자율주행 시대에는 왜 정밀지도가 필요한가

[송방섭(소방서)]

자율주행 시대에는 왜 정밀지도가 필요한가

자율주행차는 도로 위 모든 정보를 알고 있어야만 안전하고 정확하게 달릴 수 있습니다. 이같은 정보를 모아놓은 게 바로 정밀지도입니다. 21세기의 대동여지도를 만들고 있는 현대엠엔소프트를 찾았습니다.

2019/04/22   현대엠엔소프트                    

                                                                                                                                                                                                                                                            

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자동차 주행용 지도가 빠르게 바뀌고 있습니다. 불과 30년 전만 해도 운전자의 필수 아이템 중 하나였던 종이 지도의 모습은 일부러 찾기도 어렵습니다. 그 자리를 대체한 것은 내비게이션입니다. 내비게이션에는 종이 지도 대신, 디지털화된 항법지도가 들어 있습니다.

최근에는 항법지도를 넘어 정밀지도라는 단어가 부쩍 자주 등장하고 있습니다. 정밀지도는 현재의 항법지도보다 훨씬 정밀한 데이터를 담은, 자율주행 시대를 위한 필수적인 지도라 할 수 있습니다. 이 정밀지도가 어떻게 만들어지는지, 어떤 역할을 하게 될지, 조금 더 자세히 살펴보겠습니다.

자동차용 지도의 종류입니다. 크게 항법지도, ADAS지도, 정밀지도로 나뉩니다

자동차용 지도는 크게 항법지도와 ADAS지도, 정밀지도로 나뉩니다. 우선 항법지도는 일반 양산차나 스마트폰에서 흔히 볼 수 있는 내비게이션에 들어 있는 지도라고 보면 됩니다. 주로 도로 단위의 정보를 표현하는데 목적지를 찾아 그곳까지 향하는 경로를 탐색하는 데 쓰입니다. ADAS지도는 여기서 좀 더 진보한 개념으로, 도로의 곡률과 경사에 대한 정보를 담고 있어 자동차의 ADAS 기능이 정교하게 작동할 수 있도록 뒷받침하죠. 이를 활용한 대표적인 기술이 바로 현대·기아차에 적용된 내비게이션 기반 스마트 크루즈 컨트롤(NSCC-C, Navigation-based Smart Cruise Control)입니다. 심하게 휘어진 커브길에서 자동으로 속도를 낮춰주는 기능이죠. 차에 달린 카메라와 센서만으로는 가까운 거리밖에 인식하지 못하기 때문에 ADAS지도가 필요한 겁니다.

정밀지도는 여기서 한 단계 더 나아갑니다. 항법지도와 ADAS지도는 도로 단위로만 인식이 가능하지만, 정밀지도는 각 차선 단위까지 상세하게 표현할 수 있습니다. 중앙선이나 신호등 같은 도로 위의 상세한 데이터까지 표현할 수 있죠. 지도가 이렇게 정밀하면 훨씬 효율적이고 안전한 운행이 가능합니다.

예컨대 눈이 오거나 안개가 짙게 끼기라도 한다면 자율주행차에 달린 카메라와 센서만으로는 주변 상황을 제대로 인지할 수 없습니다. 하지만 지도가 도로의 모든 상황을 알려줄 수 있다면, 날씨는 크게 중요하지 않습니다. 안전한 자율주행을 위해 정확한 정밀지도가 필요한 이유입니다.

정밀지도에는 차선, 신호등, 표지판 등 도로 위 시설물에 대한 정보가 담겨 있습니다

결국 정밀지도는 자율주행차가 안전하게 달릴 수 있는 배경이 되는 셈입니다. 자동차 내비게이션을 위한 항법지도와 ADAS지도를 구축한 바 있는 현대엠엔소프트는 자율주행 시대를 위한 정밀지도 구축에 힘을 쏟고 있습니다. 이 정밀지도, 어떻게 만들어질까요?

