5조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 융합형 카메라 하우징 설계 및 위험방지 알람 APP 제작

영문 : Convergence type camera housing design and risk prevention alarm APP production

과제 팀명

대장부

지도교수

강인혜 교수님

개발기간

2020년 8월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 고**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 노**

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 박**

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 표**

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 함**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

행정안전부 과제로서 ‘한국건설기술연구원’을 포함한 공동연구기관에서 진행하는 ‘도로교통안전을 위한 AI 교통안전 시스템 실증기술’ 프로젝트에 이용할 카메라 하우징을 ‘에이치브레인’사와 협력하여 설계한다. 또한 하우징 내 보행자 및 차량을 인식하는 융합 센서가 전달하는 정보와 도로 위 보행자 및 운전자의 모바일 폰으로부터 얻는 정보를 이용하여 위험 여부를 판단하고 위험 표출 방안으로서 이용자의 모바일 앱을 통해 위험 상황을 알리는 시스템을 개발한다.

개발 과제의 배경 및 효과

도로교통공단의 2018년 스쿨존 내 어린이 교통사고의 사고 유형별 통계를 보면 어린이 보호구역 내 교통사고는 ‘횡단 중’에 발생하며 이는 전체 사고의 약 63%에 해당한다.

또한 TAAS의 2016~209년 차대사람 교통사고의 사고 유형별 통계를 보면 ‘횡단 중’발생하는 사고의 비율은 약 54~56%로 전체 사고 유형에서 가장 높은 비율을 차지한다. 어린이 보호구역뿐만 아니라 일반적인 도로의 교통사고 발생 횟수에서도 ‘횡단 중’발생하는 사고의 비율은 높다.

현재 ‘횡단 중’발생하는 교통사고율을 낮추기 위한 방안으로는 주행 신호등에 설치된 감시 카메라를 통한 횡단보도 내 자동차의 제한속도 감시나 보행자 신호등이 빨간 불일 때 보행자가 횡단하려 하는 경우 소리를 통한 위험 표출 등이 있다. 이외에도 운전자의 내비게이션을 통한 제한속도 안내 등 간접적으로 사고를 예방하는 방안 등이 있다. 이러한 방안들의 공통점은 카메라나 적외선 센서들이 감지한 차량이나 보행자의 위치를 기반으로 한다는 것이다. 지금의 교통사고 예방 시스템들은 카메라나 센서 등을 통해 얻어진 차량이나 보행자의 위치 정보를 서로 연결하지 않는다. 운전자에게는 차량의 위치정보만을 바탕으로 구간의 제한속도 등을 알리며, 보행자에게는 횡단보도 내 보행자의 위치정보만을 바탕으로 위험을 알려줄 뿐이다. 이는 차량과 보행자가 통과하는 횡단보도 내 실제로 발생할 수 있는 위험에 대해서는 알려줄 수 없다. 실시간으로 발생할 수 있는 사고에 대해서 알림을 발생시키기 위해서는 횡단보도 주변의 차량과 보행자의 위치정보들의 연결이 필수적이며 이는 실시간으로 이루어져야 한다. 본 프로젝트는 이러한 문제를 해결하기 위해 차량과 보행자의 위치를 실시간으로 탐지하는 융합센서를 설계하고 이로부터 얻은 정보를 연결하여 보행자 및 운전자에게 발생할 수 있는 위험을 알리는 시스템을 개발하려고 한다. 이를 통해 실제 도로 및 횡단보도 내 상황을 고려하지 않은 채 위험을 알리는 기존 방식에서 실시간으로 상황을 감지하여 위험을 알릴 수 있도록 한다. 교통사고의 높은 비율을 차지하는 ‘횡단 중’ 발생하는 사고율을 줄일 수 있다면 교통안전을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 추후에 다양한 장소에 설치가 용이한 융합센서 설계를 통해 횡단보도뿐 아니라 어린이 보호구역이나 교통사고가 빈번한 구간 등의 교통사고율을 낮출 수 있을 것으로 기대한다.

개발 과제의 목표와 내용

1. 차량 및 보행자용 카메라 하우징 설계

차량용, 보행자용 카메라 하우징에는 각각 2개의 모듈이 들어가 융합형 센서의 역할을 해낼 것이다. 따라서 각각 2개의 모듈이 설치되어 원활히 역할을 해낼 수 있는 하우징을 설계할 것이다. 가장 먼저 하우징의 기능으로써 내부의 모듈들이 안전하게 보호될 수 있도록 구조적인 안전성을 고려할 것이고, 방열, 방수, 방진 설계를 통해 각 모듈이 적합한 환경 속에서 정상적인 작동을 할 수 있도록 할 것이다. 또한 부수적으로 기존의 투박한 모델과는 달리 사람들로 하여금 누군가에게 감시가 되고 있다는 인상이 아니라 누군가로부터 지켜지고 있다는 편안한 느낌을 줄 수 있도록 모델링을 진행할 것이다. 추가로 프로젝트가 아직 개발 단계에 있는 것을 고려하여 특정 모듈에만 적합한 하우징이 아닌, 모듈 단위로 손쉽게 교체가 가능할 수 있어 비용적인 측면에서 우수한 설계를 진행할 예정이다.

