KR101303801B1 - 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템 - Google Patents

전자파를 이용한 결빙 검지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101303801B1
KR101303801B1 KR1020100089310A KR20100089310A KR101303801B1 KR 101303801 B1 KR101303801 B1 KR 101303801B1 KR 1020100089310 A KR1020100089310 A KR 1020100089310A KR 20100089310 A KR20100089310 A KR 20100089310A KR 101303801 B1 KR101303801 B1 KR 101303801B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
road surface
state
communication module
road
Prior art date
Application number
KR1020100089310A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120027622A (ko
Inventor
어재홍
Original Assignee
주식회사 제이캐스트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 제이캐스트 filed Critical 주식회사 제이캐스트
Priority to KR1020100089310A priority Critical patent/KR101303801B1/ko
Publication of KR20120027622A publication Critical patent/KR20120027622A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101303801B1 publication Critical patent/KR101303801B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C11/00—Details of pavings
    • E01C11/24—Methods or arrangements for preventing slipperiness or protecting against influences of the weather
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C23/00—Auxiliary devices or arrangements for constructing, repairing, reconditioning, or taking-up road or like surfaces
    • E01C23/01—Devices or auxiliary means for setting-out or checking the configuration of new surfacing, e.g. templates, screed or reference line supports; Applications of apparatus for measuring, indicating, or recording the surface configuration of existing surfacing, e.g. profilographs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04—Investigating moisture content
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles

Abstract

본 발명은 도로면의 결빙 상태를 감지하기 위한 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동절기에 눈 또는 비로 인하여 발생할 수 있는 도로 또는 교량의 결빙 상태를 사전에 감지하여 노면의 결빙 여부 확인 및 결빙 예보 정보를 통하여 교통 정보에 활용할 수 있도록 한 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템은, 노면의 상태를 감지하기 위한 다중센서 모듈과, 상기 다중센서 모듈의 센서출력신호를 전송하는 센서통신 모듈A를 포함하는 센서노드 및 상기 센서출력신호를 수신하는 센서통신 모듈B와 상기 노면의 상태를 검지하는 검지부를 포함하는 게이트웨이를 포함한다.
이에 따라, 도로 및 교량 등의 노면에 설치되어 눈 또는 비로 인한 결빙 등의 도로 상태를 사전에 감지할 수 있도록 하여 결빙으로 인한 교통 사고 발생을 최소화시킬 수 있다.

Description

전자파를 이용한 결빙 검지 시스템{System for icing detection using electromagnetic wave}
본 발명은 도로면의 결빙 상태를 감지하기 위한 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동절기에 눈 또는 비로 인하여 발생할 수 있는 도로 또는 교량의 결빙 상태를 감지하여 노면의 결빙 여부 확인 및 결빙 예보 정보를 통하여 교통 정보에 활용할 수 있도록 한 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 도로면의 결빙 상태를 감지하기 위한 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템에 관한 것으로, 동절기에 눈 또는 비로 인하여 발생할 수 있는 도로 또는 교량의 결빙 상태를 감지하여 노면의 결빙 여부 확인 및 결빙 예보 정보를 통하여 관리자로 하여금 즉각적인 조치를 취할 수 있도록 한 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량 이용자에게 도로교통에 대한 정보는 중요한 사항으로, 특히 도로 노면 상태에 대한 정보제공은 차량 이용자에게 안전한 주행을 할 수 있도록 하며, 도로 관리자에게 결빙에 따른 대처를 신속하게 진행하도록 한다.
특히, 동절기에는 눈 또는 비의 결빙으로 인한 교통사고가 주요 원인이 되며, 이러한 도로 결빙 상태를 사전에 감지하여 결빙 도로에 대한 즉각적인 조치를 취하고, 인명 사고를 사전에 예방해야만 한다.
그러나, 종래의 도로 또는 교량의 경우, 결빙상태를 사전에 인지할 수 없어 도로 관리자가 결빙에 대한 즉각적인 조치를 취하기 어려웠고, 결빙으로 인한 교통사고 발생을 최소화할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 도로를 관리하는 사무소 직원이 직접 도로 현장을 방문하여 확인 후 주의 환기를 위한 안내문 설치 또는 제설작업 등의 조치를 취하여야 하므로 도로 현장별로 결빙 상태를 동시에 확인할 수 없어 대책 수립이 지연될 수 없는 문제점이 있다.
