간회사의 자체적인 기술만으로 자율주행이 상용화될 수 있다는 잘못된 인식을 대중들에게 심어줄 여지가 있다. 그 러나 실상을 들여다보면 미국, 일본 등 선진국들은 자율주 행과 관련된 도로 및 디지털 인프라에 관한 연구개발에 지 속적으로 투자하고, 자율주행 기술의 표준화를 지원하며, 법·제도를 개선하는 등 기반 조성을 위해 주력하고 있다 는 것을 알 수 있다. 이런 맥락에서 이 글에서는 자율주행 의 기반 조성에 관한 해외 추진동향을 검토하여 시사점을 모색하고자 한다.
자율주행의 기술 및 단계
자율주행은 해당 차량이 자신의 운행조건을 인지하고 평 가하여 사람 운전자의 개입 없이 이동을 제어하도록 하는 기술이다. 자동화된 차량은 그 내부에 탑재된 센서, 카메 라, GPS 및 통신장비를 활용하여 이동 제어를 위한 판단 및 조작을 수행한다. 세계적인 자동차회사들은 이와 같은 첨단 장비들을 고급 차량에 장착하여 차로 유지, 자동 주 차, 비상 제동 등을 위한 자동운전지원시스템(Automated Driving Assistance Systems: ADAS)을 구현하고 있다.
자율주행을 위한 정보수집 방식은 개별 차량에 설치된 센서 및 레이더 등을 통해 정보를 수집하는 ‘자율형’과 양 방향 통신에 기반을 둔 ‘협력형’으로 대별된다. 또한 협력 형 정보수집은 모바일 기기를 통해 송·수신하는 ‘모바일 방식’과 ‘인프라와 차량의 통신’ 또는 ‘차량 간 통신’을 이용 하는 방식으로 구분된다. 이러한 다양한 정보수집 방식들 은 자율주행을 위해 상호 보완적으로 이용될 수 있다.
미국 기반의 국제표준기관인 자동차공학협회(Society
해외의
자율주행 도입 추진현황
김광호│국토연구원 책임연구원 (kwangkim@krihs.re.kr)
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특집 자율주행 첨단 인프라 조성전략
<그림 1> ITS의 진화와 자율주행의 구현 of Automotive Engineers: SAE)는 최근
차량 자동화를 여섯 단계로 구분하여 발표 한 바 있다. 단계 구분의 근거는 ‘조향, 가·
감속 등의 제어에 대한 주체가 누구인가?’,
‘운전환경에 대한 모니터링의 주체는 누구 인가?’, ‘비상 시 대응 주체는 누구인가?’,
‘시스템의 기능은 어느 수준인가?’이다. 이 구분에 따르면 자율주행 2단계까지는 인간 운전자가, 3단계 이상부터는 자율주행 시 스템이 대상 차량의 운행환경을 인지 및 판 단한다고 간주된다. 이와 같은 자율주행 의 단계 구분은 자율주행에 관한 기술 로드 맵의 개발, 상용화에 대한 예측, 법적 책임 (liability) 소재의 판단 등을 위해 활용될 수 있다.
지능형교통체계의 진화와 자율주행의 구현
지능형교통체계(Intelligent Transportation Systems: ITS)는 ‘교통으로 인한 환경적 영 향을 감소시키면서 안정성 및 이동성을 향상
시키기 위한 육상교통 대상의 첨단 정보·통신의 적용’으 로 정의될 수 있다(Sill et al. 2011). 최근 ITS는 차량 센서 및 제어 기술, 정보·통신 기술, 도로 인프라 기술 등의 급 속한 발전으로 인해 <그림 1>에서 보는 바와 같이 ‘1세대 ITS’에서 협력형 시스템인 ‘C-ITS(Cooperative ITS)’로, 그리고 더 나아가 ‘차량-도로 자동화’로 진화하는 양상을 보이고 있으며, 자율주행은 이러한 ITS 진화의 궁극적인 지향점으로 간주될 수 있다.
