KR101202698B1 - 신호의 주파수 산출방법과 이를 이용한 루프검지기 점검장치 - Google Patents

신호의 주파수 산출방법과 이를 이용한 루프검지기 점검장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 루프코일로부터 발생되는 루프코일 신호를 감지하여 고안된 기준주파수 검출알고리즘을 적용시켜 타 채널의 간섭으로 인해 발생되는 잡음을 효과적으로 제거함으로써 주파수를 정확하게 산출하도록 하는 주파수 산출방법과, 상기 주파수 산출방법을 이용하여 산출된 주파수의 변화를 통해 차량속도를 검출하여 검출된 차량속도를 루프검지기에서 산출된 차량속도에 비교함으로써 루프검지기의 성능을 효율적으로 점검할 수 있는 루프검지기 점검장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

신호의 주파수 산출방법과 이를 이용한 루프검지기 점검장치{Frequency caculation method and checking apparatus for loop detector therewith}
본 발명은 신호의 주파수 산출방법과 이를 이용한 루프검지기 점검장치에 관한 것으로서, 상세하게는 루프코일로부터 발생되는 루프코일 신호를 디지털신호로 변환한 후 디지털 신호를 기 설정된 주기를 갖는 복수개의 신호들로 분할한 후 각 분할된 신호의 기 설정된 제1 경과시간과 제2 경과시간 사이의 데이터만을 이용하여 주파수를 산출함으로써 타 채널의 신호 및 자장신호 수집으로 인해 발생되는 잡음(Noise)을 효과적으로 제거하여 신호의 주파수 산출이 정확하게 검출되도록 하는 주파수 산출방법과, 이를 이용하여 루프코일의 종류, 상태 및 차량단속부의 속도산출의 정상여부를 정확하게 점검하도록 하는 루프검지기 점검장치에 관한 것이다.
차량 수 및 도로 보급률이 증가됨에 따라 속도위반차량의 수가 증가하였고, 이러한 속도위반 주행은 자신뿐만 아니라 타인의 인명에도 직결되는 교통사고로 이어지기 때문에 속도위반 차량을 단속하기 위한 다양한 방법 및 구성의 속도위반 단속기, 특히 무인으로 속도위반차량을 24시간 단속할 수 있는 무인속도위반 단속기가 도로에 설치되어 사용되고 있다.
이러한 무인속도위반 단속기는 산출된 차량속도를 기 설정된 제한속도에 비교하여 속도위반차량을 검출하며, 산출된 차량속도 및 증거영상을 근거로 속도위반차량에게 과태료를 부가하기 때문에 무인속도위반 단속기의 오동작 및 고장은 곧바로 민원에 직결된다. 이에 따라 무인속도위반 단속기를 정상적으로 사용하기 위해서는 사전에 오동작 및 고장을 점검하며, 오동작 및 고장 원인을 신속하게 제거하는 정기적인 점검 및 관리가 필수적으로 지원되어야 한다.
특히 무인속도위반 단속기들 중 가장 널리 사용되는 루프검지기는 도로에 매립되어 설치되기 때문에 도로파손, 외부충격, 타이어 접촉 및 이물질 축적 등으로 인해 장비의 노후화 및 고장이 가장 빈번하게 발생됨으로써 이러한 루프검지기에 대한 정기적인 점검은 더욱 필수적으로 지원되어야 한다.
그러나 종래의 루프검지기 점검방식은 루프검지기의 성능을 결정하는 속도산출의 정확도를 점검하기 보다는 주로 장비의 가동상태, 통신상태 등의 기능적 점검 또는 제어기 내부의 청결유지업무 또는 오실로스코프 및 LRC_Meter를 이용하여 단순히 루프코일의 단선여부만을 확인하는 수준의 수동적인 점검 방식으로만 이루어져 왔기 때문에 루프검지기의 고장을 정확하게 판단할 수 없었으며, 이에 따라 고장여부를 민원이 발생된 후에야 인지하게 되는 문제점이 발생된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 민원 및 사고발생 전 루프검지기의 성능을 점검하기 위한 루프검지기에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
도 1은 등록특허 제 10-0478000호에 개시된 루프검지기 점검장치를 나타내는 블록도이다.
도 1의 루프검지기 점검장치(이하 종래기술이라고 하기로 함)(100)는 지중에 매설된 루프코일에서 발생된 자기장을 비접촉식으로 검출하며 검출된 자기장에 상응하는 교류 신호를 출력하는 센서부(101)와, 센서부(101)의 교류 신호를 증폭하며 그 신호의 주파수와 세기를 검출하기 위한 신호 처리를 수행하는 아날로그부(103)와, 아날로그부(103)의 출력 신호를 처리하여 센서부(101)가 검출한 교류 신호의 주파수와 세기를 디지털 신호로 변환하며 소정 알고리즘에 따라서 비교ㆍ연산을 수행하는 디지털부(105)와, 디지털부(105)의 출력 신호를 사용자가 인식할 수 있도록 표시하는 사용자 인터페이스부(107)로 구성된다.
이때 디지털부(105)에서 디지털 신호를 기반으로 루프검지기를 검사하기 위해 사용되는 비교ㆍ연산 알고리즘은 루프 검지기의 검지 영역에 차량이 존재하는 상태(이하 온 상태)와 존재하지 않는 상태(이하 오프 상태) 각각에 대하여, 루프 코일에서 생성된 자기장을 검지하고 이에 상응하는 교류 신호의 주파수와 세기를 산출한다.
