KR102162736B1 - 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템 및 방법 Download PDF

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KR102162736B1
KR102162736B1 KR1020200048480A KR20200048480A KR102162736B1 KR 102162736 B1 KR102162736 B1 KR 102162736B1 KR 1020200048480 A KR1020200048480 A KR 1020200048480A KR 20200048480 A KR20200048480 A KR 20200048480A KR 102162736 B1 KR102162736 B1 KR 102162736B1
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김종우
정영우
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(주)유디엔에스
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Abstract

본 발명은 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 과적 단속 구간에 설치된 축중센서를 측정대상 차량이 통과하면, 축중센서로부터 측정대상 차량의 축하중에 대응하는 제 1응답신호를 수신하는 응답신호 수신부와, 상기 수신된 제 1응답신호의 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링하여 제 2응답신호로서 생성하는 필터부와, 적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 각각 환산함으로써 제 2응답신호로부터 복수의 중량환산값을 계산하는 중량환산부와, 중량환산부의 중량환산 알고리즘들 중에서 사전에 학습된 경계조건에 부합하는 중량환산 알고리즘을 선택하고, 선택된 중량환산 알고리즘의 중량환산값을 측정대상 차량의 축하중으로 판정하는 판정부를 구비함으로써, 측정대상 차량에 의한 진동이 발생하거나 측정대상 차량이 회피주행이나 가속, 감속 등의 다양한 형태로 주행하더라도, 측정 오차를 최소화할 수 있고, 측정대상 차량의 축하중에 대한 측정 정확도는 향상시킬 수 있다.

Description

과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템 및 방법{Weight measuring system and method for controlling overloaded vehicle}
본 발명은 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화물 차량의 과적단속을 위해 도로 내부에 고정식 축중기를 설치한 다음, 고정식 축중기를 통과하는 화물 차량의 중량을 측정하여 과적 여부를 검차하는 방식이 사용되고 있다.
아울러, 종래의 차량 중량 측정 시스템은, 고정식 축중기의 축중센서로부터 화물 차량의 축하중에 해당하는 응답신호를 수집하고, 수집된 응답신호를 축하중으로 환산하는 과정을 수행함으로써, 고정식 축중기를 통과하는 화물 차량의 중량을 측정하고 있다.
이러한, 종래의 차량 중량 측정 시스템은 고정식 축중기에 구비되는 축중센서의 타입에 따라 서로 다른 형태의 중량환산 알고리즘이 사용되고 있는데, 예를 들면, 고정식 축중기에 피에조 타입 축중센서가 구비되는 경우 적분형 중량환산 알고리즘이 사용되고, 고정식 축중기에 변형률 타입의 축중센서가 구비되는 경우에는 첨두형 중량환산 알고리즘이 사용되고 있다.
한편, 종래의 차량 중량 측정 시스템에서 사용되는 적분형 중량환산 알고리즘은 화물 차량이 고정식 축중기를 통과하면서 가속 또는 감속을 하는 등의 속도 변수로 인해 측정 오차가 크게 발생하고, 첨두형 중량환산 알고리즘의 경우에는 화물 차량에 의한 진동이나 응답신호 자체의 노이즈로 인해 측정 오차가 크게 발생하는 문제점이 있다.
