KR101728219B1 - 양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시 예에 따른 교통량 분산 제어 방법은, 차량들로부터 이동 정보들을 수신하고, 수신된 이동 정보들과 현재 교통상황을 기초로 미래 교통상황을 예측하며, 예측된 미래 교통상황을 기초로 차량들에 경로들을 할당한다. 이에 의해, 중앙 서버와 차량들 간의 양방향 통신을 통해 차량들의 이동 경로들을 시공간적으로 분산시킬 수 있게 된다. 특히, 공간적 교통량 분산뿐만 아니라 시간적 교통량 분산을 통해 교통 체증을 해소하여 주행 시간 단축 및 에너지 절감이 가능해진다.

Description

양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 방법 및 시스템{Traffic Dispersion Method and System with Space Time Control based on Duplex Communication}
본 발명은 교통량 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양방향 통신을 이용하여 교통량을 분산 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 기존의 단방향 통신으로 교통 정보를 제공하는 통신망 구조를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 통신망은 도로변 교통정보 수집 단말기들(10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m), 중앙 교통정보 관리센터 서버(20) 및 차량 단말들(30-1, 30-2, 30-3, ... , 30-n)로 구축된다.
중앙 교통정보 관리센터 서버(20)는 도로변에 설치되어 있는 카메라인 도로변 교통정보 수집 단말기들(10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m)로부터 수신되는 각 도로상의 교통 흐름 정보를 수집하여 분석한다.
그리고, 중앙 교통정보 관리센터 서버(20)는 분석된 교통 흐름 정보를 필요로 하는 차량 단말들(30-1, 30-2, 30-3, ... , 30-n)에 전송한다.
이에, 차량 단말들(30-1, 30-2, 30-3, ... , 30-n)은 중앙 교통정보 관리센터 서버(20)로부터 수신한 교통 흐름 정보를 기반으로, 교통 체증이 없는 최적의 경로를 찾아 주행 경로로 결정한다.
하지만, 동일한 중앙 교통정보 관리센터 서버(20)로부터 교통 흐름 정보를 이용하여 모든 차량 단말들(30-1, 30-2, 30-3, ... , 30-n)이 주행 경로를 동시에 설정하게 되면, 교통 체증이 적은 도로에 차량들이 몰리게 된다. 따라서, 중앙 교통정보 관리센터 서버(20)가 분석한 교통 흐름 정보로부터 파악한 최적의 경로가 오히려 교통 체증이 심각해지는 문제가 발생할 여지가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 중앙 서버와 차량들 간의 양방향 통신을 통해 차량들의 이동 경로들을 시공간적으로 분산시키는 교통량 분산 제어 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른, 교통량 분산 제어 방법은, 차량들로부터 이동 정보들을 수신하는 단계; 수신된 이동 정보들과 현재 교통상황을 기초로, 미래 교통상황을 예측하는 단계; 및 예측된 미래 교통상황을 기초로, 상기 차량들에 경로들을 할당하는 제1 할당단계;를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 교통량 분산 제어 방법은, 상기 차량들에 출발 시각들을 할당하는 제2 할당단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 이동 정보는, 출발지, 목적지 및 출발시각을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 할당 단계는, 출발지와 목적지가 동일하고 출발시각이 일정 범위 내에 있는 차량들을 다수의 그룹으로 분할하고, 각각의 그룹은 상기 출발지로부터 상기 목적지까지 도달할 수 있는 각각의 경로를 부여받을 수 있다.
또한, 상기 출발지와 상기 목적지는, 특정 범위로 지정될 수 있다.
그리고, 상기 제1 할당단계는, 상기 차량들의 차량 번호들을 기반으로, 상기 차량들을 다수의 그룹으로 분할할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 교통량 분산 제어 방법은, 동일 그룹으로 분류된 차량들에 각기 다른 출발 시각들을 할당하는 제2 할당 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2 할당단계는, 동일 그룹으로 분류된 차량들이 그룹에 할당된 경로를 통해 함께 이동하는 경우 교통 체증이 발생하는 것으로 예측된 경우에 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 교통량 분산 제어 방법은, 상기 제1 할당단계에서 할당받은 경로로 상기 제2 할당단계에서 할당받은 출발 시각에 따라 주행한 차량에 마일리지를 부여하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른, 교통 관리 서버는, 차량들로부터 이동 정보들을 수신하는 통신부; 및 상기 통신부를 통해 수신된 이동 정보들과 현재 교통상황을 기초로 미래 교통상황을 예측하고, 예측된 미래 교통상황을 기초로 상기 통신부를 통해 상기 차량들에 경로들을 할당하는 프로세서;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 중앙 서버와 차량들 간의 양방향 통신을 통해 차량들의 이동 경로들을 시공간적으로 분산시킬 수 있게 된다. 특히, 공간적 교통량 분산뿐만 아니라 시간적 교통량 분산을 통해 교통 체증을 해소하여 주행 시간 단축 및 에너지 절감이 가능해진다.