한편, 도로 현장의 방문 없이 도로의 상태를 확인할 수 있는 종래의 방법으로 마이크로파(극초단파) 또는 적외선 발산을 이용하여 노면의 상태를 모니터링하는 방법이 있다. 이는 신뢰할 수는 있지만 범위가 광범위하고, 물과 얼음이 서로 다른 반사율을 가지고 있는데 물 또는 얼음이 표면에 있을 때 이를 반영하기가 어려워 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 전도율이나 유전율을 이용하는 방법의 경우, 온도 센서와 전기용량 또는 전도율의 차이를 통해 물과 얼음을 구별할 수는 있으나, 물속에 소금이 존재하는 경우 어는점이 달라져서 결과값을 더 이상 신뢰할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 물과 얼음이 표면에 있을 때, 도로 표면의 온도 및 상기의 물과 얼음으로 인하여 서로 다른 반사 손실을 가지는 점을 이용하여 도로 및 교량 등의 노면에 눈 또는 비로 인한 결빙이 있는 여부를 확인할 수 있는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 도로 및 교량 등의 노면에 설치되어 눈 또는 비로 인한 결빙 등의 도로 상태를 사전에 감지할 수 있도록 하여 관리자로 하여금 조속한 조치를 취할 수 있도록 하고, 교통 사고 발생을 최소화할 수 있도록 하는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템은, 노면의 상태를 감지하기 위한 다중센서 모듈과, 상기 다중센서 모듈의 센서출력신호를 전송하는 센서통신 모듈A를 포함하는 센서노드 및 상기 센서출력신호를 수신하는 센서통신 모듈B와 상기 노면의 상태를 검지하는 검지부를 포함하는 게이트웨이를 포함한다.
상기 센서통신 모듈A와 상기 센서통신 모듈B는, 지그비(Zigbee)를 이용할 수 있고, 상기 센서노드에 포함되는 다중센서 모듈 및 센서통신 모듈A은 센서케이스 내부에 수용되어 상기 도로의 지하에 매설되며, 상기 센서케이스는 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체와 상기 케이스 본체의 상부를 개폐하는 덮개로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 다중센서 모듈은 지자기 센서, 온도 센서, 습도 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
한편, 상기 검지부는 상기 센서통신 모듈B에서 수신한 지자기 센서의 신호 변화가 없을 때 동작하며, 물, 얼음, 콘크리트, 아스팔트 중 적어도 하나를 포함한 상대적인 유전율 차이, RSSI(Received Signal Strength Indication, 수신 신호 세기) 또는 노면의 표면 온도 값 중 적어도 하나를 이용하여 노면의 상태를 검지할 수 있다.
또한, 상기 검지부는 상기 노면의 상태를 Dry, Wet 및 Ice의 3개로 분류하고, 상기 RSSI 값 및 노면의 표면 온도 값에 따라서 상기 노면의 상태가 전이하는 알고리즘을 적용하여 노면의 상태를 검지할 수 있다.
상기 RSSI 값은 노면의 상태에 따라 센서 신호의 반사 손실(reflection loss) 값이 다른 것을 이용하는 것이다.
또한, 상기 검지부는 차선별로 노면의 상태를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검기 시스템은 노면 상태의 검지 결과를 상기 게이트웨이로부터 수신하는 무선통신 모듈과, 상기 검지 결과를 기초로 지역별 또는 월별 통계를 추출하는 통계부를 포함하는 메인서버를 더 포함할 수 있고, 이때 상기 게이트웨이는 상기 노면 상태에 대한 검지 결과를 상기 메인서버로 전송하는 복합무선통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템에 의하면,
첫째, 도로 및 교량 등의 노면에 설치되어 눈 또는 비로 인한 결빙 등의 도로 상태를 사전에 감지할 수 있도록 하여 결빙으로 인한 교통 사고 발생을 최소화시킬 수 있다.
둘째, 눈 또는 비로 인한 결빙 등의 도로 상태를 감지할 수 있으므로, 그에 따른 조속한 조치를 취할 수 있다.
셋째, 소형의 다중센서 모듈을 사용하여 도로 굴착을 최소화하여 도로 미관을 손상시키지 않고, 유지 관리 비용을 감소시킬 수 있다.
