연서중학교 안성은
역공학 기반 자율주행 도시설계
2018 STEAM
1. 함께 하는 STEAM 교육
2. 역공학기반 자율주행 도시설계
3. 계획
4. 설계
5 수업시연
차례
1 차시 : 도로위의 안전 자율주행 자동차 1
2 차시 : 스마트 도로 , 가장 빠른 길을 찾아라 !4
3 차시 : 스마트 도로 , k-city 를 건설하라8
차시별 계획
자율주행 자동차는 언제부터 시작되었을까 ?
1769년 ‘니콜라 조셉퀴뇨’가 증기기관을 이용한 자 동차를 만들었을 때 사람들은 가축이 아닌 스스로 움직 이는 자동차를 보고 놀라워했다 . 그 후 자동차는 인류 에게 필수적인 교통수단으로 자리매김하고 있다 . 과연 250여년이 지난 지금 자율주행 자동차를 바라보는 우 리의 시선은 그 시대와 달라진 게 있을까 ?
2002년 개봉한 마이너리티 리포트라는 영화에서 허 구로만 느껴졌던 자율주행자동차가 우리의 교통안전을 대신하는 그날이 온다면 우리는 과연 어떤 반응을 보일 까 ?
출처 : 픽사베 이
1 차시 : 자율주행의 시작
인간의 오감 , 자율주행
활동 1. 두 예시안을 보고 주어진 문제를 해결해 보자 .
예 1) 2018 년 새해를 첫눈과 함께 맞이한 다원이는 뉴스에서 눈길에 28 중 교통사고 소식 을 들었다 . 다행히 인명피해는 크지 않았지만 얼마 전 과학시간에 눈길에 제동력을 잃은 자동차가 얼마나 큰 위험이 될 수 있는지 새삼 깨달았다 . 만약 이런 도로 상태를 자동차가 미리 알 수 있으면 이런 사고도 일어나지 않았을 텐데 하는 생각에 빠지게 되 었다 . 과연 도로의 상태를 미리 알려 주는 시스템을 만들게 되면 도로의 위험으로부 터 벗어 날 수 있지 않을까 ?
2018년 서울의 한 외곽도시는 혁신적인 실험을 실시한다 . 자율주행 도시로 지정하고 국가와 민간 연구소의 도움을 받아 v2x 기술을 바탕으로 자율주행시스템을 마련했다 .
앞으로 도로 앞에 떨어진 낙하물 등 전방 도로 주행 상황을 미리 운전자에게 알려 주어 사고를 방 지 할 수 있는 이러한 시스템이 기반이 되어 자율주행도시의 근간을 마련할 것으로 기대를 모으고 있다 . ( 서울신문 )
우리 생활 속 자율주행
활동 2. 자율주행차가 펼쳐질 우리의 일상을 생각해보 기
나의 자율 주행차는 로봇택시 이다
‣ 모든 차량이 자율주행차로 전환되었다고 가정했을 때 , 장점을 토론해보자 .
▶ 연료사용량 : 경제 운전으로 연비 향상
▶ 교통사고 : 교통사고 원인의 90% 이상인 운전자 과실에 의한 사고건수 감소
▶ 생산성 : 정상업무 생산성을 높힐 수 있는 차량 이동 시간의 업무활용도 증대
▶ 교통혼잡 : 교통혼잡 비용의 통행시간 소실 감소 출처 :
www.kama.or.kr/jsp/webzine/201605/pages/issu e_02.jsphttp://blog.skhynix.com/1590http://blog.
lginnotek.com/549
나의 자율주행차는 ?
최단경로 알고리즘
네비게이션이나 지도맵을 이용해 최단경로를 찾으면 대부분의 프로그램은 최단경로 알고리즘 을 활용해 경로를 찾는다 . 출발점에서 다른 모든 정점까지의 최단경로를 구하기 위해 사용하는 방 법으로 가중치 그래프를 활용한다 .
(출처 : 픽사베이 )
가중치 그래프란 원은 정점을 나타내며 , 원을 연결하는 선을 간선이라 하고 선에 나타난 숫자 는 가중치이다 . 가중치는 거리 , 이동시간 , 이동하는데 드는 비용 등에 따라 가중치를 정하는데 예를 들어 이동하는 시간이 가장 중요하다고 생각되면 이동시간에 가장 높은값을 부여하고 , 거리 에 낮은값을 표현하여 중요도를 표현한다 . 목적지 까지 가는 최단 길은 각각 가중치의 총합이 가 장 작은 길이 가장 빠른 길이 된다 .
이러한 최단경로를 찾는 기술을 네덜란드의 과학자 에스커 다익스트라가 1959 년에 발표한 것 으로 가중치를 갖지 않는 그래프에서 출발점과 도착점 사이의 최단경로를 푸는 알고리즘으로 다익 스트라 알고리즘이라 한다 . 이는 각 도시를 꼭지점으로 하여 도시 사이를 연결하는 도로의 길이에 가중치를 설정하면 가장 최단경로를 찾아 낼 수 있다 . ( 출처 : 위키백과 )
2 차시 : 최단경로 알고리즘
가장 빠른 길을 찾아라
구글 맵을 켜고
집에서 학교까
지 가는 가장 빠
른 길 찾아보기
증강현실 전문가
자율주행과 관련한 직업 알아보기
시스템 반도체 공학자
자율주행차 엔지니어
활동 1. 자율주행차에 적용된 기술 알아보기
자율주행 도시 설계하기
▶ 무인자동차 : 운전자 없이 주행하는 차 , 물류의 이동을 주요 관심으 로 함 .
▶ 커넥티드카 : 자동차의 연결성을 강조 , 통신과 여러 가지 SW 에 기 반을 두고 외부와 항상 정보를 교류
하면서 운행하는 차를 말함 . 다른차량이나 교통기반 시설과 무선 연결을 통해 양방향 소통
완전 자율주행차가 이루어지기 위해 커넥티트 카 기술이 선행되어야 함 .
▶ 사물인식카메라 : 주변환경의 실제 영상정보 제공
▶ GPS안테나 : 고정밀 GPS 데이터 수신
▶ 라이다센서 : 거리 및 주변 사물 감지
▶ 전자제어 시스템 : 수집된 상황 데이터 파악 및 주행 제어
자율주행이란 무엇인가 ?
운전자가 핸들과 가속페달 , 브레이크를 조작하지 않고 스스로 목적지까지 찾아 가는 기술
‣ 커넥티트카 , 무인자동차 , 완전자율주행차의 개념은 무엇인가 ?
‣ 인지 , 판단 , 제어의 과정을 통해 자율주행차가 주행할 수 있도록 도와주는 장치들이 하는 역할 은 ?
주어진 제한 조건을 만족하는 문제상황을 제시하라
제한조건 1. 첨단 기술 속에 수학 , 과학적 원리를 2 가지 이상 포함하여 제시할 것
제한조건 2. 4 컷 만화속 문제상황을 포함하여 스토 리를 구성할것
제한조건 3. 날씨와 관련한 문제상황을 포함할 것 ( 비가오거나 , 눈길에서 자율주행차의 운행상황 )
문제상황 작성하기
작품 이름
작품 디자인
기술 적용 의 예
창의설계
- 제한 조건을 완수하며 설계 작성
구상 하기
설계 하기
표현 하기
반성 및 성찰하기
예시안
