KR100320268B1 - Gps 기반 교통 제어 선제 시스템 - Google Patents

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스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

본 발명은 선제 요구를 송출하는 차량이 차량 허용 접근 제한 통로에 있는 지를 판정하기 위해 전지구 위치 발견 위성(GPS)의 네트워크로부터 수신된 데이타를 사용하는 트래픽 제어 선제 시스템에 관한 것이다. GPS 신호는 위치, 방향 및 속도를 포함하는 차량 데이타를 생성하기 위해 차량 모듈에 의해 수신되고 처리된다. 처리된 차량 데이타 및 선제 요구는 차량 모듈에 의해 전송되는 무선 신호의 범위 내의 교차첨예 위치되는 모든 교차점 모듈에 무선 전송을 통해 전송된다. 교차점 모듈은 그런 다음 수신된 차량 데이타와 교차점으로의 허용 접근의 선프로그램된 맵 와 비교한다. 만일 차량 데이타가 상기 교차점으로의 허용 접근의 맵과 충분히 일치하면 차량의 선제 요구는 교차점 제어기로 전송된다.

Description

GPS 기반 교통 제어 선제 시스템
교통 신호는 교통의 흐름을 통제하는데 오랫동안 사용되어 왔다. 일반적으로 교통 신호는 타이머 또는 차량 센서에 의존하여 교통 신호 광의 위상이 변화하는 때를 판정하고 이것에 의해 교통의 교체 방향을 시그널링하여 교통을 정지시키고 진행시킨다.
경찰차, 소방차 및 앰블런스와 같은 응급 차량은 일반적으로 교통 신호에 상관없이 교차점을 통과하도록 허용되었다. 응급 차량이 교차점을 통과하려고 할때 교차점에 접근하는 다른 드라이버에 통상적으로 결적, 사이렌 및 깜박이에 의존하여 경고하여 왔다. 그러나 청취 방해, 도로의 소음, 공기 상태, 오디오 시스템 및 다른 장애에 기인하여 교차점에 접근하는 차량의 드라이버는 접근하는 응급 차량에 의해 보내지는 경고 신호를 종종 알아차리지 못하여 위험한 상황을 초래하였다.
이러한 문제는 롱(Long)에게 공동으로 양도된 미착 특허 제3,550,078호에 지적되어 있으며, 참조로 여기에 첨부하였다. 롱 특허에 따르면 응급 차량이 교차점에 도달하면 응급 차량은 소정의 반복율로 발생하는 광 펄스의 스트림으로 이루어진 선제 요구를 내보낸다. 검출기 채널의 일부인 포토셀은 접근하는 응급 차량에 의해 발산되는 광 펄스의 스트림을 수신한다. 검출기 채널의 출력은 위상 선택기에 의해 처리되고 이 위상 선택기는 교통 신호 제어기로 위상 요구를 송출하여, 응급 차량의 교차점으로의 접근로를 제어하는 녹색의 교통 신호 광을 변화시키거나 유지한다.
롱에 의해 제시되는 시스템은 상업적으로 성공하였지만 상기 시스템은 신호를 식별하는데 충분한 능력이 없었다. 또한 광 펄스의 종료 이후에 펄스 요구 신호가 액티브 상태를 유지하는 시간의 길이가 일정하지 않고 종종 응급 차량의 안전한 통과를 허용하기에는 너무 짧다.
여기에 참조로 첨부된 공동으로 양도된 미국 특허 제3,831,039호[(헨첼(Henschel)]는 형광, 네온사인 및 수은 증기 광과 같은 가스 방전 램프의 낮은 반복율을 갖는 광원의 선택성을 개선시킴으로써 롱 특허에 개시된 시스템을 개선하고 있다. 또한 헨첼은 등간격의 광 펄스열과 플래시와 같은 불규칙적인 광 펄스 사이의 구별을 개선하였다.
헨첼에 의해 제시된 시스템에서 광 펄스의 스트림은 소정의 시간 주기 동안적절한 펄스 분리 및 연속을 제공해야 한다. 또한 선제 요청(call)이 교통 신호제어기에 송출되면 선제 호출은 반드시 적어도 소정의 시간 주기 동안 액티브 상태를 유지해야 한다. 헨첼에 의해 제시된 식별 회로는 롱에 의해 제시된 식별 회로를 개량한 것이며 개선된 식별을 제공한다.
이와 같은 시스템이 선제 시스템으로 응급 차량을 위해 사용되는 것으로 고려되었지만 버스 및 메인터넌스(maintenance) 차량과 같은 비응급 차량에 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 상이한 타입인응급과 비응급 차량을 구별하는 것이 필요하게 되었다. 여기에 참조로 첨부되고 공동으로 양도된 미국 특허 제4,162,477호(문크버그) 및 제4,230,992호(문크버그)에는 상이한 차량이 서로 다른 우선도 레벨을 갖는 선제 요구를 송신하고 신호 제어기는 다른 우선도 요구 상호간을 구별하고 높은 우선도 신호에 대해 우선권을 주는 광학 교통 선제 시스템이 개시되어 있다.문크버그에 의해 제시된 광학 에미터는 우선도 레벨을 나타내는 다양한 선택된 소 정의 반복율로 광 펄스를 내보낸다.
