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교통약자이동편의증진법(이하 ‘교통약자법’라 한다)[7]에 따라 대부분의 철도역사 바닥에는 점자블럭이 설치되어 있고, 이를 중심으로 시각장애인들이 이동하고 있다.

철도역사의 출입구에서부터 화장실, 개찰구, 승차권발매기, 승강장 등 이용자들이 이용하는 대부분의 장소로 점자블럭이 이동경로를 따라 설치되어 있고, 이들 주요지점(PoI, Point of Interest)에는 점형블럭이 설치되어 있어 시각장애인들이 이를 중심으로 이동경로 및 목적지를 확인하고 있다.

이에 따라 본 논문에서는 철도역사에 이미 설치되어 있는 점자블럭을 중심으로 시각장애인들의 이동경로에 해당하는 가상선을 설정하여 목적지까지 경로를 안내하는 시스템을 설계하였다. 또한 연결된 점자블럭의 가운데를 중심으로 가상선을 설정하고, 일정 간격의 이동반경을 생성하여, 사용자의 위치확인 정보를 바탕으로 이동반경을 벗어났을 경우 경보를 발생시켜 사용자가 인지하도록 하는 시스템을 설계하였다.

그림 2는 점자블럭 중심의 경로안내기술을 나타낸 것으로, 시각장애인이 출입구를 통해 역사에 진입하여 앱을 실행시킴과 동시에 스마트폰이 IoT 센서의 신호를 수신하여 현재 위치를 확인하여 가고자 하는 목적지를 입력할 수 있도록 설계하였다. 가고자 하는 목적지는 앱 화면의 터치 또는 음성을 통해 입력하게 되면, 역사 내 점자블럭을 기준으로 목적지까지의 최단 경로를 그림에서의 노란색으로 계산하게 된다. 즉, 사용자의 현재 위치정보, 입력한 목적지 정보 그리고 사전에 점자블럭 기반으로 설정한 맵 정보를 바탕으로 시각장애인들이 목적지까지 이동할 경로를 설정하고, 시각장애인의 이동에 맞추어 스마트폰 앱 또는 음성을 통해 경로를 안내하는 방식이다.

선행연구[1][6]에서 스마트 점자블럭으로부터 수신한 정보를 기반으로 스마트폰 내장 센서들을 활용한 PDR(Pedestrian Dead Reckoning) 기반의 하이브리드 방식을 적용한 사용자 위치확인을 통한 경로안내기술을 개발하였다.

이 방법의 경우는 바닥에 점형뿐 아니라 일부 선형 점자블럭을 포함해 많은 개수의 스마트 점자블럭을 설치해야 하는 등의 단점이 있어, 본 논문에서는 스마트 점자블럭을 최소화하면서 사용자 위치 측위를 더욱 정확하게 하려고 실내 천장에 UWB 센서를 부착한 위치확인 기술을 적용하였다.

BLE 센서의 위치정확도는 2~3m 이내이지만, UWB는 15cm 이내로 실내에서 위치측위는 UWB 센서를 이용할 경우 정확도가 매우 높은 것으로 알려져 있어[8]-[10], 본 논문에서는 그림 3과 같이 UWB센서를 기반으로 사용자의 위치를 추정하고, 스마트 블록은 이의 보정 및 역사 내 PoI 위치정보를 제공하는 방식으로 하였다.

Fig. 3. 
Configuration of smart braille block and based positioning

기존에는 역사내 모든 점형 점자블럭과 일부 선형 점자블럭도 스마트점자블럭을 설치해야 했지만, UWB 센서를 추가적으로 활용하여 보다 정확한 사용자 위치를 추정함에 따라 점형 점자블럭에도 일부만 스마트점자블럭으로 교체하는 방식으로 시스템을 설계하였다. 이러한 스마트점자블럭과 UWB 센서의 설치 위치는 그림 4처럼, 역사내 일부 점형 점자블럭을 스마트점자블럭으로 설치하고, 역사의 천장에 UWB 센서를 설치하는 방식으로 사용자 위치확인 알고리즘을 설계하였다.

Fig. 4. 
Configuration of the installation of smart block and UWB sensor

스마트점자블럭은 그림 4에 표시한 바와 같이 점형점자블럭의 2개 원형 내에 BLE센서를 내장하는 구조로 하여 배터리 수명을 4년 정도가 될 수 있도록 하였다. 하지만 센서나 배터리 교체가 가능한 구조로 설계 및 제작하였다.

