KR19980086504A - 차량감지시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량감지시스템은 복수의 차선을 갖는 도로 위를 가로질러 설치된 갠트리(gantry)와, 갠트리에 지그재그 형태의 2열로 배열되어 도로의 선형이미지(linear image)를 감지하는 복수의 라인광센서(optical line sensor)와, 라인광센서의 감지영역내에 위치하는 서로 평행한 광축을 갖고 복수의 광투영소자와 광감지소자로 구성된 광전센서장치와, 차가 없을때의 라인광센서에 의한 참조신호와 동작 중에 라인광센서와 광전센서장치에 의한 출력신호를 비교하여 차량의 유무를 판단하는 신호처리부로 이루어진다. 서로 인접한 두 라인광센서의 감지영역은 감지영역의 1/2과 오토바이 폭의 합만큼 겹치도록 정해진다.

Description

차량감지시스템

본 발명은 복수의 차선을 갖는 유료도로에서의 차량감지시스템에 관한 것이다.

유료도로의 톨게이트에서 통행료를 자동으로 징수하기 위해서, 톨게이트에 진입하거나 통과하는 모든 차량을 감지하는 것이 필요하다.

일반적인 차량감지시스템은 유로도로의 차선을 통과하는 차를 광학적인 방법으로 감지한다. 도 1은 이러한 종래의 차량감지시스템을 나타낸 도면으로서, 갠트리(gantry)(2)와, 복수의 라인광센서(optical line sensor)(3a∼3g)로 구성된다. 갠트리(2)는 3차선 유료도로(1) 위로 가로질러 설치되며, 라인광센서(3a∼3g)는 갠트리(2)의 하단부에 부착된다. 라인광센서(3a)는 차선(4a)의 바깥경계부 위에 위치하며, 라인광센서(3c)는 차선(4a,4b) 사이의 경계부 위에 위치하고, 라인광센서(3e)는 차선(4b,4c) 사이의 경계부 위에 위치하며, 라인광센서(3g)는 차선(4c)의 바깥경계부 위에 위치한다. 라인광센서(3b,3d,3f)는 각각 차선(4a,4b,4c)의 중앙부 위에 위치한다. 도로(1) 표면에서의 각 라인광센서의 감지영역(3x)은 인접한 라인광센서의 감지영역(3x)과 1/2이 중복된다.

갠트리(2) 아래에 차가 없을 경우 라인광센서(3a∼3g)는 차선방향과 직각방향으로 도로표면의 선형이미지(linear image)를 감지하며 이 선형이미지를 화상신호로 바꾼다. 이러한 화상신호는 참조신호로써 사용되기 위해 기억장치에 저장된다. 상기 라인광센서(3a∼3g)는 광선을 투영하고 수신하는 형태의 라인광센서도 가능하고, 1차원형의 TV카메라도 가능하다.

시스템이 작동하면 라인광센서(3a∼3g)는 도로(1) 표면의 선형이미지를 감지한 후 이 선형이미지를 화상신호로 변환한다. 이 화상신호는 차가 도로(1) 상에 있는지를 판단하기 위해 참조신호와 비교된다. 도 2는 차(5)가 차선(4b)에 있을 경우를 나타낸 도면이다. 이 경우, 라인광센서(3d)와, 인접한 두 라인광센서(3c,3e)에 의해 출력된 화상신호는 각각의 참조신호와 비교되며, 이 화상신호와 참조신호와의 차이를 이용하여 차량의 유무를 판단한다. 도 2에서의 S1,S2 및 S3는 라인광센서(3c,3e,3d)가 감지한 신호와 각각의 참조신호가 다른 신호상이영역을 나타낸다. 차가 라인광센서(3d) 바로 아래를 지나갈 때, 라인광센서(3d)에 의한 신호상이영역(S3)은 차의 실제 폭(6)보다 넓게 나타나며, 반대로, 라인광센서(3c,3e)에 의한 신호상이영역(S1,S2)은 차(5)의 폭(6)의 1/2 정도가 된다. 그 이유는 라인광센서(3c,3e)의 감지영역이 라인광센서(3d)의 감지영역과 절반이 중복되고, 라인광센서(3c,3e)가 차(5)의 측면을 감지하기 때문이다.

