텔레매틱스용 임베디드 H/W의 이동통신망 전송 구현

우덕건 서울산업대학교 NID융합기술대학원 2010 국내석사

현대 사회는 정보통신 기술의 발달과 디지털 정보화, 통신 네트워크 인프라 확대로 인하여 보다 다양한 기능을 수행하는 텔레매틱스 기술이 요구되고 있으며 특히 우리나라는 세계적인 자동차 생산업체를 보유함과 동시에 세계수준의 정보통신기술을 보유하고 있기 때문에 텔레매틱스 단말기 산업에 있어서 다른 나라보다도 우위에 있다고 판단된다. 하지만 현재의 텔레매틱스 단말기는 근거리의 사용자를 위한 정보를 제공하는 서비스만을 제공하며 차량의 상태 감시 또한 사건이후 사용자의 개입에 의한 확인만이 가능하다. 따라서 본 논문에서는 차량에 사건이 발생 시 사용자가 원거리에서도 차량의 상태를 즉각적으로 확인할 수 있는 시스템의 텔레매틱스 단말기를 구현하였다. 본 논문의 텔레매틱스용 임베디드 H/W의 이동통신망 전송 구현에 관한 연구는 상용 CDMA망을 통해 SMS을 이용하여 원거리에 있는 사용자에게 차량 등의 상태를 판단하여 전송하는 임베디드 부와 차량 등의 주요 부위에 산발적으로 설치된 다양한 통신방식을 이용하는 센서들이 데이터를 통신환경에 최적화된 통신방식을 이용하여 임베디드 보드로 전송하는 센서확장보드로 구성되어 있으며 이동통신망과 연계된 텔레매틱스용 임베디드 H/W의 실제 동작 여부 확인을 통하여 검증하였다. 이동통신망과 연계된 텔레매틱스용 임베디드 H/W에 다양한 센서를 추가한다면 차량, 선박, 비행기등의 운송수단 뿐 만 아니라 인체 및 보안 및 관리가 필요한 건물 등에도 적용이 가능할 것이다. In modern society, it is required the telematics technology which can perform the various functions from the development of the telecommunication technology, digital information, and the expanding of the communication network infrastructure. Korea is in a superior position in the industry of the telematics device to other countries by having the world's leading automobile manufacturer and information communications technology. The current telematics device provide the information only for the users at short range. The user only can check the condition of the car after the accident by their direct intervention when they use the current telematics device. So, in this thesis, it implement the telematics device what the user can instantly check the condition of the car at long range when there is car accident. The research of implementation of the mobile communication by embedded hardware for the telematics is divided into two parts. The first part is the embedded board which transmit the condition of the car and other information to the user who is at a distance by the SMS through the CDMA network. Another part is the expanded sensor board. It transmit data to the embedded board by using the sensors which are installed at the major part of the vehicle through the optimized network in usual environment. The telecommunication connected telematics sensor hardware is verified in this thesis via checking the actual operation of the embedded hardware for the telematics. If various sensors are added to the telecommunication connected telematicsr hardware, it is possible to apply to many elements in our life like transportations, human body, and the buildings which need to be supervised.

