모빌리티 환경에서의 휴먼팩터 연구 (2024):
신호교차로에서 C-V2X 정보 및 운전자 안내 시스템의 휴먼팩터 평가
01과업의 개요
배경 및 필요성
- 신호교차로에서는 신호가 황색으로 전환될 때 운전자가 정지 또는 진행 여부를 신속하게 판단해야 하며, 판단이 지연되거나 부적절할 경우 급격한 차량 제어, 적색신호 위반 및 충돌 위험으로 이어질 수 있음.
- C-V2X는 실시간 신호 정보와 상황 맞춤형 안내를 통해 이러한 판단을 지원할 수 있으나, 실제 구축 과정에서는 통신 중단이나 통신 상실이 발생할 수 있음.
- 운전자는 운전경험, 위험수용 수준 및 운전이력에 따라 서로 다르게 반응하므로, 통신 신뢰성, 정보 설계 및 행동 반응을 종합적으로 평가하는 휴먼팩터 연구가 필요함.
목적
본 과업은 신호교차로에서 보다 안전하고 원활하며 상황에 적합한 운전행동을 지원하는 인간 중심 C-V2X 운전지원 환경을 개발·평가하는 것을 목적으로 함.
세부 목적은 다음과 같음:
- 실제 도시 도로환경을 재현한 고정밀 운전자 참여형 Unity3D–VISSIM 공동 시뮬레이션 플랫폼을 구축하고, 정상 및 비정상 C-V2X 통신 조건을 구현함.
- 실시간 차량 및 교통신호 정보를 활용한 상황 맞춤형 정지/진행 안내 시스템을 개발함. 의사결정, 차량 제어 반응, 적색신호 위반 결과, 신뢰도, 정신적 작업부하, 안내 준수율 및 운전자 간 차이를 평가하여 실무적 설계요건을 도출함.
실험 범위
- 과업 기간: 2024년 04월 20일 ~ 2025년 04월 20일.
- 실험 환경 및 플랫폼: 대한민국 대전의 실제 약 4~5 km 도시 도로를 기반으로 구축한 Unity3D–PTV VISSIM 공동 시뮬레이션 환경.
- 참여자 및 데이터: 운전면허 소지자 62명, 반복측정으로 수집한 사건 단위 주행기록 1,550건.
- 실험 조건: 기준 조건 1개, 통신 신뢰성 조건 3개, 정지/진행 안내 조건 1개.
- 황색신호 딜레마 사건: 참여자별 각 조건에서 5회, 딜레마 수준 5단계 적용.
02C-V2X 기반 모빌리티 환경의 휴먼팩터 이슈
핵심 휴먼팩터 과제
- 황색신호 딜레마 상황에서는 제한된 시간 내 정지/진행 의사결정을 내린 뒤 즉시 제동 또는 가속을 수행해야 하므로, 의사결정만 평가할 경우 안전과 직결된 차량 제어 행동을 놓칠 수 있음.
- 신호 정보가 일시적으로 중단되거나 완전히 제공되지 않으면 불확실성이 증가하고, 운전자의 위험 인식과 대응 방식이 달라질 수 있음.
- 교통사고 경험, 황색신호 통과 성향, 운전경험 및 딜레마 상황 노출 이력에 따라서도 반응이 달라질 수 있음.
- 이에 본 과업은 의사결정, 차량 제어, 적색신호 위반 결과, 신뢰도, 작업부하, 안내 준수율 및 개인차를 통합 휴먼팩터 체계에서 평가함.
03플랫폼 개발 및 실험 성과
공동 시뮬레이션 플랫폼 개발
- 대전의 약 4~5 km 도시 도로와 주변 건축물을 바탕으로 고정밀 가상 주행환경을 구축함.
- Unity3D에서 운전자 시점의 도로환경을 재현하고, PTV VISSIM에서 도로망, 주변 차량, 보행자, 자전거 및 교통운영을 시뮬레이션함.
- 데이터 교환 인터페이스를 통해 두 플랫폼을 동기화하여 운전자 참여형 실험을 구현하고, 차량 동역학 및 운전행동 데이터를 50 Hz로 기록함.
통합 실험 설계
- 예비실험을 통해 적절한 딜레마 조건을 설정함. 총 75명을 모집하였으며, 이 중 운전면허 소지자 62명이 설문, 시스템 설명 수강, 연습주행 및 본 실험을 완료함.