또한 비교ㆍ연산 알고리즘은 온 상태에서 얻은 주파수와 오프 상태에서 얻은 주파수가 모두 0(즉, 자기장이 검출되지 않음)인지 여부를 판단하며, 만약 온, 오프 상태 모두에서의 주파수가 0이면 루프 검지기의 루프 코일이 단선되었거나 검지기보드가 불량인 것으로 판단한다.
또한 비교ㆍ연산 알고리즘은 온 상태에서 얻은 신호의 크기가 소정의 제1 비교값보다 작거나, 오프 상태에서 얻은 신호의 크기가 소정의 제2 비교값보다 작은지 여부를 판단하며, 만약 온 상태에서 얻은 신호의 크기가 제1 비교값보다 작거나, 오프 상태에서 얻은 신호의 크기가 제2 비교값보다 작으면, 루프 검지기의 검지 기능에 이상이 있는 것으로 판단한다.
또한 비교ㆍ연산 알고리즘은 온 상태에서 얻은 주파수와 오프 상태에서 얻은 주파수간 차이값을 계산하고, 이 차이값이 소정의 제3 비교값보다 작은지 여부를 판단하며, 만약 이 차이값이 상기 제3 비교값보다 작으면 루프 검지기가 차량의 존재 여부를 검지할 수 없는 상태에 있다고 판단하고, 루프 검지기의 민감도를 재설정하기 위한 차이값을 산출한다.
이와 같이 종래기술(100)은 비교ㆍ연산 알고리즘을 이용하여 루프코일 및 루프검지기의 상태를 판단함으로써 간단한 과정을 통해 루프검지기의 상태를 사전에 미리 점검할 수 있는 장점을 가진다.
그러나 종래기술(100)은 단순히 감지된 자기장을 이용하여 차량이 존재할 때 또는 존재하지 않을 때의 주파수와 크기를 산출하는 것이기 때문에 신호잡음비(SNR : Signal to Noise)가 큰 루프코일의 특성을 전혀 감안하지 않았으며, 이에 따라 실제로 산출되는 교류신호의 주파수와 크기는 잡음에 의해 정확도가 떨어지는 문제점을 갖게 된다.
또한 종래기술(100)은 산출된 교류신호가 잡음에 의해 영향을 많이 받기 때문에 현장에 실제로 적용될 경우 정상적으로 동작되고 있는 루프검지기 및 루프코일을 비정상적인 상태라고 잘못 판단하는 경우가 빈번하게 발생하게 된다.
또한 종래기술(100)은 루프코일에서 발생되는 교류신호가 통상적으로 연속루프 형태와 불연속 루프형태인지에 상관없이 동작되기 때문에 교류신호의 검출률은 더욱 떨어지게 된다.
또한 종래기술(100)은 루프검지기의 제1 목적인 속도산출을 점검하기 위한 방법 및 장치가 전혀 개시되지 않아 점검장비로서의 효율성이 떨어지게 된다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 수집된 루프코일 신호를 디지털 전압신호로 변조시킨 후 변조된 디지털 전압신호를 기 설정된 주기에 따라 복수개의 신호들로 분할시키며, 분할된 각 신호의 기 설정된 제1 경과시간과 제2 경과시간 사이의 유효데이터를 기반으로 주파수를 산출함으로써 타 채널의 신호 및 자장신호 수집들로 인해 발생되는 잡음을 효과적으로 제거하는 주파수 산출방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결수단은 간단한 알고리즘을 통해 차량 통과에 따른 신호의 주파수 변위를 기반으로 차량속도를 산출하여 루프검지기가 산출한 차량속도에 비교함으로써 루프검지기가 정상적으로 동작하는지를 정확하게 점검할 수 있는 루프검지기 점검장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결수단은 감지된 신호의 연속성을 기반으로 루프검지기의 종류를 판단하면 루프검지기의 단말기 ID값과 판단된 종류정보를 저장하여 이후 점검 시 판단된 루프검지기 종류가 기 저장된 종류정보에 일치하지 않는 경우 루프검지기에 고장 및 오동작이 발생되는 것으로 판단함으로써 점검의 신뢰도를 증가시키는 루프검지기 점검장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결수단은 주기적으로 루프검지기의 기준주파수값을 측정하고, 측정된 기준주파수 값이 단속 장치의 상태를 정상이라고 판단할 수 있는 범위인 기준오차범위에 포함되는지를 판단함으로써 사고 전 조치가 가능한 루프검지기 점검장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 루프코일로부터 발생되는 루프코일 신호의 잡음(Noise)을 효율적으로 제거하여 상기 루프코일 신호의 주파수 검출율을 증가시키는 주파수 산출방법에 있어서: 상기 루프코일 신호를 디지털 전압신호로 변조시키는 변조단계; 상기 디지털 전압신호를 기 설정된 주기(C)에 따라 복수개의 신호들로 분할하며, 분할된 신호들에 대해서 기 설정된 설정값(TH) 미만의 신호잡음비(SNR:Signal to Noise)를 갖는 제1 경과시간(t1)과 제2 경과시간(t2) 사이의 데이터만 유효데이터로 보존하는 신호변환단계; 상기 신호변환단계를 통해 변환된 신호들의 Pulse 개수를 산출하는 Pulse 산출단계; 상기 Pulse 개수를 상기 주기(C)로 나누어 상기 루프코일 신호의 주파수를 산출하는 주파수 산출단계를 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 주파수들을 기 설정된 설정개수만큼 누적시킨 후 누적된 상기 주파수들 중 최빈수(Mode)를 검출하여 검출된 상기 최빈수를 상기 루프코일 신호의 주파수로 결정하는 검출단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 주기는 1900㎲이상 2100㎲이하로, 상기 제1 경과시간은 100㎲이상 100.5㎲이하로, 상기 제2 경과시간은 700㎲이상 700.5㎲이하로 설정되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 해결수단은 도로에 매립되어 차량통과에 따라 루프코일 신호를 발생시키는 루프코일들과, 상기 루프코일 신호를 통해 주행차량의 속도를 산출하는 차량단속부를 포함하는 루프검지기를 점검하는 루프검지기 제어장치에 있어서: 