나아가, 교통량 분산에 협조한 차량들에게는 보상으로 마일리지를 제공하여, 교통량 분산에 대한 적극적인 참여를 유도함으로써, 실효성을 증대시킬 수 있게 된다.
도 1은 기존의 단방향 통신으로 교통 정보를 제공하는 통신망 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명이 적용가능한 양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 시스템을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 4와 도 5는, 차량 단말을 예시한 도면들,
도 6은 중앙 교통정보 관리센터 서버의 상세 블럭도,
도 7은 도로상의 차량 밀도에 따른 차량의 속도 관계를 나타낸 그래프,
도 8은 도로상의 차량 밀도에 따른 차량의 흐름 관계를 나타낸 그래프,
도 9는 차량의 흐름과 도로상의 차량 밀도를 표현하기 위한 모델 공식,
도 10은 교통 체증 상태 발생 후 지속되는 도로상의 최대 차량 밀도를 나타낸 그래프,
도 11은 대체 도로수에 따른 도로상의 차량 흐름 분산을 나타낸 그래프, 그리고,
도 12는 대체 도로와 시간 분할을 조정한 시,공간 차량 흐름 분산을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명이 적용가능한 양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명이 적용가능한 교통량 분산 제어 시스템은, 중앙 서버와 차량 단말 간의 양방향 정보 통신으로, 공간적 교통량 분산은 물론 시간적 교통량 분산까지 수행하여, 교통 체증을 해소시켜 주행 시간 단축 및 에너지 절감을 추구한다.
본 발명이 적용가능한 교통량 분산 제어 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 도로변 교통정보 수집 단말기들(10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m), 중앙 교통정보 관리센터 서버(100) 및 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)이 상호 통신가능하도록 연결되어 구축된다.
도로변 교통정보 수집 단말기들(10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m)은 도로 교통 상황을 촬영하여 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)에 실시간으로 전송한다. 도로변 교통정보 수집 단말기들(10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m)은 주요 도로들에 설치되어 있는 카메라들로 구현가능하다.
차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)은 차량에 설치되어 사용자에 주행 정보를 안내하는 단말로, 차량에 설치된 네비게이션은 물론 사용자의 스마트폰으로 구현할 수 있다.
차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)은 주행 전에 사용자로부터 이동 정보(출발지, 목적지, 출발 희망 시각)들을 입력받아 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)에 전송하면서, 최적의 주행 정보를 요청한다.
중앙 교통정보 관리센터 서버(100)는 도로변 교통정보 수집 단말기들(10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m)로부터 수집한 도로 교통 상황들과 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)로부터 수신한 이동 정보들을 기초로, 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)에 최적의 주행 정보들을 안내한다.
여기서, 최적의 주행 정보들은, 차량들이 공간적으로 분산됨은 물론 시간적으로도 분산된 경로를 말한다. 이하에서, 최적의 주행 정보들을 생성하기 위해, 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)가 교통량을 분산시키는 과정에 대해 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)가 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)로부터 이동 정보들을 수신한다(S310). 이동 정보에는, 차량의 출발지, 목적지, 출발 희망 시각이 포함되어 있음은 전술한 바 있다.
S310단계에서 사용자로부터 이동 정보를 입력 받아 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)로 전송하는 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)을 도 4와 도 5에 예시하였다.
도 4는 차량에 설치되는 네비게이션으로, 본 발명의 실시 예에 적용되기 위해, 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)와 양방향으로 통신하고 이동 정보를 입력받기 위한 UI를 제공하기 위한 펌웨어를 구비하고 있다.
도 5는 사용자가 휴대하는 스마트폰으로, 본 발명의 실시 예에 적용되기 위해, 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)와 양방향으로 통신하고 이동 정보를 입력받기 위한 UI를 제공하기 위한 애플리케이션이 설치되어 있다.
다시, 도 3을 참조한다. 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)는 도로변 교통정보 수집 단말기들(10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m)로부터 수집한 도로 교통 상황들을 분석하여, 현재 교통 상황을 파악한다(S320).
다음, 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)는 S310단계에서 수신한 이동 정보들과 S320단계에서 파악한 현재 교통 상황을 기초로, 차량들을 공간적으로 분산시킨다(S330).
S330단계를 위해, 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)는 S320단계에서 파악한 현재 교통 상황에 S310단계에서 수신한 이동 정보들을 반영하여, 미래 교통 상황을 시간대 별로 예측한다.
