KR101546699B1 - 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 교통정보 측정 장치는 각 차로를 구분하는 차선 상에 설치되는 구조물의 내부에 장착되며 차로를 향해 초음파 신호를 발생시키고 상기 차로를 통과하는 차량에 반사되는 초음파 신호를 수신하는 제1 및 제2초음파 센서와, 상기 반사되는 초음파 신호 수신여부를 나타내는 제1 및 제2출력신호를 출력하는 제1 및 제2신호처리기와, 상기 제1 및 제2신호처리기로부터 출력되는 제1 및 제2출력신호 간의 시간차 및 상기 제1 및 제2초음파 센서 사이의 거리를 이용하여 상기 차로를 통과하는 차량의 속도를 연산하는 속도 연산기와, 상기 제1 및 제2신호처리기로부터 출력되는 제1 및 제2출력신호의 비교결과에 따라 펄스 신호를 발생시키는 신호 비교기와, 상기 신호 비교기로부터 출력되는 펄스 신호를 이용하여 교통량을 연산하여 표시하는 교통량 연산 및 표시기를 포함한다.

Description

초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치{Device for Measuring Traffic using Ultrasonic Sensor}

본 발명은 초음파 센서를 각 차로별로 설치하여 차로별 통행 차량의 주행속도 및 교통량과 같은 교통정보를 측정하는 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치에 관한 것이다.

차량 속도 및 교통량 계측 방법 중 하나는 영상을 이용하는 것이다. 이는 차로의 일부 또는 전체를 촬영할 수 있는 카메라와 영상 인식 프로그램을 구비하고 카메라로 도로를 촬영하고 그 촬영된 영상에서 각 차로의 영상에 가상의 기준면을 각각 설정한다. 설정된 가상면을 차량이 통과할 때 기준면의 점유시간을 이용하여 차로별 속도를 연산하고 동시에 통과 차량수로 교통량을 연산한다.

이러한 종래의 차량 속도 및 교통량 계측 방법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

예를 들어, 오전 9시나 오후 4시경 태양이 서쪽으로 기울면 빛이 경사진 면을 비추게 되는데, 이때, 2차로에 버스와 같은 높은 차량이 지나가면 그 바로 옆인 1차로나 3차로에 버스의 그림자가 드리우게 되고 2차로를 통과하는 차량의 그림자를 3차로나 1차로를 통과하는 차량으로 오인하는 오류가 발생한다. 따라서, 실제 교통량보다 2배 정도로 카운트되는 문제가 자주 발생한다.

차량 속도 및 교통량을 계측하는 다른 방법은 도로의 상부에 철제로 도로를 가로지르는 구조물을 세워두고 각 차로를 촬영할 수 있는 카메라를 그 구조물에 각각 설치한다(예: 4차로인 경우 카메라 4대). 이러한 동일 장치를 같은 도로 상에 일정거리(예: 7km)를 두어 추가로 설치하고, 카메라의 영상을 이용하여 차량의 번호판을 인식할 수 있는 프로그램을 구비하여 두고서 차량이 각 차로를 통과할 때 차량 번호판의 동일 여부를 인식하여 그 구간 거리와 두 개의 동일한 번호판이 인식된 시간 차이에 의하여 해당 구간의 속도와 교통량을 구하는 방식이다. 이 방식은 카메라를 각 차로별로 설치하는데 비용이 많이 소요되며 하나의 구간 내에 교차로가 있어 차량이 다른 쪽으로 가는 경우도 있어 교통량을 측정하는 방법으로서는 적절하지 않은 것으로 알려져 있다.