2. 위험표출 시스템 제작

차량용 카메라에 설치된 레이더가 차량의 속도와 위치를 파악하고, 보행자용 카메라의 적외선 카메라는 횡단보도에서 보행자의 위치를 파악할 것이다. 이 위치정보를 위험 판단 알고리즘에 이용하여 보행자 및 운전자에게 발생할 수 있는 위험 여부를 판단한다. 위험 여부 판단 시에는 한양대학교에서 개발 중인 위험 판단 알고리즘과 협력 업체 내 CPU 및 서버를 이용할 예정이다. 위치정보는 정확하고 실시간으로 판단되는 것이 중요하므로 레이더 및 카메라를 통한 위치정보 파악에 있어 적은 오차와 빠른 반응속도가 요구된다. 보행자 및 운전자가 위험하다고 판단되면 휴대폰 앱을 통해 위험을 표출할 예정이다. 실용성을 위해 앱은 백 그라운드 상태에서도 작동하는 것이 요구되며 위험 상황 발생 시 빠르고 직관적이게 이용자에게 알림을 주는 것 또한 요구된다.

관련 기술의 현황

State of art

• 하우징 설계

카메라의 역할과 설치되는 환경에 따라 카메라 하우징의 형태가 바뀌며, 각 하우징 종류와 사용방법을 이해하기 위해서는 사용 목적과 사용될 카메라 및 렌즈의 정확한 파악이 가장 중요하다.

1. 스피드 돔형 하우징

화각 변동의 신속성과 기동성이 필요한 곳에 알맞은 형상이며, 외부로 구동부가 크게 나타나지 않고 구형의 디자인을 가져 구동부 걸림이나 부식, 노후화로 인한 장애요소도 훨씬 적은편이고 크기에 따라 IR Blaster를 대량으로 장착하거나 IR LASER를 올리기도 한다. 한 대의 카메라만으로 정밀한 추적과 광범위한 탐색이 가능하다.

2. 돔형 하우징

주로 실내에서 사용되며 카메라에 BNC선, 전원선만 달려 있는 CCTV로 실내에는 거의 돔형 하우징을 사용한다. 실내에서 사용되기에 방수 기능은 뛰어나지 않으며 진동에도 취약하다. 또한 초점은 고정거리 초점인 경우가 많으며 화각의 초기 조정 범위에 제약이 크므로 설치 및 시공 시 사전에 카메라의 촬영 범위를 검토해야한다.

3. 박스형 하우징

주로 특정 기능을 제공하는 카메라를 박스형 하우징에 담아 사용하는 형태이며, 대표적으로 열 영상을 감지하기 위한 적외선 카메라, 매우 밝은 곳을 촬영하기 위한 카메라를 위한 하우징 형상이다. 외부에서 많이 사용되는 대표적인 하우징이며, 여러 가지 카메라를 사용할 때 적절한 형상이지만 크기가 큰 단점이 있다.

4. 총알형 하우징

카메라 하우징 자체가 방수방진이 되도록 제작되어 실내 및 실외에 그대로 부착이 가능한 카메라를 총알형 하우징이라 한다. 크기가 다양한 라인업이 준비되어 있고, 제공하는 성능 범위 역시 가장 넓다. 고정된 시야각과 고정된 초점 범위를 가지며 돔 카메라에 비해 시공 후 조정에도 좀 더 관용도를 가지므로 시공 난이도가 낮다는 장점이 있다. 그러나 카메라가 노출되어 있으므로 카메라 파손에 취약하고, 보완에 더 많은 신경을 써야 한다.

• 하우징 방열, 방진 & 방수 설계

카메라가 정상 동작하며, 그 기능을 최대한 발휘하기 위해서는 적당한 온도와 습도를 유지하는 것은 필수적이다. 또한 미세먼지나 빗물 등으로 인해 렌즈기능을 떨어뜨려 카메라의 초점 조절에 영향을 줄 수도 있으므로 이를 방지할 방진, 방수설계는 필수이다. 대부분의 CCTV 하우징은 위치나 환경적으로 사람의 출입이 어려운 곳이 많으므로 사용처의 환경에 따른 제약을 극복하기 위해 이러한 설계에 많은 시간을 사용해야 한다.

1. 방열 설계

(1) 열반도체 소자를 이용한 전자 냉각 방법

열전 반도체 N-Type소자에(+) P-Type소자에 (-) 전류가 흐르면, 전자들은 P-Type 소자 쪽에서 N-Type 소자 쪽으로 이동하게 되고 냉접점 쪽은 열을 흡수하면서 온도가 떨어지게 된다. 반도체 열전소자를 이용한 냉각 방식으로 전원공급만으로 냉각과 가열이 가능합니다. 오염원이 없어 환경 친화적이며, 고온, 분진, 습기에 의한 장애를 동시에 해결할 수 있다.

2. Air Cooler 냉각방식을 이용한 온도 조절

단열처리 된 2중의 하우징 뒷면에 Vortex Tube를 부착하여 냉각하는 방식으로 내부의 온도 컨트롤러에 의해 설정온도 범위 내 에서는 공급 Air를 차단하도록 구성되어 있으며, 냉각 후 배출되는 공기로 전면유리를 퍼지 할 수도 있는 기능이 있다. Vortex Tube로 인해 발생하는 Vortex Air로 인해 Cooler 한쪽으로는 차가운 공기가 토출되고 다른 한쪽으로는 뜨거운 공기가 배출되는 원리를 이용한다.

3. 열선과 Fan을 이용한 온도 조절

온도 컨트롤러, 온도 센서, Fan, 열선을 한 모듈로 하는 온도 제어 시스템을 통해 온도 센서에서 하우징의 온도가 특정 온도이상으로 올라가면 Fan을 가동시키고, 특정온도 이하로 내려가면 열선을 가동하여 하우징 안에 온도를 유지한다. 결빙과 습기로 인한 카메라 렌즈의 기능 장애가 생길 경우 원격으로 작동하여 문제를 빠르게 해결한다.