1세대 ITS는 전자기 루프 검지기와 같은 ‘고정식 정보수 집’과 가변정보 표지판 등을 통한 ‘단방향 정보제공’을 특
징으로 하고 있다. 반면에 C-ITS는 <그림 2>에서 제시한 바와 같이 개별 차량을 정보수집원으로 활용하는 ‘이동형 검지방식’과 차량-차량, 차량-도로 간 ‘양방향 통신방식’
을 기반으로 운영된다. <그림 1>에서 화살표로 제시한 바 와 같이 자율주행은 차량 자동화와 C-ITS 인프라의 협력 에 기반을 둔 ‘차량-도로 자동화’를 통해 구현될 수 있는 데, 이와 관련하여 자율주행차량과 도로 인프라가 어떤 방 식으로 역할을 분담하게 될지는 차량 자동화 기술의 발전 방향, 상용화 속도, 도로교통 및 자동차 관리 당국의 정책 추진 방향 등에 의해 결정될 것이다.
차량 센서 및 통신기술의 성숙도
시간 차량 자동화
(자동 운전지원 시스템)
C-ITS 도로 인프라 (양방향 통신, 이동형 검지방식)
1세대 ITS 도로 인프라 (단방향 통신, 고정식 검지방식)
자율주행을 위한 차량-도로 자동화 (C-ITS와 차량 자동화의 접목)
<그림 2> C-ITS의 개념도
출처: 일본 국토·인프라 관리 국가연구소 홈페이지(www.nilim.go.jp/lab/qcg/english/2reserch/
1field/23jr_cooperativeits/index.htm).
기본 스테이션과 센터와의 통신 차량-도로-차량
통신
차량-차량 통신
왼쪽 차로 장애물 경고
전방 교통혼잡 경고 도로-차량 통신 기본 스테이션
차량탑재 장치
핸드폰 스마트폰
노변장치
노변장치 ITS센터
으며, 이러한 시나리오 구분의 주요 결정요인으로 ‘자율 주행을 위한 지정차로의 도입 여부’와 ‘차량 자동화의 수 준’을 상정할 수 있다. 이와 같은 맥락에서 유럽의 차량- 도로 자동화에 대한 시스템 구축방향은 <그림 3>과 같이 승용차 및 화물차의 자동화 기술을 점진적으로 향상시키 는 ‘Vehicle Path’와 도시환경에서 자율주행을 구현하는
‘Urban Environment Systems’로 대별된다.
Vehicle Path에 속하는 시스템들은 차로 유지, 차 간 간격 유지 등을 위한 자동운전지원시스템의 구현을 목적 으로 고급차에 장착되어 현재에도 상용화되어 있기는 하 지만 아직까지는 낮은 수준의 차량 자동화를 지원하고 있 는 실정이다. Vehicle Path는 현재 자율주행차량과 일반 차량이 혼재된 상황에서 고려되는 게 일반적인데, 이 경 우 도로환경에 대한 제약조건이 거의 없는 상황에서 높 은 수준의 차량 자동화를 지원하려면, 차량 센서 및 제어 기술이 앞으로 더 향상되어야 될 것이다. 반면에 Urban Environment Systems는 높은 수준의 차량 자동화 기술 을 도시 내 환경에서 적용시키는 추진방향이다. 이와 관련 하여 유럽에서는 별도의 지정차로를 도입하거나 일반차량 들과 혼재된 상태로 운영하되, 통행량 및 건물밀도가 높지 않은 지역에서 낮은 속도를 유지하는 방식으로 시범사업 들을 추진한 바 있다.
미 교통부(U.S. Department of Transportation:
US DOT)는 ‘Connected Vehicle’이라는 중장기 연구개 발 프로그램을 통해 첨단 도로 인프라를 구축해오고 있 으며, 이를 통해 축적된 ‘C-ITS 인프라 기술’을 ‘독립적 인 자율주행차량 기술’과 연계하여 ‘차량-도로 자동화’
의 도입을 추진하고 있다. 같은 맥락에서 미 연방도로
관리청(Federal Highway Administration: FHWA)이 수립한 ‘차량-인프라 통신 연계를 위한 인프라 구축 지 침(안)’은 C-ITS 인프라 운영의 신뢰성, 근거리 통신에 관한 서비스 인증 등에 관한 사안을 다루고 있다. 또한 미 도로교통안전국(National Highway Traffic Safety Administration: NHTSA)은 새로 출시되는 차량에 대 한 C-ITS 통신장비를 의무적으로 장착하는 정책을 2013 년부터 본격적으로 검토하고 있다. 더 나아가 US DOT는 자율주행차량, C-ITS 및 스마트센서 등의 신기술들을 연 계하여 스마트시티를 구축하는 시범사업을 시작했다. 이 시범사업을 위해 현재 샌프란시스코, 포틀랜드 등 여덟 개의 도시가 후보 사업지역으로 채택되었으며, 이 중에 한 개의 도시를 최종적으로 선정하여 4천만 달러를 투자 할 계획이다.
