버스 예약 및 끼임 사고 방지 시스템

1. 과제의 개요

정류장을 지나치는 버스

정해진 시간 내 목적지에 도착하려고 하면 도로에는 많은 차량으로 인하여 교통이 혼잡하게 되어 버스 운전사와 승객 간의 의사소통이 원활하지 않아서 민원이 증가하고 있다. 「서울시 교통 불편 민원실과 현황 통계(2017~2019)」에 의하면 승•하차 전 출발 및 무정차 통과는 2017년 5,069건 2018년 4,971건 2019년 5,570건으로 해마다 증가를 하고 있다.

시내버스가 정류장을 지나치는 이유로 승객과의 의사소통 문제로 인해 운전사 기준에서는 무리한 승/하차 요구, 탑승 의지 판단의 어려움이 있었으며, 승객 기준에서는 차내 혼잡, 무리한 배차계획 등이 있는 것으로 조사되었다. 이러한 무정차로 인해 승객들이 국민 청와대와 각 지방자치단체에 민원을 넣는 등의 일이 자주 발생하고 있다.

버스 뒷문 옷 끼임사고

한국 운수 산업연구원의 「버스 차내 안전사고 감소방안 연구(2019)」에 따르면 2016년부터 2018년 사이 발생한 버스 교통사고 중 승하차 사고는 8.8%. 차내 전도(33.8%) 사고까지 포함한 차내 안전사고 비율은 42.6%로 매우 높다.

최근의 버스 하차 시 옷 끼임 사고 이슈로 2021년 1월 19일 저녁 8시경 경기도 파주시 법원읍에서 20대 승객이 버스에서 내리다 팔이 문에 낀 상태에서 버스가 출발하여 사망한 사건, 2012년 3월 3일에 10대가 문틈에 옷이 낀 채 50m를 끌려가다가 버스 뒷바퀴에 치여 숨진 사고, 2016년 7월 10일에는 70대가 왼팔이 문에 끼어 넘어져 오른쪽 바퀴에 깔려 다리를 절단한 사고, 2017년 4월 18일에는 20대의 옷이 문틈에 끼어 10m 끌려가다가 바닥에 넘어져서 끼인 옷이 찢어지고 전치 6주 이상의 진단을 받은 사고가 발생하였다[4]. 이러한 버스 옷 끼임 사고로 인해 최소 6주 이상의 진단에서부터 사망에 이르기까지 대중교통의 안전 문제가 대두되고 있는 것을 알 수 있다.

버스 뒷문에 옷 끼임 사고가 발생하는 원인으로 현재 생산되고 있는 버스의 뒷문은 폴딩 형, 슬라이딩형, 글라이딩 형 등 여러 종류가 생산되고 있으며 대부분의 끼임 사고의 경우 슬라이딩형 도어에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 슬라이딩형 도어에 문 끼임 방지를 위한 압력 센서가 장착되어 있지만, 두께가 25mm 이하인 경우 압력 감지가 되지 않아 사고를 예방할 수 없는 문제가 있다.

정류장 간접흡연

정류장에서 버스를 기다리는 동안 자리를 이탈할 수 없음으로 주변에서 흡연하게 된다면 기다리는 승객들은 흡연자가 흡입한 뒤 내뿜는 연기와 담배가 타면서 나오는 연기를 흡입하는 간접흡연을 하게 된다. 간접흡연의 경우 어린이는 중이 질환, 폐 기능 손상, 영아 돌연사 성인인 경우 뇌졸중, 비강 자극, 폐암, 관상동맥질환, 저체중 출생아 등 다양한 병이 생기게 된다.

따라서 본 연구에서는 앞서 기술한 바와 같이 첫째. 정류장을 그냥 지나치는 버스, 둘째. 버스 뒷문 옷 끼임 등의 문제를 해결하여 효과적인 대중교통을 이용하기 위한 버스 예약 및 끼임 사고 방지, 담배 연기 감지 시스템을 구현하고, 시스템의 검증을 수행하였다.

연구에서 구현된 시스템을 활용한다면, 승객과 버스 운전사의 원활한 의사소통, 옷 끼임 등 승·하차 문에 관한 사고 예방, 운전사의 정당한 운행과 쉬는 시간 보장, 버스를 기다리면서 당하는 간접흡연, 버스와 인도 사이의 경계 부분에 나오는 오토바이 또는 자전거 등의 충돌 등을 예방할 수 있을 것으로 기대한다.