상기한 바와 같이 종래의 차량감지시스템은 차량의 폭이 아주 작지만 않다면 신호상이영역(S1,S2)과 신호상이영역(S3)의 논리곱에 의해 차량의 유무를 정확히 판단할수 있다. 오토바이의 경우에도 라인광센서(3d)의 바로 아래에 있지만 않다면 그 유무를 정확히 감지할 수가 있다.

하지만, 상기한 종래의 차량감지시스템에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 오토바이(5a)가 라인광센서(3d) 바로 아래를 통과할 경우 그 유무를 판단할 수 없다는 단점을 가진다. 이러한 경우, 라인광센서(3c,3e)에 의해 오토바이(5a)가 감지되는 폭(7)이 작기 때문에 신호상이영역(S1,S2)은 매우 작게된다. 결과적으로, 라인광센서(3c,3e)에 의한 신호에 의해 결정된 폭(6)은 오토바이의 실제폭보다 작게 되어 오토바이(5a)를 측정하지 못하는 경우가 발생하게 된다.

또한, 상기 차량감지시스템은 도로상에 떨어진 낙엽이나 쓰레기 등을 차량으로 잘못 감지 할 수 있으며, 덤프트럭에서 떨어진 흙이나 모래도 차량으로 잘못 감지할 수 있는 단점을 가진다.

본 발명의 목적은 오토바이와 같이 차량의 폭이 작을 경우도 그 폭을 정확히 측정하여 그 유무를 판별하며, 도로상에 떨어진 낙옆, 쓰레기, 흙 및 모래 등을 차량과 구별함으로써 향상된 신뢰도를 갖는 차량감지시스템을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량감지시스템은 복수의 차선을 갖는 도로의 윗쪽으로 상기 도로를 횡단하도록 설치된 갠트리와; 상기 갠트리에 지그재그형태의 제1열 및 제2열로 배열되고, 그 감지영역의 1/2과 이륜차 폭의 합만큼 서로 인접한 것의 감지영역이 중복되도록 배치되어 도로 위의 선형이미지를 감지하는 복수의 라인광센서와; 상기 라인광센서의 감지영역 내에 위치하는 서로 평행한 복수의 광축을 가지며 복수의 광투영소자 및 광감지소자로 구성된 광전센서장치와; 상기 라인광센서 및 상기 광전센서장치의 출력신호와 차량이 없을 때 상기 라인광센서가 출력하는 참조신호를 비교하여 통과차량의 유무를 판별하는 신호처리부로 구성된다.

본 발명은 상기 신호처리부가 상기 라인광센서 각각의 참조신호와 출력신호 사이의 상관관계를 이진신호로 변환하고, 상기 제1열의 라인광센서에 의한 이진신호들의 논리합과 상기 제2열의 라인광센서에 의한 이진신호들의 논리합을 구하고, 상기 두 논리합을 논리곱하여 차량의 유무를 판별하는 차량감지시스템도 제공할수 있다.

본 발명은 상기 신호처리부가 상기 라인광센서의 참조신호와 출력신호 사이의 상관관계를 이진신호로 변환하고, 상기 제1열의 라인광센서에 의한 이진신호들의 논리합과 상기 제2열의 라인광센서에 의한 이진신호들의 논리합을 구하고, 상기 두 논리합를 논리곱하여 구한 제1차량감지신호와, 상기 광전센서장치에 의해 구한 제2차량감지신호를 함께 이용하여 차량의 유무를 판별하는 차량감지시스템도 제공할수 있다.

본 발명은 상기 라인광센서의 출력신호가 상기 갠트리 아래에 차량이 없음을 나타내는 신호일 때, 상기 신호처리부가 상기 라인광센서의 참조신호를 상기 출력신호로 갱신하는 차량감지시스템도 제공할수 있다.

