KR101506300B1 - 링 네트워크를 이용한 교통신호 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컨트롤러와, 상기 컨트롤러의 제어에 따라 구동되는 제어대상인 교통장비들이 단일모듈의 저전압 케이블을 사용함과 동시에 교통장비들 각각의 노드(Node)들은 링 네트워크로 구현되어 데이터 통신을 수행함으로써 배선이 간단해지고, 에너지 소모를 절감시킴과 동시에 도시미관을 해치지 않는 링 네트워크를 이용한 교통신호 제어시스템에 관한 것이다.

Description

링 네트워크를 이용한 교통신호 제어시스템{Traffic signal control system using ring network}

본 발명은 링 네트워크를 이용한 교통신호 제어시스템에 관한 것으로서, 상세하게로는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러의 제어에 따라 구동되는 제어대상인 교통장비들이 단일모듈의 저전압 케이블을 사용함과 동시에 교통장비들 각각의 노드(Node)들은 링 네트워크로 구현되어 데이터 통신을 수행함으로써 배선이 간단해지고, 에너지 소모를 절감시킴과 동시에 도시미관을 해치지 않는 링 네트워크를 이용한 교통신호 제어시스템에 관한 것이다.

도로가 확장되고, 차량의 수가 증가함에 따라 차량 및 보행자가 상충 없이 안전하게 도로를 이용할 수 있도록 하기 위한 보행자 신호등 및 차량 신호등이 도로 곳곳에 설치되었고, 특히 교차로와 같은 교통 혼잡 지역에는 신호등뿐만 아니라 차량을 감지하기 위한 루프검지기(Loop detector), 도로를 모니터링 하기 위한 CCTV 등의 다양한 장비들이 설치되고 있고, 이러한 신호등들, 루프검지기 및 CCTV 등은 도로 일측에 설치된 컨트롤러(Controller)에 연결되어 컨트롤러의 제어를 받고, 컨트롤러는 외부 교통관제센터와 전용회선으로 연결되어 제어대상들로부터 전송받은 각종 교통정보를 수집하여 교통관제센터로 전송한다.

통상적으로 종래의 교통신호 제어시스템은 컨트롤러 및 각 제어대상들 사이에 220V의 강전 케이블들이 일대 일로 연결됨으로써 제어대상들이 구동되는 스위치 제어 방식으로 구현되어 있고, 이에 따라 대부분의 교차로에 설치된 컨트롤러의 함체의 일측에는 컨트롤러 및 각 제어대상들 사이에 연결된 강전 케이블 뭉치가 무분별하게 수용되어 있다.

따라서 종래의 교통신호 제어시스템은 컨트롤러가 수용되는 함체의 부피가 증가하여 공간소모가 크고, 강전 케이블이 일대 일 방식으로 연결되기 때문에 전력누설이 심하며, 강전 케이블 뭉치들에 의하여 안전상의 위험이 있고, 설치 및 유지보수가 어려운 단점을 갖는다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 1) 광대역 무선통신 시스템을 이용한 방식과, 2) LED 광통신을 이용한 방식과, 3) 전력선 통신(PLC)을 이용한 방식의 교통신호 제어시스템이 연구되었고, 이러한 종래의 방식 1), 2), 3)은 저전압 케이블을 공동으로 사용하는 방식으로 구현되기 때문에 스위치 제어 방식에서 지적되었던 배선이 복잡하고, 전력누설이 심하며, 도시미관을 떨어뜨리는 문제점을 해결할 수 있다.

그러나 종래의 방식 1)은 무선통신을 통해 컨트롤러 및 제어대상인 Proxim(무선기기)들이 무선통신을 통해 교통관련 데이터를 송수신하도록 구성되어 있기 때문에 각 장비에 무선통신 인터페이스 모듈이 설치되어야 하고, 유선 통신에 비교하여 통신 안정성이 떨어지는 단점을 갖는다.

