1. 서 론

세계보건기구(WHO)는 전 세계적으로 최소 22억 명의 사람들이 시각장애 또는 실명을 앓고 있다고 보고했다. 시각장애는 선천적으로 실명으로 태어나서 겪게 되는 시각장애보다 생활습관이나 유전적 영향으로 후천적으로 시각장애를 겪는 경우가 많은 것으로 알려졌다. 특히, 노화로 인한 노안은 시각장애를 유발하는 가장 큰 영향을 미치며, 전 세계적으로 두 번째로 흔한 실명의 원인이기도 하다.

현재까지 35세 이상의 인구 중 10억 9천만 명의 사람들이 실제로 노안으로 인한 시각장애를 앓고 있으며, 기대 수명이 늘어남에 따라 후천성 실명의 비율이 점점 더 증가할 것으로 예상한다.

보건복지부 통계에 따르면 그림 1에서처럼 2018년 12월 기준 국내 등록 시각장애인은 252,957명으로 전체 등록장애인 2,585,876명의 거의 10%에 해당하고, 시각장애는 장애 유형 중에서 3번째로 많이 나타나는 장애 유형이다. 표 1에서 시각장애인 등급은 1 ~ 3 등급의 중증 시각장애인이 전체의 19% 정도를 차지하며, 선천적 장애의 비중은 점차 줄어들고 성인병이나 고령화에 따른 노안 등에 의한 중증 시각장애의 비중이 높아지고 있다. 전제 인구 대비 65세 이상 시각장애인의 비율은 2007년 10.1%에서 2018년 14.76%로 증가하였다^(1-3).

이처럼 점차 증가하고 있는 시각장애인들을 위해 이동편의 증진법 및 장애인･노인･임산부 등의 편의증진 보장에 관한 법률 등 관련 법령에 근거하여 지하철 역사나 철도역사와 같은 공공시설 내의 필요하다고 인정되는 개소에 소리를 통해 시각장애인들이 해당 위치를 확인할 수 있도록 해주기 위한 장치들이 설치 및 운용하고 있다. 이 장치는 시각장애인들이 휴대하고 다니는 리모컨의 버튼을 누름으로 발생하는 무선신호를 수신하면 해당 위치에 대한 음성을 출력하게 되는데, 수신감도 즉, 신호 대 잡음 비를 검출하거나 신호의 전계 강도를 검출하여 그에 상응하는 리모컨과의 거리를 파악한 후 파악된 리모컨과의 거리가 미리 설정된 동작 거리 이내면 시각장애인에게 안내 방송을 하게 된다⁽⁴⁾.

이러한 철도역사의 화장실, 개찰구, 출구 등 주요 위치에 설치되어 음성유도기는 실제로는 시각장애인들이 거의 활용하지 않고 있다. 그림 2에서처럼 시각장애인은 음성유도기가 필요하나 74%가 미사용하고 있으며 미사용 이유로는 음성유도기 부족(40%), 리모컨이 없어서(12.9%) 및 음성유도가 오작동, 소음 등으로 미사용하고 있고 원하는 음성유도기 동작 및 상황에 따른 안내 내용의 다양화 등 위치(위치)기반의 개인화(모바일) 음성유도기의 도입 필요하다. 음성유도기 개선사항으로 설치확대는 철도 운영기관들이 사용자의 의견을 들어 지속적으로 설치됨으로써 해결될 수 있다. 그 외에 선택작동 기능, 동시작동 기능 등이 제시되고 있으며, 또한 주변 시선과 리모컨 미지급과 같은 이유가 주요 미사용 이유로 확인되고 있다. 최근 들어 시각장애인들이 스마트폰 앱이 정보를 받아들이는 수단으로 활용되고 있는데, 현재의 음성유도기는 스마트폰으로는 동작시킬 수 없고 별도의 전용 리모컨이 있어야만 가능하다는 점도 주요한 불편사항으로 제시되고 있다^(5-8). 본 논문에서는 시각장애인들이 정보획득 용도로 활발히 사용하고 있는 스마트폰을 활용한 현재 음성유도기의 문제점 해결을 위한 모바일 앱 기반 음성유도기용 스마트 중계기를 설계 및 제작하였다. 또한, 개발된 음성유도기용 스마트 중계기의 사용성 검증을 위해 실제 시각장애인들을 대상으로 한 철도역사에서의 현장시험 및 이용만족도 조사하여, 개발기술의 효용성을 확인하였다. 이를 통해 현재 철도역사에 설치된 음성유도기의 활용도를 높여 시각장애인들이 철도역사에서의 이동성이 향상되어 이를 통한 철도교통 및 역사 이용만족도 향상이 예상된다.

