KR101837732B1 - 고속 축중기 및 이를 이용한 고속 축중 검출시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속 축중기의 내부에 복수개의 세라믹 압전소자들이 일렬로 설치됨으로써 감지영역인 차선을 분할하여 축중을 검출할 수 있기 때문에 축중 검출의 정밀성 및 신뢰도를 현저히 높일 수 있고, 병렬로 전송받은 출력전압들을 직렬로 변환한 후 전압이 변화된 위치 및 변화량을 이용하여 축중을 검출하거나 또는 각 세라믹 압전소자의 표준편차를 이용하여 이동차량의 축중을 검출하도록 구성됨으로써 간단한 연산으로 이동차량의 축중을 정확하게 검출할 수 있으며, 각 구성수단이 볼트 체결되도록 구성되어 모듈화 됨으로써 장비설치, 점검 및 교체가 용이하게 이루어짐과 동시에 내구성을 높여 수명을 개선시킬 수 있는 고속 축중 검출시스템에 관한 것이다.

Description

고속 축중기 및 이를 이용한 고속 축중 검출시스템{load detecting device and load detecting system therewith}
본 발명은 고속 축중기 및 이를 이용한 고속 축중 검출시스템에 관한 것으로서, 상세하게로는 축중 검출의 정확성 및 정밀도를 높임과 동시에 각 구성수단들이 모듈화 되어 설치, 점검 및 보수가 간단하게 이루어질 수 있는 고속 축중기 및 이를 이용한 고속 축중 검출시스템에 관한 것이다.
과적차량에 의한 도로 및 교량 파손 등의 도로시설 인프라의 비용 손실을 줄이고, 과적차량의 교통사고 발생에 따른 피해가 증가함에 따라 도로관리부처 및 지방자치단체 등에서는 과적차량단속 시스템을 설치하여 과적차량 단속업무를 시행하고 있고, 이에 따라 이동차량의 하중을 측정하기 위한 센서 및 시스템에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히 도로 또는 교량의 전방에 설치되어 이동차량의 중량을 고속에서 측정할 수 있는 고속 축중기(High-Speed Weigh-In-Motion)가 널리 사용되고 있고, 고속 축중기는 압전소자에 따라 압전세라믹 센서, 압전석영 센서, PVDF 압전필름 센서로 분류되고, 압전 재료에 따라 수정(Quartz), 세라믹(Ceramic) 피에조 센서 및 PVDF 피에조 센서로 분류된다.
종래의 고속축중기는 차량 통과 시 압력에 의해 발생된 전단응력을 세라믹 피에조 센서가 전압으로 변환하여 출력하며, 출력된 전압을 이용하여 하중을 측정하도록 구성되었으나, 세라믹 피에조 센서에서 출력되는 신호는 차량주행으로 발생한 동적요인으로 인해 본래의 축 하중 이외에 다양한 신호가 복합적으로 포함되어 있고, 이에 따라 신호를 중량으로 환산하기 위한 연산처리 시 축 하중 이외의 신호를 제거하기 위한 함수들을 이용하여 신호를 분석하여야하기 때문에 정확성 및 정밀도가 떨어지며, 연산처리량이 증가하는 구조적 한계를 갖는다.