상기 루프코일 신호를 수집하는 자료수집 검지부; 수집된 루프코일 신호를 디지털 전압신호로 변조시키는 신호변조모듈; 변조된 디지털 전압신호를 기 설정된 주기(C)에 따라 복수개의 신호들로 분할하며, 분할된 신호들에 대해서 신호잡음비(SNR:Signal to Noise)가 기 설정된 설정값(TH) 미만의 값을 갖는 제1 경과시간(t1)과 제2 경과시간(t2) 사이의 데이터만을 이용하여 상기 루프코일 신호의 주파수를 산출하는 주파수 산출모듈을 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 루프검지기 점검장치는 산출된 주파수들을 기 설정된 개수만큼 누적시킨 후 누적된 주파수들 중 최빈수(Mode)를 기준주파수로 결정하는 기준주파수 검출모듈; 상기 기준주파수를 기 저장된 기준주파수에 비교하여 상기 루프코일이 정상적으로 동작되는지를 판단하는 상태판단모듈을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 주파수산출모듈에서 산출된 주파수의 변위를 통해 주행차량의 속도(v1)를 산출하는 속도산출모듈과, 상기 속도산출모듈에서 산출된 상기 속도(v1)와 상기 차량단속부로부터 전송받은 속도(v2)의 차이값이 기 설정된 값 이상이면 상기 차량단속부의 속도산출이 정상적으로 동작되지 않는다고 판단하는 비교 및 판단모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 신호변조모듈에 의해 변조된 상기 디지털 전압신호의 멀티바이브레이터(Multivibrator) 출력이 기 설정된 시간 이상동안 'High'를 유지하면 상기 루프코일의 종류를 연속루프형태의 신호를 발생시키는 연속루프코일로 판단하며, 상기 멀티바이브레이터(Multivibrator) 출력이 상기 기 설정된 시간 이상동안 상기 'High'를 유지하지 않으면 상기 루프코일의 종류를 불연속루프형태의 신호를 발생시키는 불연속루프코일로 판단하는 종류판단모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 루프검지기들 각각의 종류정보 및 기준주파수들이 최초 산출되면 산출된 루프검지기의 단말기 ID값과, 산출된 종류정보 및 기준주파수들을 저장하여 이후 장비점검 시 산출된 기준주파수 및 종류정보를 기 저장된 종류정보 및 기준주파수들에 비교함으로써 간단한 방법으로 루프검지기의 고장 및 오동작을 판단할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따르면 감지된 신호에 따른 주파수의 연속성을 통해 루프검지기의 종류를 판단함으로써 루프코일의 종류 및 상태를 판단할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따르면 변조된 디지털 전압신호를 기 설정된 주기를 갖는 복수개의 신호들로 분할한 후 각 신호의 제1 경과시간과 제2 경과시간 사이의 데이터만을 이용하여 신호의 주파수를 검출함으로써 잡음(Noise)으로 인한 오류를 최소화 시킨다.
또한 본 발명에 따르면 검출된 주파수들을 기 설정된 누적개수만큼 누적시킨 후 누적된 값들 중 최빈수(Mode)를 기준주파수로 검출함으로써 기준주파수의 검출율이 증가하게 되고, 검출된 기준주파수를 기 설정된 기준주파수에 비교함으로써 루프코일의 상태를 더욱 정확하게 판단할 수 있게 된다.
도 1은 등록특허 제 10-0478000호에 개시된 루프검지기 검사장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예가 적용되는 속도위반 단속기 점검 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 기준주파수 검출알고리즘의 동작과정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 4는 도 3의 기준주파수 검출알고리즘의 단계 40을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 4의 과정을 통해 변환된 신호를 나타내는 예시도이다.
도 6은 도 2의 루프검지기 점검장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 종류판단모듈의 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 시험결과를 나타내는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예가 적용되는 속도위반 단속 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2의 속도위반 단속 시스템(1)은 도로(9)에 서로 이격되게 매립되는 루프코일(8), (8')들과 차량(C) 주행에 따라 루프코일(8), (8')들에서 발생되는 루프코일 신호를 감지하여 주행차량(C)의 속도를 산출하여 산출된 속도를 통해 주행차량(C)이 속도위반차량인지를 판단하는 차량단속부(7)로 구성되는 루프검지기(6)와, 차량단속부(7)로부터 트리거(Trigger) 신호를 전송받아 속도위반차량을 촬영하여 영상정보를 획득하는 카메라(5)와, 루프코일(8), (8')들에서 발생되는 루프코일 신호를 기반으로 루프코일(8), (8')들의 상태 및 차량단속부(7)의 속도산출 상태를 점검하는 본 발명의 일실시예인 루프검지기 점검장치(3)로 이루어진다.
루프검지기(6)는 도로(9)에 매립되어 서로 이격되게 설치되는 루프코일(8), (8')들과, 루프코일(8), (8')들의 루프코일 신호를 기반으로 주행차량(C)의 속도를 산출하여 주행차량(C)이 위반차량인지를 판단하는 차량단속부(7)로 구성된다.
이때 루프코일(8)은 도로(9) 상의 차량 주행 방향으로 전방에 설치되고, 루프코일(8')은 루프코일(8)로부터 차량이 주행하는 방향으로 이격되게 설치된다.