아울러, 측정 오차를 보완하고자 피에조 타입 축중센서가 구비된 고정식 축중기와 변형률 타입의 축중센서가 구비된 고정식 축중기를 소정 간격만큼 이격시켜서 설치하고 있으나, 이 경우에는 많은 설치 비용과 유지 보수 비용이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 동시에 이용하여 측정대상 차량의 축하중을 측정함으로써, 측정 정확도를 향상시키면서 측정 오차는 최소화할 수 있는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 과적 단속 구간에 설치된 축중센서를 측정대상 차량이 통과하면, 축중센서로부터 측정대상 차량의 축하중에 대응하는 제 1응답신호를 수신하는 응답신호 수신부; 상기 수신된 제 1응답신호의 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링하여 제 2응답신호로서 생성하는 필터부; 적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 각각 환산함으로써, 제 2응답신호로부터 복수의 중량환산값을 계산하는 중량환산부; 및 상기 중량환산부의 중량환산 알고리즘들 중에서 사전에 학습된 경계조건에 부합하는 중량환산 알고리즘을 선택하고, 상기 선택된 중량환산 알고리즘의 중량환산값을 측정대상 차량의 축하중으로 판정하는 판정부;를 포함하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 제 2응답신호를 이용하여, 측정대상 차량의 각 차축이 축중센서를 통과한 차축별 속도, 가속도 및 회피주행 여부를 분석하고, 상기 분석된 정보를 상기 중량환산부 및 상기 판정부에 출력하는 측정대상 차량 분석부;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 필터부는, 고속푸리에 변환을 이용하여 제 1응답신호의 진동주파수를 분석하는 분석수단; 상기 분석된 진동주파수로부터 노이즈 주파수의 제거를 위한 차단 주파수를 추출하는 추출수단; 및 상기 추출된 차단 주파수를 반영하여 저역필터를 생성하고, 상기 생성된 저역필터를 이용하여 제 1응답신호를 필터링하는 필터링 수단;을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 중량환산부는, 첨두형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 제 1중량환산수단;을 포함하고, 상기 제 1중량환산수단의 첨두형 중량환산 알고리즘은, 제 2응답신호의 신호값들 중에서 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 중심으로 하는 소정 범위 이내의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치의 평균값에 첨두형 중량환산계수를 곱하여 중량환산값을 계산한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1중량환산수단은, 아래의 수학식을 첨두형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산하고,
Figure 112020041294310-pat00001
W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, n은 첨두값의 갯수이고, Cp는 사전에 설정된 첨두형 중량환산계수이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 중량환산부는, 적분형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 제 2중량환산수단;을 포함하고, 상기 제 2중량환산수단의 적분형 중량환산 알고리즘은, 제 2응답신호로부터 응답신호 파형이 시작되는 시작지점과 종료지점 사이의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치를 적분하고 측정대상 차량의 차축별 속도와 적분형 중량환산계수를 곱하여 중량환산값을 계산한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2중량환산수단은, 아래의 수학식을 적분형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산하고,
Figure 112020041294310-pat00002
W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, Lw는 축중센서의 폭이고, Vn은 측정대상 차량의 차축별 속도이며, Ci는 사전에 설정된 적분형 중량환산계수이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 판정부에는, 중량환산 알고리즘의 선택을 위한 인공지능 모델이 구비되고, 상기 인공지능 모델은 경계조건에 해당하는 각각의 파라미터를 입력값으로 하여, 각각의 입력값에 대한 출력값으로 첨두형 중량환산 알고리즘 또는 적분형 중량환산 알고리즘이 선택되도록 학습된다.
또한, 본 발명은 차량 중량 측정 시스템에서 수행되는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법으로서, (1) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 과적 단속 구간에 설치된 축중센서를 측정대상 차량이 통과하면, 축중센서로부터 측정대상 차량의 축하중에 대응하는 제 1응답신호를 수신하는 단계; (2) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 상기 수신된 제 1응답신호의 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링하여 제 2응답신호로서 생성하는 단계; (4) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 각각 환산함으로써, 제 2응답신호로부터 복수의 중량환산값을 계산하는 단계; 및 (5) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 중량환산 알고리즘들 중에서 사전에 학습된 경계조건에 부합하는 중량환산 알고리즘을 선택하고, 상기 선택된 중량환산 알고리즘의 중량환산값을 측정대상 차량의 축하중으로 판정하는 단계;를 포함하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (2)단계와 상기 제 (4)단계 사이에, (3) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 제 2응답신호를 이용하여, 측정대상 차량의 각 차축이 축중센서를 통과한 차축별 속도, 가속도 및 회피주행 여부를 분석하고, 상기 분석된 정보를 상기 중량환산부 및 상기 판정부에 출력하는 단계;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (2)단계는, (2-1) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 고속푸리에 변환을 이용하여 제 1응답신호의 진동주파수를 분석하는 단계; (2-2) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 상기 분석된 진동주파수로부터 노이즈 주파수의 제거를 위한 차단 주파수를 추출하는 단계; 및 (2-3) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 상기 추출된 차단 주파수를 반영하여 저역필터를 생성하고, 상기 생성된 저역필터를 이용하여 제 1응답신호를 필터링하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (4)단계는, (4-1) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 첨두형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 단계;를 포함하고, 상기 제 (4-1)단계에서 첨두형 중량환산 알고리즘은, 제 2응답신호의 신호값들 중에서 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 중심으로 하는 소정 범위 이내의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치의 평균값에 첨두형 중량환산계수를 곱하여 중량환산값을 계산한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (4-1)단계에서 상기 차량 중량 측정 시스템은, 아래의 수학식을 첨두형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산하고,
Figure 112020041294310-pat00003
W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, n은 첨두값의 갯수이고, Cp는 사전에 설정된 첨두형 중량환산계수이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (4)단계는, (4-2) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 적분형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 단계;를 포함하고, 상기 제 (4-2)단계에서 적분형 중량환산 알고리즘은, 제 2응답신호로부터 응답신호 파형이 시작되는 시작지점과 종료지점 사이의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치를 적분하고 측정대상 차량의 차축별 속도와 적분형 중량환산계수를 곱하여 중량환산값을 계산한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (4-2)단계에서 상기 차량 중량 측정 시스템은, 아래의 수학식을 적분형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산하고,
Figure 112020041294310-pat00004
W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, Lw는 축중센서의 폭이고, Vn은 측정대상 차량의 차축별 속도이며, Ci는 사전에 설정된 적분형 중량환산계수이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (5)단계의 상기 차량 중량 측정 시스템에는, 중량환산 알고리즘의 선택을 위한 인공지능 모델이 구비되고, 상기 인공지능 모델은 경계조건에 해당하는 각각의 파라미터를 입력값으로 하여, 각각의 입력값에 대한 출력값으로 첨두형 중량환산 알고리즘 또는 적분형 중량환산 알고리즘이 선택되도록 학습된다.