또 다른 방법은 도로의 바닥 차로면에 피에조(piezo) 센서 (선처럼 된 것)두 개를 2미터 간격으로 매설하고, 또한 자기(magnetic) 코일을 지면 내부에 매설하여 두고서 통과 차량이 있으면 차량의 바퀴가 2개의 피에조 센서를 누르고 지나가는 시간차이에 의하여 차량의 속도를 구하고 동시에 통과 차량에 의하여 유기되는 자기 센서의 신호에 의하여 차량 대수를 카운트하는 방식이다. 이 방법은 도로의 바닥에 매설을 해야 하는 방법이므로 최초 설치 시 또는 사용 도중 고장이 발생하는 경우 차량을 통제하고 다시 도로에 매설해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 초음파 센서를 각 차로별로 설치하여 차로별 통행 차량의 주행속도 및 교통량과 같은 교통정보를 측정하는 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치는 각 차로를 구분하는 차선 상에 설치되는 구조물의 내부에 장착되며 차로를 향해 초음파 신호를 발생시키고 상기 차로를 통과하는 차량에 반사되는 초음파 신호를 수신하는 제1 및 제2초음파 센서와, 상기 반사되는 초음파 신호 수신여부를 나타내는 제1 및 제2출력신호를 출력하는 제1 및 제2신호처리기와, 상기 제1 및 제2신호처리기로부터 출력되는 제1 및 제2출력신호 간의 시간차 및 상기 제1 및 제2초음파 센서 사이의 거리를 이용하여 상기 차로를 통과하는 차량의 속도를 연산하는 속도 연산기와, 상기 제1 및 제2신호처리기로부터 출력되는 제1 및 제2출력신호의 비교결과에 따라 펄스 신호를 발생시키는 신호 비교기와, 상기 신호 비교기로부터 출력되는 펄스 신호를 이용하여 교통량을 연산하여 표시하는 교통량 연산 및 표시기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2초음파 센서는, 상기 차로의 바닥면으로부터 30cm 이상 1m 이하의 높이에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2신호처리기는, 상기 반사되는 초음파 신호를 수신하면 ‘1’을 출력하고, 상기 반사되는 초음파 신호를 수신하지 못하면 ‘0’을 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신호 비교기는, 상기 제1출력신호와 제2출력신호가 ‘1’에서 ‘0’으로 모두 변경되는 순간에 펄스 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교통량 연산 및 표시기는, 상기 신호 비교기로부터 출력되는 펄스 신호를 카운팅하는 카운터와, 상기 카운터에 의해 카운팅된 결과를 십진수로 변환하는 표시 드라이버와, 상기 표시 드라이버의 제어에 따라 상기 카운팅된 결과를 표시하는 교통량 표시기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 초음파 센서를 각 차로별로 설치하여 차로별 통행 차량의 주행속도 및 교통량을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 초음파 센서를 이용하므로 초기 비용 및 유지관리 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치를 도시한 블록구성도.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치의 설치도.
도 3는 본 발명에 따른 초음파 센서의 설치 구조를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 A점, B점, C점 신호의 타이밍 차트.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치를 도시한 블록구성도이고, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치의 설치도를 도시하며, 도 3는 본 발명에 따른 초음파 센서의 설치 구조를 도시하고, 도 4는 도 3의 A점, B점, C점 신호의 타이밍 차트를 도시한다.

본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2초음파 센서(110, 120), 제1 및 제2초음파 발생기(111, 121), 제1 및 제2신호처리기(130, 140), 속도 연산기(150), 속도 표시기(160), 신호 비교기(170), 교통량 연산 및 표시기(180)를 포함한다.

제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)는 초음파 신호를 외부로 출력하는 송파기(미도시)와 차량에 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신하여 전기에너지로 변환하는 수파기(미도시)로 구성된다. 즉, 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)는 각각 송파기를 통해 초음파 신호를 차로 방향으로 출력하고, 수파기를 통해 차량의 차체(body) 또는 휠(wheel) 등에 반사되어 되돌아오는 초음파 신호를 수신한다.