2. 시각장애인을 위한 음성유도기의 개선사항 분석

앞장에서 설명하였듯이 교통약자법 등에 의해 철도역사 내 주요 위치에는 시각장애인들의 이동성 지원을 위한 음성유도기가 설치되어 있으며, 시각장애인들이 휴대하고 있는 전용 리모컨 버튼을 누름에 의해 음성유도기가 소리로 위치를 안내하는 방식이다. 시각장애인을 이 음성유도기로부터의 소리를 통해 주요 위치 및 방향을 파악하여 본인이 가고자 하는 곳으로 이동하게 되는 방식으로 그림 3은 음성유도기 활용을 통한 이동의 개요를 나타낸 것이다.

이 장치의 송신기의 휴대용 리모컨과 수신기인 주요 위치에 부착된 음성유도기는 다른 전자기기의 신호에 의한 오작동 방지 및 전국적인 통일성과 호환성을 유지하기 위하여 통신 프로토콜 표준을 사용하고 있다. KS 표준으로 리모컨과 음성유도기의 호환성 및 다른 전자기기의 신호에 의한 오작동 방지를 위하여 통신 프로토콜, 구조, 성능 및 검사 방법에 관한 무선규격 표준을 2004년 10월 27일 제정하였으며, 특히 리모컨과 음성유도기의 사용 주파수 대역을 385.5MHz로 규정하고 있다.

이처럼 현재 전국의 지하철 및 철도역사에 음성유도기가 설치되어 있지만, 시각장애인들에 의한 이용률이 매우 낮다. 역사 내에서 위해 전용 리모컨 버튼을 누르면 주위에 있는 일반인도 들을 수 있는 크기로 방송이 됨에 따라 주변의 이목이 쏠림에 따른 사용의 주저, 별도의 전용 리모컨이 필요함에 따라 항상 휴대해야만 하고 또한 리모컨의 잦은 분실, 또 아날로그 무선신호를 통한 동작으로 인해 역사 내에서 여러 곳에 설치된 음성유도기들이 동시에 방송함에 따른 해당 위치 및 방향을 찾을 수 없다는 등의 이유로 인해 이용률이 낮은 원인으로 확인되고 있다. 시각장애인들이 현재 설치된 음성유도기를 활용해 철도역사에서 더욱 편리하게 이동할 수 있도록 이러한 문제점 개선을 위해 한국시각장애인협회를 통해 기술개발 방향을 수립하였다. 한국시각장애인협회를 통해 사용률 제고를 통한 이용 편의성 향상을 위해 리모컨 소지에 대한 불편한 해소, 앱 기반의 음성안내 필요, 기본 리모컨의 지속적 사용 등의 요구사항이 확인되다^(4,6).