또한 종래의 방식 2)는 신호등의 광원을 LED로 설치함으로써 LED가 신호정보를 제공함과 동시에 데이터 송수신에 이용되도록 구성되나, 광통신의 데이터 송수신 효율을 높이기 위해서는 송신부 및 수신부가 직선상으로 설치되어야 하고, 설치작업에 전문적인 기술이 필요하기 때문에 이로 인한 설치비용이 증가하며, 주변 환경 및 장애요소에 취약한 한계를 갖는다.

또한 종래의 방식 3)은 별도의 통신 선로가 불필요하며, 설치가 용이한 장점을 갖으나, 전송전력이 제한되며, 부하가 높아 간섭과 잡음이 심한 단점을 갖는다.

이와 같이 배선을 간단하게 함과 동시에 컨트롤러의 공간 소모를 절감시키고, 통신의 안정성을 확보할 수 있는 교통신호 제어시스템에 대한 연구가 시급한 실정이다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 해결과제는 컨트롤러 및 제어대상인 교통장비들이 저전압 케이블을 공통으로 사용하여 배선이 간단해짐으로써 전력누설이 획기적으로 절감됨과 동시에 설치 및 보수가 용이하며, 도시미관을 해치지 않는 링 네트워크를 이용한 교통신호 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 해결과제는 교통장비들이 링 네트워크 방식으로 연결됨으로써 교통장비들이 서로 용이하게 데이터 통신을 수행할 수 있으며, 안전한 데이터 통신을 지원할 수 있는 링 네트워크를 이용한 교통신호 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 연결대상을 관리 및 제어하는 통합 컨트롤러; 기 설정된 동작 및 연산을 각각 수행하여 결과데이터를 상기 통합 컨트롤러로 전송하고, 상기 통합 컨트롤러로부터 전송받은 제어데이터에 따라 동작을 수행하는 교통장비들; 상기 통합 컨트롤러 및 상기 교통장비들 사이에 데이터가 이동하는 경로를 제공하는 통신선; 상기 통합 컨트롤러 및 상기 교통장비들 사이에 연결되는 단일 모듈의 저전압 케이블을 포함하고, 상기 통합 컨트롤러 및 상기 교통장비들 각각을 나타내는 노드(Node)들은 캔(CAN : Controller Area Network) 통신 방식으로 통신을 중계하는 캔 버스에 연결되어 메시지를 송신할 때 상기 캔 버스가 사용 중이면 대기하여 상기 캔 버스가 사용 중이지 않을 때 메시지를 전송하고, 기 설정된 우선순위에 따라 캔 메시지의 식별자(Identifier)를 변경하고, 수신되는 캔 메시지의 수용여부를 결정하고, 상기 우선순위는 이상에 의한 점멸, 센터 통신 이상, 신호점화 통신 이상 정보를 포함하는 긴급메시지(OOB Data)와, 상기 긴급메시지 다음으로 신호 등화 제어메시지, 디바이스 제어 메시지, 신호 등화 상태 및 수동제어 순으로 적용되는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 노드들은 링 네트워크 방식으로 연결되는 것이 바람직하다.

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또한 본 발명에서 상기 교통장비들은 차량 신호등, 보행자 신호등, 루프 디텍터, CCTV 및 음향신호기들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

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상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 컨트롤러 및 제어대상인 교통장비들이 저전압 케이블을 공통으로 사용하여 배선이 간단해짐으로써 전력누설이 획기적으로 절감됨과 동시에 설치 및 보수가 용이하며, 도시미관이 우수하게 된다.

또한 본 발명에 의하면 교통장비들이 링 네트워크 방식으로 연결됨으로써 컨트롤러에 모든 장비들이 용이하게 접근할 수 있으며, 안전한 데이터 통신을 지원할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 교통신호 제어시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 구성도이다.
도 3은 도 1의 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 신호등들에 설치되는 로컬 제어기를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 통신방법을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 캔 메시지 제어 데이터 패킷을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 교통신호 제어시스템을 나타내는 구성도이다.

