KR101296133B1

KR101296133B1 - 레이저 빔을 이용한 차량종류 판별장치

Info

Publication number: KR101296133B1
Application number: KR1020110089479A
Authority: KR
Inventors: 강현인
Original assignee: (주)인펙비전
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-08-19
Also published as: KR20130026086A

Abstract

본 발명은 도로에 간단하게 설치할 수 있도록 한 차종분류장치에 관한 것으로, 도로의 주행방향에 대하여 동일한 경사각(θ)으로 경사지게 레이저 빔들을 각각 출사하고 수신하는 두 개의 레이저 센서(S1), (S2)가 구비된 레이저 박스; 상기 레이저 센서들을 구동시키는 구동신호를 공급하고, 상기 도로를 주행하는 차량바퀴들에서 반사되어 상기 레이저 센서들에 수신된 신호를 입력받는 제어모듈과, 두 개의 레이저빔들이 이격된 거리ℓ1을 특정바퀴가 상기 레이저 빔들을 각각 반사시키기 시작하는 시간간격(Δts)을 나눔으로써 차량의 속도(V1)를 산출하는 속도산출모듈을 포함한다.

Description

레이저 빔을 이용한 차량종류 판별장치{classifing system for vehicle's type using laser distance sensor }

본 발명은 주행방향에 경사지게 레이저 빔들을 주사하여 차량의 윤거와 윤폭을 측정하도록 하는 차량종류 판별장치에 관한 것이다.

고속도로의 톨게이트 등에서 차량의 종류에 따라서 통행요금이 차별적으로 과금되기 때문에 차량의 종류가 정확히 판별되어야 한다. 또한 차량의 종류를 정확히 판별하기 위해서는 선행적으로 차량의 윤거와 윤폭이 정확히 측정되어야 한다.

특허출원10-2001-0062937(발명의 명칭:레이저센서를 이용한 차종분류장치 및 그 방법)(종래기술1이라 함)에는 차량의 윤거와 윤폭을 측정하기 위한 장치를 개시하고 있다.

종래기술1은 차륜에 의한 답압을 전달하는 답판의 하부에 배치되고 답판의 눌림에 따라서 아래로 이동하는 소정의 갯수의 스위치를 구비하는 스위치부; 답판에 인가된 답압으로 눌리게 되는 스위치에 의해서 반사되는 광에 의해서 거리를 측정하는 센서부를 포함하는 답판조립체; 답판조립체에서 측정한 신호를 직렬통신으로 중계하는 인터페이스부; 인터페이스부로부터 중계되는 신호를 입력받아 답압을 인가하는 차륜의 윤폭 또는 윤거를 산출하는 판별부; 답판조립체를 제어하는 신호를 발생하는 제어논리부를 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

이와 같은 종래기술1의 구성에서는 차륜에 의한 답압을 전달하는 답판과 답판의 눌림에 따라서 아래로 이동하는 소정의 갯수의 스위치를 구비하는 스위치부와 같이 차량무게에 의하여 물리적으로 변형이 요구되고, 물리적 변형에 의하여 윤거와 윤폭이 측정되기 때문에 물리적 변형에 의하여 소재의 피로도가 증가함으로써 내구성이 짧은 문제점이 제기되었다.

또한 이러한 문제점에 착안하여 특허출원10-2002-0018700(발명의 명칭: 차종 판단 시스템 및 그 방법)(이하 종래기술2라 함)가 개발되었다.