전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 과적 단속 구간에 설치된 축중센서를 측정대상 차량이 통과하면, 축중센서로부터 측정대상 차량의 축하중에 대응하는 제 1응답신호를 수신하는 응답신호 수신부와, 상기 수신된 제 1응답신호의 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링하여 제 2응답신호로서 생성하는 필터부와, 적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 각각 환산함으로써 제 2응답신호로부터 복수의 중량환산값을 계산하는 중량환산부와, 중량환산부의 중량환산 알고리즘들 중에서 사전에 학습된 경계조건에 부합하는 중량환산 알고리즘을 선택하고, 선택된 중량환산 알고리즘의 중량환산값을 측정대상 차량의 축하중으로 판정하는 판정부를 구비함으로써, 측정대상 차량에 의한 진동이 발생하거나 측정대상 차량이 회피주행이나 가속, 감속 등의 다양한 형태로 주행하더라도, 측정 오차를 최소화할 수 있고, 측정대상 차량의 축하중에 대한 측정 정확도는 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 축중센서에 포함된 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링하여 첨두형 중량환산 알고리즘을 수행함으로써, 첨두형 중량환산 알고리즘에 의해 환산되는 중량환산값의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측정대상 차량의 차축별 속도를 반영하여 적분형 중량환산 알고리즘을 수행함으로써, 적분형 중량환산 알고리즘에 의해 환산되는 중량환산값의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 경계조건을 학습한 인공지능 모델을 이용함으로써, 측정대상 차량의 주행 형태에 부합하는 중량환산 알고리즘을 정확하게 선택할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 중량 측정 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 차량 중량 측정 시스템의 세부 구성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 제 1응답신호와 제 2응답신호를 설명하기 위한 도면.
도 4는 측정대상 차량의 차축별 속도를 분석하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 첨두형 중량환산 알고리즘을 이용하는 중량환산값의 계산 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 적분형 중량환산 알고리즘을 이용하는 중량환산값의 계산 과정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 중량 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 차량 중량 측정 시스템의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 제 1응답신호와 제 2응답신호를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 측정대상 차량의 차축별 속도를 분석하는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 첨두형 중량환산 알고리즘을 이용하는 중량환산값의 계산 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 적분형 중량환산 알고리즘을 이용하는 중량환산값의 계산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 중량 측정 시스템(100)은 응답신호 수신부(110), 필터부(120), 측정대상 차량 분석부(130), 중량환산부(140) 및 판정부(150)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 중량 측정 시스템(100)에는 과적 단속 구간에 설치된 고정식 축중기의 축중센서(10)가 유선 또는 연결되고, 또한, 과적 단속 구간을 관리하는 관리자 단말(20)이 연결될 수 있다.
아울러, 전술한 축중센서(10)는 복수 개로 구비되어 과적 단속 구간에서 소정 간격만큼 이격되도록 설치될 수 있으며, 차량의 하중 측정이 가능한 다양한 타입의 센서가 축중센서(10)로서 적용될 수 있으나, 변형율 타입(Strain type)의 축중센서(10)인 것이 가장 바람직하다.
상기 응답신호 수신부(110)는 과적 단속 구간에 설치된 축중센서(10)를 측정대상 차량이 통과하면, 축중센서(10)로부터 측정대상 차량의 축하중에 대응하는 출력전압을 제 1응답신호로서 수신한다.
