KR102508910B1 - 사각지대 안전알림시스템 - Google Patents

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KR102508910B1
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박찬희
박병섭
송보라
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주식회사 아이삭
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Abstract

본 발명은 사각지대 안전알림시스템에 관한 것으로, 도로(이면도로 교차로 등)에 설치되어 이동수단(자동차, 이륜차, 킥보드 등), 보행자 등의 측정대상에 대한 위치, 거리, 속도 등을 검출하여 측정대상의 위치에서 확인할 수 없는 사각지대의 타 측정대상에 대한 정보를 디스플레이를 통해 표시함으로써, 보행자 및 운전자의 사고를 방지할 수 있다.

Description

사각지대 안전알림시스템{THE SAFETY ALARM SYSTEM FOR BLIND SPOT}
본 발명은 사각지대 안전알림시스템에 관한 것으로, 도로(이면도로 교차로 등)에 설치되어 이동수단(자동차, 이륜차, 킥보드 등), 보행자 등의 측정대상에 대한 위치, 거리, 속도 등을 검출하여 측정대상의 위치에서 확인할 수 없는 사각지대의 타 측정대상에 대한 정보를 디스플레이를 통해 표시함으로써, 보행자 및 운전자의 사고를 방지할 수 있는 사각지대 안전알림시스템에 관한 것이다.
종래에는 사각지대 사고 위험 방지를 하기 위해, 교차로 등에 도로반사경을 설치하였다. 하지만, 종래의 도로반사경은 캄캄한 밤이나 눈, 비가 쏟아지는 악천후, 가로등도 없는 시골길 등에서는 환경 제약 조건으로 인한 성능 저하로 본래의 역할을 할 수 없었다.
또한, 맑은 날에도 반사경에 비치는 영상이 왜곡되어 물체 인식 및 거리 판단이 어렵고, 물체가 멀수록 크기가 급격히 작아져 물체 식별이 불가해 이를 판단하는 사람의 시선을 뺏는 악영향이 있다. 또한, 시간의 흐름에 따른 표면 흐려짐, 찍힘, 틀어짐 등에 의한 유지 보수 비용 또한 적지 않다.
또 다른 방법으로, 차량에 안전운전시스템을 적용하는 경우가 있으나, 안전운전시스템이 구축되어 있다하더라도 차량마다 성능이 다르며, 물체 탐지 각도 및 거리, 눈, 비와 같은 악천후, 캄캄한 밤과 같은 환경에 대한 제약으로 인해 사각지대 사고 위험 경보의 사용상 제약이 존재한다.
또 다른 방법으로, 영상인식 시스템을 이용하는 경우가 있으나, 눈, 비와 같은 악천후에 사용이 불가하며, 캄캄한 밤과 같은 조도의 영향에 의한 인식률 저하 등 환경의 영향을 많이 받는다. 또한, 물체의 속도 측정이 불가하고, 정확한 거리를 확인할 수 없어 위험 정도의 구분이 불가하다.
또한, 종래의 영상인식 시스템은 최대 탐지 범위가 짧고, 검출반경이 레이더 대비 상대적으로 적다. 또한, 영상 처리를 위해서는 고사양 시스템이 필요하기 때문에 고가의 비용이 필요하다.
또 다른 방법으로는, 레이더를 이용한 물체 검출 시스템이 있다. 종래의 레이더를 이용한 물체 검출 시스템은 레이더의 특성을 그대로 가지고 있으나, 1Rx, 1Tx 방식을 사용하기 때문에 거리 또는 속도를 탐지 할 수 없어 위험 정도의 구분이 어렵다. 또한, 방위각 탐지가 어려워 수평방향으로 도로를 횡단하는 사람의 검출이 어렵다.
방위각을 탐지할 수 없기 때문에 검출 영역을 제한하기 어려워, 움직이는 나무나 물체가 탐지범위내 존재하는 경우 오탐지 발생이 많으며, 인접한 도로 등 설치의 제약이 발생한다.
또한, 태풍, 지진, 사고 등의 환경요인에 의해 레이더가 기울어지거나 흔들림이 발생하는 경우 동작이 불가능하거나 정확한 대상 검출이 어렵다는 문제가 있고, 이를 확인하는데 어려움이 있었다.
본 발명은 상술한 기술적 문제에 대응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 도로(이면도로 교차로 등)에 설치되어 이동수단(자동차, 이륜차, 킥보드 등), 보행자 등의 측정대상에 대한 위치, 거리, 속도 등을 검출하여 측정대상의 위치에서 확인할 수 없는 사각지대의 타 측정대상에 대한 정보를 디스플레이를 통해 표시함으로써 사고를 방지할 수 있는 사각지대 안전알림시스템을 제공하는데 있다.