2. 과제개발 주요과정

2-1. 버스 예약 및 끼임사고 방지 시스템 개념 설계

버스의 무정차 통과와 하차시 발생할 수 있는 옷 등의 끼임 감지, 버스 정류장 주변의 환경(담배연기 등)을 감지할 수 있도록 하는 전반적인 개념설계를 [그림 2]와 같이 설계하였다.

본 연구에서는 첫째. 탑승 버스의 예약, 둘째. 예약된 버스 화면에 탑승 여부 확인, 셋째. 승객 하차시 옷자락 등과 같은 얇은 물체의 끼임 감지를 중점적으로 연구하였고, 넷째. 버스 정류장 주변의 환경정보(담배연기 등)를 감지하여 대기중인 탑승객의 불편함 감소를 판단하기 위한 장치를 연구한다.

설계된 시스템은 크게 4개로 분류하여 [그림 2]와 같이 설계하였다. 설계된 시스템은 버스 내부에 장착되어 “승차 예약 확인 LCD”, “GPS/방송 안내”, “도어 상태 확인”, “기타 정보 확인”을 할 수 있도록 라즈베리 파이 기반으로 구성된 단말 시스템과 승객의 “하차 벨”, “옷자락 등의 끼임 감지 센서” 등을 판단할 수 있는 아두이노 기반으로 구성된 노드 모듈 등으로 구성하여 라즈베리 파이와 아두이노 노드들은 무선(RF; Radio Frequency/424MHz 대역)을 사용하여 통신한다. 정류장 측 시스템은 탑승 버스를 선택하여 확인할 수 있도록 하는 “승차 예약 LCD”, “탑승 버스 정보 확인 API(공공데이터 포털 이용”을 라즈베리 파이 기반으로 구현하였고, 정류장 주변 환경정보를 감지할 수 있도록 하는 “담배 연기 센서”, “먼지 센서” 등을 탑재한 아두이노로 버스 정보 시스템과 무선(RF) 통신하도록 구성하였다. 버스의 탑승객 현황(탑승 버스의 예약 여부 확인)을 위해 버스 정류장 예약 패널과 기사의 확인 패널은 네트워크망을 이용하여 서버에 저장된 정보를 수집하여 표시하도록 설계하였다.

2-1. 버스 기사용 단말 장치와 노드

버스 기사용 단말 단치와 노드는 앞서 기술한 바와 같이 기사 전용 정보 단말기(라즈베리파이, 이하 기사 단말 노드)와 승객의 하차 정보 및 옷 자락 끼임 감지 노드(아두이노, 이하 승객 노드)로 구성되어 있으며, 기사 단말 노드에서 승/하차 예약 등의 정보를 화면에 직관 적으로 표시할 수 있도록 [그림 3]과 같이 구성하였다.

[그림 3]의 기사 단말 노드 화면에서 네트워크와 데이터 베이스 서버 연결상태, GPS 연결상태, 승객 노드 연결 상태를 확인할 수 있으며, 현재는 실내에서 테스트하여 GPS 연결상태는 주황색(연결안됨)으로 표시된다. 또한, 앞 문을 닫을 때 물체가 껴있을 경우 그림과 같이 표시와 동시와 음성 알림과 화면 하단에 알림 정보가 표시된다. 따라서, [그림 3]에서 알 수 있듯이 대표적인 정보로 “물체끼임 상태”, “이번 정류장 대기 승객 상태”, “이번 정류장 하차 승객” 정보 등을 직관적으로 확인할 수 있다.

승객 노드는 버스를 모형화하여 앞문과 뒷문에 옷자락을 감지할 수 있도록 센서와 하차 벨, 도어 상태 표시 LED, 하차 벨 상태 표시 LED 무선 통신 모듈을 장착하였다. 따라서, 승객이 하차 벨을 누르면, 승객 노드의 하차 벨 LED가 켜지고, 도어가 열리면 도어 상태 LED의 상태가 반전되고, 기사 단말 노드에서 도어 열림/닫힘 신호에 따라서 승객 노드의 도어 상태 LED가 변경된다. 기사 단말 노드에서 상태에 따라서 “경보알림”, “위험알림” 등을 [그림 4]의 음성과 화면에 표시된다.

