KR101321642B1 - 단일 파장 노면 기상 측정 장치 - Google Patents

단일 파장 노면 기상 측정 장치 Download PDF

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Abstract

단일 파장의 빔을 출력하는 레이저 다이오드 또는 레이저를 이용하여 도로의 포장 재질을 구별하고 도로의 기상 상태를 모니터링하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치를 개시한다.
본 발명의 일실시예로서, 단일 파장 노면 기상 측정 장치는, 빔을 출력하는 레이저; 상기 빔을 확대하여 발산하는 빔 확대기; 상기 발산된 빔이 후방 산란되어 되돌아 오는 광신호를 수신하는 디텍터; 및 상기 광신호를 분석하여 노면의 종류와 기상 상태를 판단하는 지표면 분석기를 포함하여 구성함으로써 평행 빔으로 만들어 도로표면으로 쏘아서 도로표면에 맞은 후에 후방 산란되어 되돌아오는 광신호를 디텍터로 수신하여 도로의 포장재질을 구별하고 도로의 기상 상태를 모니터링할 수 있다.

Description

단일 파장 노면 기상 측정 장치{SINGLE WAVELENGTH ROAD CONDITION MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 단일 파장의 빔을 출력하는 레이저 다이오드 또는 레이저를 이용하여 도로의 포장 재질을 구별하고 도로의 기상 상태를 모니터링하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치에 관한 것이다.
현재까지 비접촉식으로 도로 포장 재질을 구별하는 기술에 대해서는 잘 알려진 것이 없다. 현재 CCD 카메라로 고속으로 달리는 자동차에서 포장 재질을 구별하기에는 너무 많은 데이터 처리가 필요하다고 판단된다.
현재 우리나라의 도로에는 여러 가지의 인공 및 자연적인 포장 재료 및 재질들이 다양하게 사용되고 있다. 대표적인 이러한 포장 재질에는 아스팔트, 콘크리트, 페인트(흰색, 노란색), 금속, 비포장(모래) 등이 있다. 이러한 재질들은 모두 물리적, 화학적, 기계적 특성 값들이 모두 달라 기상환경, 즉, 결빙, 강우, 강설, 배수, 건조시간 등 모든 값들이 다르게 나타난다. 따라서 이러한 포장 재료들이 온도, 비, 눈, 장마, 집중 호우, 황사 등의 기상 환경적인 변화에 따라 어떻게 달라지는 지를 제대로 알기 위해서는 먼저 도로의 포장 재질들을 제대로 구별할 수 있어야 하고, 이를 비접촉 광학적인 기술로 구별하는 것이 적합하다.
우리나라의 모든 도로는 이러한 여러 포장재질들이 뒤섞여 사용되고 있으며, 하나의 고속도로나 국도 노선에서도 아스팔트 포장과 콘크리트 포장이 구간 구간마다 특정한 기준이 없이 뒤섞여 포장되어 있어 장마나 강우 강설 후에 동반되는 도로 포장면의 보수 및 관리가 효율적이지 못하다. 이러한 이유로 현재까지는 도로 및 노면의 포장 재질을 구별할 필요성이 많지 않았으나 앞으로 그 필요성이 점점 증가할 것이다.
본 발명의 일실시예는 레이저 다이오드 또는 레이저의 빔이 도로에 반사되어 수신되는 광신호에 포함된 도로의 포장 재질에 대한 정보를 추출하여 사용하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 레이저의 빔이 도로에 반사되어 수신되는 광신호의 진폭을 분석하여 진폭 신호 속에 포함된 도로 포장재질의 종류에 관계되는 정보를 얻을 수 있다. 또한, 진폭 신호를 이용하여 도로의 젖음, 결빙, 눈, 정상적인 건조 상태 등의 기상 상태를 나타내는 기상정보를 추출하여 사용하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 905nm 또는 1550nm 파장을 가지는 펄스 레이저 다이오드 또는 레이저로 빔을 쏘아서 대표적인 도로 포장재질인 아스팔트, 콘크리트, 페인트(흰색, 노란색), 금속, 보도블록 등이 주는 신호의 크기를 측정하여 기본적인 후방산란 광신호의 세기를 판단하고, 이를 통하여 도로 포장재질의 종류를 구분하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 대표적인 도로 포장재질들이 젖어 있을 때의 광신호 크기, 얼음이 얇게 얼었을 때의 광신호 크기, 이러한 신호들이 완전히 건조하는데 까지 광신호 크기가 어떤 양상으로 변해 가는지, 또 젖음, 결빙 등에서 완전히 건조하게 되는데 까지 걸리는 시간과 광신호 크기의 변화 등에 대한 측정으로 도로 포장재질에 따른 건조시간 등에 대한 정보를 획득하여 제공하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 전자식 적외선 온도계를 장착하여 도로 포장재질에 따른 온도 변화 추이 및 결빙 및 해빙 시간 등의 측정과 데이터 축적을 가능하게 한 단일 파장 노면 기상 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 도로 포장재질에 따라 다른 크기를 가지는 광신호와 비, 결빙, 눈 등에 따른 기상 신호들을 유무선 네트워크들을 통하여 기상청, 도로 중앙관리 센터, 개별 운전자 등에 실시간으로 전달하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치를 제공한다.
