[테마특강] 차량항법장치 기술동향

송파에 살고 있는 ㄱ씨는 여름 휴가를 온 가족과 함께 차량으로 보길도를 찾아 가기로 결정하였다. 이 지역은 이미 CD롬 타이틀로도 소개되어 있으며, 보길도 주위의 상세한 지역 정보도 얻을 수 있다. 과거 같으면 ㄱ씨는 먼저 교통 관광 지도책을 펼쳐 놓고 목적지의 위치를 파악한 다음 어떠한 도로로 가야하는지, 고속도로에서는 어떤 출구를 이용해야 하는지를 먼저 숙지해야 만 했다. 그러나 요즈음의 차량은 보통 항법장치를 장착하고 있기 때문에 ㄱ 씨는 이러한 번거로움을 쉽게 피할 수 있다. 이 장치는 스스로 전산화된 수치지도를 보유하고, 운전자가 원한다면 가장 빠르게 목적지까지 도달할 수있는 주행경로를 제시하는 기능을 가지고 있다.

ㄱ씨가 차량에 시동을 걸자, 차량의 앞유리에 "차량 점검 수행중" 이라는 문구가 나타나고 잠시후 "차량에 이상이 없습니다"라고 알려 준다. 과거에는차량항법 장치가 단순히 경로 안내기능 만을 수행하고 있었으나 전자, 통신 기술의 큰 진보와 고성능의 마이크로프로세서의 가격이 아주 낮아진 지금에와서는 차량 점검, 팩스 송신, 이동 전화, TV 수신 등 제반 기능을 동시에 수행할 수 있게 되었다.

ㄱ씨가 "항법 안내"라고 말하자 항법장치는 곧바로 "항법 안내를 위한 준비가 되었습니다. 현재 위치입니다"라고 하면서 ㄱ씨가 살고 있는 아파트 단지 일대의 지형도와 함께 푸른색의 깃발로 현위치를 표시한다. ㄱ씨는 우리나라 의 상공에 항상 예닐곱 개의 저고도 인공위성이 존재한다는 사실을 알고 있다. 이 인공위성들은 항상 자신의 절대좌표와 송신시각을 부호화하여 지상으로 전송한다. ㄱ씨의 차량에 장착된 GPS 수신장치는 이러한 위성들의 송신호 를 감지하여 신호의 도달 시간을 알아낸 다음 이로부터 각 위성과 차량간의 거리를 구하는 방식으로, 차량의 절대 위치를 알아낸다.

계속하여 항법장치는 "목적지를 알려주십시오"라고 묻는다. ㄱ씨가 "보길도" 라고 답하자, 항법장치는 전국 도로망 데이터베이스가 수록된 자신의 CD롬디 스크에서 보길도의 위치를 검색한뒤 완도지역 일대의 지형도와 함께 완도에 서 보길도로 가는 선착장과 주차장, 관광안내소 등을 보여준다. ㄱ씨가 선착 장을 클릭하자 장치는 선착장의 위치에 검은 깃발 표시를 하며, 동시에 "목 적지가 선택되었습니다"한다. 그리고 선착장을 두번 클릭하자 "제주도행 카페리 1시간20분소요"라는 문구가 시각표와 함께 화면에 나타난다.

ㄱ씨는 항법장치가 보여준 경로를 따라가기로 결정한다. 경부 고속화도로에이르기까지는 순조로운 운항을 하였다. 그러나 신갈 IC를 지나자 "전방 차량 사고로 인한 교통 지체"가 있음을 알려준다.