또한 종래의 고속축중기는 단일 세라믹 피에조 센서를 이용하여 하중을 측정하기 때문에 차량의 큰 하중을 지속적으로 받게 되어 장비고장이 빈번하게 발생하고, 이러한 수명의 단축으로 인해 잦은 장비점검 및 교체가 이루어지기 때문에 유지보수가 어려운 단점을 갖는다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 고속 축중기의 내부에 복수개의 세라믹 압전소자들이 일렬로 설치됨으로써 감지영역인 차선을 분할하여 축중을 검출할 수 있기 때문에 축중 검출의 정밀성 및 신뢰도를 현저히 높일 수 있는 고속 축중 검출시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 병렬로 전송받은 출력전압들을 직렬로 변환한 후 전압이 변화된 위치 및 변화량을 이용하여 축중을 검출하거나 또는 각 세라믹 압전소자의 표준편차를 이용하여 이동차량의 축중을 검출하도록 구성됨으로써 간단한 연산으로 이동차량의 축중을 정확하게 검출할 수 있는 고속 축중 검출시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 각 구성수단이 볼트 체결되도록 구성되어 모듈화 됨으로써 장비설치, 점검 및 교체가 용이하게 이루어짐과 동시에 내구성을 높여 수명을 개선시킬 수 있는 고속 축중 검출시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 이동 차량의 축중을 검출하기 위한 복수개의 축중 센서들을 포함하고, 도로의 노면에 매설되는 고속 축중기; 상기 고속 축중기로부터 전송받은 상기 축중 센서들의 검출신호들을 분석하여 이동차량의 축중을 검출하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 고속 축중기는 상기 축중 센서들 각각에 대응되어 해당 축중 센서에 의해 검출되는 신호들을 디지털 신호들로 각각 변환한 후 변환된 디지털 신호들을 전압 차분 신호(LVDS, Low Voltage Differential Signaling)들로 각각 변환하는 제어모듈들을 포함하는 서브 제어부를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 서브 제어부로부터 전송받은 전압 차분 신호(LVDS)들을 수집한 후 수집된 데이터들의 표준편차를 산출하는 표준편차 산출부; 상기 표준편차 산출부에 의해 산출된 표준편차 데이터를 이용하여 이동차량의 축중을 산출하는 축중 검출부를 더 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 컨트롤러는 상기 고속 축중기로부터 병렬로 전송받은 상기 축중 센서들의 신호들을 디지털신호들로 각각 변환한 후 신호를 증폭 및 필터링 하는 신호처리부; 상기 신호처리부에 의해 처리된 병렬신호들을 1개의 직렬신호로 변환하는 병렬-직렬 변환기; 상기 병렬-직렬 변환기로부터 입력된 직렬신호를 순차적으로 분석하여 신호가 변하는 위치 및 변화량을 이용하여 이동 차량의 축중을 검출하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 고속 축중기는 상부가 개구된 바(bar) 형상으로 형성되는 셀 바디; 상기 셀 바디의 개구부에 설치되는 가압 플레이트; 상기 셀 바디의 바닥면으로부터 이격되게 설치되는 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트의 상면에 길이 방향으로 일렬로 설치되며, 상단부가 상기 가압플레이트에 접촉되게 설치되어 상기 가압플레이트로부터 하중을 인가받을 때 전압을 출력하는 세라믹 압전소자들; 상기 셀 바디의 일측면에 인접하게 설치되며, 상기 세라믹 압전소자들로부터 출력전압(Vp)들 입력받는 커넥터; 상기 커넥터 및 상기 컨트롤러 사이에 연결되어 상기 세라믹 압전소자들에 의한 출력전압(Vp)들 각각을 상기 컨트롤러로 병렬로 전송하는 다심케이블들을 포함하는 것이 바람직하다.
삭제
또한 본 발명에서 상기 서브 제어부의 제어모듈들 각각은 해당 축중 센서에 의한 검출값을 다음의 수학식 1로 정의되는 노이즈제거 연산을 수행하고, 다음의 수학식 2로 정의되는 윈도 분산 값을 산출한 후 다음의 수학식 3으로 정의되는 분산 가중치 이내 값을 출력하는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
이때 `
Figure 112017007090806-pat00002
`는 median값이고, `N`은 set 내의 요소 수이고, `y`는 set내의 임의의 값이고, `
Figure 112017007090806-pat00003
`는 입력 신호 값이고,
[수학식 2]
Figure 112017007090806-pat00004
이때 `n`은 윈도우 사이즈이고, `
Figure 112017007090806-pat00005
`는 윈도우내 신호의 평균값이고,
[수학식 3]
Figure 112017007090806-pat00006
이때 k는 상수이고, 상세하게로는 0.1 ~ 0.9이다.