여기에 창조로 첨부된 공동으로 양도된 미국 특허 제4,734,881호(클레인 및 오란)는 다수의 구별된 전용 회로 대신 로직 기본 회로를 갖는 광학 선제 기능의 성능을 제공한다. 마이프로프로세서 회로는 윈도우 알고리즘을 이용하여 광 펄스가 유효한 교통 선제 시스템의 에미터로부터 송신되는 것을 확인한다.
여기에 참조로 첨부된 공동으로 양도된 미국 특허 제5,172,113호(하머)에는 광학 에미터로부터 데이타를 수신하기 위해 특별히 사용되는 교통 경로를 따라 장착된 검출기 또는 교차점에 위치된 광학 교통 선제 시스템까지 데이타를 광학적으로 전송하는 방법이 개시되어 있다. 하머는 우선도 펄스 사이에 데이타 펄스를 삽입(interleaving)함으로써 가변 데이타가 광 펄스의 스트림으로 전송되도록 한다.예컨대 응급 차량은 광학 에미터로부터의 광 펄스의 스트림으로 데이타를 전송할 수 있는데, 상기 데이터는 유일하게 에미터를 식별하는 식별 코드, 위상 선택기가교통 신호 타이밍 사이클 오프셋을 발생시키도록 하는 오프셋 코드 및 교통 신호 광이 적어도 하나의 위상을 나타내도록 하는 오퍼레이션 코드를 포함할 수 있다.또, 에미터는 셋업 정보, 예컨대 위상 선택기는 이후의 광학 전송이 비교되어지는 임계값을 세트하도록 하는 구간 세팅 코드를 전송할 수 있다. 하머의 특허에 따라 구성된 위상 선택기예는 각 검출기 채널에서의 다수의 광학 전송을 추적할 수 있는 식별 알고리즘이 제공된다. 하머에 의해 개시된 것과 같은 광학 에미터는 각각의 광학 에미터로부터 오버랩하고 있는 광 전송을 이격시키는 일치 회피(coincidence adoidance) 메카니즘이 제공된다. 하머는 기존의 광학 교통 선제 시스템과의 호화성을 유지하면서 가변 데이타가 전송될 수 있도록 한 광학 신호포맷을 개시한다.
상기 설명된 모든 광학 시스템이 가진 문제중 하나는 선제 신호의 광학 성질 때문에 교차점에서 신호 제어기에 대해 시선(視線)을 요구한다는 점이다 따라서, 직사각형 그리드 패턴을 따르는 도로 시스템에 대해서는 허용 가능하게 동작할 수도 있지만 이들 광학 시스템은 몇가지 문제를 겪는다. 예컨대, 교차점으로의 접근로가 시선으로부터 차단되거나 불규칙한, 곡선의 또는 급각도(急角度) 패턴이 연속하는 경우 광학 기반 시스템은 수신기에 대해 시선을 필요로 하기 때문에 효과적이지 않다.
광학 기반 시스템에 대조적으로, 교통 제어 선제를 위한 무선 기반 시스템은 개선되어 왔다. 예컨대, 미국 특허 제2,355,607호(쉐퍼드)에는 차량의 교통 제어를 위해 무선 통신 시스템이 개시되어 있는데, 상기 무선 통신 시스템에 있어서 교차점에 또는 차량에 배치된 지향성 송신 및/또는 수신은 응급 차량으로부터 송신된부호화 신호에 기초하여 교통 광 제어를 제공한다. 그러나 본래부터 가지고 있는 무선 시스템의 지향성 정확도의 결핍은 진동 방향에 평행한 다수의 교통 광에 영향을 미친다. 이는 중요한 문제점인데, 그 이유는 이와 같은 종래의 무선 송신기 시스템은 근접하는 차량의 접근로 상에는 없는 신호 광을 선제할 수 있기 때문이다.
무선 송신기 시스템은 또한 신호 감쇠 또는 반사에 의해 발생될 수 있는 범위의 불정확성의 문제점을 갖는다. 예컨대, 빌딩은 시선내의 신호가 아닌 무선 주파수를 차단하고 반사하고 감쇠시킬 수 있다. 무선 송신기 시스템이 통상적으로 신호 강도를 사용하여 범위를 추정하기 때문에 신호 감쇠는 수신 교차점 전자 장치에서의 범위 추정을 부정확하게 한다. 강우 또는 안개와 같은 악천후도 기존 무선송신기에 의존하는 시스템의 범위의 감도에 불리하게 영향을 미친다.