이 경우 폐쇄형 도로가 아니라면, 항법장치는 새로운 우회 경로를 알려 준다. 이러한 우회 경로는 항법장치가 자동적으로 제안할 수도 있지만, 중앙교통통제 센터에서 자료를 받는 것이 유리하다. 중앙 교통 통제 센터는 수시로 발생하는 여러가지 교통상황을 수집하여 이를 적절한 부호로 각 차량에게 보내 모든 도로에 교통 부하가 일정하게 되도록 배정한다. 교통정보 수집은 이를 위한 전문기관을 이용하기도 하지만, ㄱ씨와 같이 자원봉사에 의존하기도 한다. 10여분후 고속 도로의 교통지체가 풀리고 ㄱ씨는 여유있게 도로상을 운전한 다. 이 때 항법 장치는 중간 경유지까지 도착하기에는 연료가 불충분함을 알려 주면서, 가장 가까운 주유 휴게소의 위치와 거리를 알려준다. ㄱ씨는 이휴게소에서 잠시 쉬어 가기로 결정한다.

시나리오에 나타난 차량 항법장치의 기능은 기본적으로 현위치 파악, 목적지 와 경유지에 대한 색인, 궤적표시, 경로 계산 및 안내, 실상황 교통 정보 안내 차량 정보 안내 등이다. 이러한 기능은 운전자가 낯설고 먼 곳을 운행할 때의 불편함을 해소하고 운전자의 안전 운전을 보조하기 위한 방편이다. 여기서 살펴 본 차량 항법의 각종 기술에 대하여 상세하게 알아 보자.

차량의 급속한 증가와 도로상황의 잦은 변화로 일어나는 여러가지 교통문제 는 운전자로하여금 비록 잘 알고 있는 지역이라 하더라도 운전자에게 "자동 차 항법"이라는 새로운 부담을 안겨주고 있다.

차량항법장치는 교통상황의 변화와 더불어 나타난 운전자의 새로운 부담을 덜어주기 위하여 고안된 장치이다. 차량항법장치는 원활한 운전보조기능을 수행하기 위하여 단순한 항법기능(현위치 파악, 방위계산)이외에도 차량주행 에 필요한 여러가지 정보를 안내하는 기능을 수행하는 것이 보통이다.

최근에는 차량항법장치의 개발자들이 이러한 기능 이외에도 차량상태진단 및경고 교통안내, 통신, 팩스 등 부가적인 멀티미디어기능의 추가에 노력하고 있다. 그러나 그 사용자가 특별한 항법교육을 받지 않은 일반인으로서는 차량항법의 부담을 줄이기 위해서 개발된 항법장치가 오히려 부담이 될 가능성도 있다.

차량항법은 차량의 현위치를 측정하고(측위) 이를 이미 구축된 항법 데이터 베이스(수치지도)와 비교하여 위치를 판단하고(연산), 그리고 그 결과를 운전자에게 알려주고 진행방향을 안내하는(표시) 세가지의 과정으로 이루어진다. 차량항법의 방식은 운전자에게 진행방향을 안내하는 방법에 따라 크게셋으로 나눌수 있다.

독립차량 항법(경로안내)이 방법은 측위, 연산, 표시의 세가지기능을 동시에 갖춘 항법장치를 차내에 설치하고, 외부의 도움없이 차량의 진행방향을 독자 적으로 안내하는 방법이다. 이러한 방법은 가장 좋은 의미의 차량항법방식으로 가장 실현가능성이 높고 선진 각국에서 이미 현실화되어 시판되고 있다.

차량내에모든 장치가 구비되어 있으므로 제반 사회적인 기반시설도 충분하여 쉽게 새로운 기능을 갖춘 항법장치를 개발할 수 있다. 항법장치의 가격은 다른방식의 장치에 비하여 비싸지만, 반대로 사회적인 기반시설에 대한 부담 이 없다. 항법은 차량내에 구축되어 내장된 데이터베이스에 의존하게 되므로경로안내를 위해서는 상세한 데이터가 필요하며 현재의교통상황을 실시간으로 반영하기 힘들다.