정밀지도 제작을 위한 MMS 차량의 모습

Q. 정밀지도 제작을 위해서는 데이터 수집이 가장 중요할 것 같습니다. 어떤 방식으로 데이터를 취합하나요?

MMS(Mobile Mapping System) 차량이라는 게 있습니다. 도로에서 한 번쯤 보신 분들이 있을 텐데, 자동차 위에 카메라와 센서 같은 걸 달고 있는 도로 조사용 자동차죠. 그 전에 항법지도와 ADAS지도, 정밀지도의 차이부터 알아야 하는데요, 일단 조사방법론이 다릅니다. 항법지도는 하나의 GPS로 조사하는 단독 위치 측정 방식을 이용해 만들고, 오차는 1~15m 정도로 볼 수 있습니다.

ADAS지도와 정밀지도 제작을 위한 MMS 차량에는 정밀도가 높은 상대 위치 측정 방식의 DGPS(Differential GPS, 2개 이상의 GPS를 뜻하는 용어), 차량 속도와 거리를 통해 터널 안에서도 정확한 위치를 알 수 있는 관성항법장치(INS, Inertial Navigation System), 차량의 이동 거리를 통해 정확한 거리를 측정하는 DMI(Distance Measuring Instrument), 그리고 4개의 카메라 등 각종 장비가 달려 있습니다.

이를 활용해 실제 도로를 데이터화한 뒤 정밀한 GPS 궤적을 만들고, 사물의 표면을 미세한 수많은 점으로 표시한 포인트 클라우드 데이터, 카메라가 촬영한 영상 데이터를 산출합니다. 항법지도에 비해 훨씬 정교한 데이터를 모은다고 할 수 있습니다.

최근에는 드론까지 투입해 좀 더 효율적인 방법으로 정밀지도 제작에 심혈을 기울이는 중입니다

Q. 기존 MMS 차량에 더해 드론까지 활용한다고 들었습니다. 드론의 장점은 뭔가요? 그리고 드론 비행 제한 구역에서의 어려움은 없나요?

한 번 통과한 뒤에 다시 진입하려면 먼 거리를 돌아가야 하는 고속도로 톨게이트, 나들목, 분기점 등 MMS 차량이 반복해서 조사하기 어려운 곳이 있지 않습니까? 이런 곳에서 드론을 활용합니다. 가령 나들목이나 분기점 같은 곳들은 고가도로가 겹쳐 있고 길이 여러 갈래로 나뉘기 때문에, 정확한 정보를 얻기 위해서는 MMS 차량으로 10번 정도 반복 주행해야 합니다. 시간이 굉장히 많이 들죠. 하지만 드론으로 조사하면 1, 2번의 비행만으로 충분한 데이터를 얻을 수 있죠. 데이터 수집 시간을 줄이고 효율성을 높이는 데 효과적이며, 빠른 업데이트가 필요한 지도를 만들 때 굉장히 중요한 요건입니다. 도로 공사 등으로 MMS 차량이 접근하기 어려운 곳을 조사하는 데도 효과적이죠.

항공법에 따라 드론 비행이 금지되는 영역을 조사할 때 어려움이 있는 건 사실입니다. 조사 장비의 무게를 고려했을 때 30분에 달하는 드론의 최대 비행 가능 시간이 짧은 편은 아니지만, 시간을 효율적으로 사용하면서 좋은 조사 결과를 얻기 위해 동선과 조사 구역을 꼼꼼히 체크합니다.

(왼쪽부터)장영수, 민두홍, 김진영 책임연구원은 더욱 안전하고 편리한 자율주행 시대를 위해 정밀지도 개발에 힘을 기울이고 있습니다

Q. 데이터 수집 후 정밀지도 구축 과정은 어떻게 되나요?

MMS 차량으로 조사를 할 경우 먼저 노선과 경로를 포함한 조사 계획을 세웁니다. 조사에 나가면 기상 상황을 고려해 80~100km/h로 정속 주행하면서 데이터를 수집하죠. 수집한 데이터를 GPS 상시 관측소 데이터와 비교해 오차 값을 보정한 뒤, 후처리 단계에 들어가요. 데이터를 다루기 편하게 다듬는 겁니다.

