근거리무선통신을 이용한 교통정보처리시스템

Abstract

고속도로 자동요금지불시스템(ETCS)인 하이패스시스템은 단거리 무선통신기술인 능동IR, RF기술을 활용하여 전국 고속도로 영업소 등에서 운영 중에 있다. 본 논문에서는 이러한 하이패스시스템에 적용된 단거리 무선통신기술 중 5.8GHz 대역의 능동RF 기술을 활용하여, 기존에 보급된 차량단말기로부터 구간교통정보를 수집․가공하고 실시간으로 변화하는 교통상황 파악이 가능하도록 연속류인 고속도로 환경에 적합한 DSRC기반의 교통정보처리시스템을 연구 개발하였다. 먼저, 국내외 ITS 분야에 적용된 DSRC 및 무선통신기술을 고찰하고, DSRC 기술에 기반을 둔 미국의 E-ZPass 등 다양한 기술이 적용되어 운영중인 교통정보시스템을 분석하여 구간검지체계를 통한 교통정보 정확도 향상을 위한 시스템 요구사항 및 개발방향을 정립하였다. DSRC 기술이 적용된 하이패스 기반 교통정보처리시스템을 개발하기 위해서 고속도로 본선의 환경조건을 고려하였으며, 하이패스 차량단말기를 장착한 개별차량의 통과시각을 기준으로 구간 통행속도 및 통행시간 생성을 기본 기능으로 설정하였고 향후 차량단말기에 교통정보제공이 가능하고, IR 통신방식을 수용이 가능하도록 고려하였다. 시스템 개발과정에서는 DSRC 교통정보처리시스템 측면과 운영자 측면에 따라 요구기능을 정의하고, 정보교환을 위한 논리 아키텍쳐와 시스템 구성을 위한 물리 아키텍처를 제시하여 전체적인 시스템을 구성하였다. DSRC 교통정보처리시스템은 응용 인터페이스와 하드웨어로 분류하였으며, 응용 인터페이스에서는 기존의 자동요금지불 응용 인터페이스를 참조하여 통신 유닛의 기능, 노변기지국의 소프트웨어 구성과 각 장치간 교환되는 정보항목 및 정보형식 등을 정의하였으며, 노변기지국과 교통정보 서버간 통신 프로토콜을 포함하였다. 하드웨어에서는 외관 및 내부구성을 포함한 각 하드웨어 장치의 구성과 구성부를 이루는 모듈에 대한 하드웨어 접속 규격을 제시하였다. 노변기지국에서 수집된 데이터는 교통정보 서버에서 교통정보로서 제공하기 위한 형태로 가공하는 과정이 필요하였으며, 이를 위해 수집된 데이터를 실제 교통상황을 대표할 수 있도록 이상치 제거, 결측 보정, 평활화 기법을 적용하는 알고리즘을 도출하였다. 교통정보 가공 알고리즘은 수집한 데이터의 상․하위 5%씩 제거 후 이상치를 판단한다. 이후 문제가 없다면 대푯값을 통해 평균통행시간을 산출한 후 구간 통행속도를 계산하며 이 데이터에서 돌발상황을 확인하거나 소통상태가 원활한지를 판단한다. 마지막으로 통행시간당 속도를 판별하여 정보제공구간의 정체를 판단한다. 시스템 개발 후, DSRC 교통정보처리시스템의 기술적 특성분석과 검증을 위하여 고속도로와 유사한 시험도로 환경인 여주 폐도에서 통신영역 및 통신특성, 정보 정확도와 안테나 구성방안에 대한 시험측정을 하였다. 하나의 안테나에서 다차로 통신영역을 설정하여 지점정보(지점속도)를 생성한 결과 RF 기술의 경우 차로별 정확한 통신영역의 길이가 다르고, 주행차량의 차로구분이 안 되는 특성으로 인하여 고속주행 시 실제 통과속도와 30% 이상의 오차가 발생하여 지점정보 정확도가 낮은 것으로 분석되었으나, 통신성공률은 95% 이상으로 매우 양호한 것으로 보여주었다. 실 도로환경에서의 현장적용과 기술검증을 위하여 경부고속도로의 서울-수원 상행구간에 시스템을 설치하여, 실제 고속도로 주행환경 하에서의 교통정보 수집 및 가공에 대한 시험을 수행하였다. 시험을 통하여 수집된 자료와 고속도로 검지기에서 수집된 구간 교통정보를 비교 분석한 결과, 지․정체 발생 시 구간별로 기존의 검지기보다 10% 이상의 절대평균 오차비율(MAPE)이 감소하는 것으로 나타났으며, 돌발상황 검지의 경우 약 40~60분 빠르게 검지하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 개발된 하이패스 기반의 DSRC 교통정보처리시스템은 기존의 지점검지 기반의 교통정보시스템에서 발생하는 오차를 감소시키고, 보다 빠르게 돌발상황을 검지할 수 있는 것으로 분석되었으며, 특히 차량단말기를 이용한 교통정보 제공 등 보다 다양하고 수준 높은 ITS 서비스 분야에 적용이 가능할 것으로 판단된다.