“도로와 차량의 안전과 편의를 향상”, “자율주행에서의 핵심 요소”
차량이 안전하게 주행하기 위해서, 또한 차량이 자율주행을 하기 위해서는 차량에게 다양한 기술이 요구되는 것 뿐만 아니라 인프라의 도움 역시 필요합니다. 이번에는 차량과 통신을 통해 다양한 정보를 주고 받아 자율주행을 보조하는, 자율주행에 핵심 요소인 차세대 지능형 교통체계(C-ITS)를 알아봅니다.
1. ITS와 C-ITS의 정의
1) 지능형 교통체계(ITS, Intelligent Transport Systems)란 교통수단 및 교통시설에 대하여 전자·제어 및 통신 등 첨단 교통기술과 교통정보를 개발·활용함으로써 교통체계의 운영 및 관리를 과학화·자동화하고, 교통의 효율성과 안전성을 향상시키는 교통체계를 의미합니다. (국가통합교통체계효율화법 제2조, 정의)
2) 차세대 지능형 교통체계(C-ITS, Cooperative Intelligent Transport Systems)란 실시간 교통 정보나 하이패스, 교차로 제어를 하는 지금의 교통 체계보다 한 단계 발전한 차세대 교통체계를 의미합니다. 여러 기술이 합쳐져 하나의 시스템을 이루는 개념인데, 자동차에 설치된 장치와 도로에 설치된 기지국, 서비스센터의 트래픽 제어/관리 시스템, 휴대용 단말기가 모두 소통하게 됩니다.
2. C-ITS의 필요성
C-ITS는 사물인터넷을 통해 V2V, V2I 간 양방향으로 데이터를 교환하여 고속도로, 도심, 교차로에서 발생되는 교통 사망 사고를 줄임으로써 2030년까지 추정 사망자 감소치는 총 3,201명 그리고 중상자 감소치는 총 54,596명으로 이에 의한 사회비용 감소 효과는 약 48조 이상으로 추정된다는 연구결과도 발표되었습니다.
또한 C-ITS는 악천우시 자율주행차 센서 기능의 저하로 인한 한계를 극복할 수 있게 지원하며, 센서가 검지할 수 있는 거리를 벗어난 원거리와 사각지대 검지 한계를 벗어날 수 있게 하여 향후 자율주행 시대를 대비하여 그 역할이 매우 중요합니다.
이렇듯 C-ITS가 구축되면 차량과 차량, 차량과 인프라가 서로 연결되어 데이터를 주고받을 수 있습니다. 사고 등 돌발 상황이 발생하는 경우 실시간으로 주변의 자동차에게 정보를 전달해주고, 원활한 교통상황 제공, 도로 유지·보수처럼 보다 효율적이고 안전한 교통 인프라 관리도 가능해집니다. 특히 C-ITS는 자율주행 차량과 소통하며 도심을 안전하게 주행할 수 있도록 돕는 더욱 더 중요한 핵심 기술이 될 전망입니다.
3. ITS와 C-ITS 차이
C-ITS와 ITS의 가장 큰 차이점은 정보 공유의 유무입니다. ITS가 수집 정보를 관제센터에서 모아 가공해서 전달하는 단방향 방식이라면, C-ITS는 V2X 통신을 활용해 차량과 차량, 차량과 도로, 차량과 시설물 간에 정보를 실시간 양방향으로 주고받으면서 교통위험정보 등을 미리 공유하고 대응할 수 있는 방식입니다.