차량단속부(7)는 루프코일(8), (8')들에서 발생되는 루프코일 신호를 이용하여 통과차량의 속도를 산출하며, 산출된 차량속도가 기 설정된 제한속도 이상이면 주행차량을 속도위반차량으로 판단한다.
또한 차량단속부(7)는 주행차량(C)을 속도위반차량으로 판단하면 카메라(5)를 구동시키기 위한 트리거(Trigger) 신호를 생성하여 카메라(5)로 전송한다.
이때 차량단속부(7)의 루프코일(8), (8')들의 루프코일 신호를 이용한 주행차량의 속도산출방법과, 위반차량 판단방법들은 루프검지기에서 통상적으로 사용되는 기술 및 방법이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한 차량단속부(7)는 카메라(5)로부터 속도위반차량에 대한 영상을 전송받으면 전송받은 영상정보와 속도위반차량의 속도정보를 매칭시켜 지방경찰청 등과 같은 외부의 관제센터로 전송한다.
루프검지기 점검장치(3)는 본 발명의 일실시예이며, 루프코일(8), (8')들에 비접촉 되게 설치되어 루프코일(8), (8')들에서 발생되는 루프코일 신호를 수집하는 자료수집 검지부(미도시)를 포함하며, 자료수집 검지부로부터 수집된 데이터들을 기반으로 루프코일(8), (8')들의 상태가 정상인지를 또는 차량단속부(7)의 속도산출이 정상인지를 판단하는 인텔리전트 단말기(Intelligent terminal)이다. 이때 루프루프검지기 점검장치(3)는 차량단속부(7)와 유무선 통신, 바람직하게는 케이블로 연결됨으로써 데이터 송수신이 가능하도록 한다.
자료수집 검지부는 차량단속부(7)가 차량속도를 산출하는데 방해되지 않도록 루프코일(8), (8')들에 비접촉으로 설치된다.
또한 자료수집 검지부는 루프코일(8), (8')들에서 발생되는 루프코일 신호를 감지하며, 공지된 CT(Current Transformer) 및 공지된 증폭회로를 포함하여 감지된 루프코일 신호를 전류신호로 변환한다. 이때 루프검지기 점검장치(3)는 변환된 전류신호를 기반으로 루프코일(8), (8')들의 상태 및 차량단속부(7)의 속도산출들이 정상적으로 동작되고 있는지를 판단한다.
또한 루프검지기 점검장치(3)는 자료수집 검지부로부터 전류신호를 입력받으면, 입력된 전류신호에 후술되는 도 3의 기준주파수 검출알고리즘을 적용시켜 루프코일(8), (8')들 각각의 기준주파수를 산출한다.
또한 루프검지기 점검장치(3)는 산출된 기준주파수를 통해 루프코일(8), (8')들의 종류 및 상태를 판단한다. 이때 상기 종류는 루프코일(8)의 신호형태가 연속 루프형태인지 또는 불연속 루프형태인지를 나타내는 정보로 정의되고, 상기 상태는 루프코일이 정상적으로 동작하는지를 나타내는 정보로 정의된다.
또한 루프검지기 점검장치(3)는 산출된 기준주파수들의 변화량을 기반으로 차량의 주행을 감지하며, 공지된 루프검지기(6)의 차량속도산출 방법에 따라 차량속도(v1)를 산출한다.
또한 루프검지기 점검장치(3)는 차량속도(v1)를 산출하면 차량단속부(7)로부터 차량단속부(7)에서 산출된 차량속도(v2) 데이터를 자동으로 전송받으며, 산출한 차량속도(v1)와 전송받은 차량속도(v2)를 비교한다. 이때 루프검지기 점검장치(3)는 만약 두 데이터(v1), (v2)들의 차이값이 기 설정된 설정값 이상이면 차량단속부(7)의 차량속도산출에 오류가 발생되었다고 판단하며, 차이값이 설정값 미만이면 차량단속부(7)의 차량속도산출이 정상적으로 동작되고 있다고 판단한다.
도 3은 본 발명에 적용되는 기준주파수 검출알고리즘의 동작과정을 설명하기 위한 플로차트이다.
기준주파수 검출알고리즘은 자료수집 검지부에서 수집된 아날로그 전류신호를 신호잡음비가 적은 디지털 신호로 변조시키며, 변조된 디지털 신호의 잡음의 영향을 많이 받는 영역들을 제외시킴으로써 신호의 주파수를 정확하게 산출되도록 하기 위한 알고리즘이다.
도 3을 참조하여 살펴보면 기준주파수 검출알고리즘은 루프코일(8), (8')들로부터 발생되는 자장신호를 수집하며(S10), CT 검지기(Current Transformer)와 증폭회로를 통해 단계 10(S10)을 통해 수집된 자장신호를 잡음이 제거된 전류신호로 변환한다(S20).
단계 20(S20)을 통해 변환된 아날로그 전류신호를 레벨시프트(level shift) 및 클램프(Clamp) 회를 이용하여 디지털 전압신호로 변조시킨다. 이때 본 발명의 일실시예인 루프검지기 점검장치(3)는 변조된 디지털 전압신호의 멀티바이브레이터(Multivibrator) 출력을 통해 루프코일(8), (8')들의 종류정보를 검출하며, 이에 대한 상세한 설명은 후술되는 도 6에서 상세하게 설명하기로 한다(S30).
도 4는 도 3의 기준주파수 검출알고리즘의 단계 40을 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 도 4의 과정을 통해 변환된 신호를 나타내는 예시도이다.