상기의 일실시예를 이루기 위한, 단일 파장 노면 기상 측정 장치는, 빔을 출력하는 레이저 다이오드 또는 레이저; 상기 빔을 렌즈들을 이용하여 확대하고 평행 빔으로 만들어 주는 렌즈 세트로 구성된 빔 확대기; 상기 발산된 빔이 도로에 맞은 뒤 후방 산란된 빔들을 최대한 모으는 수신 렌즈 또는 렌즈 세트; 상기 발산된 빔이 도로에 맞은 후 후방 산란되어 되돌아 오는 광신호를 수신하는 디텍터; 및 상기 광신호를 분석하여 노면의 종류와 기상 상태를 판단하는 지표면 분석기를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 적외선 파장의 단일 광원인 905nm (또는 1320nm, 1550nm)의 파장을 가진 레이저 다이오드 또는 레이저에서 나오는 빛을 평행 빔으로 만드는 광학계를 이용하여 평행 빔으로 만들어 도로표면으로 쏘아서 도로표면에 맞은 후에 후방 산란되어 되돌아오는 광신호를 디텍터로 수신하여 도로의 포장재질을 구별할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 자외선 쪽의 파장은 대기 중의 물의 증기나 에어로졸에 의해서 쉽게 흡수되어 적합하지 않으므로 사용하는 광원의 파장은 적외선 쪽의 파장을 주로 사용한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 가시광선 영역의 파장은 태양광에 아주 강하게 존재하는 관계로 야외의 조건이나 강한 태양광의 조건에서 디텍터의 배경신호를 강하게 하여 실제 레이저나 레이저 다이오드에서 나오는 신호를 왜곡시켜 S/N 비를 나쁘게 하여 적합하지 않으므로 본 발명에서 사용하는 광원은 적외선을 주로 사용한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 광원은 후방 산란되는 신호의 크기를 최대화하기 위하여 수 백 Hz 이상의 동작반복율을 가진 펄스형 광원이 적합하지만 1 m 이내의 근거리 측정이라면 연속발진형 광원도 사용 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 디텍터로 사용하는 광원의 파장에서 감도가 좋은 포토 다이오드(Photo diode) 또는 PMT(Photo Multiplier Tube)의 사용이 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단일 파장 노면 기상 측정 장치는 모듈의 크기에 있어 이동과 휴대성이 좋아서 고정식 또는 자동차에 장착하여 사용이 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 자동차에 장착하여 사용하는 시스템은 이동형 시스템으로 개발되어 경찰차, 도로순찰차, 고속 및 시외버스 등에 장착되어 고속으로 달리면서 도로 포장재질 구분 및 전국의 도로망에 대한 구간별 도로포장재 종류별 지도 데이터를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 도로 위에 비나 눈, 결빙 온 뒤의 도로 건조 예상시간을 예측 또는 예보 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전자식 적외선 온도계를 장착하여 도로포장 재질별 결빙 및 해빙 경향과 시간 등의 정보 분석이 가능하고, 도로 결빙 및 강설 구간의 해빙 예상 시간을 예보가 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 시스템을 고정형 및 자동차 탑재 이동형으로 운용하여 전국의 고속도로 및 국도 도로망의 기상 상태를 실시간으로 측정이 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유무선 통신 네트워크와 결합하여 개별 국가 및 국가기관에 도로기상 정보를 제공하고, 고정형은 GPS와 결합하여 정학한 위치정보에서의 기상정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 노면 기상 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트에 광원을 쏘았을 때 후방 산란되어 되돌아오는 광신호의 크기를 보인도이다. 