3조-버저비터
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 무정차 방지 및 승객의 안전을 고려한 정류장 승차 시스템
영문 : Smart Bus-Stop System for Passengers
과제 팀명
버저비터
지도교수
성민영 교수님
개발기간
2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX024 오**(팀장)
서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX022 유**
서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX002 고**
서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX039 한**
서론
1.1 개발 과제의 개요
가.개발 과제 요약
무정차 방지 및 승객의 안전을 고려한 사용자 친화적인 정류장 승차 시스템은 버스를 이용하는 이용객과 버스 기사들의 편의성과 안전을 제공하는 시스템이다. 무정차 문제를 해결하기 위해 이용객은 해당 시스템을 이용하며 시스템에 지정된 번호를 통해 가장 가까운 버스에 해당 버스를 이용할 이용객이 있음을 알린다. 또한, 이미지 인식을 통해서 이용객의 안전을 파악하고 가까운 공공기관에 사고 알림을 알리게 된다. 이를 통해서 도심 외곽 쪽에서 계속 대두되는 문제인 무정차 문제와 일반적으로 취약한 치안 문제를 동시에 해결하고자 한다. 시스템은 기준 이하의 전송속도를 가지며 UX를 고려해 직관적이고 간단한 인터페이스를 제공하며 이미지처리를 이용하여 비접촉으로 조작할 수 있게 한다.
나. 개발 과제의 배경 및 기대효과
- 배경
버스를 이용해본 경험이 있다면 기다렸던 버스가 정차하지 않고 지나가는 경우가 있을 것이다. 경기신문 최근 기사 내의 인터뷰에 따르면, 도민 A씨는 “어두운 정류장에서 긴 시간 기다렸으나 버스가 서지 않고 그냥 지나친 적이 종종 있다. 그런 장소에서 유용하다고 생각한다.” 고 말했다. B씨도 “외곽지역은 버스가 손을 흔들지 않으면 사람이 서 있어도 그냥 지나간다.”며 “’시내버스 승차벨 서비스’가 보편화되면 유용하게 쓰일 것 같다”고 답했다. 실제로 무정차 문제는 과거부터 지속적으로 있었던 문제로, 제대로 된 해결책이나 개선방안이 제시되고 있지 않았다. 최근 경기도 지자체에서 ‘경기 버스 정보’ 라는 모바일 애플리케이션을 통해 무정차 문제를 해결하고자 시도하였으나 제대로 된 홍보 효과가 미비하여 시민들이 존재 여부를 몰라 이용을 못하는 경우가 대다수이며, 스마트 폰이라는 기기에 한정이 되어 스마트 폰 활용이 어려운 연령층의 사용자들에 대한 접근성을 고려하지 못하고 있다. 또한 실제로 대부분의 버스정류장의 치안 시스템은 CCTV 하나에 의존하고 있는 실정이다. 이러한 한계 때문에 도심 외곽 지역에서 시민의 치안 및 안전 관리에는 불리한 점이 존재한다. 도심 외곽에 집중하고 있는 시스템인 만큼 이용객이 혼자 있을 때 발생할 수 있는 범죄 및 사고 예방까지 고려한 시스템이 필요하다고 판단되었다. 따라서 무정차 문제와 안전 문제를 동시에 고려한 기능이 추가된 시스템을 구현하고자 한다.