4. 방진 & 방수 설계

외부에 설치되는 하우징의 경우 빗물과 미세먼지로 인한 카메라 기능 상실을 막기 위해 IP66을 기준으로 방수, 방진 설계를 한다. 기본적으로 제품을 구성하는 재질은 알루미늄 합금으로 부식과 방수에 강하다. 제품의 결합부위에 고무 실리콘을 끼우고, 전선이 나오는 구멍을 방수 캡으로 막음으로써 미세먼지와 빗물로부터 하우징을 보호한다.

• 횡단보도 위험 알림

현재 횡단보도에 접근하는 차량과 보행자에게 위험 사실을 미리 알리기 위해 개발된 방법은 횡단보도 바닥에 경보를 알리는 방법과 보행자가 차량이 접근 중인데 건널 경우 경고음이 울리는 청각 알림 방법이 있다. 두 방법 모두 사람과 사물에 대한 판별력이 뛰어난 열화상카메라를 이용해 횡단보도에 접근하는 보행자를 인식하여 보행자가 인식될 경우 횡단보도 양측 노면에 LED 경보등이 작동하는 방법이다. 하지만 두 방법모두 보행자에게만 위험 알림을 주고, 운전자에게는 사고를 방지하기 위한 알림이 부족하다. 따라서 위험방지 알림 APP을 개발하여 보행자와 운전자 모두에게 위험 사실을 알려 교통사고를 줄일 것이다.

기술 로드맵

특허조사

• 방열 설계

1. 열전소자를 이용한 CCTV 하우징 냉각

• 방수 설계

1. CCTV 하우징 탈부착이 가능한 방수구조

• 횡단 중 위험 알림

1. 횡단보도의 위험을 음성으로 안내

2. 보행자의 휴대폰 화면에 알림 표시 특허

특허전략

1) 카메라 하우징 설계

하우징의 형태에 대한 특허는 이미 소멸되었으므로, 기존의 박스형과 총알형 하우징의 형태와 비슷한 형상으로 하우징을 제작하여도 특허침해를 피할 수 있을 뿐 아니라 레이더 카메라 일치 형태의 하우징 제작으로 신규성을 얻어 특허를 출허할 수 있다. 외부 하우징의 필수인 항온 설계는 온도컨트롤러, 센서, 열선과 Fan을 이용하여 컨트롤러 코딩을 통해 제어 시스템을 설계하고, 결합부위 고무 실린더와 방수 캡을 활용해 방수설계를 할 것이다.

2) 위험상황 알림

현재 횡단 중 위험상황을 알리기 위한 특허 중 소멸되지 않은 내용은 보행자의 위치를 적외선 카메라로 인식하여 휴대폰 화면에 알려주는 시스템과 교통 신호와 연동하여 볼리드와 횡단보도에 설치된 LED를 통해 표시하는 특허가 있다. 교통 신호와 보행자의 위치로만 정보를 판단하여 수동적으로 위험을 알린다. 이러한 점을 고려하여 모바일 어플리케이션을 통해 융합형 카메라로 얻은 위험판단 알림을 바탕으로 보행자와 운전자에게 진동과 소리알람을 모바일 어플리케이션을 통해 알린다면 신규성을 충분히 얻을 수 있다고 판단된다.

관련 시장에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

마케팅 전략

차량용 카메라 하우징

1. 시장 조사

경찰청에서 발간한 교통신호기설치관리 메뉴얼에 따르면 신호등은 도로를 이용하는 차량의 높이보다 높아야 하며, 이 높이는 도로의 구조/시설 기준에 관한 규칙에서 규정한 통과 높이인 4.5m을 기준으로 한다. 신호등의 규격은 지름 344mm로 신호등 암에 부착되는 하우징은 이보다 아래로 내려올 수 없다. 이로 인해 하우징은 암의 윗부분에 설치되며 대부분 U자형 볼트를 통한 체결 방식을 선택한다.

U자형 볼트는 하우징의 상하 운동을 제지하는 데 효과적이지만 마찰을 통해 하우징의 회전을 제지하기에, 하우징의 무게 중심이 암의 중심과 같은 수직선상에 있을수록 안정성을 확보된다. 그러나 하우징 내 경우에 따라 탈부착 되어야 하며 작은 부피의 하우징일수록 무게중심에 큰 변화가 없어 안정성을 유지할 수 있다.

2. SWOT 분석

3. STP 전략

보행자용 카메라 하우징

1. 시장조사

보행자용 신호등에 부착된 카메라 하우징의 경우 국내 시장의 모든 하우징은 RGB 카메라 하나만을 포함하고 있다. 시야가 밝을 때는 RGB 카메라를 통해 보행자 인식이 올바르게 일어날 수 있으나 기상악화 혹은 밤의 경우 RGB를 통해 보행자 인식률이 저조함을 보인다.

2. SWOT 분석

3. STP 전략

위험 알람 어플리케이션

1. 시장조사

현재 횡단보도에서 보행자와 운전자에게 위험을 알림 하는 방법에는 여러 가지가 있다. 예를 들어, 보행자의 경우 신호등에 추가로 부착된 LED나 소리 등을 통해 위험을 알림 한다. 그러나 이러한 방법은 운전자에게 알람을 주기에는 부적합하다. 운전자의 경우 전방의 교통사고나 미끄러운 길에 대해 사전에 알림해주는 앱 등을 통해 위험을 알린다. 그러나 이러한 방법들은 보행자와 차량을 모두 고려한 위험판단을 알람하지는 못한다.

