미시적 교통 시뮬레이션을 활용한 실시간 수요대응형 자율주행 버스 영향 평가

박상웅,김주영 한국ITS학회 2022 한국ITS학회논문지 Vol.21 No.6

실시간 수요대응형 자율주행 버스는 자율주행 버스와 실시간 수요대응형 버스의 단점을 상 쇄시킨 미래교통수단이다. 하지만 버스 기능의 고도화로 실시간 수요대응형 자율주행 버스 도 입 시 영향에 관한 정량화된 연구는 활발하지 않은 실정이다. 본 연구에서는 강화학습 기반 실시간 수요대응형 자율주행 버스를 미시적 교통 시뮬레이션에 적용하여 실시간 수요대응형 자율주행 버스의 정량화된 효과평가를 실시하였다. 구체적으로 수요 변화에 따라 실시간 수 요대응형 자율주행 버스가 도로 네트워크에 끼치는 영향과 이용자 대기시간을 미시적 시뮬레 이션 안에서 구현하였다. 시뮬레이션 대상지로는 한국교통대학교 인근을 선정하였다. 시뮬레 이션 결과, 실시간 수요대응형 자율주행 버스는 기존 노선 고정형 버스 대비 이용자 대기시간 과 평균제어지체는 감소하였고, 평균통행속도는 증가하였다. 본 연구를 통해 실시간 수요대응 형 버스의 도입을 정량적으로 평가하는 것이 기대된다. An autonomous demand-responsive bus with mobility-on-demand service is an innovative transport compensating for the disadvantages of an autonomous bus and a demand-responsive bus with mobility-on-demand service. However, less attention has been paid to the quantitative impact assessment of the autonomous demand-responsive bus due to the technological complexity of the autonomous demand-responsive bus. This study simulates autonomous demand-responsive bus trips by reinforcement learning on a microscopic traffic simulation to quantify the impact of the autonomous demand-responsive bus. The Chungju campus of the Korea National University of Transportation is selected as a testbed. Simulation results show that the introduction of the autonomous demand-responsive bus can reduce the wait time of passengers, average control delay, and increase the traffic speed compared to the results with fixed route bus service. This study contributes to the quantitative evaluation of the autonomous demand-responsive bus.

다중 스레드 파이프라인 병렬처리를 통한 실시간 시뮬레이션 시각화의 성능 향상 해석 및 적용

이준희,송희강,김탁곤,Lee, Jun Hee,Song, Hee Kang,Kim, Tag Gon 한국시뮬레이션학회 2017 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.26 No.3

본 연구는 시뮬레이션을 진행하면서 그 결과를 실시간으로 시각화하는 경우에 파이프라이닝 병렬처리 기법을 적용하여 성능을 개선할 수 있음을 보인다. 일반적으로 실시간 시각화를 포함한 시뮬레이션에서는 모델을 실행하는 프로세스와, 시뮬레이션 결과를 시각화 도구로 전송하는 프로세스, 결과를 받아서 시각화 하는 3개의 프로세스가 있다. 만약 이 프로세스들을 직렬화해서 실행하면 전체 실행시간이 매우 길어져서 시각화의 성능이 저하될 수밖에 없다. 본 연구에서는 기존의 직렬 방식 대신에 파이프라이닝 병렬처리 기법을 적용하여 성능을 개선하고자 한다. 추가적으로 각 프로세스에 다중 스레드 기능을 더하여 더 큰 성능의 개선이 있음을 보인다. 이를 위해 본 논문은 제안된 기법에 대한 이론적 성능모델을 세우고 최대, 최소 성능 향상 조건을 이론적으로 해석하였으며 모의실험하였다. 이 이론을 바탕으로 실시간으로 시각화하는 실시간 공중전 시뮬레이션에 적용한 결과 기존의 직렬화된 실행 성능보다 제안된 이론을 적용한 후의 실행 성능이 크게 향상되었음을 보였다. This research proposes and applies a pipelining parallel processing technique to enhance the speed of visualizing the results of real-time simulations. Generally, a simulation with real-time visualization consists of three processes: executing a simulation model, transmitting simulation result, and visualizing simulation result. If we have these processes in serial, the latency from simulation to visualization will be very long, which degrades the speed of visualization of data from real-time simulation. Thus, the main purpose of this research is maximizing performance by adapting pipelining parallel processing technique to the real-time simulation visualization. Also we show that performance is improved by adding multi-threading technique to each process. This paper proposes a theoretical performance model and simulation results of the techniques and then we applied this to an air combat simulation model as a case study. As the result, it shows that the performance is greatly enhanced than the original model's execution time.