추가적인 제어 기능으로 무선 시스템을 강화시키는 노력은 미국 특허 제 4,443,783호(미첼)에 개시되어 있는데, 상기 특허에는 지향성 송신기가 근접 차량에 배치된 무지향성 수신기가 교차점에 있고, 다수의 주파수, 선택된 주파수의 조합 및 적색 및 황색(amber)의 광 결합은 부정확을 허용한다. 미국 특허 제 4,573,049호(오프베크)에는 교차점 선제 요구 및 동작에 대한 정보를 통신하는 2가지 방식이 개시되어 있다.
무선 송신기의 주요한 단점은 시선에 의한 접근로를 요구하지 않지만 지향성의 내재적인 단점은 이들 무선 송신기가 차량의 루트 상에는 없지만 그 루트에 근접한 신호량을 잘못 제어할 수 있다는 것이다.
따라서 교차점으로의 접근로가 시선 상에 있지 않거나 도로 시스템이 직사각형 그리드 패턴을 따르지 않는 위치에 대해 교통 선제 시스템이 필요하다. 이와 같은 시스템은 바람직하게 다음과 같은 장점 즉, (1) 광 시스템에서 사용되는 스트로브에 대한 필요성 제거 (2) 시스템 범위상의 날씨 영향으로부터 면역 (3) 커브 또는 급각도의 접근로를 갖는 응용에서 용이한 설치의 가능성을 제공할 수 있다.
본 발명은 교통 선제(traffic preemption) 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세히 말하자면, 전지구 위치 측정 시스템(GPS)으로부터 데이타를 수신하고 교통 신호의 선제를 요구하는 차량의 접근로를 추적하는 선제 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 교통 제어 선제 시스템의 제1 실시예의 시스템 블록도이다.
도 2는 본 발명의 교통 제어 선제 시스템의 선택적 실시예의 시스템 블록도이다.
도 3은 다른 바람직한 실시예의 시스템 블록도이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 교통 제어 선제 시스템의 동작을 나타내는 개략적인도로 상태도이다.
도 5는 도 3의 교통 제어 선제 시스템의 동작을 나타내는 개략적인 도로 상 태도이다.
도 6은 GPS 차단 또는 멀티 경로 영역에서의 본 발명의 선제 시스템의 동작을 나타내는 개략적인 도로 상태도이다.
도 7은 도 1 및 도 2의 선제 시스템의 절대적 위치 맵핑의 제어 흐름이다.
도 8은 도 3의 선제 시스템의 상대적 위치 맵핑에 대한 제어 흐름이다.
도 9는 차량이 허용 선제 제한 통로에 있는지를 판정하기 위한 차량 위치의 추적 제어 흐름이다.
[실시 예]
도 1은 GPS기반 교통 제어 선제 시스템의 바람직한 실시예의 시스템 블록도이다. 본 발명의 선제 시스템은 전지구 위치 측정 시스템(GPS)(5)으로부터 수신되는 정보를 이용하여 특정 차량이 교차점의 허용 접근로 내에 있는지를 판정한다. GPS(5)는 잘 알려져 있으며 방위 및 민간에서 많이 사용된다. GPS(5)는 미국방성에 의해 유지되는 우주에 기반한 무선 항법 시스템이며 18개 이상의 궤도 위성의 배열(constellation)로 구성되어 있다. 적절한 GPS수신기를 갖춘 모든 사용자는 이들 위성으로부터 세계의 어떤 위치에서도 ±100 미터내에서 자신의 위치를 판정할 수 있다. 미국방성에 의해 시스템에 의도적으로 유도된 에러는 민간 사용에 대해 GPS의 정확도를 ±100미터로 제한한다. 이 GPS 유도된 에러는 시간 상에서 변화한다. GPS에 대한 좀 더 상세한 정보는 1993년 12월 IEEE 스펙트럼(Spectrum)지에 이반 에이, 게팅(Ivan A. Getting)에 의한 "The Global Positioning System" 라는 기사에서 찾아볼 수 있다.
도 1의 선제 시스템은 차량 모듈(100) 및 교차점 모듈(200)을 포함한다. GPS 신호(10)는 GPS 수신기의 안테나(20)에 의해 수신되고 GPS 수신기(40)에 의해 송신되는데, 상기 수신기는 미국 텍사스주, 리차드슨에 위치한 록웰(Rockwell) 인터내셔널 코포레이션에 의해 제조된 모델 NAVCORE V(상표)로서 상용화되어 있다. GPS 수신기(40)는 GPS신호(10)를 처리하여 차량의 위치, 방향 및 속도와 같은 차량에 관련된 다양한 항로 데이타를 결정한다.