실내 자율주행차를 위한 백색 LED마커 적용에 관한 연구

우덕건 서울과학기술대학교 2018 국내박사

For autonomous driving vehicles, autonomous driving ability should be grounded. The essential factors for autonomous driving vehicles are localization for locating the autonomous vehicle, autonomous driving control, path planning for safe movement, and avoidance. The position measurement and automatic driving control technology are classified as the induction line based methods and the laser scanner based location identification methods. Guided-wire system is a most used method in which autonomous vehicles such as magnetic tape, QR code (Quick Response Code), and RFID (Radio Frequency Identification) are installed on the floor in advance using a floor sensor, however, since it is installed on the floor, periodic replacement due to damage is required, and the construction cost is increased when the floor is buried. In order to solve these problems, there are different approaches in which replace the magnetic tape with a general tape, supplement it by recognizing the camera vision, or fix the problem of the copper wire change by attaching the RFID card to the floor. However, the basic problem of maintaining the sensing device installed on the bottom surface, which is represented by the guide wire of the floor, is to be improved and the efficiency is improved in terms of operation. The disadvantages of all these approaches is maintenance and expandability of the lead wire, which is a fundamental problem, have not been solved. In case of position based method, autonomous operation of autonomous driving car is operated by positioning based on laser scanner and reflector, which is more flexible and expandable than guided line method. However, this requires high performance processors and software. In addition, there is a high sensitivity to external light and disturbances to moving objects including people in the same work space. In order to solve this problem, there are some advanced approaches to reduce the sensitivity to disturbance by applying gyro sensor and encoder. However, there are limitations in solving fundamental problems of autonomous driving control such as maintaining the existing guidance line method and location-based method, such as the weak point electromagnetic wave of guided line method, sensitivity to disturbance which is a disadvantage of extensible location based method, and high initial installation cost. There are researches continuously progressing To resolve the fundamental problems of driving control of autonomous vehicles. In this paper, to overcome the disadvantages of lead-line and position-based method, we added the visible light communication control circuit with OOK modulation to the white LED lighting, converted the white LED lighting into the white LED marker with the position ID in addition to illumination. The proposed method is based on the recognition of the position of the self-propelled vehicle. The validation of the proposed white LED marker for indoor self - propelled vehicle was verified in three parts. First, as a white LED marker, it is important that the visible light transmission performance and reliability are as much as providing the location and control information to the indoor autonomous vehicle in motion as the base device for transmitting the position ID to the indoor autonomous vehicle. We measured the BER performance of the three types of white LED markers that were tested as part of this research, and the down light of 200mm diameter operating in 24V with OOK modulation scheme converged at 10^-3 and compared with the other two types of LED’s and the performance was confirmed to be very high. In addition, the DER that detects the frame of the white LED marker using the image sensor is simulated with the white LED marker RoI detection error rate using the Computer Vision Open Source Library framework. The recognition rate for the RoI setting of the white LED marker is 99% even in