KR101873837B1 - 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법 - Google Patents

Abstract

스마트 차량감지장치 및 차량감지방법이 개시된다. 본 발명의 스마트 차량감지장치는, 차량이 통행하는 구간에 설치되어 차량을 감지하는데 사용되고, 레이저 펄스를 발사하는 복수의 투광소자와, 피사체가 반사한 레이저 펄스를 감지하는 복수의 수광소자가 설치된 감지부; 및 레이저 펄스의 발사신호를 감지부에 송신하고 레이저 펄스의 감지신호를 감지부로부터 수신하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 감지신호를 송신한 수광소자의 개수가 설정값 이상인 제1 조건과 발사신호와 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인 제2 조건을 만족하면 차량감지신호를 출력하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 응답속도가 빠르고, 제작, 설치 및 유지보수가 쉬우며, 폭설 등 지면오염에 의한 오류발생이 차단되고, 수광소자의 오염 또는 손상 발생시 이를 신속히 찾아내도록 이루어지는 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법을 제공할 수 있게 된다.

Description

스마트 차량감지장치 및 차량감지방법{SMART VEHICLE SENSING APPARATUS AND METHOD BY THE SAME}

본 발명은 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 차량이 통행하는 구간에 설치되어 통행하는 차량을 감지하도록 이루어지는 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법에 관한 것이다.

하이패스(Hi-pass)는 고속도로와 같은 유료도로의 톨게이트를 통과할 때 요금이 자동 결제되는 시스템을 말하며, 차량 내부에 부착된 하이패스 카드와 무선방식에 의한 정보교환을 통해 요금이 결제되도록 이루어진다.

이러한 시스템이 장착된 차량은 톨게이트에서 정지할 필요 없이 통과할 수 있으며, 위반차량의 경우 카메라에 의해 차량 번호판이 촬영돼 통행료와 과태료가 함께 부과된다.

하이패스 시스템의 사용을 위해서는 통행하는 차량의 정확한 감지가 수반되어야 하는데, 이를 위하여 차량감지장치가 사용되고 있다.

이와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제1424635호에는 차량감지장치 및 차량감지방법이 개시되어 있다. 등록특허공보 제1424635호는 본 발명의 출원인에 의해 출원된 발명으로, 차량이 통행하는 구간에 설치되어 차량을 감지하는데 사용되고, 다수 개로 구비되어 세로방향으로 반복하여 배열되는 투광소자; 다수 개로 구비되어 세로방향으로 반복하여 배열되고 투광소자에 의해 조사된 빛을 감지하는 수광소자; 수광소자의 감지 여부에 따라 차량감지신호를 출력하는 출력부; 및 수광소자의 미감지영역 또는 감지범위를 설정하는 제어부를 포함하고, 미감지영역에서 수광소자의 감지가 차단되고, 감지범위에 따라 차량감지신호가 출력되는 것을 특징으로 한다.

등록특허공보 제1424635호는, 수광소자의 미감지영역을 설정함으로써 수광소자의 일부가 오염 내지는 손상됨으로 인해 발생될 수 있는 오류를 해소할 수 있고, 아울러 수광소자의 감지범위를 설정함으로써 통과하는 차량의 크기를 식별할 수 있으며, 특히 제1 설정값 및 제2 설정값을 설정 내지는 변경함으로써 수광소자의 오염 내지는 손상의 경우에도 차량을 효과적으로 감지할 수 있다.

그러나 등록특허공보 제1424635호의 차량감지장치는, 투광소자와 수광소자가 차량이 통행하는 통행로의 좌우에서 서로 정확히 마주하는 위치에 설치되야 하므로 제작 및 설치가 까다로운 단점이 있었다. 즉, 차량감지장치가 제대로 작동하려면, 다수 개의 투광소자의 빛이 정확하게 다수 개의 수광소자를 향해야 하는데, 이를 위해서는 투광소자의 제작시 다수 개의 수광소자의 조사방향을 정확하게 일치시켜야 하는 어려움이 있는 한편, 차량감지장치의 설치시에도 다수 개의 투광소자의 빛이 모두 다수 개의 수광소자로 향하도록 케이스를 서로 정확한 위치 및 방향으로 정렬시켜야 하는 설치상의 까다로움이 있었다.

또한, 등록특허공보 제1424635호의 차량감지장치는, 다수 개의 투광소자 및 수광소자가 차량이 통행하는 통행로의 좌측과 우측에서 지면으로부터 위로 배열된 형태로 설치되야 하므로, 폭설 등 지면의 오염시 수광소자가 오염되어 실제 차량이 통과하는 경우가 아님에도 차량이 통과하는 것으로 오류를 일으키는 문제가 있었다.

등록특허공보 제1424635호는 이와 같은 오작동 문제의 발생을 방지하기 위해, 폭설 등 지면의 오염시 최하단부터 일정 높이 내에서 수광소자의 작동을 차단하는 '미감지영역 설정' 기능을 개시하였으나, 폭설 등 지면의 오염시마다 미감지영역을 설정해야 한다는 것은 주기적으로 차량의 감지영역이 축소된다는 것 즉, 감지의 정확도가 낮아진다는 것을 의미하므로, 이는 차후 반드시 개선되어야 할 기술적 과제로 인식되었었다.