이러한 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 차량의 진행방향을 따라 소정 간격(예: 1m)으로 이격되어 차로에 설치된다. 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)는 도로 상의 각 차로를 구분하는 차선 또는 중앙선 상에 설치되는 구조물(예: 고무바(rubber bar))(30)의 내부에 설치된다. 이때, 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)는 차량이 통과하는 방향을 향하도록 장착되고, 도로 바닥면으로부터 30cm 이상 ~ 1m 이하의 높이에 장착된다. 여기서, 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)의 설치높이는 송파기에서 출력되는 초음파 신호가 통과 차량의 차체에 반사되도록 하기 위함이다. 그리고, 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)의 설치높이가 30cm 미만으로 낮아지는 경우 송파기로부터 출력되는 초음파 신호가 타이어에 의하여 반사되어 출력 신호 개수가 다량의 차축 수에 따라 달라지게 되는 오류를 방지하기 위함이다.

제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)는 차량에 반사되어 돌아오는 초음파 신호(반사 신호)를 이용하여 차로를 주행하는 차량을 감지한다. 다시 말해서, 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)는 차로를 향하여 초음파 신호를 출력하고, 그 차로를 통과하는 차량이 없으면 차량에 반사되는 초음파 신호를 수신할 수 없고 해당 차로를 통과하는 차량이 있는 경우에만 차량에 반사되는 초음파 신호를 수신한다.

제1초음파 발생기(111) 및 제2초음파 발생기(121)는 초음파 신호를 발생시켜 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)에 구비된 송파기를 통해 차로로 출력한다.

제1신호처리기(130) 및 제2신호처리기(140)는 케이블을 통해 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)과 연결되며 그 케이블은 도 3에 도시된 바와 같이 차로 하부에 설치되는 지면 내부관을 관통하게 설치된다. 본 발명에서는 제1신호처리기(130) 및 제2신호처리기(140)가 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)와 유선으로 연결되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 블루투스 및 근거리통신(near filed communication, NFC)과 같은 무선 방식으로 구현할 수도 있다.

제1신호처리기(130) 및 제2신호처리기(140)는 제1초음파 발생기(111) 및 제2초음파 발생기(121)를 통해 차량에 의해 반사되는 초음파 신호를 수신하면 반사신호 수신을 알리는 출력신호 ‘1’을 출력한다.

한편, 제1신호처리기(130) 및 제2신호처리기(140)는 제1초음파 발생기(111) 및 제2초음파 발생기(121)을 통해 차량에 의해 반사되는 초음파 신호를 수신하지 못하면 반사신호 미수신을 알리는 출력신호 ‘0’을 출력한다.

다시 말해서, 제1신호처리기(130) 및 제2신호처리기(140)는 계측구간을 차량이 통과하는 동안 출력신호 ‘1’을 유지하고, 차량이 계측구간을 완전하게 통과하면 출력신호 ‘0’을 유지한다.

속도 연산기(150)는 제1신호처리기(130)와 제2신호처리기(140)로부터 출력되는 제1출력신호와 제2출력신호가 ‘1’이 되는 시간차이와 제1초음파 센서(110)과 제2초음파 센서(120) 사이의 거리를 이용하여 제1초음파 센서(110) 및 제2초음파 센서(120)을 통과하는 차량의 속도를 연산한다. 예를 들어, 제1출력신호와 제2출력신호의 출력 시간차가 0.05초이고, 제1초음파 센서(110)과 제2초음파 센서(120)의 거리가 1미터(m)이면, 차량은 20m/s의 속도로 주행중임을 나타낸다.

또한, 속도 연산기(150)는 각 차로를 통과하는 차량들의 속도를 이용하여 평균 주행속도를 산출할 수 있다.

속도 표시기(160)는 속도 연산기(150)로부터 출력되는 차량 속도를 표시한다. 속도 표시기(160)는 7 세그먼트 표시장치 및 액정표시장치(liquid crystal display, LCD), 투명디스플레이 등으로 구현될 수 있다.

