개별 차량 속도 데이터 기반 교통혼잡비용 추정방법 개선 연구

김성민,천승훈 한국교통연구원 2019 交通硏究 Vol.26 No.3

Traffic congestion costs refer to the costs of various types of losses resulting from traffic congestion. The traffic congestion cost is estimated by adding the vehicle operation cost and the time value cost, of which the time value cost accounted for about 80%. There have been various studies at home and abroad regarding traffic congestion cost estimation, but the traffic congestion cost based on average speed is commonly estimated. However, the following limitations arise when estimating the traffic congestion cost using the average speed. First, when using average speed, errors in congestion judgment may occur. In the case where the actual congestion traffic and the normal traffic flow are mixed, the average speed may be increased by the normal traffic, and thus the traffic may be determined as a non-congestion section even though the actual congestion occurs. Secondly, if congestion is determined according to the average speed, a dichotomous error is determined that all vehicles have experienced congestion or have not experienced congestion. Third, the error of underestimation occurs when using average speed. Since the average speed is the average value of the normal speed and the congestion speed, the congestion that is generated is offset by the normal speed and the traffic congestion cost must be underestimated. In order to improve the limitations of the average speed-based traffic congestion cost estimation method, this study proposes a traffic congestion cost estimation method based on individual vehicle speed data to estimate traffic congestion more accurately. 교통혼잡비용이란 교통혼잡으로 발생하는 다양한 형태의 손실을 화폐가치로 환산한 비용을 의미한다. 교통혼잡비용은 차량운행비용과 시간가치비용을 합산하여 추정하고 있으며, 그중 시간가치비용이 약 80%로 높은 비중을 차지하고 있다. 그동안 교통혼잡비용 추정과 관련한 국내·외 다양한 연구가 있었으나, 공통적으로 평균속도에 기반한 교통혼잡비용을 추정하고 있다. 하지만 평균속도를 활용하여 교통혼잡비용을 추정하게 될 시 다음과 같은 한계가 발생한다. 첫째, 평균속도를 사용할 시 혼잡판정에 오류가 발생할 수 있다. 실제 혼잡교통류와 정상교통류가 혼재되어 있는 경우 정상교통류에 의해 평균속도가 높아져 실제 혼잡이 발생하였음에도 비혼잡 구간으로 판정될 수 있다. 둘째, 평균속도에 따라 혼잡 여부가 결정되면 모든 차량이 혼잡을 경험했거나 혼잡을 경험하지 않았다고 판정되는 이분법적 오류가 발생한다. 셋째, 평균속도를 사용할 시 과소 추정의 오류가 발생한다. 평균속도는 정상속도와 혼잡속도의 값이 평균된 값이기 때문에 발생한 혼잡이 정상속도에 의해 상쇄되어 교통혼잡비용이 과소 추정될 수밖에 없다. 본 연구는 평균속도 기반의 교통혼잡비용 추정방법론의 한계를 개선하기 위해 교통혼잡을 보다 정확히 추정해 낼 수 있는 개별 차량 속도 데이터 기반 교통혼잡비용 추정 방법론을 제안하였다.