특히, 본 발명은 레이더의 기울어짐, 흔들림 등의 발생시 동작여부를 판단하고, 동작가능시 이동평균필터를 이용하여 측정 오차를 최소화할 수 있는 사각지대 안전알림시스템을 제공하는데 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 사각지대 안전 알림시스템은, 사각지대가 형성된 도로에서, 서로 다른 방향의 도로를 향해 설치되는 복수 개의 레이더, 복수 개의 발광소자를 구비하고 각 레이더의 사각지대를 향해 배치되는 복수 개의 디스플레이 및 각 레이더에서 검출한 적어도 하나의 측정대상에 대한 레이더정보를 수신하여 매칭되는 디스플레이의 발광소자 점등을 제어하는 제어모듈을 포함할 수 있다.
또한, 각각의 레이더는, 레이더 신호를 송수신하는 레이더부, 레이더신호를 이용하여 측정된 측정대상에 대한 레이더정보를 검출하는 제어부 및 자세감지를 위한 센서부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 과거 센싱된 센서값과 실시간 센싱되는 현재 센싱데이터의 이동평균을 적용하여 보정된 센서값을 상기 제어부로 전송하고, 상기 제어부는, 보정된 센서값에 기반하여 상기 측정대상에 대한 레이더정보를 보정할 수 있다.
또한, 상기 레이더정보는, 해당 레이더에서 측정한 측정대상에 대한 위치, 거리, 속도를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 각 센서의 설치위치에 따른 3축 방향축(x,y,z)을 기준으로 자세를 센싱하는 가속도 센서 및 자이로 센서를 포함할 수 있다.
이때, 상기 센서부는, 상기 가속도 센서의 각 축방향(x,y,z)으로 실시간 센싱한 가속도 값(ax, ay, az)과, 실시간 센싱한 가속도 값을 포함하는 기설정 구간동안 센싱된 과거 가속도 값들의 평균 가속도 값(averAcX, averAcY, averAcZ) 간의 차가 임계치보다 큰 경우 흔들림이 있는 것으로 판단하는 흔들림 판단부 및 상기 자이로 센서를 이용하여 팬값을 산출하고, 이동평균필터를 적용하여 상기 팬값을 보정하는 센서값 보정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 이동평균필터를 적용하여 틸트값을 산출하되, 기울어진 정도가 설치각도에서 5도 이상 틀어진 경우, 해당 레이더가 정상동작 불가상태인 것으로 판단하는 동작가능 여부 판단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서값 보정부는, 파워 온시,
상기 가속도 센서에서 기설정값 보다 작은 센싱값이 연속 센싱되면 안정된 상태로 판단하여, 연속 센싱된 센싱값들의 평균을 상기 가속도 센서의 고유노이즈로 설정하여 상기 가속도 센서의 센싱값을 보정하고,
상기 자이로 센서에서 기설정 시간동안 센싱된 센싱값들을 평균한 초기 고유노이즈를 기준으로 상기 자이로 센서의 센싱값을 보정할 수 있다.
또한, 상기 센서값 보정부는, 레이더의 동작 중 일정시간 흔들림없는 구간의 센싱값들의 평균값을 동작 중 고유노이즈로 판단하여, 상기 자이로 센서의 센싱값을 보정할 수 있다.
또한, 상기 센서값 보정부에서 보정된 전단의 최종 센서 출력값과 상기 자이로 센서에서 실시간 센싱한 센서값이 기설정값 이상 차이나면, 상기 실시간 센서값에 적용할 이동평균필터의 가중치의 값을 보정하는 가중치 보정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가중치 보정부는, 상기 전단 최종 센서 출력값과 실시간 센서값의 차이값에 1/2을 곱하여 가중치 보정값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은, 제1레이더에 의해 검출된 제1 측정대상의 정면에 설치된 제1디스플레이에 구비된 일련의 발광소자들을, 상기 제1레이더의 위치에 대해 사각지대에서 검출된 타 측정대상의 이동방향 및 속도에 대응되게 순차적으로 점등 속도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은, 상기 측정대상의 미검출시 디스플레이를 오프시키고, 상기 레이더가 정상동작 불가상태로 판단된 경우 디스플레이의 발광소자를 점멸제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 본 발명의 사각지대 안전알림시스템은 도로(이면도로 교차로 등)에 설치되어 이동수단(자동차, 이륜차, 킥보드 등), 보행자 등의 측정대상에 대한 위치, 속도 등을 검출하여, 측정대상의 위치에서 확인할 수 없는 사각지대의 타 측정대상에 대한 정보를 디스플레이를 통해 표시함으로써, 운전자 및 보행자의 사각지대 사고발생을 미연에 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 사각지대 안전알림시스템은 태풍, 지진, 사고 등의 환경요인으로 인해 레이더의 기울어짐, 흔들림 등의 발생시 자세센서를 이용하여 정상동작여부를 판단하고, 정상동작 가능시 이동평균필터를 이용하여 레이더의 팬/틸트 측정오차를 감소시킴으로써 이동대상의 위치 및 속도를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 흔들림 보정시 센서(가속도센서)의 전단 최종 센서출력값(가속도값)과 실시간 센싱된 실제값(가속도값)이 기설정값 이상 차이나는 경우 이동평균필터의 가중치를 조절하여 추종속도가 느려지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 사각지대의 타 측정대상의 위치 및 속도를 기반으로, 기준 측정대상의 정면에 설치된 디스플레이에 구비된 일련의 발광소자(LED 등)들을 타 측정대상의 이동방향 및 속도에 대응되게 순차적으로 점등시켜 표시함으로써, 운전자 및 보행자가 자신의 위치에서 사각지대에 위치한 타 측정대상의 움직임을 인지할 수 있다.