차량 위치는 공지된 많은 항로 좌표 시스템중 어느 하나에 의하여 본 발명의차량 모듈(100) 및 교차점 모듈(200)에 의해 측정되고 처리될 수 있다. 예컨대 월드 지오데틱 시스템(World Geodetic System)(WGS-84)은 위도 및 경도에 의해 위치를 측정한다. 어스-센터드, 어스-포스드(ECEF) 시스템은 지구의 중심에 원점을 갖는 구표 시스템이다. 위치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이러한 시스템 또는 다른 어떤 좌표 시스템에서 측정될 수 있음이 이해된다.
위치 및 방향과 같은 차량에 관련된 항로 데이타뿐만 아니라, GPS 수신기(40)는 GPS위성의 어떤 집단이 항로 데이타를 결정하는데 사용되는지에 관한 정보를 생성한다. 우선도 코드, 모드 명령, 식별 코드 및 교통 제어 선제 요구와 같은 차량에 관련된 다른 데이타는 프로세서(60)에 의해 적절하게 생성될 수 있다.
GPS 수신기(40) 및 프로세서(60)에 의해 생성되는 모든 데이타(이제부터 집합적으로 '차량 데이타'라고 칭함)는 송신기(80) 및 안테나(101)를 통해 교차점 모듈(200)로 전송된다. 교차점 모듈(200)은 데이타를 수신하는 안테나(210)를 포함하며, 상기 안테나(210)는 차량 송신 안테나(101)로부터 차량 데이타를 수신한다. 이어서, 차량 데이타는 데이타 수신기(230)로 전송되고, 상기 데이타 수신기(230)는 무선 주파수 신호를 디지탈 형태로 변환하고 프로세서(250)로 차량 데이타를 출력한다. 수신기 안테나(210), 수신기(230), 송신기 안테나(201) 및 송신기(80)는 미국 플로리다주, 레이크랜드에 위치한 커리 컨트롤(Curry Controls)사에 의해 제조된 Modpak plus wireless Modem(상표)로서 입수 가능하다.
각 교차점은 교차점에서의 교통 신호의 위상을 제어하는 교차점 제어기(320)를 포함하며, 통행 방향을 변경하여 진행시키거나 또는 정지시키거나 한다. 이러한 교차점 제어기는 당업계에 잘 알려져 있다. 따라서 각 교차점 제어기는 특정 교차점으로의 모든 가능한 접근로에 대한 교통 신호를 제어한다. 사거리 교차점에서 차량은 예컨대 북, 남, 동 또는 서쪽으로부터 접근할 수 있다. 그러나, 무선 기반 시스템에서 모든 허용 접근로에서부터 선제 요구 및 다른 교차점에 속하는 접근로의 선제 요구(수신기 안테나(210)의 범위내)까지도 교차점 제어기에 의해 수신된다. 따라서, 본 발명의 선제 시스템은 차량이 상기 교차점으로의 허용 접근로중 하나의 범위내에 있는지를 판정한다. 교통 신호의 위상을 적절하게 제어하기 위해서, 교차점 모듈은 또한 차량이 허용된 접근로 상에 있는지를 판정한다. 이에 따라 교차점 제어기가 교통 신호의 위상을 정확하게 조절하여 차량이 교차점을 소정의 방법 및 방향으로 통과할 수 있도록 한다.
교차점 모듈(200)은 선제를 요구하는 차량의 경로를 추적하여 차량이 상기 교차점에 대해 허용 접근로중 하나의 범위내에 있는지를 판정한다. 교차점으로의 허용 접근로의 선프로그램된 맵은 맵 메모리(260)에 저장된다. 상기 법은 도 7에대해 차후 상세히 설명된 것과 같이 교차점 모듈(200)이 "맵핑" 모드인 동안 교차점 모듈로 프로그램된다. 차량을 추적하기 위해 차량 모듈은 차량이 교차점으로 향해 이동할때 차량 데이타를 생성하고 송신한다. 프로세서(250)는 수신된 차량 데이타와 맵 메모리(260)에 저장된 허용 접근로의 맵과 비교한다. 만일 차량 데이타가 허용 접근로중 하나와 충분히 일치하면 프로세서(250)는 교통 신호의 위상이 요망되는지를 판정하고 교차점 제어기(320)로 대응 선제 요구를 송신한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 GPS 기반 교통 제어 선제 요구 시스템의 다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 상기 실시예는 차동 GPS를 사용하여 GPS 신호에유도된 에러의 효과를 감소시키고 본 발명의 선제 시스템의 정확도를 개선시킨다. 예컨대, 차동 GPS의 사용에 의해 차량 위치는 도 1의 시스템에서의 ±100 미터에 반해, ±10 미터내로 결정될 수 있다. 도 2의 차량 모듈(100)은 차동 GPS수신기(50) 및 차동 안테나(25)를 포함한다. 