이 방법은 측위를 결정하는 방식에 따라 자립항법과 위성항법, 그리고 혼합 항법으로 나누어진다. 자립항법은 차내에 장착된 속도센서, 방향센서, 지자 기센서, 자이로센서 등을 이용하여 측위를 결정하는 방법이다. 최초 위치로 부터 상대적인 좌표를 구하기 때문에 반드시 출발지점의 위치를 정확하게 입력해야 한다. 또한 차량이 진행함에 따라 센서의 오차가 누적되기 때문에 누적되는 오차를 제거하기 위한 특별한 방법이 필요하다. 따라서 자립 항법에 사용되는 항법용 데이터베이스는 매우 정확하여야 한다. 만약 교차로를 알리는 비이콘 등이 설치되어 있다면, 자립항법에 따른 누적오차를 쉽게 제거할 수 있다. 다른 목적으로 이미 차량에 장착된 센서를 함께 사용하기 때문에차량업체의 선호도가 높다.

위성항법은 차량에 장착된 GPS 수신기를 이용하여 전파를 받아 현위치에 대한 측위를 한다.(삼각측량을 위해서는 3개의 위성으로 충분하지만, 위성으로 부터의 수신오차를 보정하기 위하여 제4번째의 데이터를 사용한다) 따라서 이 방법을 전파항법이라고도 부른다. 현재는 무료로 제공되는 미국의 군사 위성의 데이터를 사용한다.

그러나 민간에게 제공되는 군사 위성의 데이터는 의도적으로 정확도(SA)를 낮춘 것이기 때문에 이를 차량항법용으로 사용하려면 정밀도가 높은 수신기 가 필요하다. 또한 가로수나 큰 빌딩이 많은 도심이나 터널, 산간지역에서는 위성데이터를 수신하기 어렵다. 위성항법의 데이터는 절대좌표로 나타나기 때문에 별도의 최초 위치 입력 과정은 필요하지 않다. 그러나 데이터가 지구 중심의 절대좌표계(WGS)를 사용하기 때문에 구축된 항법 데이터베이스의 것과 다르면(보통은 베셀좌표계) 이에 대한 변환식이 필요하다. 위성 항법은 GPS용 센서를 차량의 지붕위에 놓고 차량을 특별히 개조할 필요가 없기 때문에 사후시장에서 판매되는 대부준의 항법장치는 이 방식을 따른다.

혼합항법은 자립항법과 위성항법을 동시에 사용하는 방법이다. 자립항법의 최초 위치설정이나 누적오차를 보정하는 단점을 위성항법으로 보완하는 방식 을 취하는 것이 일반적이다. 금년부터 소니사에서는 광 자이로 센서와 GPS 수신기를 동시에 장착한 제품을 선보이고 있다.

일방향 통신차량항법(교통 정보 안내)독립 차량 항법의 단점 개선, 실시간 교통상황 안내, 진행 경로는 운전자가 판단, 페이징 기법, 교통방송, 수집, 가공을 위한 독립 기관 필요(민간업자 가능), 운전자는 일방적으로 수신, 도로 데이터베이스 필요(상대적으로 간단), 주행 경로 결정(연산)은 차내 탑재 장치 혹은 운전자가 한다. 문자표시 혹은 음성안내, 독립항법 장치에 교통정보 수신기만 부가적으로 설치.

쌍방향 통신차량 항법(교통 제어)이 방법은 도로에 설치된 비이콘(beacon), 사인 포스트 등을 통하여 중앙 교통 통제 센터와 교신하며 목적지, 출발지노 출, 프라이버시 문제, 도로 교통량을 균등하게 배정한다. 교통 위주로 차내 데이터베이스는 불필요하며 중앙 혹은 지방 기지국에서 차량 진행 방향 지시 (좌회전, 우회전 등)하며, 차내 장치는 진행 방향만 표시한다. 측위, 연산 등이 불필요한 차내장치의 가격은 저렴하나 사회적 기반시설에 대한 비용은 엄청나다. 항법으로 얻은 측위의 결과를 차량내의 지도와 비교하여 알려준다면, 운전자 는 자신의 현위치와 차량의 진행경로를 쉽게 인식할 수 있을 것이다. 특히 독립형 차량항법이나 일방향 주행안내방식을 따를 때에는 차량항법장치내에 이러한 지도 데이터베이스를 구비해야만 한다. 쌍방향 교통안내를 위해서도 교통관제센터는 관련된 데이터베이스가 반드시 필요하다.

