KR100988735B1

KR100988735B1 - 교통상황 정보수집 시스템

Info

Publication number: KR100988735B1
Application number: KR1020100048626A
Authority: KR
Inventors: 어재홍
Original assignee: 주식회사 제이캐스트
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2010-10-20

Abstract

본 발명에 따르면, 차량이 소통하는 도로상의 교통상황 정보를 수집하는 교통상황 정보수집 시스템으로서, 상기 차량을 감지하는 지자기 센서를 포함하는 다중센서 모듈과, 상기 다중센서 모듈을 통해 감지된 상기 차량에 대한 센서출력 신호를 전송하는 센서통신 모듈A를 포함하는 센서노드; 상기 센서출력 신호를 수신하는 센서통신 모듈B와, N 개의 대기상태와 M 개의 검지상태를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라 상기 센서출력 신호 중 상기 차량에 대한 유효데이터를 추출하는 제어부 및, 상기 유효데이터를 전송하는 복합무선통신 모듈을 포함하는 게이트웨이; 및 상기 유효데이터를 수신하는 무선통신 모듈과, 상기 유효데이터를 기초로 하여 차량대수, 차종, 차량속도 및 차량진행 방향에 관한 교통상황 정보로 가공하여 실시간으로 화면에 현시하는 메인서버;를 포함하는 교통상황 정보수집 시스템을 개시한다.

Description

교통상황 정보수집 시스템{Traffic Surveillance Detection System}

본 발명은 교통상황 정보수집 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도로에 매설되는 센서노드로부터 감지된 센서출력 신호를 분석하여, 상기 도로를 소통하는 차량의 점유율, 차량속도 및 차량길이 등의 교통상황 정보를 수집하는 교통상황 정보수집 시스템에 관한 것이다.

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

전자의 방식에는 영상검지기 (Image Detector) 등을 이용하는 비접촉식과 마그네틱루프 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 루프코일과 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 차량의 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 문제를 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 주는데 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.

더불어, 상기 지자기 센서가 갖는 자기장의 감지범위에 의해 지자기 센서가 매설된 위치의 직상방에 차량이 도달하기 이전에부터 상기 차량에 의한 자기장의 변화값을 센싱함은 물론, 상기 지자기 센서가 매설된 위치를 차량이 지난 후에도 상기 자기장의 감지범위 내에서 감지되는 자기장의 변화값을 센싱하게 된다.

이와 같이, 차량이 지자기 센서가 매설된 위치에 도달하기 이전 상태 또는 지나간 상태에서도 상기 차량에 의한 자기장의 변화값을 일부 감지하게 되므로 차량을 감지한 유효데이터에 있어서 일정 크기의 오차범위가 발생하는 문제점이 있었다.

더욱이, 이러한 오차범위로 인하여 차량이 지자기 센서의 직상방 위치를 지나가기 시작한 시점 및 통과 완료한 시점이 불분명함은 물론, 상기 지자기 센서를 통과하고 있는 점유시간에 대한 정확한 유효데이터 추출이 제한되는 문제점이 있었다.

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

또한, 지자기 센서와 같이 감지범위를 갖는 센서의 경우, 감지대상을 미리 감지한 감지데이터 또는 감지시점이 지난 후에 감지된 감지데이터가 포함된 센서출력 신호 중 유효한 데이터만을 추출할 수 있도록 분석 가능한 교통상황 정보수집 시스템을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이 밖에도, 차량을 인식하기 위한 다중센서 모듈을 소형으로 제작하여 과다한 도로 굴착을 방지하고, 유지 관리 비용을 감소시킬 수 있음은 물론, 차량을 감지한 전체 데이터 중 유효데이터로 추출한 정보만을 데이터 송수신(Communication)하며 이를 이용하여 교통상황 정보로 가공하기 위한 연산(Computation)을 하므로 전력소비를 최소화하는 것을 목적으로 한다

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템은, 차량이 소통하는 도로상의 교통상황 정보를 수집하는 교통상황 정보수집 시스템으로서, 상기 차량을 감지하는 지자기 센서를 포함하는 다중센서 모듈과, 상기 다중센서 모듈을 통해 감지된 상기 차량에 대한 센서출력 신호를 전송하는 센서통신 모듈A를 포함하는 센서노드; 상기 센서출력 신호를 수신하는 센서통신 모듈B와, N 개의 대기상태와 M 개의 검지상태를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라 상기 센서출력 신호 중 상기 차량에 대한 유효데이터를 추출하는 제어부 및, 상기 유효데이터를 전송하는 복합무선통신 모듈을 포함하는 게이트웨이; 및 상기 유효데이터를 수신하는 무선통신 모듈과, 상기 유효데이터를 기초로 하여 차량대수, 차종, 차량속도 및 차량진행 방향에 관한 교통상황 정보로 가공하여 실시간으로 화면에 현시하는 메인서버;를 포함한다.

본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템에 의하면,

첫째, 주변의 전자기적인 영향에 의해 순간적으로 도약하는 형태의 펄스(Pulse) 신호 등의 잡음신호가 센서에 의해 감지되더라도 정상적인 유효데이터를 추출하므로 신뢰성있는 유효데이터를 안정적으로 수집할 수 있다.

둘째, 차량을 감지한 전체 데이터 중 유효데이터로 추출한 정보만을 데이터 송수신(Communication)하며 이를 이용하여 교통상황 정보로 가공하기 위한 연산(Computation)을 하므로 전력소비를 최소화할 수 있다.