넷째, 근거리 센서 통신과 광대역 무선 통신을 결합하여 효율적으로 정보를 송수신함으로써 실시간 정보 수집이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템을 구성하는 센서노드의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템을 구성하는 게이트웨이의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템을 구성하는 메인 서버의 구성도이다.
도 5는 노면의 상태에 따라 센서 신호의 반사 손실 값이 다름을 보여주는 개념도이다.
도 6은 노면의 상태가 RSSI 값에 따라 전이하는 알고리즘의 개념도이다.
도 7a 내지 도 7d는 매질을 달리하여 신호가 통과할 때에 반사 손실의 정도를 도시한 것이다.
도 8은 상대적인 유전율과 그에 따른 반사 손실을 나타낸 표를 도시한 것이다.
도 9는 온도와 RSSI를 통하여 노면의 상태를 알 수 있는 표를 도시한 것이다.
도 10은 2.4 GHz에서 경로에 따른 손실을 나타낸 표이다.
도 11은 차선별로 노면의 상태를 판단하는 실시 예를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템의 구성도로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검기 시스템은 센서노드(100)와 게이트웨이(200) 및 메인서버(300)를 포함하여 구비된다.
도 2는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템을 구성하는 센서노드의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템을 구성하는 게이트웨이의 구성도로, 상기 도 2 및 도 3을 참조하여 센서노드와 게이트웨이에 대해 자세히 설명한다.
상기 센서노드(100)는 노면의 상태를 감지하기 위한 다중센서 모듈(110)과 상기 다중센서 모듈(110)의 센서출력신호를 전송하는 센서통신 모듈A(130)를 포함한다. 또한, 상기 게이트웨이(200)는 상기 센서출력신호를 수신하는 센서통신 모듈B(210)와 상기 노면의 상태를 검지하는 검지부(230)를 포함한다.
이때, 상기 센서통신 모듈A(130)와 상기 센서통신 모듈B(210)는 지그비(Zigbee)를 이용하여 센서출력신호를 송수신한다. Zigbee는 868 MHz, 902-928 MHz 및 2.4 GHz에서 동작하는 무선 개인영역 통신망 규격으로, 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템은 2.4 GHz에서 동작하는 것을 실시 예로 설명한다. 무선 개인영역 통신망이란 주변장치 접속이 무선으로 이루어지는 개인영역 통신망을 의미하는 것으로, Zigbee를 사용하면 무선 개인영역 통신망 내에서 통상 50m 이내의 거리에 떨어져 있는 주변장치들 간에 최고 250 Kbps의 속도로 데이터를 주고받을 수 있다. Zigbee는 IEEE-SA에 의해 승인된 802.15 규격에 기반을 두고 있다.
또한, Zigbee는 충격계수가 낮은 환경에서 높은 데이터 처리 효율을 제공한다. 따라서 Zigbee는 가정과 기업 그리고 제어기기와 센서가 주로 사용되는 산업자동화 등의 분야에 이상적이다. 이러한 주변 장치들은 낮은 전력에서도 동작하며, 이러한 특성은 통상 0.1% 이하로 매우 낮은 충격계수와 더불어 배터리를 보다 오랫동안 쓸 수 있게 해준다는 것을 의미한다. 피어투피어(P2P - Peer to Peer), 성형, 망형 등 대부분의 네트워크 형상과 호환성이 있으며, 단일 무선 개인영역 통신망에서 최대 255개의 주변 장치를 다를 수 있다.
상기의 센서노드(100)에 포함되는 다중센서 모듈(110) 및 센서통신 모듈A(130)는 센서케이스 내부에 수용되어 도로의 지하에 매설되며, 상기 센서케이스는 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체와 상기 케이스 본체의 상부를 개폐하는 덮개로 이루어져 있다.
따라서, 지하에 매설된 다수의 센서통신 모듈A(130)와 도로의 길가에 설치되어 있는 게이트웨이의 센서통신 모듈B(210)가 통신하기에 Zigbee가 적당하다.
또한, 상기 센서통신 모듈A(130)와 센서통신 모듈B(210)는 Zigbee 이외에도 RS-485를 이용하여 통신할 수도 있다. RS-485는 RS-232, RS-422의 확장 버전으로, 홈 네트워크를 지원하는 일종의 시리얼 통신 프로토콜 표준 규격으로, 전송 속도가 늦고 전송 거리가 짧은 RS-232를 보완하기 위해 RS-422 통신방식을 채택하였다. 이것은 1개의 마스터 장치와 슬레이브 장치 간에 데이터를 주고받는 방식으로 통신하는 반면, RS-485는 모든 장치들이 같은 라인에서 데이터 전송 및 수신을 할 수 있다. 반이중 방식과 전 이중 통신 방식을 모두 지원한다. 또한 RS-485는 최대 드라이버, 리시버 수가 각각 32개에 이르고, 최대 속도 10Mbps에 최장 거리 1.2km까지 네트워크 구축이 가능하다.