한편 데이터베이스의 구조에 따라 차량항법의 기능이 제한되기도 한다. 차량 의 경로계산이나 교통안내, 주요 지형지물이나 목적지검색을 위해선 항법용 데이터베이스는 반드시 구조화된 형태로 구축되어야 하며, 차선수, 도로종류 교통제한과 같은 속성정보를 포함하고 있어야만 한다.

이러한 데이터베이스는 어떤 특별한 모델의 항법장치에만 필요한 것이 아니며 여러가지 교통안내체계에 동일하게 사용할 수 있으므로 항법용 데이터베이스를 공통형식화(표준화)하여 구축하는 것이 불필요한 재원의 중복투자와 노력을 방지하는 좋은 방법이다.

이러한 모든 항법용 데이터베이스는 도로나 지형지물의 정확성, 논리구조의 정밀성, 그리고 시현성을 갖추어야 하지만 경제발전속도가 매우 빠른 우리나라에서는 도로망과 참조 지형지물의 변화가 심하기 때문에 데이터베이스의 시현성이 매우 중요한 요소이다. 항상 일정한 시현성을 유지하기 위해서 일단 구축된 항법용 DB는 수시로 수정, 보완, 갱신하는 관리체계를 구축해야만 한다. 또한 이러한 관리체계를 원활하게 유지하려면 도엽 관리, 토폴로지 생성 및 오류수정, 자료구조변환을 적절하게 수행하는 지리정보시스템(GIS)이 구축되어야만 한다.

항법 데이터를 저장하는 CD롬형식은 개발회사에 따라, 독자적인 형식, 호환 성을 보장하는 단체의 공통형식, 혹은 국제공통형식 등 여러가지가 있다. 독자적으로 항법용 데이터베이스를 관리할 수 있다면 독자적인 형식을 사용할수 있으나, 이러한 방법은 CD롬타이틀을 직접 만들어야 하는 노력이 따른다.

반면에 CD롬의 공통형식을 따르는 방법은 새로운 기능을 추가한 항법장치를 개발하고자 할 때 이에 적절한 DB의 논리구조가 단시간내에 제공되기 어렵기 때문에 항법장치의 신모델개발을 구속하는 경향이 있다. 일본의 경우는 대부 분 네비껜 혹은 CDCRAFT 등에서 제정한 공통형식을 따르고 있으나 독자적인 형식을 따른 회사도 있다. 전세계적으로는 ISO 공통형식에 대한 논리가 진행 중이다. 국내에서도 자동차제조업체, 전자부품업체 등이 공동 연구 협의회를 구성하여 선진각국의 기술수준을 따라잡기 위한 하드웨어, 소프트웨어, 데이터베이스 구축 등 각 세부기술에 관한 공동연구를 수행하고 있다. 특히 정부에서도 차량항법장치를 차세대자동차기술의 하나로 분류하고 있으며, 국가 선도기술 개발 사업으로 이러한 공동연구를 후원하고 있다. 이 협의회의 토의결과를 바탕으로 운행자 정보안내용 차량항법장치 기본기술과 기본 데이터베이스 구축에 관한 연구도 하고 있다.

이러한 목표를 달성하기 위하여 차량항법용 데이터베이스의 항목설정 및 포맷의 표준화, 이에 따른 샘플 도로망의 구축 및 평가를 시도하였으며, 현재 전국도로망 및 항법관련 데이터베이스를 구축하고 있으며, 이를 95년말까지완성할 예정이다.