점유 기반 레이더를 이용한 교통정보 수집 시스템 및 방법 {System and Method for providing Traffic Information using Occupation-based Radar}
본 발명은 점유 기반 레이더를 이용한 교통정보 수집 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 레이더를 이용하여 차량의 진입 및 진출 상태를 파악하고 차량의 진입 이후 점유상태정보를 유지함으로써 차량의 정지 중에도 점유 상태 판단이 가능하도록 한 점유 기반 레이더를 이용한 교통정보 수집 시스템 및 방법에 관한 것이다.
교통정보 수집 시스템은 신호등 통제나 교통체증 해소를 위해 도로 상의 차량을 검지하여 교통정보를 수집하는 기능을 수행한다. 교통정보 수집 시스템은 도로 상의 차량을 검지하기 위한 센서를 사용하는데 일반적으로 유도 루프(IDL: Inductive Loop Detector)를 사용한다. 유도 루프 방식은 도로의 검지 영역의 내부에 와이어 루프를 매설하고 차량이 와이어 루프를 통과할 때 인덕턴스(유도 저항)가 변하는 원리를 이용하여 차량을 검지하는 방식이다. 그러나 유도 루프 방식은 노면에 와이어 루프를 매설해야 하므로 설치 작업이 불편하고 더욱이 검지 영역이 넓은 경우 와이어 루프를 다수 개 설치해야 하는 번거움이 있다. 또한, 와이어 루프가 매설된 노면 위로 차량이 계속하여 통과하다보면 노면에 변형이 일어나 와이어 루프가 파손되어 차량 검지에 오류가 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량 검지 센서를 매설해야 하는 불편함 없이 지상에 차량 검지 센서를 설치하여 편리하게 도로 상의 차량을 검지할 수 있는 점유 기반 레이더를 이용한 교통정보 수집 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 차량 검지 센서인 레이더를 통해 도로 상의 차량을 검지하여 검지 영역의 차량 점유 상태를 판단할 때 차량의 정지 중에도 차량의 점유상태를 인식할 수 있는 점유 기반 레이더를 이용한 교통정보 수집 시스템을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 점유 기반 레이더를 이용한 교통정보 수집 시스템은 도로 상의 검지 영역에 레이더 신호를 송출하여 송출신호와 수신신호 간의 주파수 차이로부터 차량과의 거리를 계산하고, 계산된 차량과의 거리에 따라 차량의 진입 또는 진출 상태를 판단하고, 차량의 진입 시점부터 진출 시점까지의 시간 동안에는 차량의 점유상태를 나타내는 차량 검지신호를 생성하고, 차량의 진입 전 또는 진출 이후의 시간에는 차량의 비점유 상태를 나타내는 차량 검지신호를 생성하는 레이더 검지기와, 상기 레이더 검지기로부터 차량 검지신호를 수신하여 시간에 따라 차량의 점유 또는 비점유를 기록하는 교통신호 제어기를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 레이더 검지기는 고주파신호를 도로 상의 검지 영역으로 송출하고 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 레이더 송수신부와, 상기 송출한 신호와 수신한 신호 간의 주파수 차이로부터 차량과의 거리를 계산하고 계산된 차량과의 거리에 따라 차량의 진입 또는 진출 상태를 판단하여 차량 검지신호를 생성하는 신호처리부와, 상기 차량 검지신호를 교통신호 제어기에 전송하는 통신부를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 교통신호 제어기는 레이더 검지기로부터 차량 검지신호를 수신하는 레이더 인터페이스와, 상기 레이더 인터페이스를 통해 들어온 차량 검지신호를 분석하여 시간에 따라 차량의 점유 또는 비점유 상태를 기록하는 제어부를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 레이더 검지기의 동작 방법은 도로 상의 검지 영역으로의 차량 진입을 검지하는 단계와, 차량 진입이 검지되면 차량 점유 상태를 나타내는 차량 검지신호를 생성하여 교통신호 제어기로 전송하는 단계와, 도로 상의 검지 영역으로부터 차량 진출을 검지하는 단계와, 차량 진출이 검지되면 차량 비점유 상태를 나타내는 차량 검지신호를 생성하여 교통신호 제어기로 전송하는 단계를 포함한다.