또한, 스마트폰 앱 사용 여부에서 77%에 달하는 시각장애인이 사용 의사가 있는 것으로 나왔으며 기존 음성안내 시스템의 문제점으로 인해 시각장애인용 스마트폰 음성안내 앱은 더욱 필요성이 증가하고 있다. 전용 리모컨의 용도와 같은 스마트폰의 앱이 개발된다면 그림 4에서처럼 65%가 사용 의사가 있는 것으로 나타났다. 스마트폰의 선호도는 스마트폰 41%, 모두 사용 36%, 공용리모컨 23%로 확인되었다. 즉, 시각장애인의 스마트폰 잠재 이용자는 77%에 달한다는 것을 보여준다⁽⁴⁾. 이에 따라 본 연구에서는 현재 설치된 아날로그 방식의 음성유도기 동작을 시각장애인들이 선호는 스마트폰 앱을 통한 동작이 가능하도록 하고, 동시에 여러 음성유도기가 동작하는 문제도 해결할 수 있도록 기술을 개발하였다. 또한, 그림 5와 같이 기존 리모컨을 통해서도 지금과 같게 동작할 수 있는 구조로 설계하였다. 그리고 역사 내에서 이동 중 화재 등 비상상황 발생할 때 일반인들은 제공되는 시각적, 청각적 정보를 통해 대피할 수 있지만, 이에 비해 시각장애인들은 비상 발생 때 제공되는 정보의 이용이 어려우므로 더욱 위험 상황에 노출될 가능성이 크다. 이에 따라 시각장애인들이 위치하는 위치를 역무실 또는 119 상황실에 알려줌으로 인해 신속히 구조작업을 할 수 있는 기능의 요구도 대응할 수 있도록 설계하였다.

3. 음성유도기용 스마트 중계기의 설계 및 제작

2장에서 나타낸 바와 같이 철도역사에 설치된 음성유도기의 개선요구사항 분석결과를 바탕으로 본 논문에서는 스마트폰 앱 및 기존 리모컨을 이용해서도 현재 설치된 음성유도기를 동작시킬 수 있는 스마트 중계기를 설계하였으며, 동시에 근처의 다수 음성유도기가 동시에 동작에 따른 혼란 방지, 사용자가 가지고 있는 모바일 앱을 통한 안내음성 청취, 비상시 사용자의 위치 안내 등 기존 아날로그 방식의 음성유도기에서의 문제점으로 분석되었던 사항들을 극복할 수 있도록 설계 및 스마트 중계기를 제작하였다.

그림 6은 본 논문을 통해 설계 및 제작한 스마트 중계기를 활용한 기능 개선사항을 나타낸 것으로, 그림의 위쪽 점선으로 표시한 부분이 제안한 스마트 중계기에 해당하며, 이 스마트 중계기를 통해 시각장애인들이 휴대하고 있는 스마트폰과 인터페이스 되며, 스마트폰으로부터 수신한 신호를 아날로그로 변경하여 기존 설치된 음성유도기로 중계하는 방식이다. 그림에서처럼 스마트폰 앱과 스마트 중계기를 통해 역사 내에 시각장애인들이 있으면 자동으로 주위에 음성유도기를 검색하여 알려주는 기능, 음성유도기를 통한 방송 이외에 스마트폰에서 안내음성을 듣도록 하는 기능, 비상시 현재 위치를 역무실, 경찰 등에 전송하는 기능, 동시에 여러 음성유도기가 동작할 경우 순차 또는 선택적 방송이 가능하도록 하는 기능 등이 설계 및 구현되었다.

기존 음성유도기는 시각장애인들이 휴대하고 있는 전용 리모컨으로부터의 아날로그 무선신호를 수신에 따라 동작하는 방식이어서, 디지털 방식의 스마트폰 앱으로는 음성유도기를 바로 동작시킬 수 없다. 따라서 스마트폰을 통해 음성유도기를 동작시키기 위해서는 스마트폰의 디지털 신호와도 인터페이스 가능하여야 한다. 본 논문에서 제안한 모바일 앱 기반 스마트 중계기는 BLE(Bluetooth Low Energy) 센서를 내장하여 스마트폰과 인터페이스 하며, 또한 음성유도기를 동작시킬 수 있도록 358.5 MHz의 아날로그 신호 송신부를 포함하도록 설계하였다. 그림 7의 (a)는 BLE 센서를 내장한 리피터와 스마트폰, 기존의 음성유도기 등과의 인터페이스를 나타낸 것으로, (b)는 설계한 음성유도기용 스마트 중계기 내부 구조와 주위 장치 간 인터페이스 내용을 나타낸 것이다. 그림에서처럼 본 논문에서는 스마트 중계기 내부에 두 개의 BLE 센서를 통해 각각 마스터와 슬레이브로 구성하여 스마트폰에 내장된 BLE 센서와 인터페이스를 통해 양방향으로 인터페이스 되도록 설계하였다. 또한, 기존 음성유도기의 동작 상태를 역의 관리자가 관제화면을 통해 확인할 수 있도록 동작할 때 소리 수신을 통해 관제 서버로 장치의 정상 동작 여부에 대한 정보가 전송되는 구조로 설계하였다. 이러한 스마트 중계기를 활용함에 따라 기존의 전용 리모컨 이외에도 스마트폰 앱을 통해 음성유도기를 동작시키는 게 가능하다. 또한, 기존과 달리 스마트폰의 이용이 가능함에 따라 기존에는 불가능했던 그림 7과 같은 다양한 기능들이 앱의 소프트웨어만으로도 가능하다.

