시각장애인의 위한 지하철 내부 길 유도 시스템

공모전 설명

장애인을 위한 기술을 공모하는 D-Tech 공모전에 참여하였습니다.

지원 동기

일반 사람들은 아무런 불편함 없이 이용하는 시설들이 장애를 가진 사람들에게는 일상생활을 하면서 모든 것에서 불편함을 느낄 것이라고 생각했다. 특히 최근 지하철을 비롯한 대중교통, 공공시설의 이용에 있어서 장애를 가진 사람들의 불편 호소가 사회적으로 대두되고 있다. 이에 인간공학과 유니버설 디자인을 바탕으로 장애가 없는 사용자는 물론 장애를 갖고 있는 사람들을 포함하여, 모두를 위한 제품이나 서비스 디자인에 대한 관심이 높아졌다. 그러던 중 D-Tech 기술 | 디자인 공모전을 접하게 되었다. D-Tech 기술 | 디자인 공모전의 지향점인 신체기능의 일부가 본래 기능을 못 하게 되는 경우에 그 기능을 구현하기 위해 적용하는 재활과학기술을 직접 실현하여 장애로부터 소외된 장애 당사자분들의 불편을 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 고안해 D-Tech 기술 | 디자인 공모전에 출품하고자 하였다.

기획 의도

현재 장애인 분들이 대중교통을 이용할 때는 여러 위험이 따른다. 특히 시각장애인 분들이 대중교통을 이용할 때 인프라나 서비스가 중요하지만, 실제 이용에서는 편리함을 크게 느끼지 못하는 상황이다. 그나마 지상에서 이용하는 버스 같은 경우에는 노면을 이용하여 G PS 를 통해 위치를 확인할 수 있다. 그러나, 지하철 같은 경우엔 지하에 위치하여 G PS 신호를 감지할 수 없기 때문에 이동하는 데에 있어서 G PS 를 이용하여 시각장애인들의 위치를 알려주는 보조장치를 이용하기 어렵다. 또한, 지하철역에는 계단, 에스컬레이터, 복잡한 구조 등으로 다른 대중교통에 비해 지하철은 시각장애인이 혼자서 스스로 이용하기 어렵다. 따라서 주변 사람들이나 역무원의 도움이 필요한 경우가 대부분이다. 이를 문제점으로 두고 시각장애인을 위한 지하철 내부 길 유도 시스템을 기획하게 되었다. 이 시스템은 지하철에서 시각장애인들이 지하철역과 지하철 내부에서 스스로 이동하는 데에 어려움이 없도록 도움을 주고자 한다. 이를 통해 시각장애인들이 도움 없이 혼자 지하철을 타고 목적지까지 안전히 이동할 수 있을 것으로 기대한다.

설명

사용자의 위치를 추적하는 방식에는 GPS, BLE(비콘) 등을 활용하는 여러가지 방식이 있다.

GPS는 3개 이상의 GPS 수신 위성에서 송신된 신호를 수신하여 위치를 결정하는 방식인데, 요즘 스마트폰과 같이 여러가지 기기에서 위치를 특정하기 위해서 GPS를 활용하고 있다. 하지만 GPS의 단점은 지하로 들어가거나 도심 속에서 신호의 변형, 감쇄가 일어나면 위치를 정확하게 잡지 못하는 단점이 있다. 또한 지하로 들어가면 위성과의 통신이 약해짐에 따라 아예 신호가 끊어지는 경우도 발생한다.

우리는 이러한 GPS의 단점을 보완하고 지하로 들어갔을 경우에도 위치를 추적하는 방법을 고안하고자 하고, 이를 위한 추적 방식에 BLE(비콘)을 사용하고자 한다. BLE(비콘) 이하 비콘,은 Bluetooth Low Energy의 줄임말로 블루투스 저전력 모델을 의미한다. 비콘은 블루투스 4.0 프로토콜 기반의 근거리 무선통신 장치로, 반경 50~70m 범위 안에 있는 사용자의 위치를 찾아 메시지 전송, 모바일 결제 등을 가능하게 하는 기술이다. 또한 블루투스 4.0 프로토콜 기반이라 일반적인 블루투스와 다르게 별도의 페어링 없이 기기와 통신할 수 있다. 실내로 들어서면 전파가 차단되어 위치를 알 수 없는 GPS와 달리 실내로 들어서도 위치 파악이 가능하고 전력 소모가 적다는 장점이 있다.

