KR101354636B1 - 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교통 및 물류 자동화 시스템 구축시에 도로를 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 하여 차량 흐름을 정확하게 해석할 수 있도록 한 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 차량 정보 처리 시스템 및 도로 정보 처리 시스템으로부터 얻어지는 정보를 기준으로 차량 주행을 통합적으로 관리하는 통합 제어기;차량에 설치되어 차량에 필요한 가속도값, 차선 유지를 위한 조향 각을 산출하고, 차량과 도로의 고유 좌표 값을 갖는 각 셀간의 거리 정보를 이용하여 자율 주행에 필요한 자율 주행 정보를 구하는 차량 정보 처리 시스템;고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 된 도로에 설치되어 차량 정보 처리 시스템과 통신하여 차량과 고유 좌표 값을 갖는 각 셀간의 거리 정보를 제공하는 도로 정보 처리 시스템;을 포함한다.

Description

이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법{System and Method for Automatically Transportation and Logistics using Moving path based on Grid}

본 발명은 교통 및 물류 자동화 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 도로를 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 하여 차량 흐름을 정확하게 해석할 수 있도록 한 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근에는 차량수요의 증가로 인한 주행차량의 급격한 폭증으로 인해 점진적으로 증가하고 있는 교통체증, 교통사고, 교통환경, 교통 서비스 등의 교통문제와 관련한 각종 문제들 및 이러한 문제들을 해소하기 위해 교통 흐름을 관리할 수 있는 교통 정보 관리 시스템이 주목받고 있다.

통상적으로 종래 기술의 교통 흐름 관리 시스템은 도로망이나 철도망과 같은 특정 교통분야에 국한되어 설계되어 있기 때문에, 관리 대상의 성격 또는 입력정보의 종류가 변경되는 경우 정확도가 저하되거나 아예 관리가 불가능해질 수 있다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 신규로 많은 비용, 시간, 및 인력을 투자하여 새로운 관리 시스템을 설계 및 개발해야 한다.

대중교통은 교통 정체로부터 개인 교통 수단보다 자유롭다는 장점이 있다.

예를 들어, 버스 전용 도로를 다니는 버스, 지하철, 열차 등은 일반적인 도로교통과는 달리 정체현상이 거의 없기 때문에 이용자로 하여금 도착 시간을 예측 가능케 한다. 이는 이용자로 하여금 효과적인 시간 관리를 가능하게 한다.

하지만, 대중교통의 단점은 수동적이라는 것이다. 승객이 대중교통을 이용하기 위해서는 승강장까지 가야하고, 또한 자신이 원하는 대중교통을 기다리기 위한 시간이 소요된다.

도로교통을 제외한 대중교통을 이용하기 위해서는 지상 또는 지하로 내려가야 하기 때문에 추가적인 수직적 동선이 요구된다. 대중교통의 이러한 특성은 이용자로 하여금 불편함을 느끼게 하고, 더욱이 장애인의 경우에는 수직적인 이동에 대한 불편함은 더욱 클 것이다.

그리고 개인 승용차의 가장 큰 장점은 적극적인 교통수단이라는 점이다. 개인 승용차의 소유자는 자신이 원하는 시간에 여행을 시작할 수 있고, 또한 여행의 출발지와 도착지점을 자신이 정할 수 있는 장점이 있다.

개인 승용차의 가장 큰 단점은 교통 정체와 유지비이다. 개인승용차는 위와 같은 편의성을 부여하지만, 이를 구매하기 위해서는 막대한 비용이 소요되고, 또한 이를 유지하기 위해서 많은 비용이 든다.

또한, 도로 교통의 특성상 정체가 발생하고, 이용자들은 도착 시간을 예측하기 어려워 좀 더 여유로운 시간 계획이 요구된다.

따라서, 이러한 문제 상황을 고려하여 앞으로의 사회는 프라이버시가 지켜지고, 좀 더 적극적인 여행을 할 수 있으며, 정체를 일으키지 않는 저렴한 비용의 대중교통을 원하게 될 것이다.

