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UAV 기반 소형 곤충의 위치 추정 및 추적 시스템에 대한 현장 평가
김보성 ( Bosung Kim ),주찬영 ( Chanyoung Ju ),손형일 ( Hyoung Il Son ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1
소형 외래곤충은 토착종을 희소종으로 전락 혹은 소멸시켜 생물 다양성을 감소시킨다. 따라서 생물 다양성 보호 및 생태계 관리를 위해 소형 곤충의 추적이 대두되고 있다. 최근 이동 차량과 모바일로봇을 이용한 시스템이 추적 방법으로 연구되고 있다. 사전 연구에서, 지상 로봇의 기동성 한계를 해결한 항공 로봇(UAV) 기반의 위치 추정 알고리즘 및 추적 시스템을 개발하였다. UAV 시스템은 Radio-Telemetry 기반 안테나 및 송신기와 확장 칼만 필터를 이용해 RSSI(수신신호강도)를 측정하고, 타겟의 위치를 추정 및 추적한다. 본 연구는 개발된 시스템의 위치 추정 및 추적 성능을 검증 및 평가하기 위해 이동성, 추적성, 필드 실험을 수행하였다. 첫 번째, 이동성 실험은 송신기 부착 시 곤충의 움직임에 미치는 영향을 파악하기 위해 수행되었다. 딱정벌레가 일정 공간 내에서 송신기가 부착된 경우와 미부착된 경우의 이동 경로, 거리, 속도를 비교하였으며, 실험결과 큰 차이가 없음을 확인하였다. 두 번째, 제안한 시스템의 2차원 추적 방법이 곤충의 3차원 움직임에 대해 추적 가능성 여부를 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 이를 위해, UAV의 높이를 3, 5, 7, 10m로 변화하여 케이지 안에서 움직이는 딱정벌레에 대해서 위치추정 오차를 측정하였다. 실험 결과, 위치추정 오차는 높이에 따라 통계적 유의미한 차이가 없으며, 본 시스템의 추적성에 대한 검증을 실시하였다. 마지막, 필드 실험은 실제 야외 환경에서 위치 추정 및 추적 성능을 평가하였다. UAV는 일정 고도를 유지하며 고정된 송신기를 추적하도록 설계하였다. UAV는 특정 위치에서 90°씩 회전함으로써 4개의 RSSI를 측정하며 가장 큰 값을 Target의 방향으로 인식하고 추정된 상대 거리만큼 이동한다. Target과의 상대 거리가 일정 거리까지 감소하면 추적이 종료되며, 실험 결과 Target과 상대거리가 약 20~50m로 소형 곤충 추적에 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 본 연구를 통해 제안한 시스템의 성능을 정량적으로 평가하였으며, 소형 곤충에 대해 추적 가능성을 제시하였다.
Apache Spark을 이용한 병렬 DNA 시퀀스 지역 정렬 기법 구현
김보성(Bosung Kim),김진수(Jinsu Kim),최도진(Dojin Choi),김상수(Sangsoo Kim),송석일(Seokil Song) 한국콘텐츠학회 2016 한국콘텐츠학회논문지 Vol.16 No.10
Smith-Waterman(SW) 알고리즘은 DNA 시퀀스 분석에서 중요한 연산 중 하나인 지역 정렬을 처리하는 알고리즘이다. SW 알고리즘은 동적 프로그래밍 방법으로 최적의 결과를 도출할 수 있지만 수행시간이 매우 길다는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해서 다수의 노드를 이용한 병렬 분산 처리 기반의 SW 알고리즘이 제안되었다. Apache Spark을 기반으로 하는 병렬 분산 DNA 처리 프레임워크인 ADAM에서도 SW알고리즘을 병렬로 처리하고 있다. 하지만, ADAM의 SW 알고리즘은 Smith-Waterman 이 동적프로그래밍 기법이라는 특성을 고려하지 않고 있어 최대의 성능을 얻지 못하고 있다. 이 논문에서는 ADAM의 병렬 SW 알고리즘을 개선한다. 제안하는 병렬 SW 기법은 두 단계에 걸쳐 실행된다. 첫 번째 단계에서는 지역정렬 대상인 DNA 시퀀스를 다수의 파티션(partition)으로 분할하고 분할된 각 파티션에 대해서 SW 알고리즘을 병렬로 수행한다. 두 번째 단계에서는 파티션 각각에 대해서 독립적으로 SW를 적용함으로써 발생하는 오류를 보완하는 과정을 역시 병렬로 수행한다. 제안하는 병렬 SW 알고리즘은 ADAM을 기반으로 구현하고 기존 ADAM의 SW와 비교를 통해서 성능을 입증한다. 성능 평가 결과 제안하는 병렬 SW 알고리즘이 기존의 SW에 비해서 2배 이상의 좋은 성능을 내는 것을 확인하였다. The Smith-Watrman (SW) algorithm is a local alignment algorithm which is one of important operations in DNA sequence analysis. The SW algorithm finds the optimal local alignment with respect to the scoring system being used, but it has a problem to demand long execution time. To solve the problem of SW, some methods to perform SW in distributed and parallel manner have been proposed. The ADAM which is a distributed and parallel processing framework for DNA sequence has parallel SW. However, the parallel SW of the ADAM does not consider that the SW is a dynamic programming method, so the parallel SW of the ADAM has the limit of its performance. In this paper, we propose a method to enhance the parallel SW of ADAM. The proposed parallel SW (PSW) is performed in two phases. In the first phase, the PSW splits a DNA sequence into the number of partitions and assigns them to multiple nodes. Then, the original Smith-Waterman algorithm is performed in parallel at each node. In the second phase, the PSW estimates the portion of data sequence that should be recalculated, and the recalculation is performed on the portions in parallel at each node. In the experiment, we compare the proposed PSW to the parallel SW of the ADAM to show the superiority of the PSW.
어린이 보호구역 및 노인 보호구역의 현행 보행평가 비교 연구
김보성(KIM, BoSung),육영진(YURK, YoungJin),서원호(SUH, WonHo) 대한교통학회 2017 대한교통학회 학술대회지 Vol.76 No.-
본 연구는 교통약자 보호구역을 평가할 수 있는 방법론에 대하여 기존 방법론을 비교하고, 실제 보호구역 평가에 적용하고, 적용한 결과를 바탕으로 기존 보호구역 평가 방법의 타당성을 검토하고 이에 대한 시사점을 제시하였다. 먼저, 교통약자 보호구역에 관련된 법규, 제도 및 지침을 고찰하고 이를 바탕으로 어린이 보호구역 및 노인 보호구역을 포함한 교통약자 보호구역의 보행평가에 필요한 평가 지표를 선정하였다. 국내 보행과 관련된 평가 방법론으로 보행교통 개선지표 수립 지침과 장애물 없는 생활환경 인증제도의 평가방법을 실제 교통약자 보호구역에 적용하였으며, 각 평가지표를 비교하여, 시사점을 도출하였다. 기존 보행평가 기법들의 비교를 통해 기존 기법들의 한계점을 파악하고, 개선할 수 있는 부분을 제시하였다.