KR101321617B1 - Remote road weather condition monitoring apparatus using two wavelengths - Google Patents

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KR101321617B1
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김용기
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Abstract

PURPOSE: A remote road weather condition monitoring apparatus informs drivers of information about road in real time through an individual terminal and prevents observation error generated by external weather condition variables. CONSTITUTION: A remote road weather condition monitoring apparatus (100) comprises a laser generator (110) emitting a plurality of laser beams with wavelengths different from each other to the ground which is a measuring target; a detector (120) detecting a plurality of scattering signals which is back scattered on the ground by the laser beams; a beam splitter (150) which separates the scattering signal according to wavelength and controls the receiving angle of the separated scattering signals through a mirror; and an analyzer (130) calculates the color ratio of the scattering signals and measures weather condition on the ground. [Reference numerals] (110) Laser generator; (120) Detector; (130) Analyzer; (140) Beam combiner; (150) Beam splitter; (160) Scanner; (170) Fan & heater; (180) Wire/wireless communicator

Description

두 파장 원격 노면 기상 관측 장치{REMOTE ROAD WEATHER CONDITION MONITORING APPARATUS USING TWO WAVELENGTHS}REMOTE ROAD WEATHER CONDITION MONITORING APPARATUS USING TWO WAVELENGTHS}

본 발명은 최소 두 개 이상의 서로 다른 파장의 레이저 다이오드 또는 레이저를 측정하고자 하는 도로면으로 쏘아서, 상기 측정 대상인 도로면에서 산란되는 신호를 받아, 이를 분석하여 상기 측정 대상인 도로면에 대한 기상 상태를 측정하는 두 파장 원격 노면 기상 관측 장치에 관한 것이다.The present invention is to shoot a laser diode or a laser of at least two different wavelengths to the road surface to be measured, receives a signal scattered from the road surface to be measured, and analyzes this to measure the weather conditions on the road surface to be measured To a two-wavelength remote road surface weather observation device.

예컨대, 본 발명의 실시예들은, 각각 다른 파장의 레이저 광을 출력하는 두 개 이상의 레이저 다이오드 또는 레이저를 광원으로 사용하여 도로의 노면으로 쏘아서 후방으로 되돌아오는 신호를 수신하고, 이를 디지털 신호로 바꾼 다음 알고리즘을 통해 분석하여 상기 도로의 노면 기상 상태를 측정하고 있다. 여기서, 상기 노면의 기상 상태로는, 건조(정상), 젖음(비), 결빙(얼음), 눈(강설), 습기, 슬러시 등을 예시 할 수 있다.For example, embodiments of the present invention, using two or more laser diodes or lasers, each of which outputs laser light of different wavelengths, as a light source, receive a signal coming back to the road surface and converting it into a digital signal, and then The road surface weather condition of the road is measured by analyzing through an algorithm. Here, the weather conditions of the road surface may be dry (normal), wet (rain), freezing (ice), snow (snowfall), moisture, slush and the like.

이와 같이, 분석되어 측정된 도로의 기상 상태에 관한 정보는, 유무선 네트워크를 통해, 기상청, 도로공사, 교통통제 센터, 방송국 등의 외부 기관으로 전달될 수 있다.As such, the information about the weather condition of the road measured and analyzed may be transmitted to an external organization such as a meteorological office, a road construction, a traffic control center, or a broadcasting station through a wired or wireless network.

즉, 본 발명은 실시간으로 도로의 노면에 대한 정보를 개인별 단말기를 통해 개별 자동차 운전자들에게 알릴 수 있는 실시간 두 파장 노면 기상 관측 장치에 관한 것이다.That is, the present invention relates to a real-time two-wavelength road surface weather observation apparatus that can notify the individual motorists of the road surface information on the road through the individual terminal in real time.

도로 및 지표면에 대한 기상상태 및 포장재 종류의 구분을 비접촉 원격 기술로 하는 수행하는 것은, 매우 중요할 수 있다.It may be very important to perform non-contact remote technology to distinguish between weather conditions and pavement types for roads and ground surfaces.

접촉식으로 노면의 기상을 측정하기 위해서는, 도로상에서 관측하고자 하는 지점에 도로를 파서 센서를 설치하여야 만 한다. 이러한 과정은 불가피하게, 도로의 파손과 이로 인한 유지관리 비용의 상승을 야기하고, 더불어 센서 위에 이물질의 접착으로 인해 측정 정확도가 떨어지는 등의 여러 가지 문제점을 수반하게 된다.In order to measure the weather on the road surface by contact, a road sensor must be installed at the point to be observed on the road. This process inevitably leads to a number of problems such as damage to the road and the resulting increase in maintenance costs, as well as poor measurement accuracy due to adhesion of foreign matter on the sensor.

따라서 빛을 이용하는 비접촉식 기술로서 도로의 기상상태나 포장 재질을 구분하는 것은, 비용, 성능, 유지관리 측면에서 훨씬 유리하다.Therefore, it is much more advantageous in terms of cost, performance and maintenance to distinguish road weather conditions and pavement materials as a non-contact technology using light.

비접촉식 기술로 도로의 기상을 관측하기 위해 종래에는, 단일 광원과 단일 디텍터를 이용하여 후방으로 산란되어 되돌아오는 빛을 수신광학계로 측정하여 지표면의 종류나 기상상태를 파악 하였다. 하지만 이러한 단일 광원을 이용한 종래의 비접촉식 기술은, 외부의 기상환경, 예컨대, 안개, 에어로졸, 박무, 물방울 등이 존재하게 되면 그 빛의 세기가 감소하게 되어 결국 디텍터로 수신되는 신호의 세기가 약해져서 고속도로의 기상상태를 잘못 읽어, 정상적인 건조한 노면을 젖거나 결빙된 노면 등으로 잘못된 기상상태로 판별할 수도 있다.In order to observe the weather on the road using a non-contact technique, the light scattered backwards by using a single light source and a single detector is measured by a receiving optical system to grasp the type of the earth's surface and the weather condition. However, in the conventional non-contact technology using such a single light source, when there is an external weather environment, for example, fog, aerosol, mist, water droplets, etc., the intensity of light decreases, and thus the intensity of the signal received by the detector becomes weak. The weather condition may be read incorrectly, and it may be determined that the weather condition is normal due to wet or frozen roads.

이렇게 단일 광원과 단일 디텍터를 이용한 도로의 기상 분석은, 후방 산란되는 광신호의 세기 만을 통해서 지표면의 종류와 기상상태를 구분하는 데에 불완전한 특징을 가지고 있다.The weather analysis of the road using a single light source and a single detector has an incomplete characteristic of distinguishing the type of the earth surface and the weather state through only the intensity of the back scattered light signal.

이를 보완하기 위해서 단일 파장이 아닌 두 개 이상의 파장을 가진 레이저 다이오드를 사용하는 다파장 원격 지면관측 장치가 대안이 될 수 있다. 상기 다파장 지면관측 장치는, 단일 파장 기상 관측 장치에서의, 안개, 박무, 에어로졸, 물방울 등의 외부 기상환경 요인에 의하여 발생하는 관측 오류를 방지할 수 있다.To compensate for this, a multi-wavelength remote ground observation device using laser diodes having two or more wavelengths instead of a single wavelength may be an alternative. The multi-wavelength ground observation apparatus can prevent an observation error caused by external weather environment factors such as fog, mist, aerosol, and water droplets in the single wavelength meteorological observation apparatus.

현재까지 비접촉식으로 도로 포장 재질을 구별하는 기술은, 900 nm∼980 nm, 1300 nm∼1600 nm 대의 근적외선 쪽의 파장을 발생하는 레이저 또는 레이저 다이오드를 이용한 기술을 주로 사용하여 왔다. 또한, 비접촉식 기술의 도로의 기상을 관측하는 다른 일례로는, CCD 카메라를 이용하여 도로의 기상상태를 파악하려는 기술도 있다. 단, 이들 기술을 활용하여, 예컨대 고속으로 달리는 자동차에서 포장 재질을 구별하기에는, 너무 많은 데이터 처리를 요구하고 있다.Until now, the technique of distinguishing the road pavement material in a non-contact manner has mainly used a technique using a laser or a laser diode that generates wavelengths in the near infrared range of 900 nm to 980 nm and 1300 nm to 1600 nm. In addition, as another example of observing the weather of a road of a non-contact technology, there is a technique of grasping the weather of a road using a CCD camera. However, utilizing these techniques requires too much data processing, for example, to distinguish packaging materials in automobiles running at high speeds.

현재 우리나라의 도로에서 대표적인 포장재료에는, 아스팔트, 콘크리트, 페인트(흰색, 노란색), 금속, 비포장(모래) 등이 있다. 이러한 포장재질들은 모두 광학적, 물리적, 화학적, 기계적 특성이 다르다. 따라서, 예컨대 건조, 결빙, 강우, 강설, 배수, 건조시간 등에 따른 광학적 물리적 특성 값들은 상이하게 나타날 수 있다.Representative pavement materials in the roads of Korea currently include asphalt, concrete, paint (white, yellow), metal, unpaved (sand), and the like. All of these packaging materials differ in optical, physical, chemical and mechanical properties. Thus, for example, the optical and physical property values may vary depending on drying, freezing, rainfall, snowfall, drainage, drying time and the like.

이러한 포장 재료들이 온도, 비, 눈, 장마, 집중 호우, 황사 등의 기상 환경적인 변화에 따라 어떻게 달라지는지를 제대로 알기 위해서는, 먼저 도로의 포장 재질들을 제대로 구별할 수 있어야 하고, 이를 특히 비접촉 광학적인 기술로 구별하는 것이 필요하다.In order to know how these paving materials change with weather, rain, snow, rainy season, heavy rain, yellow dust, etc., it is necessary to first distinguish the pavement materials of the road, especially non-contact optical technology. It is necessary to distinguish with.

우리나라의 모든 도로는 앞서 예시한 여러 포장재질들이 뒤섞여 사용되고 있으며, 동일한 노선의 고속도로나 국도 노선에서도 아스팔트 포장과 콘크리트 포장이 구간 구간마다 특정한 기준이 없이 뒤섞여 포장되어 있어 장마나 강우 강설 후에 동반되는 도로 포장면의 보수 및 관리는 효율적이지 못 할 수 있다. 이러한 이유로 현재까지는 도로 및 노면의 포장 재질을 구별할 필요성이 많지 않았으나 앞으로 그 필요성이 점점 증가할 것이다.All the roads in Korea are mixed with the various pavement materials exemplified above.In the highways or national roads of the same route, asphalt pavement and concrete pavement are mixed without pavement without specific standards for each section. Cotton maintenance and management may not be efficient. For this reason, until now, it was not necessary to distinguish road and road pavement materials, but the need will increase gradually.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 개의 각각 다른 파장을 가진 레이저 다이오드 또는 레이저를 이용하여 도로의 기상 상태를 관측하고 도로 포장재의 종류를 구별하고 모니터링 하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention to observe the weather conditions of the road by using a laser diode or a laser having two different wavelengths and to distinguish and monitor the types of road pavement.

