본 논문에서는 지능형 교통망 시스템 서비스에 사용하는 5.8GHz 대역에서 OFDM을 이용한 단거리 전용 통신 시스템의 성능을 분석하였다. 현재의 DSRC 시스템은 1Mbps 이상의 데이터 서비스가 어려울 것으로 예상되므로 개선도니 변복조방식이 요구된다. OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 보호구간의 삽입을 통하여 ISI를 방지할 수 있으므로 고속 데이터 전송에 적합하다. 따라서, 본 논문에서는 데이터 변조 방식으로는 IEEE 802.11a에 근거한 부 반송파의 수가 64개인 QPSK변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템을 모델링 하고, 도플러 천이 효과를 고려한 Clark & Gans 페이딩 환경에서 성능을 분석하였다. 또한 페이딩 환경에서는 성능의 열화 정도가 크기 때문에 이를 극복하기 위해 채널 예측기를 사용하여 채널 응답을 근사적으로 예측${\cdot}$보상하였다.
한국도로공사는 2015년부터 전국 톨게이트 간 DSRC기반 통행 소요시간 예측정보를 제공하고 있다. 통행 소요시간 예측정보는 고속도로 이용자들의 합리적인 노선 결정을 지원하여 정체상황을 최소화 시킬 수 있다는 측면에서 공공데이터로서 신뢰도가 보장되어야 하며 지속적인 품질관리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 국내외 선행연구를 통해 통행 소요시간 예측정보 평가를 위한 측정지표 기준을 고찰해보았으며, 한국도로공사에서 운영하고 있는 전 노선을 대상으로 소요시간 예측정보를 정량적으로 평가해 보았다. 더불어, 예측오차에 원인을 파악하기 위해 EDA 분석을 수행하였다. 대부분의 노선에서 제공되는 예측정보의 신뢰성은 해당 기준을 충족시키는 것을 알 수 있었다. 다만 다수의 구간으로 구성된 장대 노선의 경우 일부 소수의 구간에서 과대 또는 과소 추정오차 발생이 노선 전체의 예측 정보 신뢰도에 영향을 줄 수 있음을 확인하였으며, 이러한 문제 노선은 상당히 오랜 기간 존치되고 있었음을 알 수 있었다. 본 연구는 국내에서 운영 중인 거의 모든 고속도로 통행시간 예측정보를 정량적으로 평가한 첫 사례라는 점에서 의의가 있다.
연구는 국도 단속류 구간에서 DSRC로 수집한 개별차량 통행시간의 대푯값 산정 시 신뢰도를 높이는 최적 수집 간격을 결정하는데 목적이 있다. 이를 위하여, 단속류 구간에서 수집되는 가장 대표적인 개별차량 통행시간의 분포인 양봉형태의 비대칭 분포를 따르는 수집데이터를 활용하고 개별차량 통행시간의 수집 간격 크기를 변화시켜 MSE(Mean Square Error)를 추정함으로 오차가 최소가 되는 최적 수집 간격 크기를 결정한다. MSE 산정을 위한 편의 추정식은 비대칭 분포에서도 활용이 가능한 t-분포의 최대 추정 오차식을 활용하였다. 최적 수집 간격 분석을 위한 데이터 수집 간격은 단속류 구간에서 신호정지로 데이터 수집이 정상적으로 결측 되는 1-2분 수집 간격은 제외하고, 3분 이상의 수집 간격만을 대상으로 하였다. 데이터 수집 시 결측을 발생시키는 수집 간격은 결측 데이터 보정처리 과정에서 또 다른 오차를 유발하게 되어 배제하였다. 분석결과 MSE가 최소가 되는 최적 수집 간격은 3-5분이며, 통행시간 증가 시 최적 수집 간격은 3분으로 짧아짐을 확인하였다. 시스템 운영의 효율성과 통행시간 대푯값 산정의 신뢰도 향상을 모두 고려할 때 기본 수집 간격은 기존과 같이 5분으로 운영하고, 정체 시는 3분으로 수집 간격을 줄여 운영하는 것이 효과적일 것으로 사료된다.