또한, 레이더의 위치 이탈, 심한 흔들림 등으로 인해 정상 동작이 불가능한 경우, 디스플레이의 발광소자들을 점멸시켜 동작불가상태를 경보함으로써 점검을 유도할 수 있다.
또한, 수집된 측정대상 중 자동차의 레이더 검출정보(위치, 이동방향 및 속도 정보 등) 등을 교통환경정보로 활용할 수 있다.
발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 사각지대 안전알림시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 2는 도 1의 이면도로에 설치된 사각지대 안전알림시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 사각지대 안전알림시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 도로별 시점을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 레이더의 개략적인 구성을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 6은 도 2의 레이더의 송수신 첩(chirp)에 대한 주파수-시간 그래프이다.
도 7은 도 2의 레이더의 측정대상 검출부의 측정대상 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2의 센서부의 개략적이 구성을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 9는 도 2의 레이더의 센서부의 방향축을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사각지대 안전알림방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 제1, 제2 등과 같은 서수식 표현은 서로 동등하고 독립된 객체를 설명하기 위한 것이며, 그 순서에 주(main)/부(sub) 또는 주(master)/종(slave)의 의미는 없는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 발명의 사각지대 안전알림시스템은 영상처리의 장점(방위각 인식 등)과 일반레이더 방식(거리, 속도, 환경영향, 탐지범위 등)의 장점을 조합한 시스템으로, 저가이면서 활용성이 높은 시스템이다.
본 발명의 사각지대 안전알림시스템은 이면도로, 교차로, 스쿨 존, 언덕 길 등의 사각지대가 발생되는 도로에서 보행자 및 이동수단을 이용하는 운전자에게 전방에 보이는 디스플레본 발명의 사각지대 안전알림시스템은 영상처리의 장점(방위각 인식 등)과 일반레이더 방식(거리, 속도, 환경영향, 탐지범위 등)의 장점을 조합한 시스템으로, 저가이면서 활용성이 높은 시스템이다.
본 발명의 사각지대 안전알림시스템은 이면도로, 교차로, 스쿨 존, 언덕 길 등의 사각지대가 발생되는 도로에서 보행자 및 이동수단을 이용하는 운전자 사각지대내 측정대상(보행자, 이동수단 등)에 대한 거리 및 속도 등을 발광소자(LED 등) 점등을 통해 알림할 수 있다.
여기서, 이면도로는 보도와 차도가 명확히 구분되지 않는 좁은 도로, 중앙선이 없고 차량의 진행방향이 일정하게 정해져 있지 않은 도로로, 주택가의 골목길이나 상가 구역의 큰길과 연결된 작은 도로, 농촌 길 등의 폭 9m 미만의 도로가 해당된다. 본 발명의 사각지대 안전알림시스템은 이면도로 이외에도 사각지대로 인해 사고가 빈번히 발생되거나, 사고예방을 필요로 하는 도로에 설치될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 사각지대 안전알림시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 구성 블록도이다. 또한, 도 10은 도 1의 사각지대 안전알림시스템(1000, 이하 시스템이라 함)의 안전알림방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하, 도 10의 방법을 기반으로 본 발명의 시스템(1000)의 구성 및 동작을 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 사각지대 안전알림시스템(1000)은 복수 개의 레이더(100a 내지 100n), 제어모듈(200) 및 복수 개의 디스플레이(300a 내지 300n)을 포함할 수 있다. 이때, 레이더(100)의 개수는 적어도 2개가 되는 것이 바람직하며, 도로 구조에 따라 결정될 수 있다. 또한, 디스플레이(300)의 개수는 레이더(100)의 개수에 대응되게 설치될 수 있다.