종래기술2의 구성은 레이저빔을 송수신하여 차량의 진입을 검출하는 차량 검지 레이저 센서(110)와, 레이저빔을 송수신하여 차축 개수를 검출하는 차축 카운트 레이저 센서(120)와, 차량의 후면 영상을 촬영하는 CCD 카메라(130)과, 차량진입이 감지되면 차량후면 영상을 촬영하도록 상기 CCD 카메라(130)를 동작시키고 그 차량후면 영상을 분석하여 차량의 윤거 및 윤폭을 산출한 후 상기 검출한 차축 개수를 참조하여 차종을 판단하는 차종판단 프로세서(140)를 구비하여야 하는 복잡한 구성을 이루고 있어 장비가 고가로 제작되게 되며, 이러한 복잡한 시스템으로 인하여 고장율이 높은 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래기술1, 2가 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 주행방향에 경사지게 레이저 빔을 출사하도록 하여 차량의 윤거 윤폭을 측정하도록 함으로써 물리적인 변형 없으면서도, 제작원가가 저렴하며 정확히 차량의 종류를 판별하도록 하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 도로의 주행방향에 대하여 동일한 경사각(θ)으로 경사지게 레이저 빔들을 각각 출사하고 수신하는 두 개의 레이저 센서(S1), (S2)가 구비된 레이저 박스; 상기 레이저 센서들을 구동시키는 구동신호를 공급하고, 상기 도로를 주행하는 차량바퀴들에서 반사되어 상기 레이저 센서들에 수신된 신호를 입력받는 제어모듈과, 두 개의 레이저빔들이 이격된 거리ℓ1을 특정바퀴가 상기 레이저 빔들을 각각 반사시키기 시작하는 시간간격(Δts)을 나눔으로써 차량의 속도(V1)를 산출하는 속도산출모듈을 포함하는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 속도산출모듈에서 산출된 차량의 속도(V1)에 시간간격(Δts)과 tanθ를 곱하여 차량의 윤거를 산출하는 윤폭윤거산출모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 속도산출모듈에서 산출된 차량의 속도(V1)에 특정 레이저 빔이 상기 차량의 일측의 앞바퀴에서 반사되는 시간(t1)과 뒷바퀴에서 반사되는 시간(t4)의 차(Δtq)를 곱하여 차량의 윤거를 산출하는 윤폭윤거산출모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 레이저 빔을 출사하는 두 개의 레이저 센서들과 이들의 신호를 분석하여 윤거, 윤폭을 측정하는 제어부로 이루어진 고장과 판독에러율이 낮으며, 시스템 구축비용이 저렴한 차량판별장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명에서 레이저 센서를 통과하는 차량에 의하여 산출되는 거리-시간 곡선이다.
도 3은 본 발명에 의하여 차량의 윤폭과 윤거를 구하기 위한 기하 구성도면이다.
도 4는 본 발명의 차량종류 판별장치의 구성블록도이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 구성 블록도이다.

도로상에서 차량(1)은 화살표 P방향으로 주행하고 있으며, 노변에는 레이저 센서박스(LS)가 설치되어 있으며, 센서박스(LS)의 내부에는 레이저 센서(S1), (S2)가 설치되어 있다. 레이저 센서(S1), (S2)에서는 간격(ℓ1)을 유지하며, 주행방향에 대하여 경사지게 레이저가 출사된다. 이때 출사되는 레이저 빔의 높이는 차량(1)의 바퀴에서 반사될 수 있는 높이로 설치된다.

차량에는 주행방향을 기준으로 앞바퀴(A), (C)가 위치하며, 뒤 바퀴(B), (D)가 위치하며, 앞바퀴(A), 뒷바퀴(B)는 센서박스(LS)로부터 먼쪽에, 앞바퀴(C)와 뒷바퀴(D)는 센서박스(LS)에 가까운 쪽으로 위치하고 있다. 바퀴들에서 센서박스(LS)와 가까운 쪽면을 내측으로, 먼쪽 면을 외측으로 정의할 때 앞바퀴(A)의 내측을 주행방향과 평행하게 연장한 선을 a, 앞바퀴(C)의 내측을 주행방향과 평행하게 연장한 선을 c, 뒷바퀴(B)의 내측을 주행방향과 평행하게 연장한 선을 b, 뒷바퀴(D)의 내측을 주행방향과 평행하게 연장한 선을 d로 각각 정의한다.

레이저 센서(S1), (S2)에서는 레이저가 출사되고 있으며, 차량(1)이 P방향으로 주행하고 있을 때 레이저 센서(S2)에서 출사되는 레이저는 차량의 앞바퀴(A)의 내측에 반사되고, 반사된 레이저는 다시 레이저 센서(S2)에 수신되게 되며, 레이저가 바퀴(A)에서 반사되는 시점에서 레이저 센서(S2)와 바퀴(A)의 내측사이의 거리는 W1은

w1 = t/2 C

로 결정된다. 이때 t는 레이저 출사시점과 수신시점의 간격이고, C는 광속도이다.