참고로, 응답신호 수신부(110)에 수신되는 제 1응답신호는, 과적 단속 구간에 설치된 축중센서(10)의 개수와 측정대상 차량의 차축 수에 따라 상이한 개수로 수신되며, 일예로서, 과적 단속 구간에 2개의 축중센서(10)가 설치되고, 이를 통과하는 측정대상 차량이 4개의 차축을 구비하는 경우, 응답신호 수신부(110)에는 8개의 제 1응답신호가 수신될 수 있다.
아울러, 응답신호 수신부(110)는 유선이나 무선으로 축중센서(10)에 연결될 수 있으며, 응답신호 수신부(110)에 수신된 제 1응답신호는 후술하는 필터부(120)에 출력될 수 있다.
상기 필터부(120)는 분석수단(121), 추출수단(122) 및 필터링 수단(123)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 필터부(120)는 응답신호 수신부(110)로부터 제 1응답신호(1st signal output)를 입력받아 신호 노이즈(Signal noise) 및 진동 노이즈(Vibration noise)를 포함하는 노이즈 주파수가 필터링된 제 2응답신호(2nd signal output)를 생성한다.
또한, 분석수단(121)은 제 1응답신호의 진동주파수를 분석하는 기능을 수행한다. 이때, 분석수단(121)은 고속푸리에 변환을 이용할 수 있다.
아울러, 추출수단(122)은 분석수단(121)으로부터 분석된 진동주파수에서 차단 주파수를 추출하는 기능을 수행한다. 참고로, 전술한 차단 주파수는 제 1응답신호에 포함된 노이즈 주파수의 제거를 위한 주파수를 의미한다.
그리고, 상기 필터링 수단(123)은 제 1응답신호를 필터링하는 기능을 수행한다. 이를 위한, 필터링 수단(123)은 추출수단(122)으로부터 추출된 차단 주파수를 반영하여 저역필터를 생성하고, 생성된 저역필터를 이용하여 제 1응답신호를 필터링함으로써, 제 1응답신호에 포함된 노이즈 주파수를 제거할 수 있다.
한편, 필터부(120)는 응답신호 수신부(110)에 수신된 제 1응답신호 각각에 대하여 제 2응답신호를 생성하며, 후술하는 측정대상 차량 분석부(130)와, 중량환산부(140)의 제 1중량환산수단(141) 및 제 2중량환산수단(142)에 복수의 제 2응답신호를 출력할 수 있다.
상기 측정대상 차량 분석부(130)는 제 2응답신호를 이용하여 측정대상 차량에 대한 정보를 분석한다.
이러한, 측정대상 차량 분석부(130)는 측정대상 차량의 각 차축이 축중센서(10)를 통과한 차축별 속도, 가속도 및 회피주행 여부를 분석하고, 분석된 정보를 중량환산부(140) 및 판정부(150)에 출력할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 과적 단속 구간에 2개의 축중센서(10)가 설치되어 있는 경우, 측정대상 차량 분석부(130)는 측정대상 차량의 차축(Axle 1, Axle 2, Axle 3, Axle 4)이 각각의 축중센서(WM1, WM2, 10)를 통과한 시간(ta1, tb1, ta2, tb2, ta3, tb3, ta4, tb4)의 변화값(Δtn)을 계산하고, 축중센서(WM1, WM2, 10)들 간의 거리(Lb)를 시간의 변화값(Δtn)으로 나누는 방식으로 측정대상 차량의 차축별 속도(Vn)를 계산할 수 있다.
구체적으로, 측정대상 차량 분석부(130)는 복수의 제 2응답신호 중 첫 번째와 두 번째의 제 2응답신호를 기초로, 측정대상 차량의 1축(Axle 1)이 첫 번째 축중센서(10)와 두 번째 축중센서(10)를 각각 통과한 시간(ta1, tb1)의 변화값을 산출하고, 축중센서(10)들 간의 거리(Lb)를 시간의 변화값으로 나눈 값으로 측정대상 차량의 1축 속도로 계산할 수 있으며, 같은 방식으로, 측정대상 차량의 2축(Axle 2)이 첫 번째 축중센서(10)를 통과한 시간(ta2)과 두 번째 축중센서(10)를 통과한 시간(tb2) 간의 변화값을 이용하여 측정대상 차량의 2축 속도를 계산하고, 측정대상 차량의 3축(Axle 3)이 첫 번째 축중센서(10)를 통과한 시간(ta3)과 두 번째 축중센서(10)를 통과한 시간(tb3) 간의 변화값을 이용하여 측정대상 차량의 3축 속도를 계산하며, 측정대상 차량의 4축(Axle 4)이 첫 번째 축중센서(10)를 통과한 시간(ta4)과 두 번째 축중센서(10)를 통과한 시간(tb4) 간의 변화값을 이용하여 측정대상 차량의 4축 속도를 계산할 수 있다.