HLA 기반 대공유도무기 시뮬레이션 프레임워크 설계 및 사례적용

조병규,김세환,윤청,Cho, Byung-Gyu,Kim, Sae-Hwan,Youn, Cheong 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지D Vol.12 No.5

예측 불가능한 미래 전략 환경에 부합하고, 보다 경제적이며 과학적인 수단으로 무기체계개발을 수행하기 위해 모델링 및 시뮬레이션 기술의 적용이 확대되고 있다. 본 연구는 모델링 및 시뮬레이션 표준연동구조인 HLA(High Level Architecture)및 TCP/IP를 지원하고, 실시간 분산 시뮬레이션을 지원하는 소프트웨어 프레임워크인 ADSF(Air Defense Simulation Framework)를 개발한 경험을 기술하고 있다. 개발된 ADSF는 대공유도무기 M-SAM(Medium Range Surface to Air Missile) 체계시뮬레이터에 적용하였으며, 위성항법장치(GPS : Global Positioning System) 시계를 사용하여 요구조건에 만족하는 시험결과를 산출하였다. 그 결과 ADSF는 HLA를 지원하고 실무기 체계의 통신 프로토콜인 TCP/IP를 지원하는 통신미들웨어가 만들어지고, 실시간 분산 시뮬레이션의 핵심 기술인 정밀모사를 지원하는 시뮬레이션 엔진도 갖추게 되었다. 대공유도무기 체계시뮬레이터는 다수의 구성요소로 이루어진 실시간 분산 시뮬레이션 시스템이므로 실시간 분산 시뮬레이션을 지원해 주는 시뮬레이션 엔진 개발이 요구되었다. To correspond with the unpredictable future tactical environment, Ive expanded the application of M&S(Modeling & Simulation) that is more scientific and more economic in a field of weapon system development process. This paper describes experience in development of ADSF(Air Defense Simulation Framework) that supports not only HLA(High Level Architecture) which is an international standard in M&S but also TCP/IP as well as real-time distributed simulation. ADSF has been applied to the M-SAM(Medium Range Surface to Air Missile) System Simulator, and satisfying test results through GPS(Global Positioning System) timer has been acquired. As a result, an ADSF which is able to support HLA and TCP/IP as veil as precise real-time simulation has been successfully made. we were in need or a real-time simulation engine to support Air Defense System Simulators that were consisted of several subsystems.

선박운항 안전성 평가를 위한 시뮬레이션 조건 도출 연구

공인형(Inyoung Gong),권세혁(Sehyug Kwon),김선영(Sunyoung Kim) 한국항해항만학회 2008 한국항해항만학회지 Vol.32 No.3

항만이나 항로에서의 심층적인 선박운항 안전성 평가를 위한 목적으로 주로 선박운항 시뮬레이션 시스템이 사용되고 있다. 하지만, 실제 해상에서 선박이 조우할 수 있는 환경 조건은 매우 다양한 반면, 비용이나 시간적인 제약으로 인하여 실시간 선박운항 시뮬레이션은 극히 한정된 경우에 대해서만 수행되는 것이 일반적이다. 본 논문에서는, 이러한 실시간 시뮬레이션 실험 조건을 효과적이고 체계적으로 도출하기 위한 통계적 기법에 대하여 제안하고, 이 기법을 실제 선박 운항 안전성 평가를 위한 시뮬레이션 연구에 적용한 실증 분석 결과를 사례 연구로 기술하였다. 실증 분석에는 주성분을 이용한 종합 운항 난이도 산정 방법과 누적 확률분포 개념을 이용하여 선박 운항 난이도가 높은 실험 조건을 실시간 시뮬레이션 실험 조건으로 선택하는 기법을 제시하였다. Ship-handling simulation system has been used for maritime traffic safety assessment for harbor and fairway. There exist various environmental conditions under which ship may navigate along a fairway or in harbor. Due to the time and budget limitations, however, ship-handling simulations are usually carried out for very limited number of environmental conditions. In this paper, statistical method for effective and systematic determination of real time simulation conditions is suggested and applied to the maritime traffic safety assessment problems. In the empirical study, the principal component analysis method and the concept of empirical cumulative distribution function are suggested to estimate synthetic navigational difficulty and to select simulation conditions which would impose high difficulty on shiphandling.