본 발명은 상기 신호처리부가 상기 갠트리 아래에 차량이 있음을 감지하였을 때 표를 발매하는 기능을 갖는 발매기가 추가로 구성된 차량감지시스템도 제공할수 있다.

도 1은 종래의 차량감지시스템을 나타낸 도면.

도 2는 종래의 차량감지시스템의 차량 감지방법을 나타낸 도면.

도 3은 종래의 차량감지시스템의 오토바이 감지방법을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 차량감지시스템의 평면도.

도 5A는 본 발명에 따른 차량감지시스템의 정면도.

도 5B는 본 발명에 따른 차량감지시스템의 측면도.

도 6은 본 발명에 따른 차량감지시스템의 구성을 나타낸 블럭도.

도 7은 본 발명에 따른 차량감지시스템의 동작을 나타낸 순서도.

도 8은 본 발명에 따른 차량감지시스템이 오토바이의 폭을 측정하는 방법을 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 따른 차량감지시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4, 도 5A 및 도 5B에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 차량감지시스템은 갠트리(2)와, 7개의 라인광센서(3a∼3g)와, 복수의 광투영소자(30a∼30h)로 구성된 광투영장치(8a)와, 복수의 광감지소자(31a∼31h)로 구성된 광감지장치(8b)로 이루어진다. 갠트리(2)는 3차선 도로(1) 가로질러 도로(1) 위로 설치된다. 광투영장치(8a)와 광감지장치(8b)는 함께 광전센서장치를 구성한다. 라인광센서는 제1열의 라인광센서(3a,3c,3e,3g) 및 제2열의 라인광센서(3b,3d,3f)로 구성된다.

도 4에 도시하듯이, 제1열의 라인광센서(3a,3c,3e,3g)는 갠트리(2)의 한쪽 측면에 부착되며, 제2열의 라인광센서(3b,3d,3f)는 지지부(9a,9b,9c)에 의해 제1열의 라인광센서(3a,3c,3e,3g)보다 거리 d만큼 밖으로 돌출되도록 배열된다. 결과적으로 라인광센서(3a∼3g)는 지그재그형태의 2열로 배열되게 된다.

정면도 5A에 나타내듯이, 라인광센서(3a)는 차선(4a)의 바깥경계부에 위치하고, 라인광센서(3c)는 차선(4a,4b) 사이에 위치하며, 라인광센서(3e)는 차선(4b,4c) 사이에 위치하고, 라인광센서(3g)는 차선(4c)의 바깥경계부에 위치한다. 제2열의 라인광센서(3b,3d,3f)는 각각 차선(4a,4b,4c)의 중앙에 위치한다. 각 라인광센서의 감지영역(3x)은 그 감지영역의 1/2과 오토바이 폭의 합만큼 인접한 라인광센서의 감지영역과 중복된다.

광투영장치(8a)는 도로(1)의 한쪽 가에 위치하며 광감지장치(8b)는 도로(1)의 다른 한쪽 가에 위치한다. 광투영소자(30a∼30h) 각각은 차선(4a,4b,4c)을 가로질러 광감지소자(31a∼31h)와 일대일로 마주보도록 배열된다. 광투영소자(30a∼30h)는 광감지소자(31a∼31h) 각각을 향해 광선(8x)를 투영하며, 광선(8x)은 라인광센서(3a∼3g)의 광축과 교차한다.

도 5B에 나타내듯이, 광투영장치(8a)의 광투영소자(30a∼30h)는 2열로 배열된다. 광투영소자(30a∼30d)는 제2열의 라인광센서(3b,3d,3f)의 감지영역내에 위치하도록 각각의 광축이 교차되며, 광투영소자(30e∼30h)는 제1열의 라인광센서(3a,3c,3e,3g)의 감지영역내에 위치하도록 각각의 광축이 교차된다. 광감지소자(31a∼31h)도 광투영소자(30a∼30h)와 같은 방식으로 배열된다. 광투영소자(30a∼30h) 및 광감지소자(31a∼31h)는 도로(1)면과 수직으로 배열되기 때문에 차의 범퍼 또는 대형차의 돌출된 백미러 등을 감지하게 된다.