베이스 스테이션(15)은 GPS 신호(10)의 유도된 에러를 결정하며, 주기적으로 차동 안테나(25)를 통해 차량 모듈에 각 시각 가능한 GPS 위성에 대한 적절한 보정 조건들(correcion terms)을 전송한다. 이를 위해, 베이스 스테이션(5)은 관망 가능한 위치에 배치된다. 베이스 스테이션(15) 및 차량 모듈(100)의 GPS 안테나(20)는 GPS 신호(10)를 수신하고 이로부터 자신의 위치를 계산한다. 그러나 베이스 스테이션(15)은 공지된 위치에 있기 때문에 베이스 스테이션의 공지된 위치를 GPS 신호(10)로부터 결정된 위치와 비교하여 GPS(5)의 각 시각 가능한 위성에 대해 유도된 에러를 결정한다. 이전의 GPS유도 에러의 GPS의 공지된 변화율에 근거하여 베이스 스테이션(15)은 적어도 10 초마다 각 위성에 대해 유도된 에러의 갱신 데이타를 차량 모듈에 송신한다. 이어서, 차동 GPS 수신기(50)는 GPS 신호(10)로부터 결정된 차량 데이타에 보정 조건들을 인가하고 보정하여 차량 데이타의 접합이 더 정화해진다. 베이스 스테이션(15) 및 차동 GPS수신기(50)는 미국 캘리포니아주, 써니베일, 트림블 네비게이션(Trimble Navigation)으로부터 입수 가능하다. 차동 GPS 보정은 또한 FM 서브캐리어 방송서비스를 통해 미국 캘리포니아주, 커퍼티노의 디퍼런셜 코렉션 인코포레이티드(Differential Corrections, Inc)로부터 입수 가능하다.
도 2의 선제 시스템에서 GPS(5)로부터의 방향, 위치 및 속도와 같은 차량 데이타를 수신하는데 추가하여, 차량 데이타는 또한 전자/자기적 나침판 및 자이로스코프와 같은 속도 센서(130) 및 방향 센서(110)에 의해 제공된다. 이들 센서는 도 6에 대해 차후 설명되는 것과 같이, GPS 신호가 어떤 이유로 입수되지 않게 되는 경우 속도 및 방향과 같은 차량 데이타를 제공하는데 사용된다. 이들 센서에 의해 제공되는 정보는 GPS 생성된 차량 데이타를 체크하기 때문에 더 신뢰성 있는 시스템을 만든다.
도 3은 본 발명의 선제 시스템의 또 하나의 다른 바람직한 실시예의 시스템 블록도이다. 상기 시스템은 의사-차동(pseudo-differential) 기술을 사용하여 GPS에 유도된 에러의 영향을 감소시킨다. 도 2에 나타난 것과 같은 분리된 베이스 스테이션 대신에, 교차점 모듈(200)이 공지된 위치에 배치되고 GPS 안테나(220) 및 GPS수신기(240)을 포함한다. 차량에 의해 전송되는 차량 데이타는 차량 데이타를 생성하는 차량 모듈(100)에 의해 사용되는 GPS 위성의 집합과 관련된 데이타를 포함한다. 상기의 방식에서, 차량 CPS수신기(40) 및 교차점 GPS 수신기(240) 모두는 위성의 동일한 집합으로부터 항로 데이타를 수신하도록 동조되어 유도된 GPS 에러는 차량에 대해 계산된 위치와 교차점을 대해 계산된 위치에 공통적이다. 차량 위치와 교차점 위치 사이의 상대적인 거리가 계산되면 차량과 교차점 사이의 실제 거리가 획득되며 공통 유도된 에러는 제거된다. 따라서, 도 3의 의사-차동 선제 시스템은 개선된 정확도의 장점을 갖는다. 도시되지 않았지만 도 3의 의사-차동 선제 시스템은 도 2에 도시된 것과 같은 속도 및 방향 센서를 포함할 수 있음이 이해된다.
도 4는 도 1 및 도 2의 선제 시스템의 동작(스케일되지 않음)을 나타낸다. 차량은 접근로(440)을 따라 교차점(490)을 향해 도로(460)를 따라간다. 교차점(490)은 관련된 교차점 모듈(도시되지 않음)을 갖는다. 접근로(440)를 따라 주기적 간격(400)에서 차량은 차량 데이타를 교차점(490)에 위치된 교차점 모듈(200)에 전송한다. 도 1의 바람직한 제1 실시예에 있어서, 차량 데이타의 위치 성분은 GPS 유도된 에러에 따른 에러 반경(410)내에서 결정된다. 또한 허용 접근로의 맵핑 동안 나타나는 GPS 유도된 에러는 ±100 미터의 추가적인 에러를 더한다. 따라서, 도 1의 실시예에 대한 전체 허용 접근로의 제한 통로는 점선(480)으로 표시되며 ±200 미터이다.
도 2의 다른 바라직한 실시예에 대하여, 차동 GPS의 사용은 차량 위치 에러 반경을 반경(420)(±10 미터)으로 감소시킨다. 허용 접근로의 맵핑 동안 나타나는 차동 에러를 포함하면 결과적인 허용 접근로의 제한 통로(430)의 면적은 ±20 미터로 감소되며 따라서 도로(460)의 폭에 더 가깝게 근접한다.