일반적으로 루프코일(8), (8')들로부터 발생되는 신호는 타 채널 신호의 간섭 및 루프코일의 특성 상 잡음의 영향을 많이 받게 된다.
도 4와 5를 참조하여 살펴보면 신호잡음비(SNR : Signal to Noise)가 기 설정된 설정값(TH, Threshold) 이상의 값을 갖는 영역을 살펴보면 제1 경과시간(t1)과 제2 경과시간(t2) 사이의 신호잡음비(SNR)가 설정값(TH) 보다 작은 것을 알 수 있다. 이때 카운팅주기(C)는 1900㎲ ~ 2100㎲로, 상기 제1 경과시간은 100㎲ ~ 100.5㎲로, 상기 제2 경과시간은 700㎲ ~ 700.5㎲로 설정되는 것이 바람직하다.
즉 도 4에 도시된 바와 같이 기준주파수 검출알고리즘은 단계 30(S30)을 통해 입력된 디지털 전압신호의 100.2 ~ 700.2㎲에만 유효데이터를 저장한 불연속 신호형태(70)로 변환함으로써 타 채널 신호들의 간섭 및 신호수집으로 인해 발생되는 잡음들을 효율적으로 제거할 수 있게 된다.
이와 같이 단계 30(S30)을 통해 변조된 디지털 전압신호를 기 설정된 카운팅주기(C)를 갖는 복수개의 신호(70)들로 분할시키며, 분할된 각각의 신호에 대해 최초 0 ~ 기 설정된 제1 경과시간(t1) 사이에는 카운팅 값을 '0'으로 리셋(Reset) 시키는 Reset 데이터(71)와 Null(73)값들을, 기 설정된 제2 경과시간(t2) ~ 최종시간 사이에는 널(Null) 값(75)을 저장한다. 즉 입력된 디지털 전압신호의 제1 경과시간(t1) ~ 제2 경과시간(t2) 사이에만 유효데이터만을 보존한 불연속 신호형태로 변환함으로써 타 채널 신호들의 간섭 및 신호수집으로 인해 발생되는 잡음들의 영향이 큰 최초시간에서 제1 경과시간(t1) 사이와 제2 경과시간(t2)에서 최종시간 사이의 신호를 Null값 및 Reset 데이터로 대체시킴으로써 신호의 주파수가 정확하게 산출하게 된다(S40).
단계 40(S40)을 통해 변환된 불연속 신호형태의 신호(70)를 기반으로 주기(2ms) 내에 Pulse(신호) 개수를 카운팅한다(S50).
단계 50(S50)을 통해 산출된 Pulse 개수와 주기(2ms)를 이용하여 주파수(f)를 산출한다. 이때 주파수(f)는 Pulse 개수에 주기를 나눔으로써 산출된다(S60).
단계 60을 통해 산출된 주파수(f)들을 대략 90 ~ 110개씩 누적시켜 샘플 데이터(Sample data)를 생성한다(S70).
단계 70(S70)을 통해 생성된 샘플 데이터를 분석하여 샘플 데이터의 최빈수(Mode)를 검출하며, 검출된 최빈수를 루프코일의 기준주파수(1)로 결정한다(S80).
이와 같이 기준주파수 검출알고리즘을 통해 기준주파수(1)가 결정되면 루프검지기 점검장치(3)는 기 설정된 기준주파수(2)와 결정된 기준주파수(1)를 비교하여 루프코일의 상태를 판단하며, 단계 60(S60)을 통해 산출되는 주파수(f)들의 변화량을 기반으로 차량통과를 감지하여 주행차량(C)의 차량속도(v1)를 산출하며, 산출된 차량속도(v1)를 차량단속부(7)로부터 전송받은 차량속도(v2)에 비교하여 차량단속부(7)의 속도산출이 정상적으로 동작되고 있는지를 판단한다.
도 6은 도 2의 루프검지기 점검장치를 나타내는 블록도이다.
루프검지기 점검장치(3)는 루프코일(8), (8')들에서 발생되는 루프코일 신호를 수집하여 수집된 루프코일 신호를 전류신호로 변환시키는 자료수집 검지부(38)와, 루프검지기(6) 및 외부와 데이터를 송수신하는 통신부(39)와, 데이터들이 저장되는 데이터베이스부(33)와, 자료수집 검지부(38)로부터 입력되는 전류신호를 잡음제거 및 변조시킨 후 후술되는 도 3의 기준주파수 검출알고리즘에 적용시켜 루프코일(8), (8')들의 종류 및 동작상태, 기 설정된 주기 당 Pulse(신호) 개수를 카운팅(Counting)하는 제어관리부(35)와, 제어관리부(35)를 통해 전송받은 카운팅 값을 통해 차량속도를 산출하여 산출된 차량속도(v1)를 차량단속부(7)에서 산출된 차량속도(v2)에 비교함으로써 차량단속부(7)의 차량속도산출이 정상적으로 동작되는지를 판단하는 점검관리부(37)와, 이들 제어대상(33), (35), (37), (38), (39)들을 제어 및 관리하는 제어부(31)로 이루어진다.
제어부(31)는 루프검지기 점검장치(3)의 O.S(Operating system)이며, 제어대상(33), (35), (37), (38), (39)들을 제어한다.
또한 제어부(31)는 주기적으로 자료수집 검지부(38) 및 통신부(39)를 크롤링(Crawling)하여 자료수집 검지부(38) 및 통신부(39)를 통해 수신된 데이터들을 수집하며, 자료수집 검지부(38)로부터 전류신호를 입력받으면 입력받은 전류신호를 제어관리부(35)로 전송한다.