웨어러블 조작기 기반 유압 구동 6축 다관절 작업기의 실시간 시뮬레이션

차영택(Young Taek Cha),이연호(Yeon Ho Lee),김정구(Jung Gu Kim),최성준(Sung Jun Choi) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.10

웨어러블 조작기로 조정되는 다관절 작업기의 경우, 운전자가 작업기의 제어 루프(Loop) 안에 있는 Human-In-The-Loop 형태의 제어 방식을 취하고 있기 때문에, 작업 대상물과 작업기의 동작에 대한 운전자의 반응은 웨어러블 조작기 및 작업기의 기구 구성과 적용된 제어기의 성능에 따라 달라진다. 이러한 운전자의 조작과 반응을 시스템 설계단계에서부터 반영하기 위해서는, 운전자와 실시간으로 상호작용할 수 있는 시스템 시뮬레이션이 적용되어야 한다. 하지만, 유압 구동계를 가지고 있는 다관절의 경우, 유압 구동계의 시스템 시뮬레이션이 수치적으로 스티프(Stiff)하므로, 실시간 시뮬레이션에 적합한 수치해석기법의 적용과 유압회로의 간략화 및 유압 파라미터의 튜닝이 필요하다. 그러한 측면에서, 본 논문에서는 유압 구동계가 적용된 6축 다관절 작업기에 대한 실시간 시뮬레이션 방안을 제안하였으며, 가상 환경상에서 몇가지 작업을 수행함으로써, 실시간성을 평가하였다. 또한, 각 관절의 단독 동작과 복합 동작에 대해 시험결과와 비교함으로서, 제안된 실시간 시뮬레이션 방안의 타당성을 평가하였다. In the case of a multi-joint manipulator controlled by a wearable joystick, since the driver takes a human-in-the-loop type control method within the multi-joint manipulator’s control loop, the drivers reaction to the work object and the operation of the work machine depends on the mechanical configuration and the applied controllers performance. In order to reflect the drivers manipulation and reaction from the system design stage, a system simulation capable of interacting with the driver in real-time must be applied. However, in the case of a multi-joint having a hydraulic drive system since the system simulation of the hydraulic drive system is numerically stiff, application of numerical analysis suitable for real-time simulation, simplification of hydraulic circuits, and tuning of hydraulic parameters are required. In this respect, this paper proposed a real-time simulation method for a 6-axis multi-joint work machine to which a hydraulic driver is applied, and real-time performance was evaluated by several tasks on a virtual environment. In addition, the validity of the proposed real-time simulation method was evaluated by comparing the test results with the single and complex movements of each joint.

HLA-RTI에 기반 한 비행시뮬레이션에 관한 연구

현세웅(Sewoong Hyun),윤석준(Sugjoon yoon) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.6