여기서, 도로의 포장재질이라 함은 아스팔트, 콘크리트(시멘트), 흰색페인트(아스팔트나 콘크리트 위에 도색 된 페인트), 금속(다리와 도로 사이의 경계면), 보도블록(인도용) 등을 말한다. 이러한 도로 포장재질은 일반적으로 표면이 매우 거친 관계로 도로 면으로 빛을 쏘면 빛의 반사보다는 산란 현상에 의해 신호가 주로 수신되고, 본 발명은 이러한 빛의 산란과 반사의 원리를 이용하여 후방으로 되돌아오는 빔을 센서로 감지하여 그 신호의 세기를 통하여 비접촉식으로 도로의 포장재질을 구별하고 있다.Here, the pavement material of the road refers to asphalt, concrete (cement), white paint (paint painted on asphalt or concrete), metal (interface between the bridge and the road), sidewalk block (for India) and the like. Since the road pavement material is generally rough, the signal is mainly received by the scattering phenomenon rather than the light reflection when the light hits the road surface, and the present invention returns to the rear using the principle of light scattering and reflection. The beam coming from the sensor is sensed, and the pavement material of the road is distinguished in a non-contact manner through the strength of the signal.

또한, 본 발명의 목적은 1 kHz 이상의 고반복율로 동작하는 펄스형 광원을 사용함으로써 고속으로 달리는 자동차에 설치하여 도로의 기상 상태와 포장 재질을 구분하는 것이 가능하게 하는 데에 있다.In addition, an object of the present invention is to be installed in a vehicle running at high speed by using a pulsed light source operating at a high repetition rate of 1 kHz or more to be able to distinguish the weather condition of the road and the pavement material.

상기의 목적을 이루기 위한 원격 노면 기상 관측 장치는, 적어도 2개 이상이고, 서로 상이한 파장을 갖는 복수의 레이저 다이오드 또는 레이저 광을 발진시켜, 측정 대상인 노면으로 각각 발사하는 레이저 발생기와, 상기 노면에서 상기 레이저 광에 의해 후방 산란되는 빔의 산란신호를 감지하는 디텍터, 및 상기 산란신호들의 세기 비율(Color Ratio)을 연산하여, 상기 노면에 대한 기상 상태를 측정하는 분석기를 포함하여 구성한다.A remote road surface meteorological observation device for achieving the above object includes at least two laser generators for generating a plurality of laser diodes or laser lights having different wavelengths and firing each onto a road surface to be measured; And a detector for detecting a scattering signal of a beam scattered back by a laser light, and an analyzer for measuring a weather state of the road surface by calculating a color ratio of the scattering signals.

본 발명에 따르면, 단일 파장이 아닌 두 개 이상의 레이저 다이오드(또는 레이저)를 사용하여 두 개 이상의 파장을 가진 두 파장 지면관측 장치를 사용 함으로써, 단일 파장 기상 관측 장치에서 안개, 박무, 에어로졸, 물방울 등의 외부 기상환경 요인에 의하여 발생하는 관측 오류를 방지할 수 있다.According to the present invention, by using two wavelength ground observation devices having two or more wavelengths using two or more laser diodes (or lasers) instead of a single wavelength, fog, mist, aerosol, water droplets, etc. Observation errors caused by external weather environment factors can be prevented.

또한, 본 발명에 따르면, 두 파장(λ1, λ2)의 레이저 다이오드 빔이 거의 동일한 빔 사이즈로 확대되고, 동일한 광경로를 가지고 빔이 진행하여, 도로면의 동일한 지점에 빔을 쏘아서 후방 산란되어 디텍터에 수신된 두 파장의 레이저 다이오드 빔의 신호세기(Intensity)인 Iλ1과 Iλ2, 그리고 두 신호의 세기 비율인 Iλ1/Iλ2 또는 Iλ2/Iλ 1를 통하여 관측대상 지표면의 종류와 기상 상태를 구분할 수 있다. 여기서, 두 파장의 레이저 다이오드 빔의 파장(색깔)이 서로 다르므로 상기 세기 비율인 Iλ1/Iλ2 또는 Iλ2/Iλ 1를 Color Ratio(CR) 이라고 하고, 본 발명은 상기 세기 비율의 값에 대한 적절한 분석을 통해 노면의 기상 상태의 판단 및 획득을 수행한다.Further, according to the present invention, the laser diode beams of the two wavelengths λ1 and λ2 are enlarged to almost the same beam size, the beams advance with the same optical path, and the back scattered by shooting the beam at the same point on the road surface. The type and weather conditions of the surface to be observed through I λ1 and I λ2 , the intensity of the two-wavelength laser diode beams, and I λ1 / I λ2 or I λ2 / I λ 1 , respectively. State can be distinguished. Here, the wavelength (colors) of laser diode beams of two wavelengths are so different from each other and that the I λ1 / I λ2 or I λ2 / I λ 1 to Color Ratio (CR), the intensity ratio, the present invention is a value of the intensity ratio Determination and acquisition of road surface weather conditions through appropriate analysis.

또한, 본 발명에 의해서는, 상기 세기 비율의 측정을 통한 지표면의 기상 상태와 도로 포장재의 구분에 있어서, 태양광으로 인한 배경신호를 제거하고 S/N 비를 높이기 위해, 각종 필터(Band pass filter, Edge filter, Laser line filter)를 활용 함으로써 상기 CR 값의 측정 정확도를 높여 지표면의 기상을 정확히 측정할 수 있다.In addition, according to the present invention, in order to remove the background signal due to sunlight and to increase the S / N ratio in the classification of the weather condition of the ground surface and the road pavement by measuring the intensity ratio, various filter (Band pass filter) , Edge filter, and laser line filter) can be used to accurately measure the weather of the surface by increasing the measurement accuracy of the CR value.

또한, 본 발명에 따르면, 두 개 또는 그 이상의 레이저 다이오드 빔들을 각기 다른 레이저 다이오드(또는 레이저)에서 서로 상이한 파장으로 발사하고, 이들을 빔 결합기(Beam combiner)에서 합쳐 하나의 동일한 광경로를 가지면서 관측대상 지표면 또는 물체의 동일한 지점에 조사 함으로써, 지표면의 기상 상태를 보다 정확히 구분할 수 있게 한다.Furthermore, according to the present invention, two or more laser diode beams are fired at different wavelengths from different laser diodes (or lasers), and these are combined in a beam combiner and observed with one and the same optical path. By irradiating the target surface or the same point of the object, it is possible to more accurately distinguish the weather conditions of the ground surface.

또한, 본 발명에 따르면, 관측 대상 지표면의 온도를 비접촉 방법으로 측정하기 위해 적외선 파장을 가진 적외선 온도계(IR Thermometer)를 케이스 내부에 장착하여 지표면의 온도와 기상 상태를 같이 측정할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 겨울철 도로의 결빙이 일어나는 온도인 0℃ 이하의 지표면 온도의 파악과 도로의 결빙 여부를 결정하는데 중요한 단서를 제공할 수 있는 구성을 가지고 있다.In addition, according to the present invention, in order to measure the temperature of the surface of the observation target surface by a non-contact method, an infrared thermometer (IR thermometer) having an infrared wavelength can be mounted inside the case to measure the surface temperature and the weather state together. Through this, the present invention has a configuration that can provide an important clue in determining the ground surface temperature below 0 ℃ which is the temperature at which the winter road freezing occurs and whether the road freezes.

또한, 본 발명에 의해서는, 두 파장 노면 기상 관측 장치를 GPS 장치와 함께 결합하여 정학한 위치에서의 지면 기상정보를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, the two-wavelength road surface weather observation device may be combined with the GPS device to provide ground weather information at a precise position.

도 1은 본 발명에 따른 원격 노면 기상 관측 장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 레이저 발생기의 구조에 대한 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 디텍터의 구조에 대한 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 원격 노면 기상 관측 장치의 송신 광학계의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 원격 노면 기상 관측 장치의 송신 광학계의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 원격 노면 기상 관측 장치의 수신 광학계의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 원격 노면 기상 관측 장치의 송신 광학계와 수신 광학계를 결합한 일례를 설명하는 도면이다.1 is a view showing a specific configuration of a remote road surface weather observation apparatus according to the present invention.
2 is a diagram illustrating an example of a structure of a laser generator.
3 is a diagram illustrating an example of the structure of a detector.
It is a figure for demonstrating an example of the transmission optical system of a remote road surface weather observation apparatus.
It is a figure for demonstrating another example of the transmission optical system of a remote road surface weather observation apparatus.
6 is a view for explaining an example of a reception optical system of a remote road surface weather observation device.
7 is a view for explaining an example in which a transmission optical system and a reception optical system of a remote road surface weather observation device are combined.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명에 따른 원격 노면 기상 관측 장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a specific configuration of a remote road surface weather observation apparatus according to the present invention.

본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 레이저 발생기(110), 디텍터(120) 및 분석기(130)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 실시예에 따라, 빔 결합기(140), 빔 분할기(150), 빔을 이동할 수 있는 스캐너(160), 히터 및 팬(170), 유무선 통신기(180)를 선택적으로 추가하여 포함할 수 있다.The remote road surface weather observation apparatus 100 of the present invention may include a laser generator 110, a detector 120, and an analyzer 130. In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 according to the embodiment, the beam combiner 140, the beam splitter 150, the scanner 160 that can move the beam, the heater and fan 170, wired and wireless communication unit 180 It may optionally include by adding.

우선, 레이저 발생기(110)는 적어도 2개 이상이고, 서로 상이한 파장을 갖는 복수의 레이저 광을 발진시켜, 측정 대상인 노면으로 각각 발사한다. 즉, 레이저 발생기(110)는 복수의 레이저 다이오드, 레이저 광원 등으로 구현되고, 그 각각으로 다른 파장의 레이저 광을 생성하는 역할을 한다. 상기 레이저 발생기(110)에서 갖는 파장은 다양할 수 있으나, 태양광의 영향이 최소화될 수 있는, 예컨대 905 nm∼930 nm, 1300 nm∼1350 nm, 1500 nm∼1580 nm 파장의 레이저 광을 선택적으로 발진할 수 있게 한다.First, at least two laser generators 110 generate a plurality of laser lights having different wavelengths from each other and emit each of the laser generators 110 onto the road surface to be measured. That is, the laser generator 110 is implemented with a plurality of laser diodes, laser light sources, and the like, and serves to generate laser light having different wavelengths, respectively. The wavelength of the laser generator 110 may vary, but selectively oscillates laser light having a wavelength of 905 nm to 930 nm, 1300 nm to 1350 nm, and 1500 nm to 1580 nm, in which the influence of sunlight can be minimized. Make it possible.

도 2는 레이저 발생기의 구조에 대한 일례를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating an example of a structure of a laser generator.

일실시예에서, 레이저 발생기(200)는 복수의 레이저 광이 파장 이외에 등등한 조건으로 발진하도록 할 수 있다. 이를 위해, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 레이저 발생기(200)는, 레이저 다이오드(210), 제1 발광렌즈(220) 및 제2 발광렌즈(230)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the laser generator 200 may cause the plurality of laser lights to oscillate under conditions other than wavelength. To this end, as shown in FIG. 2A, the laser generator 200 may include a laser diode 210, a first light emitting lens 220, and a second light emitting lens 230.

레이저 다이오드(210)는 레이저 광을 생성하는 광원 역할을 한다. 즉, 레이저 다이오드(210)는 다이오드의 pn 접합에 큰 순방향 전류를 흘려서 레이저 발광을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 레이저 다이오드(210)는 순방향 반도체 접합을 능동 매질로 사용하여 레이저를 발생시키는 다이오드로서 예시할 수 있다.The laser diode 210 serves as a light source for generating laser light. That is, the laser diode 210 may generate a laser emission by flowing a large forward current through the pn junction of the diode. For example, laser diode 210 may be exemplified as a diode that generates a laser using a forward semiconductor junction as an active medium.