도 5를 참조하면, 의사-차동 GPS를 사용한 도 3의 다른 바람직한 실시예의 동작이 나타나 있다. 차량(502)은 도 3의 교차점 모듈(200)을 포함하는 교차점(506)에 접근하고 있다. 도로(508)에 따라 주기적 간격(506)에서 차량 모듈은 차량 데이타를 교차점 모듈에 전송한다. 도시를 목적으로, 차량은 도로(508)상에 하나의 지점에서만 나타난다. 차량 데이타의 위치 성분은 에러 반경(504)을 갖는다. 차량 모듈 및 교차점 모듈 모두는 위성의 동일 집합에 동조되기 때문에 GPS유도된 에러는 차량 위치와 교차점 위치 모두에 공통이다. 따라서 벡터(D1)에 의해나타나는 차량과 교차점 사이의 절대적인 거리는 계산된 위치를 감산함으로써 결정될 수 있다. 만일 계산된 차량 위치 벡터가 허용 접근로의 선프로그램된 맵과 일치하면 차량은 허용 선제 제한 통로내에 있음이 판정된다.
도 3의 실시예에 대해, 의사-차동 GPS의 사용으로 인해 차량 위치 에러 범위는 ±20 미터로 감소된다. 허용 접근로의 맵핑 동안 나타나는 의사-차동 에러를 포함하기 때문에 결과적인 허용 접근로의 제한 통로(505)의 면적은 ±40 미터로 감소된다.
도 6을 참조하면, GPS신호의 차단 동안 도 2의 선제 시스템의 동작이 나타나 있다. 도 1, 도 2 및 도 3에 나타난 것과 같은 GPS신호(10)는 높은 빌딩 또는 다른 구조물로 인해 차단될 수 있다. 신호가 차단되면 대안적인 항로 시스템이 요구된다. 차량(516)은 제1위치(512a), 벡터(520a)의 크기에 의해 표시되는 제1 속도 및 벡터(520a)의 화살표에 의해 표시되는 제1 방향으로 도시된다. 차량(516)은 차량의 속도 및 방향에 관련된 여분의 데이타를 제공하는데 사용되는 속도 센서(130) 및 방향 센서(110)(도 2에 모두 도시됨)를 포함한다. 차량(516)은 위치(512b)에서 GPS 신호가 어떤 이유로 인해 유효하지 않은 GPS 차단 영역(526)으로 막 진입하려고 하고 있다. 속도 및 방향 센서로부터의 정보는 GPS 차단 영역에서 차량의 위치의 추측 항법(위치)(dead reckoning)을 위해 사용된다. 공지된 추측 항법을 사용하면 차량 위치는 차량의 최후 공지된 위치(512b)와 착각 속도 및 방향센서(130,110)에 의해 결정된 현재 속도 및 방향을 알고 있는 것에 의해 결정될 수있다. 따라서 차량 데이타는 통상의 방식으로 교차점 모듈(200)에 송신되어, 차량이 상기 교차점에 대해 허용 접근로 내에 있는지를 판정한다.
도 7은 도 1 및 도 2의 선제 시스템을 사용하여 허용 접근로의 맵을 프로그래밍하기 위한 제어 흐름을 나타낸다. 상기 절차를 절대적 위치 맵핑이라고 말한다. 상기 절차를 수행하기 위해 차량 모듈(100)을 포함하는 차량은 교차점 모듈로의 접근로를 개시하고 도 4의 도로(460)에서와 같이 소정의 접근로를 따라 프로그램된다. 주기적 간편에서, 예컨대 1초 또는 선택적으로 주기적 간격 위치에서 차량은 맵 모드 명령을 포함하는 차량 데이타를 교차점 모듈에 송신한다, 따라서 도 7의 맵핑 모드 제어 흐름은 교차점 모듈에서 실행을 개시한다. 상기 차량 데이타는 교차점 모듈(200)에 의해 수신되며 맵핑 메모리(260)에 저장된다. 소정의 접근 로가 완성되면 완료 맵 모드 명령은 차량으로부터 송신되어 맵핑이 완성된 것을 표시하고 도 7의 맵핑 모드 제어 흐름의 종료한다.