상기와 같이, 본 발명은 종래 와이어 루프와 같은 차량 검지 센서를 도로 아래에 매설해야 하는 불편함 없이 지상에 차량 검지 센서인 레이더를 설치하여 편리하게 도로 상의 차량을 검지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 차량 속도 측정에 사용되는 레이더는 차량의 정지 상태에서 차량을 검지하지 못하여 차량 정지에 의한 점유 상태를 파악할 수 없었으나, 본 발명에 따른 레이더 검지기는 차량 진입 이후 점유 상태를 나타내는 차량 검지신호를 계속적으로 생성하기 때문에 차량 정지 시에도 점유 상태를 파악할 수 있는 효과가 있다. 또한, 차량 진입 이후 차량 진출이 일정 시간까지 검지되지 않는 경우 에러 처리하고 차량 진입 시점 이후 에러 처리 시점까지의 기간을 리셋함으로써 검지 영역에서의 차량의 점유 및 비점유 상태를 더욱 정확하게 파악하여 기록할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 점유 기반 레이더를 이용한 교통정보 수집 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 차량의 진입 또는 진출 상태를 판단하는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 레이더 검지기 및 교통신호 제어기의 내부 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 레이더 검지기의 동작 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 교통신호 제어기에서 기록한 차량의 점유 및 비점유 상태를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 레이더 검지기가 생성하는 차량 검지신호의 프레임 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 점유 기반 레이더를 이용한 교통정보 수집 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 교통정보 수집 시스템은 신호등 폴대(10)에 설치되어 차량(50)을 검지하는 레이더 검지기(100) 및 레이더 검지기(100)로부터 차량 검지신호를 수신하는 교통신호 제어기(200)로 구성된다. 신호등 폴대(10)에는 신호등(20)이 설치되며, 교통신호 제어기(200)는 신호명령을 출력하여 신호등(20)을 제어한다. 또한, 신호등 폴대(10)에는 레이더 검지기(100)가 설치되며, 레이더 검지기(100)는 도로(30) 상에 구분된 검지 영역(40)에 레이더 신호를 송출하여 검지 영역(40) 내의 차량 점유 상태를 판단한다. 레이더 검지기(100)는 도플러 효과(Doppler Effect)를 이용한 마이크로파 도플러 레이더 방식을 사용한다. 마이크로 도플러 레이더 방식의 레이더 검지기(100)는 도플러 효과를 이용하기 때문에 물체의 이동이 있을 때만 물체를 감지할 수 있고 물체의 이동이 없으면 물체를 감지할 수 없다. 도 2는 교통정보 수집 시스템이 검지 영역(40)에서 차량(50)의 점유 상태 판단을 위해 차량의 진입 또는 진출을 인식하는 원리를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이더 검지기(100)는 레이더 신호를 송출하고 차량에 반사된 레이더 신호를 수신하여 도플러 효과에 따른 주파수 차이로부터 레이더 검지기(100)와 차량(50) 간의 거리를 계산할 수 있다. 