| ITS 서비스 항목 | C-ITS 서비스 항목 | 비고 |
| 1) 교통관리 서비스 | 1) 위치기반 차량데이터 수집 | 기본 정보 |
| 2) 위치기반 교통정보제공 | 수집 제공 | |
| 2) 전자지불 서비스 | 3) 스마트 통행료 징수 | 요금 징수 |
| 4) 도로 위험구간 정보제공 | 안전운전 지원 | |
| 3) 대중교통 서비스 | 5) 노면상태,기상정보 제공 | |
| 6) 도로작업구간 주행 지원 | ||
| 4) 화물운송 서비스 | 7) 교차로 신호위반 위험경고 | 안전통행 지원 |
| 8) 우회전 안전운행 지원 | ||
| 5) 지능형 차량,도로 | 9) 버스 운행관리 | 대중교통안전 지원 |
| 10) 옐로우버스 운행관리 | ||
| 6) 여행자 정보제공 서비스 | 11) 스쿨존, 실버존 속도제어 | 보행자안전 지원 |
| 12) 보행자 충돌방지 경고 | ||
| 7) 교통정보 유통서비스 | 13) 차량 추돌방지 지원 | 차량 간 사고예방 |
| 14) 긴급차량 접근경고 | ||
| 15) 차량긴급상황 경고 |
4. C-ITS를 구현하기 위한 V2X 통신기술
C-ITS를 구현하기 위한 필수 기술로 V2X 통신기술을 사용하며, 이는 차량과 모든 객체 간의 통신을 통틀어 지칭합니다. 쉽게 차량용 고속무선통신기술인 WAVE (Wireless in Vehicular Environment)방식과 C-V2X 방식으로 나뉘는데 WAVE 방식은 와이파이 기반의 근거리 전용통신 시스템으로 이미 기반시설이 많이 구축되어 있고 안정적이나 방대한 데이터를 처리하기에 범위와 속도에서 한계를 가졌고 이를 극복하기 위해 C-V2X(Cellular-Vehicle to Everything)라는 이동통신 기반 통신기술이 등장하게 되었습니다. C-V2X는 신규 투자가 필수적이지만, LTE/5G 기반이기 때문에 서비스 가능 구역이 넓어지고 정보를 지연없이 빠르게 전송할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.
이러한 이유로 미국 연방통신위원회는 지난 2020년 10월, C-V2X 기술만 사용하겠다고 밝혔으며, 유럽에서는 기술 중립성을 고려하여 WAVE 방식과 C-V2X 방식을 혼합한 방식을 사용하고자 하고 있습니다. 우리나라는 WAVE방식으로 고속도로에 C-ITS구축을 시작하고, LTE-V2X시스템을 추가 설치해 병행 방식의 시범사업 후 단일 표준을 정해 2024년 이후 전국에 구축 추진 예정입니다.
전문가들은 완성된 형태의 자율주행차량은 연결의 개념이 강화된 CV(Connected Vehicle)와 완전 자동 기능의 AV(Autonomous Vehicle)가 결합된 C-AV가 되어야 한다고 주장합니다. 미국, 유럽 등에서도 완전 자율주행을 위해선 CV와 AV가 결합된 자율주행 차량과 도로 인프라가 중요하다는 인식을 갖고 있습니다. 이를 뒷받침하기 위한 기반 기술로써 C-ITS의 역할이 중요하다는 의미입니다.
5. C-ITS 서비스
국토교통부와 한국도로공사는 C-ITS를 활용한 대표적인 서비스로 위치기반 데이터수집, 위치기반 교통정보 제공, 요금징수시스템, 도로위험구간 정보제공, 노면 기상정보 제공, 도로작업구간 주행지원, 교차로 신호위반 위험경고, 우회전 안전운행 지원, 버스 운행관리, 옐로우버스 운행 안내, 스쿨존 속도제어, 보행자 충돌방지 경고, 차량 추돌방지 지원, 긴급차량 접근경고, 차량 긴급상황 경고등 15가지를 제안하고 있습니다.
1) 위치기반 데이터 수집 : 위치 측위 기술을 활용하여 위치정보를 수집하고, 위치정보를 이용하여 국민안전처·경찰청 등 긴급구조기관에서 요구조자 위치찾기, 물류, 차량관제 등의 서비스를 제공하는 등 사회 안전망 구축에도 위치정보가 적극 활용되고 있습니다.
2) 위치기반 교통정보제공 : 위치정보를 활용해 이용자의 실제 위치를 교통 지도에 표출하고 이를 통해 주변 CCTV와 휴게소 정보를 제공하며 특히, 주행 중 전방의 교통사고 또는 정체 등에 대한 교통속보 알림 메시지를 자동으로 전송해 돌발상황에 대비할 수 있도록 합니다.