또한 본 발명에서 상기 고속 축중기는 상부가 개구된 바(bar) 형상으로 형성되는 셀 바디; 상기 셀 바디의 개구부에 설치되는 가압 플레이트; 상기 셀 바디의 바닥면으로부터 이격되게 설치되는 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트의 상면에 길이 방향으로 일렬로 설치되며, 상단부가 상기 가압플레이트에 접촉되게 설치되어 상기 가압플레이트로부터 하중을 인가받을 때 전압을 출력하는 세라믹 압전소자들; 상기 셀 바디의 일측면에 인접하게 설치되며, 상기 세라믹 압전소자들로부터 출력전압(Vp)들 입력받는 커넥터를 더 포함하고, 상기 서브 제어부의 제어모듈들은 상기 커넥터를 통해 상기 세라믹 압전소자들로부터 출력전압(Vp)들을 전압 차분 신호(LVDS)들로 각각 변환하는 것이 바람직하다.
상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 고속 축중기의 내부에 복수개의 세라믹 압전소자들이 일렬로 설치됨으로써 감지영역인 차선을 분할하여 축중을 검출할 수 있기 때문에 축중 검출의 정밀성 및 신뢰도를 현저히 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 병렬로 전송받은 출력전압들을 직렬로 변환한 후 전압이 변화된 위치 및 변화량을 이용하여 축중을 검출하거나 또는 각 세라믹 압전소자의 표준편차를 이용하여 이동차량의 축중을 검출하도록 구성됨으로써 간단한 연산으로 이동차량의 축중을 정확하게 검출할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 각 구성수단이 볼트 체결되도록 구성되어 모듈화 됨으로써 장비설치, 점검 및 교체가 용이하게 이루어짐과 동시에 내구성을 높여 수명을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 고속 축중 검출시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 고속 축중기를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 정면도이다.
도 5는 도 2의 고속 축중기로 차량이 통과할 때 발생되는 출력전압에 대한 파형도이다.
도 6은 도 1의 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 2의 고속 축중기의 제2 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 정면도이다.
도 9는 도 7의 서브 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 컨트롤러의 제2 실시예를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 고속 축중 검출시스템을 나타내는 구성도이다.
도 1의 고속 축중 검출시스템(1)은 각 차선의 이동차량의 축중을 검출하기 위한 시스템으로서, 상세하게로는 고속 축중기(5)의 구조변경 및 알고리즘 개선을 통해 이동차량의 축중 검출의 정확성 및 신뢰도를 높임과 동시에 내구성을 높이며, 각 구성수단들을 모듈화 제작하여 설치, 점검 및 보수가 용이하게 이루어지도록하기 위한 것이다.
또한 축중 검출 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 세라믹 압전소자(56)들을 포함하는 고속 축중기(5)와, 고속 축중기(5)로부터 입력된 신호를 분석하여 이동차량의 축중을 검출하는 컨트롤러(3)와, 고속 축중기(5) 및 컨트롤러(3) 사이의 신호 이동경로를 제공하는 다심케이블(7)들로 이루어진다.
이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 고속 축중기(5) 및 컨트롤러(3)가 케이블(7)에 연결되어 신호를 송수신하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 고속 축중기(5)는 자체적으로 A/D 컨버터를 구비하여 무선통신망을 통해 컨트롤러(3)로 데이터를 전송하는 것으로 구성될 수 있음은 당연하다.
고속 축중기(5)는 세라믹 압전소자(56)들 각각에 의해 측정된 전압신호들을 다심케이블(7)들을 통해 컨트롤러(3)로 병렬 전송한다. 이때 다심케이블(7)들의 수량은 세라믹 압전소자들의 설치 수량에 대응된다.
컨트롤러(3)는 고속 축중기(5)를 관리 및 제어하며, 다심케이블(7)들을 통해 고속 축중기(5)로부터 전송받은 전압신호들을 디지털신호로 변환한 후 이들의 표준편차를 분석하여 이동차량의 축중을 검출한다.
이때 컨트롤러(3)가 입력된 전압신호들을 분석하여 축중을 검출하는 방법 및 과정은 후술되는 도 6에서 상세하게 설명하기로 한다.