- 기대효과
무정차 방지 및 승객의 안전을 고려한 사용자 친화적인 정류장 승차 시스템은 승객이 타고자 하는 버스 번호 또는 가고자 하는 목적지를 선택하여 가장 가까운 버스에 승차하고자 하는 승객의 존재를 알린다. 이를 통해 버스기사는 승객의 존재를 사전에 인지할 수 있어 정류장에 승객을 못 보고 지나치지 않을 수 있고 승객이 없을 경우에는 정류장을 패스하여 원활한 운행을 할 수 있게 된다. 승객은 타고자 하는 버스에 사전에 탑승 의사를 알리기 때문에 무정차로 인한 문제나 불편함을 해소할 수 있다. 기존의 스마트 폰을 이용하는 방식이 아닌 버스 정류장에 직관적으로 인식할 수 있는 인터페이스로 된 버튼/터치스크린을 사용하여 스마트 폰과 같은 기기의 활용이 어려운 연령층도 사용할 수 있게 될 것으로 예상된다. 또한 버스 정류장 내에서 이용객이 혼자 있을 때 발생할 수 있는 안전 및 사고 문제에 대해서 가까운 버스기사 또는 공공기관에 정류장 내의 문제 상황을 인지할 수 있는 이미지 또는 텍스트 정보를 송신한다. 버스기사나 공공기관에서는 해당 데이터를 토대로 사고를 인식할 수 있다. 이것을 통해 안전 및 치안 문제를 보완할 수 있고 발생한 상황에 대해 더 빠른 대응을 할 수 있을 것으로 기대된다.
다. 개발 과제의 목표 및 내용
1) 개발목표
(가) Bus Stop Interface
버스 정류장의 인터페이스는 UX를 고려하여 모든 사용자가 쉽게 알아볼 수 있고, 편리하게 사용할 수 있도록 제작한다. 사용자는 도착하고자 하는 정류장 또는 타고자 하는 버스 노선을 입력해 해당하는 버스가 정류장에 도착할 수 있도록 한다.
(나) Fall-Detection
Fall-Detection 알고리즘은 도심 외곽지역의 이용객이 적은 정류장에 승객의 안전을 보장하기 위해 적용한다. 카메라 모듈을 통해 얻어온 이미지에서 darknet을 이용해 사람을 인식하고, 추가적인 내부 연산을 통해 사람이 쓰러졌음을 판단한다. 이후, 일정 시간동안 쓰러짐이 유지되면 해당 정류장에 가장 먼저 도착하는 버스 기사에게 경고성 현장 이미지를 팝업창으로 띄워준다. 이를 통해 버스기사는 사고 발생 현장을 제일 먼저 목격하고 조치를 취하도록 유도한다.
(다) Bus Driver Interface
버스에 장착하는 인터페이스는 버스기사가 운전 중에도 한눈에 알아볼 수 있도록 제작한다. 버스 기사용 화면에는 정류장에 탑승할 승객이 있다는 것을 알리는 정차 알림신호와 정류장에서 위급상황이 발생했을 때 정류장의 사진이 전송된다.
1.2 관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 가. 기술현황
1)키오스크
최저임금의 급격한 인상에 따라 서비스업 분야에서 무인화 기기의 도입이 점차 증가하고 있다. 키오스크의 도입으로 서비스 산업의 무인화가 가속화되며, 키오스크가 대체하는 서비스가 점차 고부가가치 산업으로 확장될 것으로 전망한다. 최근에는 키오스크에 다양한 기술 접목을 시도하고 있다. 은행들의 경우에는 인공지능 기술을 도입하여 키오스크 사용이 어려운 사용자들을 위한 대화형 AI 키오스크를 시범 운영한다. 또한 코로나19 감염 방지를 위한 비접촉 방식의 키오스크도 출시 예정이다. 위와 같은 최신 기술들을 키오스크에 접목시켜 새로운 방식의 키오스크들이 연구되어지고 있다.키오스크 도입의 증가로 사람의 업무 부담은 줄어들고 있지만 기계 조작이 미숙한 고령층 등의 정보취약계층의 경우에는 오히려 더 큰 불편함을 겪고 있다. 이러한 불편을 해결하고 기계 조작 없이도 서비스에 대한 상담을 진행하거나 주문을 할 수 있도록 대화형 AI 키오스크를 운영하고 있다. 인공지능 기술 중 음성 및 영상 합성, 자연어 처리, 음성 인식 등을 통해 사용자와 AI 간에 대화를 할 수 있도록 한다. 실제 사람이 말하는 것과 유사한 수준으로 상담이나 안내를 받을 수 있어 정보취약계층은 물론, 기존의 키오스크 사용이 어려운 불편함을 개선했다. 코로나로 인해 비대면 뿐만 아니라 터치를 통한 감염에 대한 염려하는 사람들이 늘어남에 따라 접촉에 대한 사람들의 걱정이 늘어나고 있다. 이에 따라 접촉 없이 키오스크 서비스를 이용할 수 있도록 다양한 기술을 활용한 키오스크가 출시되고 있다. 최근에는 단순히 사람과의 대면을 피하는 비대면 방식에서 발전해 딥러닝 및 인공지능(AI) 기술, 안면인식기술, 비전기술 등의 신기술을 적용해 키오스크에 탑재된 디스플레이를 터치하지 않는 비접촉 방식이 출현하고 있다. 인공지능의 음성인식, 이미지인식을 통해 사용자가 키오스크를 직접 터치하지 않아도 키오스크를 사용할 수 있다. 이를 통해 사용자간의 접촉이 줄어들어 코로나19 감염 확산을 예방할 수 있다.