3) 요금징수 시스템 : 요금징수 시스템은 고속도로 통과 차량에 관한 각종 자료 및 요금처리 업무를 자동화, 기계화, 전산화하여 징수하는 설비를 말하며 크게 입구 차선설비, 부스 설비, 영업소 설비 3가지로 구분되어 운영된다. 영업소 컴퓨터를 비롯하여, 다양한 차로기기 들과의 접속으로 이루어져 운영되는 시스템으로서 고속도로 통과 차량에 관한 대량의 각종 자료들의 신속처리 및 철저한 신뢰성이 요구되는 시스템입니다.
4) 도로 위험구간 정보제공, 5) 노면 기상정보 제공 : 도로 정보 공유시스템에서는 실시간 구간 평균 통행 속도, 기상예보 정보, 도로 기하구조 정보를 가공하고 처리해 도로의 구간별 위험정보를 공유하여 도로 위험 발생 구간의 도로파손, 결빙, 안개 등 도로 위험도를 실시간 파악할 수 있습니다. 또 도로 위험에 따른 유형별, 도로와 지역별, 기간별, 위험 단계별 자료 제공을 위한 통계서비스도 제공할 수 있습니다.
6) 도로작업구간 주행지원 : 도로 운영자는 차량 운전자에게 전방의 공사 구간, 도로 위 낙하물, 교통사고나 고장 등으로 멈춰 선 차 등 미리 알면 도움이 될 만한 정보들을 제공할 수 있습니다.
7) 교차로 신호위반 위험경고 : 교차로를 통화하려는 차량(순응차량)에게 교차로 신호위반 차량(비순응차량) 이벤트 경고정보를 제공하여 신호위반사고를 예방합니다.
8) 우회전 안전운행 지원 : 교차로에서 보행신호 녹색주의 경고와 차량이 우회전하려고 할 경고음이 울리도록 하여 진입하려던 도로에서 다른 차량이 유턴하던 중이라 충돌할 위험을 인식하게 합니다.
9) 버스 운행관리 : 버스위치 및 운행상태정보를 관제센터로 전송하여 개문 발차등 주의 운전알림과 버스운행과 차량상태를 분석하여 운행정보 및 정책수립에 활용합니다.
10) 옐로우버스 운행관리 : 버스운행과 차량상태 정보를 전송하여 전방 옐로우버스 주행 중 운행과 전방주의 운전메세지를 전송하고 옐로우버스 승하차, 긴급상황 주의운전 알림 서비스를 제공합니다.
11) 스쿨존 속도제어 : 스쿨존 진입, 제한속도 알림과 보행자 검지 정보를 통해 보행자의 횡단정보를 제공하여 안전사고를 예방할 수 있게 합니다.
12) 보행자 충돌방지 경고 : 도로 지장물로 시야가 가리는 경우에도 보행자, 자전거 정보를 검지하여 보행자와의 충돌을 사전에 방지하도록 알려주는 서비스입니다.
13) 차량 추돌방지 지원 : 차량끼리, 또는 차량과 도로 간 반경 500ｍ 이내에서 신호를 주고받으면서 앞차의 급정거나 교통사고, 낙하물 추락 등 돌발상황을 운전자에게 알려줍니다.
14) 긴급차량접근경고 : 사이렌 소리가 들리기 전에 미리 구급차 등 긴급차량의 접근 사실을 알려 통행로를 확보하도록 하는 서비스입니다.
15) 차량 긴급상황 경고 : 보이지 않는 굽은 길에 고장 난 차량이 서 있는 경우나 전방의 차량사고 등 사고 정보를 전송하여 2차 사고가 발생하지 않게 하여 안전을 확보할 수 있도록 하는 서비스입니다.
6. C-ITS 구성요소
C-ITS의 구성요소는 4가지로 차량(Vehicle), 보행자를 포함한 사람(Person), 도로변 각종 센서와 노변장치(Road Side Unit), 정보를 생산 관리 배포하는 정보관리센터(C-ITS센터)로 구성됩니다.