그런 뒤 현대엠엔소프트가 자체 개발한 MAC(Map Auto Creation) 솔루션을 이용해 수집한 데이터에서 필요한 정보를 추출하고, 이를 정밀지도로 만듭니다. 정밀지도 제작 후에는 데이터 검증용 솔루션과 육안으로 오류 여부를 검증합니다.

MAC 기술은 조사 데이터에서 객체 정보를 자동으로 산출해 분류하고 지도로 만드는 자동화 솔루션입니다

Q. MAC 기술에 대해서 좀 더 상세한 설명 부탁드립니다.

MAC는 Map Auto Creation, 말 그대로 '지도를 자동으로 구축'하는 기술입니다. 정밀지도를 만드는 데 필요한 기술을 하나로 통합한 개념이라고 보면 되겠습니다. 쉽게 말해 MMS 차량으로 수집한 데이터는 위 사진과 같이 수많은 포인트 클라우드 데이터로 이뤄져 있습니다. 이러한 데이터를 자동으로 추출하고 분류해서 하나의 객체로 묶어내고, 이것이 차선인지, 표지판인지, 횡단보도인지 구분하여 인식하는 과정을 자동으로 수행하는 기술입니다.

Q. MAC 기술을 활용하면 어떤 장점이 있나요?

시간 단축입니다. 100km 길이의 도로가 있다고 가정하면 그 위에는 수많은 신호등이나 표지판, 차선 정보가 있어요. 기존에는 이런 작은 요소들을 추출하는 데 각각의 편집 도구를 사용하고 육안으로 검증해야 해서 시간이 굉장히 많이 걸렸어요. 예전이라면 한 사람이 100km 도로의 정밀지도를 만드는 데 200시간이 넘게 들었을 텐데, MAC 기술 덕분에 시간이 큰 폭으로 줄었죠. 올해 말까지 한 사람 당 8시간 안에 100km의 정밀지도를 구축할 수 있도록 MAC 기술을 고도화할 계획입니다.

MAC 기술은 딥러닝을 활용합니다. 데이터가 쌓일수록 인식률도 높아집니다

Q. MAC 기술도 딥러닝을 활용하나요?

그렇습니다. MAC 기술의 핵심은 자동 편집 툴과 인공지능 딥러닝입니다. 쉽게 말하자면, 수집한 영상 속 사물에 이름표를 붙인 뒤 컴퓨터가 계속 학습하도록 만드는 거죠. 이 정보를 바탕으로 차선과 표지판을 구별하고, 스스로 정보를 추출하는 원리입니다. 지금은 30여 종이 넘는 도로 표지판을 인식하고, 인식률은 98% 이상입니다. 딥러닝의 특성 상 데이터가 누적될수록 인식률도 높아집니다.

올해 4월 말까지 MAC 기술을 활용해 고속도로를 포함한 전국 자동차 전용도로 약 1만6,000km의 정밀지도를 구축할 계획이에요. 그런 뒤 2021년 양산차에 탑재하는 것을 목표로, 정밀지도 구축 지역을 확대하고 꾸준히 업데이트할 예정입니다.

레드박스는 LTE 통신망을 이용해 MAC 전용 서버로 도로 정보를 전송, 정밀지도의 빠른 업데이트를 가능케 합니다

Q. 정밀지도 구축도 중요하지만, 도로 상황을 빠르게 업데이트하는 것도 중요할 겁니다. 업데이트는 어떻게 가능한가요?

현대엠엔소프트의 MMS 차량이 전국 모든 도로를 24시간 다닌다고 해도, 동시다발적으로 발생하는 도로의 모든 변경 사항을 수집하기에는 한계가 있습니다. 하지만 도로 위를 달리는 일반 차량에 도로 사정을 파악할 수 있는 단말기를 장착하고, 데이터를 모을 수 있다면 도로 상황을 빠르고 효율적으로 파악할 수 있습니다. 그런 의미에서 고안한 것이 바로 레드박스입니다.

