KR100969324B1 - 다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 도로에 매설되는 다중 센서 모듈로부터 수집된 교통 정보를 게이트웨이를 거쳐 메인 서버로 송신하는 교통 정보 수집 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 센서 노드와 게이트웨이 및 메인 서버를 포함하여 구성되는 교통 정보 수집 시스템으로서, 상기 센서 노드는 차량을 인식하는 지자기 센서를 포함하는 다중 센서 모듈, 상기 다중 센서 모듈을 통해 검지된 정보를 상기 게이트웨이로 전송하는 센서통신 모듈을 구비하고, 상기 게이트웨이는 상기 센서 노드에서 전송한 정보를 수신하는 센서통신 모듈, 상기 센서통신 모듈을 통해 수신한 정보를 메인 서버로 송신하는 복합 무선통신 모듈을 구비하며, 상기 메인 서버는 상기 게이트웨이에서 전송한 정보를 수신하는 무선통신 모듈, 상기 무선통신 모듈을 통해 수신한 정보를 차량 대수, 차종, 차량 속도, 차량 진행 방향에 관한 교통 정보로 가공하여 실시간으로 화면에 현시하는 다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템을 제공한다.

센서 노드, 게이트웨이, 메인 서버, 지자기 센서

Description

다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템 {System for Collecting Traffic Information Using Multi-function Sensor Module}

본 발명은 다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 도로에 매설되는 다중 센서 모듈로부터 수집된 교통 정보를 게이트웨이를 거쳐 메인 서버로 송신하는 교통 정보 수집 시스템에 관한 것이다.

현재까지 교통 정보 (통행량, 차량 속도, 점유율 등)를 수집하는 방식은 크게 센서를 이용하는 방식과 무선 통신을 이용하는 방식으로 나뉜다.

전자의 방식에는 영상 검지기 (Image Detector) 등을 이용하는 비접촉식과 마그네틱 루프 검지기를 이용하는 접촉식이 있다. 또한, 후자의 방식에는 비콘(Beacon) 방식, 단거리 전용 무선 통신(DSRC : Dedicated Short Range Communication) 방식 등이 있다.

센서를 이용하는 방식은 구체적으로 도로에 루프 코일과 같은 센서를 매설하고 통과 차량을 검지하는 접촉식과 도로 위 지상 구조물 거치대에 카메라와 같은 영상 센서를 설치하고 카메라 아래를 통과하는 차량을 검지하는 비접촉식이 있다.

접촉식의 하나인 루프 검지 방식은 2개의 마그네틱 루프를 이용하여 통과 차 량의 통행 속도를 속도 트랩 방식에 의하여 측정한다. 루프 검지 방식은 차량 통과 속도가 이론상 최대 255km/h인 경우까지 측정이 가능하고, 검지 감도는 차량 속도가 고속인 경우 0.02~0.003%, 일반 속도인 경우 0.086~0.012%, 저속인 경우 0.257~0.037%로 비교적 양호하다. 그러나, 루프 설치를 위한 과다한 도로 굴착 및 이에 따른 초기 투자비와 잦은 도로 공사, 도로 파손에 의한 센서 손상으로 인한 유지 보수의 어려움이 문제된다. 또한 루프 검지기의 감도는 루프의 크기, 리드선의 길이, 지면과의 단락 저항 및 차도 위 재포장(Over-lay) 층의 두께 등에 의하여 영향을 받아 교통 정보 수집 오차를 일으킬 수 있다.

비접촉식의 하나인 영상 검지 방식은 가장 보편적으로 사용되는 방식으로, 비디오 카메라에 의하여 촬영된 도로의 영상 화면을 비디오 모니터로 보면서 도로의 차선마다 필요 위치에 영상 검지 영역을 컴퓨터에 의하여 조정·설치하고 이 영역 위를 통과하는 차량을 비디오 이미지 프로세서 (VIP : Video Image Processor) 보드로 검출하는 방식이다. VIP 보드는 매 16.67ms 마다 1개 화면씩 받아 기 설정된 영상 루프의 픽셀 (pixel) 영역 내를 통과하는 차량에 의하여 변화하는 그레이 레벨 (grey level)과 비디오 이미지를 분석하여 통과 차량 유무를 검출하고 통과된 개별 차량의 속도와 차량 길이를 계산하여 표시 및 저장한다.

그러나 이 방식은 픽셀 당 검출 오차가 4~5 미터 정도로 나타나고 있고, 영상 검지기가 설치된 지점의 교통 정보만을 검출하여 처리하기 (point processing 방식) 때문에 지점간 (node-to-node) 데이터 측정의 기본 파라미터인 CVO(Count : 통행량, Velocity : 차량 속도, Occupancy : 점유율)를 처리하는데 본질적인 문제 를 안고 있다.