또한, 등록특허공보 제1424635호의 차량감지장치는, 지면의 오염 이외의 원인으로 불특정 위치의 수광소자가 오염 또는 손상되는 경우 제1 설정값 및 제2 설정값을 증대시킴으로써 수광소자의 오염 내지 손상에 의한 오작동 문제를 최소화하려는 시도를 하고 있으나, 제1 설정값 및 제2 설정값을 증대시킨다는 것은 감지의 정확도가 낮아진다는 것을 의미하므로, 이 또한 차후 반드시 개선되어야 할 기술적 과제로 인식되었었다.

아울러, 등록특허공보 제1424635호의 차량감지장치는, 오염 내지 손상된 수광소자를 판별할 수 있는 방법을 기재하지 않고 있어, 수광소자의 오염 내지 손상 발생시 이를 인식하려면 종래와 같이 오랜 기간의 오작동 축적이라는 경험적 인식을 전제로 하므로, 차후 개선된 제품에서는 오염 내지 손상된 수광소자를 최단 시간 내에 판별할 수 있는 기술이 요구되었다.

(0001) 대한민국 등록특허공보 제1424635호 (등록일: 2014.07.23)

본 발명의 목적은, 응답속도가 빠르고, 제작, 설치 및 유지보수가 쉬우며, 폭설 등 지면오염에 의한 오류발생이 차단되고, 수광소자의 오염 또는 손상 발생시 이를 신속히 찾아내도록 이루어지는 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 차량이 통행하는 구간에 설치되어 상기 차량을 감지하는데 사용되고, 레이저 펄스를 발사하는 복수의 투광소자와, 피사체가 반사한 상기 레이저 펄스를 감지하는 복수의 수광소자가 설치된 감지부; 및 상기 레이저 펄스의 발사신호를 상기 감지부에 송신하고 상기 레이저 펄스의 감지신호를 상기 감지부로부터 수신하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 감지신호를 송신한 상기 수광소자의 개수가 설정값 이상인 제1 조건과 상기 발사신호와 상기 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인 제2 조건을 만족하면 차량감지신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량감지장치에 의하여 달성된다.

상기 감지부는, 상기 투광소자 및 상기 수광소자가 서로 짝지며 전면에 배열되는 함체를 포함하고, 상기 복수의 투광소자로부터 발사된 상기 복수의 레이저 펄스는 서로 간격이 증가하면서 진행하여 상기 피사체에 입사되는 설정입사면적을 형성하도록 이루어질 수 있다.

상기 감지부는, 상기 함체에 결합되어 발사된 상기 복수의 레이저 펄스를 서로 간격이 증가하면서 진행시키고 상기 피사체가 반사한 상기 레이저 펄스를 상기 수광소자를 향해 굴절시키는 렌즈를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 차량이 통행하는 주행로 상의 상기 설정입사면적은 반사물질로 덮이고, 상기 제어부는, 상기 감지신호를 상기 제2 조건을 기준으로 상기 반사물질에 의해 반사된 제1 감지신호와 상기 차량에 의해 반사된 제2 감지신호로 분류하여 상기 제2 감지신호에만 상기 제1 조건을 적용하도록 이루어질 수 있다.

상기 감지부는, 상기 투광소자 및 상기 수광소자가 서로 짝지며 전면에 배열되는 함체; 및 상기 함체에 결합되어 상기 투광소자 및 상기 수광소자를 보호하는 투광커버를 포함하고, 상기 투광커버의 안쪽에는 히터가 설치되어 이슬 맺힘을 방지하도록 이루어질 수 있다.

상기 제어부는, 상기 차량감지신호를 제1 기준횟수 출력하는 동안 상기 복수의 수광소자 중 상기 레이저 펄스를 미수신한 상기 수광소자의 작동을 중지시키고, 제1 중지정보를 출력하도록 이루어질 수 있다.

상기 제어부는, 상기 차량감지신호를 제2 기준횟수 출력하는 동안 상기 복수의 수광소자 중 상기 레이저 펄스를 제2 기준횟수 수신한 상기 수광소자의 작동을 중지시키고, 제2 중지정보를 출력하도록 이루어질 수 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 제어부가 감지부에 발사신호를 송신하여 복수의 투광소자가 레이저 펄스를 발사하는 감시단계; 상기 제어부가 상기 감지부로부터 상기 레이저 펄스의 감지신호를 수신하는 수신단계; 및 상기 제어부가, 상기 감지신호를 송신한 수광소자의 개수가 설정값 이상인 제1 조건과 상기 발사신호와 상기 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인 제2 조건을 만족하면 차량감지신호를 출력하는 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량감지방법에 의하여 달성된다.