도로선형에 대한 설계일관성 평가모형의 개발

최재성 대한교통학회 1998 大韓交通學會誌 Vol.16 No.4

본 연구는 새로운 설계일관성 검토기법의 정립을 위하여 수행되었으며, 이를 위해 속도추정 모형을 개발하였다. 본 연구를 통해 개발된 모형은 차량의 주행속도에 가장 큰 영향을 미치는 주 요소를 고려한 장점을 지니고 있다. 즉 평면곡선에서는 운전자의 시각적 판단을 기초로 등판차량의 주행속도를 추정하였다. 또한 이러한 속도추정이 승용차뿐만 아니라 트럭의 경우로 나누어 이루어짐으로써, 차종별 고려가 가능하도록 하였다. 다음은 본 연구를 통해 이루어진 결과이다. 평면곡선에서는 승용차와 트럭의 속도가 같게 추정되었으며, 시거를 통해 산정된 추정속도는 곡선반경과 밀접한 관계를 갖는다. 종단선형에서 승용차의 속도는 구배의 영향을 받지 않으나, 트럭은 구배의 영향으로 속도가 감소한다. 이 때 트럭에 작용되는 가속도는 모두 세 종류로써, 첫째, crawl speed에 도달할 때까지 작용한 가속도$(a_1)$와 둘째, crawl speed 이후 작용한 가속도$(a_2)$ 그리고 셋째, 하향구배 주행시 작용된 가속도$(a_3)$로 구분된다. Watanatade가 제시한 것과 같이 평지에서 나타나는 평면곡선의 주행속도와 구배지에서의 속도를 단순 비교 함으로써, 작은 속도의 궤적을 따라 평지에서 나타나는 평면곡선의 주행속도와 구배지에서의 속도를 단순 비교함으로써, 작은 속도의 궤적을 따라 합성선형의 속도를 추정하는 것은 합성선형이 차량의 주행속도에 미치는 영향을 간과한 것으로 판단할 수 있다. 그러나 본 모형에서는 합성선형의 영향을 고려하여 승용차와 트럭의 주행속도를 추정함으로써, 보다 현실적으로 주행속도를 추정하였다. 본 연구의 결과는 도로의 설계일관성을 검토하는데 매우 유용한 도구가 될 것이며 향후 운전자의 희망속도 결정, 감속율의 산정, 교통류의 고려, 도로설계의 전산화 자료와 연결 등을 통해 보다 실용적인 결과를 산출할 수 있을 것이다.

확장 칼만필터를 이용한 탄도수정탄의 대기속도 추정

성재민(Jaemin Sung),김병수(Byoung Soo Kim) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.5

본 논문은 회전안정성을 갖는 탄도수정탄의 대기속도 추정을 위한 필터 설계에 대하여 설명한다. 대상 시스템은 운용상의 제약(공간, 파워)으로 인하여, 대기속도 측정을 위한 센서를 사용할 수 없다. 따라서 한정된 센서를 이용한 대기속도 추정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 IMU(가속도계, 자이로)에서 측정하는 3축 가속도와 각속도 데이터만 이용하여, 대기속도 추정을 위한 필터를 설계하였다. 대상 시스템의 경우, 넓은 속도, 고도의 운용범위를 커버하기 위한 추정 필터가 필요하므로 본 연구에서는 확장 칼만필터를 설계하여 기존의 연구와의 차별성을 두었다. 확장 칼만필터 설계를 위한 자코비안 행렬은 NRF(No-roll frame)에서의 간략화된 선형모델을 이용하여 구성하였다. 최종적으로 센서 오차와 바람 모델을 포함한 시뮬레이션을 통해 그 성능을 검토하였다. 이때, 시뮬레이션은 설계한 대기속도와 각속도 모델 오차의 영향을 분석하기 위하여 네 가지 경우의 프로세스 공분산 행렬 값에 대한 영향을 분석하였다. This paper represents a filter design to estimate the airspeed of a spin-stabilized, trajectory-correctible artillery ammunition. Due to the limited power and space in operational point of view, the airspeed sensor is not installed, and thus the airspeed need to be estimated using limited sensor measurements. The only IMU measurements(three-axis specific forces and angular rates) are used in this application. The extended Kalman filter algorithm is applied since a linear filter can not cover the its wide operational range in airspeed and altitude. In the implementation of the EKF, the state and measurement equations are transformed into the no-roll frame for simple form of Jacobian matrix. The simulation study is conducted to evaluate the performance of the filter under various environment conditions of sensor noise and wind turbulence. In addition, the effect of the choice in filter design parameters, i.e. process error covariance matrices is analyzed on the performance of the estimation of airspeed and angular rates.

