[논문 리뷰] V2AIX: A Multi-Modal Real-World Dataset of ETSI ITS V2X Messages in Public Road Traffic

Guido Kueppers, Jean-Pierre Busch외 2명|arXiv (Cornell University)|2024. 03. 15.

Traffic Prediction and Management Techniques인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 독일의 공용 도로 교통에서 1,800대 이상의 차량과 도로변 장치로부터 수집한 실제 도로 환경의 ETSI ITS V2X 메시지 다중 모odal 데이터셋인 V2AIX를 소개한다. 이 데이터셋에는 230,000건 이상의 메시지가 포함되어 있으며, 연구자들이 표준화된 V2X 메시지를 자동 주행 연구에 통합할 수 있도록 오픈소스 ROS/ROS 2 패키지를 제공한다. 이를 통해 협동 지능형 교통 시스템 분야에서 분석 및 응용 개발이 가능해진다.

ABSTRACT

Connectivity is a main driver for the ongoing megatrend of automated mobility: future Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) will connect road vehicles, traffic signals, roadside infrastructure, and even vulnerable road users, sharing data and compute for safer, more efficient, and more comfortable mobility. In terms of communication technology for realizing such vehicle-to-everything (V2X) communication, the WLAN-based peer-to-peer approach (IEEE 802.11p, ITS-G5 in Europe) competes with C-V2X based on cellular technologies (4G and beyond). Irrespective of the underlying communication standard, common message interfaces are crucial for a common understanding between vehicles, especially from different manufacturers. Targeting this issue, the European Telecommunications Standards Institute (ETSI) has been standardizing V2X message formats such as the Cooperative Awareness Message (CAM). In this work, we present V2AIX, a multi-modal real-world dataset of ETSI ITS messages gathered in public road traffic, the first of its kind. Collected in measurement drives and with stationary infrastructure, we have recorded more than 285 000 V2X messages from more than 2380 vehicles and roadside units in public road traffic. Alongside a first analysis of the dataset, we present a way of integrating ETSI ITS V2X messages into the Robot Operating System (ROS). This enables researchers to not only thoroughly analyze real-world V2X data, but to also study and implement standardized V2X messages in ROS-based automated driving applications. The full dataset is publicly available for non-commercial use at v2aix.ika.rwth-aachen.de.

연구 동기 및 목표

• 자동 주행 연구 분야에서 ETSI ITS V2X 메시지에 대한 대규모 실생활 데이터셋 부족 문제를 해결하기 위해.
• 도로에서 이동 중이거나 정지해 있는 측정 장치를 포함한 실생활 V2X 통신의 다중 모달 데이터셋을 수집하고 공개하기 위해.
• 연구자들이 실생활 V2X 메시지 행동, 표준 준수 여부, 차량 시장 점유율을 분석할 수 있도록 하기 위해.
• 오픈소스 패키지를 통해 표준화된 ETSI ITS 메시지를 ROS 기반 자동 주행 시스템에 통합할 수 있도록 지원하기 위해.

제안 방법

• 독일 전역의 도시 및 고속도로 환경에서 이동 측정 드라이브를 실시하고, 정지된 도로변 장치(RSU)를 배치하여 ETSI ITS V2X 메시지를 캡처하였다.
• 1,800개 이상의 고유한 ITS 스테이션으로부터 주로 협동 인식 메시지(CAMs)를 포함해 230,000건 이상의 V2X 메시지를 수집하였다.
• ASN.1로 인코딩된 V2X 페이로드를 ROS 호환 메시지 형식으로 변환하기 위해 `etsi_its_messages`라는 ROS/ROS 2 패키지를 구현하였다.
• 원시 V2X 메시지 스트림과 ROS 메시지 유형 간의 브리지 역할을 하는 ROS 노드를 사용하여 실시간 처리 및 통합을 가능하게 하였다.
• 메시지 내용, 위치 기반 정확도, 표준 준수 여부에 대해 정성적 및 정량적 분석을 수행하였다.
• 전체 데이터셋과 소프트웨어 패키지를 비영리 라이선스 하에 공개하여 대중 접근 및 재사용을 가능하게 하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 도시, 농촌, 고속도로 환경에서 V2X 기능을 탑재한 차량은 얼마나 자주 등장하는가?
• RQ2 실생활 도시 및 고속도로 조건에서 ITS-G5의 실제 통신 범위는 얼마인가?
• RQ3 LiDAR 기반 참값 데이터와 비교했을 때, V2X로 메시지를 송신하는 차량의 위치 정보 정확도는 어느 정도인가?
• RQ4 실생활 V2X 메시지가 메시지 구조 및 송신 주파수 측면에서 ETSI ITS 표준을 얼마나 준수하는가?
• RQ5 실생활 메시지가 표준화된 메시지 필드, 특히 선택 사항인 필드를 얼마나 포괄적으로 활용하는가?

주요 결과

• 1,800개 이상의 고유한 ITS 스테이션(차량 및 도로변 장치 포함)으로부터 230,000건 이상의 V2X 메시지가 수집된 데이터셋을 확보하였다.
• Volkswagen ID.3와 Golf 8가 가장 자주 관측된 V2X 기능을 탑재한 차량으로, 각각 1,164대와 344대의 고유 차량이 확인되었다.
• 위치, 속도, 헤딩 등의 핵심 CAM 메시지 필드가 전송 메시지에 일관되게 존재하여 표준 준수 수준이 높음을 확인하였다.
• CAM 데이터에서 유도된 위치 정보는 차선 중심선을 따라 경로 군집화가 일어나는 것으로 나타났지만, 다소의 변동성이 있었으며, 중간 정도의 정밀도를 보였다.
• 차량 길이 및 너비와 같은 선택 사항 필드는 자주 누락되어 실제 적용 시 표준의 전반적인 이행이 완전하지 않음을 시사하였다.
• 오픈소스 `etsi_its_messages` ROS 패키지는 ASN.1로 인코딩된 V2X 페이로드와 ROS 메시지 유형 간 이중 방향 변환을 성공적으로 수행하여 자동 주행 시스템 통합에 있어 접근 장벽을 낮추었다.