상기 감시단계에서, 상기 복수의 투광소자로부터 발사된 상기 레이저 펄스는 서로 간격이 증가하면서 진행하여 피사체에 입사되는 설정입사면적을 형성하고, 차량이 통행하는 주행로 상의 상기 설정입사면적은 반사물질로 덮이며, 상기 출력단계에서, 상기 제어부는 상기 감지신호를 상기 제2 조건을 기준으로 상기 반사물질에 의해 반사된 제1 감지신호와 상기 차량에 의해 반사된 제2 감지신호로 분류하고, 상기 제2 감지신호에만 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건을 적용하도록 이루어질 수 있다.

상기 제어부가, 상기 차량감지신호를 제1 기준횟수 출력하는 동안 상기 복수의 수광소자 중 상기 레이저 펄스를 미수신한 상기 수광소자의 작동을 중지시키고, 제1 중지정보를 출력하는 제1 스캔단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제어부가, 상기 차량감지신호를 제2 기준횟수 출력하는 동안 상기 복수의 수광소자 중 상기 레이저 펄스를 제2 기준횟수 수신한 상기 수광소자의 작동을 중지시키고, 제2 중지정보를 출력하는 제2 스캔단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 레이저 펄스를 발사하는 복수의 투광소자와, 피사체가 반사한 레이저 펄스를 감지하는 복수의 수광소자가 감지부에 설치됨에 따라, 응답속도가 빠르고, 제작, 설치 및 유지보수가 쉬우며, 폭설 등 지면오염에 의한 오류발생이 차단되도록 이루어지는 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법을 제공할 수 있게 된다.

또한, 제어부가 차량감지신호의 출력횟수를 기준으로 수광소자의 레이저 펄스 수신상태를 스캔함으로써, 수광소자의 오염 또는 손상 발생시 이를 신속히 찾아내도록 이루어지는 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 차량감지장치를 나타내는 개략도.
도 2 및 도 3은 도 1의 스마트 차량감지장치의 사용상태를 나타내는 사시도.
도 4는 도 1의 스마트 차량감지장치의 감지부를 나타내는 도면.
도 5 및 도 6은 도 1의 스마트 차량감지장치를 이용한 차량감지방법을 나타내는 순서도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법은, 응답속도가 빠르고, 제작, 설치 및 유지보수가 쉬우며, 폭설 등 지면오염에 의한 오류발생이 차단되고, 수광소자의 오염 또는 손상 발생시 이를 신속히 찾아내도록 이루어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 차량감지장치를 나타내는 개략도, 도 2 및 도 3은 도 1의 스마트 차량감지장치의 사용상태를 나타내는 사시도, 도 4는 도 1의 스마트 차량감지장치의 감지부를 나타내는 도면, 도 5 및 도 6은 도 1의 스마트 차량감지장치를 이용한 차량감지방법을 나타내는 순서도.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스마트 차량감지장치(10)는, 차량이 통행하는 구간에 설치되어 통행하는 차량을 감지하도록 이루어지며, 감지부(100) 및 제어부(200)를 포함하여 구성된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 감지부(100)는 제어부(200)와 신호를 주고받으며 차량을 감지하는 구성으로서, 투광소자(110), 수광소자(120), 입출력부(130), 함체(140), 렌즈(150), 투광커버(160), 히터(170) 및 온도센서(180)를 포함하여 구성된다.

투광소자(110)는 레이저 펄스(L)를 발사하는 구성으로서, 레이저 다이오드(laser diode)로 구비된다. 레이저 다이오드는 순방향 반도체 접합을 능동 매질로 사용하여 레이저를 발생시키는 다이오드로서, 1억 분의 1초 정도의 짧은 레이저 펄스(L)를 발사하게 된다. 레이저 다이오드는 공지된 기술이므로 이의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

수광소자(120)는 피사체가 반사한 레이저 펄스(이하 '반사광')를 감지하는 구성으로서, 포토 다이오드(photodiode)로 구비된다. 포토 다이오드는 p-n 접합 다이오드의 p측에 음의 전압을 걸었을 때, 흐르는 전류가 빛이 닿는 양에 따라 변화하는 것을 이용한 광검지기로서, 공지된 기술이므로 이의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4(a)는 감지부(100)의 정면도이고, 도 4(b)는 레이저 펄스(L1,L2)의 발사 및 수신을 나타내는 감지부(100)의 부분단면도이다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 투광소자(110) 및 수광소자(120)는 복수로 구비되며, 서로 짝지어 함체(140)의 전면에 2차원 배열된다. 투광소자(110)와 수광소자(120)는 서로 동일한 개수로 구비되어 함체(140)의 전면에 함께 설치된다. 용이한 이해를 위해, 이하에서 투광소자(110)와 수광소자(120)가 설치된 함체(140)의 전면 영역을 '설치영역(101)'으로 지칭하고자 한다.