Zigbee 방식 이외에 RS-485를 이용하여 통신하게 되면, 결빙 등의 사유로 성능이 안 좋을 때에도 센서 데이터의 송수신을 원활히 할 수 있다는 장점이 있다.
상기 다중센서 모듈(110)은 지자기 센서, 온도 센서, 습도 센서 중 적어도 하나를 포함한다. 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 시스템은 도로면에 차량이 통과하지 않을 경우에 적용이 되고, 차량이 통과하면 적용이 되지 않는다. 따라서 지자기 센서를 이용하여 차량의 통과 여부를 판단하는데, 차량이 도로에 정차하거나 통과하면 차량에 의해 지구자기장의 소밀도가 변하는데, 이러한 지구의 자기장의 변화를 지자기 센서로 감지하여 차량을 인식할 수 있다. 따라서 상기 검지부(230)는 상기 센서통신 모듈B(210)에서 수신한 지자기 센서의 신호 변화가 없을 때 동작이 됨으로써, 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 시스템은 도로면에 차량이 통과하지 않을 때 적용이 된다.
또한, 상기 검지부(230)는 물, 얼음, 콘크리트, 아스팔트 중 적어도 하나를 포함한 상대적인 유전율 차이, RSSI(Received Signal Strength Indication, 수신 신호 세기) 또는 노면의 표면 온도 값 중 적어도 하나를 이용하여 노면의 상태를 검지한다. 상기 노면의 상태를 Dry, Wet 및 Ice 의 3개의 상태로 분류하고, 상기 RSSI 값 및 노면의 표면 온도 값에 따라서 노면의 상태가 전이하는 알고리즘을 적용한다.
상기 RSSI 값은 노면의 상태에 따라 센서 신호의 반사 손실(reflection loss) 값이 다른 것을 이용하는데, 도 5는 노면의 상태에 따라 센서 신호의 반사 손실 값이 다름을 보여주는 개념도이다.
상기 반사 손실(reflection loss)은 센서 신호가 전송될 때에 통과하는 매질에 따라서 손실되는 정도를 데시벨로 표시되는 반사계수를 측정한 것을 의미한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 일반적으로 눈이나 비가 오지 않은 평일의 Dry이한 상태일 경우, 센서노드(100)로부터 게이트웨이(200)로 도달하는 동안 전체 반사 손실(Total Loss)은 센서노드(100)로부터 지면으로 가는 동안 아스팔트나 콘크리트를 통과하면서 손실되는 반사손실(M1)과 노면에서 게이트웨이(200)까지 통과하면서 공기 중에서 손실되는 경로에 따른 손실(M2)가 전체 반사 손실이 된다. (Dry 상태의 Total Loss = Path Loss(M2) + Reflection Loss(M1))
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 노면에 눈이나 비가 온 후 추운 날씨로 인해 결빙이 된 상태일 경우, 센서노드(100)로부터 게이트웨이(200)로 도달하는 동안 전체 반사 손실(Total Loss)은 센서노드(100)로부터 지면으로 가는 동안 젖은 상태의 아스팔트나 콘크리트를 통과하면서 손실되는 반사손실(M1), 노면 위의 얼음을 통과하면서 손실되는 반사손실(M3) 및 얼음에서 게이트웨이(200)까지 통과하면서 공기 중에서 손실되는 경로에 따른 손실(M2)가 전체 반사 손실이 된다. (Ice 상태의 Total Loss = Path Loss(M2) + Reflection Loss(M3) + Reflection Loss(M1))
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 노면에 눈이나 비와 온 후 물이 노면에 존재하는 경우, 센서노드(100)로부터 게이트웨이(200)로 도달하는 동안 전체 반사 손실(Total Loss)는 센서노드(100)로부터 지면으로 가는 동안 젖거나 일반적인 아스팔트나 콘크리트를 통과하면서 손실되는 반사손실(M1), 노면 위의 물을 통과하면서 손실되는 반사손실(M3) 및 물에서 게이트웨이(200)까지 통과하면서 공기 중에서 손실되는 경로에 따른 손실(M2)가 전체 반사 손실이 된다. (Wet 상태의 Total Loss = Path Loss(M2) + Reflection Loss(M3) + Reflection Loss(M1))
다만, 이때에 노면 위의 얼음이나 물의 두께는, 상기 노면 위의 얼음이나 물로부터 게이트웨이(200)까지의 거리에 비하면 그 두께가 미비하므로 실질적으로 상기 3가지 경우에 대해서 M2의 값은 거의 동일하다. 따라서 M1과 M3의 값에 의해서 전체 반사 손실 값이 정해진다고 볼 수 있다.