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)1516 에 규정된 HLA(High Level Architecture) 기반 기술은 상이한 목적으로 개발된 다수의 개별 시뮬레이션들이 결합된 복합 시뮬레이션 네트워크 시스템을 구성하는데 있어서 필수적 요소이다. 본 논문에서는 상용 비행 시뮬레이션을 HLA를 기반으로 구현하는 과정과 구현된 시스템의 동작 과정을 보여줌으로써 확장성 및 상호 운용성을 갖춘 비행 시뮬레이션 모델 구조를 제시하였다. 또한 HLA 를 기반으로 구현된 실시간 시뮬레이션 시스템과 상용 비행 시뮬레이션을 비교하여 얻어진 비행 정보 데이터 분석을 통해 완벽한 실시간성을 보장할 수 있는 지에 대한 여부를 판단하였다. The HLA system architecture, prescribed in IEEE-1516, is a core fundamental technology to build a complex simulation network system which is composed of a number of individual simulation developed for different purposes. The model structure of flight simulation with expansibility and compatability was suggested in this thesis by showing how to implement HLA to a commercial flight simulation software and how the system implemented with HLA to work. In addition, it was judged whether real-time can be guaranteed implementing to a simulation system with integrity through analysis of flight information data collected by comparing real-time simulation based on HLA with commercial flight simulation.

인간 특성에 기초한 실시간 능동 경로 선택모델과 전산유체역학 데이터를 적용한 군중 대피 시뮬레이션

김현철(Kim Hyun cheol),한순흥(Han Soon hung) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.1

과거와 달리 현대 건축물은 규모와 기능적 측면에서 고층화 및 대형화 되었다. 비상 상황 발생 시 탈출과 구출에 대한 어려움이 증대 되어 재실자의 효율적인 대피방안과 위험성을 사전에 예측하여 건축물 설계와 안전 훈련 및 교육에 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 현실적인 군중 대피 시뮬레이션을 위해 전산유체역학 데이터를 대피 환경과 연동하였고 재실자가 인간의 감각을 기반으로 위험요소를 감지하고 병목지점에 대하여 스스로 판단하여 탈출 경로를 선택하는 실시간 능동 경로 선택모델을 개발하였다. 본 논문에서는 능동 경로 선택 모델을 소개하고 구현과정, 성능 및 현실성을 분석하여 군중 대피 시뮬레이션의 새로운 방법론을 제시한다. 능동 경로 선택모델을 적용하면 더욱 현실성과 타당성이 있는 대피 시뮬레이션을 수행 할 수 있을 것으로 기대한다. Contrary to the past, modern buildings have become larger in scale and function. In case of an emergency situation, difficulty of evacuation and rescue increases. Therefore, effective evacuation methods and risks should be predicted and applited to building design, safety training and education. In this research, computational fluid dynamics data was interlocked for realistic evacuation simulation and a real-time active route choice model that agents detect hazardous factors based on human sense and make their own decisions about bottleneck areas and choose evacuation routes was developed. In this paper, we suggest a new methodology for crowd evacuation simulation by introducing the active route choice model, analyzing the implementation process, performance and realism. It is expected that it will be possible to perform evacuation simulations with more realistic and validity by applying the active route choice model.

OpenGL과 Unity간의 GPU를 이용한 Particle Simulation의 성능 비교

김민상,성낙준,최유주,홍민,Kim, Min Sang,Sung, Nak-Jun,Choi, Yoo-Joo,Hong, Min 한국정보처리학회 2017 정보처리학회논문지. 소프트웨어 및 데이터 공학 Vol.6 No.10

최근 GPGPU를 이용하여 저하된 컴퓨터 성능 향상폭을 높일 수 있게 되었고, 이로 인하여 높은 연산을 요구로 하는 물리 기반의 실시간 시뮬레이션을 PC에서 구동할 수 있게 되었다. 물리 시뮬레이션에서 적용되는 물리 계산은 병렬 처리로 수행되어질 수 있으며, 최근 OpenGL 4.3 및 Unity4.0에서 지원되는 Compute shader를 통한 병렬 연산을 이용하면 효율적으로 구동할 수 있다. 본 논문에서는 다양한 플랫폼을 지원하는 디지털 콘텐츠 제작 툴인 Unity와 다양한 플랫폼에서 구동되어지는 OpenGL에서의 실시간 물리 시뮬레이션에서의 성능을 측정 및 비교한다. 본 논문에서 particle 시뮬레이션의 실험 결과 Unity를 이용한 particle 시뮬레이션이 OpenGL을 이용한 particle 시뮬레이션에 비해 최대 136.04% 빠른 성능을 보인다. 이를 통하여 추후 멀티 플랫폼을 지원하는 디지털 콘텐츠를 제작함에 있어 더 나은 개발 도구를 선정할 수 있을 것으로 기대된다. Recently, GPGPU has been able to increase the degradation of computer performance, and it is now possible to run physically based real-time simulations on PCs that require high computational complexity. Physical calculations applied in physics simulation can be performed by parallel processing, and can be efficiently performed using parallel computation using Compute shader recently supported by OpenGL 4.3 and Unity 4.0. In this paper, we measure and compare the number of performance in real - time physics simulation in OpenGL running on various platforms and Unity, a content creation tool supporting various platforms. Particle simulation experiments show that particle simulation using Unity performs faster than 136.04%. It is expected that it will be able to select better development tools for future multi - platform support.