레이더 검지기(100)는 고주파신호인 레이더 신호를 도로 상의 각 검지 영역에 송출하고 차량에 반사되어 돌아오는 신호와 송출 신호 간의 주파수 차이로부터 레이더 검지기(100)와 차량(50)과의 거리를 계산한다. 차량(50)이 A 지점에 들어오면 레이더 검지기(100)와 차량(50)과의 거리가 d1으로 측정되며, 이 때 시점에 차량이 진입한 것으로 판단한다. 마찬가지로 차량이 B 지점으로 이동하면 레이더 검지기(100)와 차량(50)과의 거리가 d2로 측정되며, 이 때 시점에 차량이 진출한 것으로 판단한다. 레이더 검지기(100)는 차량의 진입 시점부터 진출 시점까지의 시간 동안 차량이 검지영역을 점유하고 있는 것으로 판단한다. 차량이 검지 영역을 정차 없이 이동하는 경우 계속해서 차량이 검지되므로 문제가 없으나, 차량이 신호 대기로 검지 영역에 정차하는 경우 차량이 검지되지 않아 문제가 될 수 있다. 이에 따라 레이더 검지기(100)는 차량 진입 시점과 진출 시점 간 시간 동안에는 차량의 이동 또는 정차에 상관 없이 즉, 차량의 검지 여부와 상관 없이 점유상태를 나타내는 차량 검지신호를 주기적으로 교통신호 제어기(200)에 전송한다. 즉, 레이더 검지기(100)는 차량 진입이 감지되면 점유상태를 나타내는 차량 검지신호를 차량 진출 감지 전까지 교통신호 제어기(200)에 전송하게 된다. 그리고 차량의 진입 전 또는 진출 이후의 시간에는 레이더 감지기(100)가 비점유 상태를 나타내는 차량 검지신호를 교통신호 제어기(200)에 전송한다. 교통신호 제어기(200)는 차량 정차로 인해 차량 검지가 되지 않더라도 레이더 검지기(100)로부터 주기적으로 점유 또는 비점유 상태를 나타내는 차량 검지신호를 수신하므로 검지 영역에서 차량의 점유 또는 비점유 상태를 파악할 수 있게 된다. 도 3은 교통정보 수집 시스템의 내부 구성을 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 레이더 검지기(100)는 안테나를 통해 고주파 신호를 송출하고 차량에 반사되어 돌아오는 고주파 신호를 수신하는 레이더 송수신부(102), 송출신호와 수신신호 간의 주파수 차이를 이용하여 차량의 진입 및 진출 상태를 파악하는 신호처리부(104), 신호처리부(104)에서 처리된 차량 검지신호를 교통신호 제어기(200)로 전송하는 통신부(106) 등으로 구성된다. 레이더 송수신부(102)는 국부발진기에서 출력된 신호를 변조하고 변조된 고주파 신호를 안테나를 통해 검지 영역으로 송출한다. 검지 영역에 차량(50)이 없거나 차량(50)이 정지된 상태이면 주파수 차이가 없기 때문에 차량 검지가 불가능하고, 차량이 이동하는 경우에만 주파수 차이가 발생하여 차량 검지를 할 수 있다. 신호처리부(104)는 주파수 차이를 이용하여 레이더 검지기(100)와 차량(50)의 거리를 계산하고 계산된 거리에 따라 차량의 진입 또는 진출 상태를 확인한다. 차량의 진입으로 확인되면 신호처리부(104)는 진입 상태 확인 이후 차량 진입을 나타내는 차량 검지신호를 생성하고, 이를 차량 진출 상태 확인 전까지 일정한 주기로 생성한다. 차량 검지신호의 프레임 구성에 대해서는 도 6에서 후술하기로 한다. 또한, 신호처리부(104)는 차량의 진입 상태 확인 이후 일정 시간 경과 후에도 차량의 진출 상태가 검지되지 않으면 에러 상태를 나타내는 차량 검지신호를 생성한다. 통신부(106)는 신호처리부(104)에서 생성된 차량 검지신호를 교통신호 제어기(200)로 전송한다. 통신부(106)는 교통신호 제어기(200)의 레이더 인터페이스(202)와 시리얼 통신으로 연결되어 있다. 