아울러, 측정대상 차량 분석부(130)는 측정대상 차량의 차축별 속도로부터 측정대상 차량의 가속도를 분석할 수도 있고, 측정대상 차량의 모든 차축이 축중센서(10)를 정상적으로 통과하였는지 여부를 기초로 회피주행 여부를 분석할 수 있으며, 그 외에도, 축거, 축종, 윤종 및 차종분류를 포함하는 차량 제원에 대한 정보를 더 분석할 수도 있다.
상기 중량환산부(140)는 적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 각각 환산함으로써, 제 2응답신호로부터 복수의 중량환산값을 계산한다.
이러한, 중량환산부(140)는 제 1중량환산수단(141) 및 제 2중량환산수단(142)을 포함하여 구성될 수 있다.
제 1중량환산수단(141)은 첨두형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 기능을 수행한다.
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1중량환산수단(141)의 첨두형 중량환산 알고리즘은, 제 2응답신호의 신호값들 중에서 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 중심으로 하는 소정 범위(t1, tn) 이내의 신호값들(f(St))을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치의 평균값에 첨두형 중량환산계수(Cp)를 곱한 값으로 중량환산값을 계산할 수 있다. 참고로, 유효응답치의 산출을 위한 소정 범위는 사전에 설정될 수 있다.
이러한, 제 1중량환산수단(141)은 아래의 수학식 1을 첨두형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020041294310-pat00005
여기서, W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, n은 첨두값의 갯수이고, Cp는 사전에 설정된 첨두형 중량환산계수일 수 있다.
제 2중량환산수단(142)은 적분형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 기능을 수행한다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2중량환산수단(142)의 적분형 중량환산 알고리즘은, 제 2응답신호로부터 응답신호 파형이 시작되는 시작지점(t1)과 종료지점(tn)을 산출하고, 산출된 시작지점(t1)과 종료지점(tn) 사이의 신호값들(f(St))을 유효응답치로 산출하며, 산출된 유효응답치를 적분하여 제 2응답신호의 응답신호 파형이 갖는 면적을 계산한 다음, 사전에 정의된 중량센서의 폭(Lw)과 측정대상 차량의 차축별 속도(Vn) 및 첨두형 중량환산계수(Ci)를 곱한 값으로 중량환산값을 계산할 수 있다.
실제로, 제 2중량환산수단(142)은, 아래의 수학식 2를 적분형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020041294310-pat00006
여기서, W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, Lw는 축중센서(10)의 폭이고, Vn은 측정대상 차량의 차축별 속도이며, Ci는 사전에 설정된 적분형 중량환산계수일 수 있다. 참고로, 전술한 측정대상 차량의 차축별 속도는 측정대상 차량 분석부(130)로부터 입력받을 수 있다.
한편, 중량환산부(140)의 제 1중량환산수단(141) 및 제 2중량환산수단(142)으로부터 각각 계산된 중량환산값들은 후술하는 판정부(150)에 출력될 수 있다.
상기 판정부(150)는 중량환산 알고리즘들 중에서 사전에 학습된 경계조건에 부합하는 중량환산 알고리즘을 선택하고, 선택된 중량환산 알고리즘의 중량환산값을 측정대상 차량의 축하중으로 판정한다.
이러한, 판정부(150)는 측정대상 차량 분석부(130)로부터 분석되는 정보에 기초하여 측정대상 차량의 주행 형태가 어떠한 경계조건에 부합하는지 판정하고, 판정된 경계조건에 따라 첨두형 중량환산 알고리즘 또는 적분형 중량환산 알고리즘을 선택할 수 있다.
예를 들어, 판정부(150)는 측정대상 차량이 등속주행을 하거나 측정대상 차량의 차축별 속도가 설정 범위 이내에서 차이가 없거나 축중센서(10)들 각각에서 제 2응답신호의 신호값 개수가 설정 범위 이내이면 적분형 중량환산 알고리즘을 선택하고, 측정대상 차량이 저속주행, 정차 후 주행, 가속 주행, 감속 주행 및 회피주행 시 첨두형 중량환산 알고리즘을 선택할 수 있다.