또한, 영상 정보 검출의 환경 (날씨, 이동체 모양, 그림자, 도로면 상태, 주야간 차이, 일조량 등) 변화에 따른 데이터 검출의 정확성 변동이 심하고, 차량 번호판 인식 후의 데이터베이스 검색 시간이 오래 걸리는 문제를 안고 있다.

이러한 이유로 현재 교통 정보 서비스 제공과 관리 주체들은 무선 통신을 이용한 교통 정보 검출 방식을 선호하고 있는 추세이다. 차량의 위치를 검지할 수 있는 대표적인 무선 통신 방식은 GPS를 이용하는 방식, 위치 비콘 방식, 단거리 무선 통신 방식 등이 있다.

무선 통신 방법의 하나인 위치 비콘 방식은 프로브 차량과 노변 기지국(RSE : Road Side Equipment) 사이의 무선 통신을 이용한 가장 대표적인 방식으로 현재 223 MHz 와 424MHz를 통신 주파수로 사용하고 있다. 약 200~300 미터의 셀 반경에서 비교적 적은 통신 속도인 2.4kbps로 차량과 노변 기지국간 통신을 수행해 차량 위치 등을 검출하기 때문에 기지국과 센터와의 통신량이 적고 위치 파악 정밀도가 수 미터 이내로 낮다는 장점을 갖고 있다. 또한 통신 음영 지역이 비교적 적고 기상 변화 및 장애물의 존재 시의 통신 적응성이 높으며 업로드용 통신 채널 비용이 적다는 장점도 있다.

그러나 통신 셀이 낮은 주파수 대역에 의해 생성되었기 때문에 셀 경계가 모호하여 이 부분에서의 통신 성공률이 급격히 저하된다는 단점과 다수의 노변 기지국을 설치해야 하는 것으로부터 발생되는 초기 투자비의 과다가 단점으로 꼽힌다. 아울러 통신 채널 문제로 인해 다양한 ITS 확장 서비스를 부가적으로 제공해 주는 데 문제가 있는 방식이다.

또 다른 무선 통신 방식인 단거리 무선 통신 방식은 소형 노변 기지국의 통신 영역 내에 차량이 들어오면 차량 내에 탑재된 차량 탑재 장치(OBE : On Board Equipment)가 차량 정보 (OBE ID, 지역 정보, 시간 정보 등)를 5.8 GHz의 RF 신호 형태로 1 Mbps 속도로 기지국에 전송하고, 기지국은 이들 정보를 수집하여 네트워크로 연결되어 있는 교통 처리 서버로 보낸다. 하지만 이 방식은 통신 채널 비용이 없는 방식인데 반해 다수의 기지국 설치에 의한 초기 투자 비용이 높고, 조밀하지 못한 기지국 설치에 따른 통신 음영 지역이 존재하며, 다중 경로 감쇄, 페이딩, 대형 차량에 근접한 소형 프로브 차량의 통신 성능 저하 등의 단점을 갖고 있다.

이처럼 무선 통신을 이용한 초기의 시스템들은 셀 영역 경계부분의 모호함, 다중 경로에 의한 신호 감쇄, 통신 소자의 특성 차이로 인해 차량 이동시 위치 추정이 거의 불가능하였다. 이를 개선하기 위한 노력으로 무선 통신 시스템에 레이저, 루프 센서 등을 보조적으로 결합시키는 방법이 연구되어 초기 시스템보다는 검출 성능이 많이 개선되었으나, 부가 장치의 결합에 의한 시스템의 복잡성, 구현의 번거로움, 제품 가격의 상승 등의 해결해야 할 문제점을 동시에 안고 있는 실정이다.

한편, 위와 같은 종래의 기술을 이용한 교통 정보 수집 방식에서는 수집 장치가 구비된 차량에 대한 정보만 얻을 수 있거나, 순간적인 차량 흐름의 영상만 수집할 수 있는 문제가 있었다.

또한, 차량 진행 정보에 관해서도 차량 진행 속도 등의 특정 정보만 수집할 수 있었으며, 실시간 누적 정보 수집이 어려워 유효한 교통 정보의 전달이 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 위와 같이 종래 기술이 가지는 한계 및 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 주변 환경에 영향 받지 않고 오차가 감소된 교통 정보를 수집하는 것을 목적으로 한다.