교통신호 제어시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 통행을 제어하기 위한 차량신호등(20)과, 보행자를 제어하기 위한 보행자 신호등(30)과, 교차로를 형성하는 각 도로의 차량을 감지하기 위한 루프 디텍터(40)들과, 기 설정돤 촬영영역을 촬영하는 CCTV(50)들과, 신호등 지주에 설치되어 현시정보를 음성 출력하는 음향신호기(60)들과, 이들 제어대상(20), (30), (40), (50), (60)들을 관리 및 제어하는 컨트롤러(10)로 이루어진다. 이때 컨트롤러(10)의 제어를 받는 제어대상(20), (30), (40), (50), (60)들을 교통장비라고 하기로 한다.

또한 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 교통장비들이 차량 신호등(20)들, 보행자 신호등(30)들, 루프 디텍터(40)들, CCTV(50)들 및 음향신호기(60)들로 구성되는 것으로 예를 들어 설명하였으나 교통장비는 이에 국한되지 않는다.

또한 교통신호 제어시스템(1)은 컨트롤러(10)가 외부로부터 전원을 공급받으며, 차량 신호등(20), 보행자 신호등(30), 루프 디텍터(40)들, CCTV(50)들 및 음향신호기(60)들은 컨트롤러(10)에서 인출되는 저전압 케이블(2)에 연결됨으로써 종래의 교통신호 제어시스템에서 컨트롤러 및 교통장비들이 일대 일 강전 케이블로 연결되어 전력누설이 심하며, 도시미관을 해치는 문제점을 해결할 수 있다.

또한 컨트롤러(10) 및 교통장비들의 노드들을 통신선(4)에 링 네트워크 방식으로 연결되어 각 노드들 간에 데이터 송수신이 안정적으로 이루어지도록 한다.

또한 컨트롤러(10)는 전용회선을 통해 외부의 교통관제센터(미도시)에 연결되어 각 교통장비들에 의해 검출 및 연산 처리된 데이터를 수집하여 주기적으로 교통관제센터로 수집된 데이터를 전송하며, 교통관제센터로부터 제어정보를 전송받아 소통이 원활하게 이루어지도록 차량 신호등(20)들 및 보행자 신호등(30)들 각각을 제어한다.

도 2는 도 1의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 교통신호 제어시스템(1)은 도로변의 함체에 내장되는 컨트롤러(10)와, 차량 신호등(20)들, 보행자 신호등(30)들, CCTV(50)들, 루프 디텍터(40)들 및 음향신호기(60)들의 교통장비들 각각에 내장되는 로컬제어기(200)들로 이루어진다.

또한 컨트롤러(10) 및 각 교통장비는 저전압 케이블인 전력선(L1, L2)으로 연결된다.

또한 컨트롤러(10) 및 각 교통장비는 데이터 송수신이 이루어지도록 통신선(4)에 연결되되 노드들은 링 네트워크 방식으로 연결됨으로써 노드들 간에 데이터 송수신이 안정적으로 이루어지게 된다.

즉, 신호등 주제어기(100)가 내장되는 함체와 모든 교통장비들은 2가닥의 전력선(L1, L2)으로만 연결되어 전력을 공급하도록 되어 있고, 신호등을 제어하기 위한 제어 데이터나 상태정보 데이터는 통신선(4)을 통해 데이터 통신이 이루어지게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 단지 2가닥의 전력선(L1,L2)을 통해 모두 연결되어 신호등에 전력을 공급하도록 되어 있으므로, 전력선이 적게 사용되고 매설작업이 용이하여 공사 비용이 절감되고, 유지보수가 용이한 잇점이 있다. 또한 전력선의 단순화로 고장율이 현저히 낮아진다.

도 3은 도 1의 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.

도 3의 컨트롤러(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 함체 내 보드들에 전력을 공급하기 위한 전원부(110)와, 전체 제어시퀀스를 처리하기 위한 제어부(120), 수동조작이 가능하여 기계와 조작자를 인터페이스(Man Machine Interface)하는 조작패널부(130), 영상감지, GPS수신, 및 라디오 시보 기능 등을 수행하기 위한 옵션부(140)와, 루프 디텍터(40)를 통해 도로상의 차량을 감지하기 위한 차량감지부(150)와, 통신선(4)을 통해 교통장비와 데이터 통신을 수행하기 위한 통신 인터페이스부(160)로 구성된다.

