KR102624067B1 - 차량을 이용한 실시간 도로의 경사각 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

차량을 이용한 실시간 도로의 경사각 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 경사각 측정 장치는 주행 중인 차량의 제1지점 및 상기 제1지점으로부터 이동된 제2지점을 나타내는 좌표를 산출하는 좌표 산출 모듈; 상기 주행 중인 차량이 위치한 지형의 고도가 맵핑 저장된 고도 맵핑 모듈; 및 상기 좌표 산출 모듈과 상기 고도 맵핑 모듈로부터 상기 차량이 위치한 도로의 경사각을 산출하는 경사각 산출 모듈을 포함한다.

Description

차량을 이용한 실시간 도로의 경사각 측정 장치 및 그 방법{An apparatus and method for measuring an inclination angle of a real-time road using a vehicle}
본 발명은 차량을 이용한 실시간 도로의 경사각 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
국토의 효율적인 이용 등의 목적을 위해서는 도로 기하구조 정보를 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 특히 종단선형과 횡단선형은 이동 중에는 측정하기 어려운 자료로서, 현재까지 국내외의 도로안전성 분석 연구 수행에 있어서 도로 기하구조 정보는 대부분 도면을 이용하여 분석하였다.
그러나 현재 모든 도로에 도로 기하구조 정보를 갖는 도면이 존재하는 것은 아니며, 현재 국내의 도로대장 전산 화율은 약 70% 정도이며 지방도 등에서는 도면이 없는 구간이 대부분인 실정이다. 또한 도면이 존재하는 구간에도 도로 선형 개량이나 덧씌우기 공사 등으로 인해 도면과 실제 도로의 기하구조 정보가 다른 경우가 존재한다.
따라서 도로에 대한 도면이 없는 경우에는 직접 측량자가 도로 현장에 나가서 현장에서 도로선형정보를 취득해야 한다. 그러나 이처럼 실제 측량을 하는 경우 비용과 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 차량을 이용한 실시간 도로의 경사각 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 경사각 측정 장치는 주행 중인 차량의 제1지점 및 상기 제1지점으로부터 이동된 제2지점을 나타내는 좌표를 산출하는 좌표 산출 모듈; 상기 주행 중인 차량이 위치한 지형의 고도가 맵핑 저장된 고도 맵핑 모듈; 및 상기 좌표 산출 모듈과 상기 고도 맵핑 모듈로부터 상기 차량이 위치한 도로의 경사각을 산출하는 경사각 산출 모듈을 포함한다.
상기 경사각 산출 모듈은 상기 제1지점과 상기 제2지점 사이의 거리인 이동거리 및 상기 제1지점의 고도와 상기 제2지점의 고도의 차이를 이용하여 도로의 경사각을 산출할 수 있다.
상기 좌표 산출 모듈은 상기 제2지점으로부터 이동된 제3지점을 나타내는 좌표를 추가로 산출하고, 도로 상에서 상기 제1지점과 상기 제2지점의 경사각과 상기 제2지점과 상기 제3지점의 경사각의 차이가 제1범위를 벗어나는지 여부를 통해 오류를 검출하는 오류 검출 모듈을 포함할 수 있다.
상기 좌표 산출 모듈은 3차원 위치 정보를 측정하는 지리 좌표계 및 상기 3차원 위치 정보를 2차원 위치 정보로 변환하는 투영 좌표계를 이용할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 경사각 측정 방법은 주행 중인 차량의 제1지점 및 상기 제1지점으로부터 이동된 제2지점을 나타내는 좌표를 산출하는 단계; 상기 주행 중인 차량이 위치한 지형의 고도 맵핑 정보로부터 상기 제1지점과 상기 제2지점의 고도를 산출하는 단계; 및 상기 제1지점과 상기 제2지점 사이의 이동 거리와 고도의 차이를 이용하여 상기 차량이 위치한 도로의 경사각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 좌표를 산출하는 단계는 상기 제2지점으로부터 이동된 제3지점을 나타내는 좌표를 추가로 산출하고, 상기 제1지점과 상기 제2지점의 경사각과 상기 제2지점과 상기 제3지점의 경사각 차이가 제1범위를 벗어나는지 여부를 통해 오류를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 좌표를 산출하는 단계는 3차원 위치 정보를 측정하는 지리 좌표계 및 상기 3차원 위치 정보를 2차원 위치 정보로 변환하는 투영 좌표계를 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 차량 위치를 감지하여 획득한 2차원 UTM 좌표 값과 SRTM의 고도 값을 이용하여 도로의 경사도 측정이 가능하다. 차량이 주행 중 가속 및 감속 시 차량 위치 측정 장치는 변화가 없기 때문에 기존에 시도되었던 방법들보다 더욱 정확하게 도로의 경사도 측정이 가능하다.