또한, 차량을 인식하기 위한 다중 센서 모듈을 소형으로 제작하여 과다한 도로 굴착을 방지하고, 유지 관리 비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

이밖에도, 효율적인 정보 전송 시스템을 구현하여 실시간 정보 수집 및 수집된 정보에 따른 경고, 영상 정보 획득이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 센서 노드와 게이트웨이 및 메인 서버를 포함하여 구성되는 교통 정보 수집 시스템으로서, 상기 센서 노드는 차량을 인식하는 지자기 센서를 포함하는 다중 센서 모듈, 상기 다중 센서 모듈을 통해 검지된 정보를 상기 게이트웨이로 전송하는 센서통신 모듈을 구비하고, 상기 게이트웨이는 상기 센서 노드에서 전송한 정보를 수신하는 센서통신 모듈, 상기 센서통신 모듈을 통해 수신한 정보를 메인 서버로 송신하는 복합 무선통신 모듈을 구비하며, 상기 메인 서버는 상기 게이트웨이에서 전송한 정보를 수신하는 무선통신 모듈, 상기 무선통신 모듈을 통해 수신한 정보를 차량 대수, 차종, 차량 속도, 차량 진행 방향에 관한 교통 정보로 가공하여 실시간으로 화면에 현시하고, 상기 센서 노드에 포함되는 다중 센서 모듈, 센서통신 모듈 및 전원 모듈은 센서 케이스 내부에 수용되어 지하에 매설되며, 상기 센서 케이스는 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체와 상기 케이스 본체의 상부를 개폐하는 덮개로 이루어지는 다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템을 제공한다.

또한, 상기 센서 노드와 상기 게이트웨이는 상기 센서 노드와 상기 게이트웨이에 각각 구비된 센서통신 모듈 사이의 지그비 통신을 이용하여 정보를 송·수신하는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템을 제공한다.

또한, 상기 게이트웨이와 상기 메인 서버는 상기 게이트웨이의 복합 무선통신 모듈과 상기 메인 서버의 무선통신 모듈 사이의 광대역 무선 통신을 이용하여 정보를 송·수신하는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템을 제공한다.

본 발명의 지자기 센서는 AMR 센서로서 X, Y, Z축으로 각각 배치될 수 있으며, 다중 센서 모듈은 지자기 센서, 상기 지자기 센서의 검지 환경에 따른 검지값 오차를 보상하는 보조 센서, 상기 지자기 센서의 위치 및 자세 변화를 보상하는 보정 센서를 포함할 수 있다.

이때, 상기 보조 센서는 온도 센서, 습도 센서, 진동 센서 중 하나 이상을 포함하고, 상기 보정 센서는 경사 센서, 회전 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

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이때, 상기 센서 케이스 본체의 수용 공간에는 전원 모듈이 배치되고, 상기 다중 센서 모듈과 센서통신 모듈은 상기 덮개 하면에 배치될 수 있다.

또한, 상기 덮개의 상면에는 차량 진행의 정방향 또는 역방향을 기준으로 하여 상기 다중 센서 모듈이 배치되고, 상기 센서 케이스가 매설되도록 방향이 표시되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 게이트웨이에는 카메라 또는 알람부가 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 다중 센서를 사용하여, 주변 환경에 영향 받지 않고 오차가 감소된 교통 정보를 수집할 수 있다.

또한, 소형의 다중 센서 모듈을 사용하여 도로 굴착을 최소화하여 도로 미관을 손상시키지 않고, 유지 관리 비용을 감소시킬 수 있다.

이밖에도, 단거리 센서 통신과 광대역 무선 통신을 결합하여 효율적으로 정보를 송수신함으로써 실시간 정보 수집이 가능한 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에는 본 발명의 교통 정보 수집 시스템을 보여주는 개략적인 개념도가 도시되어 있다. 본 발명의 교통 정보 수집 시스템(1)은 도시된 바와 같이, 센서 노드(10)와 게이트웨이(20), 메인 서버(30)로 구성되어 있다. 도로면에 매설된 센서 노드(10)에서 도로 상면을 통과하는 차량을 인식하면, 그 정보는 게이트웨이(20)로 전송되고, 게이트웨이(20)에서는 전송 정보에 따라서 카메라를 동작시켜 차량 비디오 영상을 획득한 후, 영상 정보를 센서 노드(10)로부터 수신한 정보와 함께 메인 서버(30)로 전송한다. 이때, 센서 노드(10)와 게이트웨이(20) 간의 정보 전송에는 지그비(ZigBee) 통신이 사용될 수 있으며, 게이트웨이(20)와 메인 서버(30) 간의 정보 전송에는 광대역 무선 통신이 사용될 수 있다.

상기 센서 노드(10)는 도 2에서 보듯이 다중 센서 모듈(11)과 센서통신 모듈(12), 전원 모듈(13) 및 센서 케이스(14)를 포함한다. 상기 다중 센서 모듈(11)은 차량을 인식할 수 있는 센서들을 포함하며, 대표적으로 지자기 센서가 사용된다. 차량이 도로에 정차하거나 도로를 통과하면 땅에서 올라오는 자기장의 방 향이 바뀌는데, 이러한 지구의 자기장을 지자기(地磁氣) 센서로 감지하여, 차량을 인식할 수 있다.