도 2에서, 아스팔트 도로가 건조한 경우의 신호(맨 위 그림), 아스팔트 노면 위에 물을 뿌린 직 후의 신호(중간 그림), 아스팔트 노면 위에 물을 뿌리고 5분이 경과한 후 수신된 신호(맨 아래 그림)의 세기가 서로 다름을 알 수 있고, 이를 분석하여 아스팔트 도로의 노면이 건조한지, 젖어 있는지 등을 구별할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시멘트에 광원을 쏘았을 때 후방 산란되어 되돌아오는 광신호의 크기를 보인도이다. 도 3에서, 시멘트 도로가 건조한 경우의 신호(맨 위 그림), 시멘트 노면 위에 물을 뿌린 직 후의 신호(중간 그림), 시멘트 노면 위에 물을 뿌리고 5분이 경과한 후 수신된 신호(맨 아래 그림)의 세기가 서로 다름을 알 수 있고, 이를 분석하여 시멘트 도로의 노면이 건조한지, 젖어 있는지 등을 구별할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아스팔트 또는 시멘트 도로가 젖어 있을 때 기상 환경에 따라 달라지는 노면의 건조 시간을 보인도이다. 도 4에서, 시멘트 포장 도로와 아스팔트 포장 도로 모두 젖어 있을 경우와, 바람이 약하게 또는 강하게 불 경우와의, 노면의 건조 시간이 서로 다름을 알 수 있다. 아스팔트 노면이 젖어 있다가 완전 건조되는 시간을 보면, 바람이 강한 경우에는 약 13분의 시간이 걸리고, 바람이 약한 경우에는 약 18분의 시간이 걸린다. 또한, 시멘트 노면이 젖어 있다가 완전 건조되는 걸리는 시간을 보면, 바람이 강한 경우에는 약 10분이 걸리고, 바람이 약한 경우에는 약 13분의 시간이 걸림을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 아스팔트 또는 시멘트 도로가 젖어 있는 경우와 결빙된 경우 노면의 건조 시간을 보인도이다. 도 5와 관련한 측정을 통해, 노면의 건조 시간을 예측할 수 있다. 시멘트 포장 도로의 완전 건조에는 40분이 걸리며, 아스팔트 포장 도로의 완전건조에는 약 30분이 걸리는 것을 알 수 있다. 또한, 결빙이 되었던 도로의 경우에는 시멘트 포장 도로와 아스팔트 포장 도로 모두 완전건조에 약 100 분 이상의 시간이 걸리는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 노면에서 후방 산란되어 수신되는 광신호의 세기를 보인도이다. 도 6은 도로 포장 재질의 절대 신호 크기를 의미하는 것이 아니라, 도로 포장 재질이 달라짐에 따라 단일 파장 노면 기상 측정 장치가 수신하는 신호의 세기가 달라짐을 의미하며, 이러한 신호 세기 차이를 이용하여 도로 포장 재질을 구별할 수 있다는 의미이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 노면에서 광원의 입사각도에 따라 신호의 세기가 어떻게 변하는지를 보인도이다. 도 7은, 시멘트, 아스팔트, 도로 위의 흰색 페인트, 금속 등의 노면 재질을 구별 할 수 있음을 보여준다. 특히 금속은 산란보다 반사의 특성이 매우 강하여 신호가 아주 강함을 알 수 있다. 도로 위의 흰색 페인트도 반사가 상대적으로 강하여 신호가 세며, 전체적으로 시멘트, 아스팔트, 페인트, 금속 등을 확실하게 구별할 수 있음을 보여 준다.
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.
대표적인 도로 포장재질에는 아스팔트, 콘크리트, 페인트(흰색, 노란색), 금속, 보도블록 등이 있다. 이러한 재질들은 모두 물리적, 화학적, 기계적 특성 값들이 모두 달라 기상환경, 즉, 결빙, 강우, 강설, 배수, 건조시간 등 모든 값들이 다르게 나타난다. 따라서 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 비접촉 광학적인 기술로 구별하는 것이 적합하다.
도로 포장 재질이라 함은 아스팔트, 콘크리트(시멘트), 흰색페인트(아스팔트나 콘크리트 위에 도색 된 페인트), 금속(다리와 도로 사이의 경계면), 보도블록(인도용) 등을 말한다. 이러한 도로 포장 재질은 일반적으로 표면이 매우 거친 관계로 빛의 반사보다는 산란 현상에 의해 신호가 주로 수신되고, 이러한 빛의 산란과 반사의 원리를 이용하여 후방으로 되돌아오는 빔의 세기를 센서로 감지하여 그 신호의 세기를 통하여 비접촉식으로 도로의 포장재질을 구별하는 것이다. 후방산란으로 되돌아오는 신호의 세기가 작으므로 펄스형 레이저 다이오드나 펄스형 레이저가 적합하다.