기존 음성유도기 옆에 설치하게 되는 모바일 앱 기반의 스마트 중계기는 역사 내에 다른 목적으로 설치된 BLE 센서와의 혼선 방지, 유연한 연계서비스 지원, 비상상황 발생할 때 위치확인 등을 위해 스마트 중계기별 센서들에 대한 각각의 식별자 코드 체계를 설계하였다. 본 논문에서는 서비스의 확장성, 플랫폼과의 단말기의 호환성(Android 및 iOS)을 고려하여 BLE 센서 표준데이터 구조를 적용하였다. 이 두 필드의 정보는 철도역사의 위치, 역사 내 음성유도기의 설치 위치에 따라 각각 다르게 구성되게 된다. 이런 표준 식별 코드에 의한 정보를 가진 각 BLE 센서들은 역사 내의 각 위치에 할당함으로써 실질적으로 물리적인 위치정보를 가진 RF 신호를 방사하게 된다.

그림 8은 본 논문에서 제안한 음성유도기용 스마트 중계기 디자인 설계 및 제작하여 실제 철도역사에 설치한 사진을 나타낸 것이다. (a)에서 BLE 송수신을 위한 안테나 2개, 운용 및 유지보수자를 위한 관제 서버와의 통신을 위한 WiFi 안테나, 그리고 기존 음성유도기의 동작 상태 확인을 위한 MIC가 있다. (a)는 개발한 제품의 적용성 평가를 위해 실제 철도역사의 음성유도기 옆에 설치한 스마트 중계기 사진으로서, 개발 장치에 대해 시각장애인들을 대상으로 적용성 검증 및 이용만족도 평가를 위한 현장시험을 위해 관제 서버와 통신을 위한 WiFi 안테나는 제거한 상태이다.

또한, 이 스마트 중계기와 인터페이스 하는 스마트폰 앱은 역사 내에서 주위의 스마트 중계기 신호가 일정 이상 dB로 수신되면 자동으로 앱을 통해 사용자의 설정에 따라 검지 된 음성유도기를 표시할 수 있도록 했다. 즉, 기존 음성유도기의 경우 시각장애인이 임의로 리모컨을 통해 설치된 음성유도기를 찾아야 했으나, 본 논문을 통해 개발한 시스템에서는 자동으로 주위의 음성유도기를 검색할 수 있도록 했다. 그리고 검색된 음성유도기들 중 본인이 찾고자 하는 음성유도기를 선택적으로 동작시키거나 핸드폰에서만 안내음성을 들을 수 있도록 그림 9와 같은 앱의 UI(User Interface)를 개발하였으며, 검색된 모든 음성유도기를 순차 동작시킬 수 있는 버튼도 앱에 추가하여 시각장애인들이 더욱 정확한 현재의 위치를 추정할 수 있도록 하였다.

4. 현장시험 및 이용만족도 평가

본 논문에서 개발한 IoT 기반 음성유도기용 스마트 중계기의 적용성 평가를 위해 실제 도시철도역사에 설치하여 시각장애인들을 대상으로 현장시험을 시행하였으며, 또한 본 논문의 시스템 적용 전･후의 이용만족도를 조사를 통한 평가를 수행하였다. 현장시험 및 이용만족도 조사를 위해서 도시철도 광주송정역을 적용대상으로 하였으며, 물리적인 설치공간이 나오지 않는 몇 군데를 제외한 광주송정역에 설치된 모든 음성유도기 옆에 개발한 스마트 중계기를 설치하여 기존의 전용 리모컨과 모바일 앱을 통한 동작시키는 방식으로 현장시험을 시행하였다. 실제 도시철도역사에 개발 시스템의 설치 후 광주시각장애인협회를 통해 광주지역 시각장애인 10명을 대상으로 본 개발 시스템의 현장시험 및 이용만족도 평가를 수행하였다.

