KR101532420B1 - Led 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 교통신호등 이상 유무 자동감지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교통신호등 LED램프의 LED소자들이 전류감지를 하여 규정이상의 비율로 이상이 감지되었을 때 이동통신 또는 유선통신으로 통합관제서버로 전송하여 이상 유무 경고를 이동통신으로 교통통제 기관 또는 담당자에게 전송하는 시스템의 제공에 관한 것이다.

Description

LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템{Automated detection system of failed LED traffic lights}

본 발명은 LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED램프에 조립된 LED소자들의 전류감지를 하여, 이상이 발생한 LED소자들이 규정이상의 비율이 되었을 때 무선통신 또는 유선통신으로 통합관제서버에 전송하여 이상 유무를 경고하는 시스템의 제공에 관한 것이다.

LED 교통신호등은 기존 전구를 이용한 신호등에 비하여 긴 수명 및 고휘도이며, 낮은 전력이 소모되어 기존의 교통신호등을 대체하여 많이 사용되고 있다. 빨강, 노랑 및 파랑의 3색 LED램프와 방향지시등을 병용한 차량용 신호등은 각 색상의 LED램프 내부에 복수의 LED소자들이 군집되어 조립되어 있으며, 일반적으로 4개의 LED램프를 한 개의 신호등 유닛으로 한 장소에 복수 개로 설치되어 있다. 보통 교차로에는 보행자용 8개 신호등 유닛과 차량용 4개의 신호등 유닛이 설치되어 있다. 또한 보행자용 LED 교통신호등은 차량용에 비하여 다양한 형태로 제작되어 운용되고 있다.

LED 교통신호등의 이상은 교통사고의 발생으로 이어지고 사람의 재산과 생명에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 예측하여 수리하여야 하며 이상이 있으면 즉각적인 조치가 요구된다. 서울시는 현재 약 13만 개의 신호등이 설치되어 운용되고 있고 그 중에서 하루에 약 300개가 고장으로 신호등의 기능을 상실한다고 보고되어 있다. 신호등의 수명은 예측하기 어렵고 현장에 직접 나가보지 않고는 단선여부를 알 수 없어 신호등의 고장을 즉각적으로 파악하기 어려운 문제가 있다. 고장에 대한 즉각적인 조치의 어려움은 교통사고로 이어지고 결국 사회적 비용의 증가로 이어진다.

현재 교통신호등에 많이 이용되고 있는 단일 LED램프는 복수 개의 LED소자로 구성되어 있고 한 개의 LED소자가 고장을 일으켜도 신호등으로서 작동을 하는 것이 특징이다. 현 도로교통법은 LED램프의 총 LED소자 중에서 20%의 LED소자가 고장이 발생했을 때 교체하게 되어있다. LED램프의 교체는 예측하여 선제적으로 조치를 취할 수 있어야 하고, 고장 발생 시 신속하게 담당자에게 보고하여 수리가 될 필요가 있다. 또한 교통신호등의 고장에 의한 교차로 또는 횡단보도의 상황에 대한 영상 및 위치와 같은 교통상황 정보는 실시간으로 담당자에게 보내져 즉각적인 조치가 이루어지는 시스템이 요구된다.

특허문헌 1은 개별 신호등 전면에 포토다이오드를 장착하여 이상 유무를 신호등의 광도를 측정하여 판단하는 방법으로 LED램프에서 고장 LED소자들을 판별하여 교체규정을 예측하는데 문제가 있다.

1. 한국 등록특허 제10-0930597호 (2009. 12. 09.).

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명은 교통신호등의 단일 LED램프의 전류를 감지하여 LED소자의 수가 규정이상으로 이상이 발생하였을 때 이동통신 또는 유선통신을 이용하여 통합관제서버로 전송하여, 이상 유무 경고를 이동통신으로 담당자의 휴대기기에 전송하는 시스템을 제공하고자 한다.

