터널 안 측위를 위한 센서 실험과 기압 기반 가상 주행 (2021-12)

터널 분기점의 안내 공백

내비게이션은 현재 위치를 정확히 알아야 정확한 지점에서 정확한 방향으로 안내할 수 있습니다. 원문이 꼽은 측위 방법은 세 가지입니다. 위성 신호로 삼각 측량하는 GPS, 기지국과 와이파이와 블루투스의 무선 신호, 그리고 센서로 이동 거리와 방향을 계산하는 추측 항법입니다.

터널에서는 GPS가 위성을 보지 못합니다. 특히 곤란한 곳은 터널 안의 분기점입니다. 원문은 강남순환고속도로 사당 과천 진출로를 예로 듭니다. 터널이 끝나자마자 분기점이 나와서 미리 차선을 바꾸지 않으면 지나치거나 급하게 차선을 바꿔야 합니다. 지금은 터널 위치를 모르니 진입 시점에 안내를 하는데, 터널이 길거나 운전자가 집중하지 않으면 그대로 직진할 가능성이 높다고 합니다.

목표와 후보 센서

목표는 두 가지였습니다. 음영 구간 안내를 더 분명히 해서 경로 이탈을 줄이는 것, 그리고 정확한 수집 과정 없이도 알고리즘이 돌도록 클라우드 소싱으로 설계하는 것입니다. 센서 수집 앱을 만들어 출퇴근 때 데이터를 모아 모델을 세우는 방식으로 접근했습니다.

후보는 조도, 진행 방향(자이로), 압력, 기지국 정보 네 가지였습니다.

센서별 개념 검증

주로 남산터널에서 시험했고 결과는 갈렸습니다.

• 조도: 진입과 진출의 변화는 보이지만 터널 안에서는 흔들리기만 하고 뚜렷한 패턴이 없어 위치 확인이 어려웠습니다.
• 기지국: PCI와 TAC가 순서대로 들어오는 것은 확인했습니다. 다만 기지국 간격이 200~500m라서 값을 곧바로 절대 위치로 바꿀 수 없었고, 신호 강도는 단말 모델마다 달랐습니다.
• 진행 각도: 하행은 선형으로 변해 지점을 짚을 수 있었지만 상행은 변곡점이 하나뿐이라 쓸 수 없었습니다.
• 기압: 측정할 때마다 절대값은 크게 달랐으나, 같은 터널에서는 같은 패턴이 나왔습니다. 남산터널은 양 끝이 높고 가운데가 낮았습니다.

기압과 가상 정답 데이터

원문은 터널이 배수 때문에 경사를 갖도록 설계된다는 점에서 출발합니다. 인제양양터널은 1.95도씩 내려가고, 양 끝의 고도 차이가 약 200m라고 합니다. 높이 차이는 곧 압력 차이입니다.

문제는 정답 데이터였습니다. 실제로 달려 보지 않고는 정답 세트를 얻을 수 없는데 전국 터널이 약 2700개라 모두 수집하는 것은 불가능했습니다. 그래서 수집 데이터로 가상 정답을 만들었습니다.

거리는 진입 속도와 진출 속도의 단순 평균 속도, 통과 시간과 길이로 구한 터널 내 평균 속도로 만든 2차 함수를 합쳐 가상의 통과 속도를 얻습니다. 고도는 절대값이 필요 없고 상대값이면 모델링이 되므로, 터널 진입 시 압력을 기준압력으로 삼아 현재 압력과 비교해 계산했습니다.

적용 결과

원문 영상은 두 가지 주행을 나란히 보여 줍니다. 기존 티맵은 정해진 속도로 가상 주행을 하고, 새 로직은 속도가 계속 변하면서 실제 주행과 거의 비슷하게 출구에 도달합니다. 원문은 정량적인 오차 수치를 밝히지 않았습니다.

터널 말고 일반 위치 측위 방식은 위치 측위 방법에서 이어서 다룹니다.