도 3a 및 도 3b에는 각각 지자기 센서 및 차량이 지나간 후에, 지자기의 변화로 인한 차량 인식 원리를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 먼저, 도 3a에서 VCC는 전원 (전압), R1, R2는 각각 저항, GND는 그라운드, V_OUT은 출력 전압을 나타낸다. VCC에 전원을 인가하면 R1, R2의 저항값에 의해 VCC 전압이 분배되어 V_OUT(일정한 값)으로 출력되는데, R1은 지자기의 영향을 적게 받는 저항이고(저항값이 적게 변함), R2가 자기장의 영향에 따라 저항값이 바뀌는 성질이 있으면(저항값이 많이 변함) 출력전압(V_OUT) 이 바뀌게 된다. 따라서 출력전압의 변화량으로부터 자기장의 변화를 확인할 수 있다. 도 3b에는 이러한 지자기 센서를 이용하여, 차량을 인식하는 원리를 보여주는 개념도가 도시되어 있는데, 금속성분이 강한 부분에 자기장이 집중하는 지자기의 성질에 따라, 차량을 통과하는 지자기 밀도선의 소밀 정도가 다르게 나타난다. 구체적으로, 차량의 바퀴부분에는 지자기 밀도가 높고 다른 부분은 상대적으로 밀도가 낮아 차량의 바퀴를 인식할 수 있다.

차량이 지자기 센서 위를 지나가면 지자기 센서는 자기장의 변화를 도 3b의 하단 그래프와 같이 출력전압의 변화로 인식하게 된다.

지자기 센서는 종류에 따라서 검지 영역 범위(gauss)가 다양한데, 차량 인식에는 이방성 자기저항 센서(AMR : Anisotropic Magnetoresistive, 이하 "AMR 센서")를 사용할 수 있다. 일반적으로 지구에서 발생하는 지자기 범위를 검지 영역에 포함하는 지자기 센서는, Squid, Fiber-Optic, Optically Pumped, Nuclear Procession, Search-Coil, Anisotropic Magnetoresistive(AMR), Flux-Gate 등이 있다. 지구 자기장(Earth's Field)의 범위 뿐 아니라, 차량이 지나가면서 변할 수 있는 범위의 지자기까지 검지할 수 있는 지자기 센서 중, 경제성을 고려할 때 본 발명에서는 AMR(Anisotropic Magnetoresistive) 센서를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 다중 센서 모듈(11)은 지자기 센서와 상기 지자기 센서의 자세를 보정하는 보정 센서, 검지 조건에 따라서 지자기 센서의 검지값을 보정하는 보조 센서를 포함할 수 있다.

상기 AMR 센서는 도 4a에서 보듯이, X, Y, Z의 3축의 지자기 변화를 검지하도록 배치할 수 있다. Z축의 지자기 변화로는 차량의 존재 유무를 파악할 수 있고, Y축의 지자기 변화로는 차량의 진행방향을 확인할 수 있으며, X축의 지자기 변화로는 차량의 크기를 파악할 수 있다. 구체적으로, 차량이 지나가면 Z축 방향의 지자기 변화가 감지되므로 Z축 방향의 지자기 변화를 시계열적으로 분석하여 차량을 검지할 수 있고, Y축 방향의 지자기 값이 "0"에서 양수가 된 경우를 정방향으로 볼 때, "0"에서 음수가 된 경우를 역방향으로 분류하여, 차량의 진행방향을 확인할 수 있다. 또한, X축 방향의 지자기 값으로 차량의 넓이를 확인할 수 있으므로, 차량의 종류 식별이 가능하다. 한편, 하나의 센서 노드(10)와 이에 인접한 다른 센서 노드(10)에서 차량이 검지된 시각 및 센서 노드(10) 사이의 거리를 분석하여 차량의 속도를 계산할 수 있다.

도 4b에는 AMR 센서의 검지 영역을 보여주는 그림이 도시되어 있는데, 차량이 통과하기 전에는 AMR 센서의 검지값이 일정 수준을 유지하는 초기화 상태이다.

