자율주행 교통안전시설 정보제공을 위한 교통안전표지 IoT 응용프로토콜 개발 및 검증방안 연구
- 주제(키워드) 자율주행차 , IoT 교통안전 정보 무선통신 , 교통안전시설 IoT
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이철기
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 건설교통공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000030720
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 자율주행차(autonomous vehicle, AV) 기술개발 및 실증 주행 중 동적정보시스템, 카메라, 라이다 등 차량 센서의 외부환경 오인식 사고 발생으로 인한 자율주행차의 도로교통 안전 확보한계가 확인되고 있다. 자율주행차의 외부환경 인지 방식이 갖는 한계를 개선하기 위하여 교통 안전표지 정보를 사물인터넷(internet of things, IoT) LoRa 무선통신을 이용하여 제공하는 방안을 제안하며, 자율주행차에 신뢰성 있는 교통안전표지 정보제공을 위한 성능 평가 방안 설계 및 성능 평가를 통한 자율주행차 적용방안에 관한 연구를 진행하였으며 본 연구 결과를 요약하면 아래와 같다. 첫째, 교통안전 시설물 중 교통안전표지를 규제 중요성과 현장 적용성의 복합 기준에 따른 IoT 적용 서비스 대상 유형을 선정하고 정보제공 IoT 교통안전표지를 정의하였다. 교통안전표지 정보제공을 위한 무선통신 방식을 비교 검토하여 적합한 IoT LoRa 기반 IoT 응용프로토콜 설계/개발하였다. 둘째, 실도로 환경에서의 신뢰성 있는 교통안전표지 IoT 정보제공을 위한 기술적 요구사항과 기능/성능 검증방안에 대한 공인성능평가 방법 검토를 통하여 실험방법론을 설계하였다. 실내실험과 실외실험으로 아래와 같이 구분하였다. (1) 실내실험: IoT 응용프로토콜 연계 실험, 열충격 환경 무선통신 정확도 (2) 실외실험: 배터리 충전, 거리/높이별 무선통신 정확도, 악천후 무선통신 정확도, 주행 성능 실험 방안을 제시하였다. 셋째, 경찰청 연구개발과제의 IoT 장치를 통한 IoT 응용프로토콜 제공, 무선통신 성능 실험용 고정형 IoT 정보수집 장치, 차량 주행 성능 실험용 이동형 IoT 정보수집 장치 등을 활용하여 성능 검증실험을 진행하였으며 요약 결과는 아래와 같다. (1) 교통안전표지 IoT 응용프로토콜 연동 시험 성공, 태양열 배터리 충전 효율 40% (2) 실도로 및 실외 환경 통신거리(100m∼300m) 및 우천 환경 데이터 통신 성공률 96%, 열충격 장비(챔버)를 이용한 –40℃∼+85℃의 IoT 응용프로토콜 제공 장치의 데이터 통신 성공률 98% (3) 자율주행차 정보제공을 위한 실험 차량 주행 중(50km/h, 70km/h, 90km/h) 무선통신 데이터 정상 수신 결과를 확인하였다. 넷째, 교통안전표지 IoT 응용프로토콜 제공 효율성 검증을 위하여 교통 안전 시설물 안전 기준을 적용하여 운전자 판단 반응거리와 선행거리에 따른 필요 주행 속도별 거리(50km/h: 128.60m, 70km/h: 252.06m, 90km/h: 416.57m)보다 충분히 안전한 주행 판단을 할 수 있는 무선통신 정보제공 거리(50km/h: 470.30m, 70km/h: 496.07m, 90km/h: 802.13m)를 확인하였으며, IoT 응용프로토콜 제공으로 안전한 주행 지원 효과가 있다고 판단된다. 자율주행 상용화를 대비한 정밀지도와 연계된 실시간 교통안전표지 정보 및 IoT LoRa 기반 도로 조건, 기상 조건으로 일어날 수 있는 실시간 정보를 향후 연구개발을 통하여 자율주행차에 동적 정보제공 시 더욱 안전한 자율 주행이 가능할 것이다. 마지막으로 자율주행차 실용화 전 본 연구를 통한 사전 검증을 실시하면 교통안전표지의 본 기능인 도로 이용자 안전을 도모하고, IoT 기술 도입을 통하여 교통안전 시설물관리 운영의 효율성 증진과 미래 지향적 기술 확보가 가능할 것으로 기대된다.