C-ITS를 위해서는 이에 맞는 도로 인프라가 중요합니다. 즉 차량과 통신하여 정보를 수집·제공하는 노변 기지국, 실시간의 신호 정보와 연계되어 차량에 제공하는 신호제어기, 도로 노면상태와 기상정보를 수집, 제공하는 도로 기상정보, 보행자 검지기, 요금징수기, 낙하물 등을 차량에 제공하는 돌발상황 검지기 등입니다.
C-ITS 센터는 국가교통정보센터 등의 연계 기관과 정보를 공유한 후, 데이터를 처리하여 노변기지국을 비롯한 현장에 전송합니다. 현장에 전달된 정보는 다시 차량으로 보내지고, 이후 차량 간 안전 정보를 교류하게 되는 것입니다. C-ITS는 여러 기관 및 설비, 장치가 쌍방향으로 소통한다는 특징을 가지고 있습니다.
차량에는 안테나와 통신장치, 운영장치, 차량정보 수집장치, 그리고 표출장치로서 내비게이션과 HUD3), 스마트폰 등이 갖춰져 있습니다. 지능형 교통 정보는 C-ITS센터, 지원시스템을 통해 GPS나 WAVE, OBD4) 등 주행 중인 차량에 제공됩니다.
7. 국내동향
우리나라는 2025년까지 운전자가 개입하지 않는 자율주행 레벨4의 버스·택시를, 2027년까지는 승용차를 출시하겠다는 목표로, 국토교통부에서 미래 모빌리티 시대 선제적 대응전략인 ‘모빌리티 혁신 로드맵 5개 과제’를 발표하였습니다.
- 운전자가 필요 없는 완전자율주행 시대 개막
- 교통 체증 걱정 없는 항공 모빌리티 구현
- 스마트 물류 모빌리티로 맞춤형 배송체계 구축
- 모빌리티 시대에 맞는 다양한 이동 서비스 확산
-모빌리티와 도시 융합을 통한 미래도시 구현
국토교통부는 일본과 독일에 이어 세계에서 3번째로 부분 자율주행차(레벨3)를 상용화하고 2025년까지 전국 시·도별 1곳 이상의 시범운행지구를 지정하고 2025년 완전자율주행 버스·셔틀, 2027년 레벨4 승용차를 출시하겠다는 계획입니다. 전국 도로 약 11만km에 실시간 통신 인프라를 구축하고 도심부 등 혼잡지역은 2027년까지 통신 인프라를 조기 구축합니다. 통신 방식은 직접통신 방식(WAVE 또는 C-V2X)을 기본으로 추진하지만 비혼잡 지역에 대해서는 기존 이동통신망을 활용(V2N 방식)하는 하이브리드 방식으로 추진합니다.
1) 지능형 교통체계(ITS) 기본계획 2030 (2021.10.19. 국토교통부)
국토교통부는 『지능형교통체계 기본계획 2030』을 발표하고, ‘27년 완전자율주행(LV.4)’ 상용화에 대비하여 올해부터 주요 도로에 C-ITS 통신인프라 구축을 추진하고 차량-인프라-관제센터 간 신뢰성 있는 정보교환을 위해 V2X 보안인증체계도 구축하여 자율주행차의 원활한 운행을 지원하고 있습니다. 첫 단계로 2024년까지 주요 고속도로에 C-ITS 통신인프라를 구축합니다. 2단계로 2027년까지 도심 및 전국 주요 도로로 C-ITS 통신인프라 구축 영역을 확대합니다. 이어 2030년에는 전국 도로에 C-ITS 통신인프라를 구축할 계획입니다.
2) 자율주행에 필요한 정밀도로지도
정밀도로지도는 차선, 표지, 도로시설 등을 도로 디지털트윈으로 구현한 고정밀 전자지도로서, 차선 단위의 차량위치 결정이 가능하여 자율주행을 지원하도록 제작된 지도입니다. 정부는 ’27년 완전자율주행 상용화에 맞추어 도심 및 주요 도로를 대상으로 정밀 도로지도 구축을 완료할 계획으로 추진하고 있으며, 2023년부터는 수도권(서울, 경기, 인천 등)의 특별광역시도 및 4차로 이상 지방도 구축을 시작으로 충청권, 경상권, 전라권 등으로 범위를 확대하여 제작할 예정입니다.