또한 레이저가 앞바퀴(C)로부터 반사될 때 반사된 레이저의 출사시점과 반사시점을 안다면 앞바퀴(C)와 레이저 센서(S1), (S2)들 사이에 거리를 알 수 있으며, 이와 같은 방식에 의하여 구해진 레이저 센서(S1), (S2)와 앞바퀴(C)의 내측과의 거리를 w2라 정의한다.

또한 마찬가지 방법으로 뒷바퀴(B)의 내측과 레이저 센서(S1), (S2)의 거리를 W3, 뒷바퀴(D)의 내측과 레이저 센서(S1), (S2)의 거리를 w4로 정의한다.

또한 레이저 센서(S1), (S2)에서 레이저 빔이 출사되고 있을 때 차량(1)이 통과하게 되면 레이저 센서(S1), (S2)에는 바퀴로부터 반사되는 반사파가 수신되어 측정되는 거리를 알 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에서 레이저 센서를 통과하는 차량에 의하여 산출되는 거리-시간 곡선이다.

도 2의 (a)의 그래프는 차량(1)이 P방향으로 주행할 때 레이저 센서(S2)에서 측정된 반사체인 바퀴의 거리를 나타낸 것이고, 도 2의 (b)의 그래프는 차량(1)이 P 방향으로 주행할 때 레이저 센서(S1)에서 측정된 반사체인 바퀴의 거리를 나타낸 것이다.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 차량(1)이 P방향으로 주행하게 되면, 레이저 센서(S2)에서 출사되는 레이저는 시간 t1에서 바퀴(A)에서 반사되게 되어 레이저 센서(S2)에 수신되게 되며 바퀴(A)와 레이저 센서(S2)의 거리가 w1으로 산출되게 되며, 시간 t2부터는 레이저 센서(S2)로부터 출사되는 레이저는 바퀴(C)에서 반사되어 레이저 센서(S2)에 수신되게 되고, 이때 거리는 W2로 산출되게 된다. 시간 t3부터 시간 t4까지는 레이저 센서(S2)로부터 출사되는 레이저는 바퀴에서 더 이상 반사되지 않기 때문에 반사체의 거리가 표시되지 않게 되나, 시간 t4부터 시간 t5까지는 바퀴(B)에 의하여 반사가 일어나 거리W3가 산출되게 되고, 마찬가지 방식으로 시간 t5부터 시간 t6까지 바퀴(D)로 인한 거리W4가 산출되게 된다.

또한 도 2(b)에서와 같이 레이저 센서(S1)에 의하여 도 2(a)와 동일한 패턴이지만 △ts= (t1' -t1) 만큼 지연된 그래프가 형성되게 된다.

이때 차량(1)의 속력 V1는

수학식1: V1 = ℓ1/△ts = ℓ1/(t1'-t1)

으로 구할 수 있다.

위 식에서 ℓ1는 레이저 센서로부터 출력되는 레이저 사이의 거리이고, △ts는 그래프에서 산출되는 시간이므로, 이 값들을 알게 되면 차량의 속력v는 산출되게 된다.

도 3은 본 발명에 의하여 차량의 윤폭과 윤거를 구하기 위한 기하 구성도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 레이저 센서(S2)에서 출사된 레이저는 시간 t1에 바퀴(A)의 내측에서 반사되어 수신되고, 시간 t1'에 바퀴(B)의 내측에서 반사되어 수신된다. 또한 이들 두 레이저 빔 S2(t1)과 S2(t1') 사이의 간격은 V1△ts = V1(t1'-t1)이므로 차량의 윤폭(ℓ2)는

수학식2: ℓ2 = tan θ* V1* (t1'-t1)

으로 결정된다. 이때 θ는 레이저 빔과 차량의 진행방향이 이루는 각이다.

또한 차량의 윤거(ℓ3)를 구하기 위해서는 바퀴(B)에서 반사되는 레이저빔이 필요하다. 도 2에서 차량 바퀴(B)에서의 레이저 센서(S2)의 레이저 빔은 시간 t4에서 반사되고, 시간 t4에서 반사되는 레이저 빔 S2(t4)와 레이저 빔 S2(t1) 사이의 거리가 윤거(ℓ3)이므로,

수학식3: ℓ3 = V1 △tq =V1 (t4- t1)

에 의하여 산출된다.