도 2는 도 1의 이면도로에 설치된 사각지대 안전알림시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 시스템(1000)은 도로가에 설치되어 있는 CCTV등의 기설치물의 폴대에 연결하여 설치할 수 있으며(S100), 도 3과 같은 형상으로 구비될 수 있다. 다만, 도 3의 형상은 하나의 실시 예이며 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 3은 도 1의 사각지대 안전알림시스템을 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)는 폴대에 설치된 시스템(1000)의 구조이며, 도 3의 (b)는 시스템(1000)의 구성을 나타낸다. 이때, 시스템(1000)의 설치 높이는 지면으로 부터 높이 2.5m ~5m(검출거리 80m이내 검출 최적 높이)가 되는 것이 바람직하며, 디스플레이(300)는 가로 사이즈는 30Cm ~50Cm(검출 거리내 사람의 눈에 최적으로 표시), 세로 사이즈는 25Cm~40Cm(25Cm 이하는 가시성 떨어지고, 40Cm 이상은 바람등으로 인한 흔들림이 크다)로 형성될 수 있다. 디스플레이(300)의 외관은 원형 또는 타원으로 형성하여, 바람의 영향을 최소화할 수 있으며, 디스플레이(300)의 상단은 빛 가림을 통해 빛공해를 최소화시킬 수 있다.
도 4는 도 2의 도로별 시점을 나타내는 도면이다. 도 4에 대한 설명은 도 5내지 도 10과 함께 설명하도록 한다. 도 5는 도 2의 레이더의 개략적인 구성을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 5를 참고하면, 레이더(100)는 송신부 및 수신부를 포함하는 레이더부(110), 제어부(120)를 포함하고, 제어부(120)는 노이즈 제거부(121), 측정대상 검출부(122), 거리 및 속도 측정부(123), 데이터 전송부(124) 및 센서부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 제어부(120)는 레이더(100)의 각 구성을 전반적으로 제어하며 각 구성들을 알고리즘에 따라 동작시키는 하나의 MCU가 될 수 있다.
레이더부(110)는 송신부를 통해 RF신호를 송신하고, 수신부를 통해 물체에 의해 반사되는 RF신호를 수신할 수 있다(S110).
이때, 레이더부(110)는 밀리미터파(mmWave)의 레이더 센서를 이용하여 먼지 및 악천후, 어두운 밤과 같은 환경 제약 조건에 따른 성능 저하가 없고, 레이더 센서의 측정 대상은 자동차, 오토바이, 킥보드, 자전거 등의 이동수단, 보행자, 동물 등이 될 수 있다. 레이더부(110)는 통상적인 구성 요소인 증폭부, A/D변환부, D/A변환부, 샘플링부, 복조부, 필터부 등의 신호처리 구성을 포함할 수 있다.
레이더부(110)는 측정된 원시데이터를 제어부(120)로 전송할 수 있다.
제어부(120)는 레이더부(110)에서 측정된 원시데이터, 즉 송수신된 RF신호를 분석하여 측정대상의 위치, 거리, 속도 등의 레이더 정보를 생성할 수 있으며, 센서부(300)를 통해 레이더의 기울기, 흔들림 등을 감지하여 레이더(100)의 정상동작 여부를 판단하고 정상동작시 팬/틸트 보정을 통해 측정대상에 대한 정확한 레이더 정보를 생성할 수 있다.
먼저, 노이즈 제거부(121)는 레이더부(110)에서 측정된 원시데이터를 제공받아, 바닥(지면) 반사 및 기존 정적 물체(주변의 나무, 건물 등)로 인해 생긴 클러터 신호(측정 대상에 대한 신호를 제외한 모든 클러터 신호)를 제거한다(S120).
측정 대상을 제외한 클러터(노이즈)는 측정 대상의 클러터보다 상대적으로 에너지 값이 작기 때문에 고속푸리에변환(FFT, Fast Fourier Transform) 후에 주파수 평균 값에서 편차를 이용해 제거할 수 있다. 즉, 하기의 수학식 1 및 2와 같이, 수신부의 모든 수신 첩(RX chirp)의 평균(Xnr) 측정을 측정하고, 각 수신부의 수신 첩과 평균의 차로 노이즈가 제거된 수신신호(수신 첩, RX chirp)을 구할 수 있다.
Figure 112022119157013-pat00001
Figure 112022119157013-pat00002
여기서, Xnr은 모든 수신 첩의 평균, Nc는 첩(수신부)의 개수, Xncr은 Nc번째 수신기의 수신신호(RX chirp), X'ncr은 노이즈가 제거된 Nc번째 수신기의 수신신호가 될 수 있다.
측정 대상 검출부(122)는 노이즈 제거부(121)에 의해 노이즈가 제거된 측정 대상의 클리터를 기반으로 하나의 에너지 좌표 군집(point cloud)를 나타내는 측정대상을 검출할 수 있다. 구체적으로, 노이즈 제거부(121)로부터 노이즈가 제거된 수신신호와 미리 정의한 에너지좌표군집 임계치의 세기를 비교하여 임계치 이상의 에너지좌표 군집을 탐지하였을 때, 이를 측정 대상으로 판단하고, 해당 측정 대상의 위치를 검출할 수 있다(S130).
거리 및 속도 측정부(123)는 측정 대상 검출부(122)에서 검출한 측정 대상의 위치를 기반으로 신호도달시간(Time of arrival, TOA)을 검출하여 해당 측정 대상과 레이더 간의 거리 및 속도를 계산할 수 있다(S140).