하이패스 단말기의 확대 보급에 따라 DSRC 교통정보시스템이 지방부 도로를 중심으로 확대 설치되고 있다. 그러나 지방부 도로의 경우 고속도로와 달리 단말기 장착차량이 많지 않아 프로브 표본수가 충분하지 않는 경우가 종종 발생한다. 이 경우 프로브 통행시간은 적은 샘플수로 인해 많은 변동이 발생하고 이는 교통정보 오차를 증가시킨다. 본 연구는 부족한 샘플수로 인해 발생하는 통행시간 단기변동을 완화하여 신뢰성 있는 교통정보를 수집 제공하기 위해 프로브 통행시간 데이터에 이동평균, Loess, Savitzky-Golay 등 평활화 기법을 적용하였다. 그 결과, 낮은 샘플링(5%) 환경에서 통행시간 오차가 원시자료에 비해 45%까지 감소하는 결과를 보였다. 본 연구결과는 국내에서 운영 중인 프로브 기반 교통정보시스템에 적용되어 교통정보 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
ITS 기반기술 분야인 통신기술이 DSRC, CDMA, 무선랜(Wireless LAN) 등으로 다양화됨에 따라 ITS 서비스의 종류 및 기능도 점차 확대될 것으로 예상되고 있다. 이에 다양한 ITS 서비스를 제공받기 위해 ITS 서비스 제공에 사용되고 있는 여러 통신기술이 하나의 통합단말기에서 운영될 수 있도록 지원할 수 있는 표준플랫폼에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있고 최근 표준플랫폼 OBU(On Board Unit)이 최근 제작과 시현도 하였다. 하지만 개발된 표준플랫폼 OBU(On Board Unit)의 표준적합성에 대한 확인이 반드시 필요하며 이에 실제 ITS 시스템에서 효율적으로 동작되는 것을 보증하고 표준기술의 활용성을 높이기 위해서는 표준기술을 구현하여 충분한 기능 및 운영테스트를 거칠 필요가 있다. 이에 본 논문에서는 개발된 표준플랫폼 OBU(On Board Unit)의 표준적용을 위해 시험도로를 구성하고 테스트하였다.
본 연구는 건설교통부 ITS R&D 사업 「신호교차로 내 딜레마구간 차내경고시스템 개발」 과제로써 첨단차량 및 도로 분야(AVHS)의 운전자지원 및 충돌방지시스템 분야로서 신호교차로 내에서 단독 혹은 차량군으로 진입하는 차량들에게 신호변경 시 운전자가 정지 혹은 진입의 의사결정을 안전하게 내릴 수 있도록 신호제어기의 변경정보를 단거리전용무선통신(DSRC)를 통해 실시간으로 사전에 경고를 주는 차내경고시스템을 개발하였다. 본 시스템의 연구개발은 ITS 연구개발을 통한 시스템 통합 및 구축을 실현함으로써 ITS에 대한 대국민 의식전환으로 국내 ITS 산업발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.
최근 높은 스마트폰 보급율과 ITS (intelligent transportation systems) 인프라 확충 등 정보통신기술(information and communications technology, ICT) 이용 활성화로 실시간 교통정보의 수집원이 증가하였다. 이렇게 다양하게 수집되는 실시간 교통정보의 정확도는 VDS(vehicle detection system), DSRC (dedicated short-range communications), GPS (global positioning system) probe와 같은 다양한 교통정보 수집원별 시공간 혹은 교통상황 등 다양한 환경에 따라 다르게 나타날 수 있다. 본 연구의 목적은 이질적 교통정보가 동시에 수집될 경우, 실시간 교통정보의 정확도를 향상시키기 위한 융합 전략의 제시에 있다. 이를 위해 고속국도(892.2 km, 227개 링크), 일반국도(937.0 km, 2,074개 링크)를 대상으로 주행 조사를 실시하였으며, 해당 링크 및 시간대에 probe 차량 5대의 평균 통행속도는 실시간 교통정보 수집원별(VDS or DSRC, GPS-based A, B) 정확도 평가의 기준 혹은 참값으로 활용되었다. 결과적으로 제시된 융합 전략에 대한 정확도 개선 효과는 일반국도에서 1개 수집원을 제외하고 모두 통계적으로 유의한 것으로 나타났으며, 향후 다양한 기관으로부터 서비스되는 실시간 교통정보가 동시에 연계되는 환경에서 보다 정확한 교통정보 서비스의 가능성을 확인하였다.