상기의 해결하려는 과제를 위한 본 발명에 따른 LED 교통신호등 이상 유무 자동감지 시스템은, LED 교통신호등 유닛에 근접하여 위치하고 LED램프 각각에 연결되어 전류변화를 실시간으로 측정하는 전류센서, 전류센서를 포함하여 구성되고 측정된 전류변화 데이터를 포함한 LED램프 데이터를 직렬통신으로 수신하여 상호간에 채널화한 근거리무선통신으로 마스터 무선모듈에 실시간으로 전송하는 슬레이브 무선모듈, 교차로 또는 횡단보도에 일측에 위치하고, 복수 개의 LED 교통신호등 유닛에 설치된 복수의 슬레이브 무선모듈과 근거리무선통신으로 LED램프 데이터를 실시간으로 송수신하는 마스터 무선모듈, 마스터 무선모듈을 포함하고 위치정보모듈, 영상제어모듈 및 데이터통신모듈을 포함하여 위치 및 영상장치를 제어하고, 위치정보, 영상정보 및 LED램프 데이터를 통합관제서버로 이동통신 또는 유선통신을 사용하여 실시간으로 전송하는 정보전송 장치 및 데이터통신모듈이 설치되어 정보전송 장치와 통신하고, 전송된 위치 및 영상 데이터 및 LED램프 데이터를 분석하여 LED 교통신호등의 이상 유무를 판단하고, 1:N 통신으로 스마트폰 및 클라우드에 실시간으로 위치정보 및 영상정보 및 LED 교통신호등 이상 유무를 상호 전송하는 통합관제서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

마스터 및 슬레이브 무선모듈은 주파수 대역을 채널화하여 교통신호등 위치에 따라 채널대역을 달리하여, 개별 또는 브로드캐스트 방식으로 통신하는 것을 특징으로 한다.

LED램프 상태는, LED램프에서 작동하는 LED소자의 수에 따라 흐르는 측정한 총 전류량에 대응하여 상, 중 또는 하 상태로 구분하여 표시하고, 이상이 있는 LED소자 수가 교통신호등 관계기관 또는 관리자가 정한 일정비율 이상이면 하 상태로 교체해야 할 LED램프이며, 담당자에게 자동으로 교체할 LED램프를 통보하는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터통신모듈은 이동통신모듈 및 유선통신모듈을 포함하고 무선 또는 유선을 선택하여 통신하는 것을 특징으로 하고 업그레이드 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

마스터 무선모듈, 위치정보모듈 또는 영상제어모듈은 데이터통신모듈과 직렬통신으로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.

LED램프 데이터는 LED램프의 전류변화 데이터 및 고유ID를 포함하는 것을 특징으로 한다.

고유ID는 LED램프의 설치위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 통합관제서버는, LED 교통신호등의 정상 또는 교체 상태를 위치정보와 함께 지도위에 색상형태 표시하고, 교체 상태를 판단하여 교통신호등 담당자에게 자동으로 보고하고 확인을 위해 담당자의 실시간 접속을 허가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 LED 교통신호등의 상태를 상, 중, 하로 구분하여 통합관제서버에 실시간으로 제공하여 교통신호등의 예측 가능한 교체시기를 결정하고, 교체상태를 하 상태로 규정하여 선제적으로 신호등을 교체하여 신호등 고장으로 인한 교통사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 교통신호등이 설치된 그룹의 위치 및 영상을 실시간으로 통합관제서버에 보내고 통합관제서버에서 그 정보를 담당자의 휴대폰 또는 그 위치에 근접한 교통경찰에게 선제적으로 보내 교통사고 발생 시 즉각적인 대응을 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 구성도.
도 2는 LED 교통신호등 유닛에서 전류측정 및 데이터의 흐름도.
도 3은 본 발명의 그룹들이 데이터통신망을 통해 제어되고 데이터를 송수신하는 계통도.
도 4는 슬레이브 또는 마스터 무선모듈의 실사도.
도 5는 본 발명의 시스템 구성도.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것은 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 구성도를 나타낸다. 본 발명의 구성은 마스터 무선 모듈(1), 슬레이브 무선모듈(2), 데이터통신모듈(3), 영상장치(4), 통합관제서버(5) 및 전류센서(6)를 포함하며 LED 교통신호등의 교체시기를 예측하고 이상 유무를 실시간으로 담당자 또는 고장 신호등에 근접한 교통경찰관에게 전달하여 즉각적인 조치를 취해 교통사고를 미연에 방지하여 국민의 재산과 생명을 보호하는 시스템이다.

LED 교통신호등은 크게 차량용 및 보행자용으로 구분하여 설치된다. 차량용은 교차로에 보통 4개의 신호등 유닛(8)을 포함하고, 신호등 유닛은 빨강, 노랑, 파랑의 3색 LED램프(7)와 방향 지시등을 포함하여 구성된다. 보행자용은 다양한 형태로 운용되나 본 발명에서는 3색 LED램프로 설명한다. 즉 3색 LED램프 조합이 신호등 유닛이 된다. 횡단보도에는 차량용 2개와 보행자용 2개가 각각 설치되어 운용된다.