함체(140)는 투광소자(110), 수광소자(120) 및 입출력부(130)를 보호하는 구성으로서, 전방이 개구된 상자형태로 형성된다. 투광소자(110), 수광소자(120) 및 입출력부(130) 등은 모듈 형태로 제작되어 개구부를 통해 함체(140)에 수용된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 함체(140)의 전방 상단부는 눈이나 비에 의한 투광커버(160)의 오염을 막을 수 있게 앞쪽으로 연장된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 함체(140)는 브래킷을 통해 기둥(1)이나 갠트리(2) 등에 설치된다. 함체(140)는 브래킷에 각도조절 가능하게 결합될 수 있다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이, 투광소자(110)와 수광소자(120)의 전방에는 렌즈(150) 및 투광커버(160)가 결합된다.

렌즈(150)는 설치영역(101)보다 큰 설정입사면적(A)을 형성하기 위한 구성으로서, 오목렌즈(150)와 같이 대상물에서 나오는 광선을 발산시키는 타입의 렌즈(150)로 구비된다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이, 투광소자(110)에서 발사된 복수의 레이저 펄스(이하 '발사광(L1)')는 렌즈(150)를 통과하면서 서로 간격이 증가하면서 진행하며, 이에 따라 발사광(L1)이 진행하면서 설정입사면적(A)이 점진적으로 증가한다.

설정입사면적(A)은 복수의 투광소자(110)에서 발사된 복수의 레이저 펄스(L)가 피사체에 입사되는 면적을 의미한다. 피사체는 발사광(L1)이 반사되는 차량 및 반사물질(P)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 감지부(100)가 갠트리(2)의 상측에 설치되는 경우 차량이 통행하는 주행로 상의 설정입사면적(A1)은 반사물질(P)로 덮인다. 반사물질(P)은 흰색 계열의 페인트나 철판 등으로 이루어질 수 있다. 이는 제어부(200)가 감지신호를 레이저 펄스(L)의 감도를 기준으로 제1 감지신호와 제2 감지신호로 분류하기 위한 것으로서, 이의 자세한 설명은 차량감지방법(S100)의 설명에서 하기로 한다.

렌즈(150)는 폴리메타크릴산메틸(Polymethylmethacrylat)로 이루어질 수 있다. 폴리메타크릴산메틸은 메타크릴산메틸 CH2＝C(CH3)COOCH3을 중합하여 얻어지는 고분자로, 플라스틱 재료 중에서도 투명성과 내광성이 뛰어나고 기계적 강도와 성형성이 우수하다.

또한, 피사체가 반사한 레이저 펄스(L) 중 설치영역(101)으로 진입하는 레이저 펄스(이하 '수신광(L2)')는 렌즈(150)를 통과하면서 수광소자(120)를 향해 굴절된다. 이에 따라 수광소자(120)가 수신하는 반사광의 비율이 향상된다.

투광커버(160)는 투광소자(110) 및 수광소자(120)를 보호하는 구성으로서, 투광소자(110) 및 수광소자(120) 전방에서 함체(140)에 결합된다. 투광커버(160)는 투명아크릴로 구비될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 투광커버(160)의 안쪽에는 히터(170)가 설치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 히터(170)는 온도센서(180)의 신호에 의해 작동하여 내외부 온도차이에 의한 이슬 맺힘 현상을 방지하는 기능을 한다.

도 1을 참조하면, 입출력부(130)는 제어부(200)와의 통신을 위한 구성으로서, 투광소자(110)의 발산신호와 수광소자(120)의 감지신호를 RS-232C 통신이나 RS-422 통신을 사용하여 DI(digital input) 신호와 DO(digital output) 신호의 형태로 제어부(200)와 통신하는 일련의 통신장치로 구비된다.

RS-232C(recommended standard-232C)는 컴퓨터가 외부와 자료를 주고 받기 위하여 국제적으로 표준화한 데이터 통신규격의 하나이고, RS-422(recommended standard-422)는 컴퓨터와 단말 장치 사이에 직렬 통신 방식으로 데이터를 주고 받도록 하는 방법을 표준화한 통신 규격의 하나이다. 이들을 통한 DI 신호와 DO 신호의 교환은 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

종래 등록특허공보 제1424635호의 차량감지장치는, 투광소자와 수광소자가 차량이 통행하는 통행로의 좌우에서 서로 정확히 마주하는 위치에 설치되야 하므로 제작 및 설치가 까다로운 단점이 있었다.

즉, 차량감지장치가 제대로 작동하려면, 다수 개의 투광소자의 빛이 정확하게 다수 개의 수광소자를 향해야 하는데, 이를 위해서는 투광소자의 제작시 다수 개의 수광소자의 조사방향을 정확하게 일치시켜야 하는 어려움이 있는 한편, 차량감지장치의 설치시에도 다수 개의 투광소자의 빛이 모두 다수 개의 수광소자(120)로 향하도록 케이스를 서로 정확한 위치 및 방향으로 정렬시켜야 하는 설치상의 까다로움이 있었다.

또한, 종래 등록특허공보 제1424635호의 차량감지장치는, 다수 개의 투광소자 및 수광소자가 차량이 통행하는 통행로의 좌측과 우측에서 지면으로부터 위로 배열된 형태로 설치되야 하므로, 폭설 등 지면의 오염시 수광소자가 오염되어 실제 차량이 통과하는 경우가 아님에도 차량이 통과하는 것으로 오류를 일으키는 문제가 있었다.

