KR102479392B1 - 차량용 블랙아이스 감지시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 블랙아이스 감지시스템은, 차량에 설치되어 노면상황을 레이저로 감지하는 라이다모듈; 상기 라이다모듈을 제어하며 상기 라이다모듈에서 감지한 데이터를 분석하여 블랙아이스 유무를 결정하는 제어부; 상기 제어부의 블랙아이스 관련 정보를 외부로 송수신하기 위한 V2X통신모듈;을 포함할 수 있다.

Description

차량용 블랙아이스 감지시스템{THE BLACK ICE DETECTING SYSTEM FOR VEHICLES}
본 발명은 차량용 블랙아이스 감지시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 차량에 설치되며 라이다모듈을 이용하여 블랙아이스를 감지하는 시스템에 관한 것이다.
블랙아이스는 도로 표면에 코팅한 것처럼 얇은 얼음막이 생기는 현상을 말한다. 아스팔트 표면의 틈 사이로 눈과 습기가 공기 중의 매연, 먼지와 뒤엉켜 스며든 뒤 검게 얼어붙는 현상을 포함한다. 추운 겨울에 다리 위, 터널의 출입구, 그늘진 도로, 산모퉁이 음지 등 그늘지고 온도가 낮은 곳에 주로 생긴다. 블랙아이스는 도로나 다른 교통 수단의 표면에서 눈으로 보기 힘든 고르지 않은 얼음으로 치명적인 운전 위험이다. 투명하기 때문에 때때로 얼음 아래의 검은 포장 도로 표면이 선명하게 보인다. 도로의 눈이 녹았다가 밤사이 기온이 하강하여 다시 얼어붙은 이른 아침에 널리 퍼져있다. 비 때문에 미끄러운 도로가 밤새 얼어 생길 수도 있다.
라이다(Light Detection And Ranging, LiDAR)는 레이저 레이다라고도 불리기도 한다. 라이다는 레이저 광선을 발사하여 어떤 표면에 맞은 후 반사되는 빛을 감지한다. 이 빛의 돌아오는 시간이나 파장을 분석하여 주변을 탐색할 수 있는 장치이다.
한국 등록특허 제 1961776 호(2019년 7월 17일 공고)에 라인 스캐닝 도로 노면 기상 상태 측정 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이 장치는 도로 노면을 향해 직선으로 스캐닝하면서 펄스 레이저를 발사하고 후방으로 산란되어 되돌아온 펄스 레이저를 렌즈로 수신하고 분석하여 블랙아이스 생성 여부 및 도로의 습도를 측정할 수 있도록 구성되었다.
차량용 블랙아이스 감지시스템을 이용하여, 차량 운전자가 노면 상 블랙아이스 유무를 바로 확인할 수 있도록 하고 더 나아가 다른 차량에게도 통신망을 통해 알릴 수 있다. 도로 상의 차량들이 움직이는 교통정보 제공자 및 수혜자가 될 수 있다. 블랙아이스 감지시스템을 도로에 별도로 고정 설치하지 않고도 광범위한 노면정보를 얻어 블랙아이스에 의한 사고를 간단한 방법으로 예방하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 블랙아이스 감지시스템은, 차량에 설치되어 노면을 레이저로 감지하는 라이다모듈; 상기 라이다모듈을 제어하며 상기 라이다모듈에서 감지한 데이터를 분석하여 블랙아이스 유무를 결정하는 제어부; 상기 제어부의 블랙아이스 관련 정보를 외부로 송수신하기 위한 V2X통신모듈;을 포함할 수 있다.
상기 라이다모듈은, 노면에 적외선레이저를 발사하는 레이저광원인 발광부;상기 레이저광원이 발사한 적외선레이저가 노면에 난반사되면서 발생하는 반사광의 강도를 감지하기 위한 감지부;를 포함할 수 있다.