2) 무정차 방지 기술 동향
대중교통을 이용할 때 겪게 되는 불편 중 하나는 타야 하는 버스나 지하철을 타지 못하는 경우이다. 그 중에서 무정차로 인해 타지 못하는 경우는 매년 지속적으로 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 기술들을 통해 대중교통 서비스를 개선하고 있다. 경기도에서는 무정차 문제 해결을 위해 승차벨 어플을 개발하여 시내버스에 도입하였다. 승차벨 어플을 통해서 탑승하고자 하는 버스의 승차벨을 누르게 되면 자동으로 운전석 승차벨에 신호가 전송되어 정류장에 승객이 있음을 알리게 된다. 어플의 경우 어디서든 사용할 수 있기 때문에 위치 기반 기술을 통해 정류소 반경 30m 이내에서만 사용할 수 있도록 했다. 이외에도 최근에는 인체 감지 센서를 통해 정류장 내에 사람의 수를 파악하고 이를 기준으로 버스 기사가 정류소를 지나치는 실수를 줄이도록 한다. AI를 활용한 카메라도 도입하여 보행자와 정류장 내 승객 유무를 모자이크화된 사진을 통해 알려준다. 이와 같이 다양한 기술들을 활용하여 무정차 방지를 위해 서비스를 개선하고 있다.
3) 위험 감지 기술 동향
현대 사회에서 위험을 감지하는 것은 중요한 부분 중 하나이다. 과거에는 이러한 위험에 대한 감지를 사람이 직접 하는 것을 시작으로 했고, 좀 더 정확하고 사람의 감지가 가지는 오차나 한계를 개선하기 위해 여러 가지 기술들이 적용되었다. 사람에서 과학적 원리를 이용한 간단한 시스템으로 발전하고 다시 복잡적인 과학 원리를 활용한 시스템으로 발전해왔다. 최근에는 위험 감지를 위해 영상으로 인식하는 방식을 활용하고 있다. 정류장의 경우에는 CCTV를 설치하고 통제실에서 이를 주기적으로 확인하여 정류장이나 주변의 위험을 미리 감지하고 있다. 인간이 감지해야 하는 한계를 개선하기 위한 방법도 최근에 연구되어지고 있다. AI 기술 중 이미지와 영상 처리를 활용하여 CCTV 영상으로 사전에 위험을 감지하거나 음성인식을 이용하여 위험 감지를 하는 기술이 연구되고 있다. AI 기술을 이용하여 CCTV 영상 도는 음성을 실시간으로 컴퓨터가 분석하는 것을 통해 위험을 감지할 수 있다. 특히, 컴퓨터 비전을 이용한 AI연구가 활발한데, 객체 인식을 통해서 영상 내에 물체와 물체의 위치를 파악할 수 있고 이를 기반으로 물체 간의 상관관계를 해석하여 영상 내 상황을 인식할 수 있게 된다. 이러한 기술이 CCTV에 적용되는 것을 통해서 사람이 실시간으로 모니터링 하지 않아도 위험을 감지할 수 있다. 일반적인 인공지능은 높은 성능을 위해 많은 데이터로 학습이 요구되어진다. 하지만 CCTV로 관찰되는 일반적인 상황의 경우에는 많은 데이터를 확보하고 학습하기에는 한계가 있다. 이러한 한계를 개선하기 위한 기술적인 트렌드로 최신 기술로는 one-shot-learning을 기반으로 하는 YOLO(You Only Look Once)객체 인식 알고리즘이 주로 활용된다. 이러한 기술적인 발전을 통해서 비슷한 상황에 대한 많은 데이터를 기반으로 학습할 필요 없어 상황에 대한 정보만으로 위험을 감지할 수 있다.
