure pat00046
    는 도로 세그먼트의 평균 경로 지체값이고 x는 현재 위치로서 도로 세그먼트 입구에서 현재 오프셋(offset)까지의 거리값이고,
    Figure pat00047
    은 도로 세그먼트의 길이값, f(p)는 보행자의 경로 지체에 대한 PDF값, g(v)는 차량의 경로 지체에 대한 PDF값,
    Figure pat00048
    은 충돌이 발생할 수 있는 시간을 의미함)
  8. 노변기가 관리하는 도로 세그먼트에 위치하는 차량 단말로부터 무선 네트워크를 통해 제1 위치 정보를 수신하고, 상기 도로 세그먼트에 위치하는 보행자 단말로부터 상기 무선 네트워크를 통해 제2 위치 정보를 수신하고, 상기 제1 위치 정보 및 상기 제2 위치 정보를 이용하여 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말의 충돌 가능성을 판단하고, 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 상기 경고 메시지를 받는 시간까지 슬립(sleep) 모드에 들어가도록 메시지를 송신하고, 상기 슬립 모드에 들어간 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나가 정상 모드로 돌아오면 충돌에 대한 경고 메시지를 전달하는 충돌 예측을 수행하는 노변기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차량 단말로부터 차량의 이동 방향, 차량의 이동 속도 및 차량의 이동 경로 중 적어도 하나를 더 수신하고, 상기 보행자 단말로부터 보행자의 이동 방향, 보행자의 이동 속도 및 보행자의 이동 경로를 포함하는 그룹인 보행자 이동 정보 중 적어도 하나를 더 수신하는 충돌 예측을 수행하는 노변기.
  10. 제8항에 있어서,
    별도의 서버로부터 상기 노변기가 위치하는 도로 세그먼트에 대한 트래픽 정보를 수신하고, 상기 트래픽 정보에 기반하여 상기 차량 및 상기 보행자가 기준 지점까지 이동하는데 소요되는 시간을 고려하여 상기 충돌 가능성을 판단하는 충돌 예측을 수행하는 노변기.
  11. 제8항에 있어서,
    별도의 서버로부터 상기 차량의 이동 경로 또는 상기 보행자의 이동 경로 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 이동 경로를 더 이용하여 상기 충돌 가능성을 판단하는 충돌 예측을 수행하는 노변기.
  12. 도로 네트워크에 위치하는 노변기가 제1 광고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 노변기의 상기 제1 광고 메시지를 수신한 차량 단말 및 보행자 단말로부터 등록 정보를 수신하는 단계;
    상기 노변기가 상기 등록 정보를 이용하여 상기 차량 단말 및 상기 보행자 단말에 대한 리스트를 생성하는 단계;
    상기 노변기가 제2 광고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 노변기가 상기 제2 광고 메시지를 수신한 상기 차량 단말 및 상기 보행자 단말로부터 이동성 정보를 수신하는 단계;
    상기 노변기가 상기 이동성 정보를 이용하여 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말의 충돌 가능성을 판단하는 단계;
    상기 노변기가 충돌 가능하다고 판단되는 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말에 대한 통신 스케줄 정보를 생성하여 브로드캐스팅하는 단계; 및
    상기 노변기가 상기 스케줄 정보에 따라 슬립 상태에서 정상 상태로 돌아온 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 경고 메시지를 브로드캐스팅하는 단계를 포함하는 노변기를 이용하여 차량과 보행자의 충돌을 경고하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이동성 정보는
    차량 단말의 위치, 차량 단말의 이동 방향, 차량 단말의 이동 속도 및 차량단말의 이동 경로를 포함하는 그룹인 차량 이동 정보 및 보행자 단말의 위치, 보행자 단말의 이동 방향, 보행자 단말의 이동 속도 및 보행자 단말의 이동 경로를 포함하는 그룹인 보행자 이동 정보를 포함하는 노변기를 이용하여 차량과 보행자의 충돌을 경고하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 노변기는 별도의 서버로부터 상기 노변기가 위치하는 도로 세그먼트에 대한 트래픽 정보를 수신하고, 상기 트래픽 정보에 기반하여 상기 차량 단말 및 상기 보행자 단말이 기준 지점까지 이동하는데 소요되는 시간을 고려하여 상기 충돌 가능성을 판단하는 노변기를 이용하여 차량과 보행자의 충돌을 경고하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 스케줄 정보는 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나에 상기 경고 메시지를 받는 시간으로부터 기준 시간 전까지 슬립(sleep) 모드에 들어가고, 상기 경고 메시지를 받기 전에 정상 모드로 복구하라는 정보를 포함하는 노변기를 이용하여 차량과 보행자의 충돌을 경고하는 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 노변기가 상기 차량 단말과 상기 보행자 단말이 충돌하지 않는다고 판단한 경우 상기 스케줄 정보는 기준 시간 동안 또는 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말이 상기 노변기의 통신 가능 구역에 위치하는 시간 동안 상기 차량 단말 또는 상기 보행자 단말 중 적어도 하나가 슬립 모드에 들어가라는 정보를 포함하는 노변기를 이용하여 차량과 보행자의 충돌을 경고하는 방법.
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