상기 발광부는 복수의 파장이 다른 적외선레이저를 순차적으로 발사하며, 상기 감지부는 상기 복수의 적외선레이저 각각을 별도로 탐지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 발광부가 단위시간별로 파장이 긴 원적외선, 중간인 중적외선, 짧은 근적외선을 순차적으로 발사하도록 제어하며, 상기 감지부는 원적외선, 중적외선, 근적외선 각각에 대응하는 제1감지부, 제2감지부, 제3감지부, 상기 제1감지부에 유입되는 광을 필터링하는 제1광학필터; 상기 제2감지부에 유입되는 광을 필터링하는 제2광학필터; 상기 제3감지부에 유입되는 광을 필터링하는 제3광학필터;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 기설정된 기준값보다 상기 근적외선 반사광강도가 낮고, 상기 근적외선 반사광강도보다 상기 중적외선 반사광강도가 낮고, 상기 중적외선 반사광강도보다 상기 원적외선 반사광강도가 낮은 경우, 블랙아이스가 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 라이다모듈은, 차량의 전방에 노면을 향하도록 설치되며, 상기 발광부는 파장가변레이저시스템이며, 상기 감지부는 상기 발광부에서 발사하는 복수의 레이저에 대응될 수 있도록 복수개가 설치될 수 있다.
상기 발광부는 복수의 파장이 다른 적외선레이저를 순차적으로 발사하며, 상기 제어부는 상기 감지부에서 감지한 반사광 강도 신호를 발사한 적외선레이저의 파장별로 필터링하고, 파장별 강도의 순서에 따라 블랙아이스 형성 여부를 판단할 수 있다.
본 발명에 따르면, 운행중인 자동차로부터 실시간으로 노면의 블랙아이스를 감지할 수 있다. 이 정보를 외부 ITS시스템과 공유하여 사고를 예방할 수 있으며, 복수의 적외선을 발사하는 레이저를 활용해 노면상황을 정확하게 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템이 설치된 차량을 보인 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템을 개념화한 블럭도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템의 라이다모듈을 개념화한 블럭도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템의 라이다모듈에서 발사하는 레이저의 파장을 시간에 따라 나타낸 그래프,
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템의 라이다모듈에서 수신한 반사광의 강도를 노면 상태에 따라 파장별로 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
한편, 제1 또는 제2등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템이 설치된 차량을 보인 개념도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템을 개념화한 블럭도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템의 라이다모듈을 개념화한 블럭도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템의 라이다모듈에서 발사하는 레이저의 파장을 시간에 따라 나타낸 그래프, 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템의 라이다모듈에서 수신한 반사광의 강도를 노면 상태에 따라 파장별로 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 라이다모듈(3)을 포함할 수 있다. 이 라이다모듈(3)은 자동차의 전방 하측에 노면을 향하도록 설치될 수 있다. 라이다모듈(3)은 발광부(32, 레이저 광원) 하나와 3개의 감지부(34, 35, 36)를 가질 수 있다. 발광부(32)는 세개의 다른 파장을 가진 적외선 레이저를 순차적 반복적으로 발사할 수 있도록 구성될 수 있다. 발사된 레이저는 도로면을 맞고 난반사되며, 이 난반사된 광이 감지부(34, 35, 36)에 포착될 수 있다. 감지부(34, 35, 36)는 총 3개가 설치되므로 레이저 광원에서 발사하는 세개의 다른 레이저에 대응할 수 있다. 노면에 블랙아이스가 형성된 경우, 물이 있는 경우, 눈이 쌓인 경우에 따라 반사되는 레이저의 광량이 파장에 따라 다르게 포착될 수 있다. 이를 이용해 노면 상태를 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 라이다모듈(3), 제어부(5), V2X통신모듈(7)을 포함할 수 있다. 이들은 차량 내부에 설치될 수 있다. 라이다모듈(3)은 전술한 바와 같이 차량 전방에 설치될 수 있으며, 레이저를 노면에 발사한 후 반사되는 광을 감지한다. 반사광의 강도신호는 제어부(5)에 의해 분석될 수 있다. 세가지 반사광의 강도신호를 이용해 노면 상태가 분석될 수 있으며, 특히 노면에 블랙아이스가 형성되었는지 여부를 감지할 수 있다. 노면에 블랙아이스가 감지되면 V2X통신모듈(7)이 유무선 통신망을 통해 이 정보를 외부로 전달할 수 있다. 자동차 외부의 ITS시스템(9)은 특정 자동차에 설치된 블랙아이스 감지시스템으로부터 블랙아이스 관련 정보를 전달받아 분석할 수 있으며, 그 주변을 지나는 다른 자동차에게 경고할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블랙아이스 감지시스템의 라이다모듈(3)을 개념화한 블록도이다. 라이다모듈(3)은 발광부(32)와 감지부(34, 35, 36)를 포함한다. 발광부(32)는 전술한 바와 같이 파장가변레이저시스템을 채용하여 여러 파장의 적외선 레이저를 발사할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 이 발광부(32)에서 발사되는 레이저는 근적외선(NIR), 중적외선(MIR), 원적외선(FIR)의 세가지이다. 근적외선은 예를 들어, 1310nm의 파장을 가질 수 있으며, 중적외선은 1430nm, 원적외선은 1550nm의 파장을 가질 수 있다. 통상적으로 0.76 ~ 1.5미크론의 파장대를 근적외선, 1.5 ~ 5.6미크론의 파장대를 중적외선, 5.6 ~ 1,000미크론의 파장대를 원적외선으로 부르나, 여기에서는 정해진 대역을 칭하는 것이 아니고, 라이다모듈에서 발사하는 적외선 레이저의 파장 순서에 따라 상대적으로 파장이 길면 원적외선, 짧으면 근적외선이라고 칭하기로 한다.