비접촉 광학식 원격 기술로 도로포장 재질을 구별하기 위해서는 어떤 특정한 파장을 가진 레이저 다이오드 또는 레이저의 빔을 도로의 표면으로 쏘아서 후방으로 산란되어 되돌아오는 빛을 디텍터를 이용하여 수신한다. 이를 위해서는 레이저 다이오드에서 발진되는 빔을 일정한 크기로 유지시키면서 도로표면으로 쏘기 위해 집속(collimation) 렌즈 시스템이 필요하며, 이 렌즈는 비반사 코팅(광원의 파장에 맞게)이 되어 있다. 후방산란된 빔은 사방으로 산란이 일어나므로 이 산란 광신호들을 모으기 위해 역시 광원의 파장에 맞게 비반사 코팅된 집광 렌즈시스템을 통하여 산란된 빔을 최대한 모아서 디텍터로 보내어 분석하게 된다.
단일 파장의 빔이라 함은 사용하는 레이저 또는 레이저 다이오드의 개수가 하나이며, 그 레이저 또는 레이저 다이오드에서 나오는 파장이 한 개의 파장임을 말한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기술은 1 kHz 이상의 고반복율로 동작하는 펄스형 광원을 사용함으로 해서 고속으로 달리는 자동차에 설치하여서 도로의 포장 재질을 구분하는 것이 가능하다. 그러나 CCD 카메라의 경우 고속으로 달리는 카메라에 설치할 경우 화면의 흔들림 뿐만 아니라 고속으로 인하여 지표면을 연속적으로 구분하기가 어렵다.
본 발명의 일실시예에서 사용되는 광원으로는 펄스형 또는 연속발진형 광원 모두 사용될 수가 있다. 하지만 후방산란으로 되돌아오는 광량을 최대화하기에는 순간적인 피크(peak) 출력이 높은 펄스형 광원(레이저 다이오드 또는 레이저)가 적합하지만 1m 이내의 가까운 거리에서의 도로 포장재질 구분 측정에는 연속발진형 광원도 사용 가능하다.
본 발명의 일실시예에서 사용되는 광원으로 적합한 파장은 900 nm 이후의 적외선 쪽의 파장이 적합하다. 태양 빛이 강한 가시광선 영역의 파장을 가진 광원은 외부의 환경, 즉, 태양의 유무, 태양광의 세기, 구름의 양 등에 따라 신호의 크기가 세졌다 약해졌다 할 수 있으므로 광신호를 감지하는 디텍터는 신호의 크기가 변하는 것이므로 다른 도로 포장재질로 판단할 수 있기 때문이다. 따라서 가시광선 영역의 파장을 가진 광원은 적합하지가 않다. 350 nm 보다 짧은 파장을 가진 광원 역시 대기 중의 에어로졸, 습기 등에 의해서 신호감쇠 정도가 매우 심하므로 적합하지가 않다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 노면 기상 측정 장치의 블록도이다.
펄스형 또는 연속발진형 레이저 다이오드 또는 레이저(110)는 빔을 출력한다. 빔 확대기(120)는 발진된 레이저 빔을 확대하고 확대 된 빔이 발산하여 퍼지지 않게 한다. 집광 렌즈(130)(예, 수신 렌즈 또는 렌즈 세트)는 발산된 빔이 도로에 맞은 뒤 후방 산란된 빔들을 최대한 모아 디텍터(140)로 전달한다. 디텍터(140) 또는 포토 다이오드(Photo diode)는 광원에서 발진한 빔이 후방 산란되어 되돌아 오는 광신호를 수신한다. 지표면 분석기(150)는 광신호를 분석하여 노면의 종류와 기상 상태를 판단한다.
빔을 발진하는 광원은 펄스형 또는 연속발진형 레이저 다이오드 또는 레이저(110)를 포함하는 광원으로 905 nm, 1320 nm, 1550 nm 등의 적외선 광원의 중심 파장을 가진다.
히터 등의 온도 조절장치는 광원으로 사용하는 레이저 다이오드 또는 레이저(110)로부터 출력되는 단일 파장을 가지는 빔의 파장 안정화를 위하여 온도를 일정하게 유지시켜준다.
