KR102388804B1 - 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
편광 기반이 아닌 근적외선 파장대의 분광(Spectrum) 데이터와 열적외선 파장대의 비접촉식 노면온도센서 데이터를 이용하여 노면상태를 건조, 습윤, 적설 또는 결빙의 네 가지로 분류함으로써, 겨울철 도로교통 안전성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 비매설형 노면상태 검지기술로서, 노변에 설치하는 고정식으로 활용하거나 차량에 부착하는 이동식으로도 활용할 수 있는, 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 노면상태 분류 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 겨울철 도로교통 안전성을 향상시키도록 근적외선 파장대의 분광(Spectrum) 데이터와 열적외선 파장대의 비접촉식 노면온도센서 데이터를 이용하여 노면상태를 건조, 습윤, 적설 또는 결빙의 네 가지 종류로 분류하는, 적외선 센서를 이용한 노면상태 분류 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 결빙, 적설 등의 악천후 노면상태 정보는 효율적인 도로관리 및 교통안전에 중요한 역할을 한다. 특히, 고속도로에서 발생하는 겨울철 사고와 같이, 운전자가 인지하기 힘든 노면상태는 교통안전을 위협하는 요소로 작용하기 때문에 결빙, 적설 등 위험한 노면상태 정보를 사전에 인지하는 것이 무엇보다 중요하다. 예를 들면, 이러한 노면상태 정보를 수집하기 위해 노면에 매설하는 센서를 사용하고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 노면센서로서 매설형 센서를 예시하는 사진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 매설형 센서(10)는 포장 덧씌우기, 중차량에 의한 파손 등의 문제가 있고, 이동성이 없어 연속적인 구간에 대한 정보수집이 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 도로의 동결, 적설 등의 위험 상태를 자동으로 감지하여 이를 운전자에게 미리 알려줌으로써 운전 사고를 줄이기 위한 노면상태 판별장치에 관한 여러 기술들이 공지되어 있다.
종래의 노면상태 판별장치들은 도 1에 도시된 매설식 센서를 장착하거나 또는 사람이 도로의 각 지점에 설치되어 있는 카메라를 주시하여 판단하는 방법을 이용하였다. 그러나 이러한 종래의 노면상태 판별장치들은 상대적으로 높은 장착비용, 인건비 상승 및 잦은 고장 등의 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도로에 설치된 카메라로부터 취득된 영상 정보와 주변에 설치된 센서를 통해 얻어진 온도 또는 습도 등의 추가 정보를 분석하여 노면 상태를 자동으로 판단하는 노면상태 판별장치가 연구되고 있다. 예를 들면, 편광필터를 회전시키면서 노면 상태를 판정하는 방법이 있다.
한편, 선행특허로서, 일본 공개특허번호 제2003-57168에는 "노면 판별 장치 및 동 장치의 설치 조정 방법"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 노면 판별장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 노면 판별장치는, 도로의 상방에 투광 수단(21)，제1 및 제2 CCD 카메라(22, 23)를 설치하고, 이때, 투광 수단(21)의 전면에 수평 편광필터를 부착하고，제1 및 제2 CCD 카메라(22, 23) 각각의 전면에 수직 및 수평 편광필터를 부착한다
이때, 제1 및 제2 CCD 카메라(21, 22)는 각각 촬상한 화상 데이터를 1차원 퓨리에 변환하여 공간주파수 분포를 구한 후, 이에 대응하여 노면 상태를 판별한다. 이러한 노면 판별장치는 환경이 변화하여도 안정적으로 측정할 수 있고，또한 도로 상방에 용이하게 설치할 수 있다
하지만, 도 2에 도시된 종래의 기술에 따른 노면 판별장치의 경우, 별도의 투광 수단을 설치하여야 하고, 또한 두 개의 CCTV 카메라를 사용하여 편광영상을 수집하기 때문에 많은 비용이 요구된다.
또한, 현재 많은 도로관리기관에서는 도로 감시용 CCTV를 구축 및 운영 중이므로 이러한 CCTV를 활용하여 특히 악천후시 노면상태를 자동검지하고 있다. 이러한 CCTV를 활용한 노면상태 자동검지를 위해서는 평상시 CCTV 영상이 아닌 수직 및 수평 편광영상이 필요하다는 한계점이 있다.
한편, 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1180421호에는 "편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법의 동작흐름도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 노면 상태 자동검지 방법에 적용되는 편광필터가 자동제어형 편광필터인 경우를 예시하는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법은, 먼저, 자동제어형 편광필터(30)가 부착된 CCTV 카메라로부터 수직 편광영상을 획득한다(S10). 구체적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 자동제어형 편광필터(30)는 스테핑 모터(Stepping Motor: 32), 편광필터(33), 필터구동 링(34), 위치검지 센서(35), 필터구동 벨트(36) 및 위치판단 링(37)을 포함한다.
여기서, 편광필터(33)는 CCTV 카메라의 렌즈(31) 전면에 부착되고, 스테핑 모터(32)에 의해 90도 각도로 회전하면서 수직 및 수평 편광영상을 각각 획득하고, 위치판단 링(37)은 각각 90도 각도마다 돌출된 4개의 돌출부를 구비하고, 편광필터(33) 앞쪽에 부착되어 편광필터(33)와 함께 회전한다. 또한, 위치검지 센서(35)는 편광필터(33)가 정확하게 90도 회전하는지 여부를 검지한다. 이때, 위치검지 센서(35)는 위치판단 링(37)의 돌출부를 검지하여 편광필터(33)가 정확히 90도 각도로 회전하는지 여부를 검지하며, 여기서, 위치검지 센서(35)는 적외선검지 센서일 수 있다. 또한, 필터구동 벨트(36)는 위치검지 센서(125)에 의해 편광필터(33)가 정확하게 90도 회전이 이루어지지 않은 것으로 검지된 경우, 편광필터(33)가 90도 회전하도록 편광필터(33)의 회전 위치를 보정하며, 필터구동 링(34)은 편광필터(33)의 외주면에 체결되어 필터구동 벨트(36)와 체결된다.