시각장애인들은 점자블럭을 본인들의 보행경로 기준점으로 삼는다. 이에 따라 역사 내 설치되어 있는 모든 점형 점자블럭을 노드로 설정하고, 선형점자블럭을 엣지로 연결하여 역사 내에 설치되어 있는 모든 점자블럭의 연결도 작성 및 이를 통해 목적지까지의 경로를 찾아가는 방식으로 설계하였다. 개발한 기술의 검증을 위한 시범역사로 선정한 도시철도 광주송정역사는 그림 5와 같이 대합실과 플랫폼이 별도의 층으로 이루어져 있어, 이들의 점자블럭을 모두 노드와 엣지로 구성하여 시각장애인들의 이동경로 맵을 작성하였으며, 일부 점자블럭이 설치되지 않은 단절된 구간도 엣지로 연결하여 맵에 추가하였다.

Fig. 5. 
Braille block map of empirical test station(L: waiting room, R: platform)

시각장애인들이 역사를 이용할 경우 층간이동이 필수적이므로, 실제 알고리즘에서는 그림 6과 같이 두 개 층의 노드들을 엣지로 연결하여 하나의 맵으로 구성하고, 이 맵에서 사용자가 원하는 목적지까지의 이동경로를 찾아가도록 하였다.

Fig. 6. 
Combined travel route map considering the movement between floors

그림에서 오른쪽 아래 점선부분의 맵은 KTX 광주송정역사와 연결되는 부분에 해당하는 경로로, KTX역사에서 지하철 역사로 이동할 경우를 고려하여 하나의 맵에 포함시켰다. 목적지까지 찾아가는 알고리즘은 인터넷 홉 라우팅에 주로 적용되는 디익스트라 알고리즘을 적용하여 목적지까지의 최단 경로를 찾도록 설계하였다. 목적지까지의 최단 경로를 생성한 후 이동 중인 사용자의 위치를 기준으로 각 설정된 경로의 전방 두 개의 노드를 다음 이동할 목표지점으로 해서 UWB와 스마트점자블럭으로부터 수신된 신호를 기반으로 위치를 확인한다. 경로 전방 2개의 노드를 다음 이동 목표로 설정한 것으로, 시각장애인들이 익숙한 역의 경우는 점자블럭 분기점에 도달하기 전에 예측해서 다음 위치로 이동하는 경우가 있어 서 경로 전방 두 개까지의 노드를 다음 이동할 지점으로 설정하였다. 그림 7은 바닥의 점자블럭이 직각으로 이어져 있어, 사용자에 따라 직각의 경우 점형 점자블럭이 설치되어 있는 전방 분기점까지 가지 않고 가로질러 가는 경우가 있어, 이러한 부분들도 정상적인 경로를 따라 이동하는지 여부를 확인하여 위치기반 경로를 안내하기 위한 알고리즘을 나타낸 것이다.

Fig. 7. 
Route guidance algorithm setting two front nodes as movable destinations within the route

앞절에서 제시한 철도역사 내에서 점자블럭 중심의 경로안내 기술은 스마트점자블럭과 UWB 센서로부터의 신호를 수신하여 이동 중인 사용자의 실시간 위치를 확인하여 사용자 스마트폰 앱을 통해 음성 및 화면으로 경로를 안내하는 방식이다. 시각장애인들은 기본적으로 음성을 통해 가고자 하는 목적지까지의 경로 정보를 안내받지만, 일부 경증 장애인의 경우 초근접 상태에서 스마트폰 화면을 통해 정보를 얻을 수 있어 앱의 UI 설계가 중요하다.

본 논문에서 사용자가 역사 내에서 앱을 실행시키면 현재 위치를 확인하여 역사 내에서 이동가능한 목적지를 화면터치 또는 음성을 통해 입력할 수 있도록 하였다(그림 8).

Fig. 8. 
Input UI from the starting point to destimation

Fig. 9. 
UI of showing route to destination

앱 화면에는 목적지까지의 주요 지점별 전체 이동경로를 표시하고, 사용자의 이동에 따라 순차적으로 컬러로 표시되도록 하고, 이에 매칭되는 적절한 음성을 출력시키고 방향을 표시하는 그림을 앱 화면 아래쪽으로 크게 표출하여 사용자가 쉽게 확인할 수 있도록 설계하였다.