도 8은 도 3의 선제 시스템을 위한 허용 접근로의 맵을 프로그래밍하기 위한 절차를 나타낸다. 상기 절차는 차량의 데이타가 교차점에 대한 데이타에 대해 상대적으로 결정되는 의사-차동 또는 상대적 위치 맵핑을 사용한다. 상기 맵핑 모드에서 교차점으로 접근하는 차량은 주기적으로 램 모드 명령 및 GPS 위성이 차량 데이타를 결정하기 위해 사용되는 것에 관한 데이타를 포함하는 차량 데이타를 교차점 모듈에 전송한다. 이는 도 8의 의사-차동 밉핑 제어 흐름이 교차점 모듈에서 실행을 개시하도록 한다. 교차점 데이타도 계산된다. 그런 다음 교차점 데이타에 관련된 차량 데이타는 도 3에 관하여 상기 설명된 것과 같이 결정된다. 그런 다음 이들 데이타는 맵핑 메모리(260)에 저장된다. 또한, 소정의 접근로의 맵핑이 완료되면종료 맵 모드 명령은 맵핑이 완성되었음을 가리키도록 교차점 모듈로 전송된다.
도 9는 도 1, 도 2또는 도 3에 나타난 교차점 모듈(200)중 어느 하나에 의해 차량을 추적하는 제어 흐름이다. 이 추적은 교차점 모듈에 의해 수행되어 선제를 요구하는 차량이 교차점의 허용 접근로 내에 있는지를 결정한다. 교차점 모듈(200)은 먼저 최초의 차량 데이타의 세트를 수신하며, 상기 차량 데이타의 세트는 허용 접근로의 맵과 비교된다. 최초의 차량 데이타가 정의된 정확도내에서 허용 접근로의 맵의 데이타와 일치하면 접근로 레코드는 초기화되며 차량 데이타는 저장된다. 최초의 차량 데이타가 맵의 어떤 데이타 포인트와도 일치하지 않는다면 차량은 허용 접근로의 외부에 있음이 판정된다. 그러나 차량이 허용 접근로에 들어오는 경우에 수신된 차량 데이타를 계속 체크하기 위해 제어 흐름은 계속된다.
최초의 차량 데이타 포인트가 맵의 데이타와 일치하는 것이 발견되면 교차점 모듈에 의해 다음 차량 데이타가 수신되며 허용 접근로의 법과 비교된다. 각 차량데이타 포인트는 "불일치(miss)" 또는 "일치(match)"로서 저장된다. 상기 과정은 일치된 차량 데이타 포인트가 발견("일치 임계")될 때까지 계속된다. 일치 임계는 차량이 수신된 차량 데이타 포인트의 최소 수에 대해 허용 접근로 내에 있는지를 데스트한다. 이는 차량이 허용 접근로 내에 충분한 길이의 시간 동안 있는 것을 보장하고, 허용 접근로를 단순히 통과하는 차량과 교차점을 선제하도록 요망되는 차량을 구별한다.
도 9의 제어 흐름은 "불일치 임계"에 도달하는 지를 체크한다. 상기 불일치 임계는 불일치 차량 데이타 포인트의 제한된 수를 발생시켜서 차량이 허용 접근로내에 있지 않다고 하는 이른 결정을 회피한다. 연속적인 불일치의 규정된 수가 발견되면("불일치 임계") 차량은 허용 접근로 이외에 있음이 판정된다.
타임아웃 절차는 규정된 시간 길이가 경과한 후에 선제 요구가 드롭되도록 한다. 이러한 특징은, 예컨대 응급 차량은 허용 접근로 내의 사고 현장에서 정지되지만 본 발명의 선제 시스템은 기능을 상실하지 않는 경우에 바람직하다. "불일치 임계"에 도달하거나 타임 아웃되면 모든 미결의 선제 요구도 드롭되며 제어 흐름은 도 9의 처음으로 되들아 가며 차후 선제 요구의 체크를 계속한다.
비록 바람직한 실시예를 설명하기 위한 목적으로 특정 실시예가 도시되며 설명되었더라도 동일한 목적을 달성하는데 적합한 대안적이고 또는 동일한 실행의 폭넓은 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도시되고 설명된 특정 실시예를 대신할 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다. 본 출원은 여기에 설명된 바람직한 실시예의 어떠한 개작 및 변형도 포함할 수 있다. 따라서 본 발명은 청구항 및 그에 따른 종속항에 의해서만 제한된다.
<발명의 개요>
본 발명의 선제 시스템은 전지구 위치 측정 시스템(GPS)로부터 수신된 데이타를 사용하는 교통 제어 선제 시스템을 제공한다. GPS신호는 차량내의 GPS 수신기 및 프로세서 모듈에 의해 수신되고 처리되어 위치, 방향 및 속도와 같은 항로 차량 데이타를 생성한다. 차량 데이타는 차량 식별 쿄드, 우선도 코드 또는 선제 요구와 같은 다른 데이타와 함께 무선파 또는 어떤 다른 매체를 통해 송신된다. 각 교차점은 차량 데이타를 수신하고 처리하는데 적합한 교차점 모듈을 갖추고 있다. 각 교차점 모듈은 교차점으로의 허용된 접근로의 선프로그램된 (preprogrammed) 맵을 포함한다. 차량 송신기의 범위내의 각 교차점 모듈은 차량 데이타를 허용 접근로의 맵과 비교한다. 만일 차량 데이타가 특정 교차점에 대해 허용된 접근로의 맵과 충분히 일치하면 교차점 모듈은 교차점 제어기로 차량의 선제 요구를 전송한다.
