UGV에서 효율적인 노면 모니터링을 위한 퓨전 센서 시스템

• Published in: 스마트미디어저널 Vol. 13; no. 3; pp. 18 - 26
• Main Authors: 유성환(Seonghwan Ryu), 김서연(Seoyeon Kim), 신지우(Jiwoo Shin), 김태식(Taesik Kim), 정진만(Jinman Jung)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국스마트미디어학회 29.03.2024; Korean Institute of Smart Media; (사)한국스마트미디어학회
• Subjects: 컴퓨터학; 2D laser; fusion sensor; adaptive sampling; 퓨전 센서; UGV; surface monitoring; 노면 모니터링; 2D 레이저; 동적 샘플링; 2D
• ISSN: 2287-1322; 2288-9671
• DOI: 10.30693/SMJ.2024.13.3.18

Road surface monitoring is essential for maintaining road environment safety through managing risk factors like rutting and crack detection. Using autonomous driving-based UGVs with high-performance 2D laser sensors enables more precise measurements. However, the increased energy consumption of these sensors is limited by constrained battery capacity. In this paper, we propose a fusion sensor system for efficient surface monitoring with UGVs. The proposed system combines color information from cameras and depth information from line laser sensors to accurately detect surface displacement. Furthermore, a dynamic sampling algorithm is applied to control the scanning frequency of line laser sensors based on the detection status of monitoring targets using camera sensors, reducing unnecessary energy consumption. A power consumption model of the fusion sensor system analyzes its energy efficiency considering various crack distributions and sensor characteristics in different mission environments. Performance analysis demonstrates that setting the power consumption of the line laser sensor to twice that of the saving state when in the active state increases power consumption efficiency by 13.3% compared to fixed sampling under the condition of λ=10, µ=10. 노면 모니터링은 노면의 함몰 정도 및 크랙 감지와 같은 위험 요소 관리를 통해 도로 환경의 안전성을 유지하는 필수적인 과정이다. 고성능 2D 레이저 센서를 탑재한 자율주행 기반 UGV를 활용한 정밀 측정이 가능하지만, 고성능 센서의 에너지 소모량 증가로 인해 배터리 용량에 대한 한계가 있다. 본 논문에서는 UGV에서 효율적인 노면 모니터링을 위한 퓨전 센서 시스템을 제안한다. 제안된 퓨전 센서 시스템은 카메라를 통한 칼라 정보와 선레이저 센서를 통한 깊이 정보를 결합하여 노면 모니터링의 정밀한 변위 탐지를 가능하게 한다. 또한 카메라 센서를 이용해 모니터링 대상의 탐지 여부에 따라 선레이저 센서 스캔 주파수를 동적으로 제어하는 동적 샘플링 알고리즘을 적용함으로써 불필요한 에너지 소모를 절감한다. 제안된 퓨전 센서 시스템에서의 평균 소비전력 모델을 제시하고 다양한 미션 환경의 크랙 분포 및 센서 특성을 고려하여 에너지 효율성을 분석한다. 성능 분석 결과, 선레이저 센서의 Active 상태 소비 전력이 Saving 상태의 2배이고, λ=10, µ=10인 환경에서 고정 샘플링 기법에 비해 전력 소비 효율이 13.3% 향상됨을 확인하였다.