KR20190105962A - 보행자 안전을 위한 it 기반의 신호등 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 그 목적은 스마트폰에 특정 애플리케이션을 설치하여 횡단보도 보행 시 신호등 동작에 맞춘 시각적 또는 청각적 알림을 통해 스마트폰 사용자의 주의를 환기시킬 수 있도록 한 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템은, 사용자가 휴대하는 스마트폰에 탑재되는 Android 애플리케이션과, 도로에 설치되어 제어되면서 특정 색상으로 선택적으로 점등되는 Arduino 신호등 기기 및, 상기 Android 애플리케이션과 신호등 기기 상호 간을 연결하는 기능을 수행하는 php 서버를 포함하여 구성된다.

Description

보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템 및 그 제어방법{TRAFFIC LIGHT CONTROL SYSTEM BASED ON INFORMATION TECHNOLOGY FOR PEDESTRIAN SAFETY AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트폰에 특정 애플리케이션을 설치함으로써 횡단보도 보행 시 스마트폰의 사용에 따른 교통사고의 발생을 방지할 수 있도록 한 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최근 우리나라의 스마트폰 보급률은 계속해서 증가하고 있는 추세로서, 이는 전 세계의 스마트폰 보급률의 최고 수준이며, 특히 청소년들의 스마트폰 이용률이 급증함에 따라 여러 가지 문제들의 발생하고 있는 실정이다.

그 중, 보행중 스마트폰의 사용에 따른 주의력 상실로 인한 교통사고 발생률은 "포켓몬 고" 증강현실 게임이 출시된 이후 더욱 큰 폭으로 증가하고 있다.

즉, 길을 걸으며 캐릭터를 수집하는 게임의 특성상 보행 중에 주변 상황보다는 스마트폰의 화면에 집중하게 되는데, 이로 인해 주변에서 다가오는 차량을 확인하지 못해 교통사고를 당하는 보행자들의 수가 적지 않은 실정이다.

이에, 스마트폰을 보며 좀비처럼 걸어 다닌다는 의미에서 '스몸비'라는 신조어까지 생겨났으며, 이와 같은 스몸비들이 횡단보도 주변에 있는 경우, 교통사고의 위험으로부터 벗어날 수 있도록 이에 대한 경각심을 깨워줘야만 하는 문제점이 대두되고 있다.

국내 공개특허공보 제10-2006-0125939호 국내 공개특허공보 제10-2017-0083921호

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 스마트폰에 특정 애플리케이션을 설치하여 횡단보도 보행 시 신호등 동작에 맞춘 시각적 또는 청각적 알림을 통해 스마트폰 사용자의 주의를 환기시킬 수 있도록 한 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템은, 사용자가 휴대하는 스마트폰에 탑재되는 Android 애플리케이션과, 도로에 설치되어 제어되면서 특정 색상으로 선택적으로 점등되는 Arduino 신호등 기기 및, 상기 Android 애플리케이션과 신호등 기기 상호 간을 연결하는 기능을 수행하는 php 서버를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 Android 애플리케이션에는 1개의 Activity와 2개의 Service가 포함되며, MainActivity에서는 Service 두 개를 켜고 끄는 작업을 수행하며, BTService에서는 주변 BLE 신호등 검색작업, FirebaseMessageService에서는 알림이 수신되면 이 알림을 토스트알림, 상단바 알림, 이어폰을 착용중이라면 추가로 음성알림까지 3가지 방법을 통해 사용자에게 횡단보도 신호등에 녹색불이 켜졌음을 알려주도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 php 서버에는 push_notification.php파일과 config.php파일 2개가 저장되어 있으며, push_notification.php를 Url 뒤에 파라미터를 입력하여 실행하면 push_notiicaton.php에서는 해당 파라미터를 알림 라벨로 지정한 Firebase 알림 메시지를 작성하여 Google FCM 서버로 알림 전송 요청을 진행하고, 이때 Google FCM 서버로 요청을 보내는 과정에서 필요로 하는 Google API Key는 config.php에 저장되어 있으며, push_notification.php에서 이를 참조하여 FCM 서버로 요청을 보내도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템의 제어방법은, 신호등에 녹색불이 켜질 때 서버로 신호등의 정보를 전송하는 단계와, 신호등의 정보를 수신한 서버 측에서 수신된 정보를 알림 메시지로 작성하여 FCM 요청 전송하는 단계와, FCM 서버에서 요청된 알림 메시지를 해당 사용자 스마트폰의 애플리케이션으로 전송하는 단계 및, 상기 사용자의 스마트폰에서 신호등의 블루투스 신호를 감지하여 수신된 알림 라벨과 신호등의 이름이 일치하는지를 판단하여 상기 FCM 알림을 수신하는 단계의 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 스마트폰에 특정 애플리케이션을 설치하여 횡단보도 보행 시 신호등 동작에 맞춘 시각적 또는 청각적 알림이 해당 사용자의 스마트폰에 나타나도록 하므로서, 스마트폰 사용자의 주의를 환기시켜 횡단보도 보행 시의 교통사고 발생률을 대폭 저감시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 최근 출시되는 스마트폰과 태블릿PC에는 대부분 Bluetooth 통신 기능이 탑재되어 있다. 이 Bluetooth 통신은 크게 ‘기존 Classic Bluetooth’와 ‘저전력 Bluetooth(BLE)’로 나눌 수 있는데, 기존 Bluetooth는 Bluetooth 이어폰, 파일 전송, 자동차와 스마트폰 사이의 연결 등에 사용되는 방식으로, 배터리 소모량이 매우 큰 편이다.