2. SWOT 분석

3. STP 전략

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

1. 융합형 CCTV 하우징의 초기 모델 제시
카메라 하우징의 방수, 방진, 방열 설계에서 기술적으로 획기적인 면은 없지만 2개의 카메라 모듈이 설치될 수 있고, 내부 모듈의 기능상실이 일어나지 않는 조건하에 하우징의 최소의 크기로 설계함으로써 경량화와 편리성에서 뛰어난 효과를 보인다.

2. 플랫폼으로서의 모바일 어플리케이션 효과
실시간으로 스마트폰만 있다면 언제 어디서나 교통사고 위험알림을 받을 수 있는 기능 제공이 가능하다. 위험상황 알림 어플리케이션은 스마트폰의 플랫폼으로서 역할을 수행하고, 하드웨어 및 소프트웨어의 융합 기술의 극대화 효과를 가질 것이다.

경제적 및 사회적 파급효과

기존에 교통용 카메라들은 번호판확인, 차량속도 측정, 보행자확인 등 자신의 목적만을 완수하기 위해 설치되었고, 그 결과 무분별하게 많은 카메라들이 설치가 되어 있는 것은 물론 각각의 카메라로부터 얻을 수 있는 정보 역시 1차원적이다. 하지만 융합형 카메라 하우징은 차량용, 보행자용에 설치되는 카메라 모듈을 제시하였고, 내부 모듈이 바뀜에 따라 하우징을 수정할 필요가 없어 설치되는 카메라 하우징의 수를 줄이는 것은 물론 변경사항이 있을 경우 내부 모듈만 바꾸면 되므로 경제적으로 긍정적인 영향을 줄 것이다. 또한 각 카메라들의 정보를 융합하여 보행자와 운전자에게 위험상황 알림 등 양질의 정보를 제공하여 교통사고 건수를 줄일 수 있을 것이다. 사회적 기대효과로는 기존에 감시형 카메라에 대한 인식이 개인의 프라이버시가 침해 등 좋지 않지만 이를 전환시키고자 친숙한 디자인으로 설계함으로써 보다 많은 사람들에게 호응을 얻을 수 있을 것으로 기대한다. 위험방지 알림은 현재 지능형 볼리드, 말하는 횡단보도 등 복합적인 위험상황을 알리는 것이 아닌 단순히 신호등의 신호에 따라 1차원적인 정보를 제공하는 것은 물론 운전자에게 위험을 알리기는 어렵다. 하지만 모바일 어플리케이션 알림을 통해 융합형 카메라로부터 얻을 수 있는 위험상황 정보를 보행자와 운전자에게 청각적 알림과 진동을 보냄으로써 교통사고율을 획기적으로 줄일 것으로 기대한다.

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

• 요구 사항 목록
  

• 목적 계통도

• 설계 사양

개념설계안

설계 과정
차량용 융합 센서 하우징에는 레이더와 IP 카메라 두 가지의 센서가 탑재된다. 보행자용 융합 센서 하우징에는 IP 카메라와 열화상 카메라 두 가지의 센서가 탑재되며 산업체에서 이용예정인 IP 카메라의 종류는 두 가지로 IP 카메라의 종류에 맞춰 대형과 소형 하우징을 제작한다. 소형 하우징의 경우 2차 미팅 이후 추가된 사항으로 2차 설계 과정 까지 에서는 대형 하우징의 설계만을 다룬다. 다행히 소형 하우징은 대형 하우징의 모형과 유사한 방법으로 설계가 결정되었다. 설계 과정에서 고려한 사항은 해당 제품의 사이즈, 틸트 여부, 디자인, 방수/방열/방진 설계, 설치 용이성, 확장 가능성 등이 있으며, 산업체가 원하는 목적에 맞추어 팀원들과 협의하며 설계를 진행했다. 산업체 대표와의 두 차례 미팅을 통해 피드백을 받았고, 요구 사항에 따라 총 3개의 하우징을 3차에 걸쳐 설계했다. 산업체의 요구는 아니지만 위험 상황 알림을 애플리케이션을 통해 제공하기로 결정하였다. 사용자의 위험 여부는 위험판단 알고리즘을 거쳐 서버에 업데이트된다. 이에 접근하여 사용자에게 위험 알림을 제공하는 애플리케이션을 제작한다. 애플리케이션은 노인과 어린이가 주 대상이기 때문에 사용의 직관성과 편리성을 갖추어야 한다. 또한 위치 정보를 사용하기 때문에 소모 전력이 많이 소요된다. 이를 최대한 고려하여 사용성 높은 애플리케이션을 설계한다.

1차 융합 센서 하우징 설계안
1차 설계안의 중점 사항은 디자인의 방향성이었다. 산업체는 기존의 전문 업체들이 제작한 하우징에서 벗어난 새로운 디자인의 하우징을 요구했고, 설치자의 입장이 아닌 운전자 및 보행자의 입장에서 융합 센서 하우징으로부터 받을 느낌을 중요시했다. 특히 기성 제품 하우징의 경우 감시를 하는 느낌이 너무 강하다는 의견을 주었고, 이를 개선할 수 있는 설계를 요구했다. 따라서 우리는 기존의 전문 업체들이 제작한 하우징을 구매하여 기존의 하우징이 주는 느낌과 디자인, 성능 등을 조사했고, 3가지의 차량용 모델과 보행자용 모델을 제시했다.

• 차량용 하우징

1. 부엉이 형상의 하우징

첫 번째 설계안은 부엉이 형상의 하우징이다. 산업체의 요구 사항을 토대로 하우징으로부터 감시 받는 느낌을 없애기 위해 도로 위에서 자연스럽게 동화될 수 있는 물체를 생각했고, 새가 신호등에 앉아 있는 형상을 구상했다. 따라서 하우징 형상에 적합한 부엉이를 떠올려 설계를 진행했다.