본 발명의 스마트 차량감지장치(10)는, 레이저 펄스(L1)를 발사하는 복수의 투광소자(110)와, 피사체가 반사한 레이저 펄스(L2)를 감지하는 복수의 수광소자(120)가 함체(140) 전면 설치영역(101)에 배열됨에 따라, 복수의 투광소자(110)와 복수의 수광소자(120)의 방향을 일일이 일치시킬 필요가 없어 제작이 용이한 이점이 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 기둥(1)이나 갠트리(2) 등 다양한 구조물에 다양한 위치 및 각도로 설치하여도 통행하는 차량의 표면에 설정입사면적(A)을 형성하여 차량을 감지할 수 있고, 기둥(1)이나 갠트리(2) 등에 탈부착이 쉬워 설치 및 유지보수가 쉬우며, 지면으로부터 원거리에 설치되므로 폭설 등 지면오염에 의한 오류발생이 차단되는 이점이 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(200)는 감지부(100)와 신호를 교환하는 구성으로서, 표시부(210), 입출력부(220) 및 CDU를 포함하여 구성된다.

도 1을 참조하면, 입출력부(220)는 감지부(100)와의 통신을 위한 구성으로서, RS-232C 통신이나 RS-422 통신을 사용하여 DI(digital input) 신호와 DO(digital output) 신호의 형태로 통신하는 일련의 통신장치로 구비된다.

CPU(230)는 입출력부(220)를 통해 발사신호 및 감지신호를 입출력하는 중앙처리장치로 구비된다. CPU(230)에는 후술할 스마트 차량감지방법(S100)이 프로그래밍된다.

표시부(210)는 차량의 감지, 수광소자(120)의 오염 또는 손상 등을 표시하는 구성으로서, LED 램프, LCD 디스플레이, 부저 등으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 차량감지장치(10)를 관리하는 관리자는 표시부(210)를 통해 차량의 감지, 수광소자(120)의 오염 또는 손상 등을 시각적, 청각적으로 인지하게 된다.

이하에서는, 스마트 차량감지장치(10)를 이용한 차량감지방법(S100)을 자세하게 설명하기로 한다. 차량감지방법(S100)은 발사광(L1)을 반사하는 반사물질(P)의 활용 여부에 따라 나누어진다. 도 5는 반사물질(P)을 활용하지 않은(도 2 참조) 차량감지방법(S100)을, 도 6은 반사물질(P)을 활용한(도 3 참조) 차량감지방법(S100)을 나타낸다.

먼저, 반사물질(P)을 활용하지 않은(도 2 참조) 스마트 차량감지방법(S100)을 설명하면, 스마트 차량감지방법(S100)은 감시단계(S110), 수신단계(S120), 출력단계(S130) 및 제1 스캔단계(S140)로 나누어진다.

감시단계(S110)는 복수의 투광소자(110)가 레이저 펄스(L)를 발사하는 단계로서, 감지부(100)는 제어부(200)의 발사신호를 수신하여 레이저 펄스(L)를 발사하게 된다. 투광소자(110)의 발산신호는 RS-232C 통신이나 RS-422 통신을 통한 DI(digital input) 신호의 형태로 감지부(100)로 전달된다.

감시단계(S110)에서, 복수의 투광소자(110)로부터 발사된 레이저 펄스(L)는 서로 간격이 증가하면서 진행하여 피사체에 입사되는 설정입사면적(A)을 형성한다. 설정입사면적(A)은 복수의 투광소자(110)에서 발사된 복수의 레이저 펄스(L)가 피사체에 입사되는 면적을 의미한다. 설정입사면적(A)은 목표 피사체인 차량의 표면에서 설치영역(101)보다 큰 면적으로 형성되므로, 설치영역(101)의 소형화 즉, 감지부(100)의 소형화가 가능하다.

수신단계(S120)는 제어부(200)가 감지부(100)로부터 레이저 펄스(L)의 감지신호를 수신하는 단계이다. 도 2 및 도 4(b)를 참조하면, 투광소자(110)로부터 발사된 발사광(L1)은 차량의 설정입사면적(A)에서 반사되어 반사광 중 일부 수신광(L2)이 수광소자(120)로 도달하게 되며, 수광소자(120)의 감지신호는 RS-232C 통신이나 RS-422 통신을 통한 DO(digital output) 신호의 형태로 제어부(200)로 전달된다.

수신단계(S120) 이후에는 출력단계(S130)가 수행된다. 출력단계(S130)는, 제어부(200)가 제1 조건과 제2 조건을 순서대로 판단(S131,S132)하여 차량감지신호를 출력(S133) 또는 미출력하는 단계이다.

제1 조건은 "감지신호를 송신한 수광소자(120)의 개수가 설정값 이상인가?"이다. 제1 조건은 수신광(L2)을 형성한 피사체가 차량인지 여부를 판단하기 위한 첫 번째 조건으로, 설정값은 투광소자(110)와 수광소자(120)의 배열간격, 감지부(100)의 설치위치, 설치각도 등 다양한 변수에 의해 조정될 수 있다. 아래에서는 설정값이 8로 설정된 것으로 설명하기로 한다.