또한, 상기의 경로에 따른 손실(M2)는 공기를 매질로 하여 센서 신호가 전송될 때에 게이트웨이(200)가 받는 수신 감도와 관련이 있는데, 상기 게이트웨이(200)가 받는 수신 감도(Pr)는 센서노드(100)의 출력 신호(Pt)에 센서노드(100)의 안테나 파워게인이득(Gt)과 게이트웨이(200) 안테나 파워게인이득(Gr)을 더한 후에 경로에 따른 손실(PL - Path Loss(M2))를 빼주면 된다. 즉, Pr = Pt + Gt + Gr - PL 인데 이때 PL은 하기의 수학식1에 의해 구해진다.
Figure 112010059231814-pat00001
(상기 R은 수신지와 송신지까지의 거리(m),
Figure 112010059231814-pat00002
는 신호의 파장(m)을 의미함)
도 10은 상기의 경로에 따른 손실(M2)의 실시 예의 하나로, 2.4 GHz에서 경로에 따른 손실을 나타낸 표이다.
또한, 상기의 반사 손실의 경우, 신호가 통과하는 매질의 성질이 달라짐에 따라서 반사 손실의 정도도 달라지는데, 비대칭적이다. 즉, 상대적인 유전율이 큰 곳에서 상대적인 유전율이 작은 곳으로 갈 때에 반사 손실되는 정도가 더 크다. 도 7a 내지 도 7d는 반사 손실이 비대칭임을 나타내기 위하여 매질을 달리하여 신호가 통과할 때에 반사 손실의 정도를 도시한 것이다.
즉, 상대적인 유전율을 공기를 1.0이라고 할 때에, 얼음을 4.0, 물은 80.1, 콘크리트가 4 내지 8, 젖은 콘크리트가 9 내지 15, 아스팔트가 2.6 (화씨 75도씨 기준), 젖은 아스팔트를 2.5 내지 3.2라고 할 때에 상기의 유전율의 차이에 따라 반사 손실이 더 크게 되고, 그에 따라 RSSI 값도 차이가 나게 된다. 도 8은 상대적인 유전율과 그에 따른 반사 손실을 나타낸 표를 도시한 것이다.
이처럼, 노면의 상태에 따라 RSSI 값이 차이가 나므로, 상기 RSSI 값의 차이와 센서노드(100)의 다중센서 모듈(110)의 온도 센서를 이용하여 노면의 상태를 알 수 있다. 도 9는 온도와 RSSI를 통하여 노면의 상태를 알 수 있는 표를 도시한 것으로, 도 9에 도시된 바와 같이 RSSI 값에 대해서 기준이 되는 값 Ra와 Rb 및 온도(T)에 대해 기준이 되는 값 Ta를 통해서 노면의 상태를 알 수 있다. 따라서 RSSI 값이 Rb보다 크면 온도에 상관없이 노면의 상태는 Dry 상태이고, RSSI 값이 Ra보다 크고 Rb보다 작으면서 온도가 Ta보다 작으면 노면은 결빙 상태이고, RSSI 값이 Ra보다 작으면서 온도가 Ta보다 크면 결빙은 아니지만 노면이 젖어있는 상태임을 알 수 있다. 상기 Ra, Rb 및 Ta는 노면의 상태를 알 수 있는 기준이 되는 값으로 설정에 따라 달라질 수 있으나, Ra는 -70 dBm, Rb는 -60 dBm, Ta는 0도씨가 바람직하다.