신호 도달시간(TOA)은 도착 각도(Angle of Arrival, AOA)와 도착 방향(Direction of Arrival, DOA)으로 분리되어 계산할 수 있고, 각 수신부의 도착 방향(DOA)의 파장의 이동을 측정하여 거리 및 속도를 계산할 수 있다.
측정 대상으로부터 반사하여 돌아오는 수신신호로부터 일정한 주파수 톤인 중간주파수(IF Signal, f)를 생성하고, 이때의 주파수(f)는 다음의 수학식 3과 같이 표현할 수 있으며, 이를 이용하여 측정대상의 거리(d)를 검출할 수 있다.
Figure 112022119157013-pat00003
여기서, 도 6을 참고하면, f는 즉, 중간주파수 이다. 중간 주파수란, 송신신호(TX Chirp)와 측정 대상으로부터 반사하여 돌아오는 수신신호(RX Chirp)로 부터 일정한 주파수 톤인 중간주파수(IF Signal, f)를 구할 수 있다. S는 (Tx & Rx) Chirp의 기울기, τ는 레이더와 물체 사이의 왕복 시간(여기서, 거리 = 속도*시간이므로, 시간 = 물체와의 왕복 거리/(파장의 속도 = 빛의 속도)), c는 빛의 속도 (299,792,458 m/s ≒ 2.9*
Figure 112022119157013-pat00004
), d는 레이더와 물체 사이의 거리가 될 수 있다.
다음으로, 측정 대상의 속도 및 각도 검출은 다음과 같다. 도 7을 참고하면, 측정 대상의 속도는 두개의 연속 첩(Chirp)을 통해 측정된 위상차를 이용해 측정할 수 있다. 먼저, 측정 대상(10)의 거리(d)가 변화되면, FFT 범위의 피크에서 위상(ω)의 변화가 발생된다. 이에, 측정 대상(10)의 각도 추정에는 적어도 2개의 수신부가 필요하다. 측정 대상(10)에서 각 수신부까지의 거리(d)가 다르면, 2D-FFT 피크의 위상 변화가 발생하여 도착 각도(AOA)를 추정하는데 사용할 수 있다.
도 7의 (a)는 하나의 수신부(RX안테나) 기준으로, 측정대상(10)의 거리(d) 변화에 따른 위상의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 이 경우, 위상(ω)은 다음의 수학식 4와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112022119157013-pat00005
또한, 도 7의 (b)는 2개의 수신부(RX안테나)를 기준으로, 측정대상(10)에 따른 위상의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 이 경우, 위상(ω)은 다음의 수학식 5와 같이 계산할 수 있으며, 이때, 도착 각도(θ)를 도출할 수 있다.
Figure 112022119157013-pat00006
여기서, 거리는 속도와 시간의 곱이므로, △d는 속도(v)와 Tc(chirp)의 시간 곱으로 구할 수 있다. 이 경우, 다음의 수학식 6과 같이 측정대상에 대한 속도(v)를 산출할 수 있다.
Figure 112022119157013-pat00007
데이터 전송부(124)는 거리/속도 측정부(123)를 통해 산출된 측정대상의 위치, 크기, 거리, 위상, 속도 등의 측정대상정보(측정대상에 대한 레이더 정보)를 제어모듈(200)로 전송할 수 있다.
한편, 레이더(100)는 지진, 태풍, 사고 등의 환경요인에 의해 기울어지거나 흔들림이 발생할 수 있다. 이러한 레이더(100)의 기울어짐 및 흔들림은 레이더(100) 성능에 영향을 준다. 이에, 측정대상에 대한 정확한 레이더정보(위치, 거리, 위상, 속도 등)를 산출하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는 센서부(130)를 구비하여 레이더(100)의 기울어짐 및 흔들림을 감지하고, 레이더(100)의 정상동작 가능상태를 판단하여 센서부(130)의 센서값 보정하고, 보정된 센서값을 반영하여 측정대상의 레이더정보를 보정함으로써 정확한 정보를 산출할 수 있다.
또한, 레이더(100)의 기울어짐 및 흔들림의 정도가 정상동작 불가한 경우(S160) 동작불가 상태를 데이터 전송부(124)를 통해 제어모듈(200)로 전송할 수 있다(S180).
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 센서부의 개략적이 구성을 설명하기 위한 구성 블록도이다. 도 8을 참고하면, 센서부(130)는 센서(131), 흔들림 판단부(132), 동작여부 판단부(133), 센서값 보정부(134), 가중치 보정부(135)를 포함할 수 있다.
센서부(130)는 사각지대 안전알림시스템의 설치시 실시간으로 레이더 자세를 센싱할 수 있다(S150).