Q. 실시간 업데이트를 위해서는 기존 통신망을 활용하나요?

레드박스에는 카메라, LTE 모뎀이 탑재돼 있습니다. 자동차에 레드박스를 장착하고 주행하면, 레드박스의 카메라가 도로의 모습을 촬영하고 LTE 통신망을 통해 정밀지도 데이터 서버로 송신합니다. 이런 각각의 사례를 종합해 정밀지도에 반영하는 거죠. 레드박스를 장착한 차량이 많을수록 변경 지점을 신속하게 알 수 있고, 업데이트도 정확하게 할 수 있습니다. 물론 아직 초기 단계고, 어디에 장착할 지는 논의 중입니다.

경영전략팀 정다운 대리는 현대엠엔소프트가 정밀지도의 고도화를 위해 외부와 긴밀히 협업하고 있다고 말합니다

Q. 여러 자동차 제조사가 지도 제작 업체와 협력해 자율주행차를 위한 정밀지도 제작에 힘을 쏟고 있습니다. 현대엠엔소프트는 어떻게 대응하고 있나요?

정밀지도 구축을 위한 딥러닝, 인공지능, 이미지 인식 기술 등을 더 발전하기 위해 스타트업과의 협업을 추진하고 있습니다. 현대차그룹의 오픈 이노베이션 센터인 현대크래들에서 유망 스타트업을 소개받기도 하고, 자체적으로도 발굴하고 있어요.

정부 기관과의 협업도 긴밀하게 유지하고 있습니다. 국토교통부가 주재하는 자율주행산업발전협의회에서 현대엠엔소프트는 지도분과에 참여하고 있어요. 자율주행 시대에 선제적으로 대응하기 위해 정부, 기업, 민간의 끈끈한 협력에 지속적으로 참여할 계획이죠. 차후 한국도로공사에서 운영하는 고속도로 순찰차에 레드박스 단말기를 장착할 예정입니다.

2017 CES에서 아이오닉 일렉트릭은 자율주행 시범 운행을 성공적으로 마쳤습니다. 현대엠엔소프트, 현대차, 현대모비스가 협업한 결과입니다

Q. 다른 지도 제작 업체와 비교해 현대엠엔소프트만의 장점이 있다면 뭘까요?

현대차그룹에 속해 있다는 거죠. 자동차 관련 부품사(현대모비스), 완성차 제조사(현대차)가 함께 뭉칠 수 있다는 건 큰 장점입니다. 정밀지도를 자동차에 적용하기 위해서는 데이터의 사양과 송출 방식 등에 대한 제조사와의 사전 논의가 필요한데, 같은 그룹에 속해 있으니 진행이 빠르고 효율적이죠.

또한, 국내 항법지도와 정밀지도를 동시에 보유하고 있다는 것도 현대엠엔소프트만의 장점이라고 할 수 있죠. 항법지도와 정밀지도를 결합함으로써, 향후 자율주행차가 정밀지도를 기반 삼아 스스로 위치를 정확하게 확인하고, 항법지도를 바탕으로 경로를 탐색하고 주행하는 솔루션을 제공할 수 있거든요.

미래의 자율주행차는 정밀지도와 제대로 어우러질 때 안전하게 달릴 수 있을 겁니다

미래가 점점 더 빠르게 다가오고 있습니다. 머지않아 도로 위의 풍경도 적잖이 바뀌게 될 겁니다. 자율주행차 안에서 휴식을 취하거나 여가생활을 즐기는 등 새로운 삶의 방식도 등장하겠죠. 이처럼 자율주행차가 안전하게 달릴 수 있는 배경에는 도로 위의 모든 정보를 담고 있는 정밀지도가 있습니다. 정밀지도를 만들고 있는 현대엠엔소프트 연구원들은 아직 다가오지 않은 미래의 모습을 예측하고 우리의 삶이 더욱 편리하고 안전할 수 있도록 고심을 거듭하고 있습니다. 그들에게는 '21세기의 대동여지도를 그리는 김정호'라는 표현이 잘 어울리겠군요.