도 6은 노면의 상태가 RSSI 값에 따라 전이하는 알고리즘의 개념도로, RSSI 값 및 온도에 따라서 노면의 상태가 전이하는 한계점을 넘으면 상태가 전이된다. 다만, 판단을 강화하기 위하여 업다운 카운터의 형태로 Dry, Wet, Ice의 각각의 상태 내에서도 단계를 나눠서 노면의 상태를 더욱 구체적으로 판단하는 것이 바람직하다. 즉, Dry 상태 내에서 D0, D1, D2로 나누고, Wet 상태 내에서도 W0, W1, W2로 나누고, Ice 상태 내에서도 I0, I1, I2로 나눠서 연속적으로 발생하는 신호에 대해서 단계별로 상태전이하도록 알고리즘을 적용하면, 더욱 정확한 결과를 추출할 수 있다. 또한, 단계별로 상태전이가 되므로 온도나 RSSI 값의 오류로 인하여 잘못된 결과가 발생할 확률이 현저하게 줄어든다.
한편, 도 11은 차선별로 노면의 상태를 판단하는 실시 예를 도시한 것으로, 상기 검지부(230)는 차선별로 노면의 상태를 판단할 수 있다. 즉, 도로에 매설되는 센서별로 ID를 부여하고, 상기 게이트웨이(200)의 메모리(280)에 상기 센서의 ID를 이용하여 센서가 매설된 차선을 저장한다. 따라서 상기 검지부(230)에서 노면의 상태를 파악하면, 메모리(280)를 참조하여 파악된 센서가 매설된 차선을 매칭시켜 차선별로 노면의 상태를 추출할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템을 구성하는 메인 서버의 구성도로, 메인서버(300)는 무선통신모듈(310)과 통계부(330)를 포함한다.
상기 무선통신모듈(310)은 노면 상태의 검지 결과를 상기 게이트웨이(200)로부터 수신하고, 상기 통계부(330)는 상기 검지 결과를 기초로 지역별 또는 월별 통게를 추출한다. 따라서, 이때 상기 게이트웨이(200)는 상기 메인서버(300)와 통신하기 위하여 노면 상태에 대한 검지 결과를 전송하기 위한 복합무선통신 모듈(250)을 더 포함한다.
이처럼 본 발명에 따른 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템은 동절기에 눈 또는 비로 인하여 발생할 수 있는 도로 또는 교량의 결빙 상태를 감지하여 노면의 결빙 여부 확인 및 결빙 예보 정보를 통하여 교통 정보에 활용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 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.
100 센서노드 110 다중센서 모듈
130 센서통신 모듈A 150 배터리
170 센서 케이스
200 게이트웨이 210 센서통신 모듈B
230 검지부 250 복합무선통신모듈
270 전원 280 메모리
290 케이스 300 메인서버
310 무선통신모듈 330 통계부

Claims (10)

  1. 노면의 상태를 감지하기 위한 다중센서 모듈과, 상기 다중센서 모듈의 센서출력신호를 전송하는 센서통신 모듈A를 포함하는 센서노드; 및
    상기 센서출력신호를 수신하는 센서통신 모듈B와 상기 노면의 상태를 검지하는 검지부를 포함하는 게이트웨이;를 포함하되,
    상기 다중센서 모듈은,
    지자기 센서, 온도 센서, 습도 센서 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 검지부는,
    차선별로 노면의 상태를 판단하고, 상기 센서통신 모듈B에서 수신한 지자기 센서의 신호 변화가 없을 때 동작하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서통신 모듈A와 상기 센서통신 모듈B는,
    지그비(Zigbee)를 이용하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서노드에 포함되는 다중센서 모듈 및 센서통신 모듈A은 센서케이스 내부에 수용되어 도로의 지하에 매설되며,
    상기 센서케이스는 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체와 상기 케이스 본체의 상부를 개폐하는 덮개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 검지부는,
    물, 얼음, 콘크리트, 아스팔트 중 적어도 하나를 포함한 상대적인 유전율 차이, RSSI(Received Signal Strength Indication, 수신 신호 세기) 또는 노면의 표면 온도 값 중 적어도 하나를 이용하여 노면의 상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 검지부는,
    상기 노면의 상태를 Dry, Wet 및 Ice의 3개로 분류하고, 상기 RSSI 값 및 노면의 표면 온도 값에 따라서 상기 노면의 상태가 전이하는 알고리즘을 적용하여 노면의 상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 RSSI 값은 노면의 상태에 따라 센서 신호의 반사 손실(reflection loss) 값이 다른 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    노면 상태의 검지 결과를 상기 게이트웨이로부터 수신하는 무선통신 모듈과, 상기 검지 결과를 기초로 지역별 또는 월별 통계를 추출하는 통계부를 포함하는 메인서버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 게이트웨이는,
    상기 노면 상태에 대한 검지 결과를 상기 메인서버로 전송하는 복합무선통신 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템.