반면에 BLE는 기존의 Bluetooth보다 데이터 전송속도는 느리지만 전력소모가 매우 적기에 최근 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스에서 많이 쓰이는 방식이다. 본 연구에서는 Arduino 기기에서 BLE칩셋을 장착하여 이용하게 되는데, Android 애플리케이션과의 통신에 사용될 데이터는 신호등의 일련번호로 약 10자리의 숫자로 구성되기에 1Mb 미만으로 저장된다. 이에 따라 적은 데이터 전송에도 전력 사용량이 큰 기존의 일반 Bluetooth 기술을 이용하기 보다는 비교적 전력 사용량이 작은 BLE기술을 이용하는 것이 효율적이다.

Android Application의 구조는 다양하다. 그중 가장 대표적인 두 가지는 Activity와 Service이다.

Activity는 사용자가 홈 화면에서 애플리케이션을 실행하는 등의 동작을 통해 실행되는 사용자의 눈에 보이는 화면이다. 그 예로는 카카오톡 애플리케이션의 채팅목록, 친구목록 화면을 들 수 있다.

Service는 사용자의 눈에 보이지 않고 백그라운드에서 실행되는 작업으로, 그 예로는 카카오톡 애플리케이션을 실행하지 않더라도 메시지가 도착하면 알림이 뜨는 것을 들 수 있다. Service는 거의 항상 백그라운드에서 실행되기 때문에 메모리 점유와 배터리 소모에 대한 최적화가 중요하게 여겨진다.

본 발명에서는 Activity와 Service 두 가지를 모두 활용하는데, 사용자가 Activity를 실행하고 버튼을 클릭하여 Service를 시작하거나 종료하는 구조로 이루어진다.

* RSSI값을 이용한 거리 측정

... (식 1)

...(식 2)

상기 (식 1) 및 (식 2)에서 d는 비콘까지의 거리를, n은 전파손실도를 나타낸다.

RSSI값은 Bluetooth등의 비콘 통신에서의 신호 세기를 나타내는 값으로, 이를 적절히 활용하면 비콘까지의 거리를 측정할 수 있다.

상기 (식 1) 비콘의 TxPower값과 비콘까지의 거리를 이용하여 신호세기 RSSI를 구하는 식이다. 상기 (식 1)을 변형하면 d를 구하는 (식 2)가 된다. 본 발명에서 비콘 역할을 할 Arduino 신호등 기기에는 HM-10 BLE 칩셋을 장착하였고, 이 칩셋의 TxPower는 기본적으로 59로 설정되어 있다. 전파손실도의 경우 특별한 장애물이 없는 일반적인 공간에서는 2로 계산하면 된다. 공식 2에서 TxPower에 59를, n에 2를 대입하면

와 같은 식이 구해지는데, 이 식에 RSSI값만 대입해주면 비콘까지의 거리를 구할 수 있다. 애플리케이션에서는 Service를 통해 주변 BLE기기를 하고, 이 기기의 RSSI 신호 값을 받아와 위 공식에 대입하여 거리를 구하는 방법을 이용하게 된다.