본 발명의 선제 시스템은 또한 바람직하게는 GPS 신호의 차단 영역 또는 멀티 경로의 영역에 있어서 차량 데이타를 제공하는 속도 센서 및 방향 센서을 포함한다. 상기 시스템은 또한 선제를 요구하는 상이한 타입의 차량에 대해 다수의 우선도 레벨을 제공한다. 이 시스템은 교통 신호 선제에 추가하여, 스케줄링 또는 교통 흐름 제어 목적을 위해 자동 차량 위치 정보를 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 선제 시스템의 다수의 목적, 특징 및 장점은 차후 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 설명되며 이해된다.

Claims (12)

  1. 관련 차량 경로를 갖는 차량이 허용 접근로 내의 위치에 있는지를 판정하는 시스템에 있어서,
    상기 차량과 결합되고 상기 차량 경로를 따라 주기적인 간격에서 생성되며 차량 위치 및 방향 데이타를 포함하는 차량 데이타를 생성하는 항로 수단과;
    상기 차량 데이타를 전송하는 전송 수단과;
    상기 위치에 관련되고 차량 데이타를 수신하는 수신 수단과;
    상기 위치에 관련되고 상기 위치로의 허용 접근로에 해당하는 다수의 위치를 저장하며 허용 접근로의 맵을 제공하는 맵핑 수단과;
    상기 차량 데이타를 상기 허용 접근로의 맵과 비교하여 상기 차량 경로가 허용 접근로 내에 있는지를 판정하고, 상기 차량이 허용 접근로 내에 있다면 상기 위치와 관련된 교통 신호를 선제하는 판정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 맵핑 수단은,
    상기 허용 접근로를 따라 주기적 간격에서 허용 접근로 데이타를 생성하는 수단과;
    상기 허용 접근로 데이타를 수신하고 저장하며 상기 허용 접근로 데이타로부터 허용 접근로의 맵을 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제l항에 있어서, 상기 항로 수단은 전지구 위치 측정 시스템(GPS)으로부터 수신된 신호를 사용하는데 적합한 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차량내에 장착되고 상기 GPS 신호가 차단되었을 때 차량 데이타를 생성하는 추측 항법 수단을 더 포함하며, 상기 추측 항법 수단은,
    상기 차량의 속도를 검출하는 제1센서 수단과;
    상기 차량의 방향을 검출하는 제2센서 수단과;
    상기 차량의 속도 및 방향을 수신하도록 접속되고, 상기 차량의 속도 및 방향에 기초하여 차량의 위치를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전송 수단은 무선 주파수 송신기인 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전송 수단은 광학 주파수 송신기인 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 차량 데이타는 식별 코드 및 우선도 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 차량 데이타는 상기 차량에 대응하는 위치, 방향 또는 속도 데이타를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 항로 수단은 차동 전지구 위치 측정 시스템으로부터 수신되는 신호를 사용하는데 적합한 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 전지구 위치 측정 시스템(GPS)으로부터 수신되는 데이타를 이용하여 관련 차량 경로를 갖는 차량이 교차점에서 교통 신호를 선제하는 것이 허용되는 지를 판정하는 교통 제어 선제 방법에 있어서,
    (a) GPS 신호를 수신하는 단계와;
    (b) 차량 데이타를 생성하기 위해 차량내에서 상기 GPS 신호를 처리하는 단계와;
    (c) 상기 차량 데이타를 송신하는 단계와;
    (d) 상기 교차점에 근접한 복수의 선프로그램된 허용 위치를 포함하는 허용접근로의 램을 제공하는 단계와;
    (e) 상기 차량 데이타와 상기 허용 접근로의 맵을 비교하는 단계와;
    (f) 상기 비교 단계 (e)에 기초하여 상기 차량이 허용 접근로 내에 있는지를 판정하는 단계와;
    (g) 상기 차량이 허용 접근로 내에 있다면 교차점과 관련된 교통 신호를 선제하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 차량 데이타를 송신하는 단계는 차량 위치, 방향 및 속도 데이타를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 허용 접근로의 맵을 제공하는 단계는,
    (a) 허용 접근로의 제1위치에서 GPS 신호를 수신하는 단계와;
    (b) 상기 GPS신호를 처리하여 맵핑 데이타를 생성하는 단계와;
    (c) 상기 맵핑 데이타를 송신하는 단계와;
    (d) 상기 맵핑 데이타를 프로그램하여 상기 허용 접근로의 맵을 생성하는 단계와;
    (e) 상기 허용 접근로의 다음 위치에서 GPS 신호를 수신하는 단계와;
    (f) 상기 허용 접근로가 완전하게 맵핑될 때까지 상기 단계 (b)∼(e)를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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