또한 컨트롤러(3)는 통상적으로 임베디드(Embedded)라고 불리는 내장형 PC또는 노트북(Notebook)에 필요한 소프트웨어를 탑재하거나 또는 이들 내장형 PC 또는 노트북과 포트로 연결되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 도면에는 도시되지 않았지만, 축중 검출시스템(1)은 루프검지기 등과 같이 이동차량을 감지하는 차량감지센서(미도시)와, 과속차량 검출 시 해당 차량을 촬영하는 카메라(미도시)들과, 과속차량 검출 시 경고문구를 출력하는 디스플레이 수단(미도시)을 더 포함할 수 있고, 이러한 구성수단들은 ITS에 있어서 널리 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 도 1의 고속 축중기를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해사시도이고, 도 4는 도 2의 정면도이다.
고속 축중기(5)는 차선의 폭 방향으로 도로에 매립되게 설치되어 이동차량의 축중을 검출하되, 복수개의 세라믹 압전소자(56)들이 일렬로 설치됨에 따라 세라믹 압전소자(56)들이 분할하여 이동차량의 축중을 검출함으로써 검출의 신뢰도 및 정확성을 높일 수 있게 된다.
또한 고속 축중기(5)는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 상부가 개구된 바(bar) 형상의 셀 바디(51)와, 셀 바디(51)의 상부 개구부에 배치되어 이동차량의 축에 가압되는 가압 플레이트(53)와, 평평한 판재로 형성되어 셀 바디(51)의 중간 지점에 설치되어 후술되는 세라믹 압전소자(56)들을 지지하는 지지 플레이트(55)와, 지지 플레이트(55)의 상면에 길이 방향으로 일렬로 설치되되 상부가 가압 플레이트(53)에 접촉되게 설치되는 세라믹 압전소자(56)들과, 셀 바디(51)의 일측에 수직 설치되어 세라믹 압전소자(56)들로부터 측정된 출력전압(Vp)들을 입력받음과 동시에 입력된 출력전압(Vp)들을 다심케이블(7)들을 통해 컨트롤러(3)로 전송하는 커넥터(57)로 이루어진다.
셀 바디(51)는 상부가 개구된 길이를 갖는 바(bar) 형상으로 형성되며, 도로(R)의 노면에 매립되게 설치된다.
또한 셀 바디(51)는 차선의 폭보다 짧은 길이로 형성되며, 길이 방향이 차선의 폭 방향을 향하도록 설치된다.
또한 셀 바디(51)는 상부 개구부에 가압 플레이트(53)가 배치되며, 내부에 지지 플레이트(55), 커넥터(57), 세라믹 압전소자(56)들이 설치된다.
가압 플레이트(53)는 셀 바디(51)와 동일한 길이를 갖되 셀 바디(51) 보다 작은 폭의 판재로 형성되며, 셀 바디(51)의 개구부에 배치된다.
또한 가압 플레이트(53)는 도로에 매립될 때 상부면이 도로의 노면과 연설되게 설치됨으로써 이동차량(C)의 축에 접촉되어 압력을 받게 된다.
또한 가압 플레이트(53)는 하부면이 세라믹 압전소자(56)들 각각의 상단부에 접촉되게 설치됨으로써 이동차량(C)의 축에 의하여 하중을 받게 되면, 받은 하중을 세라믹 압전소자(56)들로 전달하게 된다.
지지 플레이트(55)는 셀 바디(51)와 동일한 길이를 갖는 판재로 형성되며, 셀 바디(51)의 바닥면으로부터 이격된 높이에 설치된다.
또한 지지 플레이트(55)는 상부면에 세라믹 압전소자(56)들이 결합된다.
즉 지지 플레이트(55)는 세라믹 압전소자(56)들을 일정 높이로 고정시킨다.
세라믹 압전소자(56)들은 도면에는 도시되지 않았지만, 공지된 바와 같이 금속전극과, 금속전극 상부에 적층되는 압전필름, 압전필름의 상부에 적층되는 세라믹 전극으로 구성된다.
또한 세라믹 압전소자(56)들은 지지 플레이트(55)의 상면에 길이 방향으로 일렬로 설치된다.
또한 세라믹 압전소자(56)들은 상단부가 가압 플레이트(53)의 하부면에 접촉되게 설치된다. 즉 세라믹 압전소자(56)는 가압플레이트(53)가 축 하중을 인가받아 하향 이동하는 경우, 함께 압력을 인가받아 기계적 응력이 발생되고, 발생된 기계적 응력에 의한 전압을 출력하여 커넥터(57)로 입력하고, 커넥터(57)는 입력된 출력전압(Vp)들을 다심케이블(7)들을 통해 컨트롤러(3)로 전송한다.