개발 시스템의 사용에 따른 이용만족도 조사에서는 설문지 설계가 중요하다. 본 논문에서는 피실험자를 대상으로 시스템 이용만족도 조사는 본 개발장치의 사용자인 한국시각장애인연합회의 자문을 통해 최종적으로 평가항목 및 방법을 결정하였다. 그림 10(a)는 광주시각장애인복지연합회에서 시각장애인 10명을 대상으로 한 현장 실증시험 사진으로 KTX 광주송정역과 연결Befo된 도시철도 광주송정역 입구에 설치된 음성유도기 위치이며 이 위치의 음성유도기를 통해 지하로 이동을 안내받는 상황이며, (b)는 본 논문의 개발 시스템 적용 전후의 이용만족도 조사결과를 나타낸 것이다. 그림에서와같이 개발 시스템의 적용 전 음성유도기의 불만족은 20%, 만족은 0%였으나, 스마트중계기 적용 후에는 만족이 50%, 불만족도 40%로 증가하였다. 만족도는 시스템 적용전에 비해 현저히 높아졌지만 불만족도 두배이상 증가한 것으로 나타났다. 불만족 세부내용 분석결과 모바일앱으로 음성유도기의 작동이 가능함에 따라 다양한 음성유도기만의 동작을 넘어선 다양한 부가적인 기능들을 요구하고 있었고 이런 요구를 충족시키지 못해 불만족이 높아지는 것으로 확인되었다. 이는 본 논문에서 제시한 모바일 앱기반 음성유도기용 스마트 중계기가 시각장애인들의 역사 이동성을 높일 수 있는 효과가 충분한 것으로 분석되며, 또한 모바일 앱 적용에 따른 추가적인 요구들이 지속적으로 제시되고 있음이 동시에 확인되었다. 이러한 부분들은 본 논문의 개발장치의 적용 후 지속적으로 요구를 반영한 소프트웨어 업그레이드를 통해 개선될 수 있을 것으로 보인다.

5. 결 론

시각장애인들의 이동 편의성 제공을 위해 철도역사의 주요 위치에 설치된 음성유도기가 실제로 거의 활용되고 있지 않다. 활용도가 낮은 원인 분석을 통해 기존 음성유도기의 문제점 개선을 통한 시각장애인들이 철도역사에서의 이동성 향상을 위해 본 논문에서는 모바일 앱 기반의 스마트 중계기를 활용한 기술을 설계 및 제시하였으며, 이를 위해 모바일 앱 기반의 스마트 중계기 그리고 모바일 앱을 개발하였다. 개발기술의 적용성 평가를 위해 도시철도 광주송정역의 음성유도기 옆에 개발한 스마트 중계기를 설치하여 현장 실증시험을 수행하였으며, 실제 시각장애인들을 대상으로 본 개발 시스템의 적용에 대한 이용만족도를 조사하였다. 이용만족도 조사결과 본 개발 시스템 적용 전과 비교하면 매우 높은 이용만족도 향상이 확인되었다. 또한, 현장시험에 참여한 시각장애인들은 모바일 앱을 통한 음성유도기의 동작과 선택적 방송, 주위 음성유도기 자동검색을 통한 앱 실행 등의 기능은 매우 유용하게 활용될 수 있다는 의견이 다수 제시되는 등 본 논문에서 제안한 기술의 효용성을 확인할 수 있었다. 또한, 기존의 음성유도기와의 인터페이스뿐 아니라, 스마트 중계기 자체에 스피커를 내장할 경우 더 많은 개소에 설치할 수 있어 철도역사에서 시각장애인들의 이동성 지원 및 이용만족도를 획기적으로 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.