가변속도제어 시 주행속도 추정모형 개발

이숭봉,장현호,이영인,이기영 한국교통연구원 2015 交通硏究 Vol.22 No.1

The operating speed under variable speed limit (VSL) is changed by mixing observance and non-observance vehicles. To estimate the operating speed under VSL, this study developed a forecasting model using Markov-chains. The Markov-chain model is composed several main factors; the adjusting factor of speed distribution of two groups (α, β) and the weight factor oftwo groups (γ). To equal nearly estimation results of Markov-chain and paramics API, the threemain parameters of this Markov-chain model were calibrated using the hill-climbing method. According to control speed and the compliance rate and traffic volume under VSL, three mainparameters of this model indicated a variety of values. This study purpose presents the criteria toset control speed for operating VSL when vehicle speed control is needed due to congestion orbad weather downstream. 가변속도제어(VSL, Variable Speed Limit) 시에는 제어속도를 준수하는 차량과 준수하지 않은 차량으로 인해 통행속도의 변화가 발생하게 된다. 본 연구에서는 Markov-chain 이론을 이용하여 가변속도제어 시와 같이 이질적으로 준수/미준수로 나누어지는 교통류의 주행속도를 추정할 수 있는 모형을 개발하였다. 주행속도 추정 모형은 속도분포 조정계수(α, β)와 차량군 간의 가중치 계수(γ)로 구성하였다. 모형의 계수(α, β, γ)를 정산하기 위해 PARAMICS API 프로그램을 이용하여 가변속도제어를 구현하였고, 등산법(Hill-Climbing Method)을 활용하여 3개의 모형 계수를 정산하였다. 정산 결과 주행속도에 영향을 주는 주요 요인인 제어속도, 준수율, 교통량 수준에 따라 모형의 계수는 다양한 값을 나타내었다. 본 연구는 하류부의 정체 및 기상악화 등으로 인하여 진입하는 차량의속도제어가 필요할 때, 교통상황에 따라 운영자가 필요로 하는 목표속도(target speed)를 달성하기위해 제어속도를 설정하는데 판단하는 기준을 제시하는데 목적이 있다.

차량검지기 교통량 데이터를 이용한 고속도로 통행시간 추정 및 예측모형 개발에 관한 연구

오세창,김명하,백용현 대한교통학회 2003 대한교통학회지 Vol.21 No.5

This study aims to develop travel time estimation and prediction models on the freeway using measurements from vehicle detectors. In this study, we established a travel time estimation model using traffic volume which is a principle factor of traffic flow changes by reviewing existing travel time estimation techniques. As a result of goodness of fit test, in the normal traffic condition over 70km/h, RMSEP(Root Mean Square Error Proportion) from travel speed is lower than the proposed model, but the proposed model produce more reliable travel times than the other one in the congestion. Therefore in cases of congestion the model uses the method of calculating the delay time from excess link volumes from the in- and outflow and the vehicle speeds from detectors in the traffic situation at a speed of over 70km/h. We also conducted short term prediction of Kalman Filtering to forecast traffic condition and more accurate travel times using statistical model. The results of evaluation showed that the lag time occurred between predicted travel time and estimated travel time but the RMSEP values of predicted travel time to observations are as low as that of estimation. 본 연구는 차량검지기 데이터를 이용한 통행시간 추정 및 예측에 관한 수집기법 및 추정·예측기법의 고찰을 통해 고속도로 환경에 적합한 통행시간 추정 및 예측모형을 개발하는 데 목적이 있다. 먼저, 기존 통행시간 추정기법의 고찰을 통해 차량검지기에서 수집되는 교통데이터 중 교통류의 변동을 민감하게 포착할 수 있는 교통량을 이용한 통행시간 추정모형을 정립하고자 하였다. 기존방식인 차량검지기 속도 데이터를 이용한 통행시간과 본 연구에서 제안한 추정모형과의 비교 분석을 위해, 실측치에 거의 근사하는 통행료징수시스템의 출발지기준 통행시간을 이용하여 통행시간 산출기법의 적용성 평가를 수행한 결과, 고속도로 구간의 혼잡시 본 연구모형에 의한 통행시간 산출방식이 기존방식보다 신뢰성있는 통행시간을 제공할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 고속도로 구간의 차량통과속도가 70km/h이상일 때는 기존 차량검지기 속도데이터를 이용한 통행시간 산출방식을 적용하고 혼잡시에는 교통량을 이용한 추정모형에 의한 통행시간 산출방식을 병용하여 적용하는 것이 타당하다는 결론을 도출하였다. 통계적 모형을 이용한 교통상황의 예측과 보다 정확한 통행시간을 예측하기 위해 본 연구에서 칼만필터를 이용한 단기 예측을 수행해 본 결과, 시시각각 변화하는 고속도로의 교통류에 대해 예측력이 우수한 것으로 판단되었다.