다음으로, 자동제어형 편광필터(30)의 편광필터(33)를 90도 회전시킨 상태에서 CCTV 카메라로부터 수평 편광영상을 획득한다(S20).
다음으로, 획득된 수직 및 수평 편광영상에 따라 영상을 1차 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 확인한다(S30). 이때, 수막/결빙/적설/마른 노면인지의 1차적인 판단은 영상 처리부 또는 도로상태 판단부에서 처리될 수 있다.
다음으로, 도로 상태 판단부는 1차 분류된 영상에 대해 대기온도 센서, 대기습도 센서 및 노면온도 센서로부터 획득된 대기온도, 대기습도 및 노면온도를 적용하여 2차적으로 분류한다(S40).
다음으로, 도로 상태 판단부는 상기 2차적으로 분류된 결과에 따라 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 노면 상태를 최종 판단한다(S50).
종래의 기술에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법은, 노면상태를 자동검지 할 때, 노면온도 센서, 대기온도 센서 및 대기습도 센서의 정보를 활용함으로써 CCTV 노면상태 자동검지 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 비교적 저가의 센서를 부가적으로 설치 및 활용함으로써 노면상태 자동검지 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1265744호에는 "편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 예시하며, 도 4b는 도 4a에 도시된 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량의 주행을 예시하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량(50)은, 전방에 차량외부 센서(41), 예를 들면, 비접촉식 온도 센서를 장착하여 노면온도를 측정한다. 이러한 비접촉식 온도센서는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 차량(50) 전면의 범퍼 또는 라디에이터 그릴(Radiator Grille) 안쪽에 장착 가능한 구조로서, 차량(50)의 훼손 없이 안정적으로 장착되고, 노면온도 측정 지점의 조절이 가능하도록 각도 조절이 가능한 구조를 갖는다.
또한, 차량(50)의 ECU(42)로부터 차량주행 정보 및 외부온도 정보인 주행환경 정보를 취득할 수 있다. 이때, ECU(42)의 OBD-Ⅱ 단자 전용 커넥터를 사용하는 OBD 단자 전용케이블을 제작함으로써, ECU(42)와 센서정보 취합 모듈(43)의 연결을 용이하게 한다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 차량(50)의 유리창에 영상취득 모듈(45), 예를 들면, 수평/수직 편광필터가 부착된 2대의 카메라를 장착하여 차량 전방의 노면영상을 촬영한다. 이때, 차량외부 센서(41)로부터 측정된 센서정보 및 ECU(42)로부터 생성된 주행환경 정보는 센서정보 취합 모듈(43)에서 취합하여 영상처리 모듈(44)로 전달한다. 이에 따라 영상처리 모듈(44)은 주행환경정보, 센서정보 및 노면영상 정보에 따라 노면상태를 판단하게 된다.
영상처리 모듈(44)은 도로 표면의 분류가 가능하고, 불량노면상태를 판단하며, 노면영상 및 데이터를 저장할 수 있다. 즉, 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량(50)은 도로 구간의 단위 노면상태를 이동식으로 측정하는 시험차량(Probe Car)으로서, 추후 분석이 가능하도록 원시 데이터(Raw Data) 정보 및 촬영 영상을 저장할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템의 경우, 주간 환경에서는 노면상태를 비교적 정확하게 판단 및 분류해 낼 수 있는 반면에, 야간 환경에서는 정확도가 현저히 떨어지며, 다양한 노면상태를 판단할 수 없다는 문제점이 제시되고 있는데, 예를 들면, 노면상태를 젖음과 결빙을 하나의 노면상태로 판단할 우려가 매우 높다는 문제점이 있다.
이러한 문제점이 나타나는 이유는 저조도 환경인 야간에는 이동하는 환경에서는 질감 분석에 활용하기에 충분한 수준의 영상 취득이 어려우며, 또한, 피사체를 표현함에 있어 명도(Intensity)로 표현하기 어렵기 때문에 영상처리-기반 노면상태 판단 절차를 수행하기 어렵다는 문제점이 있다. 예를 들면, 젖은 노면과 결빙노면(이른바 Black ice)의 경우, 야간에 촬영한 흑백영상으로는 육안으로도 그 상태를 구분하기 어렵다.
이러한 종래의 기술에 따른 편광영상을 활용한 기술은 태양광을 이용하여 편광계수를 산출하기 때문에 주간에 한해서 측정이 가능하며, 주간의 경우에도 매우 흐린 날일 때, 편광계수를 정확하게 산출할 수 있는지에 대한 확인이 어렵다는 문제점이 있다
한편, 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1394244호에는 "다중영상 취득장치 및 이를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 종래의 기술에 따른 다중영상 취득장치를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템에서 영상처리모듈에 의해 노면상태를 구분하는 것을 예시하는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 다중영상 취득장치(61)는, 수평 편광영상, 수직 편광영상, 45도 대각 편광영상 및 편광되지 않은 원본 영상을 동시에 취득하고, 다중영상 취득장치(61)에 의해 노면영상을 동시에 취득함으로써 노면의 상태를 마름, 단순 젖음, 수막, 적설, 결빙의 다섯 단계로 구분하여 판별하되, 노면온도 및 외부온도에 따라 노면상태 검지의 정확도를 높이고, 또한, 차량주행속도 정보에 대응하는 차량의 슬립률(Slip Ratio)을 산출하여 노면상태를 판단하게 된다.