해당 하우징의 경우에는 위의 부엉이 눈 부분에 IP 카메라를 설치하고, 아래의 몸통 부분에 레이더를 설치할 수 있도록 설계를 진행했고, 지주와의 결합은 몸통 부분이 유연하게 휠 수 있는 볼트와 너트로 결합될 수 있게 설계했다.

틸트의 경우에는 IP 카메라와 레이더가 볼트와 너트를 이용하여 중심축을 기준으로 자유롭게 틸트되고 고정될 수 있도록 생각했다. 방수/방진에 대해서는 레이더가 IP66 등급으로 자체 보호가 되므로, 눈 부분의 IP 카메라의 경우에만 방수 및 방진 설계를 진행했다.

2. 안경 형상의 하우징

두 번째 설계안의 경우에는 수정 용이성에 초점을 맞추어 설계를 진행했다. 현재 진행하고 있는 과제의 경우 3년의 기간을 둔 프로젝트임을 고려하여 내부의 모듈을 쉽게 바꿀 수 있도록 수정 용이성을 높이는 설계를 하였다. 전체적인 형상은 안경과 같은 형상을 고려했고, 안경의 알을 쉽게 바꾸면서 모듈을 바꿀 수 있도록 설계했다.

양쪽의 알 부분에 레이더와 IP 카메라를 각각 설치할 수 있도록 설계했고, 지주와의 결합은 하우징 위쪽에서 U 볼트를 이용하여 결합할 수 있도록 설계했다. 틸트의 경우에는 각각의 알이 개별적으로 틸트가 될 수 있도록 설계 했고, 옆의 볼트 및 너트를 통해 고정할 수 있도록 설계했다. 방수/ 방진의 경우 첫 번째 모델과 마찬가지로 레이더가 IP66 등급으로 자체 보호가 되므로, 눈 부분의 IP 카메라의 경우에만 방수 및 방진 설계를 진행했다.

3. 새집 형상의 하우징

세 번째 설계안의 경우에는 첫 번째 모델과 같이 기존의 하우징으로부터 감시 받는 느낌을 없애기 위해 신호등 지주에 새집이 설치된 것과 같은 형상을 목표로 설계를 진행했다. 또한 사이즈를 고려하여 최대한 컴팩트한 모델을 중점으로 두고 설계를 진행했다.

하나의 하우징에 두 개의 구역이 나뉘어 위쪽에는 IP 카메라, 아래쪽에는 레이더가 위치할 수 있도록 설계했다. 틸트의 경우에는 두 센서가 하나의 하우징에 위치해 있으므로 개별 틸트가 아닌, 일체화된 전체 틸트가 될 수 있도록 설계했고, 조절 및 고정은 지주와 U볼트로 결합할 때 조절하고 고정할 수 있도록 설계했다.

• 보행자용 하우징

1. 앵무새 형상의 하우징

첫 번째 설계안은 앵무새 형상의 하우징이다. 차량용 하우징의 부엉이 모델과 비슷하게 감시 받는 느낌을 주지 않기 위해서 자연 친화적인 동물의 형상을 고려했고, 이용되는 내부 요소의 형태에 맞춰 앵무새 형상을 구상하도록 했다. 앵무새의 눈 부분에 열 화상 카메라를 설치하고, 아래의 몸통 부분에 IP 카메라를 설치할 수 있도록 설계를 진행했고, 지주에 결합된 브릿지에 앵무새 하우징을 결합하는 방식으로 설계했다. 틸트의 경우 열화상 카메라와 IP 카메라 모두 핀의 조임을 통해 회전 기능을 조절하도록 설계하였으며 외부로 노출되는 부분이 선 처리 되는 부분만 존재하여 이 부분의 방수를 고려하여 설계하고자 하였다.

2. 안경 형상의 하우징

두 번째 설계안은 차량용 모델의 안경 하우징과 마찬가지로 모듈의 탈/부착이 자유로워 새로운 모듈로의 교체가 자유로운 장점을 가진 모델을 보행자용으로도 제작해보았다. 차량용과의 차이점은 지주가 세로 방향이기에 지주와의 결합 방식이 다르며, 좌우 틸트 방식이 중간에 위치한 결합 부를 통해 이루어진다.

3. 곡면 형상의 하우징

세 번째 설계안의 경우에는 컨셉을 가진 디자인을 앞에서 여러 개 설계 하였기에 곡면 형상을 통해 부드러운 느낌을 줄 수 있는 디자인으로 설계 하였다. 보행자용 하우징에 탑재되는 센서의 모형에 가장 공간적으로 효율적인 모습을 보인다. 하우징의 사이즈를 최소한으로 줄일 수 있도록 설계를 해보고자 하였다. 앞/뒷판 및 본체가 결합되는 방식으로 결합부에서의 방수가 이뤄질 수 있는 이 후 설계가 요구 된다. 본체 하우징의 중간 판은 슬라이딩 형식으로 볼트를 통해 앞/뒤 운동을 제어할 수 있으며 중간판의 위/아래 카메라 모듈을 탑재한 후 핀의 조임을 통해 틸트가 진행되도록 하였다. 지주와의 결합은 브라켓을 이용하여 진행된다.

2차 융합 센서 하우징 설계안
2차 설계안의 중점 사항은 1차 미팅에서 산업체로부터 받은 피드백이었다. 산업체의 요구 사항에 맞추어 1차 미팅 때 발표한 세 가지의 모델의 장단점을 분석했고, 각각의 장점만을 조화롭게 설계에 반영했다. 또한 구체적인 결합 방식을 고려하여 결합 부의 방수를 고려하였으며 방열을 위한 수단에 대해 고려하였다.