이러한 초기화 상태는 AMR 센서가 매설된 위치로부터 반경 1.5m 이내의 영역 내에 차량이 없는 경우에 지속되며, 상기 영역 내에 차량이 존재하는 경우에 AMR 센서는 지자기 변화를 측정하는 검지 상태로 전환되어, 차량이 AMR 센서 매설 위치를 통과하기 0.5m 전부터 AMR 센서를 통과한 후 약 0.3m까지의 영역에서 지자기 변화량을 측정할 수 있다. 이때, 차량의 재질, 차량의 크기, 차체의 높이 및 차체 금속의 양 등에 따라 검지 거리가 달라지므로 상기한 차량 인식 반경이 모든 차량에 일률적으로 적용되는 것은 아니다. 이처럼, 차량이 지자기 변화량 측정 영역을 벗어나게 되면, AMR 센서는 휴면 상태가 되고, 다음 차량이 통과하기 전까지 초기화 상태를 유지하다가 검지 및 휴면 상태를 반복한다.

상기 AMR 센서 등의 지자기 센서로 차량의 존재, 진행방향, 크기를 식별할 수 있으나, 지자기 변화의 검지는 온도와 습도, 진동에 영향 받으므로, 실제 검지 환경이 검지 기준 온도, 습도와 다르거나 진동이 있는 경우, 이를 보상함으로써 지자기 센서의 검지값을 보정하는 보조 센서인 온도 센서와 습도 센서, 진동 센서가 센서 모듈에 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 지자기 센서를 포함한 다중 센서 모듈(11)이 지하에 매설되는 경우, 상기 다중 센서 모듈(11)에 경사나 회전이 발생할 수 있으며, 상기 지자기 센서의 위치 및 자세 변화로 인한 지자기 변화 검지값의 이상을 방지하기 위하여, 위치 및 자세 변화를 보상하기 위한 보정 센서가 상기 다중 센서 모듈(11)에 포함되는 것이 바람직하다.

이처럼, 3축 AMR 센서, 보조 센서, 보정 센서를 포함하는 다중 센서 모 듈(11)에서 검지된 결과값은 센서통신 모듈(12)을 통하여 게이트웨이(20)로 전송된다. 상기 센서 노드(10)의 센서통신 모듈(12)은 매립형 안테나로, 도 5a 및 도 5b에서 보듯이, 다중 센서 모듈(11), 전원 모듈(미도시)과 함께 센서 케이스(14)에 설치된다.

상기 센서 케이스(14)는 상술한 바와 같이 다중 센서 모듈(11), 센서통신 모듈(12) 및 전원 모듈을 내부에 수용하며, 노상 하면에 매설된다. 또한, 도시된 바와 같이, 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체(15)와 상기 케이스 본체(15)의 상부를 개폐하는 덮개(16)를 포함한다.

상기 센서 케이스(14)는 노상 하면에 매설되므로, 상기 전원 모듈로 배터리를 사용하며, 부피가 큰 전원 모듈은 상기 센서 케이스 본체(15)의 수용 공간에 배치되는 것이 바람직하고, 상기 다중 센서 모듈(11)과 센서통신 모듈(12)은 상기 덮개(16) 하면에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 덮개(16)의 상면에는 상기 지자기 센서에서 차량의 진행방향을 검지할 수 있도록, 차량 진행의 정방향 또는 역방향을 기준으로 하여 센서 케이스가 매설되도록 방향 표시를 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 5a에는 덮개 상면에 화살표가 차량 진행의 정방향을 가리키도록 표시되어 있는데, 상기 화살표 방향에 맞추어 상기 지자기 센서의 Y축 (진행 방향 감지 축)이 위치하도록 상기 다중 센서 모듈(11)을 배치한다. 이때, 상술한 바와 같이, 상기 센서 케이스(14) 매설 후에 경사 또는 회전이 발생하는 등 최초 매설 자세 및 위치에서 벗어나는 경우에는 지자기 센서에서 검지한 결과 값이 정확하지 않을 수 있으므로, 경사 센서, 회 전 센서와 같은 보정 센서가 상기 다중 센서 모듈(11)에 포함되는 것이 바람직하다.

도 6에는 본 발명의 시스템을 구성하는 게이트웨이(20)의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있는데, 상기 게이트웨이(20)는 상기 다중 센서 모듈(11)이 포함된 센서 노드(10)로부터 지그비 통신을 이용하여 지자기 변화 검지값을 수신한다. 상기 게이트웨이(20)와 상기 센서 노드(10) 사이의 통신에는 단거리 지그비(ZigBee) 통신이 사용될 수 있으며, 상기 게이트웨이(20)는 인접한 여러 개의 센서 노드(10)와 통신할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 게이트웨이(20)는 도시된 바와 같이, 상기 센서 노드(10)의 센서통신 모듈(12)과 정보를 송·수신할 수 있는 센서통신 모듈(22) 및 광대역 무선 통신을 통해 메인 서버(30)와 정보를 송·수신할 수 있는 복합 무선통신 모듈(21)을 구비한다. 상기 게이트웨이(20)는 센서 노드(10)와는 단거리 지그비 통신을 사용하여 데이터를 송·수신하고, 다른 게이트웨이(20) 또는 메인 서버(30)와는 광대역 무역 통신을 이용하여 데이터를 송·수신함으로써 종류가 다른 네트워크 간의 통로 역할을 한다.