영상처리 모듈(62)은 수평 편광영상, 수직 편광영상 및 45도 대각 편광영상에서 취득한 빛의 편광도, 휘도 및 위상 분석에 근거하여 주행도로 상의 젖은 부분을 판별하고, 위상 분석에 의거한 수면을 검출하여 주행도로의 상태를 "단순 젖음" 및 "수막(물웅덩이)" 상태로 구분할 수 있다.
또한, 영상처리 모듈(62)은 편광되지 않은 원본 영상에 근거하여 주행도로 상의 질감을 분석하고, 편광 시 발생되는 광량 부족에 따른 노면영상의 번짐 및 떨림 현상을 최소화하도록 노면상태를 "마름", "적설" 및 "결빙"으로 구분하여 판단할 수 있다.
종래의 기술에 따른 다중영상 취득장치를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템에 따르면, 수평 편광영상, 수직 편광영상, 45도 대각 편광영상 및 편광되지 않은 원본 영상을 동시에 취득함으로써 노면의 상태를 마름, 단순 젖음, 수막, 적설, 결빙의 다섯 단계로 구분할 수 있고, 또한, 가시영역 확장이 가능함으로써 보다 먼 거리 영역에 대한 노면상태 감시가 가능하며, 또한, 영상처리 과정에서 질감 특성을 용이하게 반영함으로써 저조도 야간 환경에서도 활용할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 다중영상 취득장치를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템의 경우, 편광영상을 활용한 기술은 태양광을 이용하여 편광계수를 산출하기 때문에 주간에 한해서 측정이 가능하며, 주간의 경우에도 매우 흐린 날일 때, 편광계수를 정확하게 산출할 수 있는지에 대한 확인이 어렵다는 문제점이 있다
한편, 전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1752271호에는 "보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량(90)은, 후방에 차량 외부센서, 예를 들면, 비접촉식 온도 센서, 대기 온습도 센서, 조도 센서(81c) 및 적외선레이저-기반 노명정보 취득센서(73)를 장착하여 노면온도, 대기 온습도 및 조도를 측정한다. 이러한 비접촉식 온도센서는 차량(90)의 훼손 없이 안정적으로 장착되고, 노면온도 측정 지점의 조절이 가능하도록 각도 조절이 가능한 구조를 갖는다.
종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템은, 이동중인 차량에서 영상처리를 통해 실시간으로 노면상태를 판단하는 구성과 상기 조도센서(81c)와 보조조명 장치(81)를 연동함으로써, 흐린 날, 야간 환경에서도 보다 정확한 노면상태를 판단할 수 있다.
종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템의 보조조명 장치(81)로서, 야간 및 흐린 날에도 편광특성을 활용하기 위해 편광계수를 산출하는 조명(81b), 및 야간에 이동중인 차량 환경에서도 영상처리에 활용하기에 충분한 선명한 컬러영상을 확보하기 위해 조명을 제공하는 백색조명(81a)을 포함한다. 이때, 상기 조명제어 모듈(82)은 조도 정도에 따라 조도-기반으로 상기 보조조명 장치(81)를 제어한다.
여기서, 상기 편광계수 산출용 조명(81b)은 임의의 인공조명을 노면에 비추었을 때 편광 특성이 가장 잘 반영시키는지 실험을 통해 선정할 수 있고, 이때, 상기 편광계수 산출용 조명(81b)을 비추는 밝기, 높이, 각도 역시 실험을 통해 선정할 수 있다. 예를 들면, 상기 편광계수 산출용 조명(81b)은 나트륨등(황색광), LED 조명(자동차 헤드라이트, 일반 백색조명(White light), 적외선 조명 등일 수 있다. 또한, 상기 백색조명(81a) 및 상기 편광계수 산출을 위한 조명(81b)을 하나로 일체화시킬 수 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템은, 적외선레이저-기반 노명정보 취득센서(73)에 의해 노면정보를 취득할 수 있고, 이에 따라 편광-기반 노면상태 판단 알고리즘 및 적외선레이저-기반 노면상태 판단 알고리즘을 결합하고, 비교분석 모듈(72)에 의해 상기 편광-기반 노면상태 판단 및 상기 적외선레이저-기반 노면상태 판단을 비교 분석한 후, 최종 노면상태 판단부(71)에서 최종적으로 노면상태를 판단할 수 있다.
종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템에 따르면, 야간의 경우에도 선명한 컬러영상 수집이 가능하며, 이를 통해 영상처리-기반 야간 노면상태 판단 정확도를 향상시킬 수 있으며, 노면의 상태를 단순 젖음, 마름, 적설, 결빙, 슬러시(Slush)의 다섯 단계로 구분할 수 있다. 또한, 적외선레이저-기반 노면정보를 추가로 활용함으로써, 판단범위가 좁으나 정확도가 높은 적외선레이저-기반 노면상태 판단정보 및 판단범위는 넓으나 정확도가 상대적으로 낮은 편광-기반 노면상태 판단정보를 결합하여 노면상태를 판단할 수 있고, 이에 따라 기존의 노면정보 시스템들의 한계를 극복할 수 있다.