이를 위하여, 자동차 도로망을 효율적으로 운용하기 위한 전제로서 필요한 기술인 자동차 도로교통 관리 시스템에 관한 관심이 대두 되고 있고, 자동차 및 자동차 도로라는 운송수단/운송노선의 특징을 고려한 도로망 관리 시스템의 개발이 필요하다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 교총 체계의 문제를 해결하기 위한 것으로, 도로를 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 하여 차량 흐름을 정확하게 해석할 수 있도록 한 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 동적인 차량의 움직임을 정적으로 해석하여 소형화된 대중교통의 자동화가 가능하도록 교통 시스템을 구축하여 효율적인 교통 및 물류 관리가 가능하도록 한 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템은 차량 정보 처리 시스템 및 도로 정보 처리 시스템으로부터 얻어지는 정보를 기준으로 차량 주행을 통합적으로 관리하는 통합 제어기;차량에 설치되어 차량에 필요한 가속도값, 차선 유지를 위한 조향 각을 산출하고, 차량과 도로의 고유 좌표 값을 갖는 각 셀간의 거리 정보를 이용하여 자율 주행에 필요한 자율 주행 정보를 구하는 차량 정보 처리 시스템;고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 된 도로에 설치되어 차량 정보 처리 시스템과 통신하여 차량과 고유 좌표 값을 갖는 각 셀간의 거리 정보를 제공하는 도로 정보 처리 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, DGPS를 이용하여 차량 위치 값을 보정하기 위한 위치 정보를 통합 제어기 및 차량 정보 처리 시스템으로 제공하는 위성 시스템과, 통합 제어기와 각 시스템간의 통신을 위한 웨이브 통신 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 통합 제어기는, 최초 차량 및 물류의 도착지 입력 시 이들의 최단 경로를 결정하고, 경로 상의 각 그리드 별 도착예정 시간을 결정하여, 차량 및 물류와 지속적인 통신을 통해 정해진 시간에 정해진 위치에 도달할 수 있도록 이들의 속도를 조절하는 역할을 하고, 차량 전체의 차량 정보 처리 시스템 및 도로 정보 처리 시스템으로부터 얻어지는 정보를 기준으로 이를 맵핑하여 도로 전체에 걸친 차량의 움직임을 추적 관리하는 컴퓨팅 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 차량 정보 처리 시스템은, 차량의 휠에 구비되어 차량 모터의 회전수 정보를 받는 타코메터(Tachometer)와, 조향 장치(Steering)에 구비되어 차량의 현재 조향 각에 대한 정보를 얻는 토크 센서와, 차량에 구비되는 제 1 통신 장비(Equipment (#))에 구성되는 컴퓨팅 디바이스, 무선 모듈과, 차체(Body)에 구성되어 차량에 필요한 가속도값, 차선 유지를 위한 조향 각을 산출하는 ECU(Electronic Control Unit)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제 1 통신 장비(Equipment (#))의 무선 모듈(wireless module)은 도로 아래 설치되는 도로 정보 처리 시스템과 통신하여 신호를 주고받는데 걸리는 시간 값을 얻어 이를 기준으로 차량과 고유 좌표 값을 갖는 각 셀과의 거리 정보를 구하게 되고, 컴퓨팅 디바이스가 이 거리 정보를 바탕으로 현재 차량이 위치하는 셀의 위치를 계산하여 궤도 유지를 위한 조향 각도 및 평균 속도를 유지하기 위한 필요 가속도 량을 얻는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제 1 통신 장비(Equipment (#))는 고유 번호가 있어 차량들 각각의 위치를 표시해 주는 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 도로 정보 처리 시스템은, 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 된 도로에 설치되고, 각각 제 2 통신장비(Equipment(n))가 구비되고, 제 2 통신장비(Equipment(n))는 무선 모듈, 컴퓨팅 디바이스, 네트워크 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제 2 통신장비(Equipment(n))의 네트워크 모듈은, 인접한 다른 셀의 제 2 통신장비(Equipment(n+1))의 네트워크 모듈과 연결되어 각 셀이 차량으로부터 얻은 정보를 공유하도록 하는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 방법은 도로를 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 하고 교통 및 물류를 통합 제어기에서 관리하기 위하여, 차량 내에 설치된 차량 정보 처리 시스템의 통신장비(equipment(#))와 도로의 각 셀들에 설치된 도로 정보 처리 시스템의 통신 장비(equipment(..,n-1, n, n+1,...))들이 통신을 하는 단계;차량과 각 통신 장비(equipment(..,n-1, n, n+1,..))사이의 거리정보를 확인하는 단계;차량 정보 처리 시스템에서 확인된 정보를 기준으로 현재 차량의 위치 값, 차선유지를 위한 조향 각(