즉 커넥터(57)는 세라믹 압전소자(56)들의 출력전압(Vp)들을 컨트롤러(3)로 병렬 전송한다.
이와 같이 구성되는 고속 축중기(5)는 복수개의 세라믹 압전소자(56)들이 일렬로 설치되어 축중을 분할하여 검출함에 따라 단일 세라믹 압전소자만을 이용한 종래의 고속 축중기에 비교하여 검출의 정확성 및 신뢰도를 높일 수 있게 된다.
또한 고속 축중기(5)는 셀 바디(51), 가압플레이트(53), 지지 플레이트(55), 커넥터(57), 세라믹 압전소자(56)들이 볼트 체결됨에 따라 설치 및 교체가 신속하고 간단하게 이루어지게 된다.
도 5는 도 2의 고속 축중기로 차량이 통과할 때 발생되는 출력전압에 대한 파형도이다.
고속 축중기(5)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상부로 이동차량(C)이 통과하는 경우, 차량의 축에 의하여 가압플레이트(53)가 하중을 인가받게 되고, 이에 따라 세라믹 압전소자(56)에 전단응력이 발생함에 따라 세라믹 압전소자(56)는 발생된 전단응력에 대응되는 전압(Vp)을 출력하게 된다.
이때 고속 축중기(5)는 차축의 직하부에 배치되는 세라믹 압전소자(56)의 출력 전압(Vp)이 가장 높으며, 차축의 직하부로부터 이격될수록 세라믹 압전소자(56)의 출력전압(Vp)이 낮게 출력된다.
이러한 고속 축중기(5)의 특성을 이용하여, 고속 축중기(5)로부터 출력되는 출력전압(Vp)을 통해 차량의 폭, 축간거리 및 윤간거리 등과 같은 차량데이터를 검출할 수 있게 된다.
도 6은 도 1의 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
컨트롤러(3)는 도 6에 도시된 바와 같이, 신호처리부(31)와, 병렬-직렬 변환기(32), 제어부(33), 인터페이스부(34)로 이루어진다. 이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 세라믹 압전소자(56)들이 15개인 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.
신호처리부(31)는 다심케이블(7)들을 통해 커넥터(57)로부터 세라믹 압전소자(56)들 각각의 출력전압 신호를 병렬 전송받는다.
또한 신호처리부(31)는 병렬로 전송받은 각 신호별로 AD 신호변환기1, ..., AD 신호변환기N들을 포함함으로써 차량의 동적요인 및 도로주위의 환경에 의해 유도된 잡음에 의한 영향을 줄이기 위해 신호를 증폭하고 필터링하는 과정을 거친다.
병렬-직렬 변환기(32)는 신호처리부(31)에 의해 처리된 15개의 병렬 신호들을 1개의 직렬신호로 변환한다.
제어부(33)는 병렬-직렬 변환기(32)로부터 입력된 직렬신호를 순차적으로 분석하여 신호가 변하는 위치, 변화량을 이용하여 차축의 축중을 산출한다.
또한 제어부(33)는 산출된 축중을 인터페이스부(34)를 통해 과적차량 단속시스템 및 차량번호인식시스템 등의 상위 시스템으로 전송한다.
도 7은 도 2의 고속 축중기의 제2 실시예를 나타내는 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 정면도이다.
도 7과 8은 본 발명의 고속 축중기의 제2 실시예이고, 고속 축중기(205)는 전술하였던 도 2 내지 4와 동일한 구성의 셀 바디(51), 가압 플레이트(53), 지지플레이트(55), 세라믹 압전소자(56)들, 커넥터(57)를 포함한다.
또한 고속 축중기(205)는 커넥터(57)로부터 입력되는 출력전압(Vp)들을 입력받는 서브 제어부(258)를 더 포함한다. 이때 서브 제어부(258)는 데이터케이블(259)을 통해 외부로 데이터를 전송한다.
