1. 서 론
2. 관련 연구 및 동향
2.1. V2X 단말기
2.2. 자동차용 사고기록장치
2.3. 디지털 운행기록장치
2.4. 교통사고 긴급통보장치
3. 장치별 데이터 항목 및 해상도 분석
3.1. 장치별 데이터 항목 도출 참조
3.2. 장치별 데이터 해상도 분석
3.3. 장치별 데이터 수집 기록 구간 분석
4. 장치별 실차 기반 데이터 수집 시험
4.1. 실차 기반 데이터 수집 환경 구성
4.2. 데이터 수집 및 모니터링 시스템
4.3. 데이터 수집 결과
5. 결 론
1. 서 론
자동차 내부에 장착되어, 차량 운행 정보와 다양한 신호 및 센서 데이터의 수집이 가능한 전장 장치로는 V2X(Vehicle-to-Everything) 단말기, 자동차용 사고기록장치, 디지털 운행기록장치, 교통사고 긴급통보장치, 커넥티드카 시스템 등이 있다. 이와 같은 장치들은 각각의 이용 목적이 서로 다르지만, 모두 자동차의 안전 운행, 차량 거동(물리적인 움직임) 또는 교통사고 분석 등과 관련된 자동차의 주행 정보 및 센서 데이터를 수집한다는 공통점이 있다.
전술한 장치들은 향후 자동차에 기본 장착될 것으로 예상되며, 정부는 V2X 단말기 및 교통사고 긴급통보장치의 KNCAP(Korea New Car Assessment Program) 정보공개, C-ITS(Cooperative Intelligent Transport Systems) 사업 확대, 그리고 2027년 융합형 자율주행기술 상용화 기반 구축을 목표로 관련 정책을 추진할 계획이다. 따라서 V2X 단말기의 필요성이 점점 높아지고 있다.(1) 또한 디지털 운행기록장치는 EU 및 우리나라 등 여러 국가에서 상용차 의무 장착 단말로 분류되어 완성차 제작 단계에서 차량에 기본 설치되고 있다. 최근에는 자동차의 상태를 원격에서 조회하거나 제어할 수 있는 서비스 이용을 위하여 커넥티드카 시스템 장착 비율이 높아지고 있다.
자동차 전장 기술 및 교통 체계의 지속적인 발전 및 성능의 고도화로 실시간 차량 거동 특성 분석 및 운행 정보의 활용 또는 교통사고 분석 등 사후 활용 범위가 넓어지고 있어서, 이와 같은 자동차와 관련된 정보 활용 및 분석에 이전보다 훨씬 많은 데이터 항목과 해상도를 요구하고 있다. 또한, 첨단운전자보조시스템(ADAS) 및 반자율주행 시스템 장착 등으로 이전에는 흔하지 않았던 급발진 의심 사고, 차량 오동작 의심 사례 등의 발생 빈도가 증가함에 따라 여러 전장 장치의 융합 데이터를 활용하는 분석이 필요하게 되었다. 특히, 교통사고 분석의 경우 모든 차량에 EDR이 장착되는 것이 아니기 때문에 EDR이 장착되지 않은 차량의 경우, 교통사고 분석에 필요한 정보가 수집되는 단말기의 데이터를 활용하거나, 또는 EDR이 장착된 경우라도 다른 유사 전장 장치로부터 수집되는 데이터를 융합하여 분석에 이용할 필요가 있다.
본 연구에서는 표준 및 행정규칙 등으로 데이터의 배열구조가 정의되어 있는 장치인 V2X 단말기, EDR, DTG, NG e-Call 단말기를 대상으로 각 장치가 수집하는 데이터 분석을 통하여 차량의 거동, 운행 상태, 충격량 등과 같이 융합형 자율주행 및 차량 거동, 교통사고 분석에 활용할 수 있는 데이터 항목들을 장치별로 도출하고 각각의 해상도를 비교 분석하여 활용성을 판단하고, 실차 기반의 실험을 통하여 데이터 수집 여부 등을 확인하였다. 1장은 개요, 2장은 관련 연구 및 동향, 3장은 장치별 데이터 항목 및 해상도 분석, 4장은 실차 기반의 데이터 수집 시험, 5장은 결론 및 향후 연구 계획을 다룬다.