위와 같은 비콘의 특징을 이용해서 위치를 유도하는 방법을 다음과 같다.

1. 지하철에 들어오면 가장 가까이에 있는 비콘이 보내오는 신호를 스마트폰 혹은 모바일 기기를 통해 받는다.
2. 해당 비콘이 보내오는 신호의 세기를 계산해서 해당 비콘으로 올 수 있도록 유도를 하고, 이것은 지하철 내부로 이동하는 것으로 자연스럽게 유도된다.

그림 1. 그림 2.

그림 1과 같이 비콘 A로 지하철 내부로 안내된다면, 다음은 그림 2와 같이 비콘 B쪽으로 이동하고, 다음 비콘 C로 이동할 수 있게 하여 자연스럽게 원하는 경로로 유도한다.

3. 특정 위치로 사용자를 유도하는 방법은 비콘에서 송신되는 신호를 모바일 기기에서 신호의 세기를 판단하여, 모바일 기기에서 가장 강한 신호가 수신된 비콘의 정보를 토대로 사용자의 행동을 정하는 방법이다. 예를 들면 A 비콘에서는 앞으로 가라는 신호, B 비콘에서는 1초 이동 후에 왼쪽으로 90도 회전하라는 신호를 준다면, 만약 수신된 신호 중 가장 강한 신호가 B 비콘이라면 모바일 기기는 1초 이동 후 왼쪽으로 90도 회전하는 방식으로 작동하면 된다.
   그림 3.
4. 지팡이에 달린 자이로센서로 사용자가 이동하는 방향을 인식하여, 비콘의 정보를 바탕으로 사용자가 올바른 방향으로 갈 수 있도록 유도를 하고, 만약 잘못된 경로로 사용자가 이동할 시에는 진동 발생기를 이용하여 올바른 방향으로 이동할 수 있도록 한다. 그림 3과 같이 사용자의 지팡이에 자이로센서를 부착하여 주변의 비콘 중에서 가장 강한 신호를 주는 정보를 토대로 사용자의 이동 방향을 결정하게 된다.
5. 최종적으로 사용자가 원하는 위치에 도달하게 된다.

위와 같은 순서를 통해 사용자가 어디로 갈지 유도한다면, 지하철 내부와 같은 지하 공간에서도 시각장애인을 위한 길 안내 유도를 할 수 있을 것이다. 유도를 위한 비콘은 BoT-nLE523D, 방향 탐색을 위한 자이로센서는 QMC5883L 센서를 사용하였다.

그림 4와 같이 자이로센서를 아두이노와 결합하여 예시로 방향 탐색을 진행하였지만, 이것을 상용화하여 조금 더 작고 가벼운 모듈을 붙여서 사용한다면 사용자에게 더욱 편리한 이동을 제공할 수 있을 것이다. 또한 사용자의 이동을 유도하기 위한 정보를 활용하여 비콘에 접속됐던 기기들에 대해서 정보를 확인하여 지하철의 사용 정보라던지, 운영 정보로서 활용하는 방식까지 확장할 수 있을 것으로 전망된다.

종합하면, GPS는 지하철 내부와 같은 실내에서는 정확한 위치 파악이 어렵고, 지하로 들어가면 위성과의 통신이 끊어지는 등의 단점이 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 BLE(비콘) 기술을 활용하여 사용자의 위치를 추적하고 유도하는 방식을 고안하였다. 비콘은 블루투스 4.0 프로토콜 기반의 근거리 무선통신 장치로, 지하철 내부에서도 위치 파악이 가능하고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 따라서 사용자의 이동을 유도하기 위해 비콘과 자이로센서를 활용하여 위치 추적 및 방향 탐색 기능을 구현하였다. 이러한 기술을 활용하면 시각장애인을 포함한 다양한 사용자들에게 지하철 내부에서도 편리하게 이동할 수 있는 환경을 제공할 수 있을 것이다.