신호 비교기(170)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1신호처리기(130)와 제2신호처리기(140)로부터 출력되는 제1출력신호(A점)와 제2출력신호(B점)가 ‘1’에서 모두 ‘0’으로 변경되는 순간 교통량 연산 및 표시기(180)로 펄스 신호(C점)를 발생시킨다.

교통량 연산 및 표시기(180)는 신호 비교기(170)로부터 펄스가 하나 입력될 때마다 카운팅하는 카운터(181)를 구비한다. 또한, 교통량 연산 및 표시기(180)는 카운터(181)로부터 출력되는 카운팅 결과(통과 차량대수)를 십진수로 변환하여 출력하는 표시 드라이버(182)와 표시 드라이버(182)의 제어에 따라 카운터(181)에 의해 카운팅된 통과 차량대수를 화면 상에 표시하는 교통량 표시기(183)를 구비한다.

카운터(181)는 기설정된 일정 시간(예; 60초 또는 300초)이 경과하면 그 일정 시간 동안 카운팅된 펄스 개수(즉, 통과 차량대수)를 출력하고 초기화된다. 그리고, 교통량 표시기(183)는 7 세그먼트 표시장치 및 액정표시장치(liquid crystal display, LCD), 투명디스플레이 등으로 구현될 수 있다.

교통량 연산 및 표시기(180)는 차로별 및/또는 전체 차로의 단위 시간당 교통량을 연산하여 표시할 수 있다. 예를 들어, 전체 차로의 단위 시간당 교통량을 구하기 위하여 각 차로의 카운터(181)로부터 출력되는 결과의 합으로 도로의 교통량을 구할 수 있다.

110: 제1초음파 센서
111: 제1초음파 발생기
120: 제2초음파 센서
121: 제2초음파 발생기
130: 제1신호처리기
140: 제2신호처리기
150: 속도 연산기
160: 속도 표시기
170: 신호 비교기
180: 교통량 연산 및 표시기

Claims (5)

1. 각 차로를 구분하는 차선 상에 설치되는 구조물의 내부에 장착되며 차로를 향해 초음파 신호를 발생시키고 상기 차로를 통과하는 차량에 반사되는 초음파 신호를 수신하는 제1 및 제2초음파 센서와,
   상기 반사되는 초음파 신호 수신여부를 나타내는 제1 및 제2출력신호를 출력하는 제1 및 제2신호처리기와,
   상기 제1 및 제2신호처리기로부터 출력되는 제1 및 제2출력신호 간의 시간차 및 상기 제1 및 제2초음파 센서 사이의 거리를 이용하여 상기 차로를 통과하는 차량의 속도를 연산하는 속도 연산기와,
   상기 제1 및 제2신호처리기로부터 출력되는 제1 및 제2출력신호의 비교결과에 따라 펄스 신호를 발생시키는 신호 비교기와,
   상기 신호 비교기로부터 출력되는 펄스 신호를 이용하여 교통량을 연산하여 표시하는 교통량 연산 및 표시기를 포함하여 구성되며,
   상기 제1 및 제2초음파 센서는 상기 차로의 바닥면으로부터 30cm 이상 1m 이하의 높이에 설치되며,
   상기 제1 및 제2신호처리기는 상기 반사되는 초음파 신호를 수신하면 ‘1’을 출력하고, 상기 반사되는 초음파 신호를 수신하지 못하면 ‘0’을 출력하며,
   상기 신호 비교기는 상기 제1출력신호와 제2출력신호가 ‘1’에서 ‘0’으로 모두 변경되는 순간에 펄스 신호를 발생시키며,
   상기 교통량 연산 및 표시기는,
   상기 신호 비교기로부터 출력되는 펄스 신호를 카운팅하는 카운터와,
   상기 카운터에 의해 카운팅된 결과를 십진수로 변환하는 표시 드라이버와,
   상기 표시 드라이버의 제어에 따라 상기 카운팅된 결과를 표시하는 교통량 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 교통정보 측정 장치.
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