2. 관련 연구 및 동향
2.1. V2X 단말기
V2X 단말기는 V2X OBU(On-Board Unit) 또는 V2X IVS(In-Vehicle System) 라고 부르며, 주변 차량 및 신호등과 같은 교통 체계와의 실시간 정보 교환을 통한 교통사고 예방 및 차량 운행 안전성 향상을 위하여 C-ITS 또는 V2X 통신 기술을 융합하는 자율주행(Lv.4+) 기반을 지원하기 위한 것으로, 레이더(RADAR, Radio Detection And Ranging), 라이다(LiDAR, Light Detection and Ranging), 영상 카메라, 등 차량에 장착된 센서들의 감지 한계 및 인식 거리 제약을 차량과 차량간 통신 및 차량과 교통 체계 간 통신으로 보완할 수 있는 단말기다.
우리나라는 2023년에 C-V2X 통신방식을 표준으로 정하였으며, BSM(Basic Safety Message) 규격은 Table 1에서 보는 바와 같이 단체표준 SAE J2735Ⓡ V2X Communication Message Set Dictionary 및 ITSK-00100-2:2021v4 C-ITS규격-제2부: V2X 정보연계, 그리고 2023년에 제정된 국가표준 KS 6103R 1600-2:2023 협력형 자율주행 시스템을 위한 V2X 메시지 명세-제2부: 차량 안전 기본 메시지에서 각각 BSM 메시지를 정의하고 있다.(2,3,4)
Table 1.
Reference standards and administrative regulation of the data elements
2.2. 자동차용 사고기록장치
자동차용 사고기록장치는 EDR(Event Data Recorder)이라고 부르며, 차량 충돌, 추돌, 전복 등과 같은 교통사고 발생 시 사고 시점을 기준으로 일정 시간 범위에서의 차량 속도, 브레이크 동작 상태, 차량이 받은 충격량, 차량 센서 데이터 등을 수집, 기록하여 교통사고 분석에 필요한 정보를 제공하는 단말기다. 우리나라는 행정규칙으로 사고기록장치 장착 기준과 국가표준 KS R 5076 제정을 통하여 EDR에서 기록하는 데이터에 대한 정의를 하였다.(4,5)
2.3. 디지털 운행기록장치
디지털 운행기록장치는 디지털 운행기록계 또는 DTG(Digital Tachograph)라고 부르며, 차량 운행 시간 동안의 차량 속도, 위치 정보 등의 운행 정보를 기록하여 운전자의 운전 습관 및 위험 운전 행동 분석을 통한 교통사고 예방, 안전운전 유도 및 여러 가지 교통 관련 정책 수립을 위한 자료로 활용할 수 있는 데이터를 수집하여 기록하는 단말기다. 우리나라를 포함하여 EU 등의 국가에서는 법률로 상용차 및 대상 차종에 대하여 의무 장착하도록 규정하고 있다. 우리나라는 자동차 운행기록 및 장치에 관한 관리지침에서 디지털 운행기록장치에서 수집 및 기록해야 하는 데이터를 정의하고 있다.(4,6)
2.4. 교통사고 긴급통보장치
교통사고 긴급통보장치는 eCall 단말기 또는 NG e-Call IVS 라고 부르며, 차량 충돌과 같은 교통사고 발생 시 위치 정보가 포함된 사고 정보를 신속하게 PSAP(Public Safety Answering Point)으로 송신하여 골든아워(golden hour) 이내에 사고 차량의 운전자 및 탑승자의 인명 구조와 사회적 비용 손실을 최소화하는 것을 목적으로 하는 단말기다.(7) EU 표준으로 CEN–EN 15722:2015, Intelligent Transport Systems – eSafety – eCall Minimum Set of Data에서 최소사고정보(MSD) 데이터를 정의하고 있으며, 우리나라에서는 단체표준 ITSK-00106-4:2018-Cor1에서 차량긴급구난체계(e-Call)의 사고 정보 데이터 구조를, ITSK-00117-2에서 교통사고 긴급통보체계(NG e-Call)의 최소사고정보(MSD) 및 확장사고정보(ESD) 데이터를 정의하고 있다.(4)
3. 장치별 데이터 항목 및 해상도 분석
3.1. 장치별 데이터 항목 도출 참조
교통사고 분석 등과 같이 차량 거동 해석이 필요한 장치별 데이터 항목 도출은 Table 2에서 보는 바와 같이 V2X, EDR, DTG는 각 장치에 해당하는 국가표준 및 행정규칙을 참조하였으며, NG e-Call은 ITSK 단체표준을 참조하였다. 각 참조 문서에서 정의하는 데이터는 필수(Mandatory)와 선택(Option) 항목으로 구분되어 있으나, 본 연구에서는 별도로 구분하지 않고 해상도 분석에 필요한 데이터 항목은 모두 도출하여 참조하였다.