또한 제어부(31)는 제어관리부(35)에서 측정되는 일정 주기 당 감지신호의 Pulse(신호) 개수 및 주기값을 산출하면 산출된 Pulse(신호) 개수 및 주기값을 점검관리부(37)로 입력시킨다.
또한 제어부(31)는 점검관리부(37)에서 차량속도(v1)를 산출하면 통신부(39)를 제어하여 루프검지기(6)에서 산출된 차량속도(v2)를 입력받으며, 입력받은 차량속도(v2)를 점검관리부(37)로 입력시켜 점검관리부(37)가 차량속도(v1), (v2)들을 비교하도록 한다.
자료수집 검지부(38)는 루프코일(8), (8')들에서 발생되는 자장신호를 수집하여 수집된 자장신호를 전류신호로 변조시키며, 변조된 전류신호를 제어부(31)의 제어에 따라 제어관리부(35)로 입력한다.
또한 자료수집 검지부(38)는 전술하였던 바와 같이 수집된 루프코일 신호를 전류신호로 변조시키는 CT(Current Transformer) 모듈과, 변환된 전류신호를 증폭시켜 잡음(Noise)을 제거하는 증폭회로를 포함한다.
데이터베이스부(33)에는 단말기 ID값에 따른 루프검지기(6)의 종류정보들이 기 설정되어 저장된다. 이에 따라 루프검지기 점검장치(3)는 루프검지기(6)의 차량단속부(7)로부터 단말기 ID값을 전송받으면 전송받은 단말기 ID값에 따른 종류정보를 인식할 수 있게 된다.
또한 데이터베이스부(33)에는 제어관리부(35)에서 검출된 종류정보와, 점검관리부(37)에서 산출된 기준주파수와, 점검관리부(37)에서 산출된 차량속도(v1)가 저장된다.
제어관리부(35)는 자료수집 검지부(38)로부터 입력받은 전류신호를 디지털 전압신호로 변조시키는 신호변조모듈(351)과, 신호변조모듈(351)에 의해 변조된 디지털 전압신호의 Multvibrator의 'High'출력이 기 설정된 설정시간 이상인지에 따라 루프검지기(6)의 종류정보를 판단하는 종류판단모듈(353)과, 데이터베이스부(33)를 탐색하여 루프검지기(6)로부터 전송받은 단말기 ID값과 동일한 단말기 ID값과 이에 매칭된 종류정보를 데이터베이스부(33)로부터 독출하는 데이터독출모듈(355)과, 종류판단모듈(353)에서 판단된 종류정보가 데이터독출모듈(355)에서 독출된 종류정보가 일치하는지에 따라 루프코일(8), (8')들의 상태가 정상인지를 판단하는 제1상태판단모듈(357)과, 디지털 전압신호에 후술되는 도 3의 기준주파수 검출알고리즘을 적용시켜 타 신호의 간섭으로 인한 잡음을 제거시키는 신호형태변환모듈(359)로 이루어진다.
신호변조모듈(351)은 공지된 증폭기와 인버터(Inverter)를 포함하여 자료수집 검지부(38)로부터 전송받은 미약한 전류신호를 광대한 디지털 전압신호로 변조시킨다. 이때 신호변조모듈(351)은 레벨-시프트(Level-shift)와 클램프(Clamp) 회로를 이용하여 디지털 신호의 잡음을 제거한다.
도 7은 도 6의 종류판단모듈의 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
종류판단모듈(353)은 도 5에 도시된 바와 같이 신호변조모듈(351)에 의해 변조된 디지털 전압신호(60)의 멀티바이브레이터(Multivibrator) 출력(61)이 기 설정된 설정시간 이상 High'를 유지하면 루프검지기(6)의 종류를 연속 루프검지기로 판단하며, 멀티바이브레이터(Multivibrator) 출력(51)이 기 설정된 설정시간 이상 'High'를 유지하지 못하면('High'와 'Low'를 반복하면) 루프검지기(6)의 종류를 불연속 루프검지기로 판단한다.
또한 종류판단모듈(353)에 의해 검출된 종류정보는 제어부(31)의 제어에 따라 데이터베이스부(33)에 저장되며, 제1 상태판단모듈(359)로 입력된다.
데이터독출모듈(355)은 루프검지기(6)의 차량단속부(7)로부터 단말기ID값을 전송받으면 데이터베이스부(33)를 탐색하여 전송받은 단말기ID값과 동일한 값을 갖는 단말기ID값과 이에 매칭되는 종류정보(i2)를 데이터베이스부(33)로부터 독출한다. 이때 독출된 종류정보(i2)는 제1 상태판단모듈(357)로 입력된다.
제1 상태판단모듈(357)은 종류판단모듈(353)로부터 입력된 종류정보(i1)와 데이터독출모듈(355)에 의해 독출된 종류정보(i2)가 동일한 값인지를 비교하며, 만약 입력된 종류정보(i1), (i2)들이 동일한 값이면 루프코일(8), (8')들의 상태가 '정상'이라고 판단하며, 만약 입력된 종류정부(i1), (i2)들이 동일하지 않으면 단선 및 누락 등으로 인해 루프코일(8), (8')들의 상태를 '비정상'이라고 판단한다.
또한 제1 상태판단모듈(357)은 루프코일(8), (8')들의 상태정보를 검출하면 검출된 상태정보를 제어부(31)로 전송하고, 제어부(31)는 제1 상태판단모듈(357)로부터 '정상' 상태정보를 입력받으면 신호변조모듈(351)에 의해 변조된 디지털 전압신호를 신호형태변환모듈(359)로 입력시킨다.
신호형태변환모듈(359)은 입력된 디지털 전압신호에 기 설정된 기준주파수 검출알고리즘을 적용시켜 디지털 전압신호를 불연속 신호 형태로 변환시킨다.