또한, 야간 및 흐린 날과 같은 저조도 환경에서도 편광계수를 산출함으로써 노면상태의 판단 정확도를 향상시킬 수 있으며, 보조조명 제어 과정에서 조도의 특성을 용이하게 반영함으로써 저조도 주간 환경에서도 노면상태의 판단 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 시험차량(Probe Car)을 활용하여 도로 구간의 단위 노면상태를 이동식으로 측정하여 실시간으로 노면상태를 판단함으로써, 넓은 도로구간을 경제적으로 측정할 수 있고, 적외선레이저-기반 노면정보를 보조적으로 활용함으로써 편광-기반 노면상태의 판단 정확도를 실시간으로 검증하고 향상시킬 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템의 경우, 편광-기반 노면상태 알고리즘과 적외선레이저-기반 노면상태 알고리즘을 결합하여 구현되므로, 전술한 바와 같이, 편광 방식의 문제점을 내포하고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 편광 기반이 아닌 근적외선 파장대의 분광(Spectrum) 데이터와 열적외선 파장대의 비접촉식 노면온도센서 데이터를 이용하여 노면상태를 건조, 습윤, 적설 또는 결빙의 네 가지로 분류함으로써, 겨울철 도로교통 안전성을 향상시킬 수 있는, 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 비매설형 노면상태 검지기술로서, 노변에 설치하는 고정식으로 활용하거나 차량에 부착하는 이동식으로도 활용할 수 있는, 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템은, 특정 파장대의 근적외선으로 노면을 측정하여 분광 데이터를 생성하는 분광측정기; 상기 분광측정기가 측정하는 동일 노면지점에서, 특정 파장대의 열적외선으로 노면을 측정하여 노면온도 데이터를 생성하는 노면온도센서; 및 상기 분광측정기가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터에 따라 노면상태를 분류하는 노면상태 분류 유닛을 포함하되, 상기 분광측정기가 측정한 분광 데이터는 노면상태에 따라 근적외선 영역대의 분광분포가 다르게 나타나며, 상기 노면상태 분류 유닛은 상기 분광 데이터의 특정 파장대의 반사율 비율로부터 노면상태를 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류하며,
상기 노면상태 분류 유닛은, 상기 분광측정기가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 분광 데이터로부터 특정 파장대(1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛)의 반사율(λ1, λ2, λ3)을 추출하는 분광 데이터 반사율 추출부; 상기 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 산출하는 노면상태 분류 파라미터 산출부; 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)와 비교하기 위한 임계값들(α, β, γ)을 설정하는 임계값 설정부; 노면상태를 건조 또는 적설로 1차 분류하도록 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 기설정된 임계값들(α, β, γ)과 각각 비교하고, 상기 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류할 수 있도록 노면온도 데이터와 비교하는 데이터 비교부; 상기 분광 데이터에 따라 노면상태를 분류할 수 없는 경우, 상기 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류할 수 있도록 노면온도 데이터를 융합하는 노면온도 데이터 융합부; 및 상기 데이터 비교부의 비교 결과에 따라 상기 노면상태를 건조, 적설, 결빙 및 습윤 중 어느 하나로 분류하는 노면상태 분류부를 포함하도록 하게 된다.
상기 노면상태 분류 유닛은, 상기 분광측정기가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 분광 데이터로부터 특정 파장대(1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛)의 반사율(λ1, λ2, λ3)을 추출하는 분광 데이터 반사율 추출부; 상기 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 산출하는 노면상태 분류 파라미터 산출부; 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)와 비교하기 위한 임계값들(α, β, γ)을 설정하는 임계값 설정부; 노면상태를 건조 또는 적설로 1차 분류하도록 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 기설정된 임계값들(α, β, γ)과 각각 비교하고, 상기 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류할 수 있도록 노면온도 데이터와 비교하는 데이터 비교부; 상기 분광 데이터에 따라 노면상태를 분류할 수 없는 경우, 상기 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류할 수 있도록 노면온도 데이터를 융합하는 노면온도 데이터 융합부; 및 상기 데이터 비교부의 비교 결과에 따라 상기 노면상태를 건조, 적설, 결빙 및 습윤 중 어느 하나로 분류하는 노면상태 분류부를 포함하도록 하게 된다.
여기서, 상기 분광측정기는 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선으로 노면을 측정하여 분광 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템은, 노면의 조도를 측정하는 조도센서; 및 상기 조도센서에서 검출된 조도에 따라 야간이나 낮은 조도인 경우, 레이저 다이오드를 이용한 적외선 조명을 상기 분광측정기에게 제공하는 적외선 조명을 추가로 포함하할 수 있다.
여기서, 상기 적외선 조명은 상기 분광측정기와 동일한 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선을 사용하는 적외선 조명을 제공하는 레이저 다이오드일 수 있다.
여기서, 상기 노면온도센서는 8~12㎛ 파장대의 열적외선으로 노면을 측정하여 노면온도 데이터를 생성할 수 있다.