본 발명에서의 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템은, 대략 Android 스마트폰 애플리케이션과, 신호등 기기 및, php 서버 등을 포함하여 구성된다.

상기 Android 애플리케이션은 스몸비들의 공통점인 '스마트폰에 집중한다'는 점을 고려하여 특정 기능의 스마트폰 애플리케이션을 구현하여 적용시키게 된다.

상기 신호등 기기는 도로에 설치되어 있는 신호등을 활용한다.

상기 php 서버는 본 발명에서 Android 애플리케이션과 신호등 사이를 이어주는 역할을 하는 것으로서, php 프로그래밍은 Eclipse PDT를 활용하게 되며, FTP 기능을 이용하여 서버로 업로드 하였다.

상기 php 서버에서 Android 애플리케이션으로 알림을 보내는 과정에서는 Google Firebase 서비스를 활용하였으며, Firebase 서비스는 직접 개발한 애플리케이션으로 푸시알림을 전송하는 등의 서버가 필요하고 구축이 비교적 어려운 기능들을 쉽게 활용할 수 있도록 Google에서 운영하는 서비스이다.

상기 도면은 Android 애플리케이션, Arduino 신호등 기기, php 서버의 개략적인 동작 구조를 나타낸다.

상기 세 개의 구성요소들이 통합되어 서로 상호 작용하며 동작하는 구조는 하기의 도면과 같다.

* Android 애플리케이션 프로그래밍

본 발명에서 적용되는 애플리케이션에는 1개의 Activity와 2개의 Service가 포함되어 있다.

MainActivity에서는 Service 두 개를 켜고 끄는 작업을 수행하며, BTService에서는 주변 BLE 신호등 검색작업, FirebaseMessageService에서는 알림이 수신되면 이 알림을 토스트알림, 상단바 알림, 이어폰을 착용중이라면 추가로 음성알림까지 3가지 방법을 통해 사용자에게 횡단보도 신호등에 녹색불이 켜졌음을 알려주는 작업을 하게 된다.

상기 코드는 BTService.java의 일부이다. 주변 BLE 기기를 검색하고 반경 3m 이내에서 Pedetector 신호등이 검색될 경우 해당 신호등의 기기명이 알림 라벨로 지정된 알림을 수신할 수 있도록 Firebase 서버로 설정 변경 요청을 진행한다.

상기 코드는 알림을 수신하여 사용자에게 표시하는 작업을 하는 FirebaseMessageService.java의 일부이다. Firebase 서버로부터 알림이 수신되면 이 메시지를 상단바 알림, 토스트 알림, (이어폰을 착용중인 경우에만) 음성알림의 세가지 방법으로 사용자에게 표시해준다.

상기 도면의 스크린샷은 토스트 알림을 통해 녹색불이 켜졌음이 표시된 화면을 캡처한 것이다. 토스트 알림은 잠시동안 화면에 나타났다가 사라지는 알림이다.

상기 도면이 스크린샷은 상단바에 알림이 나타난 화면을 캡처한 스크린샷이다.

* php 서버 프로그래밍

상기 도면은 php 서버의 간단한 구조이다. 서버에는 현재 push_notification.php파일과 config.php파일 2개가 저장되어 있다. push_notification.php를 Url 뒤에 파라미터를 입력하여 실행하면 push_notiicaton.php에서는 해당 파라미터를 알림 라벨로 지정한 Firebase 알림 메시지를 작성하여 Google FCM 서버로 알림 전송 요청을 진행한다. 이때 Google FCM 서버로 요청을 보내는 과정에서 필요로 하는 Google API Key는 config.php에 저장되어 있으며, push_notification.php에서 이를 참조하여 FCM 서버로 요청을 보내도록 이루어진다.

상기 코드가 push_notification.php 파일의 코드이다. Google FCM 서버에 요청을 보내는 부분에서는 HTTP Post를 활용하였다.