이와 같은 원리에 의하여 산출되는 차량의 윤거와 윤폭에 의하여 도 4와 같은 차량종류 판별장치를 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 차량종류 판별장치의 구성블록도이다.

본 발명의 차량종류 판별장치는 평행인 두 레이저 빔이 도로의 차량 주행방향과 경사지게 출사하도록 하는 레이저 센서(S1), (S2)를 구비하는 레이저 센서박스(LS)와, 센서박스(LS)의 레이저 센서(S1), (S2)를 구동시키고, 입력되는 신호에 의하여 차종을 판별하는 제어부(101)와, 제어부(101)로부터 판독된 차종을 외부로 표시하거나, 전송하는 통상의 표시장치(미도시) 및 전송 인터페이스(미도시)로 이루어진다.

제어부(101)는 제어부(101)의 O.S를 담당하며, 레이저 센서(S1), (S2)를 구동시키며, 차량통과에 의하여 바퀴(A), (B), (C), (D)로부터 반사되어 레이저 센서(S1), (S2)에 수신된 신호를 전송받아 신호처리하고, 신호처리된 신호에 의하여 반사체들인 바퀴들과의 거리(W1), (W2), (W3), (W4)-시간 데이터를 산출하는 제어모듈(102)과, 제어모듈(102)로부터 산출되는 시간-거리데이터를 입력받아 전술된 수학식 1에 의하여 차량 속도를 산출하는 속도산출모듈(104)과, 제어모듈(102)로부터 입력되는 시간-거리 데이터와 속도산출모듈(104)로부터 산출된 속도를 입력받아 수학식2, 3에 의하여 윤거와 윤폭을 산출하는 윤폭 윤거 산출모듈(108)과, 각 차종의 윤폭, 윤거 데이터가 저장된 차종 데이터 저장모듈(110)과, 윤폭 윤거산출모듈(106)에서 산출된 통과차량의 윤폭, 윤거와 차종 데이터 저장모듈(110)에 저장된 윤폭, 윤거를 비교하여 통과차량의 윤폭, 윤거와 가장 근접한 데이터를 갖는 차종을 통과차량의 차종으로 판단하는 차종판별모듈(108)로 이루어진다.

이와 같이 구성된 차량종류 판별장치는 레이저 센서(S1), (S2)에서 출사된 레이저로부터 수신된 신호를 분석하여 윤폭, 윤거를 정확히 측정하고, 측정된 윤폭, 윤거에 의하여 차량을 명확히 판별하도록 함으로써 복잡한 시설물이 필요 없으며, 카메라의 영상을 분석할 필요가 없어 시스템이 단순화되며, 에러율이 감소한다.

Claims

도로의 주행방향에 대하여 동일한 경사각(θ)으로 경사지게 레이저 빔들을 각각 출사하고 수신하는 두 개의 레이저 센서(S1), (S2)가 구비된 레이저 박스;
상기 레이저 센서들을 구동시키는 구동신호를 공급하고, 상기 도로를 주행하는 차량바퀴들에서 반사되어 상기 레이저 센서들에 수신된 신호를 입력받는 제어모듈과, 두 개의 레이저빔들이 이격된 거리ℓ1을 특정바퀴가 상기 레이저 빔들을 각각 반사시키기 시작하는 시간간격(Δts)을 나눔으로써 차량의 속도(V1)를 산출하는 속도산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량종류판별장치.
청구항1에서, 상기 속도산출모듈에서 산출된 차량의 속도(V1)에 시간간격(Δts)과 tanθ를 곱하여 차량의 윤거를 산출하는 윤폭윤거산출모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량종류판별장치.
청구항1에서, 상기 속도산출모듈에서 산출된 차량의 속도(V1)에 특정 레이저 빔이 상기 차량의 일측의 앞바퀴에서 반사되는 시간(t1)과 뒷바퀴에서 반사되는 시간(t4)의 차(Δtq)를 곱하여 차량의 윤거를 산출하는 윤폭윤거산출모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량종류판별장치.