1. 차량용 하우징

레이더와 IP 카메라가 하나의 하우징에 설치될 수 있도록 하여 일체화된 느낌을 줄 수 있게 했고, 틸트의 경우 개별 틸트가 아닌 전체 틸트를 할 수 있도록 했고, U볼트가 아닌 독립적으로 볼트/너트를 통해 조절 및 고정될 수 있게 하여 안정성과 설치성을 높였다. 또한 설치 위치를 지주 위에 U볼트를 통해 설치될 수 있도록 하여 안정성을 높였다. 추가적으로 설치에 쓰이는 브라켓과 선가드를 일체화시켜 설치 용이성과 방열을 고려한 설계를 진행했다. 하우징의 분해를 통해 고려된 설계 사항에 대해 구체적으로 설명한다.

2. 보행자용 하우징

차량용과 마찬가지로 두 대의 카메라가 하나의 하우징에 설치될 수 있도록 하여 일체화된 느낌을 줄 수 있게 했고, 틸트의 경우 브라켓과 결합된 볼토를 통해 좌/우, 상/하 모두 틸트가 가능하도록 설계하였다. 또한 지주의 직경에 비해 카메라의 두께가 작도록 설계했으며 브라켓과 카메라 하우징이 볼트를 통해 결합됨으로써 설치가 용이하도록 설계했다. 앞의 방식대로 하우징의 분해를 통해 고려된 설계 사항에 대해 구체적으로 설명한다.

최종 융합 센서 하우징 설계안

1. 차량용 하우징

2차 피드백에 맞게 크기를 많이 차지하는 선 가드를 없애고 대신 설치 위치를 지주 앞쪽에 위치시켜 태양 복사에너지로부터 받는 영향을 줄였다. 또한 동시에 지주 기준 아래로 떨어지지 않도록 사이즈를 조정하여 안정성을 높였다. 산업체의 요구 사항과 같이 IP 카메라의 공간을 하우징 왼쪽 아래에 위치시켜 일체화의 느낌을 주는 동시에 개별 틸트 기능이 가능하도록 설계했다. 추가적으로 제작 방식에 대해 조사한 결과 시제품 제작에 있어 사출과 같은 제작 방식은 비용적으로 효과적이지 않다고 생각했고, 레이저 가공과 같은 절곡/절삭 방법을 통해 제작하는 방법을 결정했다. 따라서 내부의 상세 설계 또한 이러한 방식에 맞추어 설계를 진행했다.

2. 보행자용 대형 하우징

최종 설계 요구사항에 맞도록 방열 시스템을 제거한 자리의 잉여 공간을 최소한으로 줄여 가능한 컴팩트한 하우징을 제작한다. 브라켓의 경우 제작 비용 절감을 위해 시중에 판매하는 브라켓에 맞춰 결합부를 설계하였다. 또한 하나의 볼트를 통해 브라켓과의 결합이 이루어져 외력이 작용할 때 불안정한 상태로 존재한다는 점을 시중에 나와있는 브라켓을 사용함으로써 자연스럽게 해결할 수 있었다. 차량용과 마찬가지로 절곡/절삭 방법을 통해 가공한다. 구체적인 내부 설계에 대해서는 상세 설계에서 설명한다.

3. 보행자용 소형 하우징

대형 하우징과 차이점이 있다면 내부에 부착되는 카메라가 소형으로 바뀌었다는 점이다. 하우징 설계에 차이점이 있다면 카메라가 자체적으로 부착될 수 없는 형태이기 때문에 내부에 틀을 제작하려고 한다. 브라켓과의 부착 방법, 방수, 선 처리 방법은 대형과 유사하며 차량용과 마찬가지로 절곡/절삭 방법을 통해 가공한다. 구체적인 내부 설계에 대해서는 상세 설계에서 설명한다.

조립도

조립도 & 조립순서

• 차량용 하우징
  

1, 제품 크기

2. 하우징1(레이더) 결합 방식

레이더의 결합의 경우 M6 육각 렌치볼트, 뒷판의 경우 M7 트러스 십자볼트, 브라켓의 경우 M7 볼트&너트를 사용해서 결합할 예정이다.

3. 하우징2(카메라모듈) 부분 구조 및 결합방식

카메라 모듈의 경우 M2,M4 트러스 십자볼트를 결합 하고 방수를 위해 방수캡을 끼워 결합할 예정이다.

4. 하우징1,2 결합 방식

각도조절 경첩과 볼트를 양옆으로 채결을 진행한다. 각도조절용 경첩과 볼트 체결을 동시에 진행해 2중 고정을 통해 회전 억제에 있어 안정성을 높인다.

5. 브라켓 및 지주 결합 방식

암의 파이 길이에 상관없이 체결을 하기위해 스트랩(클램프) 체결을 한다.

• 보행자용 하우징(대형)
  

1. 제품 크기

2. 전체적인 결합 방식

우측 상단 위에 방수용 나사를 이용해 결합한다. 시중에 나와 있는 나사의 사이즈에 맞도록 구멍을 설계 했다. 나사의 직경은 3mm(M3)를 이용한다.

3. 앞/뒷판 결합

고무패킹을 통해 결합부에서 물이 들어오지 않도록 설계했다. 고무 제품의 경우 기성 제품의 사이즈가 다양하지 않아 3D 프린팅을 이용하여 제품에 맞는 실린더 캡을 제작 예정이다.