전류센서(6)는 다양한 방식으로 제조되어 사용되나 전류에 의해 생기는 자계 속에 홀 소자를 설치하여 홀 전압을 측정하는 홀 소자방식이 많이 사용한다. 전류센서는 슬레이브 무선모듈에 근접하여 설치되고 LED램프의 전류를 측정한다. 측정된 전류는 각 LED램프에서 LED소자의 이상 유무에 따라 총 전류의 90% 이상은 상 상태로 양호함을 나타내고 통합관제서버의 신호등 상태표시 창에서 파랑색으로 표시되고, 80~90%는 중 상태로 교체 대기상태를 나타내고 노란색으로 표시된다. 80% 이하는 하 상태로 교체상태를 나타내고 빨강색으로 나타내며 신호등의 위치와 함께 경고표시 및 알람으로 알리고 담당자의 휴대기기 및 PC에 전송한다. 즉 통합관제서버와 담당자의 휴대기기의 프로그램에는 위치와 함께 LED 교통신호등의 상태가 색으로 표시되어 실시간 관리된다.

슬레이브 무선모듈(2)은 마스터 무선모듈(1)과 400Mhz RF 대역 주파수로 데이터 통신을 하나 400Mhz로 한정하는 것은 아니다. 즉 주파수 대역은 125kHz, 13.56MHz, 424.7~424.95MHz, 447.2625~447.9875MHz, 860~960MHz, 2.45GHz 또는 5.0 Ghz대역 등이 사용될 수 있다.

슬레이브 무선모듈(2)은 3색 LED 교통신호등 유닛에 근접하여 설치되며 교차로에는 일반적으로 차량용 교통신호등 유닛 4개와 보행용 교통신호등 8개가 각각 설치되어 마스터 모듈에 전류변화 정보를 전송한다. 이때 전류센서와 슬레이브 무선모듈과의 통신은 RS485와 같은 직렬통신을 이용하나 한정된 것은 아니다.

마스터 무선모듈(1)은 슬레이브 무선모듈(2)과 400Mhz RF신호로 데이터를 송수신하고 교차로 또는 횡단보도에 1개가 설치되어 있다. 마스터 무선모듈 및 슬레이브 무선모듈은 채널화를 하여 혼신을 방지하고 개별적으로 또는 브로드캐스트하여 통신한다. 마스터 무선모듈의 채널은 424.700 Mhz를 0번 채널로 시작해서 425.95 Mhz를 20번 채널로 선택하여 사용한다. 채널선택은 슬레이브 및 마스터 무선모듈간에 동일한 채널을 선택하여 사용해야 하며 주변에서 사용하는 주파수와 혼신을 고려하여 선택한다.

채널은 외부에서 자동 또는 수동으로 일정한 패턴에 따라 선택될 수 있으며 혼신을 피하여 선택하여 사용하고, 경우에 따라 보안 알고리즘을 이용하여 선택할 수 있다.

도 2는 LED 교통신호등 유닛에서 각 LED램프에 전류센서를 이용하여 전류를 측정하고 그 측정한 데이터를 슬레이브 및 마스터 무선모듈을 이용해 전송하는 흐름을 나타낸다.

신호등 그룹은 한 장소에 한 개의 마스터 무선모듈과 복수 개의 슬레이브 무선모듈이 설치되어 운용되는 것을 나타내고, 서로 다른 N개의 장소에 N개의 신호등 그룹이 운용된다. 각각의 LED램프에서 전류측정 데이터를 받는 N개의 신호등 그룹은 통합관제서버에서 이동통신망 또는 유선통신망을 통해 제어되고 운용된다.

도 3은 신호등 그룹과 신호등 그룹이 데이터통신망을 통해 제어되고 데이터를 송수신하는 계통도이다. 데이터통신모듈은 이동통신모듈 및 유선통신모듈을 포함하고, 이동통신모듈은 3G, 4G 또는 5G기술이고 유선통신모듈은 랜을 통한 데이터 통신기술로 기술발달에 따라 업그레이드 될 수 있다.