이때, 본 발명에서 센서(131)는 레이더(100)의 자세를 감지하는 센서로, 가속도 센서 및 자이로 센서를 이용할 수 있다. 도 9는 도 2의 레이더의 센서부의 방향축을 설명하기 위한 도면이다. 센서(131)의 레이더(100)에 부착되는 형태로 설치될 수 있으며, 도 9와 같이 방향축(x, y, z)을 기준으로 레이더(100)의 기울어짐 및 흔들림을 감지할 수 있다.
가속도 센서는 시간에 대한 속도 변화 비율을 측정할 수 있는 센서로, 중력 가속도를 이용하여 가속도를 측정하게 되며, 중력 가속도가 3개 축(x,y,z)에 얼마만큼 영향을 주었는지 측정하여 센서(131)의 기울기 정도를 파악함으로써 레이더(100)의 기울어짐 및 흔들림을 판단할 수 있다.
흔들림 판단부(132)는 가속도 센서의 각 축방향(x,y,z)으로 실시간 센싱한 가속도 값(ax, ay, az)과, 실시간 센싱한 가속도 값을 포함하는 기설정 구간동안 센싱된 과거 가속도 값들의 평균 가속도 값(averAcX, averAcY, averAcZ) 간의 차가 임계치보다 큰 경우 레이더(100)에 흔들림이 있는 것으로 판단할 수 있다.
흔들림 판단부(132)는 레이더(100)의 흔들림여부에 따라, 하기 조건에 따라 가속도 센서의 센싱값의 보정을 수행한다.
if((fabs((float)ax-averAcX) < STABLE_TH)
&& (fabs((float)ax-averAcX) < STABLE_TH)
&& (fabs((float)ax-averAcX) < STABLE_TH))
; 안정된 상태의 처리 항목
else
; 하기의 수학식 7에 따른 흔들리는 상태의 처리 항목
흔들림 판단부(132)는 레이더(100)의 흔들림 판단시, 이동평균필터를 각 축별로 적용하여 다음의 수학식 7과 같이 평균 가속도값을 보정할 수 있다.
Figure 112022119157013-pat00008
: 각 축별로 동작중 Moving average filter로 보정
여기서, (averAcX', averAcY', averAcZ')는 보정된 평균 가속도값, (ax, ay, az)는 실시간 센싱된 가속도 센서의 센싱값이 된다.
한편, 동작가능여부 판단부(133)는 가속도 센서 또는 자이로센서부터 수집된 센싱값을 이용하여 틸트값을 산출함으로써 기울어진 정도가, 레이더(100)의 설치각도에서 5도 이상 틀어진 경우 정상동작 불가상태로 판단하여 동작불가 상태를 알림할 수 있다.
일 예로, 틸트값은 가속도 센서의 x,y,z 각축의 가속도 값을 Ax, Ay, Az라할 때, 다음의 수학식 8을 통해 산출될 수 있으며, 측정 오차를 줄이기 위해 본 발명에서는 이동평균필터(moving average filter)를 사용하였다.
Figure 112022119157013-pat00009
또한, 흔들림 판단부(132)의 흔들림 여부 및 동작여부 판단부(133)의 정상동작 가능여부에 따라, 센서값 보정부(134)는 가속도 센서 및 자이로 센서(131)에서 센싱된 센싱값들을 이용하여 레이더(100)의 틸트값 및 팬값을 보정할 수 있다.
센서값 보정부(134)는 자이로 센서를 이용하여 팬 값을 산출하고 이동평균필터를 이용하여 보정할 수 있다. 팬 값은 자이로 센서를 이용하여 각가속도를 통해 계산할 수 있다.
각가속도로 기울어짐 정도를 파악하기 위해서는 적분을 통하여 각도를 계산하는데, 지자기 센서의 특성상 초기 값을 알 수가 없어, 레이더(100)의 파워 온(power on)시의 각을 0도로 기준 삼고 회전 정도를 파악하여 팬값을 산출할 수 있다. 다만, 센서들은 고유 노이즈를 가지고 있어 노이즈가 계속 누적된다. 이에, 누적에 의한 오류로 회전이 없어도 값이 계속 떨어지거나 상승할 수 있어, 센서값의 보정이 필요하며 센서가 움직이지 않는 즉, 흔들림 없이 동작하는 상태일 때의 값으로 보정하는 과정이 필요하다.
구체적으로, 파워 온시, 센서값 보정부(134)는 가속도 센서에서 기설정값 보다 작은 센싱값이 연속 센싱되면 안정된 상태로 판단하여, 연속 센싱된 센싱값들의 평균을 상기 가속도 센서의 고유노이즈로 설정하여 상기 가속도 센서의 센싱값을 보정할 수 있다. 구체적으로, 가속도 센서에서 5mg(-5mg 내지 +5mg의 절대값) 보다 작은 센싱값이 연속적으로 기설정 횟수(일예로,10회 내지 20회)까지 센싱되면 안정된 상태로 판단할 수 있다.