) 그리고 이론상의 등속도 운동을 위한 가속도 수치(a)를 산출하는 단계;차량의 현재 스티어링 값과 토크 센서로부터 얻어진 현재 속도 정보를 처리하여 차량 자율 주행을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 차량 자율 주행을 하는 중에, 차량의 위치 값을 DGPS를 이용하여 보정하고, 통합 제어기에서 웨이브 통신으로 차량 정보 처리 시스템, 도로 정보 처리 시스템과의 통신 및 차량과 차량의 통신을 통해 얻을 수 있는 정보를 바탕으로 차량 주행을 통합적으로 관리하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 차량 자율 주행을 하는 단계에서, 차량 자체에서 문제가 발생하면, 차량이 정상 주행을 할 수 있을 경우에는 통합 제어기에서 웨이브 통신으로 차량 정보 처리 시스템, 도로 정보 처리 시스템과의 통신으로 얻은 정보를 기준으로 차량을 정상 지점에 위치시키고, 차량이 정상 주행을 하는 것이 불가능한 경우에는 도로 우측의 추가 차로에 이동 정지시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 차량 자율 주행을 하는 단계에서, 외부 환경에 의한 문제 발생으로 차량 정지가 필요한 경우에는 전체 차량이 동일한 크기의 감속을 하면서 모두 현재 위치에 정지하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 도로를 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 하여 차량 흐름을 정확하게 해석할 수 있다.

둘째, 동적인 차량의 움직임을 정적으로 해석하여 소형화된 대중교통의 자동화가 가능하다.

셋째, 자동화된 교통 시스템을 구축하여 효율적인 교통 및 물류 관리가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 도로 그리드 화를 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 교차로에서의 양방향 통행을 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 조향각 계산을 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 필요 가속도 계산을 나타낸 구성도
도 5는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 구성도
도 6은 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 방법을 나타낸 플로우 차트

이하, 본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

본 발명은 교통 및 물류 시스템의 자동화를 위한 것으로, 도로를 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 하여 차량 흐름을 정확하게 해석할 수 있도록 한 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템은 도 5에서와 같이, 웨이브 통신을 이용하여 차량과 인프라, 그리고 차량과 차량의 통신을 통해 얻을 수 있는 정보를 바탕으로 차량 주행을 통합적으로 관리하는 통합 제어기(50)와, 차량에 설치되어 차량 모터의 회전수 정보, 조향 정보를 검출하여 차량에 필요한 가속도값, 차선 유지를 위한 조향 각을 산출하고, 차량과 도로의 고유 좌표 값을 갖는 각 셀간의 거리 정보를 이용하여 자율 주행에 필요한 자율 주행 정보를 구하는 차량 정보 처리 시스템(60)과, 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 된 도로에 설치되어 차량 정보 처리 시스템(60)과 통신하여 차량과 고유 좌표 값을 갖는 각 셀간의 거리 정보를 제공하는 도로 정보 처리 시스템(70)과, DGPS를 이용하여 차량 위치 값을 보정하기 위한 위치 정보를 통합 제어기(50) 및 차량 정보 처리 시스템(60)으로 제공하는 위성 시스템(80)과, 통합 제어기(50)와 각 시스템간의 통신을 위한 웨이브 통신 시스템(90)을 포함한다.