또한 차량감지부(150)는 외장형으로 함체 외부의 신호등 지지대 등에 설치될 수도 있고, 옵션부(140)는 GPS수신기, 영상감지기, 레디오 시보기 등을 의미한다.

전원부(110)는 전력선(L1, L2)로 저전압 전원을 공급한다.

제어부(120)는 컨트롤러(10)의 O.S(Operating System)이며, 제어대상(101), (110), (130), (140), (150)들을 관리 및 제어한다.

조작패널부(130)는 교통경찰 등에 의해 신호등 제어장치의 조작을 가능하게 한다.

차량감지부(150)는 도로상에 매설된 루프 디텍터(40)를 통해 도로상에 차량의 유무를 감지하여 감지신호를 제어부(120)에 제공하고, 옵션부(140)는 필요에 따라 부가적인 보드로서 장착되어 부가기능을 제공한다.

도 4는 본 발명의 신호등들에 설치되는 로컬 제어기를 나타내는 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 신호등 로컬제어기(200)는 제어신호에 따라 특정 신호등램프(201 ~ 204)가 점등되도록 전력을 스위칭하기 위한 로드 스위치부(Load switch: 210)와, 모순상태를 감지하고, 모순이 감지되거나 심각한 장애가 검출되면 적색등이나 황색등을 점멸하기 위한 모순감지 및 점멸부(220), 및 컨트롤러(10)와 통신하여 수신된 데이터를 디코딩하고 모순감지 및 점멸부(220)로부터 감지신호를 입력받아 로드 스위치부(210)에 제어신호를 제공하며 모순감지나 점멸상태 발생시 상태를 컨트롤러(10)에 보고하기 위한 제어부(230)와, 저전압 케이블(L1, L2)에 연결되어 신호등램프(201), (202), (203), (204)들을 구동시키기 위한 전원을 공급받는 전원부(240)로 구성된다.

모순감지 및 점멸부(220)는 적색등과 녹색등이 동시에 켜지는 경우와 같이 신호등 체계에 모순되는 경우가 검출되면 검출 데이터를 제어부(230)에 전달하고, 모순이 감지되거나 적색등에 이상이 발생할 경우에 적색등 혹은 황색등을 점멸한다.

로드 스위치부(210)는 제어신호에 따라 해당 신호등 램프에 전력을 스위칭하기 위한 전력스위칭소자들로 이루어져 각 신호등 램프를 점등 혹은 소등한다.

제어부(230)는 전력선 모뎀(400)을 통해 컨트롤러(100)와 통신하여 컨트롤러(100)로부터 수신된 제어 데이터를 디코딩하여 자신이 관리하는 신호등을 제어하기 의한 제어신호를 로드 스위치부(210)에 제공하고, 모순감지 및 점멸부(220)로부터 모순이 검출되거나 심각한 장애가 검출되면 적색등이나 황색등이 점멸하도록 제어함과 아울러 이를 컨트롤러(10)에 보고한다.

도 5는 본 발명에 적용되는 통신방법을 나타내는 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예인 교통신호 제어시스템(1)은 캔(CAN:Controller Area Network) 통신 네트워크를 적용하였고, 컨트롤러(10) 및 교통장비(20), (30), (40), (50), (60)들 각각을 나타내는 각 노드(10a), (10b), (10c), (10d)들은 캔 버스(CAN Bus)(20)로 연결된다.

