도로는 뻥 뚫렸는데 왜 내 차선만 막힐까… 카카오내비에선 이것까지 예측합니다
진출입로 정체를 보다 정밀하게 감지하는 카카오내비만의 알고리즘
같은 도로에서도 차선별로 속력이 크게 다른 경우를 알고 계신가요? 이런 경우 보통 램프, 나들목과 같은 ‘진출입로’가 원인인 경우가 많습니다. 일례로 만약 서울 올림픽대로에서 경부고속도로로 나가려는 차량이 많으면 경부고속도로에 연결된 차선은 더 많은 차량이 몰리면서 다른 차선보다 느려지기 마련인데요. 따라서 통상 내비게이션은 ETA(도착예정시간)의 정확도를 높이기 위해 이런 진출입로 구간의 교통정체를 계산에 반영하곤 합니다.
그런데 실제로 도로에서 운행을 해보면, 교통량이 많은 시간대에는 이런 종류의 차 막힘이 진출입 구간 훨씬 이전부터 나타나기도 합니다. 다른 도로로 이동하려는 운전자들이 일찍부터 차선변경을 하고 특정 차선으로 몰리면서 생기는 현상인데요. 심한 경우 매우 앞선 곳에서부터 많은 차들이 줄을 서고 순서를 기다리는 광경을 한 번쯤 보신 적 있을 겁니다. 이렇듯 내비게이션이 보다 먼 곳에서 일어난 정체까지 예측해서 차선별 속력을 보다 일찍부터 고려할 수 있다면 더 정확한 ETA를 계산할 수 있을 것입니다.
이런 니즈에 발맞춰 카카오모빌리티 AI연구개발팀은 진출입로에서 훨씬 멀리 떨어진 도로에서부터 차가 막히는 구간을 파악하는 알고리즘을 개발했습니다. 이 연구는 국제적으로 저명한 교통학회인 IEEE ITSC의 심사를 통과해 2024년 9월 24일부터 27일 캐나다에서 열릴 국제학술대회에서 발표됐는데요. 논문 내용의 일부를 소개하고자 합니다.
[‘안막힌다더니 벌써부터 막히네’ 시야가 짧은 다른 내비들]
내비게이션은 여러 도로 구간 각각의 속력을 예상해서 이동시간을 도출하고 이를 합산해서 ETA를 계산합니다. 이 과정에서 차선 단위로 생기는 정체까지도 정확히 반영한다면 더 정확한 계산을 할 수 있는데요. 각 도로의 차선별 속력을 각각 측정할 수 있으면 좋겠지만, GPS 기술의 한계 때문에 이는 어렵습니다. 따라서 기존 내비게이션은 보다 정확한 ETA 계산을 위해 진출입로 직전 도로구간에서 차량 속력의 차이를 반영해 도착예상시간을 추정해 왔습니다.
<올림픽대로에서 발생한 혼잡 전파>
문제는 기존 내비게이션들이 ‘교통정체의 영향권에 놓였다’고 판단하는 구간이 실제보다 작을 때가 있다는 것인데요. 위 그림을 기준으로 설명해 보겠습니다. 합류부와 분류부를 기준으로 도로를 각 구간으로 나눴을 때 기존 내비게이션들은 A구간 분류부에서 발생하는 혼잡의 영향을 바로 직전 구간까지만 고려해서 ETA에 반영하고 있습니다. 위 사진에서 B와 C구간으로 분류되는 지점의 경우 사실 D와 E 구간에까지 차선별 정체를 유발하는데요. 기존 내비게이션은 A구간까지만 차선별 속력 차이를 고려하는 것이 일반적이라는 것이지요.
이처럼 한 지점에서 발생한 차량 정체가 주변으로 퍼져나가는 현상을 혼잡 전파(congestion propagation)라고 하는데 기존 방식은 바로 이 혼잡 전파가 더 멀리까지 영향을 미칠 가능성을 고려하지 못하고 있다고 말할 수 있습니다.
[혼잡전파를 더 정밀하게 판단하는 카카오내비 알고리즘]
카카오모빌리티는 이를 해결하기 위해 진출입로와 연결된 도로뿐만 아니라 멀리 떨어진 도로도 혼잡전파의 영향을 받았는지를 판별하는 알고리즘을 개발했습니다. 아무리 멀리 떨어져있는 도로라 하더라도, 차선간에 속력의 차이가 나는 경우 혼잡전파의 영향을 받은 도로라 판단하고 차선별 속력 차이를 고려해 ETA를 계산하는 것입니다.
이를 통해 카카오내비는 예측 속력과 도착예상시간을 보다 정확하게 추정해서 내비게이션의 품질을 개선했습니다. 실제로 혼잡구간에서 예측 속력과 실제 속력의 차이를 52.1%까지 줄일 수 있었습니다(평균 절대 오차·Mean Absolute Error 기준).
<카카오모빌리티 알고리즘으로 판별한 수도권 도로별 정체>
카카오모빌리티는 운전자들의 안전하고 빠른 이동을 위해 내비게이션을 고도화시키는 많은 연구를 진행하고 있습니다. 앞서 소개드린 연구를 통해 카카오모빌리티는 방대한 도로 네트워크에서 진출입로 혼잡 전파 현상이 미치는 영향을 보다 정밀하게 파악하고 이전보다 더 정확한 ETA를 승객들에게 안내해드리는 알고리즘을 적용할 수 있게 되었습니다. 이렇게 카카오 내비게이션은 출발지에서 목적지까지 존재하는 다양한 경로들의 주행시간을 더 정확히 예측할 수 있게됐고, 결과적으로 더 좋은 경로를 사용자에게 추천해 줄 수 있게 됐습니다.
카카오모빌리티는 앞으로도 더 다양한 내비게이션 관련 기술을 개발하고 고도화시킴으로써 운전자들이 보다 안전하고 정확하게 길안내를 받을 수 있도록 힘쓸 예정입니다. (끝)
1 IEEE Intelligent Transportation Systems Conference
2 논문 제목: Accurate Estimated Time of Arrival Prediction Using Real-Time Path-Level Speed Computation(경로 수준의 실시간 주행 속도 연산을 통한 도착 예상시간의 정확한 추정)