more초록/요약
In this study, the limit of securing road traffic safety of autonomous vehicles due to misrecognition of the external environment of vehicle sensors such as dynamic information systems, cameras, lidar, etc. during the development and demonstration of autonomous vehicle (AV) technology is confirmed. In order to improve the limitations of the autonomous vehicle's external environment recognition method, we propose a method of providing traffic safety sign information using Internet of things (IoT) LoRa wireless communication, and reliable traffic safety for autonomous vehicles. The design of a performance evaluation method for providing information on the cover and a study on the application plan of autonomous vehicles through performance evaluation were conducted. First, among traffic safety facilities, the type of IoT application service was selected according to the complex criteria of regulatory importance and field applicability for traffic safety signs, and IoT traffic safety signs were defined. We designed/developed a suitable IoT LoRa-based IoT application protocol by comparing and reviewing wireless communication methods for providing traffic safety sign information. Second, the experimental methodology was designed by examining the technical requirements for providing reliable traffic safety sign IoT information in the real road environment and the certified performance evaluation method for the function/performance verification method. It was divided into indoor and outdoor experiments as follows. (1) Indoor experiment: IoT application protocol connection experiment, thermal shock environment wireless communication accuracy (2) Outdoor test: Battery charging, wireless communication accuracy by distance/height, wireless communication accuracy in bad weather, and driving performance test methods were presented. Third, performance verification experiments were conducted using IoT application protocols provided through IoT devices of the National Police Agency's R&D project, fixed IoT information collection devices for wireless communication performance experiments, and mobile IoT information collection devices for vehicle driving performance experiments. (1) Traffic safety sign-road mark IoT application protocol linkage test success, solar battery charging efficiency 40% (2) Real road and outdoor environment communication distance (100M∼300M) and rainy environment data communication success rate 96%, -40℃∼+85℃ IoT application protocol using thermal shock equipment (chamber) data communication success rate 98% (3) The result of normal reception of wireless communication data was confirmed while the test vehicle was driving (50km/h, 70km/h, 90km/h) to provide autonomous vehicle information. Fourth, in order to verify the effectiveness of the traffic safety sign IoT application protocol, the driver's judgment response distance and the distance by required driving speed according to the preceding distance (50km/h: 128.60m, 70km/h: 252.06m, 90km/h: 416.57m), the wireless communication information providing distance (50km/h: 470.30m, 70km/h: 496.07m, 90km/h: 802.13m) that can make a sufficiently safe driving decision, and IoT application protocol It is judged that there is an effect of providing safe driving support. Real-time traffic safety sign-road mark information linked with precision maps for the commercialization of autonomous driving, IoT LoRa-based road conditions, and real-time information that can occur due to weather conditions are provided for safer autonomous driving when providing dynamic information to autonomous vehicles through future research and development. It will be possible. Lastly, the safety of road users, the main function of traffic safety signs, is promoted through pre-verification through this study before commercialization of autonomous vehicles. The introduction of IoT technology is expected to improve the efficiency of traffic safety facility management and to secure future-oriented technologies.
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구 배경 및 목적 1
제2절 연구 내용 및 방법 3
제2장 이론적 고찰 4
제1절 자율주행차 시스템 현황 4
제2절 교통안전시설 현황 17
제3절 국내·외 IoT 기술 동향 24
제3장 IoT 응용프로토콜 개발 35
제1절 개요 35
제2절 교통안전표지 분류 및 우선순위 정의 36
제3절 IoT 응용프로토콜 설계 및 개발 67
제4장 IoT 응용프로토콜 성능 검증 84
제1절 IoT 응용프로토콜 제공 장치 84
제2절 성능 평가 방법론 95
제3절 성능 평가 실험 시나리오 101
제5장 IoT 응용프로토콜 성능 검증 연구 결과 121
제1절 IoT 응용프로토콜 성능 검증 평가 결과 121
제2절 자율주행차 데이터 활용방안 150
제6장 결론 및 향후 연구과제 151
제1절 결론 및 한계점 151
제2절 향후 연구과제 153
참고 문헌 154
부 록 157
ABSTRACT 178