셋째, 교통상황 정보수집 시스템이 갖는 연산처리 능력에 따라, 유효데이터를 설정하는 범위 즉, 상위경계값, 하위경계값 및 검지상태 구간 등을 설정할 수 있으므로, 시스템의 연산 처리속도 및 처리시간 등의 효율성을 극대화할 수 있다.

넷째, 지자기 센서와 같이 일정 크기의 감지범위를 갖는 센서의 경우, 감지대상을 미리 감지한 감지데이터 또는 감지시점이 지난 후에 감지된 감지데이터가 포함된 센서출력 신호 중 유효한 데이터만을 추출하도록 분석이 가능하다.

즉, 비 정기적으로 불특정기간에 발생하는 센서출력 신호에서 유효데이터가 어느 시점에서 시작하여 어느 시점에서 종료되는 지를 명확하게 추출할 수 있는 효과를 구현한다.

다섯째, 지자기 센서 외에 검지 환경에 따른 검지값 오차를 보상하는 보조센서 및 상기 지자기 센서의 위치 및 자세 변화를 보상하는 보정센서 등이 구비되므로, 주변 환경에 영향받지 않고 감지 오차를 최소화한 신뢰성있는 교통상황 정보를 수집할 수 있다.

여섯째, 소형의 다중센서 모듈을 사용하여 도로 굴착을 최소화하여 도로 미관을 손상시키지 않고, 유지 관리 비용을 감소시킬 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 교통상황 정보수집 시스템을 보여주는 개략적인 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템을 구성하는 센서노드의 개략적인 구성을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템을 구성하는 지자기 센서의 동작원리를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 센서노드를 구성하는 지자기 센서 중 AMR 센서의 검지영역을 나타낸 개념도,
도 5 및 도 6은 각각 본 발명에 따른 센서노드가 설치된 매립 케이스의 개략적인 사시도 및 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템을 구성하는 게이트웨이의 개략적인 구성을 보여주는 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템을 구성하는 메인서버의 구성을 나타낸 블럭도,
도 9는 본 발명에 따른 최적의 검지상태구간을 설정하기 위한 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식을 적용된 예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 게이트웨이의 제어부의 각 기능을 설명하기 위해 정현파 형태로 입력되는 센서출력 신호의 그래프,
도 11은 본 발명에 따른 게이트웨이로 입력되는 두 개의 센서노드로부터 입력된 센서출력 신호의 그래프,
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템에서, 게이트웨이에 구비된 알람부의 작동 프로세스를 보여주는 순서도,
도 13은 수집된 교통 정보의 현시 내용을 보여주는 개략적인 화면예시도,
도 14 및 도 15는 본 발명의 교통상황 정보수집 시스템이 설치된 실시예를 보여주는 개략적인 사시도이며,
도 16은 본 발명의 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 의해 교통상황 정보수집 시스템 전체의 전력소비가 최소화되는 효과를 나타낸 개략도이다.

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 교통상황 정보수집 시스템을 보여주는 개략적인 개념도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템은 도시된 바와 같이, 센서노드(110)와 게이트웨이(120) 및 메인서버(130)를 포함하여 구비된다.

도로면에 매설된 센서노드(110)에서 도로 상면을 통과하는 차량을 감지하여 인식하면 자기장의 변화에 따른 출력전압의 변화량이 정현파 형태의 아날로그 센서출력 신호로 출력되어 상기 게이트웨이(120)로 전송되고, 게이트웨이(120)에서는 수신된 센서출력 신호를 신호변환(ADC)한 후 유효데이터를 추출함과 동시에 상기 유효데이터에 따라서 카메라를 동작시켜 차량비디오 영상을 획득한 후, 영상 정보를 상기 유효데이터와 함께 메인서버(130)로 전송한다. 이때, 센서노드(110)와 게이트웨이(120) 간의 정보 전송에는 근거리 무선통신망이 사용될 수 있으며, 게이트웨이(120)와 메인서버(130) 간의 정보 전송에는 광대역 무선통신망이 사용될 수 있다.

또한, 상기 메인서버(130)는, 복수 개의 센서노드(110)로부터 수신된 센서출력 신호 또는 유효데이터를 기초로 하여 점유율, 차량속도 및 차량종류 등에 대한 교통상황 정보로 가공하여 출력부(133)를 통해 화면상으로 출력한다.

상기 센서노드(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 도로 상면을 통과하는 차량을 감지하는 지자기 센서를 포함하는 다중센서 모듈(111)과, 상기 다중센서 모듈(111)을 통해 상기 차량에 대한 센서출력 신호를 전송하는 센서통신 모듈A(112)과, 전원모듈(113) 및 센서케이스(114)를 포함한다.

상기 다중센서 모듈(111)은 차량을 인식할 수 있는 센서들을 포함하며, 대표적으로 지자기 센서가 사용될 수 있다. 차량이 도로에 정차하거나 도로를 통과하면 땅에서 올라오는 자기장의 방향이 바뀌는데, 이러한 지구의 자기장을 지자기(地磁氣) 센서로 감지하여 차량을 인식할 수 있다.

도 3에서 VCC는 전원 (전압), R1, R2는 각각 저항, GND는 그라운드, V_OUT은 출력 전압을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 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, 차량이 지자기 센서 위를 지나가면 상기 지자기 센서는 자기방의 변화에 따른 출력전압의 변화로 상기 차량을 인식하는 것이다.