도 4는 무선모듈을 나타내며 채널 스위치 설정을 통하여 마스터 무선모듈과 슬레이브 무선모듈로 선택되어 사용된다. 마스터 무선모듈과 슬레이브 무선모듈의 통신거리는 통상 1 km이나 안정적인 데이터 통신을 위해 100-200 m 거리에서 구축하여 사용하나 운용에 따라 거리를 달리할 수 있다. 무선모듈은 하드웨어적인 채널값(ID)을 설정하여 마스터 또는 슬레이브로 구분하여 사용한다. 또한 슬레이브와 마스터 무선모듈간 통신 ID 충돌을 피하기 위하여 각기 다른 딥(dip) 스위치를 이용하여 마스터 무선모듈은 채널 0번을 슬레이브 무선모듈은 0 ~ 15번 채널을 이용하여 ID값을 설정한다.

마스터 및 슬레이브 무선모듈은 12V의 충전식 건전지를 사용하며 태양광 충전 방식을 사용하며, DC 전원공급기를 병용한다.

브로드캐스트(broadcast)는 마스터 무선모듈이 설정된 주파수대역의 모든 슬레이브 무선모듈을 동시에 제어하는 것을 나타내고, 마스터 무선모듈은 서버에 전달된 RS485 데이터를 RF 400Mhz 대역을 통하여 슬레이브 무선모듈에 명령을 개별적으로 채널을 통하거나 브로드캐스트하여 전달한다. 브로드캐스트 채널은 동시에 신속하게 모든 슬레이브 무선모듈에 신호를 보낼 때 유용하다.

전류측정 데이터, 영상 데이터 및 GIS(geographic information system)위치 데이터는 직렬통신인 RS485를 이용하여 전송된다. RS485는 직렬통신 방식으로 기존의 RS232가 단일모드 방식을 이용하는데 비하여 미분적(differential)모드 및 반 이중통신방식을 사용하여 도달거리가 약 1.2 km에 달하고 속도 또한 초당 10Mb로 향상된 직렬 데이터 통신방식이다. RS485는 2개의 선으로 송신 및 수신을 모두 하는 방식이며 1:N 통신에 유리하다.

마스터 무선모듈 및 슬레이브 무선모듈은 하부에 태양열 충, 방전장치와 신호제어 장치를 설치하여 유사시 독자적으로 전원을 공급받을 수 있고 이들 장치에서 RS485로 데이터를 수신하여 네트워크를 통합관제서버에 전달한다.

슬레이브 무선모듈은 RS485로 수신된 데이터 중 자신의 ID에 해당하는 제어 데이터로 릴레이 유닛(relay unit)을 제어하며 이 유닛의 전원 출력 상태를 확인 할 수 있다.

영상장치(4)는 교차로에 설치하여 운용하며, 영상 및 음향을 정보전송 장치를 통하여 통합관제서버(5)로 실시간 전송한다. 교통 환경에 따라 1대 이상을 설치하여 운용할 수 있다. 교통 이상이 발생했을 때 운용은 통합관제서버에 교통상황을 실시간으로 전달하여 관리자 및 근처의 교통경찰관이 접속하여 상황을 파악하고 대처하게 하는 기능을 한다. 평상시의 운용은 원격으로 교통트래픽의 상태를 감시하는데 운용될 수 있다.

정보전송 장치는 위치정보모듈, 영상제어모듈 및 데이터통신모듈로 구성되며, 마스터 무선모듈 및 영상장치로부터 데이터를 직렬통신으로 이동통신 모뎀 또는 유선 랜 모뎀으로 전송하고, 3G, 4G 또는 5G 등과 같은 이동통신 또는 유선통신으로 통합관제서버로 전송하는 역할을 한다.

통합관제서버(5)는 휴대폰에 쓰이는 데이터통신모뎀이 장착되어 있으며 정보전송 장치로부터 영상, 위치 및 전류변화 데이터를 3G, 4G 또는 5G 등과 같은 이동통신 또는 유선통신으로 전송받아 분석하고 판단하여 복수 개의 윈도우에 표현하는 역할을 한다. 윈도우는 바 형태로 겹쳐서 구성되며 신호등 상태표시 창, 신호등 위치 및 영상표시 창, 데이터 클라우드 창 등으로 구성된다.

신호등 상태표시 창은 실시간으로 신호등 상태를 색상 또는 막대그래프로 표현하고 교체가 요구되는 신호등에 대해서는 별도의 창으로 위치와 해당 신호등의 번호를 표시 및 알람을 하고 담당자에게 자동으로 정보를 전송한다.