레이저 다이오드(210)에서 생성되는 레이저 광은, 측정 대상인 노면으로 최적하게 발사하기 위해, 빛의 퍼짐(Diverging)을 조절하여 도로의 노면에 맞는 빔 사이즈를 적절한 크기로 조절하여 사용할 수 있다.The laser light generated by the laser diode 210 may be used to adjust the beam size suitable for the road surface by adjusting the spreading of the light in order to optimally launch to the road surface to be measured.

이를 위해, 제1 발광렌즈(220)는 시준(Collimation) 렌즈로 광원에서 발진된 레이저 광 각각에 대해 빔 퍼짐을 일정하게 하여 빔의 크기를 일정하게 유지시킨다. 즉, 제1 발광렌즈(220)는 레이저 다이오드(210) 등의 광원에서 생성된 제1 레이저 광과 제2 레이저 광의 크기를 일정하게 유지하는 역할을 한다. 제1 발광렌즈(220)는, 예컨대 비구면(Aspheric) 렌즈, 시준(collimation) 렌즈 등으로 구현할 수 있고, 이러한 렌즈를 통해 빔의 크기가 정해진 일정한 크기로 유지되는 평행 레이저 광을, 상기 관측대상 노면으로 발사될 수 있게 한다.To this end, the first light emitting lens 220 is a collimation lens to uniformly spread the beam for each of the laser light emitted from the light source to maintain a constant beam size. That is, the first light emitting lens 220 serves to maintain a constant magnitude of the first laser light and the second laser light generated by the light source such as the laser diode 210. The first light emitting lens 220 may be implemented by, for example, an aspheric lens, a collimation lens, or the like, and through the lens, parallel laser light in which the beam size is maintained at a predetermined size, the surface to be observed To be fired.

또한, 레이저 다이오드(210)에서 생성되는 레이저 광은 확대되어 측정 대상인 노면에 도달할 수 있어야 한다. 이를 위해, 제2 발광렌즈(230)에서는 레이저 광을 크게 확대할 수 있다. 즉, 제2 발광렌즈(230)는 제1 발광렌즈(220)에서 평행 빔으로 만들어 져서 통과한 상기 제1 및 제2 레이저 광을 확대하는 역할을 한다. 제2 발광렌즈(230)는, 예컨대 빔 확대를 위한 평철(plano-convex) 또는 양면 볼록(Bi-convex) 렌즈를 사용하여 구성될 수 있다.In addition, the laser light generated by the laser diode 210 should be enlarged to reach the road surface to be measured. To this end, the second light emitting lens 230 may greatly enlarge the laser light. That is, the second light emitting lens 230 enlarges the first and second laser beams that are made by passing through the first light emitting lens 220 in a parallel beam. The second light emitting lens 230 may be configured using, for example, a plano-convex or bi-convex lens for beam expansion.

다른 일실시예에서, 레이저 발생기(200)는 레이저 광을 좀 더 정밀한 평행 빔으로 전환시킬 수도 있다. 이를 위해, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 레이저 발생기(200)는, 상술의 도 2(a)의 구성에 더해, 제3 발광렌즈(240)를 더 포함할 수 있다.In another embodiment, the laser generator 200 may convert the laser light into a more precise parallel beam. To this end, as shown in FIG. 2B, the laser generator 200 may further include a third light emitting lens 240 in addition to the configuration of FIG. 2A.

제3 발광렌즈(240)는 제1 발광렌즈(220)를 통과한 상기 제1 및 제2 레이저 광을 평행하게 한다. 즉, 제3 발광렌즈(240)는 제1 레이저 광과 제2 레이저 광을 평행으로 나란히 진행하게 하는 역할을 한다. 예컨대, 제3 발광렌즈(240)는 발산(Diverging 또는 negative) 렌즈인 평철(plano-convex) 또는 양면 볼록(Bi-convex) 렌즈를 사용할 수 있다.The third light emitting lens 240 parallels the first and second laser light passing through the first light emitting lens 220. That is, the third light emitting lens 240 serves to cause the first laser light and the second laser light to run in parallel in parallel. For example, the third light emitting lens 240 may use a plano-convex or bi-convex lens that is a diverging or negative lens.

도 2에서 사용된 발광렌즈(220, 230, 240)는 광원인 레이저 다이오드(210)의 파장에서 비반사 코팅이 되어 있는 렌즈들일 수 있다.The light emitting lenses 220, 230, and 240 used in FIG. 2 may be lenses having an antireflective coating at a wavelength of the laser diode 210 as a light source.

레이저 발생기(200)는 이들 발광렌즈(220, 230, 240)에 의해, 일정 크기로 확대되어 평행빔으로 만들어진 레이저 광을 수직인 0°부터, 예컨대 지면으로 향하는 빔의 입사각이 0°∼ 70°사이의 각도로 측정대상의 노면을 향해 발사 할 수 있다.The laser generator 200 uses these light emitting lenses 220, 230, and 240 to expand the laser light, which is enlarged to a predetermined size, from a vertical 0 °, for example, an angle of incidence of a beam directed toward the ground is 0 ° to 70 °. You can shoot toward the surface of the object at an angle between them.

다시 도 1을 설명하면, 디텍터(120)는 상기 노면에서 상기 복수의 레이저 광에 의해 후방 산란되는 복수의 산란신호를 감지한다. 즉, 디텍터(120)는 상기 노면의 표면으로 발사된 상기 레이저 광에 의해 사방으로 산란되어진 광들을 수신하는 역할을 한다.Referring back to FIG. 1, the detector 120 detects a plurality of scattering signals scattered back by the plurality of laser lights on the road surface. That is, the detector 120 serves to receive light scattered in all directions by the laser light emitted to the surface of the road surface.

실시예에 따라, 디텍터(120)는, 상기 노면에서 상기 복수의 레이저 광에 의해 파장 전이된 라만 산란 신호를, 상기 산란신호로서 감지하기 위한 스펙트로미터(spectrometer)를 포함할 수 있다. 스펙트로미터는 전자기파를 파장의 차이에 따라 분해하여 그 세기 분포를 측정하는 것으로, 예컨대 빛을 분산시켜서 얻게 되는 스펙트럼을 측정하는 장치를 지칭할 수 있다. 즉, 디텍터(120)는 상기 레이저 광의 조사에 의해, 상기 노면에서, 분자 고유 진동이나 회전 에너지 또는 결정의 격자(格子) 진동 에너지만큼 달라진 주파수의 광이 산란되어 만들어진 라만 산란 신호를, 상기 스펙트로미터를 통해 감지할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the detector 120 may include a spectrometer for detecting the Raman scattering signal wavelength-transferred by the plurality of laser lights on the road surface as the scattering signal. A spectrometer is a device for measuring the spectrum obtained by dispersing electromagnetic waves according to wavelength differences and measuring their intensity distribution. For example, a spectrometer may refer to a device for measuring a spectrum obtained by dispersing light. That is, the detector 120 emits, on the road surface, a Raman scattering signal generated by scattering light having a frequency changed by molecular natural vibration, rotational energy, or crystal lattice vibration energy on the road surface. Can be detected through

상기 산란신호의 수신에 있어서, 디텍터(120)는 광원의 파장에 맞게 비반사 코팅된 집광 렌즈시스템을 통하여 산란된 빔을 최대한 모아, 후단의 분석기(130)에서 상기 노면의 기상 상태를 분석할 수 있는 환경을 조성할 수 있다.In receiving the scattering signal, the detector 120 collects scattered beams through the condensing lens system that is antireflectively coated according to the wavelength of the light source, and analyzes the weather state of the road surface by the analyzer 130 at the rear stage. You can create a living environment.

도 3은 디텍터의 구조에 대한 일례를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of the structure of a detector.

도 3(a)에 도시한 바와 같이, 디텍터(300)는, 포토 다이오드(310), 제1 수광렌즈(320), 및 필터(330)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3A, the detector 300 may include a photodiode 310, a first light receiving lens 320, and a filter 330.

제1 수광렌즈(320)는 산란신호를 집광 한다. 즉, 제1 수광렌즈(320)는 측정 대상인 노면에서 레이저 광이 후방 산란하여 생성되는 산란신호를 모으는 역할을 한다.The first light receiving lens 320 collects scattered signals. That is, the first light receiving lens 320 collects scattered signals generated by backscattering the laser light on the road surface to be measured.

제1 수광렌즈(320)에 의한 상기 산란신호의 집광시에는 태양광에 기인한 배경신호가 유입될 수 있다. 상기 배경신호의 차단을 위해, 디텍터(300) 앞에는 필터(330)를 사용할 수 있다.When the scattering signal is collected by the first light receiving lens 320, a background signal due to sunlight may be introduced. To block the background signal, a filter 330 may be used in front of the detector 300.

즉, 필터(330)는 상기 집광된 산란신호에 대해, 광원인 레이저 다이오드에서 사용하는 파장 이외의 파장을 제거하는 역할을 한다. 상기 필터(330)로는 예컨대 상기 레이저 다이오드에서 사용되는 파장 만을 통과시켜, 상기 배경신호를 제거하는, 대역패스필터(Band pass filter), 에지 필터(Edge filter), 레이저 라인 필터(Laser line filter) 등을 예시할 수 있다. 또한, 필터(330)는 상기 산란신호의 수신 환경에 따라, 2개 이상으로 중복 사용하여 태양광에 의한 배경신호 유입을 더욱 효과적으로 차단할 수도 있다.That is, the filter 330 serves to remove wavelengths other than the wavelength used by the laser diode as a light source with respect to the collected scattered signal. For example, a band pass filter, an edge filter, a laser line filter, etc., which pass only a wavelength used in the laser diode to remove the background signal. Can be illustrated. In addition, the filter 330 may be used more than two in accordance with the scattering signal reception environment to more effectively block the inflow of the background signal by sunlight.

빔의 수광을 위한 디텍터인 포토 다이오드(310)는 필터(330)를 통과하여 배경신호 노이즈가 제거된 산란신호를 입력 받는다. 즉, 포토 다이오드(310)는 광신호를 전기신호로 변환하여, 후방 산란된 산란신호를 모니터링 하는 역할을 할 수 있다.The photodiode 310, which is a detector for receiving a beam, passes through a filter 330 and receives a scattering signal from which background signal noise is removed. That is, the photodiode 310 may convert an optical signal into an electrical signal and serve to monitor backscattered scattered signals.

다른 실시예에서, 디텍터(300)는 배경신호의 차단을 보다 효과적으로 하기 위한 장치, 예를 들어 조리개(340)(Iris, 340), 어퍼처(Aperture, 350) 또는 평행 빔으로 만들기 위한 렌즈들을 선택적으로 포함하여 구성할 수도 있다.In another embodiment, the detector 300 selects devices for more effectively blocking the background signal, for example lenses for making the aperture 340 (Iris, 340), aperture 350 or parallel beams. It can also be configured to include.

도 3(b)에서는, 조리개(340)를 통해, 제1 수광렌즈(320)의 가장자리 부분을 통과해서 들어오는 산란신호를 제거하는, 디텍터(300)의 구성을 예시하고 있다. 즉, 조리개(340)는 제1 수광렌즈(320)의 가장자리 부분을 통과해서 들어오는 비위치 빔(Stray beam)들을 제거하기 위해 필터(330) 앞에 설치될 수 있다.In FIG. 3B, the detector 300 removes scattered signals passing through the edge of the first light receiving lens 320 through the diaphragm 340. That is, the diaphragm 340 may be installed in front of the filter 330 to remove stray beams passing through the edge portion of the first light receiving lens 320.