3) C-ITS 시범사업 주파수 확정
과학기술정보통신부는 국토교통부 의견수렴을 거쳐 차세대 지능형 교통체계 시범사업 주파수 배치(안)을 2022. 3. 16.(수) 확정하였습니다. 와이파이 방식의 WAVE, 이동통신 방식의 LTE-V2X 두 가지 기술 존재하며, WAVE와 LTE-V2X 두 가지 기술 모두에 대해 시범사업을 진행하기 위해서는 새로운 주파수 배치가 필요하였고, 과기정통부는 주파수 이용효율, 국제동향, 이용안전성, 기존 이용자보호 등을 종합적으로 검토하여 배치안을 확정하였습니다. C-ITS로 공급된 70㎒ 폭(5,855∼5,925㎒) 중 하위 20㎒ 폭은 LTE-V2X로, 상위 30㎒ 폭은 WAVE로 분배하며, 잔여 20㎒ 폭은 보호대역으로 설정하되 5G-V2X 등 차세대 C-ITS 기술개발 등에 활용할 수 있도록 할 방침입니다.
8. 해외동향
ITS 분야의 명칭은 국가별로 달리 불리고 있다. 미국은 Connected Vehicle이란 용어를 사용하고 유럽에서는 Cooperative ITS, 일본에서는 ITS Spot이라 한다. 또 다른 용어로는 Car talk system, Talking Car라 표현하기도 합니다.
1) 미국
미국 자율주행시스템과 도로의 통합을 위한 비전(ConOps6, Concept of Operations, 3단계에 걸쳐 차량-도로시스템 간 완전자동화 도모)을 개발하고 있으며, 이는 기간에 따라 총 3단계의 운영 콘셉트를 바탕으로 하고 있습니다.
| 단계 | 내용 |
| 1 | 통합을 이루기 위한 단계, 도로상 소규모 차량운영과 준비능력 향상, 시스템 효율 저하 요소 파악 등을 바탕으로 자율주행차량과 일반 차량, 기존 도로 인프라의 통합을 추진하여 여행자 경험과 전반적 시스템 성능을 향상 |
| 2 | 자율협력성능향상과 시스템 호환성 확보, 디지털 인프라의 세부 사항 정의 등을 포함한 협력 강화 |
| 3 | 자동화 지원을 위한 차량-도로시스템의 완전 자동화를 실현하는 단계로 설정 |
ADS의 통합은 4개의 ConOps 목표(안전시스템, 효율적 운영, 상호 호환적 시스템, 공정한 편익 및 영향)를 바탕으로 추진되고 있으며, 4개 카테고리(화물 및 물품배송, 운송수단, 개별여정 및 통근, 공공기관 운영)의 8개의 ADS차량 유스케이스를 정의하고 있습니다. 도로의 ADS 통합은 2035년까지 완성하는 것을 목표로 합니다.
안전 및 운영 효율성 증진을 위한 도로 인프라와 자율주행차량 협업을 도모하는 연구프로그램을 추진 중이며, 이로써 교차로 연료소비 20% 감축과 차로용량 2배 증진, 총 10%의 연료소비 감축 등을 실현하고자 하고 있습니다.
협력주행의 자동화는 SAE International7) 표준(J3216)에서 ‘기계 간 통신의자동화’로 정의되었으며, 이는 연계된 모든 도로 이용자의 안전과 이동성 증진을 도모하며, 특히 센서 검지 능력 향상과 교차로 최적화, 혼잡 완화를 목표로 하고 있습니다.
2) 유럽
2016년 C-ROADS 협의체(유럽 내 상호운용 가능한 C-ITS 서비스 배포를 위해 유럽 국가기관, 이해당사자(도로운영자 등)들이 모여 “C-ITS Platform“(2014) 을 발족, C-Roads Pilot(2016)을 시작하면서 명칭을 ”C-roads Platform“으로 변경하였으며, 현재 유럽 18개국 참여 중) 출범을 통해 범 유럽적 C-ITS 도입과 일반적 기술 사양의 개발⸱교류를 추진하였으며, 상호호환성 확보에 주력하고 있음. 본 협의체에 2016년 최초 8개국 참여, 2017년 16개국에서 2019년 18개국까지 확대되었고, 크로아티아와 이스라엘, 뉴질랜드, 호주 퀸즐랜드, 러시아, 스위스, 터키 등의 비EU 국가와도 협업추진 중입니다.
