자율주행자동차의 기술 발전 단계에 맞춘 미래 도로 인프라(피지컬, 디지털, 로지컬)의 구축 방향과 대응 전략 doc_id CNTS-00120002884_1

최근 전 세계적으로 화두가 되고 있는 제4차 산업혁명은 다양한 단어들로 표현될 수 있다. 만일, 제4차 산업혁명을 대량정보의 산출, 소통 및 융합과 지능화를 통하여 연결된 모든 것의 자율화라고 정의한다면 교통분야에서 이와 가장 관련된 것은 자율주행자동차라고 생각된다. 자율주행자동차는 앞으로 작게는 사람 및 물자의 이동에 큰 변화를 초할 것이고, 크게는 우리가 살고 있는 도시 구조, 생활 방식 등 우리의 삶을 전반적으로 바꾸어 놓을 것으로 예견되고 있다. 많은 기관들이 자율주행자동차 산업을 선점하기 위하여 경쟁하고 있다. 현대자동차, BMW 등 전통적인 자동차 메이커들은 자신들의 산업 보호를 위해 보수적이고 단계적인 접근을 추진하고 있고, 크게 잃을 것이 없는 Google(Waymo) 등 후발주자들은 단숨에 기술 격차를 벌리려는 도전적인 자세를 취하고 있다. 어쨌든 자율주행자동차가 조만간 도로를 주행할 것이라고 모두들 예상하고 있으며, 미국 자동차 공학회(Society of Automotive Engineers, SAE) 기준 레벨(level) 2+에 해당하는 기술들이 이미 프리미엄 자동차들부터 적용되고 있다. 도로의 역할을 살펴보자. 도로는 자동차라는 교통수단의 이동을 지원하는 시설이다. 자동차를 운전하는 것은 인간이며, 도로는 인간의 운전과 자동차의 역학적 능력을 고려하여 안정적인 움직임이 가능하도록 설계된다. 그러나 이제 자율주행차라고 하는 상당히 다른 개념을 가진 자동차가 등장할 시점에 와 있다. 초기에는 인간의 관여가 상당부분 필요하겠지만 자율주행차는 진화과정을 거쳐 결국 기계적 판단에 의해서 움직이게 될 것이다. 운전자의 인지 능력, 시력, 신체 상태 등을 고려하여 설계된 도로가 이제는 기계의 능력에 맞추어 설계되어야 하는 변혁의 시점에 와 있는 것이다. 여기서 우리는 운전에서 해방된 사람들이 과연 자동차 안에서 무엇을 할까를 고민해야 한다. 초기 자율주행차에서는 간단한 휴식만이 가능하겠지만 시스템이 고도화될수록 업무, 여가, 쇼핑 등의 일상적인 활동을 수행하게 될 것이다. 따라서 이동하는 시간 동안 이동자들은 사회적 활동을 수행할 것이고, 다양한 기업들이 이들을 지원하기 위한 각종 정보서비스를 제공할 것이다. 자율주행 기술이 급속도로 발전하는 것에 비하여 도로 등 인프라쪽 준비는 더딘 편이다. 다양한 이유가 있겠지만, 자율주행 기술이 너무 다양하고 발전 속도가 빠르기 때문에 자율주행자동차를 개발하는 쪽과 도로를 건설 및 관리하고 있는 쪽도 자율주행자동차를 위해서 피지컬(physical), 디지털(digital), 로지컬(logical) 인프라를 어떻게 갖추어야 할지 명확히 정의하기 어려운 것이 현실이다. 하지만, 정밀도로지도, Local Dynamic Map(LDM)과 같은 디지털 인프라의 준비 속도가 그나마 빠른 쪽이며, 자율주행자동차를 수용하기 위한 법규·제도, 윤리문제, 사회적 수용성 등 로지컬 인프라를 준비하기 위하여 활발한 움직임을 보이고 있다. 그 중에서도 도로기하구조와 같은 피지컬 인프라의 준비 속도 및 내용이 가장 느린 것으로 생각된다. 하지만, 피지컬 인프라 측면에서도 최근 임시운행허가를 받은 자율주행자동차들이 도로를 주행하다보니 자율주행 시스템이 운전자에게 제어권 전환을 요구하는 사례들을 중심으로 조금씩 구체적인 요구사항이 생겨나기 시작하고 있다. 그럼, 자율주행자동차 시대를 대비하기 위해서 인프라에서는 무엇을 준비하여야할 것인가를 고민할 시기이다. 먼저 도로기하구조, 교통안전시설과 같은 피지컬 인프라에 대해서는 표준화, 디지털화 등이 필요하다. 도로표지와 교통안전표지의 경우 크기 및 형상의 표준화가 필요하며, 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 기술을 활용하여 센서가 인식하기 쉽고 또한 자율주행자동차의 위치에 대한 참조시설로 활용될 수 있도록 하는 것이 중요하다고 판단된다. 