여기서, 통합 제어기(Supervisory control system)(50)는 최초 차량 및 물류의 도착지 입력 시 이들의 최단 경로를 결정하고, 경로 상의 각 그리드 별 도착예정 시간을 결정하여, 차량 및 물류와 지속적인 통신을 통해 정해진 시간에 정해진 위치에 도달할 수 있도록 이들의 속도를 조절하는 역할을 하고, 차량 전체의 데이터를 바탕으로 이를 맵핑하여 도로 전체에 걸친 차량의 움직임을 추적하는 컴퓨팅 디바이스(51)와, 웨이브 통신 시스템(90)을 통하여 차량 정보 처리 시스템(60) 및 도로 정보 처리 시스템(70)과 통신하여 차량 및 도로 정보를 수신하는 네트워크 모듈(52) 및 무선 모듈(54)과, 네트워크 모듈(52) 및 무선 모듈(54)을 통하여 수신된 정보들을 저장하는 스토리지 메모리(53)를 포함한다.

그리고 웨이브 통신 시스템(90)은 차량과 통합 제어기(50)가 통신을 할 수 있도록 하는 것으로, 웨이브 통신을 이용하여 차량은 기지국과 지속적으로 통신하고, 또한 주변차량과 정보를 공유하게 된다.

따라서 차량은 이러한 정보를 바탕으로 자신의 위치 값을 보정하고 주변차량과의 안전거리를 유지하게 된다.

그리고 차량 정보 처리 시스템(60)은 차량의 휠(61)에 구비되는 타코메터(Tachometer)와, 조향 장치(Steering)(62)에 구비되는 토크 센서와, 차량에 구비되는 제 1 통신 장비(Equipment (#))에 구성되는 컴퓨팅 디바이스, 무선 모듈과, 차체(Body)(64)에 구성되는 ECU(Electronic Control Unit), 모터 드라이버, 스티어링 액추에이터를 포함한다.

제 1 통신 장비(Equipment (#))는 차량에 구비되는 것으로 컴퓨팅 디바이스(computing device)와 무선 모듈(wireless module)로 구성된다.

제 1 통신 장비(Equipment (#))의 무선 모듈(wireless module)은 도로 아래 설치되는 도로 정보 처리 시스템(70)과 통신하여 신호를 주고받는데 걸리는 시간 값을 얻어 이를 기준으로 차량과 고유 좌표 값을 갖는 각 셀과의 거리 정보를 구하게 되고, 컴퓨팅 디바이스가 이 거리 정보를 바탕으로 현재 차량이 위치하는 셀의 위치를 계산하게 되고, 나아가 궤도 유지를 위한 조향 각도 및 평균 속도를 유지하기 위한 필요 가속도 량을 얻을 수 있다.

또한, 제 1 통신 장비(Equipment (#))는 고유 번호가 있어 차량들 각각의 위치를 표시해 주는 역할을 한다.

그리고 차량의 휠(61)에 구비되는 타코메터(Tachometer)는 차량 모터의 회전수 정보를 받는 장치로, 현재 차량의 속도를 알 수 있게 된다. 이 정보는 현재 차량이 필요한 가속도를 구하는 데 사용된다.

그리고 조향 장치(Steering)(62)에 구비되는 토크 센서는 는 차량의 현재 조향 각에 대한 정보를 얻게 되고, 이 정보는 현재 차량이 주행하는데 필요한 조향 각을 구하는 데 사용된다.

차체(Body)(64)에 구성되는 ECU(Electronic Control Unit)는 자동차의 엔진, 자동변속기, ABS 상태 등을 제어하는 전자 제어 장치이다.

ECU(Electronic Control Unit)는 제 1 통신 장비(Equipment (#))로부터 받은 정보와 타코메터로부터 받은 정보를 바탕으로 차량에 필요한 가속도 값을 계산하게 되고, 이 정보를 모터 드라이버에 전달하는 역할을 한다.

또한, 제 1 통신 장비(Equipment (#))로부터 받은 정보와 토크 센서로부터 얻은 정보를 바탕으로 차량이 차선 유지를 위해 필요한 조향 각을 계산하게 되고, 이는 스티어링 액추에이터(steering actuator)에 전달된다.

그리고 도로 정보 처리 시스템(70)은 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 된 도로에 설치되는 것으로, 각각의 셀 영역에 제 2 통신장비(Equipment(n))가 각각 설치된다.