상기 센서노드(110)는, 다중센서 모듈(111)의 지자기 센서를 통해 감지된 상기와 같은 출력전압의 변화에 따른 아날로그 형태의 센서출력 신호를 센서통신 모듈A(112)를 통해 게이트웨이(120)의 센서통신 모듈B(122)로 전송한다.

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.

또한, 상기 다중센서모듈(111)은 지자기 센서와 상기 지자기 센서의 자세를 보정하는 보정 센서, 검지 조건에 따라서 지자기 센서의 검지값을 보정하는 보조 센서를 포함할 수 있다.

도 4에는 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 영향받으므로, 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 다중센서모듈(111)이 지하에 매설되는 경우, 상기 다중센서모듈(111)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 다중센서모듈(111)에 포함되는 것이 바람직하다.

이처럼, 3축 AMR 센서, 보조 센서, 보정 센서를 포함하는 다중센서모듈(111)에서 검지된 결과값은 센서통신 모듈(112)을 통하여 게이트웨이(120)로 전송된다. 상기 센서노드(110)의 센서통신 모듈(112)은 매립형 안테나로, 도 5a 및 도 5b에서 보듯이, 다중센서모듈(111), 전원 모듈(미도시)과 함께 센서케이스(114)에 설치된다.

상기 센서케이스(114)는 상술한 바와 같이 다중센서모듈(111), 센서통신 모듈(112) 및 전원 모듈을 내부에 수용하며, 노상 하면에 매설된다. 또한, 도시된 바와 같이, 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스본체(115)와 상기 케이스본체(115)의 상부를 개폐하는 덮개(116)를 포함한다.

상기 센서케이스(114)는 노상 하면에 매설되므로, 상기 전원 모듈로 배터리를 사용하며, 부피가 큰 전원 모듈은 상기 센서 케이스본체(115)의 수용 공간에 배치되는 것이 바람직하고, 상기 다중센서모듈(111)과 센서통신 모듈(112)은 상기 덮개(116) 하면에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 덮개(116)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 5에는 덮개 상면에 화살표가 차량 진행의 정방향을 가리키도록 표시되어 있는데, 상기 화살표 방향에 맞추어 상기 지자기 센서의 Y축 (진행 방향 감지 축)이 위치하도록 상기 다중센서모듈(111)을 배치한다.

이때, 상술한 바와 같이, 상기 센서케이스(114) 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, 회전 센서와 같은 보정 센서가 상기 다중센서모듈(111)에 포함되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 게이트웨이(120)는, 상기 센서통신 모듈A(112)로부터 전송된 센서출력 신호를 수신하는 센서통신 모듈B(122)와, N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라 상기 센서출력 신호 중 상기 차량에 대한 유효데이터를 추출하는 제어부(123) 및, 상기 유효데이터를 전송하는 복합무선통신 모듈(121)을 포함하여 구비된다.

도 7에는 본 발명의 시스템을 구성하는 게이트웨이(120)의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있는데, 상기 게이트웨이(120)는 상기 다중센서모듈(111)이 포함된 센서노드(110)로부터 근거리 무선통신망을 이용하여 지가기 변화의 검지값인 상기 센서출력 신호를 수신한다.

상기 게이트웨이(120)와 상기 센서노드(110) 사이의 통신에는 단거리 지그비(ZigBee) 통신이 사용될 수 있으며, 상기 게이트웨이(120)는 인접한 여러 개의 센서노드(110)와 통신할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 게이트웨이(120)는 도시된 바와 같이, 상기 센서노드(110)의 센서통신 모듈(112)과 정보를 송·수신할 수 있는 센서통신 모듈B(122) 및 광대역 무선 통신을 통해 메인서버(130)와 정보를 송·수신할 수 있는 복합무선통신 모듈(121)을 구비한다. 상기 게이트웨이(120)는 센서노드(110)와는 단거리 지그비 통신을 사용하여 데이터를 송·수신하고, 다른 게이트웨이(120) 또는 메인서버(130)와는 광대역 무역 통신을 이용하여 데이터를 송·수신함으로써 종류가 다른 네트워크 간의 통로 역할을 한다.

한편, 상기 게이트웨이(120)의 제어부(123)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 신호변환부(124), 경계설정부(125), 검지상태구간 설정부(126) 및 데이터추출부(127)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 신호변환부(124)는, 센서노드(110)의 센서통신 모듈A(112)에서 전송되어, 상기 센서통신 모듈B(122)에 수신된 센서출력 신호를 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링(Sampling)하여 신호변환(Analog to Digital Conversion)한다.

여기서, 상기 신호변환부(220)는, 상기 샘플링 주파수를 상기 센서노드(110)로부터 수신되는 센서출력 신호의 최대 대역폭의 두 배가 되도록 증폭하는 것이 바람직한데, 이는 상기 센서통신 모듈B(122)에 수신된 아날로그 형태의 센서출력 신호를 안정적으로 샘플링하여 완전하게 재생하기 위함이다.

즉, 상기 신호변환부(220)는, 상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 센서출력 신호가, 8Hz일 경우에는 16Hz 이상으로, 16Hz일 경우에는 32Hz 이상으로, 32Hz일 경우에는 64Hz 이상으로, 64Hz일 경우에는 128Hz 이상으로, 128Hz일 경우에는 256Hz 이상으로, 256Hz일 경우에는 512Hz 이상으로, 512Hz일 경우에는 1048Hz 이상으로, 1048Hz일 경우에는 2096Hz 이상으로 중폭하는 기능을 수행하는 것이다.