도 6에 도시하듯이, 광투영장치(8a) 및 광감지장치(8b)로 구성된 광전센서장치(8)는 신호처리부(21)에 연결되며, 신호처리부(21)는 톨게이트에 설치된 발매기(22)에 연결된다. 신호처리부(21)는 상기 센서들에서 생성된 신호를 처리하여 차의 형태를 나타내는 데이터를 생성하고 이 데이터를 발매기(22)에 제공한다. 발매기(22)는 상기 데이터를 기초로하여 표를 만들고, 이 표를 자동으로 발매하게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 차량감지시스템의 동작을 나타내는 순서도로써, 시스템의 처음 동작인 단계 A1에서, 라인광센서(3a∼3g)는 차가 없는 상태에서 도로 위의 선형이미지를 감지한다. 이 선형이미지에 의해 생성된 신호는 도로상에 차가 없는 상태를 나타내는 참조신호로 신호처리부에 제공된다.

이어서, 시스템이 서비스에 들어가는 단계 A2에서, 라인광센서(3a∼3g)는 차량이 진입하게 되면 이 차량의 선형이미지를 감지한다. 이 선형이미지에 의해 생성된 화상신호는 신호처리부(21)에 제공된다.

이어서, 단계 A3에서 신호처리부(21)는 라인광센서(3a∼3g) 각각의 화상신호와 참조신호를 비교하여 그 차이값을 구한다.

이어서, 단계 A4에서 신호처리부(21)는 상기 차이값을 미리 설정된 문턱값과 비교하여, 차이값이 문턱값보다 낮은 신호영역은 물체가 없는 것으로 판단하여 이진신호 0으로 기록하고, 같거나 큰 신호영역은 물체가 있는 것으로 판단하여 이진신호 1로 기록한다. 상기 문턱값은 두가지 요소에 의해 결정되는데, 첫 번째요소는 도로의 상태를 나타내는 상기 참조신호의 안정성이고, 두 번째 요소는 도로 위를 차가 통과할때 라인광센서 각각의 화상신호가 격는 변화값이다.

이어서, 단계 A5에서 신호처리부는 제1열의 라인광센서(3a,3c,3e,3g)에 의해 생성된 4개의 이진신호의 논리합을 구한다.

이어서, 단계 A6에서 신호처리부는 제2열의 라인광센서(3b, 3d 및 3f)에 대한 3개의 이진신호의 논리합을 구한다.

도 8은 오토바이(5a)가 차선(4b)의 중앙을 통과할 경우를 나타낸 도면이다. 이 경우, 오토바이(5a)는 라인광센서(3c, 3d, 3e)의 감지영역의 중복된 부분을 통과하게 된다. 라인광센서(3d)에 의해 감지된 화상신호는 이진신호가 1이 되는 신호상이영역(S3)을 갖는다. 이때, 오토바이가 라인광센서(3d)의 바로 아래에 위치하기 때문에, 신호상이영역(S3)은 오토바이의 실제 폭(6)보다 큰 폭을 나타내게 된다. 라인광센서(3c, 3e)에 의한 화상신호는 이진신호가 1이 되는 신호상이영역(S1, S2)를 갖는다. 도 3과 도 8을 비교해보면, 본 발명에 따른 신호상이영역(S1, S2)이 종래기술의 신호상이영역(S1, S2)에 비해 크다는 것을 알수 있다. 그 이유는 본 발명에서의 라인광센서(3d)와 라인광센서(3c,3e) 각각과 중복되는 감지영역 부분이 종래의 것보다 오토바이의 폭(6) 만큼 더 크기 때문이다. 라인광센서(3c) 감지영역의 오른쪽 테두리와 라인광센서(3e) 감지영역의 왼쪽 테두리는 각각 오토바이(5a)의 오른쪽 측면 및 왼쪽 측면과 같이 배열된다.

결과적으로, 신호처리부(21)가 라인광센서(3c,3e)에 의한 이진신호를 논리합하여 얻은 신호상이영역은 오토바이의 폭과 일치하게 된다.