사용자 다이나믹 추정 방법에 따른 위성항법시스템의 반송파 고장 검출 성능 분석

나경석,원대희,이은성,허문범,성상경,이영재 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

본 논문은 GPS (Global Positioning System)를 이용한 속도 추정 방법에 따른 반송파 고장 검출의 성능을 비교 분석한다. 반송파 고장 검출을 위해 사용자의 속도를 이용하였고 위치 차분을 통한 위치 도메인에서의 추정 방법과 도플러와 반송파 시간 차분 (TDCP: Time Differencing Carrier Phase)을 이용한 측정값 도메인에서의 속도 추정 방법을 소개한다. 측정값 도메인에서의 향상된 속도 추정 성능을 얻기 위해 임계 값에 따라 도플러 반송파 차분을 선별적으로 선택하는 속도 추정 방법을 제안한다. 동적 환경 수집 데이터를 이용하여 속도 추정 알고리즘 성능 분석을 하였고, 가시 위성 배열과 주변 건물 배치에 따른 반송파 변화율 잔차를 비교하여 속도 추정 알고리즘에 따른 반송파 고장 검출 성능을 분석하였다. In this paper, performances of carrier phase fault detection algorithm are analyzed by changing estimation methods of user dynamics. Position differences are used to estimate the user dynamics in position domain, while Time Differenced Carrier Phase (TDCP) and Doppler shift measurements are used in the measurement domain. For improving the estimation performance, TDCP and Doppler shift are selectively chosen by comparing with threshold. The estimation methods are evaluated by using collected GPS data under dynamic condition. Performances of fault detection are analyzed according to geometry of visible satellite, surrounding buildings and residuals.

Wind stabilized 탐색기 유도필터 설계

박장성,박상혁,김경훈,권혁훈 한국항공우주학회 2023 韓國航空宇宙學會誌 Vol.51 No.9

In this paper, we propose a guidance filter to estimate LOSR(Line of Sight Rate) of a guided weapon equipped with wind stabilizer seeker and without thrust. Use the estimation of airspeed estimation filter to compensate for the tilt angle of stabilizer from the measurements. To calculate LOSR, we adapt two stage filter. First, we calculate AOA(Angle of Attack) and AOS(Angle of Sideslpi) using airspeed estimation filter result. And then, we calculate look angle based on body axis using AOA, AOS and seeker measurements. The LOS(Line of Sight) is calculated using the look angle and attitude information, and the LOSR is estimated using the LOS. Through the proposed filter, we can apply proportional navigation guidance instead of pursuit guidance to wind stabilizer seeker and increase engagement performance against moving target. 본 논문은 Wind stabilized 탐색기가 장착된 무추력 유도무기의 시선각속도를 추정하는 유도필터 설계에 대해서 다룬다. 제안하는 유도필터는 탐색기의 측정치에서 Stabilizer의 tilt 각을 보상하기 위해 대기속도 추정 필터로 추정한 대기속도를 이용한다. 시선각속도를 추정하기 위해 2단계의 필터 구조를 이용한다. 먼저, 받음각과 미끄럼각을 계산하기 위해 대기속도 추정 필터 결과를 사용한다. 받음각과 미끄럼각을 탐색기 측정치에 보상하여 동체 기준의 지향각을 계산한다. 지향각과 자세 정보를 이용하여 시선각을 계산하고 이를 이용하여 시선각속도를 추정하도록 하고 있다. 이를 통해 Wind stabilized 탐색기가 장착된 유도무기에서 추적 유도 대신 비례항법유도가 가능하도록 하여 이동 표적에 대한 교전능력을 향상시킬 수 있다.