- 나. 기술 로드맵
- 다. 특허조사
1) 버스 무정차 방지 시스템
(1) 버스 정류장의 탑승자 확인 장치
(2) 운행중인 시내버스를 호출하는 진동벨 시스템
2) 비접촉 터치 (1) 비접촉식 버튼 입력 장치
(2) 비접촉식 터치패널
3) 낙상 감지
(1) 영상분석 기반 1인 낙상감지 시스템 및 그 방법
(2) 적외선 감지센서를 활용한 낙상환자 감지시스템
- 라. 특허 전략 분석
1) 버스 무정차 방지 시스템기존의 방식들은 해당 버스에 직접 신호를 전달하는 방식이다. 이 과정에서 승차 여부에 대한 신호만 전달하기 때문에 직접 전달하는 방식을 사용한다. 본 과제에서는 승차 신호뿐만 아니라 정류장에서 발생한 낙상 감지 이미지와 신호/낙상이 발생한 정류장의 위치까지 전달하는 것을 목적으로 하고 있다. 따라서 직접 신호를 전달하는 방식이 아닌 정류장과 버스를 무선 네트워크를 통해 서버에 연결하고 해당 데이터들을 관리하는 데이터베이스를 구축하여 필요한 데이터들을 효과적으로 저장 및 전송할 수 있다. 2) 비접촉 터치기존의 비접촉 터치 방식은 적외선이나 다른 기기를 이용하여 손을 떨어진 거리에서 인식하는 방식을 사용한다. 본 과제에서는 카메라를 사용하여 사용자의 손을 인식하고 손의 움직임에 따라서 화면에 있는 커서를 움직이고 조작할 수 있도록 한다. 사용자 손을 인식하는 알고리즘은 구글에서 제공하는 오픈소스 플랫폼을 사용한다. 움직임에 따른 조작 알고리즘은 일정 단위로 손의 움직임을 분석하여 사용자가 원하는 조작을 할 수 있도록 한다. 3) 낙상 감지기존의 낙상 감지 시스템은 영상 분석을 기반으로 하거나 적외선 감지센서를 활용한다. 영상 분석의 경우에는 1인 낙상 감지 밖에 할 수 없지만 본 과제에서 활용할 낙상 감지는 OpenCV에서 제공하는 YOLO를 이용한 객체 인식을 기반으로 1인 이상의 사람에 대해서 인식할 수 있고 각각의 사람에 대해서 낙상을 감지한다. 또한 영상 분석 기반 대신에 일정 프레임 단위로 객체 인식을 진행하고 앵커 박스 기준으로 낙상 상황을 구분한다
1.3 시장상황에 대한 분석
- 가. 경쟁제품 조사 비교
1) 경기 버스 정보 어플리케이션
2) LED 기반 승차 알림 시스템
3) AI기반 무정차 방지 키오스크
- 나. 마케팅 전략 제시
1)SWOT분석
2)SWOT전략
1.4 개발과제의 기대효과
가.기술적 기대효과
(1) 무정차 방지 정류장 시스템으로 인한 효과
무정차 방지 및 승객의 안전을 고려한 정류장 승차 시스템은 승객이 타고자 하는 버스 번호 또는 가고자 하는 목적지를 선택하여 가장 가까운 버스에 승차하고자 하는 승객의 존재를 알린다. 이를 통해 버스기사는 승객의 존재를 사전에 인지할 수 있어 정류장에 승객을 못 보고 지나치지 않을 수 있고 승객이 없을 경우에는 정류장을 패스하여 원활한 운행을 할 수 있게 된다. 승객은 타고자 하는 버스에 사전에 탑승 의사를 알리기 때문에 무정차로 인한 문제나 불편함을 해소할 수 있다. 