이러한 조리개(340)의 구성을 통해, 디텍터(300)는 상기 비위치 빔(Stray beam)을 차단하여 배경신호를 더 효율적으로 차단할 수 있고, 나아가 상기 배경신호 때문에 생기는 노이즈를 더욱 더 잘 제거할 수 있게 된다.Through the configuration of the diaphragm 340, the detector 300 can block the non-position beam (Stray beam) to block the background signal more efficiently, and can further remove the noise caused by the background signal. Will be.

도 3(c)에서는 제1 수광렌즈(320)의 초점이 형성되는 부분으로 어퍼처(350)를 형성하고, 어퍼처(350)를 통해 태양광에 의한 배경신호를 차단하는 디텍터(300)의 구성을 예시하고 있다. 즉, 디텍터(300)는 태양광에 기인하여 존재하게 되는 배경신호를 차단하기 위해, 제1 수광렌즈(320)의 초점이 형성되는 부분에 핀홀(Pin hole)의 어퍼처(350)를 둠으로써 상기 산란신호의 파면(Wavefront)을 깨끗하게 유지시킬 수 있다.In FIG. 3 (c), the aperture 350 is formed as a portion where the focal point of the first light receiving lens 320 is formed, and the detector 300 blocks the background signal caused by sunlight through the aperture 350. The configuration is illustrated. That is, the detector 300 places the aperture 350 of the pin hole in the portion where the focal point of the first light receiving lens 320 is formed in order to block the background signal existing due to sunlight. The wavefront of the scattering signal may be kept clean.

이때, 어퍼처(350)를 통과한 산란신호는 다시 발산하게 되는데 이 빔을 평행빔으로 만들기 위해, 디텍터(300)는 시준 렌즈(Collimation lens, 352)를 더 포함할 수 있다. 즉, 시준 렌즈(352)는 어퍼처(350)를 통과한 산란신호를 평행 빔으로 변환하여 필터(330)로 입사하는 역할을 한다. 이렇게 하면 시준 렌즈(352)를 통과한 후 필터(330)로 입사하는 빔의 각도(AOI, Angle of Incidence)는, 0°가 되어 필터의 배경신호를 차단하는 효과를 극대화 할 수 있다.In this case, the scattering signal passing through the aperture 350 is diverged again. In order to make the beam into a parallel beam, the detector 300 may further include a collimation lens 352. That is, the collimating lens 352 converts the scattering signal passing through the aperture 350 into a parallel beam and serves to enter the filter 330. In this case, the angle of incidence (AOI) of the beam incident to the filter 330 after passing through the collimating lens 352 becomes 0 °, thereby maximizing the effect of blocking the background signal of the filter.

또한, 디텍터(300)는 필터(330)를 통과한 평행의 산란신호를 집광하는 제2 수광렌즈(360)를 더 포함할 수 있다. 제2 수광렌즈(360)는 상기 산란신호의 빔 직경을, 포토 다이오드(310)의 수광면적 보다 작게 만들어 보내는 역할을 한다. 상기 제2 수광렌즈(360)에 대한 설명은 이하 도 3(d)의 설명으로 대신한다.In addition, the detector 300 may further include a second light receiving lens 360 for condensing parallel scattering signals passing through the filter 330. The second light receiving lens 360 serves to make the beam diameter of the scattering signal smaller than the light receiving area of the photodiode 310. The description of the second light receiving lens 360 will be replaced with the description of FIG. 3 (d) below.

또 다른 실시예에서, 디텍터(300)는 산란신호의 수신 과정에서의 손실을 최소화하는 구성으로서 제2 수광렌즈(360)를 선택적으로 포함할 수도 있다.In another embodiment, the detector 300 may optionally include the second light receiving lens 360 as a configuration for minimizing the loss in the scattering signal reception process.

도 3(d)에서는, 제2 수광렌즈(360)를 통해 상기 산란신호의 빔 직경을, 포토 다이오드(310)의 수광면적 보다 작게 전환하는, 디텍터(300)의 구성을 예시하고 있다. 즉, 제2 수광렌즈(360)는 포토 다이오드(310)가 상기 산란신호를 받아들일 수 있는 영역(수광 면적)으로 상기 산란신호가 집중되어 입력되도록 하는 역할을 한다.In FIG. 3 (d), the configuration of the detector 300 for converting the beam diameter of the scattering signal through the second light receiving lens 360 to be smaller than the light receiving area of the photodiode 310 is illustrated. That is, the second light receiving lens 360 serves to concentrate the scattering signal into an area (light receiving area) where the photodiode 310 can receive the scattering signal.

예컨대, 포토 다이오드(310)로서, 수광면적이 비교적 작은 In-Ga-As 계열의 포토 다이오드가 사용되는 경우, 제1 수광렌즈(320)에서 집광된 빔 사이즈는 포토 다이오드(310)의 수광면적 보다 더 크게 되고, 이는 빔 손실의 원인이 될 수 있다. 이에 따라, 디텍터(300)는 제2 수광렌즈(360)를 제1 수광렌즈(320)의 후단(도 3(d)에서는 필터(330)의 후단)에 두어, 상기 산란신호의 빔 사이즈를 일정 수준으로 줄이고 있다. 제2 수광렌즈(360)는 초점거리가 15 mm 이하로 아주 짧은 렌즈를 사용하며, 집광된 상기 산란신호의 직경을 In-Ga-As 계열의 포토 다이오드(310)의 수광면적보다 작게 만들어, 빔 손실없이 상기 산란신호를 수신할 수 있게 한다.For example, when an In-Ga-As series photodiode having a relatively small light receiving area is used as the photodiode 310, the beam size collected by the first light receiving lens 320 is larger than the light receiving area of the photodiode 310. Becomes larger, which can cause beam loss. Accordingly, the detector 300 places the second light receiving lens 360 at the rear end of the first light receiving lens 320 (the rear end of the filter 330 in FIG. 3 (d)), and thus the beam size of the scattering signal is fixed. Is reducing to level. The second light receiving lens 360 uses a very short lens having a focal length of 15 mm or less, and makes the diameter of the scattered scattered signal smaller than the light receiving area of the In-Ga-As-based photodiode 310, thereby providing a beam. It is possible to receive the scattering signal without loss.

또한, 포토 다이오드(310)로서, 상기 In-Ga-As 계열의 포토 다이오드(310)가 사용되는 경우, 디텍터(300)는 실시예에 따라, 앞서 도 3(b)에서 언급한 것과 같은 조리개(340)를 추가로 더 두어, 제1 수광렌즈(320)의 가장자리 부분을 통과해서 들어오는 비위치 빔(Stray beam)들을 제거하여 배경신호를 더욱 더 효율적으로 차단할 수도 있다.In addition, when the In-Ga-As-based photodiode 310 is used as the photodiode 310, the detector 300 may have the same aperture as described above with reference to FIG. The 340 may be further added to remove stray beams passing through the edge portion of the first light receiving lens 320 to block the background signal even more efficiently.

다시 도 1을 설명하면, 분석기(130)는 상기 산란신호들의 세기 비율(Color Ratio)을 연산하여, 상기 노면에 대한 기상 상태를 측정한다. 즉, 분석기(130)는 상기 산란신호를 디지털 신호로 바꾼 다음 정해진 알고리즘을 통해 분석하여 상기 노면의 기상 상태를, 예컨대 건조(정상), 젖음(비), 결빙(얼음), 눈(강설) 등으로 측정하는 역할을 한다.Referring back to FIG. 1, the analyzer 130 calculates a color ratio of the scattering signals to measure a weather state of the road surface. That is, the analyzer 130 converts the scattered signal into a digital signal and then analyzes the weather state of the road surface by using a predetermined algorithm, for example, dry (normal), wet (rain), freeze (ice), snow (snow), etc. It serves as a measure.

상기 노면에 대한 기상 상태의 측정에 있어서, 분석기(130)는 상기 복수의 레이저 광 중 제1 레이저 광과 연관하여 감지되는 제1 산란신호의 세기, 및 상기 복수의 레이저 광 중 제2 레이저 광과 연관하여 감지되는 제2 산란신호의 세기 중 적어도 하나를 고려하여, 상기 노면에 대한 기상 상태를 측정할 수 있다.In the measurement of the meteorological condition on the road surface, the analyzer 130 may include an intensity of a first scattered signal detected in association with a first laser light of the plurality of laser lights, and a second laser light of the plurality of laser lights. The weather state of the road surface may be measured in consideration of at least one of the strengths of the second scattered signal detected in association.

예컨대, 상기 제1 산란신호의 파장을 λ1으로, 또한 상기 제2 산란신호의 파장을 λ2로 하는 경우, 분석기(130)는 상기 두 파장의 신호세기(Intensity)인 Iλ1과 Iλ2, 그리고 두 신호의 세기 비율인 Iλ1/Iλ2 또는 Iλ2/Iλ 1를 통하여 관측 대상인 상기 노면의 종류와 기상 상태를 예측할 수 있다.For example, when the wavelength of the first scattering signal is λ1 and the wavelength of the second scattering signal is λ2, the analyzer 130 may be I λ1 and I λ2 , which are signal intensities of the two wavelengths. through the intensity ratio of I λ1 / I λ2 λ2 or I / I 1 λ of a signal to predict the type and weather conditions of the observation target the road surface.

이에 따라, 본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치(100)에 의해서는, 어떤 특정한 기상 조건에서 잘 흡수되거나 산란이 잘 일어나는 파장을 가진 레이저 광들을 노면의 표면으로 쏘아서 후방으로 산란되어 되돌아오는 산란신호를 디텍터(120)를 이용하여 수신한 다음 이를 분석하여 상기 노면의 기상 상태를 인지할 수 있게 한다.Accordingly, by the remote road surface weather observation device 100 of the present invention, the laser beam having a wavelength that is well absorbed or scattered well under a specific weather condition is emitted to the surface of the road to scatter the scattered signal back The detector 120 may be used to analyze and then recognize the weather state of the road surface.

일실시예에서, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 파장이 다른 두 개의 빔을 하나의 빔으로 합쳐주는 빔 결합기(140)를 추가적으로 포함하여 구성할 수 있다.In one embodiment, the remote road surface weather observation apparatus 100 may further include a beam combiner 140 for combining two beams of different wavelengths into one beam.

빔 결합기(140)는 상기 복수의 레이저 광 중 제1 레이저 광의 발사각을 미러를 통해 조정하고, 상기 조정된 제1 레이저 광을, 상기 복수의 레이저 광 중 제2 레이저 광에 결합하는 역할을 한다.The beam combiner 140 adjusts a launch angle of the first laser light of the plurality of laser lights through a mirror, and couples the adjusted first laser light to a second laser light of the plurality of laser lights.

이에 따라, 레이저 발생기(110)는, 상기 결합된 레이저 광을, 상기 노면 내 일지점으로 하나의 광경로를 갖고 발사할 수 있게 된다.Accordingly, the laser generator 110 can emit the combined laser light with one light path to one point in the road surface.

또한, 또 다른 레이저 발생기(110)는 가시광을 발사하여 상기 일지점을 시각적으로 지시 함으로써, 사용자로 하여금 측정 대상을 정확하게 인지하도록 지원 할 수 있다.In addition, another laser generator 110 may visually indicate the one point by firing visible light, thereby supporting the user to accurately recognize the measurement target.

다른 실시예에서, 원격 노면 기상 관측장치(100)는, 빔 분할기(150)를 추가적으로 포함하여 구성할 수 있다.In another embodiment, the remote road surface weather observation device 100 may further include a beam splitter 150.