Table 2.
Administrative regulations and standards used in this study for data analysis
V2X 단말기에서 생성되어 브로드케스팅(broadcasting)되는 BSM 데이터 항목은 KS R 1600-2:2023 표준에서 정한 coreData와 partII를,(8) EDR 사고 기록은 KS R 5076:2014 표준 및 사고기록장치 장착 기준을,(9) DTG 운행기록은 행정규칙에서 정한 운행기록의 배열 순서를,(6) NG e-Call MSD 및 ESD(Extended Set of Data)는 ITSK-00117-2 단체표준을 각각 참조하였다.(10)
3.2. 장치별 데이터 해상도 분석
데이터 항목의 비교 분석을 위하여, Table 3에서 보는 바와 같이 차량 거동 분석에 활용이 가능한 차량 위치 정보, 속도, 방위각, 가속도, 브레이크 상태, ABS 상태, 가속 페달 상태, 충격량 등의 데이터 항목을 먼저 도출한 후, 각 단말기에서의 수집 가능 여부 및 해상도를 각각 분석하였다. 각 장치들의 사용 목적이 다르다 보니, 수집하는 데이터 항목에 많은 차이가 있음을 확인하였다. 또한, EDR이 수집하는 사고 기록 데이터보다, V2X 단말기의 BSM 메시지가 수집하는 데이터가 상대적으로 높은 해상도의 더 많은 데이터 항목을 수집하는 것으로 분석되었다.
Table 3.
Data resolution analysis for each device
총 53개의 데이터 항목에 대한 해상도 비교를 통하여, Fig. 1에서와 같이 V2X BSM 메시지가 36개 항목에서, EDR 사고 기록 데이터가 12개 항목에서, DTG 운행기록 데이터가 4개 항목에서, NG e-Call ESD 데이터가 13개 항목에서 상대적으로 해상도가 높은 데이터를 수집하는 것으로 분석되어, V2X BSM 메시지가 해상도 높은 데이터를 가장 많이 수집하는 것으로 분석되었다. 또한 전체 수집 항목도 40개로 가장 많은 데이터를 수집하는 것으로 확인되었다.
3.3. 장치별 데이터 수집 기록 구간 분석
Fig. 2에서 보는 바와 같이 V2X IVS 및 DTG는 차량의 시동이 켜진 IGN On부터 시동을 끈 IGN Off까지 데이터를 수집하며, EDR은 수집하는 데이터 항목별로 차이가 있지만, 교통사고 발생 –5초부터 사고 종료 시점 +0.03초 시점까지 수집 기록한다. 또한 NG e-Call에서는 교통사고 발생 시점 기준으로, 사고 전 -20초부터 사고 후 +10초 구간의 총 30포인트 분량의 데이터를 기록하여 운전자/탑승자 상해도 분석 및 교통사고 발생 상황 등을 분석하는데 참조할 수 있도록 하고 있다.
V2X IVS는 주변 차량과 교통 체계와의 정보 교환이 목적이므로 단말기 자체 비휘발성 메모리에 데이터를 저장하지는 않는다. NG e-Call도 교통사고 발생 시, 수집된 데이터를 PSAP에 전송만 하며 별도로 단말기 자체에 저장하지 않는다. EDR은 교통사고 발생 시점을 기준으로 –T1에서 +T2 구간의 데이터를 저장하며, DTG는 교통사고와 관련 없이 최대 6개월 분량의 운행기록을 저장하도록 규정하고 있다.
Table 4, 5에서 보는 바와 같이 장치별 데이터의 수집 시간 간격이 정해져 있으며, EDR은 수집 데이터 항목별로 수집 시간 간격이 다르게 구분되어 있다.
4. 장치별 실차 기반 데이터 수집 시험
4.1. 실차 기반 데이터 수집 환경 구성
실차 기반에서의 장치별 데이터 수집을 위한 환경 구성은 Fig. 3, 4에서 보는 바와 같이 구성하였다. 시험 차량 외부에 위치 정보 수집을 위한 RTK 및 GNSS 안테나를 장착하여 각각의 데이터 수집 단말기에 연결하였다.