발광부(32)는 이러한 3개의 레이저를 하나의 발광부(32)로 발사할 수 있도록 구성할 수 있다. 도 4의 표에 도시된 바와 같이 단위시간 (t1, t2, t3..) 하나 당 3개의 레이저를 파장이 긴 것부터 짧은 것으로 순차적으로 동일 시간간격으로 발사할 수 있다. 이렇게 단위시간 하나 당 세개의 광을 발사하고, 이 세개의 광의 반사광을 이용해 노면상황을 분석한다.
감지부(34, 35, 36)는 제1감지부(34), 제2감지부(35), 제3감지부(36)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 파장별로 3개의 감지부(34, 35, 36)를 둘 수도 있고, 하나의 감지부로 3개의 광을 모두 감지하도록 구성할 수도 있다. 각각의 감지부(34, 35, 36)에 대응하여 제1광학필터(37), 제2광학필터(38), 제3광학필터(39)를 포함할 수 있다. 각 광학필터(37, 38, 39)는 라이다모듈(3)로 들어온 반사광 중 특정 파장대를 가진 광만 통과시켜 대응되는 감지부(34, 35, 36)에 들어가도록 구성될 수 있다. 즉, 예를 들어, 1550nm 부근의 광만 제1광학필터(37)를 통과하여 제1감지부(34)에 진입할 수 있다. 제1감지부(34)는 이 특정 파장대의 반사광을 감지하여 그 강도값의 데이터를 제어부(5)로 전달할 수 있다.
물리적인 광학필터를 활용하여 반사광을 파장별로 감지할 수도 있고 감지부에 들어온 반사광을 모두 데이터로 전환한 후 이 아날로그 또는 디지털 신호를 갖고 파장별로 필터링하는 방식을 활용할 수도 있다. 물리적인 필터를 활용하지 않는다면 굳이 3개의 감지부(34, 35, 36)와 3개의 필터(37, 38, 39)로 감지부를 구성하지 않을 수도 있다. 물리적인 광학필터를 활용할지 아날로그 신호필터 또는 데이터 처리로 파장별로 감지하는 구성을 선택할 지는 블랙아이스 감지시스템이 설치되는 환경에 따라 고려될 수 있다. 또한, 라이다모듈(3)에 별도의 라이다모듈제어부(31)를 둘 수도 있고, 제어부(5)가 감지부(34, 35, 36)를 직접 제어하도록 구성할 수도 있다.
하나의 단위시간 내에 측정된 파장별 반사광의 강도는 제어부(5)에서 비교될 수 있다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 일정 기준값 이하로 근적외선, 중적외선, 원적외선 순서로 낮은 반사광 강도가 나타날 경우 노면에 블랙아이스가 형성된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 일반적으로 노면에 물이 젖어있는 경우 도 5 (b)에 도시된 바와 같이, 근적외선, 원적외선, 중적외선 순서대로 낮은 반사광 강도를 나타낸다. 도 5 (c)에 도시된 바와 같이 노면에 눈이 쌓여 있는 경우 반사광의 강도는 (a)의 블랙아이스와 같이 근적외선, 중적외선, 원적외선 순서대로 나타나지만 모두 또는 하나 이상은 기준값을 초과하는 강도를 나타낸다. 반사광 강도 측정방법, 데이터후처리방법, 라이다모듈(3)과 노면 사이의 거리 등 구체적인 지오메트리에 따라 기준값은 시스템마다 달리하여 설정될 수 있다. 반복되는 실험에 의해 블랙아이스와 눈 사이를 구분하는 기준값을 얻을 수 있을 것이다.