상기 코드는 Google API key가 저장되어 있는 config.php 파일이다. 해당 API Key가 있어야만 연동된 FCM 서버로 알림 전송 요청이 보내진다.

* 신호등 기기의 Arduino 프로그래밍

상기 도면은 제작한 Arduino 신호등의 소프트웨어 작동 구조도이다. 평상시에는 적색등을 켜고 있다가 버튼이 클릭되면 WiFi 네트워크를 통해 php서버로 알림 전송 메소드를 실행하라는 요청을 전송하고, 녹색불을 점등한다.

Arduino 기기에는 HM-10 BLE칩셋과 ESP8266 WiFi칩셋이 장착되어 있는데, WiFi 칩셋은 php서버와의 통신에서 사용되며 이 통신 과정에서는 TCP통신을 활용한다.

BLE 칩셋은 따로 사용하지 않고 단지 주변 기기가 Pedetector 신호등을 검색할 수만 있게 해 두었는데, 이는 Android 애플리케이션이 주변 BLE기기를 검색할 때 Pedetedector 신호등임을 감지하여 알림 수신을 활성화할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 코드는 Arduino 소프트웨어를 프로그래밍한 코드 중 버튼이 클릭된 경우 실행되는 if 조건문만을 캡처한 사진이다. ESP8266칩셋과의 시리얼통신을 통해 php 서버로 HTTP Post를 활용한 알림 전송 메소드 실행 요청을 전송한다. 전송이 완료된 후에는 녹색불을 점등하고 5초 뒤부터는 점멸신호로 변경한 뒤 다시 5초 뒤에는 적색등으로 다시 되돌아오도록 이루어진다.

상기 도면은 Android 애플리케이션, php 서버, 그리고 신호등 하드웨어 이 세 가지가 최종적으로 연동하여 동작하는 것을 나타내는 도면이다.

한편, 본 발명에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시예들이 돌출 된다고 하더라도 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 내에 속하게 됨은 물론이다.

Claims (4)

1. 사용자가 휴대하는 스마트폰에 탑재되는 Android 애플리케이션과,
   도로에 설치되어 제어되면서 특정 색상으로 선택적으로 점등되는 Arduino 신호등 기기 및,
   상기 Android 애플리케이션과 신호등 기기 상호 간을 연결하는 기능을 수행하는 php 서버를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 Android 애플리케이션에는 1개의 Activity와 2개의 Service가 포함되며,
   MainActivity에서는 Service 두 개를 켜고 끄는 작업을 수행하며,
   BTService에서는 주변 BLE 신호등 검색작업, FirebaseMessageService에서는 알림이 수신되면 이 알림을 토스트알림, 상단바 알림, 이어폰을 착용중이라면 추가로 음성알림까지 3가지 방법을 통해 사용자에게 횡단보도 신호등에 녹색불이 켜졌음을 알려주도록 이루어진 것을 특징으로 하는 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 php 서버에는 push_notification.php파일과 config.php파일 2개가 저장되어 있으며,
   push_notification.php를 Url 뒤에 파라미터를 입력하여 실행하면 push_notiicaton.php에서는 해당 파라미터를 알림 라벨로 지정한 Firebase 알림 메시지를 작성하여 Google FCM 서버로 알림 전송 요청을 진행하고, 이때 Google FCM 서버로 요청을 보내는 과정에서 필요로 하는 Google API Key는 config.php에 저장되어 있으며, push_notification.php에서 이를 참조하여 FCM 서버로 요청을 보내도록 이루어진 것을 특징으로 하는 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템.
4. 신호등에 녹색불이 켜질 때 서버로 신호등의 정보를 전송하는 단계와,
   신호등의 정보를 수신한 서버 측에서 수신된 정보를 알림 메시지로 작성하여 FCM 요청 전송하는 단계와,
   FCM 서버에서 요청된 알림 메시지를 해당 사용자 스마트폰의 애플리케이션으로 전송하는 단계 및,
   상기 사용자의 스마트폰에서 신호등의 블루투스 신호를 감지하여 수신된 알림 라벨과 신호등의 이름이 일치하는지를 판단하여 상기 FCM 알림을 수신하는 단계의 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 보행자 안전을 위한 IT 기반의 신호등 제어시스템의 제어방법.