일반적으로 루프코일(8), (8')들에서 발생되는 신호는 타 채널의 신호들로 인해 간섭을 많이 받아 신호잡음비(Signal-to-noise ratio)가 큰 특성을 가진다. 이에 따라 신호형태변환모듈(359)은 후술되는 점검관리부(37)에서 정확한 주파수가 산출되도록 입력된 전압신호를 신호잡음비(SNR)가 적은 영역만을 보존한 불연속 형태의 신호로 변환시킨다.
즉 신호형태변환모듈(359)은 도 5에서 전술하였던 바와 같이 입력된 디지털 전압신호(70)를 기 설정된 카운팅주기(C)의 복수개의 신호들로 분할시킨다.
또한 신호형태변환모듈(359)은 분할된 각각의 신호에 대해 최초 0 ~ 제1 경과시간(t1)에는 카운팅 값을 '0'으로 리셋(Reset) 시키는 Reset 데이터(71)를 저장시키며, 이후 제2 경과시간(t2) ~ 최종시간에는 널(Null) 값(73)을 저장시킨다. 즉 신호형태변환모듈(359)은 입력된 디지털 전압신호의 제1 경과시간(t1) ~ 제2 경과시간(t2) 사이의 유효데이터(75)만 보존하도록 함으로써 주파수 산출 시 잡음으로 인해 주파수 산출의 정확도가 떨어지는 문제점이 개선되도록 한다. 이때 카운팅주기(C)는 2ms로, 제1 경과시간(t1)은 100.2㎲로, 제2 경과시간(t2)은 700.2㎲로 설정되는 것이 바람직하다.
또한 신호형태변환모듈(359)에 의해 변환된 불연속 루프형태의 신호는 제어부(31)의 제어에 따라 점검관리부(37)로 입력된다.
점검관리부(37)는 제어관리부(35)로부터 입력받은 불연속 형태의 전압신호의 Pulse(신호) 개수를 카운팅하는 카운팅모듈(371)과, 카운팅모듈(371)에 의해 합산된 Pulse 개수 및 카운팅주기(2ms)를 이용하여 전압신호의 주파수를 산출하는 주파수산출모듈(372)과, 주파수산출모듈(372)에서 산출된 주파수들을 누적시켜 루프코일(8), (8')들의 기준주파수(1)를 검출하는 기준주파수 검출모듈(373)과, 기준주파수 검출모듈(373)이 검출한 기준주파수(1)를 기반으로 루프코일(8), (8')들의 상태를 판단하는 제2 상태판단모듈(375)과, 주파수산출모듈(372)에 의해 산출된 주파수들의 변화율을 기반으로 차량통과시점을 검출하여 주행차량(C)의 속도를 산출하는 속도산출모듈(377)과, 속도산출모듈(377)에서 산출된 차량속도(v1)와 차량단속부(7)에서 산출된 차량속도(v2)를 비교하여 차량단속부(7)의 속도산출이 정상적으로 동작되고 있는지를 판단하는 비교 및 판단모듈(379)로 이루어진다.
카운팅모듈(371)은 제어관리부(35)로부터 입력된 카운팅주기 2ms를 갖는 불연속 형태의 전압신호(70)를 기반으로 Pulse(신호) 개수를 카운팅한다. 이때 입력되는 불연속형태의 전압신호는 100.2 ~ 700.2 ㎲ 사이에만 유효데이터(75)가 형성됨으로써 다른 채널들의 간섭으로 인해 발생될 수 있는 잡음에 따라 발생될 오류를 최소화시킨다.
주파수산출모듈(372)은 카운팅모듈(371)에 의해 산출된 Pulse 개수에 기 설정된 카운팅주기(2ms)를 나누어 주파수(f)를 산출한다. 이때 주파수 산출은 다음의 수학식 1에 의하여 정의된다.
Figure 112011101747365-pat00001
기준주파수 검출모듈(373)은 주파수산출모듈(372)에 의해 산출되는 주파수(f)들을 입력받으며, 입력된 주파수(f)들을 누적시켜 기준주파수 검출에 적용될 통계집단을 생성한다. 이때 통계집단은 대략 90 ~ 100개의 주파수(f)들로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 기준주파수 검출모듈(373)은 생성된 통계집단을 분석하여 최빈수(Mode)를 검출하며, 검출된 최빈수를 기준주파수(1)로 결정한다.
제2 상태판단모듈(375)은 기준주파수 검출모듈(373)에서 검출된 기준주파수(1)를 이용하여 루프코일(8), (8')들의 상태를 판단한다.
즉 제2 상태판단모듈(375)은 기준주파수(1)를 입력받으면 데이터베이스부(33)를 탐색하여 해당 루프검지기의 기준주파수(2)를 데이터베이스부(33)로부터 독출하며, 독출된 기준주파수(2)와 기준주파수 검출모듈(373)에서 검출한 기준주파수(1)를 비교하여 두 데이터의 값이 기 설정된 오차범위 이내인 경우 루프코일(8), (8')들의 상태가 정상이라고 판단한다.
속도산출모듈(377)은 기준주파수 검출모듈(373)에 의해 검출된 기준주파수 값을 입력받으며, 주파수 산출모듈(372)에 의해 산출된 주파수(이하 현재주파수라고 하기로 함) 값을 입력받아 기준주파수와 현재주파수의 변화량을 검출하며, 검출된 변화량이 기 설정된 범위 이상인 경우 루프코일(8), (8')들로 차량이 통과되었다고 판단한다.