S310단계에서 수신한 이동 정보들을 반영하는 것은, 차량이 출발 희망 시각에 출발지를 출발하여 목적지로 향하는 상황을 반영하는 것이다.
출발지로부터 목적지에 이르는 경로에 교통 체증이 발생할 것으로 예측되는 경우, 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)는 출발지와 목적지가 동일하고 출발 희망 시각이 동일한 차량들을 다수의 그룹으로 분할한다.
여기서, 동일은 동일성의 개념이며, 완전하고 구체적인 일치를 요하지 않는다. 이를 위해, 출발지와 목적지는 다소 넓은 범위로 지정되며(예를 들면, 서울시 강남구, 전주시 덕진구 등), 출발 희망 시각 역시 시간대(14:00~14:30)로 설정/운용된다.
또한, 그룹의 개수는 출발지로부터 목적지까지 이르는 적정 경로들의 개수와 동일하다. 생성된 각각의 그룹들은 각각의 경로들을 부여받게 된다. 즉, 그룹이 다르면 부여받는 경로가 다르다.
그룹 분할은 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)이 설치된 차량들의 차량 번호들을 기반으로 수행가능하다. 예를 들어, 차량들을 2개의 그룹으로 분할하는 경우, 차량 번호가 홀수로 끝나는 차량들은 그룹-1에, 차량 번호가 짝수로 끝나는 차량들은 그룹-2에, 포함되도록 분할할 수 있다.
이와 같이, 차량들에 할당되는 경로들을 분산시켜, 교통량을 공간적으로 분산시킨다.
다음, 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)는 동일 경로를 할당받은 차량들을 시간적으로 분산시킨다(S340). 이는, 동일 경로를 할당받은 차량들, 즉 같은 그룹에 포함된 차량들의 출발 시각들을 각각 다르게 할당하는 것이다.
예를 들어, 동일 경로를 할당받은 차량들이 30대인 경우, 이들이 1분 간격으로 순차적으로 출발할 수 있도록 차량들에 출발 시각들을 할당한다.
출발 시각(즉, 출발 순서) 할당 역시, 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)이 설치된 차량들의 차량 번호들을 기반으로 수행할 수 있다.
또한, S340단계는, 동일 그룹으로 분류된 차량들이 그룹에 할당된 경로를 통해 함께 이동하는 경우 교통 체증이 발생하는 것으로 예측되는 경우에만 수행되는 것으로 한정할 수 있다.
도 6은 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)의 상세 블럭도이다. 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 통신부(110), 프로세서(120) 및 저장부(130)를 포함한다.
통신부(110)는 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n) 및 도로변 교통정보 수집 단말기들(10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m)과 통신을 설정하고 유지하기 위한 통신 인터페이스를 제공한다.
저장부(130)는 도 3에 도시된 알고리즘이 반영된 펌웨어/애플리케이션이 설치되고, 이를 수행하기 위해 필요한 데이터/정보가 저장되는 저장매체이다.
프로세서(120)는 도 3에 도시된 알고리즘이 반영된 펌웨어/애플리케이션을 실행하여, 통신부(110)를 통해 차량 단말들(200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n)과 양방향 통신하면서 시공간 교통량 분산 제어를 수행한다.
이하에서는, 시공간 교통량 분산 제어를 위한 부연 기술들에 대해, 도 7 내지 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 도로상의 차량 밀도에 따른 차량의 속도 관계를 나타낸 그래프이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 도로에서 주행하는 차량 속도 v는 도로상의 차량 밀도 k 에 반비례한다.
도 8은 도로상의 차량 밀도에 따른 차량의 흐름 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 도로상의 차량의 흐름은 Q=vk로 정의되며, 차량의 흐름(차량의 수/시간)은 도로상의 차량의 밀도가 적을 때 증가하다가 점차 도로상에 차량의 밀도가 증가하면 감소된다.
차량의 흐름과 도로상의 차량 밀도를 표현하기 위한 모델 공식을 도 9에 나타내었다. 도 9에 나타난 바와 같이, 목적지에 도달할 수 있는 도로가 1개 뿐일 때 도로에 진입하는 차량의 수가 증가하게 되면 교통 체증 상황이 발생하고 이런 상태는 진입하는 차량의 수에 따라 교통 체증이 계속되는 시간은 길어진다.
도 10은 교통 체증 상태 발생 후 지속되는 도로상의 최대 차량 밀도를 나타낸 그래프이다. 도 10에 나타난 바와 같이, 공간적으로 목적지를 향해서 갈 수 있는 대체 도로가 많아지면 도로상의 차량의 밀도는 적어지게 된다.
따라서, 대체 도로의 수를 고려한 도로상의 차량 밀도 및 흐름의 관계를 나타내는 모델 식은 다음과 같다.