이어서, 신호처리부가 단계 A7에서, 단계 A5 및 A6에서 얻어진 두 논리합에 대한 논리곱을 구한다. 결과적으로, 오토바이의 폭(6)과 위치가 정확히 측정되게 된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 라인광센서(3b, 3d, 3f)가 지지부(9a,9b,9c)에 의해 라인광센서(3a,3c,3e,3g)와 거리 d만큼 떨어져 있도록 배열되는 이유는 낙옆 및 쓰레기 등의 작은 물체를 한쪽 열의 라인광센서에서만 감지하도록 하여, 단계 A7에서의 논리곱에 의해 그 신호를 제거함으로써 차량과 구별하기 위해서이다.

상기 거리 d는 차 또는 오토바이의 길이 보다 작게 결정하는 것도 가능하다. 이런 경우에도, 갠트리 아래를 통과하는 차 또는 오토바이는, 비록 순간적이지만, 인접한 두 라인광센서(3a,3b 또는 3b,3c 등등)에 의해 동시에 감지되게 된다. 따라서, 상기 인접한 두 라인광센서에 의해 감지된 화상신호는 단계 A5와 단계 A6에서의 두 논리합을 단계 A7에서 논리곱하여도 제거되지 않는다.

만약, 단계 A7에서 이진신호가 1인 영역이 발견되지 않으면, 단계 A8에서 차선(4a,4b,4c)위에 차가 없는 것으로 결정되고, 단계 A9으로 진입하여 참조신호를 갱신한 후, 단계 A2로 되돌아 가게 된다.

만약, 단계 A7에서 이진신호가 1인 영역이 발견되어 단계 A8에서 차량이 있거나 흙과 같이 도로 위에 흩어진 무언가가 있는 것으로 결정되면, 단계 A10으로 진입하게 된다. 단계 A10에서는, 광전센서장치(8)가 물체의 높이를 검사한다. 좀더 구체적으로, 모든 광감지소자(30a∼30h)가 광선(8x)을 감지하면, 라인광센서(3a∼3g) 아래에 흙이나 모래등이 있는 것으로 결정하며, 만약, 상기 광감지소자 중 하나 이상이 광선을 감지 하지 않으면, 상기 라인광센서 아래에 차량이 있는 것으로 결정한다.

단계 A10에서 광전센서장치(8)가 어떠한 차량도 발견하지 않은 경우에는 단계 A11로 진입하게 된다. 단계 A11에서는, 라인광센서(3a∼3g)에 의해 감지된 이진신호 1은 도로(1) 위에 흩어진 흙이나 모래로 판단하여, 참조신호를 갱신한 후, 단계 A2로 진입한다.

단계 A10에서 광전센서장치(8)가 차량을 발견한 경우에는 단계 A12로 진입하게 된다. 단계 A12에서는 신호처리부(21)가 톨게이트에 설치된 발매기(22)에 챠량의 통과를 지시하는 신호를 부여한다. 이 경우에서는, 참조신호가 갱신하지 않는다. 만약 갱신한다면, 다음의 화상신호처리에서 차량이 감지되지 않는 경우가 발생하게 된다. 발매기(22)가 신호처리부(21)로부터 신호를 받으면 단계 A7에서 감지된 차량에 표를 발매하게 되고, 상기 차량은 톨게이트를 통과하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 감지하고자 하는 물체의 폭, 길이 및 높이에 맞게 라인광센서와 광전센서장치의 광소자들의 위치를 정함으로써, 갠트리 아래를 통과하는 모든 차량을 감지할 수 있다. 물론, 폭이 정확히 측정되기 때문에 오토바이 등의 이륜차도 정확히 감지할 수 있다. 낙옆이나 쓰레기 등은 차량으로 감지되지 않으며, 도로 위에 뿌려진 모래나 흙 등도 차량으로 감지되지 않는다. 따라서, 상기 차량감지시스템은 고도의 정확성과 신뢰도를 갖고 갠트리 아래를 통과하는 모든 차량을 감지한다.