ATMS는 양방향통신이 가능한 DSRC 통신방식을 이용하여 기지국을(RSE) 통과하는 하이패스장착차량과 통신하며, 두 지점간 동일한 ID를 가지는 차량의 RSE 통신시간 자료를 활용하여 구간별 통행시간을 산출하고 있다. 도시부 통행의 특성은 신호교차로로 인하여 수집 주기에 따라 통행시간이 매우 불규칙하지만 직전 수집 주기의 데이터만 사용하는 기존 통행시간 가공 방법으로는 현재 통행시간을 추정하기가 어려웠다. 본 연구에서는 직전 수집주기의 데이터 뿐 아니라 해당 시간대의 과거데이터인 패턴데이터를 퓨전하여 가공하는 방법을 분석하였다. 분석 대상 구간은 전주시 주간선도로 기능을 하고 있는 백제대로로 선정하였으며, 수집데이터의 이상치제거 및 패턴데이터 구축 등은 기존 연구방법을 활용하였다. 분석결과 실시간 데이터(20%), 패턴 데이터(80%)의 비율로 추정한 데이터와 해당 주기에 통행한 데이터의 평균 오차값(절대값)이 37.5s이며, t-검증을 통한 검증 결과 95%의 유의수준에서 최소인 것으로 분석되었다. 따라서 직전 수집 주기에 수집된 데이터와 해당 시간의 패턴데이터를 활용하여 통행시간을 추정하는 방법이 시내부 통행시간 가공방안으로 적합하다고 판단된다.
본 논문에서는 능동주파수방식의 단거리 무선통신 기술을 이용하여 고속도로 교통관리시스템에 적용할 수 있는 교통정보 수집 및 제공용 기지국 안테나를 설계하였다. 능동 DSRC는 5.8GHz 고주파수를 중심주파수로 사용하고 있는 기술로서 전파의 직진성이 매우 강해 주행 차량간 물리적인 전파 shadowing이 발생 할 경우가 많다. 이러한 열악한 통신환경에서도 정확한 교통 정보의 수집 및 제공을 할 수 있는 안정된 통신 링크를 구성하고 다양한 차로수 및 통신반경 등 도로환경에 적용할 수 있도록 안테나의 설치위치 및 이를 고려한 빔 패턴을 설계하였다. 본 논문에서는 통신링크 환경을 고려하여 중심주파수 5.8GHz, 입력손실은 75MHz대역에서 -17dB, 축비는 1.5:1, 안테나 이득은 12.2dBi, 빔패턴은 수평반치각 $55^{\circ}$, 수직반치각 $26^{\circ}$의 특성을 갖는 $2{\times}4$배열 마이크로스트립 안테나를 설계, 제작하였으며 차량간의 물리적 조건에 따른 전파 shadowing을 피하기 위한 안테나의 최소 설치 높이는 14m로 설계하였다.
하이패스 단말기를 이용한 교통정보수집 및 전달 시스템에 관하여 기술하였다. 최근 하이패스 이용자들이 급격히 증가하면서 차량단말기(OBU)의 보급도 증가하여 현재는 100만대에 육박하고 있다. 이미 보급되어 사용 중인 하이패스 시스템을 가지고 효율적인 교통정보를 수집하기 위해서는 하이패스 시스템의 프로토콜과 송수신되는 명령 및 데이터들을 심도 있게 연구해 볼 필요가 있기 때문이다. 현재까지 하이패스 단말기를 이용한 교통정보수집 시스템을 구축하기 위해서는 통신의 중장거리 확보 기술과 주파수 문제, 프라이버시에 관한 법적인 문제 등 해결되어야 할 사항이 남아 있지만 조속한 시일 내에 해결할 것으로 전망된다. 본 연구에서는 하이패스 시스템과 연동하여 교통정보를 수집할 수 있는 방안과 운전자에게 도로상황을 전달할 수 있는 알고리즘을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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