상기 경계값 설정부(230)는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit:UL)과 하위경계값(Lower Limit:LL)을 설정하여, 상기 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호 이벤트와 In 신호 이벤트로 구분한다.

여기서, 상기 Out 신호 이벤트는 상기 상위경계값 및 하위경계값(LL)을 벗어난 샘플링된 센서출력 신호, In 신호 이벤트는 상기 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)에 포함된 샘플링된 센서출력 신호를 의미한다.

즉, 도 10을 참조하여 센서출력 신호의 파형의 각 샘플링주파수(S1 내지 S35)를 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 기준으로 Out 신호 이벤트와 In 신호 이벤트를 구분하여 보면, S1 내지 S7은 MV와 LL의 사이에 위치하므로 In 신호 이벤트, S8 내지 S14는 LL을 벗어나 위치하므로 Out 신호 이벤트, S15, S18 내지 S20은 In 신호 이벤트, S16 및 S17은 Out 신호 이벤트, S21 내지 S25는 Out 신호 이벤트이며, S20 내지 S35는 In 신호 이벤트에 해당한다.

또한, 상기 경계값 설정부(230)는, 아래의 [수학식]과 같이, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 상시 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV : Mean Value)을 기준으로 하되, 유효데이터를 산출하기 위해 연산되는 처리속도 및 처리시간의 효용성을 고려하여 각각 +3σ 및 -3σ의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

[수학식]

상위경계값(UL) = MV + 3σ

하위경계값(LL) = MV - 3σ

이때, 상기 경계값 설정부(230)는, 상기 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV)를 아래의 [수학식]에 의해 산출할 수 있다.

[수학식]

y(1) = x(1)

y(2) = y(1)/2 + x(2)/2

y(3) = y(2)*2/3 + x(3)*1/3

...

y(n) = y(n-1)*(n-1)/n + x(n)/n

MV = y(n)

(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n-1)은 상기 MV를 산출하기 위한 n-1번째 저장된 값)

따라서, 바로 직전에 저장된 y(n-1)값과 n번째 센서출력 신호값 x(n)만으로도 MV를 계산할 수 있다. 즉, MV = (x(1) + x(2) + ... + x(n))/n

또한, 상기 경계값 설정부(230)는, 상기 3σ값을 아래의 [수학식]에 의해 산출할 수 있다.

[수학식]

z(1)= x(1)*x(1)

z(2)= z(1) + x(2)*x(2)

z(3) = z(2) + x(3)*x(3)

...

z(n) = z(n-1) + x(n)*x(n)

var(x) = z(n)/n - y(n)*y(n) → variance

σ = SQRT(var(x))

3σ = 3(SQRT(var(x)))

(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n)은 상기 MV를 산출하기 위한 n번째 임의의 상수, z(n)은 상기 σ를 산출하기 위한 n번째 임의의 상수)

따라서, 바로 직전에 저장된 z(n-1)값과 n번째 센서출력 신호값 x(n)만으로도 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL) 위치의 기준치인 3σ를 계산할 수 있는 것이다.

여기서, 본 발명의 경계값 설정부(230)는, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)의 위치를 결정하기 위한 표준편차는 ±3σ인 것으로 설명하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며, ±3σ 이하의 표준편차 즉, ±1σ 또는 ±2σ로도 설정할 수 있다.

그러나, Gaussian 백색잡음의 경우 표준편차 ±1σ과 ±2σ의 오류발생율은 각각 68.3%와 95.4%로서 연산 처리속도 및 처리속도는 증대될 수 있겠으나 정확한 유효데이터를 추출하기에 제한이 된다.

또한, ±3σ 이상의 표준 편차, 즉 ±6σ로도 설정할 수 있다. 그러나, 상기 ±6σ의 경우에는 오류발생율이 99.9997%로 신뢰도있는 정확한 유효데이터를 추출할 수는 있겠으나 상기 센서출력 신호로부터 유효데이터를 추출하기 위해 연산되는 위한 과정이 복잡하여 연산 처리속도 및 처리시간이 과도해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 경계값 설정부(230)에서의 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)의 위치를 결정하기 위한 표준편차는, 상기 제어부(123)의 연산 처리속도 및 처리시간을 고려하여 적정범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 검지상태구간 설정부(240)는, N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정한다.

여기서, 상기 N과 M은 검지상태구간을 설정하기 위해 FSA 방식에 적용되는 임의의 상수로서, 각각 대기상태의 개수와 검지상태의 개수를 의미한다.

상기 대기상태의 개수인 N 및 검지상태의 개수 M은 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템시스템의 오류발생율, 연산 처리속도 및 처리시간을 고려하여 적정범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)이 ±3σ(99.7%)로 설정된 환경에서 상기 N이 1일 경우, 상기 센서출력 신호에 대한 검지 오류가 발생할 확률 R은 상기 ±3σ가 갖는 오류발생률이 0.3%이므로 0.003(1- 0.997)이며, 상기 N이 2일 경우 상기 검지 오류가 두 번 연속으로 발생할 확률은 R*R = (0.003)**2이다.

또한, 상기 N이 3일 경우 상기 검지 오류가 세 번 연속으로 발생할 확률은 R**3 = (0.003)**3이며, 상기 N이 4일 경우 상기 검지 오류가 네 번 연속으로 발생할 확률은 R**4 = (0.003)**4이다.