상기한 바와 같이, 상기 라인광센서 각각의 감지영역과 인접한 라인광센서의 감지영역이 그 감지영역의 1/2과 이륜차의 폭의 합만큼 중복되기 때문에, 오토바이가 상기 중복된 감지영역을 통과할 경우, 서로 인접한 라인광센서는 감지하기에 충분한 폭의 신호상이영역을 갖는 화상신호를 발생시킨다. 또한 본 발명의 차량감지시스템은 차량 바로 위의 라인광센서와, 그 좌 우의 라인광센서에 의해 세가지 화상신호를 논리곱하기 때문에 차량의 위치와 폭을 정확히 결정할 수 있다.

또한, 라인광센서(3b,3d,3f)는 라인광센서(3a,3c,3e,3g)와 거리 d만큼 떨어지도록 배치되기 때문에, d보다 짧은 물체는 측정하지 않는다. 따라서, 낙옆이나 쓰레기 등의 작은 물체는 감지되지 않는다.

상기한 바와 같이 광투영소자로부터 광감지소자로 투사되는 광선은 라인광센서의 광축과 교차하기 때문에, 라인광센서에 의해 감지된 차량의 높이는 광투영장치(8a) 및 광감지장치(8b)로 구성된 광전센서장치(8)에 의해 측정된다. 만약 측정된 높이가 오토바이나 차보다 작다면, 측정된 물체는 흙이나 모래로 판단된다.

본 발명에 따른 차량감지시스템은 감지하고자하는 차량의 폭, 길이 및 높이를 설정하여, 설정값에 맞는 위치에 맞게 라인광센서, 광투영소자 및 광감지소자를 설치함으로써, 상기 설정값보다 큰 물체를 모두 감지할 수 있다. 따라서, 모든 차량을 고도의 정확성과 신뢰도로 감지할 수 있다.

Claims (5)

1. 복수의 차선을 갖는 도로 위를 가로질러 설치된 갠트리(gantry)와, 상기 갠트리에 제1열 및 제2열로 지그재그형태를 갖도록 배열되어, 도로 위의 선형이미지(linear image)를 감지하며 서로 인접한 것의 두 감지 영역이 감지영역의 1/2과 이륜차 폭의 합만큼 중복되는 복수의 라인광센서(optical line sensor)와, 상기 라인광센서의 감지영역 내에 위치하는 서로 평행한 복수의 광축을 가지며 복수의 광투영소자 및 광감지소자로 구성된 광전센서장치와, 통행차량이 없을 때 상기 라인광센서들이 발생하는 참조신호를 이용하여, 상기 라인광센서 및 광전센서장치의 출력신호에 따라 상기 갠트리 아래를 통과하는 차량을 감지하기 위한 신호처리부로 구성된 것을 특징으로 하는 차량감지시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부가 상기 라인광센서 각각의 참조신호와 출력신호 사이의 상관관계를 이진신호로 변환하고, 상기 제1열의 라인광센서에 의한 이진신호들의 논리합과 상기 제2열의 라인광센서에 의한 이진신호들의 논리합을 구하고, 상기 두 논리합을 논리곱하여 차량의 유무를 판별하기 위한 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 차량감지시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부가 상기 라인광센서의 참조신호와 출력신호 사이의 상관관계를 이진신호로 변환하고, 상기 제1열의 라인광센서에 의한 이진신호들의 논리합과 상기 제2열의 라인광센서에 의한 이진신호들의 논리합을 구하고, 상기 두 논리합를 논리곱하여 얻은 제1차량감지신호와, 상기 광전센서장치에 의해 구한 제2차량감지신호를 함께 이용하여 차량의 유무를 판별하기 위한 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 차량감지시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부가 상기 라인광센서의 출력신호가 상기 갠트리 아래에 차량이 없음을 나타내는 신호일 때 상기 라인광센서의 참조신호를 상기 라인광센서의 출력신호로 갱신하는 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 차량감지시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부가 상기 갠트리 아래에 차량이 있음을 감지하였을 때 표를 발매하는 기능을 갖는 발매기가 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 차량감지시스템.