빔 분할기(150)는 상기 복수의 산란신호가 하나의 광경로를 갖고 수신하는 경우, 상기 산란신호 각각을 파장에 따라 분리하고, 상기 분리된 산란신호 중 하나의 산란신호의 수신각을 미러를 통해 조정할 수 있다. 앞서 빔 결합기(140)에 의해 하나의 광경로를 가지고 노면으로 발사된 복수의 레이저 광에 의해, 생성된 복수의 산란신호는 역시 하나의 광경로를 가지고 수신하게 되며, 빔 분할기(150)는 이들 복수의 산란신호를 파장을 고려하여 두 개의 각기 다른 디텍터에 수신하기 위해 두 개의 파장을 각각의 광경로로 분리하여 디텍터에 각각 수신되게 하는 역할을 한다.When the plurality of scattering signals are received with one optical path, the beam splitter 150 separates each of the scattering signals according to a wavelength, and receives a scattering signal of the scattering signals of the separated scattering signals through a mirror. I can adjust it. The plurality of scattered signals generated by the plurality of laser beams previously emitted by the beam combiner 140 to the road surface are also received with one light path, and the beam splitter 150 receives these light paths. In order to receive a plurality of scattering signals to two different detectors in consideration of wavelengths, the two wavelengths are separated into respective optical paths so as to be received by the detectors.

다른 실시예에서, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는, 스캐너(160)를 추가적으로 포함하여 구성할 수 있다.In another embodiment, the remote road surface weather observation device 100 may further include a scanner 160.

스캐너(160)는 레이저 발생기(110)에서의 상기 레이저 광의 발사 위치와, 디텍터(120)에서의 상기 산란신호의 감지 위치를, 상기 고속도로나 국도의 폭을 따라 이동시키는 역할을 한다. 두 파장의 레이저 광을 이용한 지표면 관측은, 동일한 빔 사이즈, 동일한 광경로, 그리고 동일한 지점에서 관측대상 지표면의 종류와 기상 상태를 측정하지만, 레이저 다이오드의 빔 크기가 유한한 관계로 일정한 지점, 즉 레이저 광이 지표면에 도달하는 부분 만의 기상상태를 알 수 있다는 한계가 있다. 이에 따라, 스캐너(160)는 본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치(100) 전체를 좌우로 회전시켜서(즉, 스캐닝)하여 산란신호를 수신할 수 있다. 예컨대, 스캐너(160)는 약 3.6 m 정도의 도로 폭을 가지는 자동차 전용도로 한 차선 이상의 넓은 지역을 스캐닝하여, 자동차 도로 한 차선 이상의 노면의 기상상태 정보를 파악할 수 있다.The scanner 160 serves to move the firing position of the laser light in the laser generator 110 and the detection position of the scattering signal in the detector 120 along the width of the highway or the national road. Surface observation using two-wavelength laser light measures the type of surface being observed and the state of the weather at the same beam size, the same light path, and at the same point, but the laser diode has a finite beam size, ie a laser. There is a limit to knowing the weather conditions only where the light reaches the earth's surface. Accordingly, the scanner 160 may receive the scattering signal by rotating the entire remote road surface weather observation apparatus 100 according to the present invention (ie, scanning). For example, the scanner 160 scans a wide area of one or more lanes of an automobile-only road having a road width of about 3.6 m, and grasps weather state information of a road surface of one or more lanes of an automobile road.

다른 실시예에서, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는, 히터 및 팬(170)을 추가적으로 포함하여 구성할 수 있다.In another embodiment, the remote road surface weather observation device 100 may further include a heater and a fan 170.

히터 및 팬(170)은 레이저 발생기(110), 디텍터(120), 및 분석기(130) 등을 포함하는 케이스 내에 위치하고, 상기 케이스 내부의 온도를 일정한 온도로 유지할 수 있다. 즉, 히터는 상기 케이스 내부를 온도 상승시키고, 팬은 상기 케이스 내부 의 공기를 순환시켜서 겨울철 결로를 방지하고, 여름에는 외부의 차가운 공기를 유입시켜 내부의 온도를 온도 하강시키는 역할을 한다. 실시예에 따라, 히터 및 팬(170)은 상기 케이스에 포함될 수 있는 온도 센서(Thermometer)의 동작에 기초하여 온도를 조절할 수도 있다.The heater and fan 170 may be located in a case including the laser generator 110, the detector 120, the analyzer 130, and the like, and maintain the temperature inside the case at a constant temperature. That is, the heater increases the temperature inside the case, the fan circulates the air inside the case to prevent condensation in the winter, and in the summer serves to lower the temperature inside the temperature by introducing external cold air. According to an embodiment, the heater and the fan 170 may adjust the temperature based on the operation of a temperature sensor (Thermometer) that may be included in the case.

즉, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는, 레이저 다이오드의 출력과 파장을 일정하게 유지하기 위하여 레이저 발생기(110), 디텍터(120) 등을 감싸는 내부 케이스와 단열재를 포함하는 외부 케이스를 포함하도록 구성하며, 히터 및 팬(170)은 상기 케이스 내부의 온도를 일정하게 유지시킨다. 이를 통해, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 겨울철 결로 방지 및 여름철 냉각을 통해 케이스 내부의 공기를 순환시킬 수 있게 된다.That is, the remote road surface weather observation device 100 is configured to include an inner case surrounding the laser generator 110, the detector 120, and the like and an outer case including a heat insulating material in order to maintain a constant output and wavelength of the laser diode. The heater and the fan 170 maintain a constant temperature inside the case. Through this, the remote road surface weather observation device 100 can circulate the air inside the case through the winter condensation prevention and summer cooling.

다른 실시예에서, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는, 유무선 통신기(180)를 추가적으로 포함하여 구성할 수 있다.In another embodiment, the remote road surface weather observation device 100 may further include a wired and wireless communication unit 180.

유무선 통신기(180)는 상기 측정된 기상 상태를, 외부 기관으로 알리는 역할을 한다. 즉, 유무선 통신기(180)는 분석기(130)에 의해 측정된 노면의 기상 상태를, 기상청, 한국도로공사, 교통 통제센터, 공항관제센터, TV 및 라디오 방송국, 인터넷, 유무선 네트워크 등을 통하여 각종 기관과 단체 및 개인에게 안내할 수 있다.The wired / wireless communication unit 180 serves to inform the external organization of the measured weather condition. That is, the wired / wireless communication unit 180 may monitor various weather conditions of the road surface measured by the analyzer 130 through the Korea Meteorological Agency, the Korea Highway Corporation, a traffic control center, an airport control center, TV and radio stations, the Internet, and a wired / wireless network. It can be used to guide students, groups and individuals.

비접촉식으로 도로의 기상을 관측하기 위해 종래의 기술에서는 하나의 광원과 하나의 디텍터를 이용하여 후방으로 산란되어 되돌아오는 빛을 수신광학계로 측정하여 지표면의 종류나 기상상태를 구별하였다. 하지만 이러한 단일 광원을 이용한 종래의 기술은, 외부의 기상 환경, 예컨대 안개, 에어로졸, 박무, 물방울 등이 존재하게 되면 그 빛의 세기가 감소하게 되어 결국 디텍터에 수신되는 신호의 세기가 약해지게 되는 단점을 가지고 있다. 일반적으로 정상적인 건조한 노면에서 후방 산란된 신호는, 젖은 노면이나, 결빙된 노면의 신호보다 그 세기가 강하다.In order to observe the weather on the road in a non-contact manner, in the related art, light scattered backward by using one light source and one detector is measured by a receiving optical system to distinguish the type of the earth surface or the weather condition. However, the conventional technology using such a single light source, the presence of an external weather environment, such as fog, aerosol, mist, water droplets, etc. is a disadvantage that the intensity of the light is reduced and eventually the strength of the signal received by the detector is weakened Have In general, backscattered signals on a normal dry road surface are stronger than those on wet or frozen roads.

하지만 건조한 노면인데도 안개, 박무, 에어로졸 등의 외부환경이 존재하면, 종래의 기술에서는 그 신호의 세기가 감소하여 젖거나 결빙된 도로의 신호로 분석하게 되어 도로의 기상상태를 잘못 읽어 판별할 수도 있다. 이렇게 단일 광원과 단일 디텍터를 이용한 도로의 기상 분석은, 후방 산란되는 광신호의 세기 만을 통해서 노면의 기상상태를 구분하는 데에 불완전한 특징을 가지고 있다.However, if there is an external environment such as fog, mist, or aerosol, even on a dry road surface, the intensity of the signal decreases in the prior art and analyzes it as a signal of wet or frozen roads, so that the weather condition of the road may be read incorrectly. . Thus, the weather analysis of the road using a single light source and a single detector has an incomplete characteristic of distinguishing the weather conditions of the road through only the intensity of the back scattered light signal.

이를 보완하기 위해 본 발명에서는 단일 파장이 아닌 두 개 이상의 광원(레이저 다이오드)과 두 개 이상의 디텍터를 사용하는 다파장 노면 기상관측 장치를 사용하여, 단일 파장 기상관측 장치에서 안개, 박무, 에어로졸, 물방울 등의 외부 기상환경 요인에 의하여 발생하는 관측 오류를 방지하고 있다.In order to compensate for this, the present invention uses a multi-wavelength road surface meteorological observation apparatus using two or more light sources (laser diodes) and two or more detectors instead of a single wavelength. Observation errors caused by external weather environment factors, etc., are prevented.

즉, 본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 전자식 IR 온도계와 같이 장착하여 도로 포장노면의 온도를 관측하고자 하며, 더불어 노면의 온도변화 추이 및 결빙 및 해빙 시간 등의 측정과 데이터 축적을 가능하게 한다.That is, the remote road surface weather observation device 100 of the present invention is equipped with an electronic IR thermometer to observe the temperature of the road pavement surface, and can also measure and accumulate data such as trends of the road surface temperature change and freezing and thawing time. Let's do it.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)에서와 같은, 두 개의 디텍터에 수신되는 산란신호에는, 도로의 기상상태 및 노면포장 재질에 대한 정보를 기본적으로 포함하고 있다. 예컨대, 상기 산란신호는 디텍터에 수신된 신호의 진폭 크기 속에 진폭의 도로의 젖음, 습기, 결빙, 슬러시, 눈, 정상적인 건조 상태 등의 기상 상태를 나타내는 정보와 도로의 포장재의 종류에 관계되는 정보를 같이 포함하고 있다.In addition, the scattering signals received by the two detectors, as in the remote road surface weather observation apparatus 100, basically include information on the weather condition of the road and the road pavement material. For example, the scattering signal may include information indicating weather conditions such as wetness, moisture, freezing, slush, snow, and normal dry conditions of the road and amplitude related to the type of pavement in the amplitude of the signal received by the detector. It is included together.

본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 예컨대 비행기가 뜨고 내리는 민간 및 군용 활주로에도 사용 및 적용이 가능하며, 노면 또는 지표면의 기상 상태 정보를 실시간으로 필요로 하는 모든 어떤 종류의 지표면에도 적용이 가능할 수 있다.The remote road surface meteorological observation device 100 of the present invention can be used and applied to, for example, civil and military runways where planes float and descend, and can be applied to any kind of surface that needs real-time weather condition information on the road surface or surface. It may be possible.

본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치(100)에서는 태양광의 영향이 적은 중심 파장이 905 nm∼930 nm, 1300 nm∼1350 nm, 1500 nm∼1580 nm 파장 중에 적절한 파장의 레이저 다이오드를 사용하며, 이 레이저 다이오드들은 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)이 5 ∼ 30 nm 정도의 영역을 가지고 펄스 또는 연속발진 형태로 동작하는 광원일 수 있다.In the remote road surface meteorological observation apparatus 100 of the present invention, a laser diode having a suitable wavelength is used among the wavelengths of 905 nm to 930 nm, 1300 nm to 1350 nm, and 1500 nm to 1580 nm, with a center wavelength having little influence of sunlight. The diodes may be light sources that operate in the form of pulses or continuous oscillations with an area of about 5 to 30 nm in a full width at half maximum (FWHM).