레이저(110)는 기설정된 어떤 특정한 반복율을 가지고 펄스 동작을 위해 트리거(trigger) 신호를 레이저 다이오드 또는 레이저의 발진부에 넣어주는 펄스 발생기(trigger generator)를 포함할 수 있다.
빔 확대기(120)는 지면으로 조사되는 레이저 빔을 10 배에서 10,000배까지 확대하고 확대 된 빔을 평행 빔으로 유지하게 만들어 주는 비반사 코팅된 렌즈를 포함할 수 있다.
디텍터(140)는 후방 산란되는 광신호의 수신을 위하여 포토 다이오드(Photo Diode), 수신되는 광신호의 증폭에 사용되는 광증폭튜브(Photo Multiplier Tube: PMT), 증폭기(Amplifier) 등을 포함한다.
디텍터(140)는 빔을 발진하는 펄스형 레이저 다이오드가 지면에 맞고 후방 산란되어 되돌아오는 광신호의 세기를 수신하고, 지표면 분석기(150)는 광신호의 세기(진폭)를 이용하여 아스팔트, 콘크리트, 페인트, 보도블록, 금속 등의 노면의 종류를 구분한다.
디텍터(140)는 펄스형 레이저 다이오드로부터 발진된 빔이 지면에 맞고 후방 산란되어 되돌아오는 광신호의 세기를 수신하고 지표면 분석기(150)는 광신호의 세기(진폭)를 이용하여 노면의 기상 상태를 건조, 젖음, 결빙 등으로 구분한다.
지표면 분석기(150)는 지면으로 조사된 상기 빔이 후방 산란되어 되돌아오는 빔을 모아서 디텍터(140)로 보내주는데 사용되는 비반사 코팅 된 렌즈가 렌즈의 초점거리만큼 떨어져서 디텍터(140) 바로 앞에 위치하는 비반사 코팅된 집광 렌즈(130)를 포함한다.
지표면 분석기(150)는 겨울철 노면의 결빙과 젖음의 확실한 구분을 위하여 노면의 후방산란 신호 세기와 함께 비접촉 적외선 온도계를 이용하여 노면의 온도를 측정하여 이용한다.
지표면 분석기(150)는 아스팔트, 시멘트 노면의 젖음과 결빙 시 노면의 건조 시간을 예측할 수 있는 건조 계측 시스템을 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트에 광원을 쏘았을 때 후방 산란되어 되돌아오는 광신호의 크기를 보인도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시멘트에 광원을 쏘았을 때 후방 산란되어 되돌아오는 광신호의 크기를 보인도이다.
대표적인 도로 포장재질인 아스팔트, 콘크리트, 페인트(흰색, 노란색), 금속, 비포장(모래) 등은 입자의 크기, 모양, 색깔, 분자구조, 입자 사이의 간격, 거칠기 등이 달라서 펄스형 광원을 쏘았을 때 후방 산란되어 되돌아오는 신호의 크기, 즉, 진폭(Amplitude)이 서로 다른 특징을 가지고 있다. 　따라서 디텍터(140)에서 수신한 신호(진폭)의 크기를 신호 분석 시스템을 이용해서 통계적으로 잘 분석하고 비교하면 본 발명에서 달성하고자 하는 도로 포장재질을 구분할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아스팔트 또는 시멘트 도로가 젖어 있을 때 기상 환경에 따라 달라지는 노면의 건조 시간을 보인도이다.
아스팔트 또는 시멘트 도로가 젖어 있을 때 바람이 강하게 또는 약하게 부는 환경에서 노면의 건조 시간이 달라지는 모습을 보인다. 아스팔트의 경우 강한 바람에서 약 15분 정도의 시간이 필요하고, 약한 바람에서는 약 20분 정도의 시간이 필요하다. 시멘트 도로의 경우 강한 바람에서 완전 건조까지 약 10분 정도의 시간이 필요하고, 약한 바람에서는 약 15분 정도의 시간이 필요하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 아스팔트 또는 시멘트 도로가 젖어 있는 경우와 결빙된 경우 노면의 건조 시간을 보인도이다.