또한, 도로의 경사도 정보 파악을 통해 운전 구간에 따른 차량의 요구 동력을 예측 가능하게 하며, 이러한 요구 동력의 예측을 통하여 실제 차량에서 최대의 연비 효과를 기대할 수 있는 운전 구간의 설정이 가능하게 되고, 이를 통하여 전 연비의 향상과 배기가스의 저감 등 많은 장점을 기대할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주행하는 차량 위치에 따라 도로의 경사각을 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도로 경사각 측정 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도로의 경사각 측정 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도로의 경사각 측정 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도로의 경사도 정보를 파악하기 위해 경사계를 이용하여 직접적으로 측정하는 방법과 차량에 다양한 센서들을 장착하여 실시간으로 도로의 경사도를 간접적으로 측정하는 방법이 시도되어 왔다. 직접적으로 측정하는 방법은 작업자의 많은 시간과 노력이 필요하므로 효과적이지 못하다. 간접적으로는 GPS센서, IMU센서, 3축 가속도계 센서를 이용한 실시간으로 도로의 경사도 측정 방법들이 있다. GPS센서를 이용한 측정 방법은 차량의 경도 좌표 값과 위도 좌표 값인 3차원 좌표 값만으로 도로의 경사도를 측정하는데 한계가 있으며, IMU 센서와 3축 가속도계 센서는 차량이 주행 중 가속 및 감속 시 오차가 크게 발생되기 때문에 차량의 Pitch 값을 측정하는데 더 적합하다.
본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 장치 및 그 방법은 차량 위치 감지 장치로부터 획득한 2차원 UTM 좌표 값과 SRTM의 고도 값을 이용하여 도로의 경사도 측정이 가능하다. 차량이 주행 중 가속 및 감속 시 차량 위치 측정 장치는 변화가 없기 때문에 기존에 시도되었던 방법들 보다 더욱 정확하게 도로의 경사도 측정이 가능하다.
이를 통해, 도로의 경사도 정보 파악하고, 운전 구간에 따른 차량의 요구 동력을 예측 가능하게 하며, 이러한 요구 동력의 예측을 통하여 실제 차량에서 최대의 연비 효과를 기대할 수 있는 운전 구간의 설정이 가능하게 되고, 이를 통하여 전 연비의 향상과 배기가스의 저감 등 많은 장점을 기대할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주행하는 차량 위치에 따라 도로의 경사각을 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도로의 경사각 측정 장치의 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 도로 경사각 측정 장치(100)는 좌표 산출 모듈(110), 고도 맵핑 모듈(120) 및 경사각 산출 모듈(130)을 포함하고, 오류 검출 모듈(140)을 포함할 수 있다.
좌표 산출 모듈(110)은 주행 중인 차량의 제1지점 및 제1지점으로부터 소정 거리 이동된 제2지점을 나타내는 좌표를 산출할 수 있다. 좌표 산출 모듈(110)은 제2지점으로부터 이동된 제3지점을 나타내는 좌표를 추가로 산출할 수 있다. 좌표 산출 모듈(110)은 제1주기마다 연속적으로 주행 중인 차량의 위치 좌표를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1주기는 10초일 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 좌표 산출 모듈(110)은 3차원 위치 정보인 위도와 경도로 표현되는 지리 좌표계(Geographic Coordinate System)와 3차원 위치 정보를 2차원 위치 정보로 변환하는 투영 좌표계(Projected Coordinate System)를 이용할 수 있다. 좌표 산출 모듈(110)은 1차로 지리 좌표계를 이용하여 3차원 위치 정보인 차량이 위치한 지점의 위도와 경도를 측정하고, 2차로 투영 좌표계를 이용하여 3차원의 위치 정보를 2차원 위치 정보인 UTMx, UTMy로 변환할 수 있다. 또한, 좌표 산출 모듈(110)은 곧바로 투영 좌표계를 이용한 UTMx, UTMy 좌표를 산출할 수 있다.
투영 좌표계는 UTM 좌표계(Universal Transverse Mercator Coordinate System)를 이용할 수 있다. 좌표 산출 모듈(110)은 UTM 좌표를 통해 좌표를 산출하므로, 곡선 구간 및 언덕길 등과 같이 도로 형태에 제약 없이 임의의 제1지점과 제1지점으로부터 이동된 제2지점의 좌표를 산출할 수 있다.