한편, 상기 게이트웨이(20)는 카메라를 구비하고 있어, 센서 노드(10)로부터 수신한 지자기 변화 검지값에 따라 카메라를 작동시켜 차량을 촬영한다. 구체적으로, 상기 차량이 역방향으로 진행하거나 규정 속도를 위반한 경우 등 이상 검지값이 수신될 경우 상기 검지값을 분석하여 카메라가 상기 차량을 촬영하도록 제어할 수 있다. 카메라 작동에 의하여 획득된 영상 데이터는 상기 센서 노드(10)로 부터 수신한 지자기 변화 검지값과 함께 상기 메인 서버(30)로 전송된다.

도 7a 및 도 7b에는 각각 본 발명의 시스템에서, 게이트웨이(20)에 알람부가 더 구비된 경우, 상기 알람부의 작동 프로세스를 보여주는 순서도가 각각 도시되어 있다. 먼 도 7a를 살펴보면, 센서 노드(10)로부터 지자기 변화 검지값을 수신한 게이트웨이(20)는 상기 지자기 변화 검지값 중에서 별도로 알람 데이터를 분리하여 수집하고, 이를 분석하여 어떤 종류의 알람에 해당되는지를 분류한다. 상기 알람의 종류로는 과속, 역주행, 불법 주·정차 등이 있으며, 상기 알람 데이터가 기준값을 초과하여 경보의 필요성이 있을 경우, 각 분류에 해당하는 알람 경보를 발하고, 해당 알람 경보를 발한 기록을 메인 서버(30)로 전송한다.

도 7b에는 메인 서버(30)로부터 알람의 제어 명령이 게이트웨이(20)로 전송되는 작동 프로세스를 나타내는 개략적인 순서도가 도시되어 있다. 도 7a의 작동 순서와 달리, 상기 게이트웨이(20)에서 수신된 지자기 변화 검지값을 분석하지 않고, 메인 서버(30)로 전송한 경우, 메인 서버(30)에서 상기 지자기 변화 검지값 중에서 별도로 알람 데이터를 분석하여 어떤 종류의 알람에 해당되는지를 분류한다. 상기 알람의 종류로는 과속, 역주행, 불법 주·정차 등이 있으며, 상기 알람 데이터가 기준값을 초과하여 경보의 필요성이 있을 경우, 게이트웨이(20)에 알람 경보 등의 추가조치 사항을 요청하는 명령이 전송된다. 이처럼, 센서 노드(10)로부터 수신된 지자기 변화 검지값 중에서 알람 데이터를 분리 수집하여 어느 종류의 알람에 해당하는지를 분류하고, 알람 경보 등의 조치를 하는 프로세스는 메인 서버(30)를 거치지 않고 게이트웨이(20)에서 직접 알람 데이터를 분리, 분류, 알람 경보하 는 방법과 메인 서버(30)의 제어에 따라 게이트웨이(20)에서는 알람 경보 등의 추가 조치만 취하는 방법이 있다.

한편, 도 7a와 도 7b의 프로세스가 병렬적으로 진행되거나, 직렬적으로 연속하여 진행될 수도 있으며, 반복 수행될 수 있다. 즉, 특정 알람 경보는 게이트웨이(20)에서 알람 데이터를 분석하여 경보를 수행하고, 특정 알람 경보에 대해서는 메인 서버(30)에서 이를 분석하여 게이트웨이(20)로 추가 조치 명령을 전송하도록 하는 등 다양한 방식으로 운영될 수 있다.

이상에서는 게이트웨이(20)에 구비되는 알람부의 제어에 대해서만 설명하였으나, 이러한 프로세스가 상술한 카메라의 제어에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 8에는 메인 서버(30)에서 수신한 정보가 모니터에 현시된 상태가 개략적으로 나타나있다. 상기 메인 서버(30)의 무선통신 모듈은 게이트웨이(20)의 복합 무선통신 모듈(21)로부터 지자기 변화 검지값과 영상 데이터를 수신하며, 상기 지자기 변화 검지값으로부터 차량을 인식하고, 차량을 식별할 뿐만 아니라 차량의 속도를 계산하여 이를 교통 정보화한다. 상기 교통 정보는 모니터에 현시되며, 도 8에 도시된 바와 같이, 통과 차량 수, 차종, 전체 평균 속도 및 차선별 속도 등 다양한 정보로 표시될 수 있다. 특히, 센서 노드(10)의 설치 위치에 따라 차량 수, 차종, 속도 등의 차선별 통계가 가능하고, 차량의 진행 방향을 감지할 수 있다.