즉, N이 n일 경우, 상기 검지 오류가 연속으로 발생할 확률은 R**n = (0.003)**n 인 것이다.

또한, 상기 M이 7일 경우, 상기 센서출력 신호값이 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)의 사이에 위치할 확률은 0.5**7 = 2.5*10**(-6)이다. 따라서, 상기 제어부(250)가 상기 검지오류로 인하여 조기에 센서출력 신호가 끝났다고 판단하는 경우는 매우 희박하다고 할 수 있으므로 상기 센서출력 신호의 주기를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 상기 N 및 M이 증대될 경우에는 검지 오류가 발생할 확률이 감소하나 연산이 복잡하여 본 발명의 교통상황 정보수집 시스템시스템에서 연산 처리하는데 소요되는 처리시간이 길어지게 되며, 상기 N 및 M이 감소될 경우에는 상기 센서출력 신호에 대한 검지 오류 발생률이 증가되어 결과값에 대한 신뢰성이 낮아질 수 있다. 따라서, 상기 대기상태의 개수인 N 및 검지상태의 개수 M은 상기 검지 오류 발생율, 시스템의 연산 처리속도 및 처리시간을 고려하여 적정범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 검지상태구간 설정부(240)는, 상기 4 Out 7 In FSA 방식에 따라 검지상태 또는 대기상태가 상태전이하는 알고리즘을 적용된 아래의 [표 1]과 같은 센서출력 신호의 이벤트 테이블에 의해 상기 검지상태구간을 설정할 수 있다.

State	센서출력 신호 Event
State	O (Out)	I (In)
I1	I2	I1
I2	I3	I1
I3	I4	I1
I4	D7	I1
D7	D7	D6
D6	D7	D5
D5	D6	D4
D4	D5	D3
D3	D4	D2
D2	D3	D1
D1	D2	I1

(여기서, I1 내지 I4는 대기상태, D1 내지 D7은 검지상태를 의미함 )

즉, 도 3을 참조하여 센서출력 신호의 파형의 각 샘플링주파수(S1 내지 S35)를 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 기준으로 Out 신호 이벤트와 In 신호 이벤트를 구분하여 보면, S1 내지 S8은 MV와 LL의 사이에 위치하므로 In 신호 이벤트, S9 내지 S14는 LL을 벗어나 위치하므로 Out 신호 이벤트, S15, S18 내지 S20은 In 신호 이벤트, S16 및 S17은 Out 신호 이벤트, S21 내지 S24는 Out 신호 이벤트이며, S20 내지 S35는 In 신호 이벤트에 해당한다.

도 9, 도 10 및 상기 [표 1]을 참조하면, 최초 상태인 대기상태(I1)에서 시작하여, 센서출력 신호의 첫번째 신호값인 S1이 입력되면, 상기 S1 내지 S7의 센서출력 신호 이벤트는 모두 I(In)에 해당하므로 상기 대기상태(I1)에 머물게 된다.

또한, S8의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 대기상태(I1)에서 대기상태(I2)로 이동하며, S9의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 대기상태(I2)에서 대기상태(I3)로 이동, S10의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 대기상태(I3)에서 대기상태(I4)로 이동한다.

S11의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 대기상태(I4)에서 상태전이하여 검지상태(D7)로 이동하게 된다.

S12 및 S14의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 모두 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에 머물게 된다.

S15의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에서 검지상태(D6)로 이동, S16의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D6)에서 검지상태(D7)로 이동, S17의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에서 머물게 된다.

S18의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에서 검지상태(D6)로 이동, S19의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D6)에서 검지상태(D5)로 이동, S20의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D5)에서 검지상태(D4)로 이동한다.

S21의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D4)에서 검지상태(D5)로 이동, S22의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D5)에서 검지상태(D6)로 이동, S23의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D6)에서 검지상태(D7)로 이동, S24 및 S25의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 모두 상기 검지상태(D7)에서 머물게 된다.

S26의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에서 검지상태(D6)로 이동, S27의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D6)에서 검지상태(D5)로 이동, S28의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D5)에서 검지상태(D4)로 이동, S29의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D4)에서 검지상태(D3)로 이동, S30의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D3)에서 검지상태(D2)로 이동, S31의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D2)에서 검지상태(D1)로 이동하며, S32의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D1)에서 상태전이하여 대기상태(I1)으로 이동하게 된다.

이후, S32 내지 S35의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 모두 I(In)에 해당하므로 상기 대기상태(I1)에서 머물게 된다.

상기와 같이, 대기상태에서 검지상태로 상태가 전이되는 순간은 S11의 신호값의 센서출력 신호가 입력되는 순간이며, 상기 검지상태에서 대기상태로 상태가 전이되는 순간은 S32가 입력되는 순간이다.

따라서, 입력된 센서출력 신호 중 검지상태 구간(Detection States)에 해당하는 센서출력 신호는 S11 내지 S31의 신호값의 센서출력 신호이다.

즉, 상기 입력된 센서출력 신호 중 유효데이터는 상기 검지상태 구간에 포함되는 신호들로써, 유효데이터의 시작은 S11의 신호값의 센서출력 신호이며, 유효데이터의 끝은 S31의 신호값의 센서출력 신호인 것이다.