이러한, 판정부(150)에는 중량환산 알고리즘의 선택을 위한 인공지능 모델이 구비될 수 있으며, 이러한, 인공지능 모델은 경계조건에 해당하는 각각의 파라미터를 입력값으로 하여, 각각의 입력값에 대한 출력값으로 첨두형 중량환산 알고리즘 또는 적분형 중량환산 알고리즘이 선택되도록 학습된 것일 수 있다.
아울러, 판정부(150)의 인공지능 모델은 측정대상의 주행 형태가 사전에 정의된 경계조건에 부합하지 않는 경우, 확률적으로 더 높은 정확도를 갖는 중량환산 알고리즘을 예측하여 첨두형 중량환산 알고리즘 또는 적분형 중량환산 알고리즘을 선택할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템(100)은 측정대상 차량에 의한 진동이 발생하거나 측정대상 차량이 회피주행이나 가속, 감속 등의 다양한 형태로 주행하더라도, 측정 오차를 최소화할 수 있음은 물론이고, 측정대상 차량의 축하중을 정확하게 측정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템(100)은 축중센서(10)에 포함된 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링함으로써, 첨두형 중량환산 알고리즘에 의해 환산되는 중량환산값의 정확도를 향상시킬 수 있고, 측정대상 차량의 차축별 속도를 반영하여 적분형 중량환산 알고리즘을 수행함으로써, 적분형 중량환산 알고리즘에 의해 환산되는 중량환산값의 정확도를 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 일실시예에 따른 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템(100)은 경계조건을 학습한 인공지능 모델을 이용함으로써, 측정대상 차량의 주행 형태에 부합하는 중량환산 알고리즘을 정확하게 선택할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템에서 수행되는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법을 설명한다.
다만, 도 7에 도시된 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법에서 수행되는 기능은 모두 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템에서 수행되므로, 명시적인 설명이 없어도, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 모든 기능은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법에서 수행되고, 도 7을 참조하여 설명하는 모든 기능은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템에서 그대로 수행됨을 주의해야 한다.
먼저, 응답신호 수신부가 제 1응답신호를 수신한다(S110).
이때, 응답신호 수신부는 과적 단속 구간에 설치된 축중센서를 측정대상 차량이 통과하면, 축중센서로부터 측정대상 차량의 축하중에 대응하는 제 1응답신호를 수신할 수 있다.
그 다음, 필터부가 제 1응답신호를 필터링한다(S120).
이때, 필터부는 응답신호 수신부로부터 수신된 제 1응답신호의 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링하여 제 2응답신호로서 생성할 수 있다.
구체적으로, 필터부는 고속푸리에 변환을 이용하여 제 1응답신호의 진동주파수를 분석하고(S121), 분석된 진동주파수로부터 노이즈 주파수의 제거를 위한 차단 주파수를 추출한 다음(S122), 추출된 차단 주파수를 반영하여 저역필터를 생성하고 생성된 저역필터를 이용하여 제 1응답신호를 필터링함으로써(S123), 노이즈 주파수가 제거된 제 2응답신호를 생성할 수 있다.
그 다음에는, 측정대상 차량 분석부가 제 2응답신호를 이용하여, 측정대상 차량의 각 차축이 축중센서를 통과한 차축별 속도, 가속도 및 회피주행 여부를 분석한다(S130).
그 다음에는, 중량환산부가 적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 각각 환산함으로써, 제 2응답신호로부터 복수의 중량환산값을 계산한다(S140).
이때, 중량환산부는 첨두형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하고(S141), 또한, 적분형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산할 수 있다(S142).
여기서, 전술한 첨두형 중량환산 알고리즘은, 제 2응답신호의 신호값들 중에서 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 중심으로 하는 소정 범위 이내의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치의 평균값으로 중량환산값을 계산하는 알고리즘일 수 있다.
아울러, 중량환산부는 아래의 수학식 3을 첨두형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020041294310-pat00007
여기서, W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, n은 첨두값의 갯수이고, Cp는 사전에 설정된 첨두형 중량환산계수일 수 있다.
또한, 전술한 적분형 중량환산 알고리즘은, 제 2응답신호로부터 응답신호 파형이 시작되는 시작지점과 종료지점 사이의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 산출된 유효응답치를 적분하여 중량환산값을 계산하는 알고리즘일 수 있다.
아울러, 중량환산부는 아래의 수학식 4를 적분형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020041294310-pat00008
여기서, W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, Lw는 축중센서의 폭이고, Vn은 측정대상 차량의 차축별 속도이며, Ci는 사전에 설정된 적분형 중량환산계수일 수 있다.