이하에서는 지자기 센서의 3축 감지를 이용하여 수집할 수 있는 교통 정보를 설명한다.

먼저 Z 축 방향 센서 검지값의 시계열적 분석을 통해 차량의 존재 여부를 검 지할 수 있으므로, 통과 차량 수를 확인할 수 있어 시간대별 교통량을 계산할 수 있으며, Z 축 방향 센서의 검지값에 변화가 없는 경우 노상 불법 주차나 사고 등을 판별할 수 있다.

또한, X 축 방향 센서 검지값의 분석을 통해 차량 진행방향에 수직한 차량의 폭을 계산할 수 있으므로, 차량의 크기를 확인할 수 있으며, 자세하게는 차종을 구별할 수 있다. 이와 같이, 차량의 크기나 차종을 구별함으로써 버스 전용 차로에 무단 진입한 승용차를 가려낼 수 있다.

이밖에도, 센서 노드(10)를 각 차선에 설치하여, 차선별 평균 속도 및 차량 대수를 산출할 수 있으므로, 직진과 좌회전 및 우회전 차선의 차량 흐름을 각각 확인할 수 있다. 또한, Y 축 방향 센서 검지값의 분석을 통해 차량의 진행 방향을 감지할 수 있으므로 일방 통행 도로에서의 반대 방향 진입이나 도로 상의 역주행으로 인한 사고를 방지할 수 있다.

한편, 인접한 지자기 센서의 검지값을 시계열적으로 분석하면 상기 지자기 센서가 매립된 도로 상면을 통과하는 차량의 속도를 계산할 수 있는데, 예를 들어 연속 배치된 지자기 센서 사이의 거리와 상기 양 지자기 센서에서 검지된 Z 축 방향의 지자기 변화 검지값을 이용하여 양 지자기 센서 사이의 거리를 통과하는 차량의 통과 시간을 확인할 수 있고, 이를 통해 차량의 속도를 계산할 수 있다. 이때, 상기 Z 축 방향의 지자기 변화 검지값을 통해 차량의 존재를 확인함으로써 차량의 통과 시간을 계산할 수도 있지만, Y 축 또는 X 축 방향의 지자기 변화 검지값 역시 차량의 존재를 감지하여 변화되므로, 양 지자기 센서에서 X (Y) 축 방향의 지자기 변화가 검지되는 순간 사이의 시간을 이용하여 상기 차량의 속도를 계산하는 것도 가능하다. 즉, 상기 지자기 센서는 초기화 상태에서 차량이 검지 영역 내로 들어오면 검지 상태로 전환되는데, 인접한 지자기 센서를 통과할 때, 초기화 상태에서 검지 상태로 전환되는 시각을 확인하여 양 지자기 센서를 통과하는데 걸리는 시간을 계산하고, 양 지자기 센서 사이의 거리를 측정하여 통과 속도를 계산한다. 이때, 상술한 바와 같이 초기화 상태에서 검지 상태로 전환되는 시각은 X 축, Y 축 또는 Z 축 방향의 센서 중 어느 것에서나 선택할 수 있다.

도 9a 및 도 9b에는 본 발명의 교통 정보 수집 시스템(1)이 설치된 실시예를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 구체적으로 도 9a는 본 발명의 교통 정보 수집 시스템(1)이 적용된 도로의 개략적인 사시도이다. 도 9a에서 보듯이, 노상 하부에는 지자기 센서를 포함하는 다중 센서 모듈(11)과 센서통신 모듈(12)을 수용하는 센서 케이스(14)가 매설되어 있어, 그 상면의 도로를 통과하는 차량의 진행 정보를 지자기 변화 검지값의 형태로 수집한다. 상기 진행 정보는 차량의 존재, 크기, 차종, 속도, 진행 방향 등이며 단거리 통신을 통하여 게이트웨이(20)로 전송된다. 상기 게이트웨이(20)는 센서 노드(10)로부터 지자기 변화 검지값을 전송받아 이를 메인 서버(30)로 전송하는데, 상기 지자기 변화 검지값에 따라, 게이트웨이(20)에 구비된 알람이나 카메라 작동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 지자기 변화 검지값을 이용하여 차량의 과속이 판단되면 상기 게이트웨이(20)에 구비된 카메라가 작동하여 과속 차량의 번호판을 촬영할 수 있고, 차량의 역주행이 판단되면 게이트웨이(20)에 구비된 알람이 운전자에게 역주행임을 알려주도록 할 수 있 다. 이상에서는 도로 상황에 대한 정보 중 과속과 역주행을 예로 들어 설명하였으나, 차량 정체 여부 확인이나 사고 확인 등의 목적 등 다양한 목적에도 카메라, 알람이 사용될 수 있으며, 게이트웨이(20)에 구비되는 수단 역시 카메라, 알람에 한정되지 않는다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 교통 정보 수집 시스템을 보여주는 개략적인 개념도가 도시되어 있다.