2-3. 정류장용 단말 장치와 노드

정류장용 단말 장치와 주변 환경 감지 노드는 단순하게 구성되었으며, 정류장용 단말 장치 노드는 해당 정류장에 정차하는 버스 정보와 도착 정보 등을 공공데이터 포털 API를 통해 받아온 정보를 표시하고, 버서 예약 상태의 예약 상황을 표시하여 [그림 5]와 같이 구성하였다.

[그림 5]의 화면 정보에서 “2-2번” 버스의 도착 예정 시간과 현재 위치 정보, 버스 형태(일반버스, 저상버스 등)을 공공데이터 포털의 API에서 축출하여 표시하며, 화면 아래의 버스 그림을 통해 총 3대의 도착예정 버스에서 2대의 버스에 탑승 예약이 잡혀 있는 것을 확인할 수 있다.

또한 정류장 주변의 환경을 감지하는 환경감지 노드는 먼지센서와 담배연기 감지 센서를 아두이노에서 감지하여 [그림 6]의 상황에서 음성이 출력된다.

3. 과제의 기술내용

3-1. 하드웨어 설계

본 연구에서는 라즈베리파이와 아두이노와 주기적으로 통신하여 상황에 따른 알림 표시와 음성 안내가 필요하여 데이터를 무선으로 송수신할 수 있어야 한다. 또한, 상황 알림과 표시를 위해 화면표시 장치, 음성 출력 장치 등이 갖춰져 있어야 하고, 이를 처리하기 위한 프로세서가 탑재되어야 한다.

기사 단말 노드는 [그림 7]과 같이 설계하여 라즈베리파이에 5인치 LCD가 장착되어있고, 외부 전원을 위한 DC to DC, GPS와 RF 통신을 위한 통신 모듈 인터페이스 보드(통신보드), 음성안내 모듈과 스피커로 구성되어있다.

또한 승객 노드는 버스를 모형화 하여 [그림 8]과 같이 아두이노에 앞문, 뒷문 끼임 감지 센서, 하차 벨 스위치, 하차 벨 상태 표시 LED, 앞문, 뒷문 열림/닫힘 상태 표시 LED를 각 2개씩 구성하여 확인할 수 있도록 하였다.

승객 노드의 하드웨어의 경우 실제 버스에 장착할 수 없는 상황으로 [그림 8]과 같이 모형 형태로 구성하였으며, 앞문과 뒷문의 옷끼임 감지는 레이저 센서를 이용하여 반사되는 레이저를 읽어 물체의 유무를 감지하는 원리를 이용하였다. 실제 버스에도 레이저 센서가 있지만, 옷끼임 감지가 아닌 사람의 유무만 판별하는 센서 용도로 사용하고 있다. 또한 구성된 센서는 핀포인트 타입 센서가 아닌 지역타입 센서이므로 검출 거리는 짧은 대신(도어 폭은 충분히 감당) 넓은 범위를 검출 할 수 있다.

정류장 측 노드는 앞서 기술한 바와 같이 정류장용 단말 장치 노드와 환경 측정 노드[5][6]로 구성되며 RF 통신을 위한 모듈이 장착되고, 음성 안내를 위한 디코더와 음성안내 모듈이 각각 장착되어 [그림 9]와 같다.

정류장 측은 주변 환경정보를 감지하기 위한 먼지 센서와 담배 연기 감지 센서를 아두이노에서 측정하여 주변에서 담배 연기가 감지되면 안내 음성이 출력되도록 하였고, 승차 예약을 위한 해당 정류장에 정차하는 버스의 목록과 도착 시간 정보 등을 공공데이터 포털(www.data.go.kr)에서 받아와 표시하며, 탑승하고자 하는 버스를 선택하여 탑승 예약을 수행한다.

본 논문에서 테스틀 위해 두 대의 라즈베리파이는 상호간 서버와 통신을 해야 하므로, 무선네트워크(WiFi) 환경에서 테스트 하였으며, 기사 단말 노드의 경우 필드 테스트는 실제 버스가 아닌 승용차로 테스트 하였으며. 이를 위해 스마트폰의 무선네트워크 환경에서 테스트를 진행하였다. 실제 버스의 경우 TRS 네트워크 환경이 구성되어 별도의 네트워크는 구성할 필요는 없다.