제어부(200)가 제1 조건의 만족을 확인(S131)하면, 제2 조건의 만족을 판단(S132)하게 된다. 제2 조건은 "발사신호와 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인가?"이다. 제2 조건은 수신광(L2)을 형성한 피사체가 차량인지 여부를 판단하기 위한 두 번째 조건으로, 발사신호와 감지신호 간 시간차는 발사된 레이저 펄스(L)가 다시 수신되기까지 걸린 시간 즉, 감지부(100)와 피사체 간 거리를 의미한다.

아래에서는 기준값이, 발사광(L1)과 수신광(L2)의 왕복거리가 2미터인 경우를 기준으로 한 일정 간격의 시간차 범위로 설정된 것으로 설명하기로 한다. 제어부(200)가 제2 조건의 만족을 판단(S132)할 때 발사광(L1)과 수신광(L2)의 왕복거리가 1미터이거나 3미터인 경우 걸리는 시간차로 나타낸다면, 이는 통행로 바깥을 지나는 사람, 동물, 사물 등과 같이 차량이 아닌 것으로 판단한다.

제어부(200)는, 감지신호를 송신한 수광소자(120)의 개수가 설정값 이상인 제1 조건을 만족하고,(S131) 발사신호와 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인 제2 조건을 만족하면,(S132) 차량감지신호를 출력한다.(S133) 차량감지신호는 상위 장치(요금징수시스템 등)에 전달되며, 표시부(210)를 통해 관리자가 확인할 수 있는 형태로 출력된다.

출력단계(S130)에서 차량감지신호가 출력(S133)되면, 제1 스캔단계(S140)가 수행된다. 제1 스캔단계(S140)는 오염 내지 손상된 수광소자(120)의 작동을 중지시키기 위한 단계이다. 제1 스캔단계(S140)에서, 제어부(200)는 먼저 차량감지신호를 제1 기준횟수 출력하는 동안 복수의 수광소자(120) 중 레이저 펄스(L)를 미수신한 수광소자(120)가 있는지를 확인(S141)한다.

제1 기준횟수는, 정상 수광소자(120)가 레이저 펄스(L)를 미수신할 수 있는 최대 횟수를 의미하는 수치로, 경험적 데이터를 의존하여 결정될 수 있다. 즉, 차량감지신호가 충분히 많은 횟수로 출력된 상태에서도 레이저 펄스(L)를 미수신한 수광소자(120)는 오염 내지 손상된 것으로 판단하게 된다.

제1 스캔단계(S140)에서, 차량감지신호를 제1 기준횟수 출력하는 동안 복수의 수광소자(120) 중 레이저 펄스(L)를 미수신한 수광소자(120)가 확인된 경우(S141), 제어부(200)는 미수신한 수광소자(120)의 작동을 중지시키고(S142), 제1 중지정보를 출력한다.(S143) 제1 중지정보는 상위 장치(요금징수시스템 등)에 전달되는 한편, 표시부(210)를 통해 관리자가 확인할 수 있는 형태로 출력된다.

제1 스캔단계(S140) 및 후술할 제2 스캔단계는 서로 다른 기준으로 오염 내지 손상된 수광소자(120)의 존재 여부를 판단하고 작동을 중지시키기 위한 단계로서, 제1 스캔단계(S140)와 제2 스캔단계는 동시에 수행될 수도 있다. 제1 스캔단계(S140)가 완료된 후, 또는 제1 스캔단계(S140) 및 제2 스캔단계가 모두 완료된 후, 다시 감시단계(S110)가 수행된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 반사물질(P)을 활용한(도 3 참조) 스마트 차량감지방법(S200)은 감시단계(S210), 수신단계(S220), 출력단계(S230) 및 제2 스캔단계(S240)로 나누어진다.

감시단계(S210)는 복수의 투광소자(110)가 레이저 펄스(L)를 발사하는 단계로서, 감지부(100)는 제어부(200)의 발사신호를 수신하여 레이저 펄스(L)를 발사하게 된다. 투광소자(110)의 발산신호는 RS-232C 통신이나 RS-422 통신을 통한 DI(digital input) 신호의 형태로 감지부(100)로 전달된다.

감시단계(S210)에서, 복수의 투광소자(110)로부터 발사된 레이저 펄스(L)는 서로 간격이 증가하면서 진행하여 피사체에 설정입사면적(A)을 형성한다. 설정입사면적(A)은 복수의 투광소자(110)에서 발사된 복수의 레이저 펄스(L)가 피사체에 입사되는 면적을 의미한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 반사물질(P)은 차량이 통행하는 주행로 상의 설정입사면적(A)에 덮이며, 차량이 통행하지 않는 경우 설정입사면적(이하 '제1 설정입사면적(A1)')은 반사물질(P)의 표면에 형성된다. 차량이 통행하고 있는 경우 설정입사면적(이하 '제2 설정입사면적(A2)')은 차량의 표면에 형성된다.