일본은 민간기업 중심으로 자율형 차량 자동화 기술을 개발해왔고, 협력형 통신기술 기반의 교통정보 시스템, 안
출처: ERTRAC 2015.
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Urban Environment Systems
Vehicle Path
(Passenger & Truck)
특집 자율주행 첨단 인프라 조성전략
전 운전지원 시스템, 전자 이용요금 징수 시스템 등을 민 관 협력을 통해 개발하여 보급해왔다. 또한 이러한 시스템 들의 운영을 지원하기 위한 인프라는 국가 주도로 조성되 어 왔다. 더 나아가 일본 정부는 ‘관민 ITS 구상·로드맵 2015’를 수립하여 ‘자율형 차량 자동화의 고도화’, ‘협력형 단말기의 보급’, ‘자율형 차량 자동화와 협력형 통신 모듈 의 통합’을 단계적으로 시행하는 자율주행 추진전략을 제 시하였다.
자율주행을 위한 인프라 부문의 연구개발
자율주행을 위해 도로 인프라가 어떤 역할을 담당해야 하 는지에 대해서는 아직 불명확하기 때문에 차량 자동화 기 술에 대한 안전 측면의 보완, 법적 책임 소재의 파악 등 여 러 요구사항들을 고려하여 첨단 도로 인프라의 기능 개선 및 추가에 대한 신중한 투자가 필요하다. 또한 자율주행 차량의 운행환경 인지 및 측위를 위한 계층적 데이터 저 장소인 ‘Local Dynamic Map(LDM)’의 개발, 차량 운행과 관련된 빅데이터의 수집, 관리 및 활용이 중요해지고 있 다. 이와 같은 맥락에서 주요 선진국들은 자율주행을 위 한 인프라 부문의 요구사항 파악 및 기술개발에 투자하고 있다.
유럽연합은 자율주행을 지원하기 위한 교통신호, 도로 마킹 등의 인프라 성능(가시성, 유지보수 수준 등)에 관한 요구사항을 파악하고, 대상 인프라에 대한 표준 및 호환 성을 확보하기 위한 연구에 지원하고 있다. 또한 자율주 행을 위한 통신 연계와 디지털 인프라의 개발에도 투자하 고 있다. 한편 C-ITS 및 차량-도로 자동화를 위한 통신 은 해킹 및 테러에 노출될 수 있기 때문에 이에 대한 보안 (security)대책을 강구하기 위한 연구도 추진 중이다. 이 와 관련한 유럽연합의 연구개발계획은 <그림 4>의 로드맵 으로 요약된다.
US DOT도 자율주행을 위한 인프라에 대한 연구개발 에 투자하고 있다. 예를 들면, 국가 협력 도로 연구프로그 램(National Cooperative Highway Research Program:
NCHRP)이 수립한 자율주행 연구 로드맵은 인프라 부문 의 계획을 포함하고 있다. 이 계획에는 ‘인프라 구축에 관 한 사업 모델’, ‘도로 인프라 설계’, ‘기하구조의 개선’, ‘자 율주행을 위한 전용차로’, ‘사이버 보안’ 등에 관한 프로젝 트들을 포함하고 있다.
일본 정부도 자율주행과 관련된 디지털 인프라의 중요 성을 인지하고, 민관 협력을 통해 LDM, 사이버 보안 등 에 관한 연구개발에 투자할 계획이다. 일본의 ITS 로드맵 에서 주목할 점은 교통, 방재, 의료 등 여러 부문 간 자료 의 연계, 개방형 플랫폼 도입, 관련 표준 정비 등에 관한 ‘교통자료의 이용 활성화에 관한 전 략’을 ‘자율주행 시스템에 관한 전략’과 연계하 여 추진하고 있다는 것이다.