구체적으로, 샘플간격이 10ms이내로 너무 작거나, 100ms 이상으로 너무 크면 정확도가 떨어지고, 연속 샘플 회수가 10회보다 작으면 정확도가 떨어지고 20회 이상이면 센싱 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 1초간 안정된 상태 확인을 위해, 50ms샘플로 20회가 바람직하다.
이때, 안정된 상태로 판단된 연속 센싱된 센싱값들의 평균을 가속도 센서의 고유노이즈로 설정하여 가속도 센서의 센싱값을 보정할 수 있다.
또한, 센서값 보정부(134)는 자이로 센서에서 기설정 시간동안 센싱된 센싱값들을 평균한 초기 고유노이즈를 기준으로 자이로 센서의 센싱값을 보정할 수 있다.
즉, 일정 시간동안 자이로 센서의 센서 값을 읽어 평균 값으로 초기 고유노이즈를 1차적으로 파악한다. 다음으로, 동작 중에는 그 값을 가지고 보정하는 작업을 수행하여 각도를 계산할 수 있다.
이때, 1차적으로 파악한 초기 고유 노이즈도 파워 온시의 짧은 시간에서 측정한 값이기 때문에 정확함을 보장할 수 없다. 따라서, 동작 중에도 흔들림 판단 조건으로 흔들림을 파악한 후에 흔들림이 없는 조건하에서 고유 노이즈 값을 다음의 수학식9를 통해 보정할 수 있다.
Figure 112022119157013-pat00010
여기서, averGyY는 파워 온시 평균 값인 초기 고유 노이즈, moving_averGyY는 동작 중 일정시간 흔들림없는 구간에서의 평균 값인 새로운 고유 노이즈(동작 중 고유노이즈), moving_averGyY'는 이동평균필터를 적용하여 동작 중 고유 노이즈를 보정한 팬 보정값이 될 수 있다.
한편, 흔들림 판단부(132)에서 판단된 흔들림이 실제의 흔들림과의 값 차가 큰 경우, 추종이 늦어지는 현상이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 보정부(135)는 전단 최종 센서 출력값과 센서에서 실시간 센싱한 센서값이 기설정값 이상(일 예로, 30% 이상) 차이나면, 실시간 센서값에 적용할 필터의 가중치(w1)의 값을, 전단 최종 센서 출력값과 실시간 센서값 사이의 차이값에 1/2을 곱하여 적용함으로써, 이동평균필터의 반응 속도를 개선할 수 있다.
일 예로, 흔들림 보정시 가중치가, w0 = 0.9; w1 = 0.1이 적용되고 있을 때, X축의 예로, 다음조건과 같이, 평균값이 센서의 값보다 1.3배 크거나 작다면, 가중치 보정부(135)는 전단 최종 센서 출력값과 실시간 센서값 사이의 차이값(0.3)에 1/2을 곱하여 가중치(w1)를 0.15로 조정하여 적용함으로써, 이동평균필터의 반응 속도를 개선할 수 있다.
if ((fabs(averAcX) > fabs((float)ax * 1.3))
|| (fabs(averAcX) < fabs((float)ax * 1.3))
{
w0 = 0.85; w1 = 0.15;
averAcX = averAcX*(w0) + ax*(w0);
}
이때, 가중치 보정부(135)는 가중치 보정을 연속적으로 추종할 경우, 오히려 센싱값의 오차가 커질 수 있으므로 2단 보정까지만 추종하는 것이 바람직하다.
센서부(130)는 센서의 보정된 틸트값 및 보정된 팬값을 제어부(120)로 전송할 수 있고(S170), 제어부(120)는 레이더(100)의 자세정보를 반영하여 측정대상의 레이더 데이터를 보정함으로써 정확한 거리, 속도 등을 측정할 수 있다(S140).
제어부(120)의 데이터 전송부(124)는 각 레이더(100a 내지 100n)로부터 수신된 측정대상별 레이더데이터를 수신하여, 제어모듈(200)로 전송할 수 있다(S190).
제어모듈(200)의 수신된 측정대상별 레이더데이터를 기반으로 디스플레이의 점등을 제어할 수 있다(S200).
제어모듈(200)은 각 레이더(100)로부터 수신된 측정대상별 레이더데이터를 기반으로, 제1측정대상의 위치를 기준으로 사각지대의 제2측정대상의 이동거리 및 속도를 디스플레이(300)의 복수 개의 발광소자를 점등시켜 시각적으로 알림할 수 있다.
일예로, 제어모듈(200)은 기준 측정대상(제1측정대상, 도 2의 12)의 정면에 설치된 디스플레이에 구비된 일련의 발광소자들을 타 측정대상(제2측정대상, 11 및 12)의 이동방향 및 속도에 대응되게 순차적으로 점등시켜 표시할 수 있다.
또한, 제어모듈(200)은 레이더의 위치 이탈, 심한 흔들림 등으로 인해 정상 동작 불가 정보를 알림받은 경우, 해당 디스플레이의 발광소자들을 점멸시켜 동작불가상태를 경보함으로써 점검을 유도할 수 있다.