3-2. 소프트웨어 설계 및 실험

본 연구에서는 승객의 탑승여부 확인 및 표시, 앞문과 뒤문의 옷끼임 감지, 승객의 하차 확인 및 표시, 정류장 주변의 환경정보 감지등을 약 1초 간격으로 갱신하여 무선(RF ; Radio Frequency, 424Mhz 대역)을 사용하여 무선 통신한다. 또한, 정류장의 탑승여부 확인 내용을 버스기사 노드에서 1초 간격으로 확인하여 표시 할 수 있고, 여러 상황별 음성 알림을 수행할 수 있도록 소프트웨어를 설계 구현하였다.

따라서, 구현된 시스템의 구성도와 시나리오를 [그림 10]과 같이 구성하여 테스트베드 환경에서 진행하였다. 동작 시나리오는 다음과 같다.

동작 시나리오,

#1. 버스 정류장에서 버스를 예약하는 경우.

#1-1. 정류장에서 탑승 버스정보를 확인한 후 예약한다.[그림 11]

#1-2. DB로 예약 데이터를 전송하여 저장한다.

#1-3. 버스 기사화면 프로그램은 1초마다 DB의 예약 정보를 읽어온다. 이때 이전 정류장과 이이전 정류장 두군데의 정보를 읽어온다.

#1-4. 바뀐 데이터가 있다면 버스 기사화면 노드에 표시한다.

#1-5. 버스 기사가 다음 정류장의 승객 탑승 유무를 파악한다.

#1-6. 다음 정류장에서 탑승 승객이 없으면 판단하에 무정차하고, 있다면 반드시 정차한다.

#1-7. 예약이 되어있던 정류장에 예약된 해당 버스가 지나갔다면 DB에 저장된 데이터는 초기화한다.

#2. 탑승객이 하차하는 경우

#2-1. 승객이 하차벨을 누른다.

#2-2. 하차벨이 울리고, 기사화면에 하차 표시와 음성 알림한다.

#2-3. 기사가 승객 하자 확인 후 다음 정류장에 버스를 정차한다.

#2-4. 앞문과 뒷문 도어 열림 버튼을 누른다.

#2-5. 승객 하차 후 앞문과 뒷문 도어 닫음 버튼을 누른다.

#2-6. 만약 옷자락이 낀다면 센서가 감지하고 버스 기사 화면에 표시하면서 경고 알림을 송출한다.

#2-7. 버스 기사가 화면을 확인하고, 문의 상태를 확인하여 안전을 확보한 후 다음 정류장으로 출발한다.

#3. 담배연기 감지하는 경우

#3-1. 담배 연기가 감지되면, 방송 안내를 수행한다.

기술된 시나리오로 테스트를 수행한 결과 원하는 형태로 정상 동작하는 것을 확인할 수 있었으며, 시나리오 실행 환경은 교내로 한정하였으며, 버스 정보 API는 교내에 출입가능한 버스를 표시하였다. 또한 실제 버스에서 테스트할 수 없는 환경이므로, 승용차에서 진행하였으며 기사 화면 노드에 탑재된 GPS로부터 교내의 지정된 정차 포인트 4포인트의 GPS 값과 비교하여 도착여부 정보를 표시할 수 있도록 구성하여 테스트를 진행하였다.

5. 활용방안 및 효과

본 구현된 시스템을 활용한다면, 버스 기사 입장에서 다음 정류장의 탑승객 여부를 확인할 수 있어 배차 시간에 맞춰 알맞게 정류장을 통과하여 버스 기사의 휴식 시간 개선과 안전 운행에 도움을 줄 수 있을 것이며, 탑승객 입장에서는 탑승하고자 하는 버스의 상황을 정류랑 안전거리 밖에서 확인하지 않아 안전할 뿐만 아니라, 일반인과 교통약자의 버스 탑승이 더욱 수월해질 것으로 판단한다. 또한, 하차 시 얇은 옷 등의 끼임으로 인해 기사가 인지하지 못한 상황에서 출발하여 발생할 수 있는 인명사고를 미리 방지하고, 정류장 근처에서 흡연하는 사람들에게 경각심을 알려 줄 수 있도록 하여 사회적 이슈를 해결할 수 있을 것으로 기대한다.