가속도 역수 관계식 기반의 발사체 축방향 가속도 및 비추력 추정 방법 연구

송은정(Eun-Jung Song),조상범(Sangbum Cho),선병찬(Byung-Chan Sun) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.5

본 논문에서는 위성 발사체의 외기권 비행 중 측정된 축방향 가속도의 역수 함수를 토대로 비행가속도와 비추력을 추정하는 방법에 대해서 살펴보았다. 발사체의 엔진추력이 일정한 경우, 축방향 가속도의 역수가 시간에 대해 선형적인 특성을 가진다는 점으로부터 1차식 형태로 가속도와 비추력 추정이 이루어진다. 나로호 비행시험에서 계측된 데이터에 관련 기법을 적용하여 추정 성능을 살펴보았다. This paper considers an acceleration and specific impulse estimation method based on the reciprocal function of the measured acceleration during the exoatmospheric flight of a space launch vehicle. The acceleration and specific impulse are estimated from a linear function of the reciprocal of acceleration in case of constant thrust. The estimation method is applied for the Naro flight data and the estimation performance is investigated.

인공신경망을 이용한 고속도로 기본구간 자유속도 추정모형개발

강진구,장명순,김응철,김진태 대한교통학회 2004 대한교통학회지 Vol.22 No.3

교통량 등의 도로외적인 요인을 배제한 도로의 물리적 특성이 미치는 영향으로 인하여 운전자의 주행행태가 변하는 것을 자유속도의 예측을 통하여 파악할 수 있다. 또한, 예측된 자유속도는 도로설계의 적정성 평가와 교통류 시뮬레이션 프로그램의 차량속도 입력자료에 이용될 수 있다.기존의 자유속도 예측모형들이 이용해오던 선형 및 다중회귀분석과 달리 본 연구에서는 비선형적인 특성의 표현이 가능하고 여러 가지 기술적인 응용에 통용되고 있는 인공신경망을 이용하여 자유속도를 예측하고자 하였다.고속도로 기본구간중 단곡선부를 대상으로 수집된 속도자료를 이용하여, 도로설계요소 중에서 평면종단선형을 고려하고 횡단면 구성 요소의 일부를 반영한 결과 95% 신뢰수준에서 통계적으로 유의한 자유속도 예측모형을 개발할 수 있었다.모형의 곡선 시점중점속도의 RMSE는 6.68, 10.06이고 R2는 0.77, 0.65로 기존에 개발되어있는 모형들과 비교하여 우수한 모형으로 분석되었다.모형은 곡선 시점중점에서의 속도특성을 곡선반경 등의 평면선형요소와 종단선형 요소별로 도출할 수 있으며, 연구결과는 현재 기본구간에 설계요소와 무관하게 일률 적용되는 자유속도를 도로설계요소와 관련하여 현실적으로 세분화하여 이용할 수 있는 근거를 제시하고, 나아가 설계일관성평가와 교통류 시뮬레이션에 적용할 수 있을 것으로 예상된다.

위치기반서비스를 위한 보행자의 위치추정3

이민영,김희승,이수용 한국차세대컴퓨팅학회 2009 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.5 No.4

보행자의 위치 추정은 노약자 및 장애인을 돕기 위한 필수 기술이며, GPS 신호를 받을 수 없는 지역에서 일하는 응급구조인력에게도 매우 중요한 기술이다. 실내 환경에서의 위치추정은 주행로봇분야에서 활발히 연구되고 있으 며, 가장 널리 사용되는 방법은 내부 인코더센서와 카메라, 가속도계등의 외부 센서정보를 활용하는 방법이다. 그 러나 보행자에게는 인코더와 같은 내부 센서가 없으므로 주행로봇의 경우와는 다른 방법이 필요하다. 이 논문에서 는 각속도계를 사용한 보행자 위치추정 방법에 대하여 기술한다. 가속도계 대신 각속도계를 사용하여 보행자의 걸 음걸이를 추정하였고, 이로부터 보행거리를 계산하였다. 보행자의 위치를 추정하기 위하여 필요한 정보인 방향각 은 각속도계와 지자기센서 정보를 융합하여 구하였고, 또한 각속도계의 편류오차를 줄이는 방법을 제안하였다.