이렇게 파장이 다른 적외선 레이저를 단위시간 내에 순차적으로 발사하고, 반사되는 반사광의 강도를 파장별로 그리고 기준값과 비교하여 '기준값 > 근적외선 > 중적외선 > 원적외선' 의 조건과 맞으면 노면에 블랙아이스가 형성된 것으로 판단될 수 있다. 블랙아이스 조건을 만족하는 단위시간 샘플이 일정기간 이상 지속될 경우 노면에 블랙아이스가 형성된 것으로 제어부(5)가 판정할 수 있다. 이 정보를 주변의 다른 차량 또는 관제국 등과 공유하면 다른 차량들이 미리 주의를 하거나 또는 교통을 통제하거나 하는 조치를 취할 수 있다.
블랙아이스 감지시스템이 자동차에 설치되고 여기에서 얻은 정보가 다른 시스템에서 공유되므로, 도로에 감지시스템 관련 시설을 설치하지 않고도 광범위한 도로를 커버하여 실시간으로 정보를 얻을 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
3; 라이다모듈 5; 제어부
7; V2X 통신모듈 9; ITS시스템
32; 발광부 34; 제1감지부
35; 제2감지부 36; 제3감지부
37; 제1광학필터 38; 제2광학필터
39; 제3광학필터

Claims (7)

  1. 차량에 설치되어 노면상황을 레이저로 감지하는 라이다모듈;
    상기 라이다모듈을 제어하며 상기 라이다모듈에서 감지한 데이터를 분석하여 블랙아이스 유무를 결정하는 제어부;
    상기 제어부의 블랙아이스 관련 정보를 외부로 송수신하기 위한 V2X통신모듈;을 포함하며,
    상기 라이다모듈은,
    노면에 복수의 파장이 다른 적외선레이저를 순차적으로 발사할 수 있는 레이저광원인 발광부;
    상기 레이저광원이 발사한 적외선레이저가 노면에 반사되면서 발생하는 반사광의 강도를 감지하기 위해 상기 복수의 적외선레이저 각각을 별도로 탐지할 수 있도록 복수개가 설치되는 감지부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 발광부가 단위시간별로 파장이 긴 원적외선, 중간인 중적외선, 짧은 근적외선을 순차적으로 발사하도록 상기 발광부를 제어하며,
    상기 감지부는,
    상기 원적외선, 상기 중적외선, 상기 근적외선 각각에 대응하는 제1감지부, 제2감지부, 제3감지부를 포함하며,
    상기 제1감지부에 유입되는 광을 필터링하는 제1광학필터;
    상기 제2감지부에 유입되는 광을 필터링하는 제2광학필터;
    상기 제3감지부에 유입되는 광을 필터링하는 제3광학필터;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    기설정된 기준값보다 상기 근적외선 반사광강도가 낮고,
    상기 근적외선 반사광강도보다 상기 중적외선 반사광강도가 낮고,
    상기 중적외선 반사광강도보다 상기 원적외선 반사광강도가 낮은 경우,
    블랙아이스가 있는 것으로 판단하고,
    상기 기설정된 기준값보다 상기 원적외선 반사광강도가 높고,
    상기 원적외선 반사광강도보다 상기 중적외선 반사광강도가 높고,
    상기 중적외선 반사광강도보다 상기 근적외선 반사광강도가 높은 경우,
    노면에 눈이 있는 것으로 판단하고,
    상기 중적외선 반사광강도보다 상기 원적외선 반사광강도가 높고,
    상기 원적외선 반사광강도보다 상기 근적외선 반사광강도가 높은 경우,
    물이 있는 것으로 판단하는 차량용 블랙아이스 감지시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 근적외선은 1310nm의 파장을 가지며,
    상기 중적외선은 1430nm의 파장을 가지며,
    상기 원적외선은 1550nm의 파장을 가지는 차량용 블랙아이스 감지시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는
    일정 단위 시간 동안 순차적으로
    원적외선, 중적외선, 근적외선의 순으로 레이저를 발사하고,
    상기 제어부는 상기 단위 시간 동안 상기 제1감지부, 제2감지부, 제3감지부에서 감지한 광도 데이터를 이용하여 노면의 상태를 파악할 수 있는 차량용 블랙아이스 감지시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 라이다모듈은,
    차량의 전방에 노면을 향하도록 설치되며,
    상기 발광부는 파장가변레이저시스템인 차량용 블랙아이스 감지시스템.
  7. 삭제
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