캔 통신 네트워크 상의 복수의 노드(10a), (10b), (10c), (10d)는 캔 버스(20)를 통하여 캔 메시지(CAN message)를 교환한다. 각 노드는 우선 캔 버스(20)가 사용 중 인지를 파악하여 캔 메시지를 송신하며, 캔 메시지간의 충돌 여부를 검출하면서 메시지를 송신한다. 이때 각 노드로부터 송신되는 캔 메시지에는 송신측이나 수신측의 어드레스(Address)가 포함되지 않는다. 대신에 캔 메시지 내에 11비트(bit) 또는 29비트의 식별자(ID)가 포함되며 각 노드는 수신된 캔 메시지에 포함된 식별자를 통해 캔 메시지의 수용 여부를 결정한다.

도 6은 본 발명의 일실시예인 캔 메시지 제어 데이터 패킷을 나타내는 도면이다.

도 6의 제어데이터 패킷(300)은 11비트(Bit)의 식별자(Identifier)를 가지고, "Op-Code"(301)의 동적 ID 형태로 구성하여 상대적으로 낮은 우선 메시지들의 전송 지연이 증가하는 문제를 보완하였다.

또한 "Op-Code"(301)는 기존 교통신호 제어기 메시지 형태를 그대로 적용한 대신 가장 우선순위가 높은 식별자(Identifier)는 이상에 의한 점멸, 센터 통신 이상, 신호점화 통신 이상 등과 같은 긴급메시지(OOB Data)(303)의 우선순위를 가장 높게 설정하며, 다음 순으로는 신호 등화 제어메시지, 디바이스 제어메시지, 신호 등화 상태, 수동 제어 순으로 우선순위를 부여한다.

이와 같이 본 발명에서는 캔 통신을 적용하여 데이터 송수수신률 및 안정성을 확보함과 동시에 각 교통장비에서 송신되는 제어메시지의 "Op-Code"를 동적 ID로 할당하고, "Op-Code"에 저장될 메시지의 우선순위를 기 설정하여 저장함으로써 우선순위가 낮은 교통장비인 노드가 자신보다 높은 우선순위를 갖는 교통장비의 메시지에 의하여 데이터 전송이 지연되는 종래의 문제점을 획기적으로 해결할 수 있게 된다.

1:교통신호 제어 시스템 10:컨트롤러
20:차량신호등 30:보행자 신호등
40:루프 디텍터 50:CCTV
60:음향신호기 200:로컬 제어기

Claims (5)

1. 연결대상을 관리 및 제어하는 통합 컨트롤러;
   기 설정된 동작 및 연산을 각각 수행하여 결과데이터를 상기 통합 컨트롤러로 전송하고, 상기 통합 컨트롤러로부터 전송받은 제어데이터에 따라 동작을 수행하는 교통장비들;
   상기 통합 컨트롤러 및 상기 교통장비들 사이에 데이터가 이동하는 경로를 제공하는 통신선;
   상기 통합 컨트롤러 및 상기 교통장비들 사이에 연결되는 단일 모듈의 저전압 케이블을 포함하고,
   상기 통합 컨트롤러 및 상기 교통장비들 각각을 나타내는 노드(Node)들은 캔(CAN : Controller Area Network) 통신 방식으로 통신을 중계하는 캔 버스에 연결되어 메시지를 송신할 때 상기 캔 버스가 사용 중이면 대기하여 상기 캔 버스가 사용 중이지 않을 때 메시지를 전송하고, 기 설정된 우선순위에 따라 캔 메시지의 식별자(Identifier)를 변경하고, 수신되는 캔 메시지의 수용여부를 결정하고,
   상기 우선순위는 이상에 의한 점멸, 센터 통신 이상, 신호점화 통신 이상 정보를 포함하는 긴급메시지(OOB Data)와, 상기 긴급메시지 다음으로 신호 등화 제어메시지, 디바이스 제어 메시지, 신호 등화 상태 및 수동제어 순으로 적용되는 것을 특징으로 하는 교통신호 제어시스템.
2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 노드들은 링 네트워크 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 교통신호 제어시스템.
3. 청구항 제2항에 있어서, 상기 교통장비들은 차량 신호등, 보행자 신호등, 루프 디텍터, CCTV 및 음향신호기들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 교통신호 제어시스템.
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