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여기서, 상기 노면상태 분류 유닛은, 상기 노면상태 분류부에서 분류된 노면상태와 측정 지점 및 측정 시각을 결합하여 노면상태정보를 생성하는 노면상태정보 생성부; 및 상기 노면상태정보 생성부에서 생성된 노면상태정보를 관제센터로 무선 전송하는 노면상태정보 전송부를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 분광측정기, 노면온도센서, 적외선 조명 및 노면상태 분류 유닛은 노변에 고정식으로 설치되거나, 프로브차량에 이동식으로 탑재될 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법은, a) 근적외선 분광측정기 및 열적외선 노면온도센서가 동일 노면 지점을 측정하는 단계; b) 상기 분광측정기가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터를 노면상태 분류 유닛이 수집하는 단계; c) 상기 분광측정기가 측정한 분광 데이터로부터 특정 파장대의 반사율을 추출하는 단계; d) 상기 특정 파장대의 반사율 비율로부터 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터를 산출하는 단계; e) 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터를 기설정된 임계값들과 각각 비교하여 노면상태를 건조 또는 적설로 1차 분류하는 단계; 및 f) 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터를 융합하여 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류하는 단계를 포함하되, 상기 a) 단계의 분광측정기가 측정한 분광 데이터는 노면상태에 따라 근적외선 영역대의 분광분포가 다르게 나타나며, 특정 파장대의 반사율 비율로부터 노면상태를 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법은, g) 상기 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류된 노면상태를 측정 위치별 측정 시각과 결합시킨 노면상태정보를 생성하여 관제센터에 무선으로 전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 e) 단계는, e-1) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터가 상기 기설정된 임계값들중 하한값보다 큰지 비교하는 단계; e-2) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터가 상기 기설정된 임계값들중 하한값을 나타내는 제1 임계값보다 작은 경우, 노면상태를 건조로 분류하는 단계; e-3) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터를 상기 제1 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 노면상태 분류 파라미터가 상기 기설정된 임계값들중 상한값을 나타내는 제2 임계값보다 작은지 비교하는 단계; e-4) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터가 상기 제2 임계값보다 큰 경우, 노면상태를 적설로 분류하는 단계; 및 e-5) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터가 상기 제2 임계값보다 작은 경우, 상기 제2 노면상태 분류 파라미터가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값보다 작은지 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 f) 단계는, f-1) 상기 제2 노면상태 분류 파라미터가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값보다 작은 경우, 상기 노면온도가 0도 이하인지 비교하는 단계; f-2) 상기 노면온도가 0도 이하인 경우, 노면상태를 결빙으로 분류하는 단계; f-3) 상기 제2 노면상태 분류 파라미터가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값보다 큰 경우, 상기 노면온도가 0도보다 높은지 비교하는 단계; 및 f-4) 상기 노면온도가 0도보다 높은 경우, 노면상태를 습윤으로 분류하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 f-1) 단계에서 상기 노면온도가 0도 이하가 아닌 경우, 및 상기 f-3) 단계에서 상기 노면온도가 0도보다 높지 않은 경우, 노면상태를 분류를 보류하고 미분류하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 편광 기반이 아닌 근적외선 파장대의 분광(Spectrum) 데이터와 열적외선 파장대의 비접촉식 노면온도센서 데이터를 이용하여 노면상태를 건조, 습윤, 적설 또는 결빙의 네 가지로 분류함으로써, 겨울철 도로교통 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 비매설형 노면상태 검지기술로서, 노변에 설치하는 고정식으로 활용하거나 차량에 부착하는 이동식으로도 활용할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 노면센서로서 매설형 센서를 예시하는 사진이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 노면 판별장치의 구성도이다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법의 동작흐름도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 노면 상태 자동검지 방법에 적용되는 편광필터가 자동제어형 편광필터인 경우를 예시하는 도면이다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 예시하며, 도 4b는 도 4a에 도시된 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량의 주행을 예시하는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 다중영상 취득장치를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템에서 영상처리모듈에 의해 노면상태를 구분하는 것을 예시하는 도면이다.
도 6은 종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템이 노변 상에 고정식으로 설치되는 것을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템의 구체적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법의 동작흐름도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법의 구체적인 동작흐름도이다.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 노면상태 분류 파라미터의 분포를 예시하는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 노면상태에 따른 적외선 분광분포 특성을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 노면 판별장치의 구성도이다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법의 동작흐름도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 노면 상태 자동검지 방법에 적용되는 편광필터가 자동제어형 편광필터인 경우를 예시하는 도면이다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 예시하며, 도 4b는 도 4a에 도시된 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량의 주행을 예시하는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 다중영상 취득장치를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템에서 영상처리모듈에 의해 노면상태를 구분하는 것을 예시하는 도면이다.
도 6은 종래의 기술에 따른 보조조명 장치를 이용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템이 노변 상에 고정식으로 설치되는 것을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템의 구체적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법의 동작흐름도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법의 구체적인 동작흐름도이다.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 노면상태 분류 파라미터의 분포를 예시하는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 노면상태에 따른 적외선 분광분포 특성을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템(100)]
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템이 노변 상에 고정식으로 설치되는 것을 예시하는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템(100)은, 분광측정기(110), 노면온도센서(120), 적외선 조명(130), 조도센서(140) 및 노면상태 분류 유닛(150)을 포함하여 구성된다.
분광측정기(110)는 특정 파장대의 근적외선으로 노면을 측정하여 분광 데이터를 생성한다. 이때, 상기 분광측정기(110)는 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선으로 노면을 측정하여 분광 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 상기 분광측정기(110)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 포토다이오드, 필터 및 렌즈로 구성되어 각 파장에 의한 적외선을 수광할 수 있도록 구성할 수 있다.
노면온도센서(120)는 상기 분광측정기(110)가 측정하는 동일 노면지점에서, 특정 파장대의 열적외선으로 노면을 측정하여 노면온도 데이터를 생성한다. 이때, 상기 노면온도센서(120)는 8~12㎛ 파장대의 열적외선으로 노면을 측정하여 노면온도 데이터를 생성할 수 있다.
조도센서(140)는 노면의 조도를 측정하고, 적외선 조명(130)은 상기 조도센서(140)에서 검출된 조도에 따라 야간이나 낮은 조도인 경우, 레이저 다이오드를 이용한 적외선 조명을 상기 분광측정기(110)에게 제공한다. 이때, 상기 적외선 조명(130)은 상기 분광측정기(110)와 동일한 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선을 사용하는 적외선 조명을 제공하는 레이저 다이오드일 수 있다.
노면상태 분류 유닛(150)은 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서(120)가 측정한 노면온도 데이터에 따라 노면상태를 분류한다. 즉, 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터는 노면상태에 따라 근적외선 영역대의 분광분포가 다르게 나타나며, 상기 노면상태 분류 유닛(150)은 상기 분광 데이터의 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 노면상태를 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템은, 노면상태에 따라 근적외선 영역대의 분광분포가 다르게 나타나는 현상에 착안하여 노면상태를 분류할 수 있고, 특히, 주간·야간, 기상상태 등에 따라 노면의 밝기 차이에 따라 달라질 수 있는 (빛) 반사율을 고려하여, 특정 파장대(1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛) 반사율 값을 이용하는 대신에 반사율 값의 비율(θ1, θ2)을 활용하여 노면상태를 분류할 수 있다.