4. 중간 판과의 결합

중간 판 위/아래 열 화상 카메라와 IP 카메라가 부착된다. 중간 판과 하우징은 4 부분의 볼트와 너트를 통해 결합된다.

5. 하우징과 브라켓의 결합

하우징과 브라켓의 결합을 하나의 볼트와 너트의 방식에서 두 개의 볼트와 너트 방식으로 결합한다.

• 보행자용 하우징(소형)
  

1. 대형 카메라와의 크기 비교

2. 제품 크기

3. 전체적인 결합 방식

기능을 하고 있는 뒷판과의 결합은 노란색 선을 따라 볼트로 결합할 것이다. 이 후 서포터와 카메라의 결합하였다.

4. 앞판 및 앞판과 내부 틀 결합

앞판의 결합은 위 사진의 노랑 구멍을 통해 이루어 지며, 앞 판과 내부의 틀의 결합 또한 왼쪽 사진에 있는 빨강 구멍을 통해 이루어진다. 나사의 직경은 3mm(M3)를 이용한다.

5. 카메라와 하우징 서포터의 결합

카메라 하우징의 서포터 윗 부분에 IP 카메라가 아랫 부분에 열 화상 카메라가 위치한다. IP 카메라는 왼쪽 사진의 빨강 네모 부분을 통해 선 처리를 한다. 열 화상 카메라는 오른쪽 사진의 네모 부분에 볼트를 결합하여 서포터와 결합한다. 서포터를 완전히 막은 모습이 아니라 파란색 네모 칸처럼 구멍을 뚫은 이유는 적외선 카메라로부터 발생하는 열을 대류 시켜 하우징 내부의 온도를 낮추기 위해 설계하였다.

6 하우징 뒷판과 하우징 서포터의 결합

하우징 뒷판과 서포터는 결합의 안정성을 위해 뒷판에 홈을 파 끼우는 형식으로 설계하였고, 이후 하우징 서포터와 뒷판의 결합은 오른쪽 그림처럼 빨간색 네모 칸에 있는 볼트를 통해 이루어진다. 파란색 네모 칸은 안에 있는 적외선 카메라를 고정하기 위한 3개의 구멍이 이미 뚫려 있어서 이를 반영하여 하우징 역시 결합하기 위한 구멍을 설계하였다.

적외선 카메라는 유리를 투과하지 못하므로 앞판과 딱 맞도록 설계하였고, 앞판의 뒷모습에서 노란색 네모 칸에 원형 고무 패킹을 끼우고, 카메라 렌즈가 닿지 않도록 실리콘을 부착하여 외부와 차단을 할 것이다. 또한 빨간색 네모 칸에 아래와 같은 고무패킹을 끼워 하우징 내부 방수/방진 설계를 할 것이다.

소프트웨어 설계

• 어플리케이션 아키텍쳐설계
  

우리가 설계하는 어플리케이션은 위험판단서버로 부터 위험판단 여부를 받아 해당 횡단보도의 사고 유효 범위 내 있는 운전자 및 보행자에게 알람을 표출하는 것을 목표로 한다. 카메라로 부터 디텍팅된 위치를 이용하여 위험 알고리즘을 이용해 위험을 판단하는 것은 위험 판단 서버에서 이루어진다. 이는 우리 팀에서 설계하는 것이 아닌 (주)에이치브레인에서 맡는다.

1. 어플 개략도

본 어플리케이션의 아키텍처는 크게 안드로이드의 4대 컴포넌트인 MainActivity와 Service로 구성되어 있으며 둘 사이의 정보교환은 Eventbus API를 사용해 Publish/Subscribe 형태로 정보교환을 한다. MainActivity의 기능은 크게 3가지 기능으로 1)알림활성화 2)모드전환 3)위험표출 알림 기능이 있고 Service에서는 크게 4가지 기능으로 1) Http 프로토콜 통신을 통해 횡단보도 위험판단서버에 접속해 위험판단 정보를 읽어오고 2) GPS API를 통해 위치정보를 계산하며 3) 어플을 종료후에도 Notification을 띄어 포그라운드 실행을 통해 어플동작을 지속 가능하게하여 4) Notification 알림, 진동. TTS(Text To Speach)를 통해 위험을 표출한다.

2. MainActivity 액티비티는 안드로이드에서 UI 화면을 담당하는 컴포넌트이다 본 어플리케이션에서는 운전자/보행자에게 아래와 같은 기능을 제공한다.

2 - (1) 모드전환

본 어플리케이션은 사용자에게 상황에 따라 ‘운전자모드’와 ‘보행자모드’로 나누어 선택할 수 있게 동작한다.모드를 나누는 이유는 차량의 속도와 보행자의 속도가 다르므로 위험 알람을 표출하는 거리가 달라 져야할 필요성이 있기 때문이다. 본 어플리케이션은 ‘보행자모드’시 ‘운전자모드’일 경우에 비해 위험 알람 거리를 짧게 설정되어 있다. (거리의 구체적인 값은 추후 변경 가능성 있음)

2 - (2) 알림활성화

모드 켜기 버튼을 누르게 되면 모드종류에 맞게 알림 모드가 실행된다. 실행이 되면 Eventbus를 통해 사용자의 모드정보를 보내고 Service의 함수를 호출하여 Http 프로토콜 통신 Thread와 GPS 거리계산 Thread가 실행되어 사용자의 위치정보 값과 횡단보도의 서버 값을 읽어와 실시간으로 위험여부를 판단하여 사용자에게 알림 표출을 서비스한다.