자율주행을 위한 ITS 기술의 표준화 및 아키텍처
앞에서 언급한 바와 같이 자율주행은 ITS의 일종인 차량 자동화 시스템 및 C-ITS를 기반
<그림 4> 유럽연합의 자율주행 로드맵 중 인프라 부문의 계획
출처: Dokic et al. 2015.
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2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 안정된 무선 센서를 통한 인프라와의 연계
동적인 지도(dynamic mapping) 전역적인 측위(ubiquitous position) 중요 상황에서의 신뢰성
연구개발 시현 생산 및 시장화
통합되어 그 기능을 잘 수행하기 위해서는 시스템 설계 관 점에서 구성요소들의 기능적 요구사항 및 상호 연관관계 를 표현하는 ITS 아키텍처가 필요하다. 주목할 점은 이와 같은 ITS 기술의 표준화 및 아키텍처는 새롭게 도입되는 기술 및 서비스를 고려하여 여러 이해관계자들의 협력을 통해 지속적으로 수정·보완되어야 한다는 것이다. 이를 감안하여 주요 선진국들은 ITS 기술의 표준화 및 아키텍 처에 지속적으로 투자하고 있으며, 국제협력활동에도 적 극적으로 지원하고 있다.
국제적인 기술표준 기관인 International Organization for Standardization(ISO)의 기술분과 중 하나 인 ‘Technical Committee(TC) 204’의 ‘Working Group(WG) 14’는 지난 20년 동안 차량 자동화와 관 련된 기술표준들을 개발해오고 있다. 또한 2009년 에 유럽의 ITS 위원회가 국제표준기구인 European Committee for Standardization(CEN) 및 European Telecommunication Standards Institute(ETSI)에 Mandate/453을 발의함과 동시에 ‘ISO/TC 204/WG 18’
이 C-ITS의 활성화를 목적으로 설립되었다. WG 18의 주 된 역할은 ISO/TC 204의 WG들이 수행하는 업무의 연계 및 조율을 지원하는 것이다. <그림 5>에서 제시한 바와 같 이 ISO/TC 204의 WG 14는 WG 18과의 상호 협력을 통해 차량 자동화와 관련된 기술 표준(안)을 개발하며, ETSI의 WG 1은 자신들이 개발한 기술표준(안)과 ISO의 표준(안) 이 조화될 수 있도록 협력한다. 또한 CEN은 앞의 두 기관 의 합의된 기술표준(안)이 전 세계적으로 수용될 수 있도 록 지원한다.
유럽에서는 기술표준화를 지원하고, 구성 시스템 간 연
계를 보장할 수 있도록 하는 ‘FRAME’이라는 유럽 ITS 아 키텍처가 있다. 최근에 ETSI/CEN/ISO는 FRAME과 연 계한 ‘ITS Station 아키텍처’ 개발을 통해 C-ITS의 적용 대상 및 장치의 설계에 관한 표준화를 지원하고 있다. ITS Station 아키텍처는 첫째, 일반적인 차량-차량 또는 차 량-인프라 통신 시나리오의 정보 레이어에 대한 표준, 둘 째, ITS Station의 통신에 대한 보안, 연계, 자료 교환 및 관리 기능, 셋째, ITS Station의 통신 및 관리의 적합성을 평가하기 위한 시험 항목을 정의한다.
미국은 유럽의 FRAME과 유사한 기능을 담당하는 ‘국 가 ITS 아키텍처’를 개발하여 보급해왔다. 또한 최근 US DOT의 ITS Joint Program Office는 C-ITS의 구 축을 활성화하기 위해 ‘Connected Vehicle Reference Implementation Architecture(CVRIA)’라는 참조 아키 텍처의 개발을 추진하였다. CVRIA 개발의 목적은 첫째, C-ITS 기능 및 인터페이스를 구현하기 위한 일반적인 틀 을 제공하는 동시에 이 틀이 국가 ITS 아키텍처에 부합하 도록 하고, 둘째, 표준 개발을 위한 인터페이스를 파악하 여 우선순위를 검토하며, 셋째, 아키텍처, 표준 및 인증에 관한 정책 기반을 조성하기 위한 분석에 쓰일 수 있도록
출처: Akatsu, Y. 2012.