또한 속도산출모듈(377)은 다음의 수학식 2로 정의되는 함수에 따라 주파수 변화량을 산출한다.
Figure 112011101747365-pat00002
비교 및 판단모듈(379)은 루프검지기(6)에서 산출된 차량속도(v2)를 입력받으며, 속도산출모듈(377)에서 산출된 차량속도(v1)를 입력받아 차량속도(v1), (v2)들을 비교하며, 두 데이터들의 차이값이 기 설정된 범위를 벗어나는 경우 루프검지기(6)의 차량속도산출에 오류가 있다고 판단한다.
도 8은 본 발명에 따른 시험결과를 나타내는 예시도이다.
본 발명의 일실시예인 루프검지기 점검장치(3)를 현장에 설치한 후 측정된 속도를 비교검증을 하였다. 검증장소별 속도비교 샘플 수는 50대 이상, 속도비교 대상차량은 40km/h 이상 차량을 대상으로 하였다.
도 8에 도시된 바와 같이 루프검지기 점검장치(3)의 속도오차의 절대값은 평균 0.3km/h ~ 0.6km/h 범위로 나타나며, 최대 절대값 속도오차율은 2% ~ 4.4% 범위로 분포되는 것을 알 수 있다.
1:속도위반 단속 시스템 3:루프검지기 점검장치
5:카메라 6:루프검지기
7:차량단속부 8, 8':루프코일
9:도로 31:제어부
33:데이터베이스부 35:제어관리부
37:점검관리부 38:자료수집 검지부
39:통신부

Claims (7)

  1. 루프코일로부터 발생되는 루프코일 신호의 잡음(Noise)을 효율적으로 제거하여 상기 루프코일 신호의 주파수 검출율을 증가시키는 주파수 산출방법에 있어서:
    상기 루프코일 신호를 디지털 전압신호로 변조시키는 변조단계;
    상기 디지털 전압신호를 기 설정된 주기(C)에 따라 복수개의 신호들로 분할하며, 분할된 신호들에 대해서 기 설정된 설정값(TH) 미만의 신호잡음비(SNR:Signal to Noise)를 갖는 제1 경과시간(t1)과 제2 경과시간(t2) 사이의 데이터만 유효데이터로 보존하는 신호변환단계;
    상기 신호변환단계를 통해 변환된 신호들의 Pulse 개수를 산출하는 Pulse 산출단계;
    상기 Pulse 개수를 상기 주기(C)로 나누어 상기 루프코일 신호의 주파수를 산출하는 주파수 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 산출방법.
  2. 청구항 1항에서, 상기 주파수들을 기 설정된 설정개수만큼 누적시킨 후 누적된 상기 주파수들 중 최빈수(Mode)를 검출하여 검출된 상기 최빈수를 상기 루프코일 신호의 주파수로 결정하는 검출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 산출방법.
  3. 청구항 1항 또는 2항에서, 상기 주기는 1900㎲이상 2100㎲이하로, 상기 제1 경과시간은 100㎲이상 100.5㎲이하로, 상기 제2 경과시간은 700㎲이상 700.5㎲이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 주파수 산출방법.
  4. 도로에 매립되어 차량통과에 따라 루프코일 신호를 발생시키는 루프코일들과, 상기 루프코일 신호를 통해 주행차량의 속도를 산출하는 차량단속부를 포함하는 루프검지기를 점검하는 루프검지기 제어장치에 있어서:
    상기 루프코일 신호를 수집하는 자료수집 검지부;
    수집된 루프코일 신호를 디지털 전압신호로 변조시키는 신호변조모듈;
    변조된 디지털 전압신호를 기 설정된 주기(C)에 따라 복수개의 신호들로 분할하며, 분할된 신호들에 대해서 신호잡음비(SNR:Signal to Noise)가 기 설정된 설정값(TH) 미만의 값을 갖는 제1 경과시간(t1)과 제2 경과시간(t2) 사이의 데이터만을 이용하여 상기 루프코일 신호의 주파수를 산출하는 주파수 산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 루프검지기 점검장치.
  5. 청구항 4항에서, 상기 루프검지기 점검장치는
    산출된 주파수들을 기 설정된 개수만큼 누적시킨 후 누적된 주파수들 중 최빈수(Mode)를 기준주파수로 결정하는 기준주파수 검출모듈;
    상기 기준주파수를 기 저장된 기준주파수에 비교하여 상기 루프코일이 정상적으로 동작되는지를 판단하는 상태판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 루프검지기 점검장치.
  6. 청구항 4항 또는 5항에서, 상기 주파수산출모듈에서 산출된 주파수의 변위를 통해 주행차량의 속도(v1)를 산출하는 속도산출모듈과, 상기 속도산출모듈에서 산출된 상기 속도(v1)와 상기 차량단속부로부터 전송받은 속도(v2)의 차이값이 기 설정된 값 이상이면 상기 차량단속부의 속도산출이 정상적으로 동작되지 않는다고 판단하는 비교 및 판단모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루프검지기 점검장치.
  7. 청구항 6항에서, 상기 신호변조모듈에 의해 변조된 상기 디지털 전압신호의 멀티바이브레이터(Multivibrator) 출력이 기 설정된 시간 이상동안 'High'를 유지하면 상기 루프코일의 종류를 연속루프형태의 신호를 발생시키는 연속루프코일로 판단하며, 상기 멀티바이브레이터(Multivibrator) 출력이 상기 기 설정된 시간 이상동안 상기 'High'를 유지하지 않으면 상기 루프코일의 종류를 불연속루프형태의 신호를 발생시키는 불연속루프코일로 판단하는 종류판단모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루프검지기 점검장치.
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