2 - (3) 위험표출

모드 켜기 버튼을 누르게 되면 위험표출 스레드가 동작하게 되고 위험조건에 따라 나누어 사용자에게 알림을 표출한다.

실시간으로 위험판단 시 ‘안전’할 경우 위 그림과 같은 화면이 표출된다.

주의단계가 되면 위험표출화면과 1초간 진동, 소리 효과음을 통해 주의단계를 표출한다. 위험단계가 되면 위험표출화면과 3초간 진동, TTS(Text To Speach), 소리 효과음을 통해 위험단계를 표출한다.

3. Foregroung Service

본 앱에서는 어플을 종료가 되어도 알림 표출을 하기 위해 Foreground Service를 사용한다. 그 이유는 안드로이드 Oreo버전 이후부터는 Background 서비스 제한이 되면서 OS에서 자동적으로 결정하여 Background서비스를 종료시켰다. 이 때문에 Foreground Service를 사용하는 방법 채택하여 앱을 구현하였다. Foreground 실행 시 위 그림과 같이 상태 바에 Notification을 등록하여 사용자가 인지할 수 있게 하였다.(백그라운드 실행중이라는 글은 사용자의 쉬운 이해를 위해 백그라운드라고 명명하였다.)


실시간 위험판단 시 ‘주의’ 단계에 들어설 경우 사용자에게 진동과 효과음 그리고 Notification 알람을 서비스 한다. 실시간 위험판단 시 ‘위험’ 단계에 들어설 경우 사용자에게 진동과 효과음 그리고 TTS(Text To Speech)와 Notification 알람을 서비스한다.

자재소요서

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

포스터

특허출원번호 통지서

개발사업비 내역서

완료 작품의 평가

• 융합 센서 하우징
  

• 애플리케이션
  

향후평가

현재 하우징 모델의 경우 1차 시제품 제작을 완료한 상태이며, 제품을 확인한 결과 추가적인 수정사항이 발생했다. 따라서 2차 시제품을 제작 중이며, 제작이 완료된 이후에는 실제 도로 상황에 설치하여 약 3개월간의 테스트 기간을 가질 예정이다. 이 테스트 기간 동안 다음과 같은 항목들을 평가 및 개선할 것이다.

1. 실험적인 분석을 통한 방열/방진/방수 성능 평가
2. 하우징 내의 융합 센서의 정상적인 동작 여부 평가
3. 외부적인 환경 요인으로부터의 강건성 평가
4. 설치 과정상 용이성 평가

또한 애플리케이션의 경우에는 하우징 2차 시제품이 설치된 이후에 추가적인 테스트를 통해 최적의 설정 값을 찾아내어 정확성 및 반응성을 높일 예정이다.

부록

참고문헌 및 참고사이트

- 2020 교통안전 연구 ISSN 1225-8741
- 노인 보행자 및 도로교통 안전을 위한 AI 교통안전 시스템 실증기술 개발

관련특허

- 열전소자를 이용한 산업용 CCTV
- 압축공기를 이용한 공기 냉각기
- CCTV에서 옵션기능 기기의 탈부착이 가능한 방수구조
- 내부 공간에 대해 투습 및 방수가 가능하게 한 CCTV 카메라 하우징
- 횡단보도 신호등의 녹색등 및 적색등 잔여 시간 표시 LED장치
- 횡단보도의 음성 안내 시스템
- 횡단보도 안전장치
- 횡단보도용 보행자 음성안내를 포함하는 안전 통합시스템이 구비된 지능현 블라드
- 보행자 안전 신호 도움 LED

소프트웨어 프로그램 소스

• 애플리케이션 주요 소스(MainActivity.java)
  

위키페이지 작성을 위한 문법 가이드

• 표

표는 위키 문법에 맞추어 작성할 수 있습니다. Mediawiki table generator를 이용하면 손쉽게 표를 작성하여 위키 문법으로 export할 수 있습니다. 아래는 Mediawiki table generator를 이용하여 작성한 표의 예시입니다. 위 웹페이지에서는 직접 CSV파일을 가져와서 바로 표를 만들 수도 있습니다. 직접 표를 문법에 맞추어 편집하고자 하시는 분들은 wiki 표 문법을 참조하면 도움이 됩니다.

구분	실험 1	실험 2	실험 3	실험 4
결과 1	1.1	2.1	3.1	4.1
결과 2	1.2	2.3	4.5	6.4
결과 3	5.1	5.4	2.7	8.5

• 수식

원래 위키백과에서는 math 태그를 이용하여 바로 수식을 작성할 수 있지만 capstone wiki에서 그 기능은 지원되지 않는것으로 확인됩니다. 따라서 수식을 올리기 위해서는 수식을 사진으로 변환한 후 올려야 합니다. LATEX 수식 생성기 를 이용하면 tex 문법을 이용하여 수식을 작성하여 파일로 저장할 수 있습니다.

svm object function

위 수식은 support vector machine의 비용 함수를 표현한 예시입니다. tex 문법은 tex 수식 문법 에서 확인할 수 있습니다.

• 사진

사진은 "도구-파일 올리기" 탭에서 파일을 올린 후 아래와 같이 올릴 수 있습니다. 파일명은 파일 올리기에서 정한 "파일의 새 이름"을 사용하면 됩니다.

Mnist 데이터 예제입니다.

• 코드

코드는 syntaxhighlight 기능을 이용하여 아래와 같이 표현할 수 있습니다.

#include <iostream>
int main ( int argc,  char **argv ) {
    std::cout << "Hello World!";
    return 0;
}

이에 대한 자세한 내용은 Mediawiki syntaxhighlight를 참고하면 도움이 됩니다.