수신단계(S220)는 제어부(200)가 감지부(100)로부터 레이저 펄스(L)의 감지신호를 수신하는 단계이다.

차량의 미통행 중 투광소자(110)로부터 발사된 발사광(L1)은 주행로 상의 제1 설정입사면적(A1)에서 반사되어 수신광(L2)이 수광소자(120)로 도달하게 되고, 차량의 통행 중에는 투광소자(110)로부터 발사된 발사광(L1)이 차량의 제2 설정입사면적(A2)에서 반사되어 수신광(L2)이 수광소자(120)로 도달하게 된다. 수광소자(120)의 감지신호는 RS-232C 통신이나 RS-422 통신을 통한 DO(digital output) 신호의 형태로 제어부(200)로 전달된다.

수신단계(S220) 이후에는 출력단계(S230)가 수행된다. 출력단계(S230)에서, 제어부(200)는 제2 조건의 만족 여부를 먼저 판단(S231)한 후 제1 조건을 판단(S232)하여 차량감지신호를 출력(S233) 또는 미출력하는 단계이다.

상술한 바와 같이, 제1 조건은 "감지신호를 송신한 수광소자(120)의 개수가 설정값 이상인가?"이고, 제2 조건은 "발사신호와 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인가?"이다.

즉, 출력단계(S230)에서, 제어부(200)는 감지신호를 제2 조건을 기준으로 반사물질(P)에 의해 반사된 제1 감지신호와 차량에 의해 반사된 제2 감지신호로 분류(S231)한 후, 제2 감지신호에만 제1 조건을 적용(S232)하게 된다.

제어부(200)는, 발사신호와 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인 제2 조건을 만족하는 것을 확인한 후,(S231) 제2 감지신호를 송신한 수광소자(120)의 개수가 설정값 이상인 제1 조건을 만족하면,(S232) 차량감지신호를 출력한다.(S233) 차량감지신호는 상위 장치(요금징수시스템 등)에 전달되며, 표시부(210)를 통해 관리자가 확인할 수 있는 형태로 출력된다.

출력단계(S230)에서 차량감지신호가 출력(S233)되면, 제2 스캔단계(S240)가 수행된다. 제2 스캔단계(S240)는 오염 내지 손상된 수광소자(120)의 작동을 중지시키기 위한 단계이다. 제2 스캔단계(S240)에서, 제어부(200)는 먼저 차량감지신호를 제2 기준횟수 출력하는 동안 복수의 수광소자(120) 중 레이저 펄스(L)를 제2 기준횟수 수신한 수광소자(120)가 있는지를 확인(S241)한다.

제2 기준횟수는, 정상 수광소자(120)가 레이저 펄스(L)를 연속적으로 수신할 수 있는 최대 횟수를 의미하는 수치로, 경험적 데이터를 의존하여 결정될 수 있다. 즉, 차량감지신호가 충분히 많은 횟수로 출력된 상태에서 레이저 펄스(L)를 모두 수신한 수광소자(120)는 오염 내지 손상에 의해 오작동한 것으로 간주된다.

제2 스캔단계(S240)에서, 차량감지신호를 제2 기준횟수 출력하는 동안 복수의 수광소자(120) 중 레이저 펄스(L)를 모두 수신한 수광소자(120)가 확인된 경우(S241), 제어부(200)는 모두 수신한 수광소자(120)의 작동을 중지시키고(S242), 제2 중지정보를 출력한다.(S243) 제2 중지정보는 상위 장치(요금징수시스템 등)에 전달되는 한편, 표시부(210)를 통해 관리자가 확인할 수 있는 형태로 출력된다.

상술한 바와 같이, 제1 스캔단계 및 제2 스캔단계(S240)는 서로 다른 기준으로 오염 내지 손상된 수광소자(120)의 존재 여부를 판단하고 작동을 중지시키기 위한 단계로서, 제1 스캔단계와 제2 스캔단계(S240)는 동시에 수행될 수도 있다. 제2 스캔단계(S240)가 완료된 후, 또는 제1 스캔단계 및 제2 스캔단계(S240)가 모두 완료된 후, 다시 감시단계(S210)가 수행된다.

본 발명에 의하면, 레이저 펄스를 발사하는 복수의 투광소자와, 피사체가 반사한 레이저 펄스를 감지하는 복수의 수광소자가 감지부에 설치됨에 따라, 응답속도가 빠르고, 제작, 설치 및 유지보수가 쉬우며, 폭설 등 지면오염에 의한 오류발생이 차단되도록 이루어지는 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법을 제공할 수 있게 된다.