신호등 위치 및 영상표시 창은 실시간으로 신호등이 설치된 교차로 또는 횡단보도 등의 GIS기반 위치와 영상을 동시에 복수 개를 표시하고, 시간을 두고 위치를 바꾸어 가며 표시한다. 신호등 이상 유무 경고는 교차로에 자동차가 없는 경우에 촬영된 기본영상과 신호등의 고장으로 자동차들이 교차로에 들어서 움직이지 못하는 상태를 촬영한 영상을 서버에서 비교 판단하여 담당자 및 해당 교통경찰관에 자동으로 통보한다. 통보받은 담당자 및 교통경찰관은 휴대기기 또는 PC 등의 기기로 실시간으로 접속하여 조치를 취한다.

통합관제서버는 일자별 교통신호등의 이상 유무 차트를 정해진 시간에 생성하여 보고한다.

통합관제서버는 스마트폰 또는 PC 등과 같은 정보기기들의 실시간으로 접속을 허락하는 기능을 수행한다. 접속허가는 통합관제서버의 교통신호등 운용기관이 결정하고 통상 해당지역 교통경찰관, 교통신호등 담당자 등이다. 도 5는 하드웨어와 소프트웨어 전체를 포함하고 통합하여 연동되는 것을 나타내는 구성도이다.

1 : 마스터 무선모듈
2 : 슬레이브 무선모듈
3 : 데이터통신모듈
4 : 영상장치
5 : 통합관제서버
6 : 전류센서
7 : LED램프
8 : LED 교통신호등 유닛

Claims (8)

1. LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템에 있어서,
   LED 교통신호등 유닛의 LED램프 각각에 설치되어 전류변화를 실시간으로 측정하는 전류센서;
   측정된 전류변화 데이터를 포함한 LED램프 데이터를 RS485 직렬통신으로 수신하여 상호간에 채널화한 근거리무선통신으로 마스터 무선모듈에 실시간으로 전송하는 슬레이브 무선모듈;
   복수 개의 LED 교통신호등 유닛에 설치된 복수의 슬레이브 무선모듈과 채널화된 근거리무선통신으로 실시간으로 송수신하는 마스터 무선모듈;
   상기 마스터 무선모듈에 연결된 데이터통신모듈과 영상장치를 제어하는 영상제어모듈을 포함하여 위치정보, 영상정보 및 LED램프 데이터를 통합관제서버로 이동통신 또는 유선통신을 선택하여 실시간으로 전송하는 정보전송 장치; 및
   전송된 위치정보, 영상 데이터 및 LED램프 데이터를 분석하여 LED 교통신호등의 이상 유무를 판단하고, 1:N 통신으로 담당자의 스마트폰 및 클라우드에 실시간으로 위치정보, 영상정보 및 LED 교통신호등 이상 유무를 전송하는 통합관제서버를 포함하되,
   상기 전류센서는 전류에 의해 생기는 자계 속에 홀 소자를 설치하여 홀 전압을 측정하는 홀 소자이고,
   상기 근거리무선통신은 424.7 ~ 425.95MHz 대역을 채널화하여, 상기 마스터 무선모듈은 0번 채널로 설정하고, 상기 슬레이브 무선모듈은 각각의 ID로 채널을 설정하고, 상기 마스터 무선모듈은 상기 각각의 슬레이브 무선모듈과 채널 ID별로 통신하거나 브로드캐스트로 상호 통신하고,
   상기 통합관제서버는 신호등의 위치를 GIS기반 위치로 표시하고, 실시간으로 신호등 상태 영상을 표시하며, LED램프에서 작동하는 LED소자의 수에 따라 흐르는 총 전류량을 분석하여 상, 중 또는 하 상태로 구분하고, 이상이 있는 LED소자 수가 교통신호등 관계기관이 정한 일정비율 이상이면 하 상태로 교체해야 할 LED램프로서 담당자에게 자동으로 통보하고,
   태양열 충방전장치를 사용하여 상기 마스터 무선모듈과 슬레이브 무선모듈에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 데이터통신모듈은 이동통신모듈 및 유선통신모듈을 포함하여 무선 또는 유선을 선택하여 통신하는 것을 특징으로 하는 LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   마스터 무선모듈 또는 영상제어모듈은 데이터통신모듈과 직렬통신으로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 LED램프 데이터는 LED램프의 전류변화 데이터 및 고유ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 고유ID는 LED램프의 설치 위치정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 통합관제서버는,
   LED 교통신호등의 정상 또는 교체상태를 위치정보와 함께 윈도우의 신호등 상태표시 창에 표시하고,
   교체 상태를 판단하여 교통신호등 담당자에게 자동으로 보고하고 확인을 위해 담당자의 실시간 접속을 허가하는 것을 특징으로 하는 LED 교통신호등의 이상 유무 자동감지 시스템.
   

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