● FVCMS: 전방 차량 충돌 경고시스템
● LCRW: 차량-차량 통신을 통한 종방향 충돌 위험 경고
● CIWS: 협력형 교차로 충돌 경고 시스템
● ICRW: 차량-차량 또는 차량-인프라 통신을 통한 교차로 충돌 위험 경고 ISO WG 14 ETSI WG1
FVCMS - LCRW CLWS - ICRW
World Class Standards ETSI TC ITS WG 1
Mandate/453
CEN TC 278 WG 16
세계적으로 인정되는 기술표준
특집 자율주행 첨단 인프라 조성전략
하는 것이다.
CVRIA와 ITS Station 아키텍처는 각각 ‘물리적 객체’와
‘ITS Station Unit’을 기본 단위로 수립된다. 또한 CVRIA 는 C-ITS의 서비스들에 대한 개념들을 이용자 편익 관 점으로 상위 단계에서 비교적 개략적인 수준으로 다루는 반면, ITS Station 아키텍처는 해당 C-ITS 서비스를 구 현하기 위한 개별 분석 단위에 대한 세부내역을 제공한 다. 이와 같이 CVRIA와 ITS Station 아키텍처는 분석 단 위 및 상세 수준이 다르기 때문에 전 세계적으로 통용되는 C-ITS를 구현하기 위해서는 이 두 아키텍처 간의 연계 및 조화가 필요하다는 견해가 있다.
자율주행을 위한 법·제도 정비 및 관련 연구 수행
기존의 자동차 법규는 운전자가 차량의 운행업무에 지속 적으로 관여하며, 교통안전 위협요인 발생 시 이에 대처 할 책임을 지고 있다는 전제하에 개발되었다. 자율주행 시스템의 도입은 운전업무에 대한 운전자의 역할을 현격 히 감소시킴으로써 차량 사고의 책임 소재에 대한 모호함 을 야기할 수 있기 때문에 기존의 자동차 법 및 규제의 정 비가 요구된다. 또한 국가마다 또는 한 국가 안에서도 지 역마다 자율주행에 관한 법규들이 상이하여 일관성이 부 족하면 자율주행의 상용화가 어려워질 수 있기 때문에 관
련 법규들 간의 조화도 요구된다. 이러한 맥락에 서 주요 선진국들에서는 다음과 같이 법·제도 정 비와 이를 지원하기 위한 기초 연구를 병행하고 있다.
유럽연합은 자율주행차량의 도로 운행에 대한 법적 근거를 마련하기 위해 2014년 초부터 ‘비엔 나 도로교통협약’과 ‘제네바 도로교통협약’을 개정 하기 위한 수정안을 각각 제출하여 전자의 협약을 개정하였고, 후자에 대한 개정도 진행하고 있다.
비슷한 맥락에서 미국에서는 NHTSA가 각 주(state)를 대 상으로 자율주행차량의 시험운행, 인증 및 규제에 대한 연 방 차원의 권고사항들을 발표한 바 있다(NHTSA 2013).
주 차원에서는 2016년 5월 현재 네바다, 플로리다, 캘리포 니아, 미시간, 워싱턴D.C. 등 여덟 개 주가 자율주행차량 의 일반도로 시험주행을 허용하는 법안을 통과시켰다. 현 재 이 법들은 자율주행차량의 시험운행을 위한 허가요건 및 기술조건 등을 다루고 있다. 더 나아가 캘리포니아주 는 자율주행차량의 상용화에 대비한 법령 개정의 초안을 2015년에 발표하였다.