또한, 상기 입력된 센서출력 신호의 샘플링 주파수율이 128Hz(초당 샘플링 횟수 128회)일 경우, 상기 유효데이터의 점유시간(Ot)은 상기 검지상태 구간에 머문 횟수를 초당 샘플링 횟수(초)로 나눈 값으로 계산할 수 있는데, 상술한 바와 같이, 상기 센서출력 신호가 검지상태 구간에 머문 횟수는 S11 내지 S31까지 24회이므로, 점유시간(Ot)= 24 / 128 = 0.1875 초 인 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템시스템은 비 정기적으로 불특정기간에 발생하는 센서출력 신호에서 유효데이터가 어느 시점에서 시작하여 어느 시점에서 종료되는 지를 명확하게 추출할 수 있는 것이다.

상기 제어부(250)는, 본 발명에 따른 센서출력 시스템의 각 구성 즉, 상기 센서신호 수신부(210), 신호변환부(220),경계값 설정부(230), 검지상태구간 설정부(240) 및 데이터베이스(260)를 중앙제어하는 구성요소로서, 상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정부(240)에 의해 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하며, 추출한 데이터를 데이터베이스(260)로 전송하여 저장한다. 또한, 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV : Mean Value)을 연산하며, 상기 평균값(MV)에 따른 각 표준편차별 각 위치를 지정한다.

상기 데이터베이스(260)는, 상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 센서출력 신호, 신호변환부(220)에 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기 즉, 입력된 센서출력 신호에 대응하여 증폭시키 위한 샘플링 주파수의 크기에 대한 데이터가 저장된다.

또한, 상기 데이터베이스(260)는, 상기 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV) 및 상기 평균값(MV)에 따른 각 표준편차별(1σ, 2σ, 3σ 및 6σ) 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)의 위치에 대한 데이터를 저장한다.

더불어, 상기 검지상태구간 설정부(240)에 적용되는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 대한 알고리즘 및, 상기 대기상태의 개수 N과 검지상태의 개수 M의 설정된 값에 따라 검지상태구간에 설정되기 위한 위치 데이터를 저장한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 게이트웨이(120)는 상술한 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 대한 알고리즘을 통해 상기 센서노드(110)에서 차량을 감지한 전체 데이터 중 차량을 인식하기 위한 최적의 데이터를 추출할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템에서는, 센서노드(110)에서 차량을 감지한 전체 데이터가 전송되는 것이 아니며, 센서노드(110)에서 차량을 감지한 전체 데이터 중 게이트웨이(120)를 통해 유효데이터로 추출한 정보만이 메인서버(130)로 전송되며, 이를 이용하여 교통상황 정보로 가공하기 위한 연산이 이루어지므로 전력소비를 최소화할 수 있다.

즉, 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템은, 게이트웨이(120)에서 추출된 유효데이터 즉, 차량을 검지하기 위한 최소분량의 데이터(Minimum Communication)만이 송수신 처리됨과 동시에, 상기 교통상황 정보로 가공하기 최소한의 연산과정(Minimum Computation)만이 요구되며, N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 대한 알고리즘을 통해 합리적인 Active Sleep 제어함으로써, 시스템 전체에 소비되는 전력을 최소화(Minimum Power Consumption)할 수 있는 것이다.

상기 메인서버(130)는, 게이트웨이(120)에서 추출한 유효데이터를 수신하는 무선통신 모듈(131)과, 상기 유효데이터를 기초로 하여 차량대수, 차종, 차량속도 및 차량진행 방향에 관한 교통상황 정보로 가공하는 연산부(132) 및, 상기 교통상황 정보를 실시간으로 화면에 현시하는 출력부(133)를 포함하여 구비된다.

다음으로는, 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템에서 차량속도, 차종, 차량대수, 차량진행 방향 등의 교통상황 정보로 가공하는 방식을 설명하기로 한다.

도 11에는 본 발명에 따른 교통상황 정보수집 시스템에서, 일정간격(Gd)로 이격된 센서노드(A) 및 센서노드(B)에서 감지된 센서출력 신호의 파형을 나타낸 그래프이며, 도면부호 Tn는 센서노드(A)에서 감지되기 시작한 시점부터 센서노드(B)에서 마지막으로 감지된 시점까지 소요되는 시간, On는 각 센서노드(A,B)에서 차량이 감지된 소요시간 즉, 차량점유시간을 의미한다.

또한, Gn는 센서노드(A)에서 감지되기 시작한 시점부터 센서노드(B)에서 감지되기 시작한 시점까지의 소요시간을 의미한다.

여기서, 상기 센서노드(A)와 센서노드(B)는 감지된 센서출력 신호를 근접한 하나의 게이트웨이(120)로 전송할 수 있으며, 상기 게이트웨이(120)는 도 8과 같은 두 개의 센서출력 신호의 파형을 획득할 수 있다.

먼저, 상기 센서노드(A) 및 센서노드(B)를 통과하는 차량의 속도(V), 차량의 길이(L) 및 점유율(t)은 아래의 [수학식]에 의해 연산될 수 있다.

[수학식]

차량속도(V) = Gd/Gn/S

차량길이(L) = V*(Tn/s - Gd)

점유율(t) = On/S

S = Sampling rate/second

한편, 상기 게이트웨이(120)는 카메라를 구비하고 있어, 센서노드(110)로부터 수신한 센서출력 신호에서 유효데이터를 추출한 후 미리 저장된 설정값에 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 센서노드(110)로부터 수신한 지자기 변화 검지값과 함께 상기 메인서버(130)로 전송된다.