도 9는 도 7의 서브 제어부를 나타내는 블록도이다.
서브 제어부(258)은 커넥터(57)를 통해 세라믹 압전소자(56)들 각각의 출력전압(Vp)들을 입력받는다.
또한 서브 제어부(258)는 세라믹 압전소자(56)들 각각에 대응되며, 세라믹 압전소자(56)들의 출력전압(Vp) 신호들 각각을 처리하는 제어모듈(2580-1), ..., (2580-N)들을 포함한다.
제어모듈(2580-1), ..., (2580-N)들 각각은 입력된 아날로그 형태의 출력전압(Vp)를 디지털신호들로 각각 변환시키는 A/D 컨버터(2581)들을 포함한다.
또한 제어모듈(2580-1), ..., (2580-N)들 각각은 A/D 컨버터(2581)에 의해 변환된 디지털신호의 노이즈를 제거하는 필터링모듈(2583)과, 필터링모듈(2583)에 의해 필터링 된 데이터를 전압 차분 신호(LVDS, Low Voltage Differential Signaling)로 변환하는 LVDS 처리모듈(2585)과, LVDS 처리모듈(2585)에 의해 처리된 LVDS 데이터를 컨트롤러(3)로 출력하는 출력모듈(2587)로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 서브 제어부(258)의 필터링 연산은 다음의 수학식 1로 정의된다.
[수학식 1]
Figure 112017007090806-pat00007
이때 `
Figure 112017007090806-pat00008
`는 median값이고, `N`은 set 내의 요소 수이고, `y`는 set내의 임의의 값이고, `
Figure 112017007090806-pat00009
`는 입력 신호 값이다.
즉 서브 제어부(258)는 메디안 필터링 알고리즘을 이용하여 평균(Mean) 필터와 함께 노이즈를 간단하게 제거할 수 있게 된다.
또한 서브 제어부(258)는 수학식 1에 의하여 필터링 된 값을 입력으로 하여 다음의 수학식 2로 정의되는 윈도 분산 값을 산출한다.
[수학식 2]
Figure 112017007090806-pat00010
이때 `n`은 윈도우 사이즈이고, `
Figure 112017007090806-pat00011
`는 윈도우내 신호의 평균값이다.
또한 서브 제어부(258)는 수학식 2에 의해 산출된 윈도 분산 값을 산출한 후 다음의 수학식 3으로 정의되는 분산 가중치 이내의 값을 출력한다.
[수학식 3]
Figure 112017007090806-pat00012
이때 k는 상수이고, 상세하게로는 0.1 ~ 0.9이다.
도 10은 본 발명의 컨트롤러의 제2 실시예를 나타내는 블록도이다.
컨트롤러(203)는 도 207에 도시된 바와 같이, 제어부(231)와, 메모리(232), 인터페이스부(233), 데이터 수집부(234), 표준편차 산출부(235), 보상부(236), 축중 검출부(237), 판단부(238)로 이루어진다.
제어부(231)는 컨트롤러(203)의 O.S(Operating system)이며, 제어대상(232), (233), (234), (235), (236), (237), (238)들을 관리 및 제어한다.
또한 제어부(231)는 축중 검출부(237)에 의해 검출된 축중데이터를 판단부(238)로 입력하고, 판단부(238)에 의해 이동차량이 과적차량이 판단되면 기 설정된 과적차량에 대한 후속조치가 이루어지도록 한다. 이때 도 10에는 도시되지 않았지만, 후속조치는 영상촬영, 경고문구 출력 등으로 이루어질 수 있다.
메모리(232)에는 데이터 수집부(234)에 의해 수집된 데이터들과, 표준편차 산출부(235)에 의해 산출된 표준편차 데이터들과, 축중 검출부(237)에 의해 검출된 축중데이터들이 저장된다.
또한 메모리(232)에는 기 설정된 축중 검출 알고리즘이 저장된다.
데이터 수집부(234)는 전술하였던 도 7과 8의 서브 제어부(258)로부터 데이터케이블(259)을 통해 입력받은 LVDS 데이터들을 수집한다.