또한, 제어부가 차량감지신호의 출력횟수를 기준으로 수광소자의 레이저 펄스 수신상태를 스캔함으로써, 수광소자의 오염 또는 손상 발생시 이를 신속히 찾아내도록 이루어지는 스마트 차량감지장치 및 차량감지방법을 제공할 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 차량감지장치
100 : 감지부 200 : 제어부
110 : 투광소자 210 : 표시부
101 : 설치영역 220 : 입출력부
120 : 수광소자 230 : CPU
130 : 입출력부 L : 레이저 펄스
140 : 함체 L1 : 발사광
141 : 브래킷 L2 : 수신광
150 : 렌즈 A : 설정입사면적
160 : 투광커버 A1 : 제1 설정입사면적
170 : 히터 A2 : 제2 설정입사면적
180 : 온도센서
1 : 기둥
2 : 갠트리
P : 반사물질
S100,S100 : 차량감지방법
S110,S210 : 감시단계
S120,S220 : 수신단계
S130,S230 : 출력단계
S140 : 제1 스캔단계
S240 : 제2 스캔단계

Claims (11)

1. 차량이 통행하는 구간에 설치되어 상기 차량을 감지하는데 사용되고,
   레이저 펄스를 발사하는 복수의 투광소자와, 피사체가 반사한 상기 레이저 펄스를 감지하는 복수의 수광소자가 설치된 감지부; 및
   상기 레이저 펄스의 발사신호를 상기 감지부에 송신하고 상기 레이저 펄스의 감지신호를 상기 감지부로부터 수신하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 감지신호를 송신한 상기 수광소자의 개수가 설정값 이상인 제1 조건과 상기 발사신호와 상기 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인 제2 조건을 만족하면 차량감지신호를 출력하며,
   상기 감지부는, 상기 투광소자 및 상기 수광소자가 서로 짝지며 전면에 배열되는 함체를 포함하고,
   상기 복수의 투광소자로부터 발사된 상기 복수의 레이저 펄스는 서로 간격이 증가하면서 진행하여 상기 피사체에 입사되는 설정입사면적을 형성하며,
   상기 제어부는, 상기 차량감지신호를 제2 기준횟수 출력하는 동안 상기 복수의 수광소자 중 상기 레이저 펄스를 제2 기준횟수 수신한 상기 수광소자의 작동을 중지시키고, 제2 중지정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량감지장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 감지부는, 상기 함체에 결합되어 발사된 상기 복수의 레이저 펄스를 서로 간격이 증가하면서 진행시키고 상기 피사체가 반사한 상기 레이저 펄스를 상기 수광소자를 향해 굴절시키는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량감지장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 차량이 통행하는 주행로 상의 상기 설정입사면적은 반사물질로 덮이고,
   상기 제어부는, 상기 감지신호를 상기 제2 조건을 기준으로 상기 반사물질에 의해 반사된 제1 감지신호와 상기 차량에 의해 반사된 제2 감지신호로 분류하여 상기 제2 감지신호에만 상기 제1 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 차량감지장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 감지부는,
   상기 투광소자 및 상기 수광소자가 서로 짝지며 전면에 배열되는 함체; 및
   상기 함체에 결합되어 상기 투광소자 및 상기 수광소자를 보호하는 투광커버를 포함하고,
   상기 투광커버의 안쪽에는 히터가 설치되어 이슬 맺힘을 방지하는 것을 특징으로 하는 차량감지장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 차량감지신호를 제1 기준횟수 출력하는 동안 상기 복수의 수광소자 중 상기 레이저 펄스를 미수신한 상기 수광소자의 작동을 중지시키고, 제1 중지정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량감지장치.
7. 삭제
8. 제어부가 감지부에 발사신호를 송신하여 복수의 투광소자가 레이저 펄스를 발사하는 감시단계;
   상기 제어부가 상기 감지부로부터 상기 레이저 펄스의 감지신호를 수신하는 수신단계; 및
   상기 제어부가, 상기 감지신호를 송신한 수광소자의 개수가 설정값 이상인 제1 조건과 상기 발사신호와 상기 감지신호 간 시간차가 기준값 이내인 제2 조건을 만족하면 차량감지신호를 출력하는 출력단계를 포함하고,
   상기 제어부가, 상기 차량감지신호를 제2 기준횟수 출력하는 동안 상기 복수의 수광소자 중 상기 레이저 펄스를 제2 기준횟수 수신한 상기 수광소자의 작동을 중지시키고, 제2 중지정보를 출력하는 제2 스캔단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량감지방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 감시단계에서, 상기 복수의 투광소자로부터 발사된 상기 레이저 펄스는 서로 간격이 증가하면서 진행하여 피사체에 입사되는 설정입사면적을 형성하고,
   차량이 통행하는 주행로 상의 상기 설정입사면적은 반사물질로 덮이며,
   상기 출력단계에서, 상기 제어부는 상기 감지신호를 상기 제2 조건을 기준으로 상기 반사물질에 의해 반사된 제1 감지신호와 상기 차량에 의해 반사된 제2 감지신호로 분류하고, 상기 제2 감지신호에만 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 차량감지방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 차량감지신호를 제1 기준횟수 출력하는 동안 상기 복수의 수광소자 중 상기 레이저 펄스를 미수신한 상기 수광소자의 작동을 중지시키고, 제1 중지정보를 출력하는 제1 스캔단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량감지방법.
11. 삭제

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