이때, 상기 분광측정기(110), 노면온도센서(120), 적외선 조명(130) 및 노면상태 분류 유닛(150)은, 도 8에 도시된 형태로 구현되어, 노변에 고정식으로 설치되거나, 프로브차량에 이동식으로 탑재될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템의 구체적인 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템(100)은 분광측정기(110), 노면온도센서(120), 적외선 조명(130), 조도센서(140) 및 노면상태 분류 유닛(150)을 포함하고, 상기 노면상태 분류 유닛(150)은 데이터 수집부(151), 분광 데이터 반사율 추출부(152), 노면상태 분류 파라미터 산출부(153), 임계값 설정부(154), 데이터 비교부(155), 노면온도 데이터 융합부(156), 노면상태 분류부(157), 노면상태정보 생성부(158) 및 노면상태정보 전송부(159)를 포함하여 구성된다.
데이터 수집부(151)는 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터를 수집한다.
분광 데이터 반사율 추출부(152)는 상기 분광 데이터로부터 특정 파장대(1.3㎛ 1.5㎛, 1.7㎛)의 반사율(λ1, λ2, λ3)을 추출한다.
노면상태 분류 파라미터 산출부(153)는 상기 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 산출한다.
임계값 설정부(154)는 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)와 비교하기 위한 임계값들(α, β, γ)을 설정한다.
데이터 비교부(155)는 노면상태를 건조 또는 적설로 1차 분류하도록 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 기설정된 임계값들(α, β, γ)과 각각 비교하고, 상기 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류할 수 있도록 노면온도 데이터와 비교한다.
노면온도 데이터 융합부(156)는 상기 분광 데이터에 따라 노면상태를 분류할 수 없는 경우, 상기 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류할 수 있도록 노면온도 데이터를 융합한다.
노면상태 분류부(157)는 상기 데이터 비교부(155)의 비교 결과에 따라 상기 노면상태를 건조, 적설, 결빙 및 습윤 중 어느 하나로 분류한다.
노면상태정보 생성부(158)는 상기 노면상태 분류부(157)에서 분류된 노면상태와 측정 지점 및 측정 시각을 결합하여 노면상태정보를 생성하고, 노면상태정보 전송부(159)는 상기 노면상태정보 생성부(158)에서 생성된 노면상태정보를 관제센터(200)로 무선 전송한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 편광 기반이 아닌 근적외선 파장대의 분광(Spectrum) 데이터와 열적외선 파장대의 비접촉식 노면온도센서 데이터를 이용하여 노면상태를 건조, 습윤, 적설 또는 결빙의 네 가지로 분류함으로써, 겨울철 도로교통 안전성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 비매설형 노면상태 검지기술로서, 노변에 설치하는 고정식으로 활용하거나 차량에 부착하는 이동식으로도 활용할 수 있다.
[분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법의 동작흐름도이고, 도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법의 구체적인 동작흐름도이다.
도 10, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법은, 먼저, 근적외선 분광측정기(110) 및 열적외선 노면온도센서(120)가 동일 노면 지점을 측정한다(S110). 구체적으로, 상기 분광측정기(110)는 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선으로 노면을 측정하여 분광 데이터를 생성한다. 여기서, 야간이나 조도가 낮을 경우, 레이저 다이오드를 이용한 적외선 조명(130)을 상기 분광측정기(110)에게 제공하되, 상기 적외선 조명(130)은 상기 분광측정기(110)와 동일한 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선을 사용할 수 있다. 또한, 상기 노면온도센서(120)는 8~12㎛ 파장대의 열적외선으로 노면을 측정하여 노면온도 데이터를 생성한다.
다음으로, 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터를 노면상태 분류 유닛(150)이 수집한다(S120).
다음으로, 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터로부터 특정 파장대(1.3㎛ 1.5㎛ 및 1.7㎛)의 반사율(λ1, λ2, λ3)을 추출한다(S130).
다음으로, 상기 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 산출한다(S140). 즉, 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛의 특정 파장대의 반사율 데이터를 추출하여 노면상태 분류를 위한 파라미터(θ1, θ2)를 산출할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 기설정된 임계값들(α, β, γ)과 각각 비교하여 노면상태를 건조 또는 적설로 1차 분류한다(S150). 구체적으로, 도 11a를 참조하면, 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 기설정된 임계값들중 하한값(α)보다 큰지 비교하고(S151), 이후, 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 기설정된 임계값들중 하한값을 나타내는 제1 임계값(α)보다 작은 경우, 노면상태를 건조로 분류하며(S152), 이후, 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)를 상기 제1 임계값(α)보다 큰 경우, 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 기설정된 임계값들중 상한값을 나타내는 제2 임계값(β)보다 작은지 비교하고(S153), 이후, 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 제2 임계값(β)보다 큰 경우, 노면상태를 적설로 분류하며(S154), 이후, 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 제2 임계값(β)보다 작은 경우, 상기 제2 노면상태 분류 파라미터(θ2)가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값(γ)보다 작은지 비교한다(S155).
다음으로, 상기 노면온도센서(120)가 측정한 노면온도 데이터를 융합하여 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류한다(S160). 구체적으로, 도 11b를 참조하면, 상기 제2 노면상태 분류 파라미터(θ2)가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값(γ)보다 작은 경우, 상기 노면온도가 0도 이하인지 비교하고(S161), 이후, 상기 노면온도가 0도 이하인 경우, 노면상태를 결빙으로 분류하며(S162), 이후, 상기 제2 노면상태 분류 파라미터(θ2)가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값(γ)보다 큰 경우, 상기 노면온도가 0도보다 높은지 비교하고(S163), 이후, 상기 노면온도가 0도보다 높은 경우, 노면상태를 습윤으로 분류한다(S164). 또한, 상기 S161 단계에서 상기 노면온도가 0도 이하가 아닌 경우, 및 상기 S163 단계에서 상기 노면온도가 0도보다 높지 않은 경우, 노면상태를 분류를 보류하고 미분류한다(S165).