KR1020100089310A 2010-09-13 2010-09-13 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템 KR101303801B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100089310A KR101303801B1 (ko) 2010-09-13 2010-09-13 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100089310A KR101303801B1 (ko) 2010-09-13 2010-09-13 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120027622A KR20120027622A (ko) 2012-03-22
KR101303801B1 true KR101303801B1 (ko) 2013-09-04

Family

ID=46132734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100089310A KR101303801B1 (ko) 2010-09-13 2010-09-13 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101303801B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102454713B1 (ko) 2021-09-01 2022-10-14 주식회사 한국리레이 도로면 수막 및 결빙 감시 시스템

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102362103B1 (ko) * 2020-10-30 2022-02-14 한국외국어대학교 연구산학협력단 도로 시설물에 따른 음영지역 산출장치
CN117368232A (zh) * 2023-10-08 2024-01-09 江苏麦赫物联网科技有限公司 一种微型积冰积水传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007132883A (ja) * 2005-11-14 2007-05-31 Nagoya Electric Works Co Ltd 路面の水検出方法およびその装置
KR20090022127A (ko) * 2007-08-29 2009-03-04 에스케이 텔레콤주식회사 무선통신과 이동통신망을 이용한 도로상태 관리 시스템 및방법
KR100969324B1 (ko) * 2009-10-26 2010-07-09 주식회사 제이캐스트 다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007132883A (ja) * 2005-11-14 2007-05-31 Nagoya Electric Works Co Ltd 路面の水検出方法およびその装置
KR20090022127A (ko) * 2007-08-29 2009-03-04 에스케이 텔레콤주식회사 무선통신과 이동통신망을 이용한 도로상태 관리 시스템 및방법
KR100969324B1 (ko) * 2009-10-26 2010-07-09 주식회사 제이캐스트 다중 센서 모듈을 이용한 교통 정보 수집 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102454713B1 (ko) 2021-09-01 2022-10-14 주식회사 한국리레이 도로면 수막 및 결빙 감시 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120027622A (ko) 2012-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106875733B (zh) 基于自适应环境多传感器低功耗车辆检测系统及方法
KR101037433B1 (ko) 지중 시설물 관리를 위한 무선 통신 시스템
CN102722997B (zh) 一种停车位检测方法及系统
US10297150B2 (en) Low-power vehicle detection
KR101710666B1 (ko) 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 장치 및 방법
KR101303801B1 (ko) 전자파를 이용한 결빙 검지 시스템
CN202816156U (zh) 一种停车位检测节点装置
JP2015536510A5 (ko)
KR101229028B1 (ko) 레이더가 형성된 센서노드 및 센서노드를 이용한 차량 검지방법
CA2466313A1 (en) Roadway freezing point monitoring system and method
CN103782156A (zh) 结冰检测的装置和方法
KR101750939B1 (ko) 주행차량을 이용한 기상상태-기반 노면상태 예측 시스템 및 예측 방법
CN102324188A (zh) 一种埋地式车位检测器
CN107701009A (zh) 一种brt快速公交闸机智能控制系统
CN207541753U (zh) 一种道路结冰预警系统
KR20180117430A (ko) 게이트웨이 장치 및 그 동작방법
CN101639982A (zh) 一种道路交通信息的无线采集方法及装置
JP2004325193A (ja) 排水性舗装路面状態検知システム
Ceylan et al. Development of a wireless MEMS multifunction sensor system and field demonstration of embedded sensors for monitoring concrete pavements, Volume I
US20170359767A1 (en) Sink node, sensor network system, information collection method, and information collection program
FR3060063A1 (fr) Procede de detection de givrage et de degivrage
JP3472829B2 (ja) 路面状態計測装置および路面状態計測車両
KR102623915B1 (ko) 빔포밍 어레이 레이더를 활용한 도로의 블랙 아이스 감지 시스템
CN203849864U (zh) 地磁型路测传感器
WO2022091847A1 (ja) 無線通信ユニットおよび無線の変更方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee