앞으로 나아갈 길 : 자율주행 자동차와 교통의 미래

최근 3D 영상 작업을 하면서 자율주행 관련 주제를 다루게 되었습니다. 각종 첨단 센서들이 장착되어 운전자가 안전하게 주행하는데 도움을 주는 영상 제작이었습니다. 자율 주행의 의미는 대략적으로 알고 있었으나. 자율주행 단계가 6단계나 있다는 것은 처음 알게 되었습니다. 우리 생활 속으로 점점 다가오고 있는 기술이기에 좀 더 공부를 하고 싶어 졌습니다.

이 계기로 자율 주행에 대한 조사를 조금 해보았습니다. 

 

  자율 주행은 차량이 사람의 개입 없이 작동할 수 있도록 하는 기술입니다. 이러한 차량은 센서, 카메라, 레이더, LiDAR(빛 감지 및 거리 측정), GPS 및 고급 소프트웨어의 조합을 사용하여 탐색하고 운전 결정을 내립니다.

 자율 주행 기술의 개발은 일반적으로 J3016 표준에서 SAE(Society of Automotive Engineers)가 정의한 대로 6가지 수준의 자동화로 분류됩니다.  대부분의 현재 자율주행차는 레벨 2 또는 레벨 3에 있으며 특정 작업을 처리할 수 있지만 여전히 사람의 감독이 필요합니다.

 

 

사진: Unsplash 의 Roberto Nickson

1. 자동화 수준

 현재 자율주행은 6단계로 구분하고 있습니다.

Level 0	Level 1	Level 2	Level 3	Level 4	Level 5
자동화 없음	부분 자동화1	부분 자동화2	조건부 자동화	고도 자동화	완전 자동화

1) 레벨 0 - 자동화 없음(인간만 제어): 이 단계에서 운전자는 운전의 모든 측면을 전적으로 책임집니다. 안전벨트 미착용 경고 또는 기본 안정성 제어 이외에는 자동화 기능은 없습니다.
2) 레벨 1 - 운전자 지원(부분 자동화): 레벨 1 차량은 어댑티브 크루즈 컨트롤 또는 차선 유지 지원과 같은 일부 운전자 지원 기능을 제공합니다. 그러나 운전자는 항상 완전히 참여하고 차량을 제어해야 합니다. 이러한 시스템은 특정 작업을 지원할 수 있지만 완전한 자율성을 지원하지는 않습니다.
3) 레벨 2 - 부분 자동화(결합 기능 자동화): 레벨 2 차량에는 조향과 가속/감속을 동시에 제어할 수 있는 고급 운전자 지원 기능이 있습니다. 여기에는 종종 고속도로 차선 센터링 및 어댑티브 크루즈 컨트롤과 같은 기능이 포함됩니다. 그러나 운전자는 여전히 주의를 기울여야 하며 필요한 경우 인계할 준비가 되어 있어야 합니다.
4) 레벨 3 - 조건부 자동화: 이 단계에서 차량은 고속도로 주행과 같은 특정 조건에서 대부분의 주행 작업을 수행할 수 있습니다. 운전자는 능동적으로 도로 모니터링을 중단할 수 있지만 시스템에서 메시지가 표시되면 인계할 준비가 되어 있어야 합니다. 레벨 3 차량은 복잡한 교통 상황을 처리할 수 있지만 비정상적인 상황에서는 사람의 개입이 필요할 수 있습니다.
5) 레벨 4 - 고도 자동화(제한적 자율 주행): 레벨 4 차량은 지오펜스로 둘러싸인 도시 지역이나 지도가 잘 배치된 고속도로와 같은 특정 환경과 조건에서 완전 자율 주행이 가능합니다. 이러한 정의된 시나리오에서 레벨 4 차량은 사람의 개입 없이 작동할 수 있습니다. 그러나 운전 조건이 지정된 운영 설계 영역(ODD)을 벗어나면 인간 운전자가 인계해야 할 수도 있습니다.
6) 레벨 5 - 완전 자동화(무인 운전): 레벨 5는 자율 주행의 궁극적인 목표를 나타냅니다. 레벨 5 차량은 사람의 개입 없이 모든 주행 조건과 환경에서 작동할 수 있습니다. 이 차량은 완전히 자율 주행하기 때문에 스티어링 휠이나 페달이 없습니다. 레벨 5 자율성은 자율 택시, 배달 차량 등을 포함한 광범위한 애플리케이션을 가능하게 합니다.

 2. 자율주행 기술

1) 센서 융합: 자율 주행 차량은 주변 환경을 인식하기 위해 다양한 센서에 의존합니다. 카메라는 시각적 데이터를 캡처하고, 레이더는 물체를 감지하고, LiDAR는 상세한 3D 매핑을 제공하고, GPS는 위치 정보를 제공합니다. 이러한 센서는 함께 작동하여 환경에 대한 포괄적인 보기를 생성합니다.

2) 기계 학습 및 AI: 기계 학습 및 인공 지능(AI)은 자율 주행 기술에서 중요한 역할을 합니다. AI 알고리즘은 센서 데이터를 분석하여 차선 유지, 교통 표지판 및 신호 인식, 장애물 회피를 포함한 실시간 결정을 내립니다.

3) 매핑 및 현지화: 고화질 지도는 자율 주행 차량이 정확하게 탐색하는 데 사용됩니다. 이 지도에는 차선 표시, 교통 표지판 및 랜드마크와 같은 도로에 대한 자세한 정보가 포함되어 있습니다. 동시에 차량은 GPS 및 기타 센서를 사용하여 정확한 위치를 결정합니다.

4) 제어 시스템: 자율 주행 차량에는 가속, 제동 및 조향을 관리하는 고급 제어 시스템이 있습니다. 이러한 시스템은 다양한 조건에서 안전하고 원활한 주행을 보장합니다.

5) 안전: 안전은 자율 주행에서 가장 중요한 관심사입니다. 자율주행차는 교통 법규를 준수하고 돌발 상황에 대처하며 탑승자와 보행자의 안전을 최우선으로 생각하도록 설계되었습니다. 사고를 방지하기 위해 이중화 및 페일 세이프 메커니즘이 내장되어 있는 경우가 많습니다.

 

3. 도전 과제 및 고려 사항

1) 규제 및 책임
자율주행차에 대한 규제 개발하고, 사고 발생 시 책임을 결정하는 것은 복잡한 문제입니다. 

2) 기술적 장애물
악천후와 복잡한 도시 환경을 포함한 모든 시나리오에 대한 자율주행 기술을 완성하는 것은 여전히 ​​어려운 과제로 남아 있습니다. 자율주행 시스템이 해킹과 사이버 공격에 저항할 수 있도록 보장하는 것도 또 다른 관심사입니다.

3) 대중의 수용
 대중에게 자율주행차에 대한 신뢰를 구축하는 것은 필수적 요소입니다.  대중화되기 이전에 자율주행에 대한 불신과 거부감은 자율주행 확장에 문제가 되기 때문입니다. 대중에게 안전성과 이점을 확신시키기 위해서는 교육과 광범위한 테스트가 필요합니다.

 

사진: Unsplash 의 Andrew Butler

4. 결론

 자율주행차 시대가 빠르게 다가오고 있습니다. 여전히 극복해야 할 장애물이 많이 남아있지만, 안전성, 효율성 등에 대한 잠재적 이점은 엄청납니다. 기술이 계속 발전하고, 대중의 신뢰가 높아짐에 따라 자율 주행차는 우리가 이동하는 방식을 크게 변화시켜 도로를 더 안전하게 만들고, 도시를 덜 혼잡하게 하는 등 큰 이점이 있습니다.