다음으로, 상기 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류된 노면상태를 측정 위치별 측정 시각과 결합시킨 노면상태정보를 생성하여 관제센터(200)에 무선으로 전송한다(S170).
이때, 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터는 노면상태에 따라 근적외선 영역대의 분광분포가 다르게 나타나며, 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 노면상태를 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류할 수 있다.
또한, 상기 분광측정기(110), 노면온도센서(120), 적외선 조명(130) 및 노면상태 분류 유닛(150)은 노변에 고정식으로 설치되거나, 프로브차량에 이동식으로 탑재될 수 있다.
한편, 도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 노면상태 분류 파라미터의 분포를 예시하는 도면들이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 노면상태에 따른 적외선 분광분포 특성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법의 경우, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 산출할 수 있고, 상기 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)에 따라 건조, 습윤, 적설 또는 결빙으로 분류할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법은, 노면상태에 따라 근적외선 영역대의 분광분포가 다르게 나타나는 현상에 착안하여 노면상태를 분류할 수 있고, 특히, 주간·야간, 기상상태 등에 따라 노면의 밝기 차이에 따라 달라질 수 있는 (빛) 반사율을 고려하여, 특정 파장대(1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛) 반사율 값을 이용하는 대신에 반사율 값의 비율(θ1, θ2)을 활용하여 노면상태를 분류할 수 있다.
구체적으로, α는, 도 12a에 도시된 바와 같이, 기설정된 임계값들중 하한값을 나타내는 제2 임계값이고, β는, 도 12a에 도시된 바와 같이, 기설정된 임계값들중 상한값을 나타내는 제2 임계값을 나타내며, 또한, γ는 도 12b에 도시된 바와 같이, 기설정된 임계값들중 제3 임계값을 나타낸다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법에서, 분광측정기(110)로 측정한 특정 파장대의 반사율(Reflectance) 데이터와 노면온도 센서 데이터를 융합하여 노면상태를 건조, 습윤, 적설 또는 결빙의 네 가지 종류로 분류할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 결빙 등 위험한 노면상태 정보를 사전에 파악함으로써, 운전자에게 정보를 제공하고, 제설제를 살포할 수 있고, 이에 따라, 교통사고를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 겨울철 결빙, 적설 등 위험한 노면상태 정보를 수집하는 용도로 활용할 수 있으며, 활용 형태는 노변에 고정식으로 설치하거나, 순찰차/제설자 등에 부착하는 이동식으로 제작하여 활용할 수 있으며, 예를 들면, 이동식으로 활용할 경우, 차량 이동에 의한 이물질 오염을 방지하기 위해 센서 보호용 튜브를 부가적으로 부착하여 활용하게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 노면상태 분류 시스템 200: 관제센터
110: 분광측정기 120: 노면온도센서
130: 적외선 조명 140: 조도센서
150: 노면상태 분류 유닛
151: 데이터 수집부 152: 분광 데이터 반사율 추출부
153: 노면상태 분류 파라미터 산출부 154: 임계값 설정부
155: 데이터 비교부 156: 노면온도 데이터 융합부
157: 노면상태 분류부 158: 노면상태정보 생성부
159: 노면상태정보 전송부
110: 분광측정기 120: 노면온도센서
130: 적외선 조명 140: 조도센서
150: 노면상태 분류 유닛
151: 데이터 수집부 152: 분광 데이터 반사율 추출부
153: 노면상태 분류 파라미터 산출부 154: 임계값 설정부
155: 데이터 비교부 156: 노면온도 데이터 융합부
157: 노면상태 분류부 158: 노면상태정보 생성부
159: 노면상태정보 전송부
Claims (17)
- 특정 파장대의 근적외선으로 노면을 측정하여 분광 데이터를 생성하는 분광측정기(110);
상기 분광측정기(110)가 측정하는 동일 노면지점에서, 특정 파장대의 열적외선으로 노면을 측정하여 노면온도 데이터를 생성하는 노면온도센서(120); 및
상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서(120)가 측정한 노면온도 데이터에 따라 노면상태를 분류하는 노면상태 분류 유닛(150)을 포함하되,
상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터는 노면상태에 따라 근적외선 영역대의 분광분포가 다르게 나타나며, 상기 노면상태 분류 유닛(150)은 상기 분광 데이터의 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 노면상태를 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류하며,
상기 노면상태 분류 유닛(150)은, 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터를 수집하는 데이터 수집부(151); 상기 분광 데이터로부터 특정 파장대(1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛)의 반사율(λ1, λ2, λ3)을 추출하는 분광 데이터 반사율 추출부(152); 상기 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 산출하는 노면상태 분류 파라미터 산출부(153); 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)와 비교하기 위한 임계값들(α, β, γ)을 설정하는 임계값 설정부(154); 노면상태를 건조 또는 적설로 1차 분류하도록 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 기설정된 임계값들(α, β, γ)과 각각 비교하고, 상기 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류할 수 있도록 노면온도 데이터와 비교하는 데이터 비교부(155); 상기 분광 데이터에 따라 노면상태를 분류할 수 없는 경우, 상기 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류할 수 있도록 노면온도 데이터를 융합하는 노면온도 데이터 융합부(156); 및 상기 데이터 비교부(155)의 비교 결과에 따라 상기 노면상태를 건조, 적설, 결빙 및 습윤 중 어느 하나로 분류하는 노면상태 분류부(157)를 포함하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 분광측정기(110)는 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선으로 노면을 측정하여 분광 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템. - 제2항에 있어서,