표준편차 산출부(235)는 데이터 수집부(234)에 의해 수집된 데이터들의 표준편차를 산출한다. 이때 표준편차 산출부(235)에 의해 산출된 표준편차 데이터는 보상부(236)로 입력된다.
보상부(236)는 표준편차 산출부(235)로부터 입력된 표준편차 데이터에 대하여, 비선행선을 개선하며, 온도 및 크기를 보상한다.
또한 보상부(236)의 연산은 다음의 수학식 4로 정의된다.
수학식 4]
Figure 112017007090806-pat00013
이때 `t`는 온도 보상 계수이고, `m`은 크기 보상 계수이고, `l`는 비선행성 계수이다.
축중 검출부(237)는 기 설정된 축중 검출 알고리즘을 이용하여 보상부에 의해 보상된 표준편차 데이터를 분석하여 이동차량의 축중을 검출한다.
또한 축중 검출부(237)는 검출된 축중 데이터를 판단부(238)로 입력한다.
이와 같이 본 발명의 고속 축중 검출시스템(1)은 고속 축중기(5)의 내부에 복수개의 세라믹 압전소자(56)들이 일렬로 설치됨으로써 감지영역인 차선을 분할하여 축중을 검출할 수 있기 때문에 축중 검출의 정밀성 및 신뢰도를 현저히 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명의 고속 축중 검출시스템(1)은 병렬로 전송받은 출력전압들을 직렬로 변환한 후 전압이 변화된 위치 및 변화량을 이용하여 축중을 검출하거나 또는 각 세라믹 압전소자의 표준편차를 이용하여 이동차량의 축중을 검출하도록 구성됨으로써 간단한 연산으로 이동차량의 축중을 정확하게 검출할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 고속 축중 검출시스템(1)은 각 구성수단이 볼트 체결되도록 구성되어 모듈화 됨으로써 장비설치, 점검 및 교체가 용이하게 이루어짐과 동시에 내구성을 높여 수명을 개선시킬 수 있다.
1:고속 축중 검출시스템 3:컨트롤러 31:신호처리부
32:병렬-직렬 변환기 33:제어부 5:고속 축중기
51:셀 바디 53:가압 플레이트 55:지지 플레이트
56:세라믹 압전소자 57:커넥터 59:다심케이블
231:제어부 232:메모리 233:데이터 수집부
234:인터페이스부 235:표준편차 산출부 236:보상부
237:축중 검출부 238:판단부 2581:A/D 컨버터
2583:노이즈 제거모듈 2585:LVDS 처리모듈 2587:출력모듈

Claims (6)

  1. 이동 차량의 축중을 검출하기 위한 복수개의 축중 센서들을 포함하고, 도로의 노면에 매설되는 고속 축중기;
    상기 고속 축중기로부터 전송받은 상기 축중 센서들의 검출신호들을 분석하여 이동차량의 축중을 검출하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 고속 축중기는
    상기 축중 센서들 각각에 대응되어 해당 축중 센서에 의해 검출되는 신호들을 디지털 신호들로 각각 변환한 후 변환된 디지털 신호들을 전압 차분 신호(LVDS, Low Voltage Differential Signaling)들로 각각 변환하는 제어모듈들을 포함하는 서브 제어부를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는
    상기 서브 제어부로부터 전송받은 전압 차분 신호(LVDS)들을 수집한 후 수집된 데이터들의 표준편차를 산출하는 표준편차 산출부;
    상기 표준편차 산출부에 의해 산출된 표준편차 데이터를 이용하여 이동차량의 축중을 산출하는 축중 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 축중 검출시스템.
  2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는
    상기 고속 축중기로부터 병렬로 전송받은 상기 축중 센서들의 신호들을 디지털신호들로 각각 변환한 후 신호를 증폭 및 필터링 하는 신호처리부;
    상기 신호처리부에 의해 처리된 병렬신호들을 1개의 직렬신호로 변환하는 병렬-직렬 변환기;
    상기 병렬-직렬 변환기로부터 입력된 직렬신호를 순차적으로 분석하여 신호가 변하는 위치 및 변화량을 이용하여 이동 차량의 축중을 검출하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 축중 검출시스템.