유럽에서는 자율주행의 법제화를 지원하기 위한 연구 프로젝트들이 진행되었다. 예를 들면, 독일의 연방도로 연 구소인 BASt는 독일 자동차산업의 대표자들과 협력하여 도로교통 자동화의 법적 이슈에 대한 연구를 추진했다. 이 연구의 목적은 ‘기술적 요인’, ‘인적 요인’, ‘법에 관한 전문 적인 지식’을 결합하여 자동화 시스템이 어떤 측면에서 명 백히 적법한지 혹은 위법인지 아니면 그 중간의 애매한 영 역에 있는지를 규명하고자 하는 것이다. 이 연구는 자율주 행차량이 일반차량과 혼재된 상황을 전제로 차량 자동화 의 단계별로 법적 이슈를 다뤘다. 또한 이 연구는 책임 소 재 이슈를 제품에 대한 것과 도로교통에 대한 것으로 구분 하여 검토했다.
한편 미국의 NCHRP가 수립한 자율주행 연구 로드맵은
<그림 6> 미국과 유럽의 ITS 아키텍처
출처: CVRIA 홈페이지(www.iteris.com/cvria/html/about/about.html).
US National ITS Architecture
European ITS Framework Architecture (FRAME)
Connected Vehicle Reference Implementation
Architecture overlap
분석 범위 상세도
넓음 낮음
좁음 높음
ITS Station Architecture
안들을 다룰 예정이다. 또한 NHTSA가 제시한 차량 자동 화의 안전에 대한 연구개발계획은 ‘인적 요인’, ‘전자 제어 시스템에 대한 안전’, ‘시스템 성능 요구사항’을 중점 영역 으로 포함하고 있다(NHTSA 2013).
일본의 ‘관민 ITS 구상·로드맵’은 부분적인 자율주행은 비상 시에 운전모드로 전환하여 운전자가 위험요인에 직 접 대처하는 것을 전제로 도입되기 때문에 ‘도로교통법’,
‘도로운송차량법’ 등 현행 일본 국내법에 크게 저촉되지 않 으며, 완전 자율주행의 경우도 운전자가 탑승 중이고 긴 급 상황에 개입할 수 있으면 시험주행이 크게 문제되지 않 을 것이라는 입장을 제시하였다. 이러한 입장과는 별도로 일본 정부는 국제적인 추세에 맞춰 필요에 따라 자율주행 을 위한 법·제도의 개선을 위한 노력을 지속할 계획이다.
또한 사고 시 책임 소재 이슈와 관련하여 공로 실증실험을 통해 축적된 자료들을 면밀히 검토할 계획이다.
시사점
앞에서 검토한 바와 같이 자율주행의 상용화를 위해서는 차량 자동화를 위한 기술개발뿐만 아니라 자동화된 차량 이 도로를 안전하고 효율적으로 이동할 수 있도록 지원하 는 인프라, 기술표준화, 법·제도 등의 기반 조성이 필요 하다. 주목할 점은 주요 선진국들은 ITS의 연구개발 및 시 범사업에 자율주행에 관한 다양한 정책적인 요구사항들을 가급적 폭넓게 반영하여 추진하고 있으며, 이와 관련하여 국제적인 협력도 선도해가고 있다는 것이다. 이를 감안하 여 국내에서도 ITS의 전략계획 및 연구개발 로드맵을 수 립하고 시행함에 있어, 자율주행의 기반 조성 및 국제협력
참고문헌
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AASHTO. 2014. National Connected Vehicle Field Infrastructure Footprint Analysis. Washington D.C.: American Association of State Highway and Transportation Officials.
Akatsu, Y. 2012. Driver Assistance Systems: Accelerating harmonization at the global level. Geneva: ISO.
Dokic J., Muller B. and Meyer G. 2015. European Roadmap Smart Systems for Automated Driving. Berlin: EPoSS.
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Sill, S., Christie, B., Diephaus, A., Garretson, D., Sullivan, K. and Sloan, S. 2011. Intelligent Transportation Systems (ITS) Standards Program Strategic Plan for 2011-2014. Washington D.C.: Intelligent Transportation Systems Joint Program Office Research and Innovative Technology Administration.
Shladover. S. E. 2012. Recent International Activity in Cooperative Vehicle–Highway Automation Systems. Washington D.C.: Federal Highway Administration.
Shladover, S. E. and Gettman. 2015. Connected/Automated Vehicle Research Roadmap for AASHTO. Washington D.C.: National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine.
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