-
본 실험은 다음 5개 조건으로
구성됨:
- ① 기준 조건 — 차량 내 C-V2X 정보 미제공.
- ② 완전 통신 — 연속적인 녹색신호 잔여시간 정보 제공.
- ③ 통신 중단 — 잔여시간 정보가 잠시 표시된 후 로딩 화면으로 전환.
- ④ 통신 상실 — 교통신호 정보를 이용할 수 없음을 알리는 “서비스 불가” 안내 제공.
- ⑤ 정지/진행 안내 — 차량 속도, 정지선까지의 거리 및 신호 잔여시간을 바탕으로 “부드럽게 감속”, “속도 유지” 또는 “부드럽게 가속” 안내 제공.
- 각 조건에서 무작위로 선정된 5개 교차로에 정지선 도달시간 5단계의 황색신호 딜레마 사건을 제시하여, 반복측정 구조를 유지한 사건 단위 기록 1,550건을 수집함.
주요 성과 1: 통신 신뢰성의 모형 추정 효과
그림 3은 정지/진행 의사결정과 적색신호 위반 결과의 기술통계 분포를 보여줌. 적색신호 위반 비율은 진행을 선택한 사건만을 대상으로 산출함.
랜덤 파라미터 이항 로짓 모형을 통해 통신 신뢰성의 영향을 추정한 결과:
- 완전 통신은 기준 조건보다 진행 선택 확률을 30.8%p 감소시켰고, 통신 중단은 25.5%p 감소시킴.
- 통신 상실은 진행 선택 확률을 3.2%p 증가시킴.
- 완전 통신과 통신 중단의 정지 유도 효과는 대부분의 운전자에게 나타났으나, 운전성향과 과거 딜레마 상황 이력에 따라 차이가 존재함.
- 종합하면, 연속적이거나 일부라도 수신된 잔여시간 정보는 보다 신중한 의사결정을 지원한 반면, 완전한 통신 상실은 진행 선택 가능성을 높였으며, 이는 신뢰성 있고 적응적인 C-V2X 정보 제공의 필요성을 보여줌.
주요 성과 2: 정지/진행 안내 시스템의 성능
- 안내 준수율은 “부드럽게 감속” 97.67%, “속도 유지” 96.84%, “부드럽게 가속” 67.44%였으며, 운전자는 능동적 가속을 요구하는 안내에 상대적으로 신중하게 반응함.
- 그림 4는 의사결정 및 후속 제어반응의 기술통계 분포를 제시하며, 아래의 확률 변화는 모형에서 추정한 한계효과임.
정지/진행 안내 시스템의 주요 효과는 다음과 같음:
- 안내 조건에서 진행 선택 확률이 12.3%p 증가함.
- 최대가속도는 통계적으로 유의하게 증가하지 않아, 추가적인 진행 선택이 보다 공격적인 가속으로 이어지지 않았음을 보여줌.
- 정지를 선택한 경우 최대감속도 중앙값은 4.40 m/s²에서 3.85 m/s²로 감소했고, 변동성도 감소해 보다 부드러운 제동이 나타남.
- 참여자들은 전반적으로 긍정적인 시스템 신뢰도를 보고했으며, 안내 조건에서 평균 정신적 작업부하가 낮았으나 5% 유의수준에서는 통계적으로 유의하지 않았음.
- 종합하면, 본 시스템은 최대가속도를 유의하게 높이지 않으면서 상황에 적합한 정지/진행 의사결정과 보다 부드러운 제동을 지원함.
주요 성과 3: 운전자 차이와 통합적 행동
운전자 반응은 정보 조건뿐 아니라 개인의 운전 특성에 따라서도 달라짐:
- 과거 교통사고 경험이 있는 운전자는 보다 신중한 경향을 보였으며, 황색신호에서 공격적인 통과 성향이 높을수록 진행 선택 가능성이 증가함.
- 운전경험과 딜레마 상황 노출 이력도 반응에 영향을 주었으며, 빈번한 노출 이력은 서로 다른 가속전략과 관련됨.