제 2 통신장비(Equipment(n))는 도로 매설용으로 무선 모듈(71), 컴퓨팅 디바이스(72), 네트워크 모듈(73)을 포함한다.

제 2 통신장비(Equipment(n))의 네트워크 모듈(73)은 인접한 다른 제 2 통신장비(Equipment(n+1))의 네트워크 모듈과 연결되어 각 셀이 차량으로부터 얻은 정보를 공유하게 된다.

이와 같이 정보를 공유하는 이유는, 제 1 통신 장비(Equipment (#))의 무선 모듈과 제 2 통신장비(Equipment(n))의 무선 모듈이 기상 조건 및 주변 환경에 의해 영향을 받을 경우를 대비하여 이를 보완하기 위한 장치이다.

이와 같은 본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템을 구성하는 도로의 그리드 화에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도로 교통의 가장 기본이 되는 두 가지 요소는 차량과 도로이다.

그러나 현재 교통 분야의 흐름은 차량과 도로의 통신을 배제하고 있는데, 이와는 달리 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템은 V to R (Vehicle to Road) 관점에서 자동화를 구현하는 것이다.

이를 위하여 차량과 도로의 통신을 위해서 도로를 더욱 세분화한다.

도 1은 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 도로 그리드 화를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 교차로에서의 양방향 통행을 나타낸 구성도이다.

먼저, 도시 내의 도로를 수많은 셀로 나누어 그리드 화 시킨다. 이때 각각의 셀은 고유의 번호와 좌표 값을 가진다. 이처럼 도로를 한 칸 한 칸으로 구분하였을 때, 시간과 공간적인 측면에서 연속적인 교통 시스템을 단위 시간당 단위 공간으로 분연속화 시킬 수 있다.

즉, 연속적인 차량의 움직임을 단위 시간 간격당 한 칸씩 움직이는 것처럼 단순화한다.

이와 같은 도로의 그리드 화가 필요한 이유는 자동화를 위해서는 지속적인 차량의 위치정보가 요구되는데, 도 1에서와 같이, 도로의 각 셀이 고유 위치 값을 갖게 하여 차량의 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한 교통 및 물류시스템의 설계 및 이해가 용이하다는 것이 또 다른 장점이다.

도 1에서와 같이 도로를 일정 크기의 셀들로 구분하여 각각의 셀이 고유의 번호와 좌표 값을 갖도록 하고, 도로를 구성하는 셀의 개수와 차량의 배치 방법을 통해 다양한 자동화 교통 물류 시스템을 설계할 수 있다.

만약, 도 1에서와 같이 차량을 지그재그로 배치했을 때의 특성은 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 교차로에서의 양방향 통행을 나타낸 것이다.

도로 위의 모든 자동차는 같은 속도 주행하고(앞뒤 차의 상대속도 0을 의미), 지그재그 형태로 차량이 운행 중 일 때를 도로가 수용할 수 있는 최대 차량으로 가정하면, 교차로에서의 양방향 통행은 도 2에서와 같다.

자동 주행하는 차량의 속도를 등속도로 가정하였을 때 차량은 도 2에서와 같이 교차로에서 정지 없이 양방향 통행이 가능해 진다.

이하에서 차선 이탈 방지를 위한 조향 제어 시스템에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 조향각 계산을 나타낸 구성도이다.

도 2에서와 같이, 도로가 그리드로 나누어져 있을 때 차량이 그 위를 지그재그의 형태로 위치하여 등속 운동하면 교차로에서 정지 없이 양방향 통행이 가능하다. 이는 자동화를 위한 기본적인 개념을 제공하는 가장 중요한 내용이다.

그러나 자동 주행의 안정성을 보장하기 위해서는 차량의 노선이탈 방지를 위한 방안이 필요하다.

차량의 노선 이탈 방지를 위해서는 차량에 설치되는 제 1 센서(Sensor1), 도로에 설치되는 제 2 센서(Sensor2) 와 조향 제어 시스템이 필요하다.

그리고 조향 제어 방법은 아래와 같다.