교통신호 제어기(200)는 레이더 인터페이스(202), 제어부(204), 스위치부(206) 등을 포함한다. 레이더 인터페이스(202)는 레이더 검지기(100)로부터 시리얼 통신을 통해 전송된 차량 검지신호를 수신하여 제어부(204)에 전달한다. 제어부(204)는 레이더 인터페이스(202)로부터 전달 받은 차량 검지신호를 분석하여 도로 상의 검지 영역에서의 차량의 점유 또는 비점유 상태를 기록한다. 또한, 제어부(204)는 기 설정된 내용에 따라 신호명령을 생성하여 신호등(20)의 동작을 제어한다. 스위치부(206)는 제어부(204)로부터 신호명령을 받아 내부 스위치를 온 또는 오프 하여 신호등(20)의 녹색등, 적색등, 황색등 또는 화살표 신호등이 점등되거나 소등되도록 한다. 도 4는 본 발명에 따른 레이더 검지기의 동작 과정을 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 우선 레이더 검지기는 검지 영역으로 레이더 신호를 송출하고 송출신호와 반사되어 돌아온 수신신호를 이용하여 차량과의 거리를 구한다. 레이더 검지기는 차량과의 거리가 제1 거리이면 차량이 진입한 것으로 검지한다(S10). 차량 진입이 감지되면 레이더 검지기는 그 차량 진입의 검지 시점부터 차량 점유 상태를 나타내는 차량 검지신호를 생성하고(S20), 이를 교통신호 제어기로 전송한다. 차량 점유 상태를 나타내는 차량 검지신호(점유 상태 신호)는 일정 주기마다(예를 들어, 10msec~50msec) 교통신호 제어기로 전송된다. 다음, 레이더 검지기는 차량 진입 검지 이후 차량 진출이 검지되는지를 판단한다(30). 차량 진출이 감지되면 레이더 검지기는 차량 비점유 상태를 나타내는 차량 검지신호(비점유 상태 신호)를 생성하고(S40), 단계 S10으로 돌아가 차량 진입을 감지한다. 차량 진출이 검지되지 않으면 차량 진입 검지 시점 이후 일정 시간이 초과되었는지를 판단한다(S50). 일정 시간은 신호 대기 시간으로 설정되거나 신호 대기 시간보다 길게 설정될 수 있다. 일정 시간이 경과되지 않은 경우 단계 S20으로 진행하고, 일정 시간이 경과된 경우 에러 상태를 나타내는 차량 검지신호를 생성한다(S60). 차량 진입이 검지된 후 차량이 이동하는 경우라면 차량 진출이 차량의 이동 속도에 비례하여 검지되며, 차량이 신호 대기에 의해 정차하게 된 경우라면 신호 대기 시간 이후에는 차량 진출이 검지될 수 있다. 그러나 신호 대기 시간이 지난 시점에도 차량 진출이 검지되지 않으면 레이더 검지기에 오작동이 발생했을 가능성이 높기 때문에 이 경우 에러 상태를 나타내는 차량 검지신호를 생성하여 이를 교통신호 제어기로 알려주게 된다. 교통신호 제어기는 레이더 검지기로부터 에러 상태를 나타내는 차량 검지신호를 수신하면 이전 차량 진입 시점부터 수신한 점유 상태 신호에 의해 기록된 점유 상태를 리셋하여 해당 기간의 기록을 삭제한다. 도 5는 본 발명에 따른 교통신호 제어기에서 기록한 차량의 점유 및 비점유 상태를 나타낸 도면이다. 도 5를 도면, 시간 축(t) 상에서 차량의 점유 또는 비점유 상태가 표시되어 있다. t0 시점에서 차량 진입이 검지되어 레이더 검지기가 점유 상태 신호를 교통신호 제어기로 전송하면, 교통신호 제어기는 t0 시점부터 차량 점유 상태로 기록한다. 점유 상태 신호는 일정 주기마다 전송되며, 교통신호 제어기는 점유 상태 신호를 수신하면서 차량 점유 상태 기록을 유지한다. 