기존의 스마트 폰을 이용하는 방식이 아닌 버스 정류장에 직관적으로 인식할 수 있는 인터페이스로 된 버튼/터치스크린을 사용하여 스마트 폰과 같은 기기의 활용이 어려운 연령층도 사용할 수 있게 될 것으로 예상된다. 또한 버스 정류장 내에서 이용객이 혼자 있을 때 발생할 수 있는 안전 및 사고 문제에 대해서 가까운 버스기사 또는 공공기관에 정류장 내의 문제 상황을 인지할 수 있는 이미지 또는 텍스트 정보를 송신한다. 버스기사나 공공기관에서는 해당 데이터를 토대로 사고를 인식할 수 있다. 이것을 통해 안전 및 치안 문제를 보완할 수 있고 발생한 상황에 대해 더 빠른 대응을 할 수 있을 것으로 기대된다.
(2) 비접촉 터치 및 낙상 감지로 인한 효과 미국 CDC에서 Dr. Nancy Messonnier에 따르면 코로나 바이러스의 경우 일반적으로 물체의 표면에서 수 시간 정도 생존한다고 알려져 있다. 이와 같이 일반적으로 많이 사용하는 키오스크의 경우 사용을 위해 100% 접촉을 해야 하지만 비접촉 터치를 통해 키오스크 접촉을 0%로 줄이는 것으로 2차 감염을 막을 수 있을 것으로 기대된다. 행정안전부 국정감사 자료에 따르면 전국 CCTV 통합관제센터 직원들의 1인당 평균 관제 CCTV 수는 98대로, 행안부의 운영 기준인 1인당 50대의 약 2배에 해당하는 수치이다. 이와 같은 상황으로 인해 CCTV로 낙상 사고를 감지했다고 해도 직원이 인식하지 못한다면 사고를 예방하거나 조기에 발견할 수 없다. 인제양양터널에 도입된 AI CCTV는 딥러닝 학습을 통해 해당 지역에 대한 데이터를 가지고 돌발상황을 분석한다. 최대 15초 이내에 돌발상황을 분석하고 정확도는 99.9%에 이른다. 낙상 감지 또한 인공지능을 활용하기 때문에 빠른 시간내에 사람 없이도 낙상 상황을 감지할 수 있기때문에 비슷한 효과를 기대할 수 있다.
나. 경제적, 사회적 기대 및 파급효과
(1) 무정차 방지 시스템으로 인한 기대효과
● 환경오염 및 기름낭비로 인한 비용감소 효과
● 버스가 필요없는 차선변경을 하지 않기 때문에 교통혼잡 감소 효과
● 버스 평균 운행속도 증가로 인해 버스 기사들의 휴식시간 보장
● 육안으로 버스 번호 확인이 힘은 저시력자 및 노인들에게 사용 효과 기대 가능
(2) 비접촉 터치 및 낙상 감지로 인한 효과
● 비접촉 터치를 가능하게함으로서 터치패널을 통한 사람간의 접촉 최소화
● 물체에 접촉이 없기 때문에 과도한 위생관리 필요성 감소
● 낙상을 감지한 후, 빠른 조치를 통해 정류장 승객의 안전 보장
1.5 기술개발 일정 및 추진체계
가. 개발 일정
나. 구성원 및 추진체계
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
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특허 출원 내용
내용