- 정지/진행 성향은 이후의 차량 제어반응과 유의한 관련이 있었음. 진행 성향이 강하더라도 반드시 더 강한 가속으로 이어지지 않았으며, 최종적으로 정지한 일부 운전자는 보다 완만한 제동을 수행함.
- 가속 안내에 대한 낮은 준수율은 요청되는 행동의 유형에 따라 수용성이 달라질 수 있음을 추가로 보여줌.
- 이러한 결과는 운전자 간 차이를 반영하고 의사결정과 차량 제어를 하나의 통합 행동과정으로 평가하는 정보·안내 시스템의 필요성을 뒷받침함.
04향후 활용 전략 및 서비스 제안
플랫폼 및 실험 결과를 바탕으로 다음 네 가지 활용 방향을 제안함.
1 배포 전 휴먼팩터 평가 테스트베드
- 내용 : Unity3D–VISSIM 공동 시뮬레이션 플랫폼을 활용하여 커넥티드 차량 기능, 교통신호 정보 서비스 및 차량 내 인터페이스를 평가하는 인간 참여형 테스트베드 구축.
- 방식: 실제 도로에 C-V2X 서비스를 배포하기 전에 정보 제공 시점, 인터페이스 설계, 통신 장애 및 운전자 반응을 통제된 가상환경에서 검증. 이를 통해 행동 위험을 조기에 파악하고, 현장 시험 비용을 줄이며, 안전한 시스템 개발을 지원.
2 통신 상태 인지형·고장 안전형 정보 설계
- 내용: 메시지의 최신성과 신뢰성을 확인하고, 정상 통신, 일시적 통신 중단, 오래된 정보 및 정보 이용 불가 상태를 구분할 수 있는 C-V2X 정보 시스템 개발.
- 방식: 통신 품질이 저하될 경우 신뢰할 수 없는 정보의 표시를 중단하고, 현재 통신 상태를 운전자에게 명확히 안내하며, 필요한 경우 보수적인 대체 안내를 제공.
3 적응형·개인맞춤형 운전자 안내 시스템
- 내용: 차량의 실시간 주행 상태와 운전자별 행동 특성을 함께 고려하는 상황 맞춤형 정지/진행 안내 시스템 개발.
- 방식: 차량 속도, 정지선까지의 거리, 잔여 신호시간, 과거 운전행동, 위험수용 수준 및 안내 메시지에 대한 이전 반응을 바탕으로 안내 내용, 제공 시점 및 경고 강도를 조정. 가속 안내에 대한 수용성이 낮은 운전자에게는 보다 명확하고 신뢰성 있는 표현과 보수적인 판단 기준을 적용.
4 종합 휴먼팩터 평가체계
- 내용: 커넥티드 차량의 정보 및 운전자 안내 시스템을 다차원적으로 평가할 수 있는 종합 휴먼팩터 평가체계 구축.
- 방식: 정지/진행 결정, 적색신호 위반, 최대 가속도와 감속도, 차량 제어의 원활성과 일관성, 신뢰도, 정신적 작업부하, 안내 준수율 및 운전자별 행동 차이를 종합적으로 평가하여 안전 관련 행동, 주행 제어의 원활성 및 이용자 수용성을 균형 있게 검토.
05결론
- 본 과업은 고정밀 운전자 참여형 공동 시뮬레이션 플랫폼과 5개 실험조건을 기반으로 C-V2X 통신 신뢰성, 상황맞춤형 정지/진행 안내 및 운전자 개인차가 황색신호 딜레마 상황에서의 의사결정과 차량 제어에 미치는 영향을 종합적으로 규명함. 이를 통해 신뢰성 있는 정보 제공, 고장 안전형 안내 및 적응형·개인맞춤형 인터페이스 설계를 위한 휴먼팩터 기반을 제시함.
- 본 과업의 성과는 개별 운전자 안내 기능의 평가를 넘어, 커넥티드 차량·교통신호 인프라·운전자 간 상호작용을 통합적으로 검증하는 사전평가 체계로 확장될 수 있음. 향후 다양한 운전자 집단과 실제 도로 환경에서의 검증을 통해 안전성과 이용자 수용성을 함께 확보한 C-V2X 서비스의 실용화를 촉진하고, 사람 중심의 미래형 스마트 모빌리티 및 지능형 교통체계를 구축하는 핵심 기반이 될 것으로 기대됨.