도 2는 본 발명의 시스템을 구성하는 센서 노드의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 지자기 센서의 원리와, 차량이 지나간 후에 지자기의 변화로 인한 차량 인식 원리에 대해 나타내는 도면이다.

도 4a는 본 발명의 센서 노드를 구성하는 지자기 센서 중 AMR 센서의 측정 방향을 보여주는 개략적인 개념도이고, 도 4b는 AMR 센서의 검지영역을 보여주는 개략적인 개념도이다.

도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 센서 노드가 설치된 매립 케이스의 개략적인 사시도 및 분해사시도이다.

도 6은 본 발명의 시스템을 구성하는 게이트웨이의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 시스템에서, 게이트웨이에 구비된 알람부의 작동 프로세스를 보여주는 순서도이다.

도 8은 수집된 교통 정보의 현시 내용을 보여주는 개략적인 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 교통 정보 수집 시스템이 설치된 실시예를 보여주는 개략적인 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 교통 정보 수집 시스템 10 센서 노드

11 다중 센서 모듈 12, 22 센서통신 모듈

13 전원 모듈 14 센서 케이스 15 케이스 본체 16 덮개

20 게이트웨이 21 복합 무선통신 모듈 30 메인 서버

Claims (10)

1. 센서 노드(10)와 게이트웨이(20) 및 메인 서버(30)를 포함하여 구성되는 교통 정보 수집 시스템으로서,

   상기 센서 노드(10)는 차량을 인식하는 지자기 센서를 포함하는 다중 센서 모듈(11), 상기 다중 센서 모듈(11)을 통해 검지된 정보를 상기 게이트웨이(20)로 전송하는 센서통신 모듈(12)을 구비하고,

   상기 게이트웨이(20)는 상기 센서 노드(10)에서 전송한 정보를 수신하는 센서통신 모듈(22), 상기 센서통신 모듈(22)을 통해 수신한 정보를 메인 서버(30)로 송신하는 복합 무선통신 모듈(21)을 구비하며,

   상기 메인 서버(30)는 상기 게이트웨이(20)에서 전송한 정보를 수신하는 무선통신 모듈, 상기 무선통신 모듈을 통해 수신한 정보를 차량 대수, 차종, 차량 속도, 차량 진행 방향에 관한 교통 정보로 가공하여 실시간으로 화면에 현시하고,

   상기 센서 노드(10)에 포함되는 다중 센서 모듈(11), 센서통신 모듈(12) 및 전원 모듈(13)은 센서 케이스(14) 내부에 수용되어 지하에 매설되며,

   상기 센서 케이스(14)는 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체(15)와 상기 케이스 본체(15)의 상부를 개폐하는 덮개(16)로 이루어지는 다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 센서 노드(10)와 상기 게이트웨이(20)는 상기 센서 노드(10)와 상기 게이트웨이(20)에 각각 구비된 센서통신 모듈(12, 22) 사이의 지그비 통신을 이용하여 정보를 송·수신하는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 게이트웨이(20)와 상기 메인 서버(30)는 상기 게이트웨이(20)의 복합 무선통신 모듈(21)과 상기 메인 서버(30)의 무선통신 모듈 사이의 광대역 무선 통신을 이용하여 정보를 송·수신하는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 지자기 센서는 AMR 센서로서 X, Y, Z축으로 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 다중 센서 모듈(11)은,

   지자기 센서,

   상기 지자기 센서의 검지 환경에 따른 검지값 오차를 보상하는 보조 센서,

   상기 지자기 센서의 위치 및 자세 변화를 보상하는 보정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 보조 센서는 온도 센서, 습도 센서, 진동 센서 중 하나 이상을 포함하고,

   상기 보정 센서는 경사 센서, 회전 센서 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 센서 케이스 본체(15)의 수용 공간에는 전원 모듈(13)이 배치되고,

   상기 다중 센서 모듈(11)과 센서통신 모듈(12)은 상기 덮개(16) 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템.
9. 제1항에 있어서,

   상기 덮개(16)의 상면에는 차량 진행의 정방향 또는 역방향을 기준으로 하여 상기 다중 센서 모듈(11)이 배치되고, 상기 센서 케이스(14)가 매설되도록 방향이 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템.
10. 제1항에 있어서,

    상기 게이트웨이(20)에는 카메라 또는 알람부가 구비되는 것을 특징으로 하는 교통 정보 수집 시스템.

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