유체 시뮬레이션 기술을 이용한 비유체 표현기법

이성준,허연진,신병석 한국차세대컴퓨팅학회 2019 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.15 No.4

이 논문에서는 유체 시뮬레이션 기술을 사용해서 비유체인 토사를 시뮬레이션하는 방법을 구현했다. 굴착 작업 등에 의해 생성되는 토사를 표현하기 위해 널리 사용되는 NVIDIA 사의 FleX를 사용하였다. FleX는 SPH(Smoothed-particle hydrodynamics) 기법과 위치 기반 동역학 (Position Based Dynamics) 기법을 결합한 입자 기반 물리 시뮬레이션 라이브러리로서 이를 이용하면 유체를 실감 있게 표현할 수 있다. 그러나 토사는 유체의 성질뿐만 아니라 비유체의 성질도 가지고 있기 때문에 기존의 FleX가 제공하는 기능만으로 시뮬레이션하기 어렵다. 본 연구에서는 기존 Flex를 이용하여 비유체의 행태를 시뮬레이션하기 위한 기법을 추가하였다. 이를 통해 적은 비용으로 효과적인 결과 개선이 이루어질 수 있다. In this paper, we have implemented soil simulation using fluid simulation technology. A widely used NVIDIA FleX was used to represent the soil generated by excavation work. FleX is a particle-based physics simulation library that combines SPH (Smoothed-particle hydrodynamics) and Position Based Dynamics techniques. However, since the soil has not only fluid properties but also non-fluid properties, it is difficult to simulate with the functions provided by conventional FleX. In this study, we added a technique to simulate non-fluid behavior using existing Flex. This can lead to effective results improvement at low cost.

한국형발사체 비선형 6자유도 시뮬레이션 프로그램 개발

박용규,최경준,선병찬,노웅래 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

본 논문에서는 비행시퀀스(이벤트) 기반 시뮬레이션, 다양한 비행시나리오 생성, 유도 항법 자세제어 알고리듬 성능 검증, 시스템통합시험 (SIL : System Integration Laboratory) 운용 및 비행시험 완료 후 비행시험 결과 분석 등 다목적으로 적용 가능한 한국형발사체 비선형 자유도 시뮬레이션 프로그램 설계 결과를 제시하였다 설계를 위하여 발사체 자유도 시뮬레이션을 위한 기본 개념 및 프로그램 개발 요구조건을 정리하고 이를 토대로 MATLA<SUP>®</SUP> Simulink<SUP>®</SUP>/Stateflow<SUP>®</SUP>을 사용하여 모델기반 시뮬레이션 프로그램 KARIMS(KSLV-II Analysis of dynamics, Realtime environment for Integration, Modeling and Simulation) 개발을 완료하고, 시스템통합시험 (SIL) 적용가능성을 파악하였다. This paper presents KSLV(Korea Space Launch Vehicle)-II nonlinear 6dof simulation program, which is used to various purpose, such as simulation based on flight sequence(event), generating various flight scenario, verification of guidance/navigation/control algorithm, operating of SIL, post-processing after flight test. For designing simulation program, this paper summarize the basic concept of launch vehicle 6dof simulation and the development requirement of it. Using model-based design concept, KARIMS has been developed by MATLAB<SUP>®</SUP> Simulink<SUP>®</SUP>/Stateflow<SUP>®</SUP>, and then it is applied to System Integration Laboratory simulation core for checking validation.