원격 노면 기상 관측 장치(100)는 파장이 다른 복수의 레이저 광을 노면에 쏘아서 노면의 젖음, 습기, 결빙, 슬러시, 눈, 정상적인 건조 상태 등의 기상 상태를 실시간으로 분석할 수 있다.The remote road surface weather observation apparatus 100 may analyze a plurality of laser lights having different wavelengths on the road surface and analyze weather conditions such as wetness, moisture, freezing, slush, snow, and normal dry conditions in real time.

이렇게 분석된 도로의 기상상태를, 본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치(100)는, 기상청, 한국도로공사, 교통 통제센터, 공항관제센터, TV 및 라디오 방송국, 인터넷, 유무선 네트워크 등을 통하여 각종 단체 및 개인에게 알릴 수 있다.The weather condition of the road analyzed in this way, the remote road surface weather observation apparatus 100 of the present invention, various organizations through the Korea Meteorological Agency, Korea Expressway Corporation, traffic control center, airport control center, TV and radio stations, the Internet, wired and wireless networks, etc. And to individuals.

이하에서는, 이러한 본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치의 구체 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, specific examples of such a remote road surface weather observation apparatus of the present invention will be described.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 원격 노면 기상 관측 장치의 구체 실시예를 설명하기 위한 도면이다.4 to 7 are views for explaining a specific embodiment of the remote road surface weather observation apparatus according to the present invention.

도 4는 원격 노면 기상 관측 장치의 송신 광학계의 일례를 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating an example of the transmission optical system of a remote road surface weather observation apparatus.

도 4에서는 송신 광학계의 구성을 보여주고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 송신광학계의 원격 노면 기상 관측 장치(400)는, 두 개의 서로 다른 파장(λ1, λ2)을 가진 레이저 다이오드(또는 레이저)와 평행 빔과 빔 확대를 위한 각각의 렌즈 세트를 포함하는 송신 광학계(410)와, 상기 송신 광학계(410)에서 발진하는 레이저 광의 통과를 위해 케이스의 일부를 개방한 후 그 자리에 광학 구성품인 윈도우(Window, 415)를 두어 레이저 광을 최대한 손실 없이 통과시키고 먼지나 습기 등이 케이스 내부로 유입되는 것을 막을 수 있게 구성되어 있다. 또한, 원격 노면 기상 관측 장치(400)는, 상기 케이스 내의 온도를, 예컨대 15℃∼25℃ 사이의 온도 조절을 위한 히터(420)와 온도 센서(430)를 포함하고, 상기 케이스 내부의 환기를 위한 팬(430)를 포함할 수 있다. 상기 케이스는 단열을 위한 단열재와 방수를 위한 2중 케이스로 구성될 수 있다.4 shows the configuration of the transmission optical system. As shown in FIG. 4, the remote road surface weather observation device 400 of the transmission optical system includes a laser diode (or laser) having two different wavelengths λ 1 and λ 2, and a lens for parallel beam and beam magnification. A transmission optical system 410 including a set and a part of the case for opening the laser light oscillating from the transmission optical system 410 are opened, and an optical component window (Window, 415) is placed therein to maximize the laser light. It is configured to pass without loss and to prevent dust or moisture from entering the case. In addition, the remote road surface weather observation device 400 includes a heater 420 and a temperature sensor 430 for adjusting the temperature in the case, for example, between 15 ° C. and 25 ° C., and provide ventilation inside the case. May include a fan 430. The case may be composed of a heat insulating material for heat insulation and a double case for waterproofing.

도 4에서는 두 개의 송신 광학계(410)가 각각 다른 파장의 레이저 광을 서로 다른 빔 경로를 가지고 관측 대상의 노면으로 발사하는 것이 예시되고 있다. 하지만, 상기 두 개의 레이저 광이 상기 노면에 도달하였을 때는 두 레이저 광이 동일한 하나의 지점에서 겹쳐(Overlap)지게 되며, 원격 노면 기상 관측 장치(400)는, 이렇게 두 레이저 광이 겹쳐진 지점에 대해서만 상기 노면의 기상상태를 정확히 읽을 수 있다.In FIG. 4, two transmission optical systems 410 emit laser light of different wavelengths onto the road surface of the observation target with different beam paths. However, when the two laser lights reach the road surface, the two laser lights overlap at the same single point, and the remote road surface meteorological observation device 400 is only able to overlap the two laser lights at this point. The weather conditions on the road can be read accurately.

따라서, 도 4에서와 같이 두 개의 다른 광 경로를 가지는 경우, 원격 노면 기상 관측 장치(400)의 설치 높이가 변하게 되면 상기 두 개의 레이저 광이 겹치지 않고 서로 다른 지점에 도달하게 되어 상기 노면의 기상 상태를 정확하게 읽을 수 없는 문제가 발생할 수도 있다.Therefore, in the case of having two different optical paths as shown in FIG. 4, when the installation height of the remote road surface weather observation device 400 is changed, the two laser lights reach different points without overlapping, and thus the weather state of the road surface. You may encounter a problem that cannot read correctly.

도 5는 원격 노면 기상 관측 장치의 송신 광학계의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating another example of the transmission optical system of a remote road surface weather observation apparatus.

도 5에서는 송신 광학계의 다른 구성을 보여주고 있으며, 상기 다른 구성의 송신 광학계는 기본 구성이 앞서의 도 4의 것과 동일하고 빔 결합기(510)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.5 shows another configuration of the transmission optical system, and the transmission optical system of the other configuration may have a basic configuration identical to that of FIG. 4 and further include a beam combiner 510.

즉, 원격 노면 기상 관측 장치(500)는 두 개의 송신 광학계(410)에서 발사된 서로 다른 파장(λ1, λ2)의 레이저 광을 빔 결합기(510)에서 단일의 레이저 광으로 합쳐져서 윈도우(415)를 통과시킨다.That is, the remote road surface weather observation device 500 combines the laser light of different wavelengths λ1 and λ2 emitted by the two transmission optical systems 410 into a single laser light in the beam combiner 510 to open the window 415. Pass it through.

도 5를 참조하면, 원격 노면 기상 관측 장치(500)는 파장 λ1를 갖는 제1 레이저 광의 발사각을 미러(520)를 통해 직각으로 조정하고, 상기 조정된 제1 레이저 광과, 파장 λ2를 갖는 제2 레이저 광을 빔 결합기(510)에서 결합하여 단일의 레이저 광을 생성한다. 이후, 원격 노면 기상 관측 장치(500)는 λ1 파장을 가진 빔과 λ2을 가진 빔을 모두 포함하는 상기 생성된 단일의 레이저 광을 윈도우(415)를 통해 동일한 광경로로서 노면으로 발사하게 된다.Referring to FIG. 5, the remote road surface weather observation device 500 adjusts the firing angle of the first laser light having the wavelength λ 1 at right angles through the mirror 520, and adjusts the first laser light having the adjusted first laser light and the wavelength λ 2. The two laser lights are combined in the beam combiner 510 to produce a single laser light. Thereafter, the remote road surface weather observation device 500 emits the generated single laser light including the beam having the wavelength λ 1 and the beam having the λ 2 through the window 415 as the same light path to the road surface.

이에 따라, 앞서의 도 4의 송신 광학계의 구성과 달리, 원격 노면 기상 관측 장치(500)는 두 개의 레이저 광이 항상 동일한 광경로를 가지고 관측 대상의 노면에 도달하도록 하여 상기 노면의 기상 상태 정보를 정확하게 측정할 수 있게 한다. 이 때, 윈도우(415)는 한 개 만을 필요로 한다.Accordingly, unlike the configuration of the transmission optical system of FIG. 4 described above, the remote road surface weather observation device 500 allows two laser beams to always reach the road surface of the object to be observed with the same optical path so as to obtain weather state information of the road surface. Ensure accurate measurements At this time, only one window 415 is required.

실시예에 따라, 원격 노면 기상 관측 장치(500)는 상기 레이저 광이 도달하는 노면의 위치를 정확하게 파악하기 위한 빔 정렬용의 레이저 다이오드(530)를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the remote road surface meteorological observation device 500 may further include a laser diode 530 for beam alignment to accurately determine the position of the road surface at which the laser light reaches.

두 개의 레이저 광이 인간의 눈에 보이지 않는 파장들(λ1, λ2, λ1+λ2)을 사용하므로, 원격 노면 기상 관측 장치(500)는 예컨대 붉은색(630-680 nm) 또는 초록색(500-550 nm) 계열의 가시광선 파장(λ3)을 가진 빔 정렬용의 레이저 다이오드(530)를 사용하여, 상기 노면에 도달하는 레이저 광의 위치를 사용자로 하여금 정확히 파악할 수 있게 한다.Since the two laser lights use wavelengths λ1, λ2, λ1 + λ2 that are invisible to the human eye, the remote road surface weather observation device 500 is for example red (630-680 nm) or green (500-550). The laser diode 530 for beam alignment having the nm) visible wavelength λ3 enables the user to accurately determine the position of the laser light reaching the road surface.

도 6은 원격 노면 기상 관측 장치의 수신 광학계의 일례를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining an example of a reception optical system of a remote road surface weather observation device.

도 6에서는 수신 광학계의 구성을 보여주고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 원격 노면 기상 관측 장치(600)는, 두 개의 레이저 광이 노면에서 후방 산란되어 파장 λ1을 갖는 산란신호와, 파장 λ2를 갖는 산란신호를, 윈도우(415)를 통해 입력 받는다. 이때, 산란신호는 상기 파장 λ1과 파장 λ2가 결합된 파장 λ1과 λ2를 갖는 단일의 산란신호로서, 하나의 광경로를 갖고 입력될 수 있다.6 shows the configuration of the receiving optical system. As illustrated in FIG. 6, the remote road surface weather observation device 600 includes two scattered laser signals scattered back from the road surface, and a scattering signal having a wavelength λ 1 and a scattering signal having a wavelength λ 2 through the window 415. Take input. In this case, the scattering signal is a single scattering signal having wavelengths λ1 and λ2 in which the wavelength λ1 and the wavelength λ2 are combined, and may be input with one optical path.

원격 노면 기상 관측 장치(600)는, 예컨대 다이크로익 미러(Dichroic mirror)로 만들어진 빔 분할기(610)에서 파장 λ1의 산란신호와, 파장 λ2의 산란신호로 각각 분리되고, 분리된 산란신호 중 파장 λ1의 산란신호의 수신각을 미러(620)를 통해 조정할 수 있다. 이후, 원격 노면 기상 관측 장치(600)는 분리된 수신각이 조정된 파장 λ1의 산란신호와, 분리된 파장 λ2의 산란신호 각각을 수신 광학계(630)인 포토 다이오드로 전달할 수 있다.The remote road surface weather observation device 600 is, for example, split into a scattering signal of wavelength λ1 and a scattering signal of wavelength λ2 in a beam splitter 610 made of a dichroic mirror, and the wavelength of the separated scattering signal The reception angle of the scattering signal of λ1 may be adjusted through the mirror 620. Thereafter, the remote road surface weather observation device 600 may transmit the scattered signal of the wavelength λ 1 with the separated reception angle adjusted and the scattered signal of the separated wavelength λ 2 to the photodiode that is the reception optical system 630.