그 다음에는, 판정부가 중량환산 알고리즘들 중에서 사전에 학습된 경계조건에 부합하는 중량환산 알고리즘을 선택하고, 선택된 중량환산 알고리즘의 중량환산값을 측정대상 차량의 축하중으로 판정한다(S150).
이때, 판정부는 측정대상 차량이 등속주행을 하거나 측정대상 차량의 차축별 속도가 설정 범위 이내에서 차이가 없거나 축중센서들 각각에서 제 2응답신호의 신호값 개수가 설정 범위 이내이면 적분형 중량환산 알고리즘을 선택하고, 측정대상 차량이 저속주행, 정차 후 주행, 가속 주행, 감속 주행 및 회피주행 시 첨두형 중량환산 알고리즘을 선택할 수 있다.
이를 위한, 판정부에는 중량환산 알고리즘의 선택을 위한 인공지능 모델이 구비되고, 인공지능 모델은 경계조건에 해당하는 각각의 파라미터를 입력값으로 하여, 각각의 입력값에 대한 출력값으로 첨두형 중량환산 알고리즘 또는 적분형 중량환산 알고리즘이 선택되도록 학습될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
110 : 응답신호 수신부
120 : 필터부
121 : 분석수단
122 : 추출수단
123 : 필터링 수단
130 : 측정대상 차량 분석부
140 : 중량환산부
141 : 제 1중량환산수단
142 : 제 2중량환산수단
150 : 판정부

Claims (16)

  1. 과적 단속 구간에 설치된 축중센서를 측정대상 차량이 통과하면, 축중센서로부터 측정대상 차량의 축하중에 대응하는 제 1응답신호를 수신하는 응답신호 수신부;
    상기 수신된 제 1응답신호의 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링하여 제 2응답신호로서 생성하는 필터부;
    적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 각각 환산함으로써, 제 2응답신호로부터 복수의 중량환산값을 계산하는 중량환산부; 및
    상기 중량환산부의 중량환산 알고리즘들 중에서 사전에 학습된 경계조건에 부합하는 중량환산 알고리즘을 선택하고, 상기 선택된 중량환산 알고리즘의 중량환산값을 측정대상 차량의 축하중으로 판정하는 판정부;를 포함하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 2응답신호를 이용하여, 측정대상 차량의 각 차축이 축중센서를 통과한 차축별 속도, 가속도 및 회피주행 여부를 분석하고, 상기 분석된 정보를 상기 중량환산부 및 상기 판정부에 출력하는 측정대상 차량 분석부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 필터부는,
    고속푸리에 변환을 이용하여 제 1응답신호의 진동주파수를 분석하는 분석수단;
    상기 분석된 진동주파수로부터 노이즈 주파수의 제거를 위한 차단 주파수를 추출하는 추출수단; 및
    상기 추출된 차단 주파수를 반영하여 저역필터를 생성하고, 상기 생성된 저역필터를 이용하여 제 1응답신호를 필터링하는 필터링 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중량환산부는,
    첨두형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 제 1중량환산수단;을 포함하고,
    상기 제 1중량환산수단의 첨두형 중량환산 알고리즘은,
    제 2응답신호의 신호값들 중에서 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 중심으로 하는 소정 범위 이내의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치의 평균값에 첨두형 중량환산계수를 곱하여 중량환산값을 계산하는 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1중량환산수단은, 아래의 수학식을 첨두형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산하고,
    Figure 112020041294310-pat00009

    W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, n은 첨두값의 갯수이고, Cp는 사전에 설정된 첨두형 중량환산계수인 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 중량환산부는,
    적분형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 제 2중량환산수단;을 포함하고,
    상기 제 2중량환산수단의 적분형 중량환산 알고리즘은,
    제 2응답신호로부터 응답신호 파형이 시작되는 시작지점과 종료지점 사이의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치를 적분하고 측정대상 차량의 차축별 속도와 적분형 중량환산계수를 곱하여 중량환산값을 계산하는 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2중량환산수단은, 아래의 수학식을 적분형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산하고,
    Figure 112020041294310-pat00010

    W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, Lw는 축중센서의 폭이고, Vn은 측정대상 차량의 차축별 속도이며, Ci는 사전에 설정된 적분형 중량환산계수인 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 판정부에는,
    중량환산 알고리즘의 선택을 위한 인공지능 모델이 구비되고, 상기 인공지능 모델은 경계조건에 해당하는 각각의 파라미터를 입력값으로 하여, 각각의 입력값에 대한 출력값으로 첨두형 중량환산 알고리즘 또는 적분형 중량환산 알고리즘이 선택되도록 학습된 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 시스템.