  3. 청구항 제1항 또는 제2항에서, 상기 고속 축중기는
    상부가 개구된 바(bar) 형상으로 형성되는 셀 바디;
    상기 셀 바디의 개구부에 설치되는 가압 플레이트;
    상기 셀 바디의 바닥면으로부터 이격되게 설치되는 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트의 상면에 길이 방향으로 일렬로 설치되며, 상단부가 상기 가압플레이트에 접촉되게 설치되어 상기 가압플레이트로부터 하중을 인가받을 때 전압을 출력하는 세라믹 압전소자들;
    상기 셀 바디의 일측면에 인접하게 설치되며, 상기 세라믹 압전소자들로부터 출력전압(Vp)들 입력받는 커넥터;
    상기 커넥터 및 상기 컨트롤러 사이에 연결되어 상기 세라믹 압전소자들에 의한 출력전압(Vp)들 각각을 상기 컨트롤러로 병렬로 전송하는 다심케이블들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 축중 검출시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 제1항에 있어서, 상기 서브 제어부의 제어모듈들 각각은 해당 축중 센서에 의한 검출값을 다음의 수학식 1로 정의되는 노이즈제거 연산을 수행하고, 다음의 수학식 2로 정의되는 윈도 분산 값을 산출한 후 다음의 수학식 3으로 정의되는 분산 가중치 이내 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 고속 축중 검출시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112017115307762-pat00014

    이때 `
    Figure 112017115307762-pat00015
    `는 median값이고, `N`은 set 내의 요소 수이고, `y`는 set내의 임의의 값이고, `
    Figure 112017115307762-pat00016
    `는 입력 신호 값이고,
    [수학식 2]
    Figure 112017115307762-pat00017

    이때 `n`은 윈도우 사이즈이고, `
    Figure 112017115307762-pat00018
    `는 윈도우내 신호의 평균값이고,
    [수학식 3]
    Figure 112017115307762-pat00019

    이때 k는 상수이고, 상세하게로는 0.1 ~ 0.9이다.
  6. 청구항 제5항에 있어서, 상기 고속 축중기는
    상부가 개구된 바(bar) 형상으로 형성되는 셀 바디;
    상기 셀 바디의 개구부에 설치되는 가압 플레이트;
    상기 셀 바디의 바닥면으로부터 이격되게 설치되는 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트의 상면에 길이 방향으로 일렬로 설치되며, 상단부가 상기 가압플레이트에 접촉되게 설치되어 상기 가압플레이트로부터 하중을 인가받을 때 전압을 출력하는 세라믹 압전소자들;
    상기 셀 바디의 일측면에 인접하게 설치되며, 상기 세라믹 압전소자들로부터 출력전압(Vp)들 입력받는 커넥터를 더 포함하고,
    상기 서브 제어부의 제어모듈들은 상기 커넥터를 통해 상기 세라믹 압전소자들로부터 출력전압(Vp)들을 전압 차분 신호(LVDS)들로 각각 변환하는 것을 특징으로 하는 고속 축중 검출시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112304406A (zh) * 2020-10-28 2021-02-02 山东高速股份有限公司 一种用于道路车辆称重的自供电式检测装置及检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100883054B1 (ko) * 2007-05-30 2009-02-11 한국건설기술연구원 집합형 피에조 센서를 이용한 교통파라메타 및 차량하중 계측장치 및 방법
KR101151268B1 (ko) 2010-03-10 2012-06-14 김영백 주행중인 차량의 무게 측정 시스템 및 그 측정 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100883054B1 (ko) * 2007-05-30 2009-02-11 한국건설기술연구원 집합형 피에조 센서를 이용한 교통파라메타 및 차량하중 계측장치 및 방법
KR101151268B1 (ko) 2010-03-10 2012-06-14 김영백 주행중인 차량의 무게 측정 시스템 및 그 측정 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112304406A (zh) * 2020-10-28 2021-02-02 山东高速股份有限公司 一种用于道路车辆称重的自供电式检测装置及检测方法
CN112304406B (zh) * 2020-10-28 2022-03-11 山东高速股份有限公司 一种用于道路车辆称重的自供电式检测装置及检测方法

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