여기서, UTM 좌표계는 전 지구상 점들의 위치를 통일된 체계로 나타내기 위한 격자 좌표 체계일 수 있다. UTM 좌표계는 전 지구상 점들의 위치를 통일된 체계로 나타내기 위한 격자 좌표 체계로 1947년에 개발되었다. UTM 좌표계 세로 격자는 지구를 80도(°)S(남위)부터 84도(°)N(북위)까지를 180도(°)W(서경)부터 시작하여 경도 6도(°) 간격으로 총 60개의 세로 격자(띠)로 나눈다. 각 세로띠에는 180도(°)W-174도(°)W부터 시작하여 174도(°)E-180E도(°)까지 동쪽으로 1부터 60까지의 번호가 매겨진다. 각 세로띠의 중앙 자오선과 적도와의 교점을 원점으로 한다. 60개의 세로 구역에 대해 남북 방향으로 왜곡이 상대적으로 적은 횡단 머케이터 투영을 하는데, 각 구역의 중앙 자오선에서의 축척 계수는 0.9996이며 구역의 경계에서는 약 1.0010 정도이다. 원점에서 동서로 180km 위치에서 축척 계수가 1이 되어, 그 이내에서는 축척 계수가 1보다 작고, 180km를 벗어나는 지역에서는 축척 계수가 1보다 크게 된다. UTM 좌표 세로 격자는 각각의 세로띠를 다시 20개의 가로 격자로 나눈다. 각 가로 격자는 위도 8도(°) 간격이며 단, 가장 북쪽의 격자(72도(°)N-84도(°)N)는 12로 되어 있다. 최남단인 80도(°)S-72도(°)S부터 최북단인 72도(°)N-84도(°)N까지 'C'부터 'X'까지의 알파벳 기호를 매겨 구분하는데, 혼동을 막기 위해 'I'와 'O'는 제외한다 (I 는 숫자 1과 그리고 O는 숫자 0와 혼동될 수 있기 때문이다). 따라서 북반구에서 적도와 접한 구역(0도(°)N-8도(°)N)의 기호는 'N'이 된다. 표기는 각각의 직사각형 격자는 숫자와 알파벳으로 된 기호를 함께 써서 나타낸다. 예를 들어, 대한민국은 UTM 좌표계에서 51S, 51T, 52S, 52T 구역에 속해 있다.
주행 중인 차량이 위치한 지형의 고도가 맵핑 저장된 고도 맵핑 모듈(120)을 포함할 수 있다.
고도 맵핑 모듈(120)은 경위도 정보를 포함한 지리 좌표계에 각각 대응하는 고도를 맵핑시킨 데이터 베이스를 포함할 수 있다. 고도 맵핑 모듈(120)은 UTMx, UTMy 좌표 정보를 포함한 투영 좌표계에 각각 대응되는 고도를 맵핑시킨 데이터 베이스를 포함할 수 있다. 좌표 산출 모듈(110)에서 산출한 제1지점과 제2지점의 좌표에 해당하는 고도(ALTz)를 구할 수 있다. 고도는 평균 해수면 0으로부터 측정하고자 하는 지점까지의 수직 거리의 높이를 의미할 수 있다.
고도 맵핑 모듈(120)은 수치 표고 모델(Digital Elevation Model)인 SRTM(Shuttle Radar Topography Misson)을 이용할 수 있다. SRTM은 미국항공우주국(NASA)와 미국 국립지리정보국의 협력으로 추진되어 제공되는 지형 정보이다.
경사각 산출 모듈(130)은 좌표 산출 모듈(110)과 고도 맵핑 모듈(120)로부터 차량이 위치한 도로의 경사각을 산출할 수 있다.
경사각 산출 모듈(130)은 제1지점과 제2지점 사이의 거리인 이동 수평 거리와 제1지점의 고도와 제2지점의 고도의 차이인 이동 수직 거리를 통해 도로의 경사각을 산출할 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1지점에서 위치 좌표인 UTMx1, UTMy1와 고도 정보인 ALTz1와, 제2지점에서 위치 좌표인 UTMx2, UTMy2와 고도 정보인 ALTz2를 확인할 수 있다.
이동한 수평 거리(m)는 이고, 이동한 수직 거리(m)는 로 연산될 수 있다.
이를 통해 경사도(%) = X 100 으로 산출될 수 있고, 경사각(degree) = 으로 산출될 수 있다.
경사각 산출 모듈(130)에서 산출된 도로 경사각의 오류를 검출하는 오류 검출 모듈(140)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도로의 경사각은 실시간으로 시간에 따라 연속적으로 측정되는 값이기 때문에 일정한 기울기를 갖거나, 변화가 작은 기울기를 가질 수 있다. 이러한 원리를 통해, 좌표 산출 과정 및 고도 맵핑에서 데이터 베이스를 추출하는 과정 중 어느 하나에서 오류 발생시, 오류 발생 여부를 검출할 수 있다.