상기 수신 광학계는 역시 온도가 유지되고 방수가 가능한 케이스 속에 위치하며, 히터(420)와 온도 센서(430)에 의해 온도가 일정하게 유지되고 팬(440)으로 외부 공기의 유입과 환기를 통해 케이스 내부에 결로를 방지할 수 있다. 히터(420)와 온도 센서(430)의 위치는 케이스 내부 공간의 체적에 따라 다르게 정해질 수 있으며, 팬(440)의 개수와 위치 또한 조정과 이동을 통해 자유롭게 배치될 수 있다.The receiving optical system is also located in a case where the temperature is maintained and waterproof, the temperature is kept constant by the heater 420 and the temperature sensor 430 and the inside of the case through the inlet and ventilation of external air to the fan 440. Condensation can be prevented. The position of the heater 420 and the temperature sensor 430 may be determined differently according to the volume of the inner space of the case, and the number and position of the fans 440 may also be freely arranged through adjustment and movement.

도 7은 원격 노면 기상 관측 장치의 송신 광학계와 수신 광학계를 결합한 일례를 설명하는 도면이다.7 is a view for explaining an example in which a transmission optical system and a reception optical system of a remote road surface weather observation device are combined.

도 7에는 레이저 광을 측정 대상인 노면으로 발사하는 송신 광학계와, 상기 노면에서 상기 레이저 광에 의해 후방 산란된 산란신호를 수신하는 수신 광학계를 통합하여, 하나의 케이스 내로 포함하여 구성한 원격 노면 기상 관측 장치(700)를 예시한다.FIG. 7 is a remote road surface weather observation apparatus including a transmission optical system that emits laser light onto a road surface to be measured, and a reception optical system that receives scattered signals backscattered by the laser light on the road surface, into a single case. Illustrate 700.

도 7에 도시한 바와 같이, 원격 노면 기상 관측 장치(700)의 송신 광학계는 두 개의 송신 광학계(410)에서 각각 발진하는 파장 λ1를 갖는 제1 레이저 광과 파장 λ2를 갖는 제2 레이저 광을, 미러(520)와 빔 결합기(510)에서 단일의 레이저 광으로 결합한 후, 윈도우(415)를 통해 동일한 광경로로 노면을 향해 발사한다.As illustrated in FIG. 7, the transmission optical system of the remote road surface meteorological observation apparatus 700 may include a first laser light having a wavelength λ 1 and a second laser light having a wavelength λ 2, respectively oscillated by the two transmission optical systems 410. After combining with a single laser light in the mirror 520 and the beam combiner 510, and fires toward the road through the window 415 in the same light path.

원격 노면 기상 관측 장치(700)의 수신 광학계는, 상기 노면에서 상기 레이저 광에 의해 후방 산란된 산란신호를 수신한다. 이때, 원격 노면 기상 관측 장치(700)는, 파장 별로 상기 산란신호를 독립적으로 수신할 수 있다. 예컨대 도 7에는, 파장 λ1의 제1 레이저 광과 연관되어 후방 산란된 산란신호를 윈도우(415-1)를 통해 수신되어, 수신 광학계(630)에서 감지하고, 파장 λ2의 제2 레이저 광과 연관되어 후방 산란된 산란신호를 윈도우(415-2)를 통해 수신되어, 다른 수신 광학계(630)에서 감지하는 것을 예시하고 있다.The receiving optical system of the remote road surface weather observation apparatus 700 receives a scattering signal scattered back by the laser light on the road surface. In this case, the remote road surface weather observation apparatus 700 may independently receive the scattering signal for each wavelength. For example, in FIG. 7, a scattered signal backscattered in association with a first laser light of wavelength λ 1 is received through a window 415-1, sensed by the receiving optical system 630, and associated with a second laser light of wavelength λ 2. The back scattered scattering signal is received through the window 415-2 and sensed by another receiving optical system 630.

도 7과 같은 원격 노면 기상 관측 장치(700)에서 히터(420)와 온도 센서(430)의 위치는 내부 공간의 체적에 따라 다르게 설치할 수 있으며 팬(440)의 개수와 위치 또한 조정과 이동이 가능할 수 있다.In the remote road surface weather observation apparatus 700 as shown in FIG. 7, the positions of the heater 420 and the temperature sensor 430 may be installed differently according to the volume of the internal space, and the number and position of the fans 440 may also be adjusted and moved. Can be.

본 발명의 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 두 개 이상의 파장, 즉 λ1, λ2의 파장을 가진 두 개 이상의 레이저 광을 노면으로 쏘아서 후방 산란된 신호를 두 개의 디텍터로 수신하여 노면의 기상 상태 관측과 모니터링을 가능하게 한다.The remote road surface meteorological observation apparatus 100 of the present invention shoots two or more laser lights having two or more wavelengths, that is, λ1 and λ2 to the road surface, and receives backscattered signals with two detectors to observe weather conditions of the road surface. Enable monitoring.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 두 개 이상의 파장을 가진 두 개 이상의 레이저 발생기와 두 개의 디텍터를 사용하고, 각 파장의 레이저 광들을, 빔의 크기를 일정하게 유지시키는 시준 렌즈(Collimation lens)와 빔을 확대하는데 필요한 렌즈를 순차적으로 통과시킬 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation device 100 uses two or more laser generators and two detectors having two or more wavelengths, and collimation lens for maintaining the beam size constant for the laser lights of each wavelength. ) And the lens required to enlarge the beam in sequence.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 두 개 또는 그 이상의 레이저 광을, 반사 미러와 다이크로익 미러로 만들어진 빔 결합기(Beam combiner)에서 두 빔이 합쳐져서 하나의 동일한 광경로를 만들어 노면으로 쏘는 장치를 포함하고, 이를 통해 동일한 지점에 두 빔이 겹쳐서 관측대상 지표면 또는 물체에 조사되도록 할 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 combines two or more laser beams in a beam combiner made of a reflection mirror and a dichroic mirror to combine the two beams to form one identical optical path and to shoot the road surface. It includes a device, which allows two beams to overlap at the same point so that they can be irradiated to the surface or object being observed.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 레이저 광을 발진하는 광원으로서, 펄스형 또는 연속발진형 레이저 다이오드 또는 레이저를 포함하는 광원을 사용할 수 있고, 예컨대 905 nm∼930 nm, 1300 nm∼1350 nm, 1500 nm∼1580 nm 파장 중에 적절한 파장의 중심 파장을 가질 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 may use a pulsed or continuous oscillation laser diode or a light source including a laser as a light source for oscillating laser light, for example, 905 nm to 930 nm, 1300 nm to 1350 nm. It may have a central wavelength of an appropriate wavelength among the wavelengths of 1500 nm to 1580 nm.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 상기 펄스형 레이저 다이오드로서, 10 Hz에서 100 kHz 사이에서 특정한 임의의 반복율을 가지고 동작하는 펄스형 레이저 다이오드 또는 레이저 광원을 포함할 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation device 100 may include a pulsed laser diode or a laser light source that operates with a certain arbitrary repetition rate between 10 Hz and 100 kHz as the pulsed laser diode.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 레이저 다이오드들의 펄스 동작을 위한 트리거(trigger) 신호를 넣어주는 펄스 신호 발생기(Trigger pulse generator)를 포함할 수도 있다.In addition, the remote road surface weather observation device 100 may include a trigger pulse generator for inserting a trigger signal for the pulse operation of the laser diodes.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 펄스형 레이저 다이오드 또는 레이저 광원으로서, 2 ns에서 1000 ns 사이의 펄스폭 중에서 어떤 특정한 펄스폭 중 하나를 선택하고 두 개 광원의 펄스 폭이 동일한 펄스 폭을 가지고 지표면 관측대상 지표면 또는 물체에 조사되도록 할 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 is a pulsed laser diode or a laser light source, and selects one of a specific pulse width among pulse widths between 2 ns and 1000 ns, and the pulse widths of the two light sources have the same pulse width. It can be irradiated to the surface or object to be observed.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 각기 다른 파장을 가진 두 개의 펄스형 레이저 광으로서, 2 ns∼1000 ns 사이의 펄스폭 중에서 동일한 펄스폭과 동일한 반복율로 동작하여 관측 대상 노면 또는 대상물체에 조사되도록 할 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation device 100 is two pulsed laser light having different wavelengths, and operates at the same pulse width and the same repetition rate among the pulse widths between 2 ns and 1000 ns to the observed road surface or the target object. Can be investigated.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 확대되어 동일한 광경로를 가지는 두 개 이상의 레이저 광을 관측대상 지표면 또는 물체에 조사하여, 항상 관측대상 지표면 또는 물체의 동일한 지점에 조사되게 하고, 이 때의 빔 사이즈로서 동일하거나 거의 비슷한 빔 사이즈를 가지게 할 수 있다. 이를 위해 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 두 신호의 세기를 측정하는 두 개 이상의 디텍터를 사용하고, 두 신호의 세기 비율, 즉 Color Ratio(CR)를 통해 노면의 기상 상태를 측정하는 분석기를 포함할 수 있다.In addition, the remote road surface meteorological observation device 100 is enlarged to irradiate two or more laser lights having the same optical path to the observation surface or the object so that it is always irradiated to the same point of the observation surface or the object. It is possible to have the same or nearly similar beam size as the beam size. To this end, the remote road surface weather observation device 100 uses two or more detectors for measuring the strengths of two signals, and includes an analyzer for measuring the weather conditions of the road surface through a strength ratio of two signals, that is, a color ratio (CR). can do.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 동일한 빔사이즈와 동일한 광경로, 그리고 동일한 지점에서 디텍터에 수신된 두 빔의 신호세기 비율을 통하여 관측대상 지표면의 종류와 기상 상태를 측정할 수 있다. 다만, 관측대상 지표면의 종류와 기상 상태의 측정 구분이 모호할 경우에, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 각각의 레이저 광의 파장의 빔 세기(Iλ1, Iλ2)를, 진폭 비율(Iλ1/Iλ2 또는 Iλ2/Iλ1)인 CR 값과 함께 비교하여 구분 함으로써, 지표면의 건조, 젖음(비), 결빙, 눈 등의 기상상태를 더욱 확실하게 구분할 수 있다. 즉, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 Iλ1/Iλ2(또는 Iλ2/Iλ1), Iλ1, Iλ2 등의 세 가지 정보들을 종합적으로 비교하여, 관측대상 지표면의 기상상태나 노면종류 등을 구분할 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 may measure the type and the weather condition of the observation target surface through the same beam size, the same optical path, and the signal intensity ratio of the two beams received by the detector at the same point. However, if the measured separation of the observation object surface conditions with different types of gas phase ambiguity, remote road surface weather observation device 100 has a respective beam intensity of the laser light has a wavelength (I λ1, I λ2), the amplitude ratio (I λ1 By comparing with the CR value of / I λ 2 or I λ 2 / I λ 1 ), it is possible to more clearly distinguish weather conditions such as dryness, wetness (rain), freezing, and snow on the surface. That is, the remote road surface meteorological observation apparatus 100 compares three pieces of information such as I λ1 / I λ2 (or I λ2 / I λ1 ), I λ1 , and I λ2 , and compares the weather conditions and the surface type of the surface to be observed. Etc. can be distinguished.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 레이저 광의 출력과 파장을 일정하게 유지하기 위하여 레이저 발생기, 디텍터 등을 감싸는 내부 케이스와, 단열재를 포함하는 외부케이스를 포함하여 구성할 수 있다. 또, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 상기 케이스의 내부에 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터, 온도 센서, 겨울철 결로 방지 및 여름철 냉각을 위한 팬 등을 포함하여, 케이스 내부의 공기를 순환시킬 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 may be configured to include an inner case surrounding the laser generator, a detector, and the like, and an outer case including a heat insulating material in order to maintain a constant output and wavelength of the laser light. In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 may circulate air in the case, including a heater for maintaining a constant temperature inside the case, a temperature sensor, a winter condensation prevention and a fan for summer cooling. have.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 노면에서 후방 산란된 신호가 측정되는 디텍터인 포토 다이오드의 신호를 디지털 신호로 바꾸어 측정하기 위해 ADC(Analogue to Digital Converter)나 디지터이저(Digitizer)를 사용 함으로써, 디지털화된 신호의 크기를 이용한 보다 정확한 CR 값을 측정할 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation device 100 uses an ADC (Analogue to Digital Converter) or a digitizer to measure the signal of the photodiode, which is a detector on which the signal scattered back from the road surface is measured, into a digital signal. Thus, a more accurate CR value using the digitized signal can be measured.