도 12a 및 도 12b에는 각각 본 발명의 시스템에서, 게이트웨이(120)에 알람부가 더 구비된 경우, 상기 알람부의 작동 프로세스를 보여주는 순서도가 각각 도시되어 있다. 먼저 도 12a를 살펴보면, 센서노드(110)로부터 지자기 변화 검지값을 수신한 게이트웨이(120)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 메인서버(130)로 전송한다.

도 12b에는 메인서버(130)로부터 알람의 제어 명령이 게이트웨이(120)로 전송되는 작동 프로세스를 나타내는 개략적인 순서도가 도시되어 있다. 도 12a의 작동 순서와 달리, 상기 게이트웨이(120)에서 수신된 지자기 변화 검지값을 분석하지 않고, 메인서버(130)로 전송한 경우, 메인서버(130)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(120)에 알람 경보 등의 추가조치 사항을 요청하는 명령이 전송된다. 이처럼, 센서노드(110)로부터 수신된 지자기 변화 검지값 중에서 알람 데이터를 분리 수집하여 어느 종류의 알람에 해당하는지를 분류하고, 알람 경보 등의 조치를 하는 프로세스는 메인서버(130)를 거치지 않고 게이트웨이(120)에서 직접 알람 데이터를 분리, 분류, 알람 경보하는 방법과 메인서버(130)의 제어에 따라 게이트웨이(120)에서는 알람 경보 등의 추가 조치만 취하는 방법이 있다.

한편, 도 12a와 도 12b의 프로세스가 병렬적으로 진행되거나, 직렬적으로 연속하여 진행될 수도 있으며, 반복 수행될 수 있다. 즉, 특정 알람 경보는 게이트웨이(120)에서 알람 데이터를 분석하여 경보를 수행하고, 특정 알람 경보에 대해서는 메인서버(130)에서 이를 분석하여 게이트웨이(120)로 추가 조치 명령을 전송하도록 하는 등 다양한 방식으로 운영될 수 있다.

이상에서는 게이트웨이(120)에 구비되는 알람부의 제어에 대해서만 설명하였으나, 이러한 프로세스가 상술한 카메라의 제어에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 13에는 메인서버(130)에서 수신한 정보가 모니터에 현시된 상태가 개략적으로 나타나있다. 상기 메인서버(130)의 무선통신 모듈은 게이트웨이(120)의 복합무선통신 모듈(121)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, 센서노드(110)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 검지할 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, 센서노드(110)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 14 및 도 15에는 본 발명의 교통상황 정보수집 시스템이 설치된 실시예를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 구체적으로 도 14는 본 발명의 교통상황 정보수집 시스템이 적용된 도로의 개략적인 사시도이다. 도 15에서 보듯이, 노상 하부에는 지자기 센서를 포함하는 다중센서모듈(111)과 센서통신 모듈(112)을 수용하는 센서케이스(114)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(120)로 전송된다. 상기 게이트웨이(120)는 센서노드(110)로부터 지자기 변화 검지값을 전송받아 이를 메인서버(130)로 전송하는데, 상기 지자기 변화 검지값에 따라, 게이트웨이(120)에 구비된 알람이나 카메라 작동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 지자기 변화 검지값을 이용하여 차량의 과속이 판단되면 상기 게이트웨이(120)에 구비된 카메라가 작동하여 과속 차량의 번호판을 촬영할 수 있고, 차량의 역주행이 판단되면 게이트웨이(120)에 구비된 알람이 운전자에게 역주행임을 알려주도록 할 수 있다. 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(120)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.

110...센서노드 111...다중센서 모듈
112...센서통신 모듈A 120...게이트웨이
121...복합무선통신 모듈 122...센서통신 모듈B
123...제어부 124...신호변환부
125...경계설정부 126...검지상태구간 설정부
127...데이터추출부 130...메인서버
131...무선통신 모듈 132...연산부