도 3과 같이, 차량이 도로를 주행할 때, 제 1 센서(Sensor1)는 가장 가까운 위치의 제 2 센서(Sensor2)(n)에 신호를 보내고 신호가 도달하는 시간을 바탕으로 거리 a,b,c를 알 수 있다.

도로에 설치되는 센서가 (........,n-2, n-1, n, n+1, n+2,.........)으로 일정 간격으로 설치되는 것으로, 거리 a는 차량에 설치되는 제 1 센서(Sensor1)와 도로에 설치되는 다른 제 2 센서(n+1)와의 거리이고, 거리 b는 차량에 설치되는 제 1 센서(Sensor1)와 도로에 설치되는 다른 제 2 센서(n-1)와의 거리이고, 거리 c는 제 1 센서(Sensor1)에 가장 가까운 위치의 제 2 센서(Sensor2)(n)와의 이격 거리이다.

이때 거리가 가장 짧은 c를 통해 차량의 현재 위치하고 있는 셀의 위치를 알 수 있다.

그리고 도로에 매설된 어느 하나의 제 2 센서와 그에 이웃하는 다른 제 2 센서 간의 거리 l은 설계시에 정해진 값이기 때문에, 차량에 설치되는 제 1 센서(Sensor1), 도로에 설치되는 제 2 센서(Sensor2)로 각각의 거리를 측정하는 것에 의해 거리 a,c,l의 값을 알 수 있다.

그리고 거리 d는 제 2 센서(n-1)와 제 2 센서(n+1)를 직선으로 하여 제 1 센서(Sensor1)를 기준으로 수선을 그었을 경우의 제 1 센서(Sensor1)에서 수선의 발까지의 길이이고, 거리e는 수선의 발부터 제 2 센서(n+1) 까지의 거리이고, 거리f는 제 2 센서(n-1)로부터 수선의 발까지의 거리이다.

이를 이용하여 수학식 1에서와 같이 차선 이탈 방지를 위한 조향 각을 계산할 수 있다.

[수학식 1]

수학식 1에서와 같은 계산으로 구해진

를 기준으로 각 차량은 조향 제어를 하게 되고, 이와 같은 주행 제어는 주행 중 지속적으로 이루어져 차량은 차선 이탈 없이 자율 주행을 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 필요 가속도 계산을 나타낸 구성도이다.

도 2에서와 같이 교차로에서 정지하지 않고 차량이 양방향 통행을 가능하게 하기 위해서는 차량의 평균 속도가 일정해야한다.

차량은 매 정해진 시간에 정해진 위치에 도달하기 위해서 수학식 2에서와 같은 가속도 값을 가진다.

[수학식 2]

한 셀을 이동하는 데 걸리는 이론상의 시간(t)는,

로 구할 수 있다.

[수학식 3]

실제 주행하는 차량이 시간 t 내에 다음 셀에 이동하기 위한 가속도(a)는,

으로 구할 수 있다.

여기서, L은 이론상 차량의 위치에서 다음 셀 중심까지의 거리이고, S는 실제 차량 위치에서 다음 셀 중심까지의 거리이다.

이와 같은 본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템을 이용하여 차량과 주변 인프라가 어떠한 과정을 통해 차량이 자율 주행 하는지를 설명하면 다음과 같다.

도 6에서와 같이, 차량 내에 설치된 통신장비(equipment(#))와 도로에 설치된 통신 장비(equipment(..,n-1, n, n+1,...))와 통신을 한다.(S601)

도로에 설치된 통신 장비(equipment(..,n-1, n, n+1,...))와의 통신으로 차량과 각 통신 장비(equipment(..,n-1, n, n+1,..))사이의 거리정보를 확인한다.(S602)

이어, 확인된 정보를 차량의 ECU에서 가공하여 현재 차량의 위치 값, 차선유지를 위한 조향 각(

) 그리고 이론상의 등속도 운동을 위한 가속도 수치(a)를 산출한다.(S603)

그리고 타코메터로부터 얻어진 현재 스티어링 값과 토크 센서로부터 얻어진 현재 속도 정보를 처리한다.(S604)

이어, 상기 처리된 정보를 기준으로 차량 자율 주행을 한다.(S605)

그리고 통합 제어기에서 자율 주행의 안정성을 확보하기 위하여 차량의 위치 값을 DGPS를 이용하여 보정한다.(S606)

통합 제어기에서 웨이브 통신으로 차량 정보 처리 시스템, 도로 정보 처리 시스템과의 통신 및 차량과 차량의 통신을 통해 얻을 수 있는 정보를 바탕으로 차량 주행을 통합적으로 관리한다.(S607)

이와 같은 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템 및 방법에서, 기본적으로 차량이 정차 및 도로 진입을 위해 일반 도로처럼 인도와 인접하여 추가 차로를 구비한다.