the environment where the SNR is 0 and the result is verified through simulation. Second, the verification of the alignment correction algorithm of the indoor autonomous vehicle using Kalman filter was verified by the simulation using line path estimation method and the error rate generated and presented in this thesis. The result compared with the case where the Kalman filter was not applied, it is confirmed that the error is less than 16 times when the final target point is reached due to the convergence and the elimination of the accumulated error. Finally, the experiment was applied by using the small indoor autonomous vehicle in the experimental environment, which was finally implemented as a frame. The driving scenario of the indoor autonomous driving vehicle was created and the indoor autonomous driving vehicle and the applicability of the white LED marker was verified. In the actual verification phase, 0.1% error occurred randomly in some sections due to disturbances such as wheel friction, small indoor autonomous vehicle structure, battery condition, etc. However, 99% scenario success rate was confirmed through the verification of scenario success rate respectively. As a result of the above tests, the research on the application of the white LED marker for the indoor autonomous vehicle has confirmed that it can be operated and applied while fundamentally solving the shortcomings of the lead wire type and location based type. 자율주행차를 위해서는 자율주행 능력이 기반이 되어야 하며, 이를 위해 필요한 필수 요소로는 자율주행 자율주행차의 위치 확인을 위한 위치측정(Localization), 자율 주행을 위한 주행제어(Driving control), 효율적이고 안전한 이동을 위한 경로계획(Path planning), 그리고 장애물 회피(Avoidance)등의 방안이 필요하다. 위의 연구 중에서도 위치측정과 주행제어 연구는 자율주행의 기반연구로 현장에 가장 많이 도입되고 있는 대표적인 방식으로는 유도선을 기반으로 한 방식과, 레이저 스캐너를 기반으로 한 위치기반 방식으로 분류할 수 있다. 유도선 방식은 자기테이프, QR코드(Quick Response Code), RFID(Radio Frequency Identification) 등을 사용하여 자율주행차의 하부에 설치되어 있는 인식용 센서를 기반으로 미리 바닥 위에 설치되거나 바닥에 매립된 전자기선을 따라 운행하는 방식이다. 안정적이면서 반응속도가 빠르지만, 바닥 위에 설치되어 있기 때문에 지속적인 주행으로 인해 발생하는 손상에 따라 주기적인 교체가 필요하고 바닥 매립식일 경우 구축비용이 상승하게 된다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 자기 테이프를 일반 테이프로 교체하고 이를 카메라 이미지센서를 통해 인식하거나 또는 RFID 카드를 바닥에 부착하여 동선 변경의 문제점을 보완하는 기법이 다수의 논문들을 통해 제안되었으나, 근본적으로 바닥면에 인식용 센서를 부착하는 방식을 유지하면서 운용적인 면에서 효율성을 개선하고자 하여 근본적인 문제점인 유도선의 유지보수 필요성, 확장성의 한계 등의 단점은 해결되지 못하였다. 위치기반 방식의 경우 레이저스캐너와 반사판을 기반으로 위치측위를 하여 자율주행차의 자율운행을 운영하는 방식으로 유도선 방식에 비해 유연성 및 확장성이 좋지만 유도선 방식에 비해 고가의 센서를 현장에 다수 설치 및 적용하여야 하며 고성능의 프로세서와 소프트웨어를 필요로 한다. 또한 외부 빛 및 동일한 작업공간에서 사람을 포함한 이동체에 대한 외란 민감도가 높다. 따라서 이를 해결하기 위하여 자이로센서, 엔코더 센서 등을 적용하여 외란에 대한 민감도를 낮추어 정확도를 확보하고자 하는 연구논문들이 있다. 하지만 기존의 유도선 방식과 위치 기반 방식을 유지하며 유도선 방식의 단점 전자파, 확장성 위치기반방식의 단점인 외란에 대한 민감도, 높은 초기 설치비용과 같은 근본적인 문제점을 해결하기에는 한계점이 있기 때문에 이를 해결하기 위한 연구가 필요한 실정이다. 이에 본 논문에서는 유도선 및 위치 기반 방식의 단점을 보완하고자 백색 LED 조명에 OOK 변조를 위한 제어회로를 추가하여, 백색 LED 조명을 위치 ID가 부여된 백색 LED 마커로 변환하였으며, 백색 LED 마커를 기반으로 한 실내 자율주행차의 위치 인식 및 주행 제어 기법에 대해 제안 및 검증 하고자 한다. 본 연구를 통해 제안한 실내 자율주행차를 위한 백색 LED 마커 적용성에 관한 검증은 크게 3부분으로 나누어 검증을 진행하였다. 첫 번째, 백색 LED 마커로서 실내 자율주행차에 위치 ID를 송신 장치하는 기반 장치로서 움직임이 있는 실내 자율주행차에 정보를 제공하는 만큼 송신 성능과 신뢰성 중요하다. 이에 따라 실험을 진행하였던 3가지 방식의 백색 LED 마커에 대한 BER 성능을 측정하였으며, 최종적으로 적용된 OOK 변조 방식이 적용된 24V의 200mm 지름의 다운 라이트가 10-3에서 수렴하며, 다른 2가지 방식에 비하여 성능이 우수한 것으로 확인하였다. 또한 이미지 센서를 활용하여 백색 LED 마커의 프레임을 검출하는 DER 그래프의 경우 컴퓨터비젼 오픈소스 라이브러리를 활용한 RoI 검출 오류율로 시뮬레이션 하였으며, SNR이 0인 환경에서도 백색 LED 마커의 RoI설정을 위한 인식율이 최대 99%인 것을 시뮬레이션을 통해 검증 하였다. 두 번째, 칼만필터를 통한 실내 자율주행차의 보정 알고리즘 검증으로 직진경로추정과 이때 발생하는 에러율 2가지 측면에서 시뮬레이션을 통해 검증하였으며, 칼만필터를 적용하였을 경우가 아닐 경우에 비해 직진 경로 예측을 통한 수렴과 이에 따른 누적오차제거로 인하여 최종 목표점에 도달 하였을 경우 약 16배 에러가 적은 것을 확인 하였다. 세 번째 최종적으로 프레임으로 구현한 실험환경에서 실내 자율주행차를 이용하여 앞서 제시한 알고리즘을 적용하여 실험을 진행하였으며, 최종적으로 실내 자율주행차의 주행 시나리오를 작성하고 시나리오에 따른 실내 자율주행차를 위한 백색 LED 마커 적용성을 검증하였다. 실제 검증 단계에서는 휠의 마찰과 실내 자율주행차의 구조, 배터리 상태 등 외란으로 인하여 일부 구간에서 0.1%의 오류가 랜덤적으로 발생하였지만, 99%의 시나리오 성공률 확인을 통하여 동작성 및 적용성을 검증 하였다. 위의 검증들을 종합한 결과 실내 자율주행차를 위한 백색 LED 마커 적용에 관한 연구는 유도선 방식, 위치기반 방식이 가지고 있던 단점들을 근본적으로 해결하면서도 운행 및 적용이 가능함을 확인하였다.