또한, 제어모듈(200)은 수집된 측정대상 중 자동차의 레이더 검출정보(위치, 이동방향 및 속도 정보 등) 등을 교통환경정보로 활용할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000 : 사각지대 안전알림시스템
100, 100a~100n : 레이더
110 : 레이더부 120 : 제어부
121 : 노이즈 제거부 122 : 측정대상 검출부
123 : 거리 및 속도 측정부 124 : 데이터 전송부
130 : 센서부
131 : 센서 132 : 흔들림 판단부
133 : 센서값 보정부 134 : 가중치 보정부
200 : 제어모듈
300, 300a~300n :디스플레이 310 : 발광소자
1000h : 사각지대 안전알림시스템의 하우징
10, 11, 12, 13 : 측정대상

Claims (10)

  1. 사각지대가 형성된 도로에서, 서로 다른 방향의 도로를 향해 설치되는 복수 개의 레이더, 복수 개의 발광소자를 구비하고 각 레이더의 사각지대를 향해 배치되는 복수 개의 디스플레이 및 각 레이더에서 검출한 적어도 하나의 측정대상에 대한 레이더정보를 수신하여 매칭되는 디스플레이의 발광소자 점등을 제어하는 제어모듈을 포함하고,
    각각의 레이더는 레이더 신호를 송수신하는 레이더부, 레이더신호를 이용하여 측정된 측정대상에 대한 레이더정보를 검출하는 제어부 및 자세감지를 위한 센서부를 포함하며, 상기 센서부는 과거센싱된 센서값과 실시간 센싱되는 현재 센싱데이터의 이동평균을 적용하여 보정된 센서값을 상기 제어부로 전송하고, 상기 제어부는 보정된 센서값에 기반하여 상기 측정대상에 대한 레이더정보를 보정하며, 상기 레이더정보는 해당 레이더에서 측정한 측정대상에 대한 위치, 거리, 속도를 포함하고,
    상기 센서부는,
    각 센서의 설치위치에 따른 3축 방향축(x,y,z)을 기준으로 자세를 센싱하는 가속도 센서 및 자이로 센서;
    상기 가속도 센서의 각 축방향(x,y,z)으로 실시간 센싱한 가속도 값(ax, ay, az)과, 실시간 센싱한 가속도 값을 포함하는 기설정 구간동안 센싱된 과거 가속도 값들의 평균 가속도 값(averAcX, averAcY, averAcZ) 간의 차가 임계치보다 큰 경우 흔들림이 있는 것으로 판단하는 흔들림 판단부;
    상기 자이로 센서를 이용하여 팬값을 산출하고, 이동평균필터를 적용하여 상기 팬값을 보정하는 센서값 보정부; 및
    상기 센서값 보정부에서 보정된 전단의 최종 센서 출력값과 상기 자이로 센서에서 실시간 센싱한 센서값이 기설정값 이상 차이나면, 상기 실시간 센서값에 적용할 이동평균필터의 가중치의 값을 보정하는 가중치 보정부를 포함하고,
    상기 가중치 보정부는, 상기 전단 최종 센서 출력값과 실시간 센서값의 차이값에 1/2을 곱하여 가중치 보정값을 산출하는, 사각지대 안전알림시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 이동평균필터를 적용하여 틸트값을 산출하되, 기울어진 정도가 설치각도에서 5도 이상 틀어진 경우, 해당 레이더가 정상동작 불가상태인 것으로 판단하는 동작가능 여부 판단부;를 더 포함하는, 사각지대 안전알림시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서값 보정부는, 파워 온시,
    상기 가속도 센서에서 기설정값 보다 작은 센싱값이 연속 센싱되면 안정된 상태로 판단하여, 연속 센싱된 센싱값들의 평균을 상기 가속도 센서의 고유노이즈로 설정하여 상기 가속도 센서의 센싱값을 보정하고,
    상기 자이로 센서에서 기설정 시간동안 센싱된 센싱값들을 평균한 초기 고유노이즈를 기준으로 상기 자이로 센서의 센싱값을 보정하는, 사각지대 안전알림시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센서값 보정부는,
    레이더의 동작 중 일정시간 흔들림없는 구간의 센싱값들의 평균값을 동작 중 고유노이즈로 판단하여, 상기 자이로 센서의 센싱값을 보정하는, 사각지대 안전알림시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    제1레이더에 의해 검출된 제1 측정대상의 정면에 설치된 제1디스플레이에 구비된 일련의 발광소자들을, 상기 제1레이더의 위치에 대해 사각지대에서 검출된 타 측정대상의 이동방향 및 속도에 대응되게 순차적으로 점등 속도를 제어하는, 사각지대 안전알림시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 측정대상의 미검출시 디스플레이를 오프시키고, 상기 레이더가 정상동작 불가상태로 판단된 경우 디스플레이의 발광소자를 점멸제어하는, 사각지대 안전알림시스템.
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