본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템에서 발생할 수 있는 동작 오류는 첫 번째로 단위 차량에 문제가 발생하였지만 주행이 가능한 경우, 두 번째로는 차량의 문제 및 외부 환경으로 인해 차량이 급정지를 해야 하는 경우이다.

첫 번째의 경우에는 단위 차량에서 차량의 에러 및 비정상적인 작동범위(제한 범위를 초과한 가속도량, 궤도 이탈)를 감지하였지만 차량이 정상 주행을 할 수 있을 경우, 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템은 이를 보정하여 차량을 정상위치에 위치시키거나 도로의 최 우측의 추가 차로에 비상 정지시키게 된다.

두 번째의 경우에는 외부 환경으로 차량이 급정지를 하여야 할 경우 시스템 내부의 전체 차량이 동시에 정지하게 된다. 이때 차량은 모든 차량은 동일한 크기의 감속을 하면서 충돌 및 승객의 불편함 없이 멈추게 되고, 문제 차량은 최 우측 추가 차로로 이동된 후 전체 시스템은 재가동 된다.

신호 및 교통 정체로 차량이 수없이 정지하는 현재 도로 교통을 고려했을 때, 이와 같은 본 발명에 따른 교통 및 물류 자동화 시스템의 정지는 승객의 안전성 확보를 위해 충분히 허용되는 부분이다.

그리고 이와 같은 본 발명에 따른 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류의 자동화 시스템은 도로에 통신 장치를 설치하고 차량 내부에도 통신 장치를 설치해야 하는 등의 적용상의 문제를 고려하여 놀이 공원, 대공원, 엑스포 등 시설물에서 제한적인 영역에 설치하여 운용할 수도 있고, 이보다 더 대규모의 지역에 적용하는 것도 가능하다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

50. 통합 제어기 60. 차량 정보 처리 시스템
70. 도로 정보 처리 시스템 80. 위성 시스템
90. 웨이브 통신 시스템

Claims (12)