아스팔트와 시멘트 도로가 젖어 있는 경우와 결빙된 경우에서부터 완전히 건조되는데 걸리는 시간을 알 수 있다. 아스팔트의 경우 젖음에서 완전 건조까지 약 30분, 시멘트 도로는 약 45분 정도의 시간이 걸린다. 두 노면 모두 결빙된 경우 완전 건조까지 약 100 분 정도의 시간이 필요하다. 앞에서 언급한 대표적인 도로 포장재질인 아스팔트, 콘크리트, 페인트(흰색, 노란색), 금속, 비포장(모래) 등에 비가 와서 젖어 있거나, 얇게 얼음이 언 경우, 눈이 온 경우 등에는 후방 산란되어 수신되는 신호의 세기가 달라진다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 노면에서 후방 산란되어 수신되는 광신호의 세기를 보인도이다.
도 6을 참조하면, 시멘트, 아스팔트, 페인트, 보도블록, 금속, 모레 등 다양한 노면 종류에서 후방산란되어 수신되는 광신호의 세기들을 보여주며, 지표면 분석기(140)는 디텍터(130)로 수신된 광신호의 세기 분석을 통해 노면의 종류 또는 재질을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 노면에서 광원의 입사각도에 따라 신호의 세기가 어떻게 변하는지를 보인도이다.
금속, 페인트, 아스팔트, 시멘트 등의 다양한 노면에서 광원의 입사각도에 따라 신호의 세기가 어떻게 변하는지 보여준다. 금속의 경우 광에 대한 반사의 효과가 아주 강하여 ±5도 정도의 입사각 변화로도 신호의 세기 변화가 아주 강하여 쉽게 금속 성분의 노면임을 알 수 있다. 도로에 존재하는 페인트 역시 빛에 대한 반사가 상대적으로 강하여 쉽게 아스팔트, 시멘트 등의 노면과 구분이 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따른 단일 파장 노면 기상 측정 장치는 비, 도로 결빙, 강설 등의 기상 환경에서 도로면을 계속 모니터링하면 비 온 뒤에 도로의 건조까지 걸리는 시간, 도로에 얼음이 언 후 녹았다가 다시 건조되는데 걸리는 시간, 눈이 온 후 완전 건조까지 걸리는 시간 등을 신호분석을 통하여 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 구성들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 레이저
120 : 빔 확대기
130 : 집광 렌즈
140 : 디텍터
150 : 지표면 분석기

Claims (12)

  1. 빔을 출력하는 레이저 다이오드 또는 레이저;
    상기 빔을 확대하여 발산하는 빔 확대기;
    상기 발산된 빔이 후방 산란되어 되돌아 오는 광신호를 수신하는 디텍터; 및
    상기 광신호의 세기를 측정하여 아스팔트, 콘크리트, 페인트, 보도블록, 금속 중 어느 하나의 노면 종류를 판단하는 지표면 분석기
    를 포함하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 또는 레이저는,
    상기 빔을 펄스형 또는 연속발진형으로 출력하는
    단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    펄스 동작을 위해 트리거(trigger) 신호를 상기 레이저 다이오드 또는 레이저에 넣어주는 펄스 발생기(trigger generator)
    를 더 포함하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 또는 레이저는,
    905nm, 1320nm, 1550nm 중 어느 하나의 중심 파장의 빔을 출력하는
    단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    온도를 일정하게 유지시켜 상기 빔의 파장을 안정화하는 온도 조절장치
    를 더 포함하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔 확대기는,
    지면으로 조사되는 상기 빔을 확대하고, 상기 확대된 빔을 평행 빔으로 유지하게 만들어 주는 비반사 코팅된 렌즈
    를 포함하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지표면 분석기는,
    지면으로 조사된 상기 빔이 후방 산란되어 되돌아오는 빔을 모아서 상기 디텍터로 보내주는데 사용되는 비반사 코팅 된 렌즈가, 초점거리 만큼 떨어져서 상기 디텍터 앞에 위치하는 비반사 코팅된 집광 렌즈
    를 포함하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터는,
    포토 다이오드, 광증폭튜브, 증폭기 중 어느 하나 이상
    을 포함하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지표면 분석기는,
    상기 광신호의 세기를 측정하여 건조, 젖음, 결빙 중 어느 하나의 노면 기상 상태를 판단하는
    단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 지표면 분석기는,
    상기 노면의 온도를 측정하여 상기 노면의 결빙과 젖음을 판단하는 적외선 온도계
    를 포함하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 지표면 분석기는,
    상기 노면의 젖음과 결빙 시 상기 노면의 건조 시간을 예측하는데 필요한 시간 측정이 가능한 건조 계측 시스템
    을 포함하는 단일 파장 노면 기상 측정 장치.
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