이후 t1 시점에서 차량 진출이 검지되어 레이더 검지기가 비점유 상태 신호를 교통신호 제어기로 전송하면, 교통신호 제어기는 t1까지 차량 점유 상태를 기록하고, t1 이후부터 비점유 상태 신호를 수신하므로 t1 이후는 차량 비점유 상태를 기록하게 된다. 다시 t2 시점에서 차량 진입이 검지되면, 동일한 과정을 통해 교통신호 제어기는 t2 시점부터 차량 점유 상태로 기록한다. 도 6은 본 발명에 따른 레이더 검지기가 생성하는 차량 검지신호의 프레임 구성을 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 차량 검지신호의 프레임은 STX(1), INSTALL(2), PRESENCE(3), ERROR(4), CHECK(5)의 필드로 구성되어 있다. INSTALL(2)는 도로 상의 각 검지 영역의 사용 여부를 나타내는 부분이다. 본 발명의 실시 예에서는 6비트로 구성되며, 각 비트는 하나의 검지 영역에 대응한다. 비트가 0이면 비사용 상태를 나타내고, 비트가 1이면 사용 상태를 나타낸다. 예를 들어, INSTALL(2) 필드가 001111으로 되어 있다면, 1차선 내지 4차선까지는 검지 영역으로 사용 중임을 나타내고, 5차선 및 6차선은 존재하지 않거나 존재하더라도 검지영역으로 설정하지 않은 상태를 나타낸다. PRESENCE(3)은 각 검지 영역에서 차량의 점유 또는 비점유 상태를 나타내는 부분이다. 본 발명의 실시 예에서는 6비트로 구성되며, 각 비트는 하나의 검지 영역에 대응한다. 비트가 0이면 비점유 상태를 나타내고, 비트가 1이면 점유 상태를 나타낸다. 예를 들어, PRESENCE(3) 필드가 001111으로 되어 있다면, 1차선 내지 4차선까지는 차량 점유 상태를 나타내고, 5차선 및 6차선은 차량 비점유 상태를 나타낸다. ERROR(4)는 각 검지 영역에서 레이더 검지기의 동작에 대한 에러 상태 여부를 나타낸다. 본 발명의 실시 예에서는 6비트로 구성되며, 각 비트는 하나의 검지 영역에 대응한다. 비트가 0이면 정상 동작 상태를 나타내고, 비트가 1이면 에러 상태를 나타낸다. 예를 들어, ERROR(4) 필드가 000010으로 되어 있다면, 1차로 내지 3차로, 4차로 및 6차로는 레이더 검지기가 정상적으로 검지를 하고 있으나, 2차선은 차량 검지에 문제가 있음을 나타낸다. CHECK(5)은 교통신호 제어기가 차량 검지신호를 수신하여 처리할 때 수신된 차량 검지신호에 에러가 발생했는지를 검사하기 위해 사용되는 부분이다. 교통신호 제어기는 차량 검지신호에서 STX(1)와 CHECK(5)를 추출하고, 추출한 STX(1)부터 CHECK(5) 이전 필드까지의 값을 바이트단위로 순서대로 누적하여 배타적 논리합을 취하고, 그 결과 값이 CHECK(5)와 같으면 전송 에러가 없는 것으로 판단한다. CHECK(5)는 STX(1), INSTALL(2), PRESENCE(3) 및 ERROR(4)의 논리 연산의 결과를 전송 전에 미리 산출하여 정보를 전송할 때 데이터 프레임의 가장 후위에 붙여 전송한다. 본 발명의 실시 예에서는 CHECK(5)을 다음의 수학식을 통해 산출한다. [수학식 1] CHECK = ((STX ∧ INSTALL) ∧ PRESENCE) ∧ ERROR 여기서, ∧는 배타적 논리 곱을 의미한다. 이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
10: 신호등 폴대 20: 신호등
30: 도로 40: 검지 영역
50: 차량 100: 레이더 검지기
102: 레이더 송수신부 104: 신호 처리부
106: 통신부 200: 교통신호 제어기
202: 레이더 인터페이스 204: 제어부
206: 스위치부 |