  9. 차량 중량 측정 시스템에서 수행되는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법으로서,
    (1) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 과적 단속 구간에 설치된 축중센서를 측정대상 차량이 통과하면, 축중센서로부터 측정대상 차량의 축하중에 대응하는 제 1응답신호를 수신하는 단계;
    (2) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 상기 수신된 제 1응답신호의 신호 노이즈 및 진동 노이즈를 필터링하여 제 2응답신호로서 생성하는 단계;
    (4) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 적어도 2개의 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 각각 환산함으로써, 제 2응답신호로부터 복수의 중량환산값을 계산하는 단계; 및
    (5) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 중량환산 알고리즘들 중에서 사전에 학습된 경계조건에 부합하는 중량환산 알고리즘을 선택하고, 상기 선택된 중량환산 알고리즘의 중량환산값을 측정대상 차량의 축하중으로 판정하는 단계;를 포함하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 (2)단계와 상기 제 (4)단계 사이에,
    (3) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 제 2응답신호를 이용하여, 측정대상 차량의 각 차축이 축중센서를 통과한 차축별 속도, 가속도 및 회피주행 여부를 분석하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 제 (5)단계에서 상기 차량 중량 측정 시스템은,
    측정대상 차량이 등속주행을 하거나 차축별 속도가 설정 범위 이내이면 적분형 중량환산 알고리즘을 선택하고, 측정대상 차량이 저속주행, 정차 후 주행, 가속 주행, 감속 주행 및 회피주행 시 첨두형 중량환산 알고리즘을 선택하는 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제 (2)단계는,
    (2-1) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 고속푸리에 변환을 이용하여 제 1응답신호의 진동주파수를 분석하는 단계;
    (2-2) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 상기 분석된 진동주파수로부터 노이즈 주파수의 제거를 위한 차단 주파수를 추출하는 단계; 및
    (2-3) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 상기 추출된 차단 주파수를 반영하여 저역필터를 생성하고, 상기 생성된 저역필터를 이용하여 제 1응답신호를 필터링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제 (4)단계는,
    (4-1) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 첨두형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 (4-1)단계에서 첨두형 중량환산 알고리즘은,
    제 2응답신호의 신호값들 중에서 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 중심으로 하는 소정 범위 이내의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치의 평균값에 첨두형 중량환산계수를 곱하여 중량환산값을 계산하는 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 (4-1)단계에서 상기 차량 중량 측정 시스템은, 아래의 수학식을 첨두형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산하고,
    Figure 112020041294310-pat00011

    W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, n은 첨두값의 갯수이고, Cp는 사전에 설정된 첨두형 중량환산계수인 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 제 (4)단계는,
    (4-2) 상기 차량 중량 측정 시스템이, 적분형 중량환산 알고리즘을 이용하여 제 2응답신호를 중량으로 환산한 중량환산값을 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 (4-2)단계에서 적분형 중량환산 알고리즘은,
    제 2응답신호로부터 응답신호 파형이 시작되는 시작지점과 종료지점 사이의 신호값들을 유효응답치로 산출한 다음, 상기 산출된 유효응답치를 적분하고 측정대상 차량의 차축별 속도와 적분형 중량환산계수를 곱하여 중량환산값을 계산하는 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 (4-2)단계에서 상기 차량 중량 측정 시스템은, 아래의 수학식을 적분형 중량환산 알고리즘으로 이용하여 중량환산값을 계산하고,
    Figure 112020041294310-pat00012

    W는 중량환산값이고, tn은 n번째 유효응답치이며, t1은 첫 번째 유효응답치이고, f(St)는 2차 응답신호의 신호값이며, Lw는 축중센서의 폭이고, Vn은 측정대상 차량의 차축별 속도이며, Ci는 사전에 설정된 적분형 중량환산계수인 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 제 (5)단계의 상기 차량 중량 측정 시스템에는,
    중량환산 알고리즘의 선택을 위한 인공지능 모델이 구비되고, 상기 인공지능 모델은 경계조건에 해당하는 각각의 파라미터를 입력값으로 하여, 각각의 입력값에 대한 출력값으로 첨두형 중량환산 알고리즘 또는 적분형 중량환산 알고리즘이 선택되도록 학습된 것을 특징으로 하는 과적 단속을 위한 차량 중량 측정 방법.
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