Claims

차량이 소통하는 도로상의 교통상황 정보를 수집하는 교통상황 정보수집 시스템으로서,
상기 차량을 감지하는 지자기 센서를 포함하는 다중센서 모듈(111)과, 상기 다중센서 모듈(111)을 통해 감지된 상기 차량에 대한 센서출력 신호를 전송하는 센서통신 모듈A(112)를 포함하는 센서노드(110);
상기 센서출력 신호를 수신하는 센서통신 모듈B(122)와, N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라 상기 센서출력 신호 중 상기 차량에 대한 유효데이터를 추출하는 제어부(123) 및, 상기 유효데이터를 전송하는 복합무선통신 모듈(121)을 포함하는 게이트웨이(120); 및
상기 유효데이터를 수신하는 무선통신 모듈(131)과, 상기 유효데이터를 기초로 하여 차량대수, 차종, 차량속도 및 차량진행 방향에 관한 교통상황 정보로 가공하는 연산부(132) 및, 상기 교통상황 정보를 실시간으로 화면에 현시하는 출력부(133)를 포함하는 메인서버(130);를 포함하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 센서통신 모듈A(112)와 상기 센서통신 모듈B(122)는, 상호 근거리 무선통신을 이용하여 상기 센서출력 신호를 송·수신하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 복합무선통신 모듈(121)과 상기 무선통신 모듈은, 상호 광대역 무선통신을 이용하여 상기 유효데이터를 송·수신하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 다중센서 모듈(111)은,
상기 지자기 센서와,
상기 지자기 센서의 검지 환경에 따른 검지값 오차를 보상하는 보조 센서 및,
상기 지자기 센서의 위치 및 자세 변화를 보상하는 보정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 보조 센서는, 온도 센서, 습도 센서, 진동 센서 중 하나 이상의 센서를 포함하며,
상기 보정 센서는, 경사 센서, 회전 센서 중 하나 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 센서노드(110)에 포함되는 다중센서모듈(111), 센서통신 모듈A(112) 및 전원모듈(113)은 센서케이스(114) 내부에 수용되어 상기 도로의 지하에 매설되며,
상기 센서케이스(114)는 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스본체(115)와 상기 케이스본체(115)의 상부를 개폐하는 덮개(116)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 센서 케이스본체(115)의 수용 공간에는 상기 전원모듈(113)이 배치되고,
상기 다중센서모듈(111)과 센서통신 모듈A(12)는 상기 덮개(116) 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 덮개(116)의 상면에는 차량 진행의 정방향 또는 역방향을 기준으로 하여 상기 다중센서모듈(111)이 배치되고, 상기 센서케이스(114)가 매설되도록 방향이 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 1항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부(123)는,
상기 센서통신 모듈B(122)에 수신된 상기 센서출력 신호를 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링(Sampling)하여 신호변환(Analog to Digital Conversion)하는 신호변환부(220)와,
상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit)과 하위경계값(Lower Limit)을 설정하여, 상기 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호와 In 신호로 구분하는 경계값 설정부(230)와,
N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정하는 검지상태구간 설정부(240) 및
상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정부(240)에 의해 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하는 데이터추출부(250)를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 9항에 있어서,
상기 신호변환부(220)는,
상기 샘플링 주파수를 상기 센서노드(110)부터 수신되는 센서출력 신호의 최대 대역폭의 두 배가 되도록 증폭하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 9항에 있어서,
상기 경계값 설정부(230)는,
아래의 [수학식]과 같이, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 상시 지자기센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV : Mean Value)을 기준으로 하여, 각각 +3σ 및 -3σ의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
[수학식]
상위경계값(UL) = MV + 3σ
하위경계값(LL) = MV - 3σ
제 11항에 있어서,
상기 경계값 설정부(230)는,
상기 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV)를 아래의 [수학식]에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
[수학식]
y(1) = x(1)
y(2) = y(1)/2 + x(2)/2
y(3) = y(2)*2/3 + x(3)*1/3
......
y(n) = y(n-1)*(n-1)/n + x(n)/n
MV = y(n)
또는, MV = (x(1) + x(2) + ... + x(n))/n
(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n-1)은 상기 MV를 산출하기 위한 n-1번째 저장된 값)
제 11항에 있어서,
상기 경계값 설정부(230)는,
상기 3σ값을 아래의 [수학식]에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템시스템.
[수학식]
z(1)= x(1)*x(1)
z(2)= z(1) + x(2)*x(2)
z(3) = z(2) + x(3)*x(3)
......
z(n) = z(n-1) + x(n)*x(n)
var(x) = z(n)/n - y(n)*y(n) → variance
σ = SQRT(var(x))
3σ = 3(SQRT(var(x)))
(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n-1)은 상기 MV를 산출하기 위한 n-1번째 저장된 값, z(n)은 상기 σ를 산출하기 위한 n번째 임의의 상수)
제 9항에 있어서,
상기 검지상태구간 설정부(240)는,
상기 N값은 4로, 상기 M값은 7로 설정(N = 4, M = 7)하여,
4개의 대기상태(I1, I2, I3, I4)와 7개의 검지상태(D1, D2, D3, D4, D5, D6 및 D7)를 갖는 4 Out 7 In FSA 방식에 따라 검지상태 또는 대기상태가 상태전이하는 알고리즘을 적용하여 검지상태구간을 설정하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 검지상태구간 설정부(240)는,
상기 4 Out 7 In FSA 방식에 따라 검지상태 또는 대기상태가 상태전이하는 알고리즘을 적용된 아래의 [표 2]와 같은 이벤트 테이블에 의해 상기 검지상태구간을 설정하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템. State 센서출력 신호 Event O (Out) I (In)
I1

I2
I1
I2

I3
I1
I3

I4
I1
I4

D7
I1
D7

D7
D6
D6

D7
D5
D5

D6
D4
D4

D5
D3
D3

D4
D2
D2

D3
D1
D1

D2
I1

(여기서, I1 내지 I4는 대기상태, D1 내지 D7은 검지상태를 의미함 )
제 9항에 있어서,
상기 제어부(250)는,
상기 지자기센서에 감지된 센서출력 신호 중 상기 유효데이터의 점유시간(Ot)은, 아래의 수학식과 같이 상기 검지상태(D1 내지 D7)에 머문 횟수에서 상기 신호변환부(220)에 의해 신호변환된 초당 샘플링 횟수를 나눈 값으로 추출하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
[수학식]
점유시간(Ot) = 검지상태에 머문 횟수 / 초당 샘플링 수
제 9항에 있어서,
상기 게이트웨이(120)의 제어부(123)는,
일정간격(Gd)으로 이격되어 설치된 센서노드(A)와 센서노드(B)의 센서출력 신호를 통해, 아래의 [수학식]을 이용하여 상기 센서노드(A) 및 센서노드(B)를 통과하는 차량의 속도(V), 차량의 길이(L) 및 점유율(t)을 연산하는 것을 특징으로 하는 교통상황 정보수집 시스템.
[수학식]
차량속도(V) = Gd/Gn/S
차량길이(L) = V*(Tn/s - Gd)
점유율(t) = On/S
S = Sampling rate/second