노면의 조도를 측정하는 조도센서(140); 및
상기 조도센서(140)에서 검출된 조도에 따라 야간이나 낮은 조도인 경우, 레이저 다이오드를 이용한 적외선 조명을 상기 분광측정기(110)에게 제공하는 적외선 조명(130)을 추가로 포함하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 적외선 조명(130)은 상기 분광측정기(110)와 동일한 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선을 사용하는 적외선 조명을 제공하는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 노면온도센서(120)는 8~12㎛ 파장대의 열적외선으로 노면을 측정하여 노면온도 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 노면상태 분류 유닛(150)은,
상기 노면상태 분류부(157)에서 분류된 노면상태와 측정 지점 및 측정 시각을 결합하여 노면상태정보를 생성하는 노면상태정보 생성부(158); 및
상기 노면상태정보 생성부(158)에서 생성된 노면상태정보를 관제센터(200)로 무선 전송하는 노면상태정보 전송부(159)를 추가로 포함하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 분광측정기(110), 노면온도센서(120), 적외선 조명(130) 및 노면상태 분류 유닛(150)은 노변에 고정식으로 설치되거나, 프로브차량에 이동식으로 탑재되는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 시스템. - a) 근적외선 분광측정기(110) 및 열적외선 노면온도센서(120)가 동일 노면 지점을 측정하는 단계;
b) 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터 및 상기 노면온도센서가 측정한 노면온도 데이터를 노면상태 분류 유닛(150)이 수집하는 단계;
c) 상기 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터로부터 특정 파장대(1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛)의 반사율(λ1, λ2, λ3)을 추출하는 단계;
d) 상기 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 산출하는 단계;
e) 상기 제1 및 제2 노면상태 분류 파라미터(θ1, θ2)를 기설정된 임계값들(α, β, γ)과 각각 비교하여 노면상태를 건조 또는 적설로 1차 분류하는 단계; 및
f) 상기 노면온도센서(120)가 측정한 노면온도 데이터를 융합하여 노면상태를 결빙 또는 습윤으로 2차 분류하는 단계를 포함하되,
상기 a) 단계의 분광측정기(110)가 측정한 분광 데이터는 노면상태에 따라 근적외선 영역대의 분광분포가 다르게 나타나며, 특정 파장대의 반사율 비율(λ1/λ2, λ1/λ3)로부터 노면상태를 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류하는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법. - 제9항에 있어서,
g) 상기 건조, 적설, 결빙 또는 습윤 중 어느 하나로 분류된 노면상태를 측정 위치별 측정 시각과 결합시킨 노면상태정보를 생성하여 관제센터(200)에 무선으로 전송하는 단계를 추가로 포함하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법. - 제9항에 있어서,
상기 a) 단계의 분광측정기(110)는 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선으로 노면을 측정하여 분광 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법. - 제11항에 있어서,
상기 a) 단계에서, 야간이나 조도가 낮을 경우, 레이저 다이오드를 이용한 적외선 조명(130)을 상기 분광측정기(110)에게 제공하되, 상기 적외선 조명(130)은 상기 분광측정기(110)와 동일한 1.3㎛, 1.5㎛ 및 1.7㎛ 파장대의 근적외선을 사용하는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법. - 제9항에 있어서,
상기 a) 단계의 노면온도센서(120)는 8~12㎛ 파장대의 열적외선으로 노면을 측정하여 노면온도 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법. - 제9항에 있어서, 상기 e) 단계는,
e-1) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 기설정된 임계값들중 하한값(α)보다 큰지 비교하는 단계;
e-2) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 기설정된 임계값들중 하한값을 나타내는 제1 임계값(α)보다 작은 경우, 노면상태를 건조로 분류하는 단계;
e-3) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)를 상기 제1 임계값(α)보다 큰 경우, 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 기설정된 임계값들중 상한값을 나타내는 제2 임계값(β)보다 작은지 비교하는 단계;
e-4) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 제2 임계값(β)보다 큰 경우, 노면상태를 적설로 분류하는 단계; 및
e-5) 상기 제1 노면상태 분류 파라미터(θ1)가 상기 제2 임계값(β)보다 작은 경우, 상기 제2 노면상태 분류 파라미터(θ2)가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값(γ)보다 작은지 비교하는 단계를 포함하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법. - 제14항에 있어서, 상기 f) 단계는,
f-1) 상기 제2 노면상태 분류 파라미터(θ2)가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값(γ)보다 작은 경우, 상기 노면온도가 0도 이하인지 비교하는 단계;
f-2) 상기 노면온도가 0도 이하인 경우, 노면상태를 결빙으로 분류하는 단계;
f-3) 상기 제2 노면상태 분류 파라미터(θ2)가 상기 기설정된 임계값들중 제3 임계값(γ)보다 큰 경우, 상기 노면온도가 0도보다 높은지 비교하는 단계; 및
f-4) 상기 노면온도가 0도보다 높은 경우, 노면상태를 습윤으로 분류하는 단계를 포함하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법. - 제15항에 있어서,
상기 f-1) 단계에서 상기 노면온도가 0도 이하가 아닌 경우, 및 상기 f-3) 단계에서 상기 노면온도가 0도보다 높지 않은 경우, 노면상태를 분류를 보류하고 미분류하는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법. - 제12항에 있어서,
상기 분광측정기(110), 노면온도센서(120), 적외선 조명(130) 및 노면상태 분류 유닛(150)은 노변에 고정식으로 설치되거나, 프로브차량에 이동식으로 탑재되는 것을 특징으로 하는 분광 데이터와 노면온도센서 데이터를 이용한 노면상태 분류 방법.
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