1. 차량 정보 처리 시스템 및 도로 정보 처리 시스템으로부터 얻어지는 정보를 기준으로 차량 주행을 통합적으로 관리하는 통합 제어기;
   차량에 설치되어 차량에 필요한 가속도값, 차선 유지를 위한 조향 각을 산출하고, 차량과 도로의 고유 좌표 값을 갖는 각 셀간의 거리 정보를 이용하여 자율 주행에 필요한 자율 주행 정보를 구하는 차량 정보 처리 시스템;
   고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 된 도로에 설치되어 차량 정보 처리 시스템과 통신하여 차량과 고유 좌표 값을 갖는 각 셀간의 거리 정보를 제공하는 도로 정보 처리 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, DGPS를 이용하여 차량 위치 값을 보정하기 위한 위치 정보를 통합 제어기 및 차량 정보 처리 시스템으로 제공하는 위성 시스템과,
   통합 제어기와 각 시스템간의 통신을 위한 웨이브 통신 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 통합 제어기는,
   최초 차량 및 물류의 도착지 입력 시 이들의 최단 경로를 결정하고, 경로 상의 각 그리드 별 도착예정 시간을 결정하여, 차량 및 물류와 지속적인 통신을 통해 정해진 시간에 정해진 위치에 도달할 수 있도록 이들의 속도를 조절하는 역할을 하고,
   차량 전체의 차량 정보 처리 시스템 및 도로 정보 처리 시스템으로부터 얻어지는 정보를 기준으로 차량과 고유 좌표값을 갖는 각 셀과의 거리 정보를 구하여 도로 전체에 걸친 차량의 움직임을 추적 관리하는 컴퓨팅 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 차량 정보 처리 시스템은,
   차량의 휠에 구비되어 차량 모터의 회전수 정보를 받는 타코메터(Tachometer)와,
   조향 장치(Steering)에 구비되어 차량의 현재 조향 각에 대한 정보를 얻는 토크 센서와,
   차량에 구비되는 제 1 통신 장비(Equipment (#))에 구성되는 컴퓨팅 디바이스, 무선 모듈과,
   차체(Body)에 구성되어 차량에 필요한 가속도값, 차선 유지를 위한 조향 각을 산출하는 ECU(Electronic Control Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 통신 장비(Equipment (#))의 무선 모듈(wireless module)은 도로 아래 설치되는 도로 정보 처리 시스템과 통신하여 신호를 주고받는데 걸리는 시간 값을 얻어 이를 기준으로 차량과 고유 좌표 값을 갖는 각 셀과의 거리 정보를 구하게 되고,
   컴퓨팅 디바이스가 이 거리 정보를 바탕으로 현재 차량이 위치하는 셀의 위치를 계산하여 궤도 유지를 위한 조향 각도 및 평균 속도를 유지하기 위한 필요 가속도 량을 얻는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 통신 장비(Equipment (#))는 고유 번호가 있어 차량들 각각의 위치를 표시해 주는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 도로 정보 처리 시스템은,
   고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 된 도로에 설치되고, 각각 제 2 통신장비(Equipment(n))가 구비되고,
   제 2 통신장비(Equipment(n))는 무선 모듈, 컴퓨팅 디바이스, 네트워크 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 통신장비(Equipment(n))의 네트워크 모듈은,
   인접한 다른 셀의 제 2 통신장비(Equipment(n+1))의 네트워크 모듈과 연결되어 각 셀이 차량으로부터 얻은 정보를 공유하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 시스템.
9. 도로를 고유 좌표 값을 갖는 셀들로 나누어 그리드화 하고 교통 및 물류를 통합 제어기에서 관리하기 위하여,
   차량 내에 설치된 차량 정보 처리 시스템의 통신장비(equipment(#))와 도로의 각 셀들에 설치된 도로 정보 처리 시스템의 통신 장비(equipment(..,n-1, n, n+1,...))들이 통신을 하는 단계;
   차량과 각 통신 장비(equipment(..,n-1, n, n+1,..))사이의 거리정보를 확인하는 단계;
   차량 정보 처리 시스템에서 확인된 정보를 기준으로 현재 차량의 위치 값, 차선유지를 위한 조향 각(

   

   ) 그리고 이론상의 등속도 운동을 위한 가속도 수치(a)를 산출하는 단계;
   차량의 현재 스티어링 값과 토크 센서로부터 얻어진 현재 속도 정보를 처리하여 차량 자율 주행을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 차량 자율 주행을 하는 중에,
    차량의 위치 값을 DGPS를 이용하여 보정하고, 통합 제어기에서 웨이브 통신으로 차량 정보 처리 시스템, 도로 정보 처리 시스템과의 통신 및 차량과 차량의 통신을 통해 얻을 수 있는 정보를 바탕으로 차량 주행을 통합적으로 관리하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 차량 자율 주행을 하는 단계에서,
    차량 자체에서 문제가 발생하면,
    차량이 정상 주행을 할 수 있을 경우에는 통합 제어기에서 웨이브 통신으로 차량 정보 처리 시스템, 도로 정보 처리 시스템과의 통신으로 얻은 정보를 기준으로 차량을 정상 지점에 위치시키고,
    차량이 정상 주행을 하는 것이 불가능한 경우에는 도로 우측의 추가 차로에 이동 정지시키는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 방법.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 차량 자율 주행을 하는 단계에서,
    외부 환경에 의한 문제 발생으로 차량 정지가 필요한 경우에는 전체 차량이 동일한 크기의 감속을 하면서 모두 현재 위치에 정지하는 것을 특징으로 하는 이동 경로의 그리드 화를 통한 교통 및 물류 자동화 방법.
    
    

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