좌표 산출 모듈(120)은 제1지점 및 제2지점 이외에 제2지점으로부터 이동된 제3지점을 나타내는 좌표를 추가로 산출할 수 있다. 도로 상에서 제1지점과 제2지점 사이의 경사각과 제2지점과 제3지점 사이의 경사각 차이가 제1범위를 벗어나는지 여부를 통해 오류를 검출할 수 있다. 제1범위는 오차범위인 5~10% 의 범위일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 방법의 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사각 측정 방법의 흐름도이다. 도 4 및 도 5의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 3의 경사각 측정 장치에 대한 상세한 설명에 대응되는 바, 이하 중복된 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따라 도로 경사각을 측정하는 방법에 있어서, S11 단계에서 주행 중인 차량의 제1지점 및 제1지점으로부터 이동된 제2지점을 나타내는 좌표를 산출하고, S12 단계에서 주행 중인 차량이 위치한 지형의 고도 맵핑 정보로부터 제1지점과 제2지점의 고도를 산출하고, S13 단계에서 제1지점과 제2지점 사이의 이동 거리와 고도의 차이를 이용하여 도로의 경사각을 산출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 도로 경사각을 측정하는 방법에 있어서, S21 단계에서 주행 중인 차량의 제1지점, 제1지점으로부터 이동된 제2지점, 및 제2지점으로부터 이동된 제3지점을 나타내는 좌표를 산출하고, S22 단계에서 주행 중인 차량이 위치한 지형의 고도 맵핑 정보로부터 제1지점, 제2지점, 제3지점의 고도를 산출하고, S23 단계에서 제1지점과 제2지점 사이, 제2지점과 제3지점 사이의 이동 거리와 고도의 차이를 이용하여 도로의 경사각을 산출하고, S24 단계에서 제1 및 제2지점 사이의 경사각과 제2 및 제3지점 사이의 경사각 차이를 통해 오류를 검출한다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 경사각 측정 장치 110: `좌표 산출 모듈
120: 고도 맵핑 모듈 130: 경사각 산출 모듈
140: 오류 검출 모듈

Claims (8)

  1. 주행 중인 차량의 제1지점 및 상기 제1지점으로부터 이동된 제2지점을 나타내는 좌표를 산출하는 좌표 산출 모듈;
    상기 주행 중인 차량이 위치한 지형의 고도가 맵핑 저장된 고도 맵핑 모듈; 및
    상기 좌표 산출 모듈과 상기 고도 맵핑 모듈로부터 상기 차량이 위치한 도로의 경사각을 산출하는 경사각 산출 모듈을 포함하고,
    상기 경사각 산출 모듈은 상기 제1지점과 상기 제2지점 사이의 거리인 이동거리 및 상기 제1지점의 고도와 상기 제2지점의 고도의 차이를 이용하여 도로의 경사각을 산출하고,
    상기 좌표 산출 모듈은 상기 제2지점으로부터 이동된 제3지점을 나타내는 좌표를 추가로 산출하고,
    도로 상에서 상기 제1지점과 상기 제2지점의 경사각과 상기 제2지점과 상기 제3지점의 경사각의 차이가 제1범위를 벗어나는지 여부를 통해 오류를 검출하는 오류 검출 모듈을 포함하고,
    상기 좌표 산출 모듈은 3차원 위치 정보를 측정하는 지리 좌표계 및 상기 3차원 위치 정보를 2차원 위치 정보로 변환하는 투영 좌표계를 이용하는 경사각 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 주행 중인 차량의 제1지점, 상기 제1지점으로부터 이동된 제2지점 및 상기 제2지점으로부터 이동된 제3지점을 나타내는 좌표를 산출하는 단계;
    상기 주행 중인 차량이 위치한 지형의 고도 맵핑 정보로부터 상기 제1지점과 상기 제2지점의 고도를 산출하는 단계;
    상기 제1지점과 상기 제2지점 사이의 이동 거리와 고도의 차이를 이용하여 상기 차량이 위치한 도로의 경사각을 산출하는 단계; 및
    상기 제1지점과 상기 제2지점의 경사각과 상기 제2지점과 상기 제3지점의 경사각 차이가 제1범위를 벗어나는지 여부를 통해 오류를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 좌표를 산출하는 단계는 3차원 위치 정보를 측정하는 지리 좌표계 및 상기 3차원 위치 정보를 2차원 위치 정보로 변환하는 투영 좌표계를 이용하는 경사각 측정 방법.
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