도로의 기하구조는 자율주행자동차와 일반자동차가 혼재된 상황에서는 인간 운전자뿐만 아니라 규칙 기반(rule-based) 또는 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 자율주행 시스템이 주행하기 쉽도록 개선되어야 한다. 또한 향후 기하구조 설계에서는 인간의 인지반응시간(예: 2.5초)이 아닌 자율주행 시스템의 새로운 인지반응시간(예: 0.5초~1.0초)에 따라서 정지시거도 달라지며, 화물차를 여러 대 묶어서 주행하는 화물차 군집주행 등을 고려하여 교량의 하중 설계 기준을 새롭게 점검하는 등의 노력이 필요하다. SAE 기준 레벨 2, 3 그리고 4 등 자율주행자동차의 기술 수준이 다양한 것처럼 도로에도 레벨을 적용할 필요가 있으며, 자율주행자동차의 Operational Design Domain(ODD)처럼 도로에도 수용할 수 있는 자율주행 기술의 ODD에 해당하는 내용을 정의할 필요가 있다. 도로에 대한 레벨을 정의하기 위하여 고려할 요소는 전용 여부와 인프라 수준으로 구분할 수 있으며 자율주행 전용도로, 자율주행과 일반운전 혼용도로로 구분 가능하다. 예를 들어, 자율주행도로 레벨 1은 자율주행이 고려되지 않고 설계, 건설 및 운영되고 있는 현재 상태의 도로로서 자율주행이 불가능한 것은 아니나 자율주행을 위한 고려는 없는 도로가 될 것이다. 레벨 2는 ITS 및 C-ITS가 적용되어 자율주행에 필요한 V2X 통신 환경, C-ITS 서비스, 정밀도로지도 등 제한적인 디지털 인프라가 제공되는 도로로 지정할 수 있을 것이다. 레벨 3은 레벨 2 수준의 인프라에 정밀도로지도를 포함한 LDM 등 자율주행에 필요한 충분한 디지털 인프라가 제공되는 도로로 하고, 레벨 4는 레벨 3 수준의 자율주행을 위한 인프라 외에 기하구조 개선, 교통안전시설 보강, 측위 보정 시설 설치 등이 이루어져 있는 도로로 할 수 있을 것이다. 앞에서 강조했듯이 자율주행차의 진화과정을 살펴 가면서 이와 공조된 미래 도로교통체계를 구상하는 것이 가장 합리적이다. 본 저자는 운전에서 거의 해방되어 자유로운 사회적 활동이 가능한 시점을 2035년 전후로 예상하고 있다. 물론 시가지 도로와 같이 매우 복잡한 도로구간에서의 완전 자율주행은 더 오랜 시간이 걸릴 것이다. 고속도로를 예로 들면, 자율주행차의 진화과정에 맞추어 고속도로 교통관리시스템을 설계해야 한다. 준자율주행차(SAE 레벨2)를 수용해야 하는 CTMS는 자율주행차의 성공적인 조기 안착을 위해 실시간 도로정보를 제공하는 역할을 수행한다. 다음으로 간단한 독서나 휴식이 가능한 반자율주행차(SAE 레벨3)를 위해 자동차와 1:1 대화가 가능한 ITMS를 구축한다. 또한 쇼핑, 영화 감상, 화상 회의가 가능한 완전자율주행시대를 위해 도로 또한 자율적 체계인 ATMS로의 진화를 시도해야 한다. 마지막으로 먼 미래이긴 하지만 도로와 자동차가 하나가 되는 자동화 시대를 열어야 한다. 다양한 분야의 많은 기업들이 자율주행차에 관심을 갖는 이유는 이를 고부가가치를 생산하는 미래의 대표적인 정보 디바이스로 인식하고 있기 때문이다. 자율주행차라고 하는 이동수단을 지원해야 하는 도로시스템도 자동차의 진화과정에 맞추어 개발전략을 수립해야 한다. 미래 도로시스템 개발을 위한 전략은 크게 4가지 방향으로 정리해 볼 수 있다. 첫째, 도로 스스로 타 분야와 거래가 될 만한 고유 기술을 확보해야 한다. 예를 들어 도로-자동차간, 자동차-자동차간 정보교류가 가능한 C-ITS 사업을 통해 돌발상황에 대처하는 기술과 노하우를 축적하고, 자율주행과 연관된 기업들과의 협력사업모델을 만드는 데 있어 핵심적인 역할을 담당해야 한다. 둘째, 자율주행차의 발전 단계에 맞추어 도로시스템을 매칭하여 개발해 나가야 한다. 미국자동차공학회(SAE)는 자율주행차의 등급을 6단계로 구분하고 있다.