그리고 각 단말기와 차량 인터페이스 IGN, B+, GND, CAN-H/L을 각각 연결하였다. 또한, 각각의 단말기와 데이터 수집 시스템은 RS-232 케이블로 연결하여 데이터 수집 및 분석 활용이 가능하도록 하였다. 그리고, 장치별 로우 데이터 수집을 위하여 Table 6에서 보는 바와 같이 V2X IVS, DTG, NG e-Call IVS 장치별로 동작 절차를 구현하여 시험 운용이 가능하도록 하였다. EDR은 시험환경 구성에서 제외하였다.
Table 6.
Experimental operation modes of gathering data for each device
각 장치별로 실시간 로우 데이터를 수집하여 CSV(Comma Seperated Values) 형식의 파일로 저장한 후, 본 논문 3장에서 도출한 장치별 표준에서 정의된 데이터 항목에 대한 기록 여부, 해상도 비교 확인 및 분석이 가능하도록 Fig. 5에서 보는 바와 같이 차량 내부에 데이터 수집 환경을 구성하였다.
4.2. 데이터 수집 및 모니터링 시스템
각 장치별 데이터 수집 및 파일 생성을 위한 윈도우즈 기반의 모니터링 시스템을 자체적으로 개발하여 활용하였다. Fig. 6에서 보는 바와 같이 V2X BSM 데이터의 수집 및 저장을 위한 모니터링 시스템 사용하였으며, Fig. 7에서 보는 바와 같이 DTG 운행기록 데이터를 수집 및 저장하는 모니터링 시스템, Fig. 8에서 보는 바와 같이 NG e-Call 데이터를 수집 및 저장하는 모니터링 시스템을 각각 활용하였다. 이를 통해 100 ms 주기의 V2X BSM 로우 데이터를, 1초 주기의 DTG 운행기록 데이터를, 1초 주기의 NG e-Call 로우 데이터를, 각각 실시간 수집하여 텍스트 파일 형태로 저장, 비교 분석에 활용할 수 있도록 하였다.
4.3. 데이터 수집 결과
실차 기반에서의 장치별 데이터 수집 시험을 통하여 Fig. 9, 10, 11에서 보는 바와 같이 DTG, V2X, NG e-Call 로우 데이터가 정상적으로 수집되는 것을 확인하였으며, Table 7에서와 같이 수집된 데이터의 항목과 정확도 분석 결과, 3.2절에서 전술한 바와 같이 V2X 데이터가 차량 거동 또는 동적 상태, 교통사고 융합 분석을 위한 데이터로 활용될 수 있음을 확인하였다. Fig. 9, 10, 11의 첫 번째 행은 수집 데이터 항목을, 두 번째 행은 전술한 표준에서 정한 항목과 비교 분석이 가능한 수집 항목의 해상도를, 나머지 행은 수집된 로우 데이터를 의미한다.
Table 7.
Comparative analysis of the raw data and the standard of resolution definition
5. 결 론
본 연구를 통해 융합형 자율주행 및 C-ITS 교통 환경에서 차량 거동을 분석할 때, V2X 단말기가 타 전장 장치보다 더 다양한 종류의 데이터를 수집하며, 해상도 또한 높은 것으로 나타났다. 이러한 특성으로 인해 V2X 단말기는 실시간 차량 움직임 모니터링, 교통사고 예방 및 분석 등의 분야에서 활용 가능성이 있는 것을 확인하였다.
이를 위해 V2X 단말기가 장착된 차량으로부터 수집되는 BSM 메시지를 실시간 분석하여, 주변 차량의 동적 움직임과 차량 상태 등의 정보를 ADAS, 자율주행 및 지능형 자동차 시스템에서 활용함으로써 BSM 데이터의 활용성을 높일 필요가 있다. 또한 정밀한 교통사고 분석을 위해 에어백 전개와 같은 이벤트 발생 시, 사고 시점을 기준으로 일정 시간 구간(예: 사고 발생 전후 5초)의 BSM 메시지를 V2X 단말기의 비휘발성 메모리에 기록하는 기능을 성능 기준에 적용하는 방안을 검토할 필요가 있다.
향후, 다양한 교통 시나리오 환경에서 수집한 V2X 데이터를 차량의 여러 가지 첨단운전자보조시스템과 융합하여 사용하는 경우를 선정하고, PC Crash와 같은 시뮬레이션 분석을 통하여 V2X 데이터의 융합 효율성 검증을 진행할 계획이다.