Figure 112015017540175-pat00001
도 11은 대체 도로수에 따른 도로상의 차량 흐름 분산을 나타낸 그래프이다. 도 11에 나타난 바와 같이, 대체 도로의 수에 따라 차량 밀도의 흐름은 원활해진다.
그러나, 단방향으로 교통정보의 제공하는 경우 차량 사용자들간 대체 도로에 대한 선택정보를 공유하지 못하므로 대체 도로에 균등한 차량 밀도 분배가 안 되는 경우가 발생할 수 있다.
또한, 대체 도로가 적은 경우는 교통 체증이 지속되는 시간이 길어지므로 양방향 통신을 이용하여 사용자들의 주행 정보를 받아 처리한 후 사용자들을 그룹화하며 주행 정보를 조정함으로서 원활한 교통 흐름을 기대할 수 있다.
다음 식은 공간적, 시간적을 차량의 밀도를 조절하는 모델 식이다.
Figure 112015017540175-pat00002
도 12는 대체 도로와 시간 분할을 조정한 시,공간 차량 흐름 분산을 나타낸 도면이다. 도 12에 나타난 바와 같이, 공간적 교통량 분산의 경우보다 시간적 교통 분산을 동시에 적용한 경우가 교통 흐름이 원활함을 알 수 있다.
지금까지, 양방향 통신을 이용한 시공간 교통량 분산 제어 방법 및 시스템에 대해 바람직한 실시 예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시 예에서, 차량 분산은 차량 번호에 기초하는 것을 상정하였나 예시적인 것에 불과하다. 차량 번호 이외의 차량에 대한 다른 정보는 물론, 사용자의 정보 또는 사용자의 스마트폰 정보를 기초로, 차량을 분산하는 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
나아가, 중앙 교통정보 관리센터 서버(100)가 할당한 주행 경로와 출발 시간으로 준수하도록 하기 위해, 할당받은 경로로 할당받은 출발 시각에 따라 주행한 차량에 대해서는 마일리지를 부여하는 것으로 구현하는 것이 가능하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10-1, 10-2, 10-3, ... , 10-m : 도로변 교통정보 수집 단말기
100 : 중앙 교통정보 관리센터 서버
200-1, 200-2, 200-3, ... , 200-n : 차량 단말

Claims (10)

  1. 교통량 분산 제어 방법에 있어서,
    차량들로부터 이동 정보들을 수신하는 단계;
    수신된 이동 정보들과 현재 교통상황을 기초로, 미래 교통상황을 예측하는 단계;
    예측된 미래 교통상황을 기초로, 상기 차량들에 경로들을 할당하는 제1 할당단계;를 포함하고,
    상기 제1 할당 단계는,
    출발지와 목적지가 동일하고 출발시각이 일정 범위 내에 있는 차량들을 다수의 그룹으로 분할하고,
    각각의 그룹은 상기 출발지로부터 상기 목적지까지 도달할 수 있는 각각의 경로를 부여 받으며,
    교통량 분산 제어 방법은,
    동일 그룹으로 분류된 차량들이 그룹에 할당된 경로를 통해 함께 이동하는 경우 교통 체증이 발생하는 것으로 예측된 경우, 동일 그룹으로 분류된 차량들에 각기 다른 출발 시각들을 할당하는 제2 할당 단계; 및
    상기 제1 할당단계에서 할당받은 경로로 상기 제2 할당단계에서 할당받은 출발 시각에 따라 주행한 차량에 마일리지를 부여하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교통량 분산 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 출발지와 상기 목적지는, 특정 범위로 지정되는 것을 특징으로 하는 교통량 분산 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 할당단계는,
    상기 차량들의 차량 번호들을 기반으로, 상기 차량들을 다수의 그룹으로 분할하는 것을 특징으로 하는 교통량 분산 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 차량들로부터 이동 정보들을 수신하는 통신부; 및
    상기 통신부를 통해 수신된 이동 정보들과 현재 교통상황을 기초로 미래 교통상황을 예측하고, 예측된 미래 교통상황을 기초로 상기 통신부를 통해 상기 차량들에 경로들을 할당하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    출발지와 목적지가 동일하고 출발시각이 일정 범위 내에 있는 차량들을 다수의 그룹으로 분할하고,
    각각의 그룹에 상기 출발지로부터 상기 목적지까지 도달할 수 있는 각각의 경로를 부여하며,
    동일 그룹으로 분류된 차량들이 그룹에 할당된 경로를 통해 함께 이동하는 경우 교통 체증이 발생하는 것으로 예측된 경우, 동일 그룹으로 분류된 차량들에 각기 다른 출발 시각들을 할당하고,
    할당받은 경로로 할당받은 출발 시각에 따라 주행한 차량에 마일리지를 부여하는 것을 특징으로 하는 교통 관리 서버.
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