각기 다른 파장을 가진 두 개의 레이저 광을 펄스형태로 조사하면, 빛과 물체의 상호작용에 의하여 후방산란으로 되돌아오는 빔은, 원래 광원이 가진 파장에서 이동하여 원래 파장보다 긴 파장 또는 짧은 파장으로 파장 전이가 일어나는데 이를 라만 산란(Raman scattering)이라 한다. 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 이러한 라만 산란 신호를 이용하여 지표면의 기상상태를 구분할 수 있다.When two laser beams having different wavelengths are irradiated in a pulsed form, the beam returned to backscattering due to the interaction of light and an object moves from the wavelength of the original light source and has a wavelength longer or shorter than the original wavelength. Transitions occur and are called Raman scattering. The remote road surface weather observation device 100 may use the Raman scattering signal to distinguish the weather state of the earth's surface.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 상기 라만 산란 신호를 측정하기 위하여 스펙트로미터(spectrometer)를 포함할 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation device 100 may include a spectrometer to measure the Raman scattering signal.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 하나의 윈도우를 통하여 들어온 파장이 λ1과 λ2로 다른 산란신호를 빔 분할기(Separator)를 사용하여 각각의 산란신호로 분리하고, 분리된 두 개의 산란신호가 λ1과 λ2로 나누어져서 각각 디텍터인 포토 다이오드로 수신될 수 있게 한다.In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 separates the scattered signals having different wavelengths λ1 and λ2 through one window into respective scattered signals using a beam splitter and separates the two scattered signals. It is divided into [lambda] 1 and [lambda] 2 so that they can be received by a photodiode which is a detector, respectively.

원격 노면 기상 관측 장치(100)에서는 동일한 빔 사이즈, 동일한 광경로, 그리고 동일한 지점에서, 관측대상 지표면의 종류와 기상 상태를 구분하지만 레이저 광의 빔 크기가 유한한 관계로 일정한 지점, 예컨대 레이저 광이 지표면에 맞는 부분 만의 노면 기상상태를 측정할 수 있다. 때문에 이를 극복하고자, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 시스템 전체를 좌우로 회전시켜서(즉, 스캐닝) 산란신호를 수신할 수 있다. 예컨대, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 약 3.6 m 정도의 도로 폭을 가지는 자동차 전용도로 한 차선 이상의 넓은 지역을 스캐닝 하여 자동차 도로 한 차선 이상의 노면 기상상태 정보를 파악할 수 있게 한다.In the remote road surface meteorological observation apparatus 100, at the same beam size, the same light path, and at the same point, the type of the earth surface to be observed and the weather condition are distinguished, but a fixed point such as laser light is provided on the surface because the beam size of the laser light is finite. It is possible to measure the road surface weather condition of only the part that fits. Therefore, to overcome this, the remote road surface weather observation apparatus 100 may receive a scattering signal by rotating the entire system from side to side (ie, scanning). For example, the remote road surface weather observation apparatus 100 may detect road surface weather information of one or more lanes of a car road by scanning a wide area of one or more lanes of an automobile-only road having a road width of about 3.6 m.

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는, 도로의 한 차선 전체의 기상 정보를 읽을 수 있게 관측 시스템 전체를 좌우로 스캐닝 할 수 있는 기계 및 구동 장치와 이를 제어 하는데 필요한 컨트롤 시스템을 포함할 수도 있다.In addition, the remote road surface weather observation apparatus 100 may include a machine and a driving device capable of scanning the entire observation system from side to side to read weather information of an entire lane of a road and a control system required to control the same. .

또한, 원격 노면 기상 관측 장치(100)는 분석된 도로의 기상상태를, 기상청, 한국도로공사, 교통 통제센터, 공항관제센터, TV 및 라디오 방송국, 인터넷, 유무선 네트워크 등을 통하여 각종 기관과 단체 및 개인에게 알릴 수 있다.In addition, the remote road surface weather observation device 100 can analyze the weather conditions of the road analyzed by various agencies and organizations through the Korea Meteorological Administration, Korea Expressway Corporation, traffic control center, airport control center, TV and radio stations, the Internet, wired and wireless networks, and the like. You can tell the individual.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

100 : 원격 노면 기상 관측 장치
110 : 레이저 발생기
120 : 디텍터
130 : 분석기100: remote road surface weather observation device
110: laser generator
120: detector
130: Analyzer

Claims (15)

서로 상이한 파장을 갖는 제1 레이저 광과 제2 레이저 광을 포함하여 복수의 레이저 광을 발진시키는 레이저 발생기;
상기 제1 레이저 광의 발사각을 미러를 통해 조정하여, 상기 제2 레이저 광에 결합하고, 상기 결합된 레이저 광이, 측정 대상인 노면 내 일지점으로 하나의 광경로를 갖고 발사되도록 하는 빔 결합기;
상기 노면 내 일지점에서 상기 레이저 광에 의해 후방 산란되어 하나의 광경로로 갖고 수신되는 산란신호를 감지하는 디텍터;
상기 산란신호를 파장에 따라 분리하고, 상기 분리된 산란신호 중 상기 제1 레이저 광과 연관하여 감지되는 제1 산란신호의 수신각을 상기 미러를 통해 조정하는 빔 분할기; 및
상기 제1 산란신호의 세기, 상기 제2 레이저 광과 연관하여 감지되는 제2 산란신호의 세기, 및 상기 제1 산란신호와 상기 제2 산란신호와의 세기 비율(Color Ratio)을 고려하여, 상기 노면에 대한 기상 상태를 측정하는 분석기
를 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.A laser generator for oscillating a plurality of laser lights including a first laser light and a second laser light having different wavelengths;
A beam combiner for adjusting the firing angle of the first laser light through a mirror to couple to the second laser light and to cause the combined laser light to be fired with a single optical path to a point in the road surface to be measured;
A detector which is scattered backward by the laser light at one point in the road surface and senses a scattering signal received with one optical path;
A beam splitter configured to split the scattered signal according to a wavelength and adjust a reception angle of the first scattered signal detected in association with the first laser light among the separated scattered signals through the mirror; And
In consideration of the intensity of the first scattering signal, the intensity of the second scattering signal detected in association with the second laser light, and the color ratio of the first scattering signal and the second scattering signal, Analyzer for measuring weather conditions on road surfaces
Remote road surface weather observation device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 레이저 발생기는,
상기 제1 레이저 광과 상기 제2 레이저 광의 크기를 동등하게 유지하는 제1 발광렌즈; 및
상기 제1 발광렌즈를 통과한 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 확대하는 제2 발광렌즈
를 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.The method of claim 1,
The laser generator,
A first light emitting lens for maintaining an equal magnitude of the first laser light and the second laser light; And
A second light emitting lens that enlarges the first laser light and the second laser light that have passed through the first light emitting lens;
Remote road surface weather observation device comprising a. 제2항에 있어서,
상기 레이저 발생기는,
상기 제1 발광렌즈를 통과한 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 평행하게 하는 제3 발광렌즈
를 더 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.3. The method of claim 2,
The laser generator,
A third light emitting lens for paralleling the first laser light and the second laser light passing through the first light emitting lens;
Remote road surface weather observation device further comprising. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 레이저 발생기는,
가시광을 발사하여 상기 일지점을 시각적으로 지시하는 레이저 다이오드
를 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.The method of claim 1,
The laser generator,
Laser diodes that emit visible light to visually direct the point
Remote road surface weather observation device comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 디텍터는,
상기 노면 내 일지점에서 상기 레이저 광에 의해 파장 전이된 라만 산란 신호를, 상기 산란신호로서 감지하기 위한 스펙트로미터
를 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.The method of claim 1,
The detector,
Spectrometer for detecting the Raman scattering signal wavelength-shifted by the laser light at one point in the road surface as the scattering signal
Remote road surface weather observation device comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 레이저 발생기에서의 레이저 광의 발사 위치와, 상기 디텍터에서의 산란신호의 감지 위치를, 상기 노면의 폭을 따라 이동시키는 스캐너
를 더 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.The method of claim 1,
The scanner which moves the laser beam emission position in the said laser generator and the detection position of the scattering signal in the said detector along the width of the road surface.
Remote road surface weather observation device further comprising. 제1항에 있어서,
상기 레이저 발생기, 상기 빔 결합기, 상기 디텍터, 상기 빔 분할기 및 상기 분석기 중 적어도 하나를 포함하는 케이스; 및
상기 케이스의 내부를 선정된 온도로 유지하는 히터와 팬
을 더 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.The method of claim 1,
A case including at least one of the laser generator, the beam combiner, the detector, the beam splitter, and the analyzer; And
Heater and fan to maintain the inside of the case at a predetermined temperature
Remote road surface weather observation device further comprising. 제1항에 있어서,
상기 디텍터는,
상기 산란신호를 집광하는 제1 수광렌즈; 및
상기 집광된 산란신호에 대해, 광원에서 사용하는 파장 이외의 파장을 제거하는 필터
를 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.The method of claim 1,
The detector,
A first light receiving lens for condensing the scattering signal; And
Filter for removing the wavelength other than the wavelength used by the light source for the focused scattered signal
Remote road surface weather observation device comprising a. 제11항에 있어서,
상기 디텍터는,
상기 제1 수광렌즈의 가장자리 부분을 통과해서 들어오는 산란신호를 제거하기 위한 조리개(Iris)
를 더 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.12. The method of claim 11,
The detector,
Iris for removing the scattering signal passing through the edge portion of the first light receiving lens
Remote road surface weather observation device further comprising. 제11항에 있어서,
상기 디텍터는,
상기 제1 수광렌즈의 초점이 형성되는 부분에 형성되어, 태양광에 의한 배경신호를 차단하는 어퍼처(Aperture)
를 더 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.12. The method of claim 11,
The detector,
Aperture is formed on the portion where the focus of the first light receiving lens is formed, and blocks the background signal caused by sunlight
Remote road surface weather observation device further comprising. 제11항에 있어서,
상기 디텍터는,
상기 집광된 산란신호의 빔 직경을, 포토 다이오드의 수광 면적 보다 작게 변경하는 제2 수광렌즈
를 더 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.12. The method of claim 11,
The detector,
A second light receiving lens for changing the beam diameter of the focused scattering signal to be smaller than the light receiving area of the photodiode;
Remote road surface weather observation device further comprising. 제1항에 있어서,
상기 측정된 기상 상태를, 외부 기관으로 알리는 유무선 통신기
를 더 포함하는 원격 노면 기상 관측 장치.The method of claim 1,
Wired / wireless communication device that notifies the measured weather conditions to an external agency
Remote road surface weather observation device further comprising.
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