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제 1 절 운전자 맞춤형 인터랙션 엔진

1. 운전자 모델 기반 연구

 운전자 모델은 1980년 중반부터 연구가 활발히 진행되었고, 초창기의 모델들은 주로 운전자 행동 모델(driver behaviour models)이었음

 계층적 제어 모델(Hierarchical Control Model)은 운전자 행동을 전략(Strategic), 책략(Manoeuvring), 제어(Control)와 같은 3단계로 분류하여 하향식 프로세스(top-down process)로 설명하였음[1]

 그 후 전체적인 운영 행동(operative behavior)을 고려하여 행동 레벨(behaviour level)이 추가되었음

 운전자의 계층적 제어 및 동기(motivation)와 관련된 운전자 모델에 대한 연구도 있는데, 이와 관련한 대표적인 프로젝트는 유럽 GADGET임

- 도로 상황과 운전자의 수용가능한 주관적 위험수준 사이의 균형을 조절한다는 내용의 모델임

- 이 모델은 운전자의 특성을 고려한 모델로 원인과 배경에 따른 결과를 보여주는 흐름 매트릭스(flow matrix) 방식이지만, 이는 운전자의 상태를 수치화하지 못한다는 한계가 있음

 운전성 모델(Drivability model)은 다수의 모델을 통합한 것임

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- 개인적 역량(Individual Resources) 레벨: 운전자의 신체적, 사회적, 심리적, 정신적 상황 등을 전반적으로 고려함

- 지식/기술(Knowledge/Skills) 레벨: GADGET 모델을 포함하여 운전자의 운전훈련, 운전경험, 지식 등과 운전자 동기부여와의 관계를 설명함

- 환경적 요소(Environmental factors) 레벨: 차상태, 날씨, 교통상황 등을 포함함

- 또한 각 상황들을 수식화하여 운전성 지수(Drivability Index, DI)를 계산할 수 있음

 또 다른 운전자 모델 가운데 하나는 Jon Hankey의 차량내 정보 시스템(In-Vehicle Information System, IVIS)임

- IVIS 의 목적은 차량내 시스템의 설계 개념들을 비교하기 위한 디자인 도구를 제공하는 것임

- 기본적으로 인지적인 역량을 통해 이루어지는 상향식(bottom-up)과정을 보여줌

 ACT-R 운전자 모델은 심리학적 인지구조를 바탕으로 개발되었고 인식, 인지, 지각, 그리고 움직임까지 포함함

- 본 모델은 가능한 많은 운전 관련 테스크(task)를 다루는 것, 현실적인 제어(control)와 차량의 움직임을 포함하는 것, 인지적 과제를 통해 과제를 수행하는 것이 목표임

- 본 모델은 제어(Control), 모니터링(Monitoring), 의사결정 (Decision making)으로 구성되어 있음

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 제어요소: 횡적제어(현재 위치를 나타내는 near point와 10m 지점을 나타내는 far point에서 각각 시각적 각도 측정)과 종적제어(운전 속도와 관련해서 가속도 측정),

 모니터링 요소: 주변상황 인식의 시간 및 주기

 의사결정 요소: 차선변경 판단 여부와 언제 차선변경을 하는지에 대한 결정을 포함

- 본 모델은 운전 뿐만 아니라 이차 과제(secondary task; 예:

통화, 네비게이션 조작 등)에 관한 내용도 포함함

 그 외에도 ACME 운전자 모델도 제안되어 현재 개발이 진행 중임 - 본 모델은 운전에 필요한 정신적인 프로세스를 설명하고 있음 - 뿐만 아니라, 차량 추종(car-following)과 차선 변경에 관한

관점도 포함되도록 개발되었음

 현재까지 대부분의 자동차 모델은 운전자가 자극이나 상황을 인지하고, 실제 몸으로 행동하는 과정, 그에 따라 차량이 어떻게 반응하는지에 대해 간단히 흐름을 정리해놓은 수준이라고 볼 수 있음

 그러나 운전자의 행동에 관한 연구들이 진행되면서 보다 더 세부적인 모델들이 제안되었음

 대표적으로 운전자 행동에 대한 베이지안 네트워크 모델 적용을 제안한 모델이 있음

- 운전자가 취할 수 있는 행동들을 인과적 노드(node)로 나타낸 후, 그 사이의 확률분포를 계산하였음

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- 본 모델은 사람의 인지적 과정을 포함한다기보다는 확률적 접근으로 좀 더 실제적인 모델이라고 할 수 있음

 운전자의 지각/인지/행동 과정에 대한 계산 모형을 만드는 것을 목표로 한 COSMODRIVE(COgnitive Simulation MOdel of the DRIVEr) 모형이 있음

- 지각-인지-행동의 루프는 인식된 주변 환경과 상황의 변화에 대해 지속적인 상호작용을 통해 운전자가 잘 대처할 수 있도록 함

- 본 모델은 현재 상황에 대한 묘사를 포함하는 단기 기억과 장기기억(영구 지식, 배경 지식)을 구분함

- 운전 도식(Driving schemas)라는 컴퓨터 형식으로 운전자의 동작 지식 및 정신 상태를 모사할 수 있음

- 운전 도식은 구조화된 지식 블록을 형성하고 실질적인 경험에 기반을 둔 포괄적인 작동 모형을 형성하므로 운전 도식은 일정 수전 이상의 현실성이 있어야 함

 이 외에 운전과제에서의 주의 할당에 대해 세부적으로 살펴본 SEEV (Salience, Effort, Expectancy, Value)모형 존재함

- 본 모형은 운전자가 그들의 응시점을 실시간 과제에서 어떻게 할당하는지에 대한 확률 모형으로 연속적인 사건에서 응시점이 특정 위치로 이동할 확률을 추정함

- Eye Tracking 데이터를 기반으로 한 SEEV 모형은 특정 위치를 보는 빈도를 비교적 정확히 예측할 수 있음[10][11]

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- 그러나 주의 할당이 인지적 처리에 미치는 영향을 다루지 않았다는 한계가 존재함

 운전에 관한 세부과제 상에서의 이해(Comprehension)에 관한 모델도 존재함

- 상황 이해에 관한 한 모델은 문장 이해 과제에 대한 Kintsch의 Construction Integration Model[12]을 운전자의 상황이해 모형에 적용하였음[13]

- 본 모델은 다음의 단계로 구성되어 있음

 첫 번째 단계는 사물의 지각과정으로 상황의 표면적 의미를 처리함

 두 번째 단계는 활성화된 표면적 의미가 확장되어 장기 기억에 있던 관련 의미가 주어진 장면에 대한 이해의 깊이를 더함

 이와 같은 과정들이 주기적으로 반복되면서 운전자의 단기기억에는 물체들 사이에서 주어진 순간의 물체들 간 관계가 공간적인 정보로 구성됨

- 그러나 본 모델은 지각과 장기기억의 상호작용에 대한 개념적인 기술로 계산적 모델로서 구현되지 않았고, 실제 운전 상황에서 타당성이 검증되지는 않았다는 한계가 있음

28 2. 운전자 모델 핵심요소 정의 및 분석

 본 과제(사업)의 운전자 맞춤형 인터랙션 엔진 또는 운전자 인지심리행동 모델 개발을 위하여 고려할 필요성이 있는 운전자의 특성 및 상태에 대한 선행연구를 조사하고 분석한 내용에 대해 기술함

가. 운전자의 특성에 관한 분석

 본 문서에서 언급하는 운전자의 특성은 고령운전자, 여성운전자, 초보운전자, 일반운전자 등 운전자 군(群)이 일반적으로 지니는 인지적, 행동적, 심리적 특성 등을 의미하는 것으로 비교적 쉽게 변하지 않는 특징을 가짐

1) 고령운전자의 특성 및 교통사고와의 관계

 세계의 60세 이상 고령 인구가 2050년에는 전체 인구의 21.5%에 육박할 것으로 예상되며[14], 따라서 자연스럽게 운전상황에서 고령운전자와 차량 간의 효과적인 인터랙션을 위한 연구개발이 요구되고 있는 실정임[15][16]

 노화는 시력 저하, 높은 공간주파수에 대한 대비 민감도 저하, 움직이는 물체에 대한 동체 시력 저하, 시야 범위 축소, 야간 시력 저하, 청색에 대한 민감도 저하, 눈부심 자극 후 회복 시간 증가 등 시지각 전반적 기능을 감퇴시킴[8][17][18]

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 운전자의 단순한 시지각 기능을 나타내는 지표(시력, 시야범위 등)과 교통사고율의 관계에 대한 비일관적인 연구결과들이 보고되고 있음

- 단순 시력(visual acuity)의 경우, 교통사고율과 통계적으로 유의한 상관을 보고하는 연구가 있는 반면[19][20][21], 단순 시력과 교통사고율 간 통계적으로 유의한 상관이 없다고 보고하고 있는 연구도 다수임[22][23][24]

- 시야 범위(visual fields)와 교통사고율 간의 관계에 대한 연구 결과들도 일관되지 않으며[20][25][26], 깊이 지각과 교통사고율간에는 유의미한 관계가 보고되지 않았음[22]

 움직임 지각은 교통사고율 및 거리 운전 과제에서의 수행능력 간에는 유의한 상관이 있었는데, 이는 노화에 따라 자극을 받아들이고 처리하는 속도가 느려지고 움직이는 물체를 인식하는 데 어려움을 겪으며, 움직임을 인식하는 능력은 도로 환경에서의 자극을 받아들이고 실제 운전 수행능력을 결정하는 데 있어서 중요한 역할을 한다는 것을 의미함[27]

 수정체 조절력 역시 노화에 따라 저하되는데 고령자가 초점을 4m 거리의 물체에서 0.7m거리의 물체로 이동할 경우에 초점을 재조정하는데 걸리는 시간은 약 500ms로 비고령자와 비교할 때 시간이 두 배 더 소요되는 것으로 나타남[28]

 노화는 암순응(dark adaptation: 밝은 조도에서 어두운 조도로 환경이 변화할 때 눈의 민감도가 적응하는 현상)에 걸리는 시간

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또한 증가시키는데, 20대는 완전한 암순응을 하는데 약 35분 소요되나 70대는 약 30% 증가하여 약 46분이 소요되는 것으로 나타남[29]

 노화는 청각능력도 감퇴시키는데, 특히 고주파 소리에 대한 감각능력과 배경소음과 말소리를 구분하는 능력이 크게 감퇴함[30]

 청각능력의 퇴화와 교통사고율과의 관계에 대해 서로 상반된 연구 결과들이 보고되고 있음

- 일부 연구들은 청각능력의 퇴화가 사고율의 증가를 예측하거나 설명하지 못함을 보여줌[19][24]

- 또 다른 연구는 청각능력의 퇴화가 사고율의 일부를 설명할 수 있다고 보고하고 있음[20]

 노화에 따라 세밀한 표면 패턴을 촉각을 통해 구분하는 능력은 크게 저하되나, 촉각을 사용하여 능동적으로 물체의 모양을 파악하는 능력에는 크게 변화가 없다고 알려져 있음[31]

 고령운전자의 단순한 시각 능력을 측정하는 다양한 지표(시력, 시야범위 등)들이 일관되게 교통사고율을 예측하지 못하는 것과 다르게, 시각적 주의는 교통사고율뿐 아니라[23][24][32][33]

[34], 운전 시뮬레이터에서의 수행[35]이나 실제 도로 주행[36]

[37]에서의 운전 능력을 성공적으로 측정하고 예측하는 것으로 나타남

 운전자에게 필요한 시각적 주의 능력은 크게 세 가지로 구분할

31 수 있음

- 운전자가 처한 상황에서 필요한 정보만을 선별적으로 집중하는 선택 주의

- 여러 가지 업무를 동시에 수행할 때 필요한 분산 주의

- 여러 가지 업무를 동시에 수행할 때 필요한 분산 주의

관련 문서