현재 50개 이상 유럽 도시를 대상으로 C-ITS 서비스 도입 중이며, 20,000km의 유럽 도로에 C-ITS 노변장비를 설치하고, 100,000km에 C-ITS 서비스를 제공 중입니다.
유럽의 C-ITS는 도로안전 확보와 유럽 통행자를 지원하는 Usecase 개발에 주력하고 있으며, 향후 관련 기술의 테스트와 검증, 상호호환성 확보, 하위호환성 확보 등이 필요한 상황입니다.
C-ROADS의 작업반(C-ITS 구축 문서화 및 요구사항)은 C-ITS 구축관련 서비스 및 시스템 스펙⸱아키텍처를 정의하고, 관련 통신방식(ITS-G5 및 셀룰러)의 실증과분석을 추진 중입니다.
C-ROADS에 포함된 서비스는 위험구간알림과 도로표지정보 관련 13개 항목으로 구성되어 있음. 현재까지 CAR2CAR(C2C) 컨소시엄과 POLIS(고대 그리스 세계의 전형적인 공동체 구조에서 나온 용어로, 1989년부터 유럽 내 지역 교통을 위한 혁신적인 기술과 정책을 개발하기 위해 협력하는 유럽 도시 및 지역의 네트워크 협의체를 말함) 등 다양한 조직과 협업을 통해 성공적으로 사업을 진행해 왔습니다.
유럽은 그간 높은 위계의 도로망을 중심으로 C-ITS 서비스를 구현해 왔으나, 앞으로는 이를 주요 도심으로 확대해 나갈 예정이며, 특히, 국경 지역 실증을 통한 상호 호환성 향상을 적극 추진할 예정이며 C-ITS 서비스는 개별차량과 운전자를 지원하는 수준을 넘어 공공기관의 여행자 정보제공이나 관련 정책 개발에도 활용될 수 있습니다. 대중교통 차량과 긴급서비스 등을 최우선으로 검토하여 서비스 도입을 확대해 나갈 것입니다.
3) 중국 : 지능형 커넥티드차량(ICV) 개발
중국은 2021년 지능형 커넥티드 차량개발 관련 5개년 계획을 발간하고, 자연친화적 개발 촉진과 기술혁신, 전체 디지털화 등을 추진함- 해당 계획은 11개 정부부처가 참여하여 6개 주요 시스템과 20개 우선순위 목표를 설정하였습니다.
중국은 2035년 이후 완전자율주행 실현을 이루고자 하며, 이와 관련한 규제나 데이터보호, 개인정보보호 등의 이슈에 직면해 있으며 실증시험은 중국 내 주요도시(베이징, 상하이, 우한, 광저우 등)에서 아우디와 함께 진행되고 있습니다.
아우디는 2019년 중국 내 도시 지능형 교통시스템 연계를 추진한 첫 회사이며, 2020년 중국 내 V2X 상용애플리케이션 첫 허가를 취득한 바 있습니다.
1. https://www.kisa.or.kr/20204/form?postSeq=189&lang_type=KO&page=1
3. https://www.c-its.kr/introduction/introduction.do
4. https://enterprise.kt.com/bt/dxstory/997.do
5. https://www.koit.co.kr/news/articleView.html?idxno=104609
6. http://tsmagazine.co.kr/page/vol67/view.php?volNum=vol67&seq=13
'[03] 자율주행' 카테고리의 다른 글
| 06. 정밀지도 (feat. LDM) (0) | 2024.07.21 |
|---|---|
| 05. V2X 메시지 (0) | 2024.07.07 |
| 04. 자율주행 시범운행지구 및 특례 (1) | 2024.05.05 |
| 03. 자율주행 환경 인식 기술 feat. 카메라, 레이더, 라이다, 센서 퓨전 (2) | 2023.12.17 |
| 01. 자율주행 차량(Self-driving car / Autonomous car) (2) | 2023.11.19 |